Yer usti transport vositalarini harakatga keltirish va ularning tizimlari va agregatlarini boshqarish uchun zarur bo'lgan energiya an'anaviy ravishda dizel dvigatellari bilan ta'minlanadi. Yoqilg'i sarfini kamaytirish nafaqat diapazonni oshiradi, balki yonilg'i zaxiralarini saqlash bilan belgilanadigan logistika miqdorini kamaytiradi va uskunalarga xizmat ko'rsatish jarayonida orqa xizmat xodimlarining himoyasini oshiradi.
Shu munosabat bilan, qurolli kuchlar elektr haydovchiga ega tizimlarga xos bo'lgan dizel yoqilg'isining yuqori samaradorligi va yuqori yonish issiqligi bitta "jamoada" ishlaydigan echimni topishga intilmoqda. Yangi gibrid echimlar va ilg'or yonish dvigatellari bitta elektr haydovchi, sokin kuzatuv (batareyalar bilan ishlaydigan datchiklar) va tashqi iste'molchilar uchun energiya ishlab chiqarish bilan bir qatorda katta amaliy foyda keltirishi mumkin.
Quvvat poyezdining salohiyati
Kanada tadqiqotlari (DRDC), masalan, dizel-elektr gibridli dvigatellarning maqsadga muvofiqligini o'rganmoqda. FDA o'z tadqiqotini 2018 yilda nashr etdi, u HMMWV, DAGOR sinfidagi yengil jangovar transport vositalari, kichik bitta va ko'p o'rindiqli ATVlar kabi engil taktik platformalarga e'tibor qaratdi.
Yengil taktik avtomobillar uchun gibrid dizel-elektr dvigatellarining texnik-iqtisodiy imkoniyatlari hisobotida tezlik va yuklar sezilarli darajada o'zgarib turadigan (odatda yo'ldan tashqarida) haydash rejimlarida gibridlar yoqilg'i tejash nuqtai nazaridan 15% -20% ko'proq yoqilg'i tejash ko'rsatkichlariga ega ekanligi qayd etilgan. an'anaviy mexanik boshqariladigan mashinalar, ayniqsa regenerativ tormoz ishlatilganda. Bundan tashqari, ichki yonish dvigatellari, shu jumladan dizel dvigatellari, dvigatel faqat generator sifatida ishlaydigan ketma -ket gibrid tizimlarga xos, diqqat bilan tanlangan doimiy aylanish tezligida ishlaganda eng yaxshi ishlaydi.
Hisobotda ta'kidlanganidek, dvigatel quvvatini qisqa vaqt ichida batareyalar bilan to'ldirish mumkin bo'lganligi sababli, dvigatelni faqat o'rtacha quvvat bilan ta'minlaydigan qilib sozlash mumkin, kichikroq elektr stantsiyalari odatda kamroq yonilg'i sarflaydi, qolgan hamma narsa teng.
Batareya quvvati etarli bo'lsa, duragaylar, shuningdek, dvigatel o'chirilgan va sensorlar, elektronika va aloqa tizimlari ishlayotganda, uzoq vaqt jim kuzatuv rejimida qolishi mumkin. Bundan tashqari, tizim tashqi uskunalarni quvvatlantirishi, batareyalarni zaryadlashi va hatto harbiy lagerni quvvatlantirishi mumkin, bu esa tortiladigan generatorlarga bo'lgan ehtiyojni kamaytiradi.
Gibrid drayvlar tezlik, tezlashtirish va sifat jihatidan yuqori ko'rsatkichlarni taqdim etsa -da, batareya to'plami og'ir va og'ir bo'lishi mumkin, natijada yuk kamayadi. Bu juda yengil avtomobillar va bir kishilik ATVlar uchun muammo bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, past haroratlarda batareyalarning o'ziga xos xususiyatlari kamayadi, ular ko'pincha zaryadlash va haroratni nazorat qilish bilan bog'liq muammolarga duch keladilar.
