Engenharia Civil
Os primeiros carros elétricos surgiram antes dos carros com motores de combustão interna (ICE), em 1828. No início do século 20, os veículos elétricos representavam mais de um terço de toda a frota de veículos dos Estados Unidos. No entanto, gradualmente começaram a abrir mão de suas posições, cedendo aos carros em termos de autonomia, conveniência de reabastecimento e outros parâmetros.
Várias opções de design para veículos elétricos podem ser implementadas. Um veículo elétrico clássico é alimentado por baterias carregadas em uma estação de carregamento. Um veículo elétrico com fornecimento externo de energia elétrica recebe eletricidade de condutores externos por um método de contato ou por meio de campos eletromagnéticos. Um motor de combustão interna com gerador pode ser instalado para recarregar as baterias de um veículo elétrico, ou a eletricidade pode ser gerada a partir de combustíveis líquidos ou gasosos diretamente usando células de combustível catalíticas. Todos os esquemas acima podem ser combinados de várias maneiras.
Periodicamente, o interesse pelos veículos elétricos era retomado, geralmente durante a alta dos preços dos derivados de petróleo, mas rapidamente desaparecia: os carros com motores de combustão interna ficavam fora da competição. Com isso, os equipamentos com propulsão elétrica têm se difundido no segmento de transporte com fornecimento externo de energia elétrica: trens elétricos, bondes e trólebus, no nicho de equipamentos de almoxarifado.
Um segmento separado pode ser distinguido por equipamentos especiais, por exemplo, caminhões basculantes de mineração com capacidade de carga de mais de 100 toneladas, nos quais uma transmissão eletromecânica é usada.
No início do século 21, o interesse pelos veículos elétricos foi retomado em um novo patamar. O fator determinante não foi o aumento dos preços dos derivados de petróleo, mas a demanda de ativistas ambientais para reduzir as emissões nocivas. A americana Tesla, adorada (odiada) por muitos Elon Musk, tornou-se a fabricante que surfou ao máximo a "onda ambiental".
Mas quem quer que seja e não importa como eles se relacionam com Elon Musk, não se pode negar que a Tesla fez um ótimo trabalho: na verdade, um segmento separado do mercado de automóveis foi criado, os carros elétricos se tornaram uma área na qual os gigantes automotivos começaram para investir ativamente. Se o desenvolvimento for realizado ativamente em alguma direção, o resultado será alcançado mais cedo ou mais tarde. Haverá novas baterias com maior capacidade, altas taxas de carga e ampla faixa de temperatura de aplicação, motores elétricos mais eficientes e compactos, com caixas de câmbio integradas que podem ser colocadas em rodas de motor com baixo peso não suspenso e outros desenvolvimentos.
Não há dúvida de que, em um futuro próximo, os carros elétricos irão praticamente substituir os carros por motores de combustão interna, e não por questões ambientais, mas pela superioridade técnica geral dos veículos elétricos.
Equipamento militar
Em 1917, a empresa francesa FAMH produziu 400 tanques Saint Chamond com transmissão elétrica Crochat Collendeau, nos quais um motor Panhard a gasolina era conectado diretamente a um gerador elétrico, que acionava dois motores elétricos, cada um deles conectado a uma roda motriz e a uma lagarta dirigir. Também em 1917, um tanque com transmissões elétricas da Daimler e da British Westinghouse foi testado na Grã-Bretanha.
Exemplos posteriores incluem a unidade de artilharia autopropelida pesada alemã (SAU) "Ferdinand" ("Elefante") pesando 65 toneladas. A usina "Ferdinand" incluiu dois motores carburadores em forma de V de 12 cilindros refrigerados a água "Maybach" HL 120 TRM com uma capacidade de 265 litros. pp., dois geradores elétricos Siemens-Schuckert Typ aGV com tensão de 365 volts e dois motores elétricos de tração Siemens-Schuckert D149aAC com potência de 230 kW, localizados na parte traseira do casco, que acionaram cada uma de suas rodas por meio de uma redução engrenagem feita de acordo com um esquema planetário.
