Военные технологии аккумулирования энергии. Аккумуляторы военные


Военные технологии аккумулирования энергии » Военное обозрение

Военные внимательно следят за появлением новых технологий, в частности, за появлением продвинутых батарей, микрогенераторов, топливных элементов, источников солнечной энергии, суперкондесаторов, которые предназначены для аккумулирования энергии.

Полный боевой комплект солдат весит немало, однако боевые задачи предполагают в настоящее время и ношение большого количества новейших электронных устройств. Применение более эффективного оборудования и технологий умного управления энергопотреблением в значительной степени облегчили бы массу этого снаряжения. Поэтому возникла необходимость поиска и изучения новых технологических разработок. В свою очередь, в наиболее продвинутых программах военной модернизации, центральное место занимает выработка и управление электроэнергией.

Процессы стандартизации и интеграции в НАТО крайне сложны, потому как не существует единого натовского стандарта соединительных устройств или напряжения в системах обеспечения деятельности солдата. Поэтому, как правило, разработчики свои основные усилия направляют на разработку распределенных и централизованных систем энергосбережения.

Распределенная система характеризуется тем, что каждая отдельная часть оборудования оснащена собственной батареей, а связь с остальными частями осуществляется исключительно для передачи данных. Централизованная система характеризуется тем, что комплект аккумуляторов, который в нее входит, интегрирован в ранцевую энергетическую систему, и представляет собой единое целое с персональной электроникой.

Благодаря централизованной системе возможно уменьшение нагрузки на человека, а также объема логистических операций, которое достигается за счет использования вместо нескольких батарей единого перезаряжаемого блока, являющегося источником энергии для оборудования. Чтобы использование их было эффективным, необходимо, чтобы все устройства имели одинаковое напряжение, либо имели собственные системы регулирования мощности или же блок управления энергопотреблением. Использование централизованных энергосхем больше подходит для использования в современных технологиях, в частности, в электронных тканях и плоских кабельных проводках.

Потребителем электроэнергии в настоящее время становится также и стрелковое оружие. Ни для кого уже не является новинкой оптические прицелы, лазерные указатели, устройства подсветки, усилители изображения и тепловизоры. Многие военные также не исключают возможности модернизации и доработки вооружения через встроенные средства передачи данных и энергопитания. Так, к примеру, программа модернизации солдатского снаряжения LAND 125 Австралии включает улучшенную винтовку Steyr F88, оснащенную батарейным блоком, который снабжает энергией дополнительные устройства.

ISSE DE&S (Управление по интегрированным солдатским системам МО Великобритании) и компанией ABSL Power Systems совместными усилиями были разработаны легкие батареи для радиостанций с ультракоротким диапазоном BOWMAN, которые имеют больший срок службы. Батареи основаны на соединении литий-монофторид углерода, в последнее время находящего все большее применение.

В химических реакциях батарей используется кислород, в результате чего вырабатывается электроэнергия. Свинцово-кислотные аккумуляторы, к примеру, кислород вырабатывается благодаря электролиту с серной кислотой. В литиево-воздушных батареях кислород получается из атмосферы, за счет чего снижается масса батареи. В теории, литиево-воздушные батареи получают большую энергетическую плотность, равную 1000 Вт/ч на 1 килограмм элемента, но на практике батареи такого типа пока не достигают этой плотности. Помимо этого, такие батареи не способны дать высокой выходной мощности, и на практике перезаряжаемые модели еще не реализованы. К тому же, существуют определенные проблемы со сроком эксплуатации и безопасностью, потому как литий является высокореактивным веществом и может взрываться или воспламеняться при повреждениях или неосторожном обращении.

Британским МО в настоящее время осуществляется программа RBDS, которая имеет своей целью снижение нагрузки на солдата до 25 килограммов. В основу ее положены разработки персонального энергосбережения и электронных систем. Конечным результатом должно стать создание интегрированной архитектуры энергетических и электронных систем, которая будет полагаться на основной источник питания, имеющий энергетическую плотность порядка 600-800 Вт/ч на килограмм. Первые прототипы были созданы в 2011 году, а рабочие образцы могут появиться уже через несколько лет.

Программа RBDS предусматривает рассмотрение применения различных концепций с целью достичь ступенчатых изменений энергетической плотности энергоисточников.

Надо сказать, что ученые и промышленные группы занимаются исследованиями различных технологий, в частности, программных агентов, которые способны совершать интеллектуальное управление энергосбережением, а также топливные элементы, химические перспективные составы, фотогальванистические массивы, аккумулирование энергии, электронные ткани и микродвигатели.