Garchi ketma -ket duragaylar mexanik uzatishni yo'q qilsa -da, dvigatel, generator, quvvat elektronikasi va akkumulyatorga bo'lgan ehtiyoj ularni muqarrar ravishda sotib olish va texnik xizmat ko'rsatishni qiyinlashtiradi.
Batareya elektrolitlarining ko'pchiligi shikastlanganda ham xavf tug'dirishi mumkin, masalan, lityum-ionli hujayralar shikastlanganda yonib ketishi ma'lum. Hisobotda aytilishicha, bu dizel yoqilg'isini etkazib berishdan ko'ra katta xavf tug'diradimi, lekin gibrid ikkala xavfni ham o'z ichiga oladi.
Kombinatsiyani tanlash
Ichki yonish dvigatellarini elektr qurilmalari bilan birlashtirishning ikkita asosiy sxemasi ketma -ket va parallel. Yuqorida aytib o'tilganidek, ketma -ket gibrid platforma - bu generatorli elektr mashinasi, parallel ravishda ularga ulangan mexanik uzatish orqali g'ildiraklarga quvvat uzatuvchi vosita va tortish dvigateli mavjud. Bu shuni anglatadiki, dvigatel yoki tortish dvigateli mashinani alohida boshqarishi mumkin yoki ular birgalikda ishlashi mumkin.
Gibridlarning har ikkala turida ham elektr komponenti, odatda, elektr energiyasini harakatga aylantira oladigan va aksincha, motor-generator majmui (MGU) hisoblanadi. U mashinani boshqarishi, akkumulyatorni zaryad qilishi, dvigatelni ishga tushirishi va kerak bo'lganda regenerativ tormoz yordamida energiyani tejashi mumkin.
Ham seriyali, ham parallel duragaylar batareya quvvatini boshqarish va batareya haroratini tartibga solish uchun kuch -quvvat elektronikasiga tayanadi. Shuningdek, ular generatorni batareyalarga va batareyalarni elektr motorlariga navbat bilan etkazib berishi kerak bo'lgan kuchlanish va amperni ta'minlaydi.
Bu elektrotexnika silikon karbidli yarimo'tkazgichlarga asoslangan yarimo'tkazgichli invertorlar ko'rinishida bo'ladi, ularning kamchiliklari, qoida tariqasida, katta o'lcham va narx, shuningdek issiqlik yo'qotilishini o'z ichiga oladi. Quvvat elektronikasi, shuningdek, ichki yonish dvigateliga o'xshash boshqaruv elektronikasini ham talab qiladi.
Hozirgacha elektr energiyasi bilan ishlaydigan harbiy mashinalar tarixi eksperimental va shuhratparast rivojlanish dasturlaridan iborat bo'lib, ular oxir -oqibat yopildi. Haqiqiy ishda hali ham gibrid harbiy mashinalar yo'q, xususan, engil taktik vositalar sohasida hal qilinmagan bir qancha texnologik muammolar qolmoqda. Bu muammolarni asosan fuqarolik transport vositalari uchun hal qilingan deb hisoblash mumkin, chunki ular ancha qulay sharoitlarda ishlaydi.
Elektromobillar o'zlarini juda tez ko'rsatdilar. Masalan, Nikola Motor kompaniyasining akkumulyatorli eksklyuziv Reckless Utility Tactical Vehicle (UTV) to‘rt kishilik o‘rni 4 soniyada 0 dan 97 km / soatgacha tezlasha oladi va 241 km masofani bosib o‘tadi.
DRDC hisobotida aytilishicha, "maket - bu katta qiyinchiliklardan biri". Batareya paketlarining o'lchami, og'irligi va issiqlik tarqalishi juda katta va umumiy energiya sig'imi va ma'lum bir massa va hajm uchun ular etkazib beradigan bir lahzali quvvat o'rtasida murosaga kelish kerak. Yuqori voltli kabellar uchun hajmni taqsimlash, ularning ishonchliligi va xavfsizligi, shuningdek, elektr elektronikaning o'lchami, vazni, sovutilishi, ishonchliligi va suv o'tkazmasligi bilan bog'liq.
