Как это работает: Гибридная силовая установка
На страницах британского F1 Racing руководитель технического департамента Williams Пэт Симондс рассказал о гибридных силовых установках, которые используются в Формуле 1 с 2014 года…
Пэт Симондс: «В 2006-м году было решено повысить эффективность 2,4-литровых моторов V8 в Формуле 1, добавив систему, позволяющую запасать энергию на торможениях и использовать на разгонах. У команд была свобода в выборе технологий, но все предпочли вариант с генератором и электромотором – система получила название KERS и позволяла улучшить время прохождения круга примерно на три десятых.
KERS уже использовалась в гонках, а FIA вместе с командами обсуждала следующее поколение двигателей. Был выбран путь использования более мощного электромотора с одновременным уменьшением объема двигателя внутреннего сгорания с установкой турбины и сокращением расхода топлива. Поскольку электрический двигатель был самостоятельной частью, было решено назвать новую систему «Силовой установкой» – такое название точнее отражало тот факт, что мощность зависит не только от двигателя внутреннего сгорания.
Гибридные силовые установки Формулы 1 отличаются от тех, что используются в серийных машинах, но те технологии, которые сейчас обкатываются в чемпионате, в будущем мы увидим и на дорогах. Главное отличие между обычной машиной и Формулой 1 в том, что в силовой установке Формулы 1 используется дополнительная система MGU-H, аккумулирующая тепловую энергию выхлопных газов, используемых в турбине. У этого решения двойное преимущество: устраняется эффект «турбо-ямы», а выхлопные газы генерируют электрическую энергию, которую можно использовать.
Решение перейти на гибридные силовые установки было связано с тем, что Формула 1 должна отвечать вызовам современного мира. Крупные автопроизводители сосредоточены на снижении расхода топлива и выбросов CO2. Новые силовые установки оказались сложными и дорогими, но было бы неправильно игнорировать запросы общества, иначе спонсоры и зрители могли отвернуться, что негативно сказалось бы на бизнесе Формулы 1.
Более сложная конструкция силовых установок не могла не отразиться на их стоимости. Производство двигателей стало дороже с 220 тысяч фунтов до примерно 550 тысяч, с другой стороны, сейчас регламент разрешает использовать в два раза меньше силовых установок за сезон.
Двигатель Формулы 1 не работает на максимальной мощности на протяжении всей дистанции гонки – приходится экономить топливо, искать наиболее эффективный способ проехать дистанцию. Мы заранее определяем, в какие моменты гонки должны экономить, что позволяет на некоторых трассах заливать в бак меньше топлива. Кроме этого инженеры следят за различными параметрами силовой установки, контролируя ее надежность, давая рекомендации пилоту по изменению настроек.
Есть несколько ограничений по использованию топлива – расход не более 100 литров в час и не более 100 кг на всю дистанцию гонки. Если бы не было ограничения на мгновенный расход, двигатель выдавал бы большую мощность, но мы бы не уложились в лимит 100 кг на гонку. Есть несколько способов сэкономить топливо, но каждый из них влияет на время прохождения круга. Самый эффективный способ – за короткое время перед поворотом отпустить педаль газа, а затем уже начинать торможение.
Новые силовые установки стали тише, и у этого есть свое объяснение. Прежний двигатель V8 работал на очень высоких оборотах, что создавало громкий звук. Новые силовые установки работают не только на меньших оборотах, но и состоят из шести цилиндров вместо восьми. В новом поколении двигателя также используется турбина, работающая от выхлопных газов, которые теперь не напрямую выводятся в атмосферу, что тоже снижает уровень шума.
Гибридные силовые установки более эффективны, чем прошлое поколение двигателей. Они развивают такую же мощность, как и моторы в 2013-м, но при этом для преодоления дистанции гонки потребляют только две трети от ранее использовавшегося объема топлива. При этом имейте в виду, что гонщики по-прежнему жмут педаль газа в пол, а это не самый эффективный режим работы двигателя с точки зрения расхода топлива».
www.f1news.ru
Как гибридная силовая установка может изменить облик гражданской авиации
Осенью 2020 года на летающей лаборатории самолёта Як-40 начнутся лётные испытания гибридного авиационного двигателя. Об этом сообщает телеканал Russia Today со ссылкой на начальника отдела электрических силовых установок Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова Антона Варюхина.
Предполагается, что гибридный двигатель позволит значительно уменьшить расход топлива и снизить стоимость перевозок. Мощность изделия составляет 500 кВт, но учёные планируют увеличить этот показатель.
«Мы решили создать демонстратор гибридной силовой установки большой размерности. Мощность электрического двигателя, который будет крутить воздушный винт, составляет 500 кВт. Для его питания мы будем использовать генераторы (400 кВт) и аккумуляторы (100 кВт). Сейчас идут стендовые испытания, а в следующем году установим двигатель на Як-40», — рассказал Варюхин.
По словам инженера, разработка гибридной силовой установки осуществляется в «большой кооперации». В ней участвуют ЗАО «СуперОкс», НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского», Уфимский государственный авиационный технический университет, Московский авиационный институт, ООО «Экспериментальная мастерская «Наука-софт», ООО «Авиа-Турбо». ЦИАМ выступает в роли головного разработчика.
Оборудованием летающей лаборатории занимается Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина (СибНИА).
Современные газотурбинные двигатели отличаются большой «прожорливостью» во время взлёта, набора высоты и посадки. В экономичном режиме проходит только крейсерский полёт. Специалисты ЦИАМ предлагают накапливать электроэнергию в период максимальной работы керосинового двигателя, а потом использовать её в режиме крейсерского полёта.
«Сейчас коллеги из СибНИА укрепляют носовую часть летающей лаборатории — обтекатель, мотораму, передний шпангоут. Также они убрали третий средний двигатель АИ-25. Вместо него будет установлен турбовальный двигатель ТВ2-117 с электрогенератором. Он наиболее прост и надёжен в эксплуатации», — рассказал Варюхин.
Особенность двигателя, который разрабатывает ЦИАМ, заключается в применении в качестве обмоток высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения.
