Ingegneria Civile
Le prime auto elettriche apparvero prima delle auto con motore a combustione interna (ICE), nel 1828. All'inizio del XX secolo, i veicoli elettrici rappresentavano oltre un terzo dell'intera flotta di veicoli statunitensi. Tuttavia, gradualmente hanno iniziato a rinunciare alle loro posizioni, cedendo alle auto in termini di autonomia, comodità di rifornimento e altri parametri.
È possibile implementare diverse opzioni di progettazione per i veicoli elettrici. Un classico veicolo elettrico è alimentato da batterie caricate in una stazione di ricarica. Un veicolo elettrico con un'alimentazione esterna di energia elettrica riceve elettricità da conduttori esterni mediante un metodo di contatto o mediante campi elettromagnetici. Un motore a combustione interna con generatore può essere installato per ricaricare le batterie di un veicolo elettrico, oppure l'elettricità può essere generata da combustibili liquidi o gassosi direttamente utilizzando celle a combustibile catalitiche. Tutti gli schemi di cui sopra possono essere combinati in vari modi.
Periodicamente, l'interesse per i veicoli elettrici riprendeva, di solito durante il rialzo dei prezzi dei prodotti petroliferi, ma scemava rapidamente: le auto con motore a combustione interna restavano fuori concorrenza. Di conseguenza, le apparecchiature a propulsione elettrica si sono diffuse nel segmento dei trasporti con alimentazione esterna di energia elettrica: treni elettrici, tram e filobus, nella nicchia delle attrezzature da magazzino.
Un segmento separato può essere distinto da attrezzature speciali, ad esempio dumper da miniera con una capacità di carico di oltre 100 tonnellate, su cui viene utilizzata una trasmissione elettromeccanica.
All'inizio del 21° secolo, l'interesse per i veicoli elettrici riprese a un nuovo livello. Il fattore determinante non è stato l'aumento dei prezzi dei prodotti petroliferi, ma la richiesta degli ambientalisti di ridurre le emissioni nocive. L'azienda americana Tesla, adorata (odiata) da molti Elon Musk, è diventata il produttore che ha cavalcato il più possibile "l'onda ambientale".
Ma chiunque e non importa come si relazioni a Elon Musk, non si può negare che Tesla abbia fatto un ottimo lavoro: infatti, è stato creato un segmento separato del mercato automobilistico, le auto elettriche sono diventate un'area in cui hanno iniziato i colossi dell'auto investire attivamente. Se lo sviluppo viene attivamente svolto in qualche direzione, il risultato sarà raggiunto prima o poi. Ci saranno nuove batterie con maggiore capacità, alte velocità di carica e un range di applicazione della temperatura esteso, motori elettrici più efficienti e compatti, con riduttori integrati che possono essere inseriti in ruote motrici con un basso peso non sospeso e altri sviluppi.
Non c'è dubbio che nel prossimo futuro le auto elettriche sostituiranno praticamente le auto con motore a combustione interna, e non per ragioni ambientali, ma per la generale superiorità tecnica dei veicoli elettrici.
Equipaggiamento militare
Nel 1917, la società francese FAMH produsse 400 carri armati Saint Chamond con trasmissione elettrica Crochat Collendeau, in cui un motore a benzina Panhard era collegato direttamente a un generatore elettrico, che azionava due motori elettrici, ciascuno dei quali era collegato a una ruota motrice e a un bruco unità. Sempre nel 1917, fu testato in Gran Bretagna un carro armato con trasmissioni elettriche di Daimler e British Westinghouse.
Esempi successivi includono l'unità di artiglieria pesante semovente tedesca (SAU) "Ferdinand" ("Elefante") del peso di 65 tonnellate. La centrale elettrica "Ferdinand" includeva due motori a carburatore a 12 cilindri raffreddati ad acqua "Maybach" HL 120 TRM a forma di V con una capacità di 265 litri. pp., due generatori elettrici Siemens-Schuckert Typ aGV con una tensione di 365 volt e due motori elettrici di trazione Siemens-Schuckert D149aAC con una potenza di 230 kW, situati nella parte posteriore dello scafo, che azionavano ciascuna delle loro ruote attraverso una riduzione ingranaggio realizzato secondo uno schema planetario.