Issiqlik va chang
Hisobotda aytilishicha, harbiy mashinalar duch keladigan harorat o'zgarishi, ehtimol, eng katta muammo hisoblanadi, chunki lityum-ionli batareyalar noldan past haroratlarda zaryad qilmaydi va isitish tizimlari murakkablikni oshiradi va energiyaga muhtoj bo'ladi. Zaryadsizlanish paytida haddan tashqari qizib ketadigan batareyalar potentsial xavflidir, ularni sovutish yoki pasaytirilgan rejimga o'tkazish kerak, motorlar va generatorlar esa haddan tashqari qizib ketishi mumkin, nihoyat, magnitlanishga moyil bo'lgan doimiy magnitlar haqida unutmang.
Xuddi shunday, taxminan 65 ° C dan yuqori haroratlarda, IGBT invertorlari kabi qurilmalarning samaradorligi pasayadi va shuning uchun sovutish kerak bo'ladi, garchi kremniy karbidli yarimo'tkazgichlar yoki galyum nitridga asoslangan yangi quvvatli elektronlar yuqori voltajda ishlashga qo'shimcha ravishda yuqori haroratga chidamli va shuning uchun dvigatelni sovutish tizimidan sovutish mumkin.
Hisobotda qayd etilishicha, qo'pol erlarning zarbasi va tebranishi, shuningdek, portlashlar va portlashlar natijasida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan shikastlanishlar elektr haydash texnologiyasini engil harbiy mashinalarga qo'shishni qiyinlashtiradi.
Hisobot shuni ko'rsatadiki, DRDC texnologiya namoyishchisiga buyurtma berishi kerak. Bu nisbatan sodda, ketma-ket gibrid taktik avtomobil, g'ildirak uyalariga yoki o'qlariga o'rnatilgan elektr dvigatellari, dizel dvigateli mos keladigan tepalik quvvatiga moslashtirilgan va tezlashtirish va sifatni yaxshilash uchun super yoki ultrakondensatorlar to'plami o'rnatilgan.. Superkondansatkichlar yoki ultrakondensatorlar juda katta zaryadni qisqa vaqt davomida saqlaydilar va quvvat impulslarini hosil qilish uchun uni juda tez chiqarib yuboradilar. Mashina umuman bo'lmaydi yoki juda kichik akkumulyator o'rnatiladi, regenerativ tormoz jarayonida elektr energiyasi ishlab chiqariladi, natijada jim harakat va jim kuzatish usullari chiqarib tashlanadi.
Mexanik uzatish va qo'zg'aysan millarini almashtiradigan g'ildiraklarga ishlaydigan elektr kabellari mashinaning og'irligini sezilarli darajada kamaytiradi va portlashdan himoyalanishni yaxshilaydi. Batareyasiz, ekipaj va yukning ichki hajmi oshadi va xavfsizroq bo'ladi, lityum-ionli batareyalarga texnik xizmat ko'rsatish va termal boshqarish bilan bog'liq muammolar yo'q qilinadi.
Bundan tashqari, prototipni yaratishda quyidagi maqsadlar qo'yiladi: doimiy aylanish tezligida ishlaydigan nisbatan kichik dizel dvigatelining yonilg'i sarfini kamaytirish, energiyani qayta tiklash, ishlaydigan sensorlar yoki energiya eksporti uchun energiya ishlab chiqarishni ko'paytirish, ishonchliligini oshirish va xizmat ko'rsatishning yaxshilanishi.