Так, в рамках одной из программ МО Великобритании проводится изучение биомеханического аккумулирования энергии, которое заключается в том, что движение тела используется для выделения энергии, которая и используется для обеспечения работы персональной радиостанции. Исследовательская работа «Солнечный солдат» занимается изучением многоуровневого фотогальванического устройства, подающего энергию для устройств. Помимо этого, существует и еще одно направление исследовательской работы, которое направлено на разработку быстроразвертываемых печатных антенн, которое можно носить на теле и с их помощью аккумулировать радиочастотную энергию. Необходимость большой мощности в определенные короткие временные промежутки заставляет обращать внимание и на перспективные суперконденсаторы.

Большое количество исследований по продвинутым батареям сосредоточено на использовании литиево-воздушных систем, о которых мы упоминали выше. Ввиду того, что применение практических литиево-воздушных систем нерационально, в последние несколько лет в мире появились новые батареи, имеющие литий-ионный состав. Ими являются литий-железофосфатные безопасные батареи, которые обладают высокой пиковой мощностью и высокой энергетической плотностью. Среди производителей таких батарей ведущие позиции занимают американская компания A123 Sуstems и канадская Phostech Lithium. Особенность новых батарей заключается в том, что они обладают гораздо большей энергоплотностью, поэтому при перезарядке смогут обеспечить уменьшение логистических задач.

Существует и еще одно направление в развитии аккумуляторов, которое заключается в слиянии двух технологий – конденсатора и батареи. Конденсатор – это пара проводников, которые разделены диэлектриками. Между этими проводниками накапливается разность потенциалов, которая представляет собой электрический статический заряд. Когда положительный и отрицательный полюса соединяются, конденсатор разряжается. Электроемкость измеряется в фарадах, но в последнее время появились мультифарадные конденсаторы, которые содержат большой электрический заряд в небольшом объеме, могут быстро разряжаться и перезаряжаться. Недостатком их является неспособность сохранять заряд долгое время. Благодаря таким своим характеристикам суперконденсаторы могут дополнить аккумуляторы в тех случаях, когда необходима высокая импульсивная мощность на небольшой временной промежуток.

Использование энергии как единого целого очень важно, независимо от типа силовой архитектуры. До настоящего времени солдаты уже научились более разумно использовать энергию, управляя энергопотреблением при помощи включения и выключения оборудования. Вместе с тем, автоматические системы управления дадут возможность продлить срок службы батарей и снизить уровень рабочей нагрузки.

Особенно важно эффективное управление энергопотреблением для солдат в боевой обстановке. К примеру, в Афганистане, пехотинцы и связисты, которые проводят двухсуточное патрулирование по пересеченной местности, могут носить до 11 килограмм батарей. При этом практически половина массы аккумуляторов используется для защиты, в то время как для метровой радиостанции используется всего 39 процентов. Остальные 22 процента делятся между универсальной батареей, высокочастотной радиостанцией, коммерческими элементами.

Для того чтобы уменьшить вес аккумуляторов, по заказу британских военных компанией ABSL Power Systems Ltd было разработано новое устройство, которое способно извлекать остаток энергии из неперезаряжаемых севших батарей. Устройство, названное SPC, помимо извлечения энергии из батарей, может проделывать то же самое и с другими возможными источниками энергии. Данное устройство можно подсоединить к аккумуляторам транспортных средств и передать необходимое количество энергии в перезаряжаемое устройство. Кроме того, прибор можно подсоединить к солнечной панели, тогда оно превратится в зарядное устройство для батарей.

На поле боя уже давно используются переносные генераторы, оснащенные двигателями внутреннего сгорания небольших размеров. Такие генераторы экономичны и надежны, но переносить их непросто ввиду немаленького веса. Это стало причиной того, что ученые и промышленность занялись разработками миниатюрного генератора или даже микрогенератора. Первый тип устройства очень близки к двигателям беспилотников, и в скором времени могут появиться на рынке. Что касается второго типа, то это микроэлектромеханические системы, которые изготавливаются с использованием технологии получения полупроводников.

Так, компанией Cubewano проводятся разработки, направленные на создание устройств, которые при небольшом весе (порядка 10 килограммов) имели бы выходную мощность в 2 кВт. Такое устройство могло бы обеспечить энергией группу из 8-12 солдат на 72 часа. Роторные двигатели Sonic от данной компании используют искровое зажигание, и могут работать на различном топливе.

Что касается двигателей внутреннего сгорания MEMS (микроэлектромеханические системы), то по ним еще ведутся исследования, направленные на решение вопросов герметизации, смесеобразования, смазки, зажигания, диагностики двигателя, управления тепловыделением и компоновки дополнительных систем.

Роторные двигатели MEMS, разработанные в университете Беркли, способны выработать около 26 милливатт энергии. Такая же программа существует и в Кембриджском университете. Помимо этого, в Беркли также проводятся разработки минироторного двигателя, который смог бы вырабатывать 10-100 Вт. Такие двигатели могли бы прийти на смену аккумуляторам.