Mentre Ferdinand è relativamente nuovo, non ci sono molte lamentele sul suo lavoro. Pertanto, si può notare la maggiore complessità e costo rispetto alle centrali elettriche di design classico, nonché la necessità di utilizzare una quantità significativa di rame, che in Germania scarseggia.
Oltre ai cannoni semoventi Ferdinand, l'uso della propulsione elettrica è stato considerato anche nel carro armato super pesante tedesco, il carro armato Maus da 188 tonnellate.
Intorno allo stesso periodo, un carro pesante EKV sperimentale con una centrale elettromeccanica fu sviluppato in URSS sulla base del carro armato KV-1. Il design tecnico del carro armato EKV fu sviluppato nel settembre 1941 e nel 1944 il prototipo del carro armato EKV fu sottoposto a test. Si presumeva che l'uso di una trasmissione elettromeccanica sul serbatoio avrebbe ridotto il consumo di carburante, migliorato la manovrabilità e le caratteristiche dinamiche del serbatoio.
La trasmissione elettromeccanica del serbatoio EKV comprendeva un generatore di avviamento DK-502B collegato a un motore diesel V-2K e due motori di trazione DK-301V, con due riduttori a bordo e apparecchiature di controllo.
Secondo i risultati del test, il design del serbatoio EKV è stato riconosciuto come insoddisfacente, il lavoro sul progetto è stato ridotto.
Progetti di carri armati "elettrici" sono stati realizzati in Gran Bretagna, Stati Uniti, URSS, Germania e Francia, così come in altri paesi nel corso del XX secolo. Tuttavia, al momento, i carri armati e i veicoli corazzati di un layout tradizionale hanno ricevuto il massimo sviluppo.
Vantaggi e prospettive
Perché si torna costantemente al problema di garantire la propulsione elettrica dei veicoli da combattimento a terra, nonostante il gran numero di progetti sperimentali chiusi?
Da un lato c'è lo sviluppo delle tecnologie, il cui utilizzo nei sistemi di propulsione elettrica permette di contare sull'ottenimento di risultati positivi prima irraggiungibili. Sono in fase di sviluppo motori elettrici a magneti permanenti e asincroni, generatori di corrente elettrica ad alta efficienza, sistemi di distribuzione dell'energia, batterie a ricarica rapida e molto altro.
Di recente, stiamo parlando non solo della tecnologia di terra con propulsione elettrica, ma anche della creazione di velivoli completamente elettrici fino a modelli passeggeri abbastanza grandi.
D'altra parte, i vantaggi che la propulsione elettrica può fornire agli equipaggiamenti da combattimento a terra sono sempre più richiesti:
- la possibilità di un layout flessibile del veicolo da combattimento a causa dell'assenza nella trasmissione elettrica di unità con un collegamento meccanico rigido fornito dagli alberi;
- aumento della sopravvivenza delle attrezzature militari grazie alla possibilità di ridondanza dei componenti della trasmissione elettrica;
- la possibilità di abbandonare gli azionamenti idraulici pericolosi per l'incendio a favore di quelli elettrici;
- la possibilità di spostamento dell'equipaggiamento militare su tratti limitati del percorso nella massima mimetizzazione, con minimo smascheramento per caratteristiche sonore e termiche;
- la capacità di recuperare elettricità durante la frenata;
- le migliori caratteristiche dinamiche e parametri di fuoristrada dei veicoli blindati dotati di trasmissione elettrica;
- grande facilità di controllo dei veicoli blindati a propulsione elettrica;
- la capacità di fornire una quantità di elettricità sufficiente per un numero sempre crescente di equipaggiamenti, sensori, armi avanzate.
Diamo un'occhiata più da vicino a questi vantaggi. La principale fonte di energia è un diesel o una turbina a gas, nelle auto con trasmissione elettrica avranno una maggiore risorsa ed efficienza grazie al fatto che è possibile selezionare inizialmente la velocità ottimale del motore, alla quale avrà un'usura minima e il massimo del carburante efficienza. I carichi aumentati durante l'accelerazione e le manovre vigorose saranno compensati dalle batterie tampone.
Ad esempio, in abbinamento ad un generatore, può essere installata una turbina a gas ad alta velocità, che funzionerà in modalità “on/off” per ricaricare le batterie tampone, senza variare la velocità.