Постоянный ток вырабатывает генератор на постоянных магнитах. В этом агрегате, как говорится в буклете ЦИАМ, «заложен ряд инновационных технических решений, обеспечивающих высокий КПД и высокие удельные характеристики».
Генератор был создан учёными ЦИАМ и Уфимского государственного авиационного технического университета. Это первый в России производитель электроэнергии авиационного назначения мощностью более 150 кВт. КПД агрегата достигает 96%.
В материалах ЦИАМ сообщается, что максимальная частота вращения перспективного электродвигателя составляет 2500 оборотов в минуту, номинальное напряжение — 800 В, масса двигателя — 95 кг, диаметр — 0,45 м, длина — 0,4 м. Расход жидкого азота для охлаждения обмоток оценивается в 6 л/ч.
«КПД электрических двигателей на ВТСП составляет 98%. При мощностях более 500—1000 кВт удельная масса подобных электрических машин будет существенно ниже, чем у традиционных», — уточняется в материалах ЦИАМ.
Варюхин сообщил, что электродвигатель можно устанавливать на самолёты вместимостью до 20 пассажиров. Однако в будущем ЦИАМ рассчитывает спроектировать более мощную силовую установку. По словам инженера, на текущий момент важно отработать технологию электродвижения, «пусть и на стареньком Як-40».
«Создать сразу мощный двигатель очень тяжело, но мы будем двигаться к этому шаг за шагом. Гибридные технологии для силовых установок могут использоваться даже на широкофюзеляжных дальнемагистральных самолётах. Выигрыш от гибридизации может оказаться большим из-за продолжительного крейсерского полёта. Правда, требования к мощности будут совершенно иные — речь идёт о десятках МВт», — пояснил Варюхин.
ЦИАМ намерен развивать технологии электродвижения за счёт совершенствования сверхпроводников. Они позволяют существенно уменьшить массу силовой установки. По мнению специалиста, авиационная отрасль получит «очевидный выигрыш» после изобретения электродвигателя мощностью от 2 МВт. В целом использование подобных агрегатов позволит снизить стоимость перевозок на 20%, прогнозирует Варюхин.
По его словам, «для масштабной интеграции электродвигателей необходима тесная кооперация между разработчиками самолёта и двигателя».
«Тем не менее на некоторые типы воздушных судов уже сейчас можно устанавливать электродвигатели. Прежде всего это лёгкие учебные самолёты. В будущем электродвигателем может быть оснащён, например, Ил-114-300, производство которого сейчас разворачивается. Для этого как раз необходимо достичь мощности в 2 МВт», — подчеркнул Варюхин.
aviation21.ru
Новости проекта бронетранспортера с гибридной силовой установкой «Крымск»
Несколько дней назад появились новости об очередной версии боевой бронированной машины, отличающейся от существующих образцов рядом характерных особенностей. В рамках нового проекта применены новые решения, касающиеся архитектуры силовой установки. В отличие от множества своих предшественников, новая бронемашина оснащается не механической, а электрической трансмиссией. Подобное оснащение способно значительно улучшить характеристики техники. Потенциал таких решений уже проверен в ходе испытаний.Поводом для последних сообщений средств массовой информации стали заявления генерального директора «Военно-промышленной компании» Александра Красовицкого, сделанные в ходе выставки KADEX-2016 (г. Астана, Казахстан). По словам руководителя, организация в настоящее время занимается рядом проектов перспективной бронетехники, среди которых присутствует унифицированная платформа «Бумеранг». Кроме того, ведется работа над образцом бронетехники, оснащенным необычными силовой установкой и трансмиссией. Подобная техника пока отсутствует на вооружении, но может представлять определенный интерес для армии.
По данным «Российской газеты», новый образец бронетехники уже прошел испытания на полигоне Научно-исследовательского испытательного центра исследований и перспектив развития бронетанковой техники вооруженных сил 3-го ЦНИИ министерства обороны. Испытатели отмечали, что опытная бронемашина нового типа отличается от существующих образцов рядом особенностей. Указывались плавный ход, хорошие динамические характеристики и высокая маневренность. Сообщается, что испытания нового опытного образца продолжаются до сих пор.
Общий вид машины «Крымск». Фото Armyman.info
Необходимо отметить, что имеющиеся описания новой опытной бронемашины заставляют вспомнить об одном из существующих проектов, разработанных в экспериментальных целях несколько лет назад. Ранее использование гибридной силовой установки с использованием электрической трансмиссии отрабатывалось в рамках научно-исследовательской работы под шифром «Крымск». Создание этого проекта завершилось в середине 2013 года, после чего была собрана опытная машина, которой предстояло принять участие в испытаниях. По разным данным, проверки этой техники продолжаются до сих пор.
Опубликованные в последние дни сведения о новом проекте «Военно-промышленной компании» позволяют предполагать, что сейчас речь идет о продолжении испытаний опытной бронемашины «Крымск», уже прошедшей некоторые проверки несколько лет назад. Вполне возможно, что имеющийся прототип прошел процесс доводки и был доработан по результатам испытаний. В итоге мог получиться модернизированный вариант бронемашины, который теперь проходит очередной этап проверок.
По имеющимся данным, работы по теме «Крымск» стартовали в начале текущего десятилетия по заказу министерства обороны. Задачей проекта было создание перспективной боевой бронированной машины с колесной ходовой частью, гибридной силовой установкой и электрической трансмиссией. Разработка проекта была поручена «Военно-промышленной компании», имеющей значительный опыт в деле создания бронетехники. Кроме того, к проекту привлекались некоторые другие организации, отвечавшие за те или иные компоненты перспективных систем. В качестве базы для экспериментальной машины «Крымск» был предложен бронетранспортер БТР-90 «Росток». Эта машина ранее прошла испытания, но не поступила в серию. От закупок серийной техники этого типа отказались примерно одновременно с началом проекта «Крымск».
Разработка проекта продолжалась несколько лет. В июле 2013 года компания-разработчик объявила о завершении проектирования. Завершение проектных работ позволило приступить к строительству и последующим испытаниям опытного образца. Вероятно, при строительстве машины типа «Крымск» использовался один из имевшихся в наличии прототипов БТР-90.