Что касается топливных генераторов, то они уже долгое время находятся в центре внимания военных. Это обусловлено более высокой, по сравнению с химическими составами, энергетической плотностью топлива. Топливные элементы способны вырабатывать энергию, пока к ним поступает воздух и топливо. Некоторое время казалось, что такие элементы потеснят аккумуляторы, став более предпочтительными портативными источниками энергии. Но на практике этого не случилось ввиду проблем со снабжением их топливом. Помимо этого, проблема заключается и в снабжении их водородом, необходимым для соединения с кислородом и выработки тока. Водород очень проблематично перевозить, потому как он взрывоопасен и обладает низкой энергетической плотностью. Хранение его в жидком состоянии также сопряжено с определенными проблемами, поскольку для этого требуются очень низкие температуры и высокое давление. Все эти характеристики делают водород очень непрактичным для использования, особенно на поле боя.

Топливные элементы вполне могут работать на керосине или дизельном топливе, но для этого необходима дополнительная обработка нефтепродуктов, а необходимое для этого оборудование чрезвычайно дорогое.

В конечном итоге все эти проблемы привели к тому, что на данный момент основные разработки топливных элементов для военных сосредоточены на использовании алкогольного топлива, в частности, этанола и метанола.

Топливные элементы находятся в центре двух разработок британской лаборатории оборонной технологии и науки: программы RBDS-CV по снижению нагрузки на солдата и персонального источника энергии Personal Power Source.

В разработке PPS принимают участие компании Qinetiq и ABSL, которые работают над созданием двух систем с топливными элементами: Strand A и Strand B. Первая система предназначена для выделения мощности порядка 7,2 кВт на протяжении двух суток. Ее использование возможно в силовой портативной электронике и коммуникационном оборудовании, в частности, BOWMAN C4I и FIST. Вес источника составляет порядка 1,4 килограмма, а сам он обладает энергетической мощностью 250 кВт в час на килограмм.

Компании занимаются совместными разработками и вторым источником, который представляет собой объединение аккумулятора и топливных элементов. Протоннообменная мембрана в качестве источника водорода использует твердый бесцветный гидрид бора-азота. Вес второго источника составит около 6,3 килограммов, а его энергетическая мощность будет равна 220 кВт в час на килограмм.

Существует и еще один перспективный топливный элемент, предложенный компанией SFC Energy – это легкое портативное устройство для военного использования под названием JENNY 600S. В нем использована технология прямого окисления метанола. Носить его можно на теле, а также использовать для проведения работ дистанционных устройств.

В настоящее время определить, какая из всех перечисленных технологий является лучшей, невозможно. Все они находятся в процессе развития и совершенствования, и вполне возможно, что в будущем возможно появление устройств, которые будут сочетать в себе данные технологии.

Использованы материалы:http://www.army-guide.com/rus/article/article_2317.html

topwar.ru

Разработки энергетических систем для пехоты » Военное обозрение

Солдаты подсоединяют кабели к вспомогательному распределительному центру энергоснабжения в Афганистане

Усилия по доставке все более технологичных систем в дислоцированные подразделения привели к увеличивающемуся потоку электрифицированных приложений, хлынувшему из боевых лабораторий на поле боя и способствующего тому, что стандартизация и унифицированность энергосистем уже не определяется только лишь коммерческими компонентами.

Целью Научно-исследовательского бронетанкового центра TARDEC американской армии является стимулирование промышленного партнерства касательно коммерциализации электрических военных технологий и поощрение унифицированности между оборонным и внутренним рынками. (Далее, электрические технологии – различные устройства и способы выработки электрической энергии)

Технологии литий-ионных и других продвинутых аккумуляторов начались, например, как инвестиции армии в технологические решения по аккумулированию для боевых машин. По заявлению TARDEC в настоящее время уровень компонентной унифицированности между военными и гражданскими грузовиками достигает 65 - 70%.

К 2020 году модернизация транспортных средств и разработка новых систем возглавят список капиталоемких оборонных инвестиций, при этом они все в большей степени будут интегрировать электрические технологии. Наземные боевые машины являются в НИОКР той категорией в которой их активно стремятся перевести с двигателей внутреннего сгорания (ICE) к гибридным (HEV) или полностью электрическим (EV) двигателям и трансмиссиям.

Приложения для построения сетевой структуры армии, как, например, перспективная программа сбора разведывательной информации американской армии - автоматизированная система сбора, обработки и распределения разведывательной информации DCGS-A (Distributed Common Ground System), армейский смартфон Joint Battle Command - Platforms (DCGS-A или Blue Force Tracking) или солдатская информационная система на базе планшета NETT WARRIOR, точно также потребуют постоянного развития электрических систем в соответствии с принципом оборонного финансирования "готовность по наилучшей цене".