Nella trasmissione elettrica non è necessario installare alberi e riduttori ingombranti. Il collegamento meccanico nella trasmissione elettrica è disponibile solo nelle coppie motore-generatore elettrico e motore elettrico-ruota, ma queste unità possono essere realizzate come un'unica unità. Il resto delle unità è collegato con cavi flessibili.
A differenza dei collegamenti meccanici, i collegamenti elettrici possono essere ridondanti molte volte. Ad esempio, in fase di assemblaggio della custodia, è possibile posare canali via cavo protetti, che ospiteranno un bus universale di alimentazione e dati, inclusi cavi di alimentazione e dati.
La separazione spaziale delle fonti di energia, dei canali di alimentazione e comunicazione, nonché dei motori e delle eliche con una maggiore probabilità consentirà al veicolo da combattimento di mantenere la mobilità e la consapevolezza della situazione quando danneggiato, il che garantirà la possibilità di ritirare il veicolo da combattimento dalla zona di fuoco e l'evacuazione dal campo di battaglia.
Il rifiuto degli azionamenti idraulici a favore di quelli elettrici contribuirà anche ad aumentare la sopravvivenza dei veicoli da combattimento a terra, sia per il minor rischio di incendio di questi ultimi, sia per la loro maggiore affidabilità. L'aeronautica russa prevede di abbandonare le trasmissioni idrauliche sul caccia Su-57 di quinta generazione entro il 2022.
La presenza di batterie tampone vi permetterà di rimanere mobili senza accendere il motore principale, seppur su un tratto abbastanza limitato. Ciò consentirà ai veicoli da combattimento promettenti di implementare nuovi scenari tattici per condurre operazioni di combattimento da un'imboscata, quando in modalità standby il veicolo corazzato è in piena prontezza al combattimento, mentre la sua firma termica sarà paragonabile alla temperatura ambiente.
Le batterie forniranno anche la possibilità di muoversi in caso di guasto della centrale elettrica principale, che consentirà ai veicoli corazzati di lasciare il campo di battaglia da soli. In alcuni casi, per evacuare un veicolo da combattimento con una trasmissione elettrica, sarà sufficiente collegarlo semplicemente a una fonte di alimentazione esterna. Ad esempio, un mezzo blindato di soccorso in questo modo può evacuare contemporaneamente altri due mezzi corazzati con trasmissione elettrica parzialmente danneggiata, semplicemente gettandovi sopra dei cavi di alimentazione.
Come nei veicoli elettrici civili, nei veicoli blindati con trasmissione elettrica, il recupero di energia può essere effettuato durante la frenata.
I veicoli da combattimento a terra con trasmissione elettrica avranno le migliori caratteristiche di mobilità e controllabilità grazie alla trasmissione di potenza infinitamente variabile alle eliche, nonché alla distribuzione flessibile della potenza tra i motori elettrici sui lati di babordo e tribordo. Ad esempio, durante una svolta, una diminuzione della potenza sul motore del tallone posteriore sarà compensata da un aumento della potenza del motore del tallone posteriore.
Uno dei vantaggi più importanti della trasmissione elettrica sarà la capacità di fornire energia ad apparecchiature e sensori, ad esempio stazioni radar (radar) per la ricognizione, la guida e la difesa a tutto tondo del complesso di protezione attiva.
Nel prossimo futuro, le armi laser diventeranno parte integrante dei veicoli da combattimento a terra, che saranno in grado di neutralizzare ampiamente la minaccia di piccoli velivoli senza pilota (UAV), missili guidati anticarro e submunizioni a grappolo con teste di ricerca termiche e ottiche.
L'elettricità può anche essere richiesta per i sistemi di mimetizzazione attivi per veicoli corazzati nelle gamme di lunghezze d'onda termiche e ottiche.
conclusioni
È probabile che la creazione di veicoli da combattimento a terra con propulsione elettrica diventi inevitabile man mano che la tecnologia migliora e aumentano i requisiti per l'alimentazione delle apparecchiature di bordo e delle armi. Il mercato civile dei veicoli elettrici può avere un impatto significativo sul tasso di introduzione di veicoli da combattimento a terra con propulsione elettrica.
I promettenti veicoli da combattimento a terra con trasmissione elettrica supereranno i modelli "classici" in termini di dinamismo, manovrabilità, facilità di controllo, sopravvivenza e sicurezza, nonché, se possibile, posizionamento di armi e sensori promettenti con un elevato consumo di energia su di essi.