В рамках НИР «Крым» был сохранен имевшийся броневой корпус, заимствованный у базового бронетранспортера. Корпус представляет собой сварную конструкцию из броневых листов различной формы и толщины, обеспечивающих защиту от стрелкового оружия, осколков и т.п. угроз. Предусматривается клиновидная лобовая часть, состоящие из нескольких листов борта с выступающей средней частью, и вертикальный кормовой лист. В базовой конфигурации бронетранспортер имел классическую для подобной техники отечественной разработки компоновку. В передней части машины помещалось отделение управления, позади него – боевое и десантное отделение, а корма отдавалась под двигатель и часть агрегатов трансмиссии.
Имелась четырехосная полноприводная колесная ходовая часть. В составе независимой подвески использовались торсионы с телескопическими гидроамортизаторами. Сохранялось традиционное для отечественных бронетранспортеров расположение колес с увеличенным промежутком между второй и третьей осями, в котором были помещены проемы для дверей десантного отделения. Первые две оси выполнили управляемыми. Для перемещения по воде БТР-90 получил два водометных движителя в кормовой части корпуса.
БТР-90, на базе которого построена машина «Крымск». Фото Wikimedia Commons
Машина «Росток» оснащалась многотопливным дизельным двигателем 2В-06-2С мощностью 510 л.с. Двигатель имел систему наддува и жидкостное охлаждение. Силовая установка соединялась с реверсивной гидромеханической коробкой передач. При помощи имеющихся двигателя и трансмиссии машина могла развивать скорость (на шоссе) более 100 км/ч, а на воде разгоняться до 12 км/ч. Запас хода достигал 800 км.
Колесное шасси предлагалось оснащать боевыми модулями несколько типов. Так, в исходной конфигурации бронетранспортер имел башню с 30-мм автоматической пушкой 2А42, спаренным пулеметом ПКТМ калибра 7,62 мм, 30-мм автоматическим гранатометом АГС-17 и ракетным комплексом «Конкурс-М». Также предлагался вариант такого боевого модуля с системой управления огнем и тепловизионным прицелом. Прорабатывалась установка на бронетранспортер боевого модуля «Бахча-У» с 100-мм орудием-пусковой установкой 2А70, 30-мм пушкой 2А72, пулеметом и ракетным комплексом.
Габариты внутренних объемов позволяли БТР-90 перевозить трех членов экипажа, отвечающих за эксплуатацию различных систем, и семь десантников. Для экипажа и десанта в крыше корпуса предусматривалось несколько люков. Также имелись двустворчатые бортовые двери.
БТР-90 отличался от предшественников увеличенными весом и габаритами. Длина машины составляла 8,2 м, ширина – 3,1 м, высота с учетом башни – 3 м. Боевая масса достигла 22 т. Предыдущие бронетранспортеры отличались меньшими размером и весом.
В ходе переделки по новому проекту базовый бронетранспортер лишился ряда основных агрегатов, вместо которых установили новое оборудование. Было решено изменить состав силовой установки, кроме того, предусматривалось применение кардинально новой трансмиссии на основе электрооборудования. Фактически без значительных изменений остались только корпус и ходовая часть. Кроме того, опытная машина лишилась боевого модуля и некоторых других элементов, связанных с исходным ее предназначением. Результатом всех этих доработок стало воплощение «в металле» ряда оригинальных идей, которые планировалось проверить на практике.
На имеющемся шасси были установлены силовая установка и трансмиссия, построенные по схеме «последовательный гибрид». Электрическая трансмиссия выполнена по схеме «мотор-полуось». Подобные особенности архитектуры агрегатов были определены как наиболее удобные и перспективные для использования на перспективной бронетехнике.
Подъем на склон. Фото Militaryrussia.ru
В ходе модернизации бронетранспортер получил новый дизельный двигатель типа ЯМЗ-650.10, мощность которого была ограничена 360 л.с. Непосредственно с основным двигателем соединяется вентильный индукторный электрогенератор, разработанный ОАО «Элтон». Генератор выполнен управляемым электромагнитным и имеет обмотку возбуждения. При помощи последней предлагается осуществлять управление параметрами двигателя и генератора, оптимизируя режимы их совместной работы в зависимости от имеющихся условий и требуемых характеристик. Имеется возможность использования основного генератора в качестве электромотора. В таком режиме он может использоваться в качестве стартера или для «торможения двигателем».
В составе электротрансмиссии, разработанной в рамках проекта «Крымск», присутствуют силовые преобразователи энергии, созданные НПП «Цикл+», а также распределенная микропроцессорная система управления от НПФ «Вектор». Задачей этой аппаратуры является слежение за работой всех систем, включая тяговые электрические двигатели. Имеется возможность автоматической коррекции параметров работы двигателей, благодаря чему реализуются различные важные функции. Автоматика способна брать на себя функции активной безопасности, следить за поддержанием скорости, а также контролировать правильное направление движения. Все управление в этих режимах осуществляется путем изменения крутящего момента тяговых двигателей, как синхронно, так и отдельно.
Электрическая трансмиссия проекта «Крымск» также оснащается дополнительными накопителями, при помощи которых бронемашина может сохранять энергию и, при необходимости, использовать в тех или иных целях. Накопитель энергии построен на основе электрохимических конденсаторов компании «Элтон». Емкость системы – 300 кВт. По последним данным, машина-прототип получила улучшенные накопители повышенной емкости.
За движение экспериментального шасси отвечают восемь тяговых электродвигателей, созданных научной группой ГОУ ВПО «МЭИ(ТУ)». Эти устройства построены по вентильной индукторной схеме и оснащены обмоткой возбуждения. Кроме того, предусмотрены встроенные редукторы планетарного типа. В ходе разработки тяговых электродвигателей удалось решить ряд важнейших конструкторских задач, что привело к повышению характеристик до требуемого уровня и позволило использовать силовую установку нового типа на опытной технике.
Общий принцип работы гибридной силовой установки и электрической трансмиссии, предложенный проектом «Крымск», выглядит следующим образом. Основной дизельный двигатель приводит в действие генератор, который подает электроэнергию на системы трансмиссии. Те, используя команды автоматики, распределяют энергию между тяговыми двигателями и накопителем. Кроме того, автоматика следит за параметрами работы систем и характеристиками машины, а также ведет расчет команд для различных элементов трансмиссии. Последнее позволяет автоматизировать некоторые процессы и упростить управление машиной.
