Ingeniería civil
Los primeros coches eléctricos aparecieron antes que los coches con motores de combustión interna (ICE), en 1828. A principios del siglo XX, los vehículos eléctricos representaban más de un tercio de toda la flota de vehículos de EE. UU. Sin embargo, luego gradualmente comenzaron a ceder sus posiciones, cediendo a los autos en términos de alcance, conveniencia de reabastecimiento de combustible y otros parámetros.
Se pueden implementar varias opciones de diseño para vehículos eléctricos. Un vehículo eléctrico clásico funciona con baterías cargadas en una estación de carga. Un vehículo eléctrico con suministro externo de energía eléctrica recibe electricidad de conductores externos mediante un método de contacto o mediante campos electromagnéticos. Se puede instalar un motor de combustión interna con un generador para recargar las baterías de un vehículo eléctrico, o se puede generar electricidad a partir de combustibles líquidos o gaseosos directamente utilizando pilas de combustible catalíticas. Todos los esquemas anteriores se pueden combinar de varias formas.
Periódicamente, se reanudó el interés por los vehículos eléctricos, generalmente durante el aumento de los precios de los productos derivados del petróleo, pero se desvaneció rápidamente: los automóviles con motores de combustión interna quedaron fuera de competencia. Como resultado, los equipos con propulsión eléctrica se han generalizado en el segmento de transporte con suministro externo de energía eléctrica: trenes eléctricos, tranvías y trolebuses, en el nicho de los equipos de almacén.
Un segmento separado se puede distinguir por equipos especiales, por ejemplo, camiones volquete de minería con una capacidad de carga de más de 100 toneladas, en los que se utiliza una transmisión electromecánica.
A principios del siglo XXI, el interés por los vehículos eléctricos se reanudó a un nuevo nivel. El factor determinante no fue la subida de los precios de los productos derivados del petróleo, sino la demanda de los activistas medioambientales de reducir las emisiones nocivas. La empresa estadounidense Tesla, adorada (odiada) por muchos Elon Musk, se convirtió en el fabricante que se ha enfrentado a la "ola ambiental" tanto como ha sido posible.
Pero quienquiera que sea y sin importar cómo se relacionen con Elon Musk, no se puede negar que Tesla ha hecho un gran trabajo: de hecho, se ha creado un segmento separado del mercado automotriz, los autos eléctricos se han convertido en un área en la que han comenzado los gigantes automotrices. invertir activamente. Si el desarrollo se lleva a cabo activamente en alguna dirección, el resultado se logrará tarde o temprano. Habrá nuevas baterías con mayor capacidad, altas tasas de carga y un rango de temperatura de aplicación extendido, motores eléctricos más eficientes y compactos, con cajas de cambios integradas que se pueden colocar en ruedas de motor de bajo peso no suspendido y otras novedades.
No cabe duda de que en un futuro previsible, los coches eléctricos prácticamente sustituirán a los coches con motores de combustión interna, y no por motivos medioambientales, sino por la superioridad técnica general de los vehículos eléctricos.
Equipamiento militar
En 1917, la empresa francesa FAMH produjo 400 tanques Saint Chamond con transmisión eléctrica Crochat Collendeau, en los que un motor de gasolina Panhard estaba conectado directamente a un generador eléctrico, que accionaba dos motores eléctricos, cada uno de los cuales estaba conectado a una rueda motriz y una oruga. conducir. También en 1917, se probó en Gran Bretaña un tanque con transmisiones eléctricas de Daimler y British Westinghouse.
Los ejemplos posteriores incluyen la unidad de artillería autopropulsada pesada alemana (SAU) "Ferdinand" ("Elefante") que pesa 65 toneladas. La planta de energía "Ferdinand" incluía dos motores de carburador refrigerados por agua de 12 cilindros en forma de V "Maybach" HL 120 TRM con una capacidad de 265 litros. pp., dos generadores eléctricos Siemens-Schuckert Typ aGV con un voltaje de 365 voltios y dos motores eléctricos de tracción Siemens-Schuckert D149aAC con una potencia de 230 kW, ubicados en la parte trasera del casco, que impulsaron cada una de sus ruedas a través de una reducción engranaje hecho de acuerdo con un esquema planetario.