Shishalar parvo qilmaydi
Zirhli tadqiqotlar markazi (TARDEC) Bryus Brandl dvigatellarni ishlab chiqish bo'yicha taqdimotda tushuntirganidek, AQSh armiyasi jangovar transport vositalarining murakkabroq erlarda yuqori tezlikda harakatlanishiga imkon beradigan, erning foizini sezilarli darajada kamaytiradigan harakatlantiruvchi tizimni xohlaydi. urush zonalarida. Ular ustida hozirgi mashinalar harakatlana olmaydi. O'tish qiyin bo'lgan hududlar bu zonalarning 22 foizini tashkil qiladi va armiya bu ko'rsatkichni 6 foizga kamaytirmoqchi. Shuningdek, ular aksariyat hududlarda o'rtacha tezlikni hozirgi 16 km / soat dan 24 km / soatgacha oshirmoqchi.
Bundan tashqari, Brandl ta'kidlashicha, bortdagi energiyaga bo'lgan talabni kamida 250 kVtgacha oshirish rejalashtirilgan, ya'ni yuk mashinalari generatorlari ta'minlay oladiganidan yuqori, chunki yuk yangi texnologiyalar, masalan, elektrlashtirilgan minoralar va himoya tizimlaridan yuklanadi., elektr energiyasini sovutish., energiya eksporti va yo'naltirilgan energiya qurollari.
AQSh armiyasining hisob -kitoblariga ko'ra, ushbu turbodizel texnologiyasi yordamida ushbu ehtiyojlarni qondirish dvigatelning hajmini 56% ga, avtomobilning og'irligini esa 1400 kg ga oshiradi. Shuning uchun, Advanced Combat Engine (ACE) ilg'or elektr stantsiyasini ishlab chiqishda, asosiy vazifa - umumiy quvvat zichligini 3 ot kuchi / kubdan ikki baravar ko'paytirish belgilandi. futdan 6 ot kuchiga / kub. oyoq
Harbiy dvigatellarning keyingi avlodi uchun yuqori quvvat zichligi va yonilg'i tejamkorligi juda muhim bo'lsa -da, issiqlik chiqishini kamaytirish ham bir xil darajada muhimdir. Bu ishlab chiqarilgan issiqlik isrof qilinadigan energiya, atrofdagi kosmosga tarqaladi, garchi u elektr energiyasini harakatga keltirish yoki ishlab chiqarish uchun ishlatilishi mumkin bo'lsa. Ammo bu uchta parametrning mukammal muvozanatiga erishish har doim ham mumkin emas, masalan, 1500 ot kuchiga ega M1 Abrams tankining AGT 1500 gaz turbinali dvigateli. past issiqlik o'tkazuvchanligi va yuqori quvvat zichligiga ega, lekin dizel dvigatellari bilan solishtirganda juda yuqori yoqilg'i sarfi.
Aslida, gaz turbinli dvigatellar katta miqdorda issiqlik hosil qiladi, lekin gaz oqimining yuqori tezligi tufayli uning katta qismi egzoz trubkasi orqali chiqariladi. Natijada, gaz turbinalariga dizel dvigatellari kerak bo'lgan sovutish tizimlari kerak emas. Dizel dvigatellarning yuqori o'ziga xos quvvatiga faqat termal nazorat muammosini hal qilish orqali erishish mumkin. Brandl ta'kidlashicha, bu asosan quvurlar, nasoslar, fanatlar va radiatorlar kabi sovutish uskunalari uchun cheklangan hajmga bog'liq. Bundan tashqari, o'q o'tkazmaydigan panjara kabi himoya tuzilmalari ham hajmni oladi va havo oqimini cheklab, fanatlarning samaradorligini pasaytiradi.
Pistonlar tomonga
Brandl ta'kidlaganidek, ACE dasturi asosan past issiqlik tarqalishi tufayli qarama-qarshi pistonli ikki zarbali dizel / ko'p yoqilg'i dvigatellariga qaratilgan. Bunday dvigatellarda har bir tsilindrda ikkita piston joylashtiriladi, ular yonish kamerasini tashkil qiladi, natijada silindr boshi chiqarib tashlanadi, lekin buning uchun silindr devorlarida ikkita krank mili va kirish va chiqarish portlari kerak bo'ladi. Bokschi dvigatellari 1930 -yillarga borib taqaladi va o'nlab yillar mobaynida doimiy ravishda takomillashib boradi. Bu eski g'oyani Achates Power kompaniyasi ham ayamagan, u Cummins bilan hamkorlikda ushbu dvigatelni qayta tiklagan va modernizatsiya qilgan.