Буксировка БТР-80 экспериментальной машиной. Фото Gurkhan.blogspot.ru
Любопытной особенностью электротрансмиссии проекта «Крымск» является преобразование тока при его прохождении от генератора к устройствам-потребителям. Основной электрогенератор вырабатывает переменный ток. Затем он преобразовывается в постоянный, используемый всеми основными системами, как двигателями, так и накопителем. Такая особенность электрических систем позволила оптимизировать некоторые процессы.
В зависимости от режима движения машины автоматическая система управления должна менять режимы работы силовой установки, а также использовать резерв в виде накопителя. Так, при движении по шоссе с установившейся скоростью излишки электроэнергии должны передаваться в накопитель. При необходимости разгона или подъема на склон тяговые двигатели должны получать энергию как от генератора, так и от накопителя. При торможении кинетическая энергия машины при помощи соответствующего режима двигателей частично преобразуется в электрическую и отводится в накопитель. Также упоминается возможность движения машины исключительно при помощи накопителя, при выключенном дизеле. В таком случае некоторое расстояние бронетранспортер может проехать практически бесшумно. Ранее утверждалось, что в ходе улучшения накопителя удалось в разы увеличить дальность хода без использования основного двигателя.
Ввиду отсутствия серьезных доработок корпуса габариты опытной машины соответствуют размерам базового бронетранспортера. При этом общая высота немного уменьшилась из-за демонтажа более не нужной башни с вооружением. Демонтаж башни, однако, не сказался на общем весе машины, поскольку она получила новые агрегаты. В итоге полная масса прототипа «Крымск» составила 22 т.
В ходе испытаний было установлено, что на хорошей дороге перспективное шасси способно развивать скорость до 97 км/ч. При перемещении по грунтовой дороге максимальная скорость падает до 75 км/ч. Также отрабатывалась буксировка другой техники. Прототип машины «Крымск» мог тащить за собой бронетранспортер БТР-80 массой более 13 т со скоростью до 48 км/ч. Была подтверждена возможность движения с грузом на буксире по склонам крутизной до 15°. Без груза параметры преодолеваемого подъема выше – до 30°. Запас хода по топливу – 940 км.
Автоматизированная система управления электротрансмиссией позволила значительно повысить маневренность машины. К примеру, в зависимости от различных параметров, она позволяет осуществлять поворот разными способами. При необходимости возможно выполнение поворота при разнонаправленном вращении колес разных бортов. За счет этого радиус разворота уменьшился до 3,8 м – фактически бронемашина поворачивается на месте.
Испытания 2013-14 годов показали, что экспериментальное шасси «Крымск» по ряду параметров не уступает базовому бронетранспортеру БТР-90, а по иным характеристикам превосходит его. За счет применения гибридной силовой установки и электрической трансмиссии удалось сохранить параметры подвижности на приемлемом уровне, но с некоторыми преимуществами перед имеющейся техникой. Так, схожие параметры подвижности в сравнении с БТР-90 достигаются при помощи основного двигателя уменьшенной мощности. Базовый бронетранспортер имел 510-сильный двигатель, а экспериментальной машине «Крымск» для схожих характеристик требуется мотор мощностью лишь 360 л.с. Среди прочего, это привело к значительной экономии топлива и соответствующему увеличению запаса хода.
Подъем на небольшой склон с бронетранспортером на буксире. Фото Militaryrussa.ru
В некоторых источниках упоминалось, что новый вариант силовой установки и трансмиссии позволили оптимизировать распределение внутренних объемов корпуса. Таким образом, новые агрегаты позволяют построить технику по наиболее выгодной схеме без каких-либо сложностей или потерь компоновочного характера. Эту возможность можно использовать для увеличения объемов под полезную нагрузку: десант, боеприпасы и т.д.
Первые сообщения о проекте «Крымск» появились в открытых источниках в середине 2013 года, когда была завершена разработка проекта и начались испытания. В дальнейшем какие-либо новые сообщения о работах не появлялись, однако время от времени о многообещающем проекте вспоминали, и он становился поводом для новой волны обсуждений. После длительного перерыва в средствах массовой информации вновь появились упоминания перспективных разработок в области гибридных силовых установок и электрической трансмиссии. В последний раз подобный проект был упомянут руководителем «Военно-промышленной компании» в качестве примера перспективных разработок в области бронетехники.
По последним сообщениям, перспективная бронемашина с необычными силовой установкой и трансмиссией в настоящее время проходит испытания. Есть основания считать, что речь идет об усовершенствованной и доработанной версии уже известной машины «Крымск». Это означает, что многообещающий проект не был закрыт и получил развитие. Тем не менее, точные перспективы этой разработки пока могут вызывать вопросы. По тем или иным причинам техника с оригинальным оснащением может не заинтересовать потенциального заказчика.
Однако основания для пессимизма пока отсутствуют. В начале июня этого года руководство «Военно-промышленной компании» рассказало, что опытный образец новой техники прошел необходимые проверки, и в скором времени будут подписаны последние акты с Минобороны. При необходимости компания-разработчик сможет наладить серийное производство новой техники и начать поставку машин в войска.
Проект «Крымск» представляет большой интерес в контексте дальнейшего развития военной техники. Испытания опытного образца показали, что оригинальные системы способны дать технике требуемые характеристики, а также обеспечить некоторое превосходство над существующими образцами с «традиционными» бортовыми системами. Одновременно с этим имеют место значительная степень новизны, сложность и необходимость освоения новых агрегатов техники. Таким образом, интересный проект может дойти до стадии серийного производства в интересах армии. Авторы проекта в этом отношении проявляют определенный оптимизм. Появится ли заказ на серийные бронетранспортеры нового типа – покажет время. К настоящему времени прототип перспективной бронемашины завершил испытания, дальнейшая судьба всего проекта, вероятно, будет определена в скором будущем.