Si bien Ferdinand es relativamente nueva, no hay muchas quejas sobre su trabajo. Como tal, se puede notar la mayor complejidad y costo en comparación con las centrales eléctricas de diseño clásico, así como la necesidad de utilizar una cantidad significativa de cobre, que escasea en Alemania.
Además de los cañones autopropulsados Ferdinand, también se consideró el uso de propulsión eléctrica en el tanque superpesado alemán, el tanque Maus de 188 toneladas.
Aproximadamente en el mismo período, se desarrolló en la URSS un tanque pesado EKV experimental con una planta de energía electromecánica sobre la base del tanque KV-1. El diseño técnico del tanque EKV se desarrolló en septiembre de 1941, y en 1944 se sometió a prueba el prototipo del tanque EKV. Se asumió que el uso de una transmisión electromecánica en el tanque reduciría el consumo de combustible, mejoraría la maniobrabilidad y las características dinámicas del tanque.
La transmisión electromecánica del tanque EKV incluyó un arrancador-generador DK-502B conectado a un motor diesel V-2K, y dos motores de tracción DK-301V, con dos cajas de cambios a bordo y equipo de control.
Según los resultados de la prueba, el diseño del tanque EKV se reconoció como insatisfactorio, el trabajo en el proyecto se redujo.
Los proyectos de tanques "eléctricos" se llevaron a cabo en Gran Bretaña, Estados Unidos, URSS, Alemania y Francia, así como en otros países a lo largo del siglo XX. Sin embargo, por el momento, los tanques y vehículos blindados de diseño tradicional han recibido el máximo desarrollo.
Beneficios y perspectivas
¿Por qué hay un constante retorno al tema de asegurar la propulsión eléctrica de los vehículos terrestres de combate, a pesar de la gran cantidad de proyectos experimentales cerrados?
Por un lado, hay un desarrollo de tecnologías, cuyo uso en sistemas de propulsión eléctrica permite contar con la obtención de resultados positivos antes inalcanzables. Se están desarrollando motores eléctricos asíncronos y de imanes permanentes, generadores de corriente eléctrica de alta eficiencia, sistemas de distribución de energía, baterías de carga rápida y mucho más.
Recientemente, estamos hablando no solo de tecnología terrestre con propulsión eléctrica, sino también de la creación de aviones totalmente eléctricos hasta modelos de pasajeros bastante grandes.
Por otro lado, las ventajas que la propulsión eléctrica puede proporcionar a los equipos de combate terrestre son cada vez más demandadas:
- la posibilidad de un diseño flexible del vehículo de combate debido a la ausencia en la transmisión eléctrica de unidades con una conexión mecánica rígida proporcionada por los ejes;
- mayor capacidad de supervivencia del equipo militar debido a la posibilidad de redundancia de los componentes de la transmisión eléctrica;
- la posibilidad de abandonar los accionamientos hidráulicos peligrosos contra incendios en favor de los eléctricos;
- la posibilidad de movimiento de equipo militar en secciones limitadas del camino en el modo de camuflaje máximo, con un desenmascaramiento mínimo por características acústicas y térmicas;
- la capacidad de recuperar electricidad durante el frenado;
- las mejores características dinámicas y parámetros de campo traviesa de los vehículos blindados equipados con transmisión eléctrica;
- gran facilidad de control de vehículos blindados con propulsión eléctrica;
- la capacidad de proporcionar una cantidad suficiente de electricidad para un número cada vez mayor de equipos, sensores y armas avanzadas.
Echemos un vistazo más de cerca a estos beneficios. La principal fuente de energía es una turbina diésel o de gas, en los coches con transmisión eléctrica tendrán un mayor recurso y eficiencia debido a que inicialmente se puede seleccionar la velocidad óptima del motor, en la que tendrá mínimo desgaste y máximo combustible. eficiencia. Las cargas aumentadas durante la aceleración y las maniobras vigorosas serán compensadas por las baterías de reserva.
Por ejemplo, en combinación con un generador, se puede instalar una turbina de gas de alta velocidad, que funcionará en modo "on / off" para recargar las baterías de reserva, sin cambiar la velocidad.