Embora Ferdinand seja relativamente novo, não há muitas reclamações sobre seu trabalho. Assim, nota-se a maior complexidade e custo em comparação com usinas de design clássico, bem como a necessidade de utilização de uma quantidade significativa de cobre, que é escasso na Alemanha.
Além dos canhões autopropelidos Ferdinand, o uso de propulsão elétrica também foi considerado no tanque superpesado alemão, o tanque Maus de 188 toneladas.
Por volta do mesmo período, um tanque pesado experimental EKV com uma usina eletromecânica foi desenvolvido na URSS com base no tanque KV-1. O projeto técnico do tanque EKV foi desenvolvido em setembro de 1941 e, em 1944, o protótipo do tanque EKV foi para teste. Foi assumido que o uso de uma transmissão eletromecânica no tanque reduziria o consumo de combustível, melhoraria a manobrabilidade e as características dinâmicas do tanque.
A transmissão eletromecânica do tanque EKV incluía um gerador de partida DK-502B conectado a um motor a diesel V-2K e dois motores de tração DK-301V, com duas caixas de câmbio a bordo e equipamento de controle.
De acordo com os resultados do teste, o design do tanque EKV foi considerado insatisfatório, o trabalho no projeto foi reduzido.
Projetos de tanques "elétricos" foram realizados na Grã-Bretanha, EUA, URSS, Alemanha e França, assim como em outros países ao longo do século XX. No entanto, até o momento, tanques e veículos blindados de traçado tradicional têm recebido o máximo desenvolvimento.
Benefícios e perspectivas
Por que há um retorno constante à questão da garantia da propulsão elétrica dos veículos de combate terrestre, apesar do grande número de projetos experimentais encerrados?
Por um lado, há um desenvolvimento de tecnologias, cuja utilização em sistemas de propulsão elétrica permite contar com a obtenção de resultados positivos até então inatingíveis. Ímãs permanentes e motores elétricos assíncronos, geradores de corrente elétrica de alta eficiência, sistemas de distribuição de energia, baterias de carregamento rápido e muito mais estão sendo desenvolvidos.
Recentemente, estamos falando não apenas sobre tecnologia de solo com propulsão elétrica, mas também sobre a criação de aeronaves totalmente elétricas até modelos de passageiros bastante grandes.
Por outro lado, as vantagens que a propulsão elétrica pode fornecer aos equipamentos de combate em solo são cada vez mais procuradas:
- a possibilidade de um layout flexível do veículo de combate devido à ausência na transmissão elétrica de unidades com uma conexão mecânica rígida fornecida pelos eixos;
- aumento da capacidade de sobrevivência de equipamentos militares devido à possibilidade de redundância dos componentes da transmissão elétrica;
- a possibilidade de abandonar os acionamentos hidráulicos com risco de incêndio em favor dos elétricos;
- a possibilidade de movimentação de equipamento militar em trechos limitados do caminho no modo de camuflagem máxima, com desmascaramento mínimo por características sonoras e térmicas;
- a capacidade de recuperar eletricidade durante a frenagem;
- as melhores características dinâmicas e parâmetros de cross-country de veículos blindados equipados com transmissão elétrica;
- grande facilidade de controle de veículos blindados com propulsão elétrica;
- a capacidade de fornecer uma quantidade suficiente de eletricidade para um número cada vez maior de equipamentos, sensores, armas avançadas.
Vamos examinar mais de perto esses benefícios. A principal fonte de energia é uma turbina a diesel ou a gás, nos carros com transmissão elétrica terão maior recurso e eficiência pelo fato de poder ser inicialmente selecionada a rotação ótima do motor, na qual terá desgaste mínimo e combustível máximo eficiência. As cargas aumentadas durante a aceleração e manobras vigorosas serão compensadas pelas baterias de buffer.
Por exemplo, em combinação com um gerador, pode ser instalada uma turbina a gás de alta velocidade, que operará no modo "liga / desliga" para recarregar as baterias do buffer, sem alterar a velocidade.