Achates Power vakilining aytishicha, ularning bokschi texnologiyasi issiqlik samaradorligini yaxshilagan, bu esa issiqlik yo'qotilishini kamayishiga, yonishning yaxshilanishiga va nasos yo'qotilishining kamayishiga olib keladi. Tsilindr boshining yo'q qilinishi yonish kamerasidagi sirt maydonining hajmiga nisbatini sezilarli darajada kamaytirdi va shu bilan dvigatelda issiqlik uzatilishi va chiqarilishi. Bundan farqli o'laroq, an'anaviy to'rt zarbali dvigatelda, silindr boshi eng issiq komponentlarni o'z ichiga oladi va sovutish suvi va atrofdagi atmosferaga issiqlik o'tkazishning asosiy manbai hisoblanadi.
Achates yonish tizimida havo / yonilg'i aralashmasini optimallashtirish uchun diametri har bir tsilindrda joylashgan va pistonli patentlangan egizak yonilg'i quyish moslamalari ishlatiladi, bu esa kuyishning kam yonishiga va yonish kamerasi devorlariga issiqlik o'tkazuvchanligining pasayishiga olib keladi. Aralashmaning yangi zaryadi tsilindrga quyiladi va chiqindi gazlar portlar orqali chiqib ketadi, bu dvigateldan havo chiqaradigan super zaryadlovchining yordami bilan. Achatesning ta'kidlashicha, bu bir vaqtning o'zida portlash yoqilg'i iqtisodiyoti va chiqindilarga ijobiy ta'sir ko'rsatadi.
AQSh armiyasi ACE modulli o'lchovli quvvat dvigatellari oilasiga bir xil teshik va zarbali dvigatellarni, silindrlari har xil: 600-750 ot kuchiga ega dvigatellarni qo'shishni xohlaydi. (3 tsilindr); 300-1000 ot kuchi (4); va 1200-1500 ot kuchi. (6). Har bir elektr stantsiyasi hajmni egallaydi - balandligi 0,53 m, kengligi 1, 1 m va shunga mos ravishda uzunligi 1,04 m, 1,25 m va 1,6 m.
Texnologik maqsadlar
2010 yilda o'tkazilgan ichki armiya tadqiqotlari bokschi dvigatellarining afzalliklarini tasdiqladi, natijada keyingi avlod jangovar dvigateli (NGCE) loyihasi ishlab chiqildi, unda sanoat korxonalari bu boradagi ishlanmalari bilan tanishdilar. Vazifa 71 ot kuchiga erishish edi. silindr boshiga va umumiy quvvati 225 ot kuchiga teng. 2015 yilga kelib, bu ikkala raqam ham zirhli tadqiqot markazida sinovdan o'tkazilgan dvigatelda osonlikcha oshib ketdi.
O'sha yilning fevral oyida armiya AVL Powertrain Engineering va Achates Power kompaniyalariga ikki yillik dastur bo'yicha ACE eksperimental bitta silindrli dvigatellari uchun shartnomalar tuzdi, uning doirasida quyidagi xususiyatlarga erishish maqsadi qo'yildi: quvvati 250 ot kuchi, moment 678 Nm, o'ziga xos yoqilg'i sarfi 0, 14 kg / ot / soat va issiqlik tarqalishi 0,45 kVt / kVt dan kam. Issiqlik o'tkazmasidan tashqari barcha ko'rsatkichlar oshib ketdi, bu erda 0,506 kVt / kVt dan pastga tushish mumkin emas edi.
