"Full Electromotive": el concepto de los buques de guerra del futuro.
La posibilidad de que las armas construidas sobre los nuevos principios físicos se instalen en los futuros buques de guerra ayudará a aumentar el interés de los navegantes navales en el tema de la propulsión eléctrica. La idea en sí, que consiste en combinar la planta de energía de la nave y su armamento en un solo circuito basado en energía eléctrica, es muy atractiva. Por lo tanto, este tema es cada vez más estudiado por ingenieros y diseñadores, incluso en las empresas rusas de la industria de la construcción naval.
Los sistemas de armamento construidos sobre nuevos principios físicos pueden llamarse, en particular, complejos prometedores que usan un pulso electromagnético para inhabilitar temporal o incluso permanentemente el radar, los sistemas de radio y digitales, las computadoras de las naves enemigas. Además, es posible utilizar la energía eléctrica de la nave para lanzar y acelerar el proyectil (railgun). No se limite a olvidar que todos estos sistemas requieren reservas muy grandes de energía eléctrica a bordo del barco, así como la posibilidad de restaurarla o mantenerla en el nivel requerido sin que un barco ingrese a la base.
Hoy en día, los motores eléctricos se utilizan en buques de guerra y como parte de la central eléctrica principal, y como unidad auxiliar de propulsión. Dado que los motores modernos son de alta velocidad, es necesario colocar un engranaje reductor entre ellos y la hélice, ya que las pérdidas de potencia pueden alcanzar el 2%. En el caso de un sistema eléctrico, es necesario utilizar convertidores de frecuencia y generadores con una eficiencia total inferior al 90%. Esto es más bajo que el del sistema "puramente mecánico" (por ejemplo, una turbina de gas y la unidad principal de turbo-engranaje). Por lo tanto, en términos económicos, el electromotor no es rentable.
En ese momento, la invención del motor eléctrico de hélice dio un salto bastante brusco a todo el desarrollo de la construcción naval subacuática, mientras que en relación con los buques de combate de superficie solo resuelve tareas auxiliares. A pesar de esto, los entusiastas de una aplicación más amplia en la flota Las "fuerzas electromagnéticas" no desaparecen en ningún lado. En un esfuerzo por calentar el interés en este tema, introducen nuevos términos, por ejemplo, "el uso ampliado de la propulsión eléctrica". Es posible realizar un movimiento eléctrico completo solo cuando la hélice (u otro motor) en todos los modos de movimiento del barco es accionado solo por un motor eléctrico. En el caso de que haya fuentes mecánicas de energía a bordo del buque (turbina, motor diésel, etc.) que tengan la capacidad de girar el eje de la hélice (con mayor frecuencia a altas velocidades), entonces podemos hablar sobre "accionamiento directo con un motor eléctrico auxiliar", o "Movimiento eléctrico parcial".
El "movimiento electromotor completo", que se basa en la conversión de la energía mecánica en energía eléctrica, y luego nuevamente en energía mecánica, reduce la eficiencia general. Esto debe tenerse en cuenta y los constructores navales, y los navegantes navales. Parece que la aparición esperada de pistolas electromagnéticas (en fragatas, corbetas y destructores) y catapultas (en portaaviones) hará que algunas de las pérdidas de energía que se producen cuando se convierte de un tipo a otro, sean justificadas y posibles.
Baterias submarinas de ion litio.
En conexión con la tendencia general de aumentar el consumo de energía por parte de una variedad de sistemas de barcos (incluyendo radar, BIUS, GAK y otros), los diseñadores deben ser más cuidadosos en su enfoque hacia la generación y conservación de electricidad. En este sentido, los países científicos y técnicos avanzados del mundo están trabajando activamente en la creación de baterías de litio de alta capacidad. Hay éxitos en esta área y en Rusia.
Vale la pena señalar que la batería de iones de litio (Li-ion) fue lanzada por primera vez por Sony en el año 1991, pero durante mucho tiempo estas baterías se usaron solo en la esfera civil. Hoy en día, este tipo de batería está muy extendido en todos los electrodomésticos y aparatos electrónicos, y también tiene aplicaciones como dispositivos de almacenamiento de energía en varios sistemas de energía y como fuente de energía en vehículos eléctricos. Hoy en día, es el tipo de batería más popular para dispositivos como computadoras portátiles, teléfonos móviles, cámaras de video digitales y cámaras, así como también para automóviles eléctricos. Las baterías de iones de litio han demostrado ser muy buenas en el trabajo, pero hasta hace poco no se han utilizado en la flota. A pesar del hecho de que estas baterías tienen una serie de ventajas importantes sobre las baterías ácidas clásicas, incluida la capacidad de soportar mayores corrientes de descarga y carga, mayor capacidad, mayor vida útil, menores costos durante el funcionamiento, etc.