Na transmissão elétrica, não há necessidade de instalar eixos e caixas de engrenagens volumosas. A conexão mecânica na transmissão elétrica está disponível apenas nos pares motor-gerador elétrico e motor elétrico-roda, mas essas unidades podem ser feitas como uma única unidade. O resto das unidades são conectadas com cabos flexíveis.
Ao contrário das conexões mecânicas, as conexões elétricas podem ser redundantes muitas vezes. Por exemplo, na fase de montagem da caixa, podem ser instalados canais de cabo protegidos, que irão abrigar um barramento universal de energia e dados, incluindo cabos de energia e dados.
A separação espacial das fontes de energia, canais de abastecimento e comunicação, bem como motores e hélices com maior probabilidade, permitirá ao veículo de combate manter a mobilidade e consciência situacional quando avariada, o que garantirá a possibilidade de retirada do veículo de combate da zona de tiro e evacuar do campo de batalha.
A rejeição dos acionamentos hidráulicos em favor dos elétricos também ajudará a aumentar a capacidade de sobrevivência dos veículos de combate terrestre, tanto pelo menor risco de incêndio destes últimos, quanto por sua maior confiabilidade. A Força Aérea Russa planeja abandonar os acionamentos hidráulicos do caça Su-57 de quinta geração até 2022.
A presença de baterias de buffer permitirá que você permaneça móvel sem ligar o motor principal, embora em uma seção bastante limitada. Isso permitirá que veículos de combate promissores implementem novos cenários táticos para conduzir operações de combate a partir de uma emboscada, quando em modo de espera o veículo blindado está em total prontidão para combate, enquanto sua assinatura térmica será comparável à temperatura ambiente.
As baterias também fornecerão a capacidade de se mover em caso de falha da usina principal, o que permitirá que os veículos blindados deixem o campo de batalha por conta própria. Em alguns casos, para evacuar um veículo de combate com transmissão elétrica, bastará simplesmente conectá-lo a uma fonte de energia externa. Por exemplo, um veículo de recuperação blindado pode evacuar simultaneamente dois outros veículos blindados com uma transmissão elétrica parcialmente danificada, simplesmente jogando cabos de força sobre eles.
Como nos veículos elétricos civis, nos veículos blindados com transmissão elétrica, a recuperação de energia pode ser realizada durante a frenagem.
Os veículos de combate terrestre com transmissão elétrica terão as melhores características de mobilidade e controlabilidade devido à transmissão de potência infinitamente variável às hélices, além da distribuição flexível de potência entre os motores elétricos a bombordo e estibordo. Por exemplo, durante uma curva, uma diminuição na potência do motor do talão traseiro será compensada por um aumento na potência do motor do talão traseiro.
Uma das vantagens mais importantes da transmissão elétrica será a capacidade de fornecer energia a equipamentos e sensores, por exemplo, estações de radar (radares) para reconhecimento, orientação e defesa total do complexo de proteção ativa.
Em um futuro próximo, as armas a laser se tornarão parte integrante dos veículos de combate terrestre, que serão capazes de neutralizar em grande parte a ameaça de pequenos veículos aéreos não tripulados (UAVs), mísseis guiados antitanque e submunições de cluster com cabeças de homing térmicas e ópticas.
A eletricidade também pode ser necessária para sistemas de camuflagem ativa para veículos blindados nas faixas de comprimento de onda térmico e óptico.
conclusões
É provável que a criação de veículos de combate terrestres com propulsão elétrica se torne inevitável à medida que a tecnologia se aprimora e os requisitos para o fornecimento de energia de equipamentos de bordo e armas aumentam. O mercado civil de veículos elétricos pode ter um impacto significativo na taxa de introdução de veículos de combate terrestres com propulsão elétrica.
Promissores veículos de combate terrestre com transmissão elétrica ultrapassarão os modelos "clássicos" em termos de dinamismo, manobrabilidade, facilidade de controle, sobrevivência e segurança, bem como, se possível, colocação de armas promissoras e sensores com alto consumo de energia.