По материалам сайтов:
https://rg.ru/
https://ria.ru/
//vpk.name/
//arms-expo.ru/
//gurkhan.blogspot.ru/
//militaryrussia.ru/blog/topic-757.html
topwar.ru
Представлен макет гибридно-электрической силовой установки для электрического самолета
НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» и входящие в его состав научно-исследовательские институты авиационной промышленности представили на Международном авиационно-космическом салоне МАКС-2017 макет демонстратора гибридно-электрической силовой установки. Эта установка создается в рамках формирования опережающего научно-технического задела для разработки перспективного полностью электрического самолета. Ее главная особенность – применение электрического оборудования (электромотор, генератор, шины и т.д.), использующего эффект высокотемпературной сверхпроводимости.
Макет гибридно-электрической силовой установки для перспективного электрического самолета размерностью 9-19 кресел, в экспозиции авиасалона МАКС-2017 (с) bmpd
В гибридно-электрической силовой установке питание электромотора осуществляется от аккумуляторных батарей и/или от генератора, приводимого во вращение от вала газотурбинного двигателя.
Такая силовая установка – промежуточный этап перед созданием полностью электрической силовой установки. Ее применение позволит уменьшить затраты топлива, эмиссию вредных веществ, снизить шум и увеличить ресурс газотурбинной части. Планируемая номинальная мощность перспективной гибридно-электрической силовой установки – 500 кВт.
Демонстратор с другого ракурса (с) bmpd
В реализации проекта участвуют ЦИАМ, СибНИА, ЦАГИ, а также ЗАО «СуперОкс». Координатором проекта выступает НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского».
Насколько известно, на первом этапе усилия будут направлены на создание уникальной гибридно-электрической силовой установки, основанной на использовании сверхпроводников. На основе отработанных технологий затем планируется приступить к созданию серийного электрического двигателя для самолета на 9–19 пассажиров. Вся программа рассчитана на три года.
«Разработка этой силовой установки – важный практический шаг России на пути к созданию полностью электрического самолета. Мы убеждены в необходимости формирования системного научно-технического задела в этой области, – говорит генеральный директор НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» Андрей Дутов – Это технологии, которые позволят обеспечить конкурентоспособность отечественной авиационной техники через 15-20 лет в новом технологическом укладе. По нашим оценкам, новые источники энергии на борту – это одна из тех областей, где можно добиться прорывных результатов».
(c) bmpd
При создании гибридно-электрической силовой установки используются компетенции ведущих отечественных научных центров. В частности, головным исполнителем научно-исследовательской работы является ЦИАМ. Он отвечает за ее разработку в целом и формирование требований ко всем ее компонентам. СибНИА создаст летающую лабораторию и будет проводить летные испытания. Электрооборудование с использованием эффекта высокотемпературной сверхпроводимости разрабатывается инновационной российской компанией «СуперОкс» — одним из немногочисленных мировых производителей сверхпроводников. ЦАГИ формирует общие требования к такой силовой установке и создает перспективные компоновки полностью электрических летательных аппаратов.
«Работы по освоению «электрических» технологий для авиации сегодня ведутся во всем мире. В ЦИАМ и институтах, входящих в состав НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского», электрификацию рассматривают как наиболее перспективную технологию в авиастроении. И ключевое место здесь занимает именно силовая установка, – говорит генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин. – Комплексные теоретические и экспериментальные исследования по созданию гибридной силовой установки проводятся в ЦИАМ уже более 10 лет. За это время мы добились значительных результатов в исследовании различных обликов силовой установки и их оптимизации. Сегодня интересы наших ученых сосредоточены на работе по созданию и испытаниям элементов гибридных силовых установок, топливных элементов с высокими удельными показателями и накопителей энергии».
Разработчик концепции электродвигателя — НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского» на авиасалоне МАКС-2017 (с) bmpd
На выставке экспонируется часть модели гибридно-электрической силовой установки, в мотогондоле которой находится электрический мотор, вращающийся винт и система его управления.
Примечание bmpd. Общий потенциал повышения эффективности от использования традиционных технологий в авиастроении к 2030 году не превысит 35–40% от сегодняшнего уровня. Известно, что сейчас каждый новый технологический продукт отличается от от предшественника не более чем на 3–5%, при несоизмеримом объеме инвестиций. В определенной мере в авиастроении по авиадвигателям и по аэродинамике достигнут потолок в технологическом развитии. Следует ожидать скачка, сопоставимого с переходом от винтовой к реактивной авиации. И самолеты на электродвижении могут стать одними из наиболее вероятных направлений прорыва.
bmpd.livejournal.com
Гибридные силовые установки
Содержание
1. Введение
2. Общий принцип работы гибридной силовой установки
3. История развития гибридных автомобилей
4. Устройство гибридной установки
5. Гибридная технология
6.
Конфигурации силовых
7. Преимущества
8. Недостатки
9. Toyota Prius
10. Ё-мобиль
11.
Заключение
Введение
Сегодня
экологический ущерб
Для того чтобы сохранить человечеству автомобиль необходимо если не исключить, то свести к минимуму вредные выбросы.
Улучшение градостроительства и оптимизация городского движения транспорта взаимно увязаны и нацелены на лучшую планировку дорог и улиц, создание транспортных развязок, улучшение дорожного покрытия, контроль скоростного движения.
Альтернативный транспорт — это электромобили, применение альтернативного топлива, строительство линий для скоростного трамвая, метро, автомотрисы и др.
Экономические инициативы — налог на автомобили, топливо, дороги, инициативы по обновлению автомобилей.
Работы в этом направлении ведутся во всем мире и дают определенные результаты. Автомобили, выпускаемые в настоящее время в промышленно развитых странах, выбрасывают вредных веществ в 10—15 раз меньше, чем 10—15 лет тому назад. Во всех развитых странах происходит ужесточение нормативов на вредные выбросы при работе двигателя. В 2000 г. введены более строгие нормы. Происходит не только количественное ужесточение норм, но и их качественное изменение.
Одним из перспективных направлений
являются гибриды – автомобили,
использующие для привода ведущих
колес разнородную энергию. Чаще
всего альтернативным источником энергии
для гибридов является аккумулятор.