Силовые передачи транспортных средств

Интегрированные силовые установки для военных наземных машин стали основным элементом проектов следующего поколения. Требования к перспективным машинам, например, требования к машинам по американским программам JLTV и GCV не только улучшили баллистическую защиту и защищенность шасси от СВУ, но улучшили эргономику экипажа и возможности оперативного управления. Эти компоненты в свою очередь требуют улучшенной ветроники (электроники транспортного средства). Способность выполнять в будущем свои задачи означает, что двигатели, трансмиссии и системы распределения мощности перспективных пехотных машин будут становиться все в большей степени электрическими.

Разработки энергетических систем для пехотыКвадроцикл MV800 4 x 4 ATV от компании Polaris Industries

После установки в 2007 году двигателей модельного ряда PATRIOT, отличающихся электрическим прямым впрыском топлива, на свои квадроциклы MV800 4 x 4, компания Polaris Industries сосредоточилась на разработке гибридных электрических силовых агрегатов для своей линейки военных и спортивных внедорожников. Двигатель PATRIOT объемом 760 см3 и мощностью 40 л.с. был изначально разработан в сотрудничестве с австралийской фирмой Orbital и предназначался в качестве гибридной концепции, которая могла бы давать почти в два раза больше лошадиных сил по сравнению с традиционными дизельными двигателями. В двигателе PATRIOT применяется технология прямого искрового воспламенения, он работает не только на стандартных топливах STANAG и MIL-STD JP5, но также и на обычном бензине и обычном дизельном топливе американских стандартов.

Трансмиссия EX-DRIVE от компании QinetiQ

Согласно двухгодичному контракту стоимостью 449,9 миллиона долларов, выданному в 2011 году команде разработчиков BAE Systems и Northrop Grumman, компания QinetiQ поставит трансмиссионные системы E-X-DRIVE для той части этапа технологической разработки программы GCV за которую ответственна фирма BAE. QinetiQ является поставщиком базовой трансмиссионной технологии, базирующейся на ее гибридной электроприводной системе, для прототипа машины GCV. Основными особенностями системы E-X-DRIVE является исключение механической связи между двигателем, ходовой частью и трансмиссией за счет использования электрических подсистем. Это позволяет менять местами положение таких ключевых компонентов силового агрегата, как, например двигатель и трансмиссия. Отпадает необходимость в линейной схеме, повышается гибкость при выборе источников энергии и их размещении в шасси машины. Эти кон-фигурации также позволяют применять перспективные и нестандартных размеров топливные эле-менты, аккумуляторы и другие системы аккумулирования энергии.

Другим претендентом на проект GCV является команда, которую возглавляет компания General Dynamics в качестве основного подрядчика, и в которую входят ее партнеры Lockheed Martin, Detroit Diesel и Raytheon.

Широкая линейка военных аккумуляторов и тактических зарядных устройств от Bren-TronicsHYBRIDRIVE от компании BAE Systems

Компания BAE Systems разработала свою собственную движительную систему HYBRIDRIVE на базе дизельного двигателя, генератора, электродвигателя и системы аккумулирования энергии. Они подсоединены к цифровой системе управления, которая подобно E-X-DRIVE, упрощает конструктивное решение по разъединению и позволяет размещать компоненты силовой цепи где угодно. Фактически, силовые установки HYBRIDRIVE полностью исключают такую систему как трансмиссия, как и в приводе Oshkosh PROPULSE (описан ниже) здесь задействована рекуперативная тормозная система, в которой сам приводной двигатель замедляет машину и одновременно часть подзаряда поставляет для системы аккумулирования энергии.

PROPULSE от Oshkosh

Привод PROPULSE, устанавливаемый на грузовые машины HEMTT A3 Oshkosh, имеет модульную схему гибридной силовой передачи, которая по отдельности подает энергию на специальные электродвигатели каждого дифференциала. Дизельный двигатель приводит в действие электрогенератор мощностью 335 кВт, который напрямую передает электроэнергию на колеса. Утверждается, что система исключает необходимость в гидротрансформаторе, трансмиссии, раз-даточной коробке и коленвале привода, и при этом имеет повышенное КПД и меньшее число движущихся частей.

APD (Autonomus Platform Demonstrator – автономная платформа-демонстратор)

Система Q-DRIVE от компании Quantum Fuel Systems Technologies представляет собой схожее решение, основанное на высокоэффективной сменной архитектуре силовой установки. Система Q-DRIVE также отличается своей модульностью, которая позволяет получать различные альтернативные схемы размещения компонентов в машине и менять конструкцию шасси. Прототип перспективной патрульной машины, финансируемый TARDEC и получивший обозначение CERV (Clandestine Extended Range Vehicle - автомобиль скрытого перемещения с увеличенным запасом хода), базируется на силовом приводе Q-DRIVE установленном на легкое, низкорасположенное шасси. Такая комбинация снижает акустические и радиолокационные сигнатуры, повышающие незаметность транспортного средства. В рамках более ранней программы по патрульной машине компания AeroVironment под руководством DARPA разработала прототип для американского корпуса морской пехоты.