Naturalmente, todo esto no podría alejarse de los diseñadores de tecnología naval. Por ejemplo, al final de 2014, la Oficina de Diseño Rubin de Rusia, especializada en diseño de submarinos y líder en nuestro país, la oficina de construcción de barcos submarinos, anunció el éxito del ciclo de prueba para nuevas baterías de iones de litio destinadas a submarinos no nucleares. El director general de TsBB, Rubin Igor Vilnit, habló a los periodistas sobre esto en ese momento. Dichas baterías aumentan significativamente la autonomía de los submarinos, ya que tienen una larga vida útil y, además, no requieren el mantenimiento ni la operación de equipos complejos. Al mismo tiempo, en la flota rusa, se usan baterías, cuya validez es limitada, y el precio, según los expertos, puede llegar a 300 millones de rublos. Según Andrei Dyachkov, quien anteriormente dirigía el Rubin Central Design Bureau, las modernas baterías de iones de litio permitirán que los submarinos permanezcan bajo el agua por lo menos 1,4, mientras que el potencial de esta idea técnica actualmente solo lo utiliza 35-40%, RIA informó noticias.
La dirección es prometedora para la flota, se ha notado en todo el mundo. Según shephardmedia.com, en marzo de 2020, las fuerzas de autodefensa de la Armada japonesa están a punto de lanzar el primer submarino no nuclear del mundo (11-I en una serie de submarinos como Soryu), que recibirá baterías de iones de litio. Esto permitirá a los japoneses dejar de usar no solo las baterías de plomo-ácido tradicionales, sino también los motores Stirling independientes del aire en los submarinos.
Según el vicealmirante retirado Masao Kobayashi, el uso de baterías de iones de litio "debería cambiar drásticamente las acciones de los submarinos no nucleares". Dichas baterías proporcionan a los submarinos la duración del viaje bajo el agua, que es comparable a la duración del viaje cuando se usan centrales eléctricas independientes del aire (VNEU) a bajas velocidades; sin embargo, debido a la gran capacidad, pueden proporcionar una duración bastante alta del viaje bajo el agua ya altas velocidades, lo cual es especialmente importante para los submarinos. Cuando atacan o cuando evaden al enemigo. Al mismo tiempo, a diferencia del VNEU, el submarino puede reponer constantemente la energía de las baterías de iones de litio recargando las baterías con un dispositivo RDP (un dispositivo para operar el motor bajo el agua).
Según el vicealmirante Kobayashi, las baterías de iones de litio también tienen un tiempo de recarga más corto en comparación con las baterías de plomo-ácido, esto se logra debido a la mayor carga de corriente. Además, tales baterías son más duraderas y los circuitos eléctricos con su uso son más fáciles de construir y administrar redes eléctricas. La otra cara de la moneda es el alto costo de las baterías de iones de litio. Por lo tanto, el precio de contrato del submarino 11 del tipo Soryu es de 64,4 mil millones de yenes (aproximadamente 566 millones de dólares), contra 51,7 mil millones de yenes (454 millones de dólares) en el décimo bote del mismo tipo. Casi toda la diferencia en el precio de los submarinos estará en las baterías de iones de litio y los sistemas eléctricos correspondientes.
Uso de motores de remo.
Para los navegantes, reducir los signos de desenmascaramiento es muy importante. Lo mejor de todo es que contribuye al uso del motor de hélice (HED), que hoy en día se considera el ruido más bajo de todos los sistemas de propulsión de barcos comunes. Sin embargo, para una embarcación de superficie, la reducción del campo acústico no es tan relevante como para una flota submarina. El hecho es que el principal factor de desenmascaramiento para los buques de superficie es la visibilidad en el radar (las ondas de radio se reflejan bien en las superestructuras y la placa), así como en los campos de infrarrojos (planta de energía construida sobre la base de un motor de combustión interna).
Por lo tanto, para los buques de superficie, la reducción del campo hidroacústico parece ser la más relevante para los buques especializados: los barcos antisubmarinos (patrulleros). En la mayoría de los casos, buscan submarinos enemigos en modo de viaje pequeño y mediano, no más de nodos 15 (aproximadamente 28 km / h) que utilizan sistemas de sonar con antenas remolcadas, sumergibles y sub-antenas. El rango de tales antenas depende directamente de los "retratos" de vibración y ruido de la nave de transporte, cuanto más baja sea la velocidad de la nave, más eficientes serán las antenas.