Общий принцип работы гибридной силовой установки
Первоначально идея организации принципа «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач на электрические провода, была воплощена в железнодорожном транспорте и большегрузных карьерных самосвалах. Причина применения такой схемы обусловлена огромными сложностями механической передачи управляемого крутящего момента на колеса мощного транспортного средства. Суть принципа заключается в том, что двигатель, работающий на обычном топливе, приводит в движение электрогенератор, и через систему управления нужное количество электроэнергии передаётся на электродвигатели, приводя в движение транспортное средство. Это похоже на электростанцию на электромобиле, вырабатывающую энергию для собственного движения. Суть схемы работы гибридного автомобиля аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением аккумуляторной батареи, только в отличие от электромобиля менее ёмкой, а, следовательно, более лёгкой.
Основные
причины, стоящие за разработкой
гибридной силовой установки — уменьшение
количества вредных выбросов в атмосферу,
что очень актуально именно для
городского транспорта. Эта система
позволяет снизить выброс сажи и
углеводородов на 90%, оксидов азота
— на 50%. При этом экономия топлива
достигает 60% по сравнению с обычными
автобусами с дизельными двигателями,
а ускорение во время начала движения
увеличилось на 50%. Такая силовая
установка может
История развития гибридных
автомобилей
История новомодного гибридного автомобильного привода развивалась по спирали и стала подтверждением известной поговорки: «все новое — это хорошо забытое старое».
А началось все в далеком 1900 году, когда и бензиновый-то мотор ходил под стол в коротких штанишках. Собственно, эта его незрелость и подвигла молодого инженера Фердинанда Порше искать новые пути. Тогда, кстати, полным ходом шла дуэль двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электромотора. И электромобили не только были куда более распространены, чем сегодня, но ставили впечатляющие рекорды скорости. Главной причиной начала производства легковых гибридов был рыночный спрос на подобные автомобили, вызванный высокими ценами на нефть и постоянным повышением требований к экологичности автомобилей. При этом совершенствование технологий и налоговые льготы производителям гибридов делает эти автомобили в некоторых случаях даже дешевле обычных. В некоторых странах владельцы гибридов освобождаются от уплаты дорожного налога и не платят за муниципальные парковки. Одно плохо: уж больно тяжелы были аккумуляторы, долго заряжались, коротко ездили, да еще тогдашние шины-пневматики не выдерживали такого веса и постоянно лопались.
Поэтому нужно было искать компромиссы и устранять недостатки. И таким компромиссом стала разработка гибридомобиля.
И
вот будущий «доктор Порше» (гениальный
конструктор не имел высшего образования
и удостоился звания профессора и
почетного доктора технических
наук в Венском техническом
Так появился на свет первый в мире переднеприводный автомобиль с гибридной силовой установкой и мотор-колесами. В нем не было трансмиссии, всех этих карданов, коробки передач с воющими шестеренками, капризного сцепления. И опережение зажигания не нужно было постоянно подстраивать: двигатели все время работали в одном, оптимальном режиме. Такая электротрансмиссия показала небывалый для того времени КПД — 83%!
Собственно говоря, для гибрида авто- и электромобиля наемный шофер-профи был вовсе не нужен. Ведь даже завести двигатели было проще простого: никакой рукоятки, просто генераторы переключались в режим стартера, нажатие кнопки — и вот уже раздается бодрое тарахтение. Все, можно ехать.
Движением управлял рычаг справа от водителя: по мере разгона его переводили из нейтрального в первое, второе и, наконец, третье положение. А послушные реле в контроллере под сиденьем, весело щелкая, переключали силу тока в электромоторах. Но были у рычага и еще два положения: задний ход (для него достаточно было просто поменять полярность) и… торможение! Да, молодой изобретатель уже тогда реализовал торможение электродвигателем, которое применяется в гибридах и сегодня. Кроме этого электротормоза на задних колесах были механические тормоза с кожаными накладками (похожие стоят сегодня на велосипедах). И это делало Semper Vivus первым в мире автомобилем с тормозами на всех четырех колесах. Придумал Порше и «ручник»: при стоянке на уклоне задние колеса намертво блокировались выдвижным штифтом. На Всемирной выставке в Париже Semper Vivus произвел фурор. Газеты восторженно писали: «Автомобиль не заносит в крутых поворотах и на скользкой дороге, разве что на короткое время. Совсем как при конной тяге…» Да, тогда автомобиль вовсе не мог служить образцом устойчивости!
И все-таки гениальная конструкция на столетие обогнала время. Автомобиль на долгие годы победил гибрид не в технической, а в экономической гонке. Уж слишком дорогим удовольствием было (да и сегодня еще остается) совмещение двух типов привода в одном авто.
В Советском Союзе также велись работы по разработке гибридных автомобилей. Так, работы советского ученого Нурбея Гулиа привели к созданию прототипа гибридного автомобиля на базе автомобиля-грузовика УАЗ-450, где накопителем энергии являлся маховик, трансмиссией — особый вариатор. Это был один из первых «гибридов». В 1966 году удалось достичь экономии топлива до 50 %.
В Курске в 1972-73 годах Н. В. Гулиа были проведены испытания городских автобусов с маховичными гибридными агрегатами и вариаторами. Кроме того были построены и испытаны гибридные силовые агрегаты для автобусов на основе гидропривода. В последних роль накопителя энергии играли баллоны со сжатым азотом и маслом. Несмотря на различные принципы действия этих «гибридов» эффективность их оказалась близкой друг к другу — расход топлива снижался примерно вдвое, а токсичность выхлопа — в несколько раз. Но данные технологии советская автомобильная промышленность не начала использовать.
В США гибридные автомобили начал разрабатывать Виктор Воук в 60-е — 70-е годы.
В 1980 году компания Volvo про
Устройство гибридной установки
Гибридная
силовая установка сочетает в
себе современный двигатель
Схема гибридной установки состоит из следующих элементов:
1. Бензиновый двигатель
2. Гибридная трансмиссия
Делитель
мощности в гибридной трансмиссии
направляет поток мощности туда, где
она больше всего нужна. Обеспечивая
максимально экономное
3. Генератор
Усовершенствованный электромотор-генератор, соединенный с бензиновым двигателем, обеспечивает исключительно плавный разгон, когда вы нажимаете на педаль газа до упора. Высоковольтный электромотор гибридной силовой установки представляет собой сложную и одновременно компактную комбинацию электромотора и электрогенератора.