2017 yilning yozida Cummins va Achates kompaniyasi ACE ko'p silindrli dvigatel (MCE) shartnomasi bo'yicha 1000 ot kuchiga ega to'rt silindrli dvigatelni namoyish etish bo'yicha ish boshladi. 2700 Nm moment va o'ziga xos yonilg'i iste'moli va issiqlik uzatish uchun bir xil talablar. Birinchi dvigatel 2018 yil iyul oyida ishlab chiqarilgan va o'sha yilning oxirigacha dastlabki operatsion sinovlar yakunlangan. 2019 yil avgust oyida dvigatel TARDEC direktsiyasiga o'rnatish va sinovdan o'tkazish uchun topshirildi.
Bokschi dvigatel va gibrid elektr haydovchining kombinatsiyasi har xil turdagi va o'lchamdagi, ham harbiy, ham fuqarolik transport vositalarining samaradorligini oshiradi. Shuni inobatga olgan holda, Ilg'or tadqiqot va ishlab chiqish boshqarmasi Achates kompaniyasiga bo'lajak gibridli avtomobillar uchun bitta silindrli bokschi dvigatelini ishlab chiqish uchun 2 mln. Bu loyihada kompaniya Michigan va Nissan universiteti bilan hamkorlik qiladi.
Pistonni boshqarish
Kontseptsiyaga muvofiq, bu dvigatel birinchi marta elektr quyi tizimi va ichki yonish dvigateli bilan chambarchas bog'liq bo'lib, har ikki krank milining har biri aylanadi va o'z motor-generator majmuasi tomonidan boshqarilishi mumkin; vallar o'rtasida mexanik aloqa yo'q.
Achates dvigatel faqat ketma -ket gibrid tizimlar uchun mo'ljallanganligini tasdiqladi, chunki u ishlab chiqaradigan barcha quvvat elektr orqali uzatiladi va jeneratorlar diapazonni kengaytirish uchun akkumulyator batareyasini zaryad qiladi. Millar orasidagi mexanik aloqa bo'lmasa, moment uzatilmaydi, bu yuklarning kamayishiga olib keladi. Natijada, ular engil bo'lishi mumkin, umumiy og'irlik va hajmni, ishqalanish va shovqinni kamaytiradi va xarajatlarni kamaytiradi.
Balki, eng muhimi, ajratilgan krank milllari kuch elektronikasi yordamida har bir pistonni mustaqil boshqarishga imkon beradi. "Bu bizning loyihamizning muhim qismi, elektr dvigatellari va boshqaruv elementlarining rivojlanishi ichki yonish dvigatelining samaradorligini qanday oshirishi mumkinligini aniqlash muhim". Achates vakili bu konfiguratsiya krank mili vaqtini boshqarishga imkon berishini tasdiqladi, bu esa yangi imkoniyatlarni ochib beradi. "Biz an'anaviy mexanik aloqada mavjud bo'lmagan pistonni boshqarish samaradorligini oshirishga intilamiz."
Hozirgi vaqtda pistonni mustaqil boshqarishni qanday ishlatish mumkinligi haqida kam ma'lumot bor, lekin nazariy jihatdan, zarbani, masalan, siqilish zarbasidan kattaroq qilib, havo / yoqilg'i zaryadidan ko'proq energiya olish mumkin. aralash Xuddi shunday sxema gibrid avtomobillarga o'rnatilgan to'rt zarbali Atkinson dvigatellarida ham amalga oshiriladi. Masalan, Toyota Prius -da bunga valfning o'zgaruvchan vaqti orqali erishiladi.
Uzoq vaqt davomida, ichki yonish dvigatellari kabi etuk texnologiyalarning katta yaxshilanishlariga erishish oson emasligi aniq edi, lekin ilg'or bokschi dvigatellari harbiy transport vositalariga, ayniqsa, elektr qo'zg'alish tizimlari bilan birlashganda, haqiqiy afzalliklarni berishi mumkin edi. …