Es menos ruido, la principal ventaja de las instalaciones con propulsión eléctrica. Ninguna otra central eléctrica puede ser menos ruidosa que una instalación con un motor eléctrico. En este caso, una contribución significativa al ruido general "de fondo" de la nave hace un eje de remo, que está conectado rígidamente a través de la caja de cambios con los motores principales. Para reducir este ruido, se utilizan acoplamientos especiales. Además, la vibración de los motores se transmite al casco de la nave (los motores de la nave, las cajas de engranajes, los mecanismos se colocan en la cimentación, que está conectada rígidamente con el conjunto del casco, y que a su vez se conecta con la carcasa del casco). Es el casco de la nave el que irradia vibraciones al ambiente externo (al agua), y esta es la fuente del ruido, que se llama estructural. Para reducir el "ruido estructural" se practica ampliamente la instalación de todos los mecanismos en los amortiguadores.
En las centrales eléctricas con propulsión eléctrica completa, el eje de la hélice no está conectado de ninguna manera con la fuente de ruido principal (para ello), el motor principal, ya que en todos los modos de desplazamiento solo gira por un motor eléctrico. Además, en la planta de energía principal "eléctrica", el generador, junto con el motor principal, puede ubicarse incluso en la superestructura del barco (por ejemplo, así es como algunos generadores diesel están ubicados en las fragatas británicas del proyecto 23), eliminándolos al máximo de la piel exterior del barco.
Es cierto que, a una velocidad superior a los nodos 15, todas las ventajas del movimiento eléctrico en términos de silenciosidad de tal movimiento finalizan. Esto se debe a que el componente principal del ruido submarino (a cierta distancia del barco) es el ruido de la cavitación de la hélice de la hélice. Por lo tanto, en los buques de guerra tiene sentido lidiar con la reducción de ruido de la planta de energía solo a velocidades de hasta nodos 15. Por lo tanto, el uso de la propulsión eléctrica solo se puede usar para proporcionar al barco un golpe de búsqueda, que es adecuado para los barcos antisubmarinos.
Hoy en día, hay ejemplos en los que los diseñadores individuales intentaron reducir la visibilidad acústica de los buques de guerra reduciendo la longitud de los ejes, argumentando que tal solución se logra al colocar correctamente los elementos de la planta de energía dentro del casco de la nave y la superestructura. Algunas de estas soluciones se implementaron en la práctica, por ejemplo, en destructores británicos del tipo 45 Daring, cuya planta de energía consiste en turbinas de gas Rolls-Royce 2, un par de generadores diesel Wärtsilä y motores eléctricos Converteam. Para KVMS con 2003 en 2011, año en que se construyeron tales destructores.
En los Estados Unidos están construyendo activamente destructores prometedores de la nueva generación, designado Zumwalt. Los trabajos comenzaron en el año 2008, el barco líder de la serie entró en servicio en octubre 2016. La planta de energía de la nave incluye turbinas de gas y motores eléctricos 36,5 MW asíncronos con un voltaje de operación de 6600 B. Lyndon B. Johnson planea entregar un motor sincrónico superconductor de alta temperatura con imanes permanentes al tercer barco de la serie DDG-1002, su potencia será la misma 36,5 y la velocidad de rotación. Eje - 2 revoluciones por segundo. Al mismo tiempo, la operación inicial del destructor de una nueva generación ha demostrado a todo el mundo que aún no es confiable y sufre de enfermedades infantiles, su operación se acompaña de numerosos fracasos. Así que 22 de noviembre 2016, el destructor de chicle Zumwalt se estrelló en el momento en que pasó por el Canal de Panamá. El barco inmovilizado tuvo que ser remolcado a la base con la ayuda de los remolcadores más comunes, que no están cargados con un nuevo tipo de centrales eléctricas.
Otra calidad positiva del movimiento eléctrico, además de reducir el ruido, puede denominarse un aumento en la maniobrabilidad de los barcos. Tanto la turbina de gas como el motor diesel tienen un valor de potencia mínimo, por lo tanto, también hay una velocidad constante mínima. Mientras utiliza un motor eléctrico, puede cambiar fácilmente la frecuencia y la dirección de rotación del eje de la hélice, lo que significa la velocidad y la dirección del barco. Debido a esto, la central eléctrica principal con un motor eléctrico se ha utilizado durante mucho tiempo en aquellos barcos que, según su propósito, deberían tener la mayor maniobrabilidad posible: remolcadores, ferries, rompehielos, grúas flotantes, etc.