CERV базируется на новом гибридном дизель-электрическом шасси. Дизельный двигатель объемом 1,4 литра совмещен с электродвигателем мощностью в 100 киловатт. Суммарный крутящий момент силового агрегата просто запредельный, почти 7000 Ньютонов на метр! Благодаря этому автомобиль может преодолевать 60-градусный подъем, а максимальная скорость багги составляет 130 км/ч. При этом расход топлива на 25% меньше расхода топлива аналогичной машины с обычным ДВС.

Joint Electric Tactical Vehicle (JETV)Автомобиль скрытого перемещения с увеличенной дальностью CERV (Clandestine Extended Range Vehicle)

APD (Autonomus Platform Demonstrator – автономная платформа-демонстратор) - это полностью электрифицированный бронированный прототип наземного мобильного робота. Запланированы испытания обоих прототипов CERV и APD в новой армейской лаборатории мощности и энергии, которая открылась в апреле 2012 года, как часть так называемой инициативы GVSET (Ground Vehicle Systems Engineering and Technology - проектирование и технология систем наземных транспортных средств) проводимой бронетанковым центром TARDEC.

Компания Bren-Tronics – крупный производитель военных аккумуляторных батарей и зарядных устройств, который поставил свыше 1 000 000 литий-ионных батарей и 100 000 зарядных устройств армиям по всему миру. Компания является крупным игроком в этой области благодаря постоянным исследованиям и конструктивным модернизациям, она предоставляет солдатам самые современные технологии гарантирующие безопасность и наилучшие характеристики.

Литий-ионный аккумулятор BB-2590/U

С 1973 года компания Bren-Tronics устанавливает стандарты в сфере портативных устройств энергоснабжения, поставляемых в американские ВС. В качестве одного из производителей аккумуляторных систем компания поставляет вооруженным силам основные и вспомогательные аккумуляторы, переносные и возимые зарядные устройства военных стандартов, а также кабели, соединители и адаптеры. Она производит военные литий-ионные аккумуляторы BB-2590/U (см. фото) имеющие встроенную системную управляющую шину, которая упрощает подсоединение к базовому оборудованию.

Установленный на транспортное средство или в пеших порядках, источник энергии EMILY 2200 от SFC Energy работает бесшумно, надежно, продолжительное время, при этом нет необходимости вмешательства пользователя. Устройство на топливных элементах работает как генератор повышенной надежности и снабжает энергией независимо от погоды и климата мобильное оборудование, например средства связи, системы навигации и ночного видения и другие бортовые системы.

Топливный элемент SFC EMILY 2200

Вспомогательная электрическая энергия

Продвинутые концепции военных машин интегрируют выработку энергии и силовые компоненты в бортовые системы. Также в них предусматривается возможность использования вспомогательных источников энергии во время работы. Вспомогательные источники энергии обеспечивают дополнительную мощность не только для важной ветроники (бортовые системы автоматизации боевых и рабочих процессов боевых машин), информационного обмена в движении и многофункциональной информационно-управляющей системы, но также обеспечивают резервную мощность для систем защиты экипажа, включая системы пожаротушения. ОБТ MERKAVA 4, например, оборудован полностью электрифицированной башней, разработанной фирмой El-Op (дочерняя компания Elbit Systems), также как современной СУО и комплексом активную защиты TROPHY от Rafael. Он также отличается модернизированным дизельным двигателем V-12, что дает повышение мощности примерно на 25% по сравнению с предыдущими решениями.

Военные системы выработки и распределения энергии существуют самых разных размеров, форм и параметров, но все они играют важную роль в операциях защиты и обеспечения своих сил, как в стационарных, так и подвижных вариантах. Портативное вспомогательное оборудование вы-работки энергии (генераторные установки или ВСУ) стали критическим тактическим ресурсом в сетевых операциях, в сильной степени зависящих от небольших компьютеризированных тактических устройств и беспилотных воздушных, наземных и подводных аппаратов. Они также устанавливаются на подвижных наземных объектах, которые все больше становятся перегруженными переносными настольными компьютерами, серверами, маршрутизаторами, коммутационными устройствами и цифровыми средствами связи, они также обеспечивают предполетную энергетическую подготовку авиационных систем.

Конечно, не стоит забывать, что даже оцифрованные бойцы не могут бриться в темноте, и такое прозаичное применение как освещение, кондиционирование и отопление военных баз также является мощным стимулом поставки и развертывания в войсках энергетических установок.