4.
Электрический двигатель
stud24.ru
Гибридные силовые установки
СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПУНКТА ТЕХНИЧЕСКОГО
ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА С ПОРШНЕВЫМ ГИБРИДНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Содержание
Введение……………………………………………………………………….
1. Гибридные силовые установки……………………………………………
Введение
Пункт технического обслуживания и ремонта предназначен для проведения работ всех видов комплексного технического обслуживания и ремонта штатных ВВТ части в соответствии с нормативно-технической документацией. Он размещается на территории парка в конце линии технического обслуживания, как правило, после пункта ежедневного технического обслуживания или на одном уровне с ним.
Основу пункта технического обслуживания и ремонта составляют посты технического обслуживания и ремонта машин. На постах размещаются сами машины, оборудование для их обслуживания и ремонта и вспомогательное оборудование.
Для перевозки запасных частей, материалов между постами требуется транспортные средства, не загрязняющие воздух в закрытых помещениях. В то же время подобные транспортные средства значительную часть времени работают на открытом воздухе.
Проблема создания мощного, экологичного, малогабаритного, высоко-экономичного, надежного двигателя является одной из важнейших в развитии военной техники. Решение этой проблемы возможно благодаря применению в них гибридных силовых установок или гибридных двигателей.
Целью настоящей работы является рассмотрение возможностей создания силовых установок для транспортных средств, работающих в пунктах технического обслуживания и ремонта автобронетанковой техники.
Гибридные силовые установки
Основными компонентами гибридной силовой установки любого транспортного средства являются тяговые двигатели и источники энергии. В качестве тяговых двигателей, как правило, применяют двигатели внутреннего сгорания (ДВС) в сочетании с электродвигателями, либо ДВС с пневмодвигателями (ПД) или электродвигатели в сочетании с ПД. Возможно также одновременное сочетание ДВС с электродвигателями и ПД. Положительный эффект от их применения в каждом отдельном случае может быть достигнут благодаря комбинации сильных сторон электродвигателей, пневмодвигателей и ДВС при различных режимах движения транспортного средства.
Источниками энергии являются. Химическая энергия топлива (бензин, дизельное топливо, пропан, бутан и другие альтернативные виды топлива) в ДВС преобразуется в механическую энергию движения транспортного средства.
Химическая энергия накопителей электрической энергии (аккумуляторы конденсаторы, молекулярные накопители энергии, топливные элементы и другие источники) в электрических двигателях превращается в механическую энергию движения транспортного средства.
Механическая энергия, накопленная в баллонах высокого давления, в пневматических двигателях превращается в механическую энергию движения транспортного средства. Тепловая энергия выхлопных газов ДВС тоже может превращаться в электрическую энергию или использоваться для повышения работоспособности пневмодвигателей.
В настоящее время за рубежом интенсивно проводятся разработки по созданию легковых автомобилей с гибридными силовыми установками. В частности, фирмой Energine из Южной Кореи разработан автомобиль PHEV (Pneumatic hybrid electric vehicle) с гибридным электропневматическим приводом [1]. В этой машине два двигателя: пневматический поршневой и электрический. Машину, приводимую в движение как сжатым воздухом от бортовых баллонов, так и электрическим двигателем от аккумуляторов, можно было бы считать электромобилем, поскольку при движении с постоянной скоростью свыше 20-25 км/ч основным становится электрический двигатель.
Однако он стартует, набирает скорость и преодолевает подъемы на пневматической тяге, поэтому фирма-разработчик считает, что основной двигатель в конструкции автомобиля все же пневматический. Столь оригинальный дорожный цикл позволяет использовать основные достоинства обоих типов моторов и сгладить их недостатки. Высокий стартовый момент и большая мощность на валу пневмодвигателя прекрасно дополняются относительно низким потреблением энергии (в данном случае — запасенной в аккумуляторах) электродвигателем. Оба мотора (и пневматический и электрический) весят по 30 кг каждый, а 40 кг весит 100-литровый воздушный баллон. В машине применены Ni-Mн батареи, рабочее напряжение которых около 280 В.
Разработки по созданию гибридных автомобилей с ДВС и пневматическими двигателями, работающими на сжатом воздухе и сжиженных газов, проводятся в Харьковском автомобильно-дорожном университете [2-4].
Пневмодвигатели, применяемые в подобных силовых установках, выполнены на базе поршневых двигателей с принудительным газораспределением. Система принудительного газораспределения обладает рядом существенных недостатков: сложность конструктивного исполнения, повышенное механическое трение, невысокая надежность и другие.
Одним из направлений совершенствования системы газораспределения в поршневых пневмодвигателях является применение самодействующих клапанов. Отсутствие сложного механизма принудительного газораспределения позволяет упростить конструкцию поршневого двигателя, значительно сократить трудоемкость изготовления, снизить массогабаритные показатели и металлоемкость.
Известна силовая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания и пневмодвигатель, связанный с выходным валом установки (RU № 2195558).
Из уровня техники также известен пневмодвигатель, выполненный в виде поршневой расширительной машины, содержащий однорядный блок цилиндров с головкой, впускными и выпускными каналами, поршни, кинематически связанные с выходным валом, золотниковый механизм распределения, который сообщает цилиндры с впускными каналами, подключенными к источнику сжатого воздуха, и выпускными каналами (SU 1548475 A1, F 01 B 23/02, 1990; SU 1629570 A1, F 01 B 23/02, 1991).
Недостатками указанных конструкций является наличие принудительной системы воздухораспределения, снижающей эффективность работы пневмодвигателя из-за повышенных потерь на трение и утечек воздуха в механизме воздухораспределения, особенно на режимах работы, отличающихся от номинальных.
Устранение указанных недостатков способствует повышению эффективности и возможности варьирования эффективной мощностью системы в зависимости от изменения нагрузок включением или выключением некоторой из составных частей силовой установки транспортного средства в работу.