En la transmisión eléctrica, no es necesario instalar ejes y cajas de cambios voluminosos. La conexión mecánica en la transmisión eléctrica está disponible solo en los pares motor-generador eléctrico y motor eléctrico-rueda, pero estas unidades se pueden hacer como una sola unidad. El resto de unidades están conectadas con cables flexibles.
A diferencia de las conexiones mecánicas, las conexiones eléctricas pueden ser redundantes muchas veces. Por ejemplo, en la etapa de ensamblaje de la caja, se pueden colocar canales de cable protegidos, que albergarán un bus universal de energía y datos, incluidos los cables de energía y datos.
La separación espacial de fuentes de energía, canales de suministro y comunicación, así como motores y hélices con mayor probabilidad permitirá que el vehículo de combate mantenga la movilidad y la conciencia situacional cuando se dañe, lo que asegurará la posibilidad de retirar el vehículo de combate de la zona de tiro. y evacuación del campo de batalla.
El rechazo de los accionamientos hidráulicos en favor de los eléctricos también ayudará a aumentar la capacidad de supervivencia de los vehículos de combate terrestres, tanto por el menor riesgo de incendio de estos últimos como por su mayor fiabilidad. La Fuerza Aérea Rusa planea abandonar los accionamientos hidráulicos del caza Su-57 de quinta generación para 2022.
La presencia de baterías intermedias le permitirá permanecer móvil sin encender el motor principal, aunque en una sección bastante limitada. Esto permitirá que los vehículos de combate prometedores implementen nuevos escenarios tácticos para realizar operaciones de combate desde una emboscada, cuando en el modo de espera el vehículo blindado está completamente listo para el combate, mientras que su firma térmica será comparable a la temperatura ambiente.
Las baterías también proporcionarán la capacidad de moverse en caso de una falla de la planta de energía principal, lo que permitirá que los vehículos blindados abandonen el campo de batalla por su cuenta. En algunos casos, para evacuar un vehículo de combate con transmisión eléctrica, bastará simplemente con conectarlo a una fuente de alimentación externa. Por ejemplo, un vehículo de recuperación blindado de esta manera puede evacuar simultáneamente otros dos vehículos blindados con una transmisión eléctrica parcialmente dañada, simplemente arrojando cables de alimentación sobre ellos.
Al igual que en los vehículos eléctricos civiles, en los vehículos blindados con transmisión eléctrica, la recuperación de energía se puede realizar durante el frenado.
Los vehículos terrestres de combate con transmisión eléctrica tendrán las mejores características de movilidad y controlabilidad debido a la transmisión de potencia infinitamente variable a las hélices, así como a la distribución de potencia flexible entre los motores eléctricos en los lados de babor y estribor. Por ejemplo, durante un giro, una disminución de potencia en el motor de talón de arrastre se compensará con un aumento en la potencia del motor de talón de arrastre.
Una de las ventajas más importantes de la transmisión eléctrica será la capacidad de proporcionar energía a equipos y sensores, por ejemplo, estaciones de radar (radares) para reconocimiento, guía y defensa integral del complejo de protección activa.
En un futuro cercano, las armas láser se convertirán en una parte integral de los vehículos de combate terrestres, que podrán neutralizar en gran medida la amenaza de los pequeños vehículos aéreos no tripulados (UAV), misiles guiados antitanque y submuniciones de racimo con cabezales de retorno térmicos y ópticos.
También se puede requerir electricidad para los sistemas de camuflaje activo para vehículos blindados en los rangos de longitud de onda térmica y óptica.
conclusiones
Es probable que la creación de vehículos de combate terrestres con propulsión eléctrica se vuelva inevitable a medida que la tecnología mejore y aumenten los requisitos para el suministro de energía de los equipos y armas a bordo. El mercado civil de vehículos eléctricos puede tener un impacto significativo en la tasa de introducción de vehículos de combate terrestres con propulsión eléctrica.
Los prometedores vehículos terrestres de combate con transmisión eléctrica superarán a los modelos "clásicos" en términos de dinamismo, maniobrabilidad, facilidad de control, supervivencia y seguridad, así como, si es posible, colocación de prometedoras armas y sensores de alto consumo energético en ellos.