Генераторные установки FEPS компании Rolls-Royce

Подразделение Distribution Generation Systems компании Rolls-Royce производит линейку тактических вспомогательных силовых установок созданных для удовлетворения потребностей будущих экспедиционных сил, действующих в тяжелых условиях, включая обслуживание поставок все увеличивающейся сложной электрической мощности для сетецентрических операций и защиты войск. Боевые переносные электрогенераторы от Rolls-Royce оптимизированы для использования в качестве ВСУ для тяжелых условий работы. В генераторных установках FEPS (Field Electric Power Source) этой компании применяется технология генератора переменного тока на постоянных магнитах. Эти генераторы с цифровым управлением вырабатывают энергию с регулируемой скоростью вращения, они могут работать в тяжелых внешних условиях, при экстремальных температурах и высотах. Эти генераторы также существенно снижают объем материально-технического снабжения или логистическую нагрузку.

Компания Dewey Electronics поставляет тактические дизель-генераторы для Минобороны США. В этих переносных генераторных установках совмещены дизельный двигатель, электрогенератор и технологии систем аккумулирования энергии; они имеют улучшенную акустическую, тепловую и электромагнитную защиту с целью снижения различного рода излучений в боевых условиях. Они также являются чрезвычайно легкими, компания Dewey называет свои тактические генераторы 2KVV самыми легкими переносными дизель-генераторами переменного и постоянно-го тока во всем военном имуществе США.

Генератор CRUX от Exelis

По сообщениям, генераторы CRUX (Create, Regulate, Utilize, eXport – создавать, регулировать, использовать, экспортировать) от Exelis работают непрерывно до 8 часов на менее чем одном баке дизельного топлива в суровых пустынных условиях. Сообщается, что расширенный модельный ряд подобных изделий представляет собой первые генераторные установки, которые снабжают военные машины количеством энергии буксируемого генератора при небольшой логистической нагрузке традиционного генератора переменного тока.

Компания G&M Power Plant, которая поставляет генераторные установки британскому Минобороны, производит энергетическое оборудование с выходной мощностью от 40 кВт до 2 МВт и поставляет стандартное и специализированное оборудование по спецификациям конечного потребителя.

Тактические аккумуляторы

Поскольку большая часть тактической энергии вырабатывается аккумуляторами, эта часть цепочки снабжения электроэнергией также является темой продолжающихся НИОКР проводимых поставщиками военного оборудования. Аккумуляторы также являются ключом к боевым действиям, включая тактических роботов и средства связи; их значение и использование может возрасти в таких программах по будущему солдату, как, например SOLDIER WARRIOR (SWAR) часть GSE (Ground Soldier Ensemble - программа по экипировке наземного солдата), где предлагаемые электрическое вооружение и робототехника, например экзоскелеты и роботизированные вьючные мулы наподобие концепции SEGMULE от QinetiQ USA (прежде инициатива компании Applied Perception для морской пехоты), могли бы сыграть важную роль в значительном повышении потенциала боевых возможностей отдельного пехотинца.

В то время как обсуждаются возможности будущих оборонительных систем транспортных средств, в которых используются электрическая броня и снижение сигнатур с помощью электрических полей, эти возможности (касательно энергопотребления) также могут быть вполне применимы на уровне пехотинца. Ведутся испытания прототипов солдатского экзоскелета, например американской системы HULC и французской HERCULE с электроприводом (первая тестируется для пехотного компонента американской программы GSE).

НИОКР следующего поколения включают разработку структурной аккумуляторной техноло-гии, например большие усилия в их разработку вкладывает компания BAE Systems. Как подразумевает ее название, структурная аккумуляторная технология встраивает аккумуляторную мощность прямо в архитектуру электрических и электронных систем. Может это покажется менее очевидным, но исследования по структурным аккумуляторам являются частью разработок по конструкционной броне, в которой микропроцессоры напрямую встроены в "умные" борта для обеспечения таких данных как мониторинг окружающих условий или обнаружения вторжения.

За счет интегрирования энергоснабжения от аккумуляторов с другими компонентами, эта технология обещает снижение общей массы систем и логистических ограничений при поставках войскам на передовую аккумуляторов, зарядных устройств и адаптеров. Находясь на ранних стадиях разработки, прототипы, тем не менее, уже позволили встроить структурные аккумуляторы, базирующиеся на том, что компания BAE описывает как "химия никелевых аккумуляторов" и работающие десятилетиями (в противоположность сроку службы литиевых аккумуляторов измеряющемуся годами), в такие композиционные материалы, как, например, углеволокно и стекло-пластик, где они работали в качестве источников энергии для БПЛА.

После окончания разработки такие аккумуляторы могут работать весь срок эксплуатации платформы при значительном снижении массы, функционировать в тандеме с солнечными батареями и совместно формировать единое самоподдерживающееся энергоснабжение для продвинутых солдатских систем и тактической робототехники. В ближайшем будущем, однако, высоковольтные 4 кВт батареи, первоначально разработанные компанией Saft для гибридных наземных пилотируемых машин от BAE для закрытой в настоящее время американской программы FCS, останутся в рамках ведущихся программ по электрическим машинам и солдатским технологиям.