В силовой установке транспортного средства, содержащей приводной двигатель и поршневой пневмодвигатель, кинематически связанные с выходным валом установки,согласно заявленному изобретению,в головках блоков цилиндров пневмодвигателя, подключённых к источнику сжатого воздуха, размещены самодействующие нормально открытые впускные клапаныс ограничителями перемещения подпружиненных запорных элементов и закрытые выпускные клапаны, а в стенке цилиндра в районе нижних мёртвых точек выполнены выпускные окна.
В качестве источника сжатого воздуха применены два баллона, один низкого (рабочего) давления, другой высокого давления, соединённые между собой газовым редуктором.
Крышки цилиндров пневмодвигателя могут быть разделены на две части перегородкой, в одной части, подключённой к источнику сжатого воздуха, размещены самодействующие нормально открытые впускные и нормально закрытые выпускные клапаны, а в другой части крышки цилиндров самодействующие нормально открытые выпускные клапаны илипринудительного действия.
Приводной двигатель может быть выполнен двигателем внутреннего сгорания или электрическим.
На рис.1 приведены примеры исполнения предложенной силовой установки транспортного средства: вариант с приводом на один вал приводных колёс и вариант с приводом на два вала приводных колёс транспортного средства. На рис.2 приведена принципиальная схема конструкции одного из цилиндров поршневого пневмодвигателя.
Установка включает приводной двигатель 1, муфту 2, трансмиссию 3, приводные колёса 4, поршневой пневмодвигатель 5, муфту 6, зубчатую или иную передачу 7, баллон низкого давления 8, баллон высокого давления 9, газовый редуктор 10.
Поршневой пневмодвигатель (рис.2) содержит цилиндр 11, поршень 12, связанный с кривошипно-шатунным механизмом (на чертеже не показан). В стенках цилиндра 11 выполнены выхлопные окна13. В крышке14 цилиндра 11 располагаются нормально открытый впускной 15 и закрытый выпускной 16 клапаны, впускной штуцер 17. Впускной клапан включает в себя ограничитель 18 с возможностью перемещения, например по резьбе, относительнокрышки14 и впускного штуцера17, запорный элемент 19, пружину 20. Выпускной клапан представляет собой, запорный элемент 21, с пружиной 22.
Силовая установка транспортного средства и поршневой пневмодвигатель работают следующим образом. При работе приводного двигателя1 транспортного средства (рис.1) мощность на приводные колёса 4 передаётся через подключённую муфту 2 и трансмиссию 3, через зубчатую или иную передачу 7, при подключённой муфте 6 часть мощности приводного двигателя 1 передаётся поршневому пневмодвигателю 5, работающему в режиме компрессора.
Атмосферный воздух в этом случае поступает через выхлопные окна 13 цилиндра 11, в положении поршня 12в районе нижней мёртвой точки, и при перемещении поршня 12 в направление к верхней мёртвой точке, после перекрытия поршнем выхлопных окон 13, сжимает поступивший воздух в цилиндр11. При превышении давления воздуха в цилиндре 11 давления в крышке 14 цилиндра 11, открываются закрытые впускной 15 и выпускной 16 клапаны, сжатый воздух из крышки 14 цилиндра 11 через штуцер 17 поступает в баллон низкого давления 8. В режиме компрессора поршневой пневмодвигатель работает также в случае торможения силовой установки транспортного средства поршневым пневмодвигателем 5 и спуске транспортного средства с повышенных участков дорог.
В режиме пневмодвигателя силовая установка транспортного средства работает следующим образом. Сжатый воздух из баллона давления 9 через газовый редуктор 10, поступает в баллон низкого (рабочего) давления 8 и через впускной штуцер 17в крышку 14 цилиндра 11(впускной клапан 15 при этом открыт, а выпускной клапан 16 закрыт) происходит впуск газа в цилиндр 11 через нормально открытый впускной клапан. Поршень 12 при этом начинает движение от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке. При нарастании перепада давлений на запорный элемент 19, пружина20 сжимается и клапан закрывается. Попавшая в цилиндр, порция газа продолжает оказывать давление на поршень 12 и при его перемещении расширяется с совершением внешней работы и снижением температуры. При открытии торцевой поверхностью поршня12 выхлопных окон13 происходит выхлоп и выталкивание расширившегося охлажденного газа в атмосферу. Открытые поршнем 12 выхлопные окна13 в продолжение его движения к нижней мёртвой точке способствуют освобождению цилиндра от расширившегося газа. При обратном движении поршня к верхней мертвой точке давление в цилиндре 11 после закрытия поршнем выхлопных окон 13 растет давление за счет сжатия оставшегося воздуха в цилиндре. При превышении давления воздуха в цилиндре 11 над давлением в крышке 14 цилиндра запорные элементы впускного 19 и выпускного 21 клапанов открываются, и при дальнейшем приближении поршня к верхней мёртвой точке происходит выталкивание газа из цилиндра в полость высокого давления через открытые впускной 19 и выпускной 21 клапаны. Затем цикл повторяется.
Для обеспечения эффективной работы расширительной машины при колебаниях давления сжатого газа на впуске положение запорных элементов впускного 19 клапана относительно крышки 14 цилиндра изменяется перемещением ограничителяподъёма18.
Рис.1. Варианты силовых установок транспортного средства
 |
Фиг. 2
Рис.2. Схема конструкции пневмодвигателя
Читайте также:
Поиск по сайту
poisk-ru.ru
Гибридная силовая установка Википедия
Первый серийный гибридный автомобиль Toyota PriusМодель 1997 года 2008 Toyota Estima-hybrid
Гибри́дный автомоби́ль — автомобиль, использующий для привода ведущих колёс более одного источника энергии.
Современные автопроизводители часто прибегают к совместному использованию двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и электродвигателя, что позволяет избежать работы ДВС в режиме малых нагрузок, а также реализовывать рекуперацию кинетической энергии, повышая топливную эффективность силовой установки. Другой распространённый вид гибридов — автомобили, в которых ДВС совмещён с двигателями, работающими на сжатом воздухе.
Следует отличать от гибридов транспортные средства с электромеханической трансмиссией, такие как тепловозы, некоторые карьерные самосвалы (кроме последних разработок, где применен последовательный гибридный привод), тракторы типа ДЭТ-250 и танки.
ru-wiki.ru