Зарядное устройство военных аккумуляторов Bren-Tronics PP-8498/U

Компания Bren-Tronics, мировой производитель продвинутых переносных энергосистем для военных систем, используемых США, НАТО и правительственными структурами во всем мире, применяет современное инженерное проектирование, лучшие готовые компоненты и самые емкие топливные элементы. Эти дополнительные переносные зарядные системы очень востребованы, их носят солдаты по всему миру.

SFC Power Manager 3G

За счет объединения интеллектуальных энергетических решений JENNY 600S и SFC Power Manager 3G (на фото) от компании SFC Energy образуется высокоэффективная энергетическая система. JENNY плюс SFC Power Manager будут перезаряжать несколько аккумуляторов и запитывать силовое оборудование одновременно. Решение компании SFC создает энергосистему, которая имеет максимальную мощность и функциональную гибкость при минимальной массе.

Каким бы не было будущее, сегодняшние тактические батареи и зарядные устройства достаточно сложны, это четко дают понять программы по перезаряжаемым батареям управления по энергосистемам американской армии и программы под руководством офиса по энергосистемам корпуса морской пехоты. Публикуются расширенные руководства определяющие подробно работу, управление и уничтожение переносных солдатских энергосистем, зарядных аппаратов и адаптеров устройств для ключевых боевых систем, которые включают радиостанции SINCGARS, устройства ночного видения AN/PVS, ночные прицелы DRAGON и программируемые радиостанции AN/PRC (эти примеры кстати входят в стандартное снаряжение американской армии).

Армейская лаборатория энергоснабжения наземных систем (GSPEL)

Если прогнозы Пентагона о том, что одна треть всех боевых систем будет автоматическими к 2015 году, верны, тогда продолжающиеся инвестиции в разработку электрических технологий для питания и управления этими системами должны расти в геометрической прогрессии.

Перспективные военное оборудование и экипировка призванные удовлетворить нужды экспедиционных наземных сил, например Ground Soldier Ensemble (чей компонент SWAR играет важную роль в изучении потенциала интерфейса солдат-машина), будут становиться все более энергозатратными по мере развития будущих возможностей. Это привело к созданию новых организаций призванных удовлетворить подобные потребности.

Структура армейской лаборатории энергоснабжения наземных систем (GSPEL)

В апреле 2012 года Научно-исследовательский бронетанковый центр TARDEC открыл специализированное учреждение в Детройте. Основная функция армейской лаборатории энергоснабжения наземных систем GSPEL (Ground Systems Power and Energy Laboratory) – осуществлять надзор над разработкой и производством энергетических возможностей для пехотинца. Из восьми лабораторий этого комплекса самой важной является лаборатория PEVEL (Power and Energy Vehicle Environmental Laboratory), которая проводит полные исследования прототипов перспективных на-земных транспортных систем. Управление по экспедиционным энергосистемам американского корпуса морской пехоты является еще одной американской боевой лабораторией энергетических систем, тогда как инженерные войска сухопутных сил, которые участвуют в строительстве и восстановлении свыше 400 электрических подстанций в Афганистане и Ираке, представляют собой крупнейшего единого провайдера (крупнее всех остальных вместе взятых) электрической инфраструктуры для всего американского экспедиционного контингента.

В известной степени, старое изречение о том, что пехота двигается на своих животах до сих пор верно, за исключением того, что эта метафора сегодня не совсем применима к нижней части машины типа MRAP, которая оборудована бортовыми системами имеющими «неутолимую жажду» в электрической энергии.

Использованы материалы:Military Technologywww.bren-tronics.comwww.qinetiq.comwww.qtww.com

topwar.ru

Авиационные щелочные аккумуляторы | Авиация

В настоящее время в гражданской авиации находят применение щелочные аккумуляторы: серебряно-цинковые, кадмиево-никеле­вые, железо-никелевые и др.

У серебряно-цинковых аккумуляторов активным веществом для положительных пластин является перекись серебра, а для отри­цательных пластин — металлический цинк. Электролитом служит раствор едкого калия в дистиллированной воде плотностью 1,4 г/см3.

При разряде аккумулятора происходит восстановление перекиси серебра до металлического серебра и окисление цинка до окиси или гидроокиси цинка. Восстановление перекиси серебра идет в две ступени:

на первой ступени перекись серебра восстанавливается до оки­си серебра:

Ag20, + Zn + Н,0 + КОН — Ag.,0 + Zn(OH), + КОН;

на второй ступени окись серебра восстанавливается до метал­лического серебра:

Ag20 -I — Zn + Н,0 + КОН — Ag + Zn (ОН), + КОН.

При заряде процессы идут в обратных направлениях.

Из реакций следует, что плотность электролита при работе се­ребряно-цинкового аккумулятора остается почти постоянной. Одна­ко исследования показали, что при разряде большими токами плот­ность электролита несколько повышается, а при длительных ре­жимах разряда — уменьшается. Уровень электролита в элементе также может уменьшаться по мере разряда аккумулятора.

О степени разряженности серебряно-цинкового аккумулятора нельзя судить по плотности электролита, так как между ними определенной связи нет. Э. д. с. и напряжение серебряно-цинкового аккумулятора изменяются в процессе заряда-разряда в соответст­вии с двухступенчатым протеканием реакции.

Например, э. д. с. нормально заряженного аккумулятора равна 1,82—1,88 в, а на второй ступени разряда снижается до 1,58—1,60 в. Это объясняется переходом перекиси серебра Ag202 в окись серебра Ag20, обладающую более низким потенциалом.

На рис. 8 даны зависимости напряжения серебряно-цинкового аккумулятора от емкости, а на рис. 9 его внешняя характеристика.

На рис. 8 прямая 2 характеризует разряд полностью заряжен­ного серебряно-цинкового аккумулятора. В момент образования слоя Ag20 на поверхности пластин разряд аккумулятора опреде­ляется линией 3.

Подпись: Рис. 8. Характеристики разряда серебряно-цинкового аккумулятора: / — при заряде; 2 — при разряде; 3—при разряде большими тонами Основная часть емкости аккумулятора отдается при напряже­нии второй ступени, и поэтому номинальной величиной э. д. с. элемента считается величина 1,56 в.

Емкость серебряно-цинкового ак­кумулятора практически не зависит от величин разрядных токов. Только при токах разряда, в десятки раз больших номинального, емкость ак­кумулятора заметно уменьшается.

На рис. 10 кривая 1 характеризует разрядные емкости аккумулятора при токах 0—40 а, а кривая 2 — при то­ках 20—200 а.

Авиационная серебряно-цинковая аккумуляторная батарея состоит из 15

Авиационные щелочные аккумуляторы

Авиационные щелочные аккумуляторы

Рис. 10. Зависимость емко­сти серебряно-цинкового ак — к мулятора от величины (раз­рядного тока:

/ — при токах разряда 0—

2 — при токах разряда 0—200а

 

Авиационные щелочные аккумуляторы

последовательно соединенных Рис. И. Устройство акку-

аккумуляторов, размещенных мулятора СЦС-45:

в общем контейнере. Каждый 1~ ~

r г бумага; 3 — отрицательная пласти-

аккумулятор СЦС-45 имеет 17 на; 4 — капроновый мешочек,

положительных И 18 отрнца — 5 — положительная пластина

тельных пластин, опущенных в прозрачный пластмассовый сосуд с электролитом (рис. 11). Пластина электролита состоит из тон­кого слоя активной массы, в которую запрессованы остов и токо- отвод, изготовленные из тонких серебряных проволочек. Каждая отрицательная пластина 3 обертывается сначала тонкой фильтро­ванной бумагой 2, а затем тремя-четырьмя слоями целлофана 1. Положительная пластина 5 обертывается фильтрованной бумагой, помещается в капроновый мешочек и располагается между отри­цательными пластинами. Целлофан и капрон выполняют здесь роль сепараторов.

Токоотводы одноименных пластин припаиваются к двум полым болтам-борнам, расположенным на крышке аккумулятора. В центре крышки имеется отверстие для заливки электролита и выхода газов, в которое ввертывается вентильная пробка.

Контейнер изготовлен из листовой нержавеющей стали с отки­дывающейся на петлях крышкой. На внутренней стороне крышки закреплена изоляционная панель с контактными пружинами, ко — 20

торые обеспечивают хороший контакт с соответствующими борца­ми. На крышке расположен контрольный разъем. Провода к нему подпаиваются от каждого пружинного контакта. С помощью спе­циального пульта, подсоединенного к разъему, проверяется э. д. с. и напряжение каждого аккумулятора и всей батареи.

На контейнере имеется специальный штепсельный разъем для подключения батареи к сети.

Э. д. с. полностью заряженной батареи 15-СЦС-45 равна 27,3—28,2 в, а номинальное напряжение (на второй ступени раз­ряда) 22,5 в. Внутреннее сопротивление данной батареи равно’ 0,02—0,04 ом.

Серебряно-цинковые аккумуляторы батареи обладают высокой удельной энергией (до 112 вт-ч/кг, у 12-САМ-28 она равна 12 вт-ч/кг), высоким коэффициентом использования активных масс. Серебряно-цинковый аккумулятор в 3 раза легче свинцового аккумулятора и отдает в 3 раза больше энергии, чем свинцовый аккумулятор того же веса.

ooobskspetsavia.ru


Смотрите также