Azipods
En el futuro, otra ventaja indudable del movimiento eléctrico para los buques de guerra puede ser la negativa a utilizar los ejes de la hélice. Comenzando con 1992, los complejos de propulsión y dirección con motores de propulsión sumergidos (propulsión podded) comenzaron a usarse ampliamente como motores de propulsión (HED), en los cuales el HED fue sacado del casco de la nave e instalado en la cápsula submarina (capullo), que tiene Altas propiedades hidrodinámicas.
Los VRK típicos se crean o con un obstinado, o con dos tornillos coaxiales (tracción y empuje). En nuestro país, los sistemas finlandeses bajo la designación "Azipod" (Azipod - sistema de propulsión de vaina de azimuthing) con un tornillo resistente y HED con potencia de 1,5 a 4,5 MW han recibido la mayor distribución. Las principales ventajas de WRC son: la capacidad de rotar la cápsula en el plano horizontal inmediatamente a grados 360, es decir, invertir la dirección de rotación del tornillo con una potencia del 100%; El eje y la capacidad de operar un tornillo de paso fijo a bajas velocidades (hasta 0,1 desde lo normal). Además, el WRC permite reducir significativamente el nivel de vibración y ruido de la planta de energía, así como instalar equipos de energía eléctrica en lugares difíciles de acomodar la carga, lo que, a su vez, permite a los diseñadores utilizar más eficientemente el espacio del barco.
La fuente de corriente más efectiva para el WRC es la red de CA, que permite no solo aumentar la eficiencia y confiabilidad de la central eléctrica principal, sino también usar motores asíncronos para accionar un tornillo, equipado con un rotor cortocircuitado y no requiere mantenimiento durante la operación. Con el fin de mejorar la calidad de arranque de una unidad asíncrona, con bastante frecuencia, se utilizan rotores de fase especial y de dos celdas de rendimiento especial. La velocidad del tornillo en los sistemas llamados Azipod se puede ajustar utilizando convertidores de frecuencia de tiristores. El uso del WRC en la práctica aumenta significativamente la maniobrabilidad de los buques y permite que incluso una gran parte de ellos lo hagan en el puerto sin la ayuda de los remolcadores. Además, la falta de ejes de la hélice aumenta el volumen útil en el casco.
Se sabe que los sistemas de propulsión eléctrica se utilizaron en el transporte de armas ruso Akademik Kovalev, que se construyó en el CS Zvezdochka en Severodvinsk y se aceptó en la flota en diciembre 2015 del año. Una característica especial de la nave del proyecto 20180TV, creada por el Centro Almaz para la Oficina de Diseño Metalúrgico, fue su sistema de propulsión: los generadores diésel de la nave generan electricidad, que alimenta los motores eléctricos en los complejos de dirección orientables de giro y giro. Debido a la presencia en la nave del WRC, este transporte de armamentos se caracteriza por una mayor maniobrabilidad, puede mantener un curso predeterminado con perturbaciones importantes del mar y cumplir con éxito las tareas asignadas por el comando de la Armada. Actualmente, el CS Zvezdochka está construyendo un segundo barco bajo el mismo proyecto.
Los expertos creen que las embarcaciones submarinas y de superficie con propulsión eléctrica, las más comunes hoy en día, solo serán mejoradas, especialmente debido al uso cada vez mayor de los sistemas de dirección de hélice. Al mismo tiempo, en el futuro, la propulsión eléctrica en los buques de la Armada en todos los países del mundo se generalizará cada vez más.
Fuentes de información:
https://tvzvezda.ru/news/opk/content/201706150803-999y.htm
http://bmpd.livejournal.com/2443028.html
http://www.arms-expo.ru/news/perspektivnye_razrabotki/tskb_rubin_litievye_batarei_dlya_podlodok_proshli_ispytaniya
Tseluyko IG. El desarrollo del movimiento eléctrico de flotas militares en el mundo // Young Scientist. - 2012. - №4. - S. 54-57.
Los sistemas de armamento construidos sobre nuevos principios físicos pueden llamarse, en particular, complejos prometedores que usan un pulso electromagnético para inhabilitar temporal o incluso permanentemente el radar, los sistemas de radio y digitales, las computadoras de las naves enemigas. Además, es posible utilizar la energía eléctrica de la nave para lanzar y acelerar el proyectil (railgun). No se limite a olvidar que todos estos sistemas requieren reservas muy grandes de energía eléctrica a bordo del barco, así como la posibilidad de restaurarla o mantenerla en el nivel requerido sin que un barco ingrese a la base.
Hoy en día, los motores eléctricos se utilizan en buques de guerra y como parte de la central eléctrica principal, y como unidad auxiliar de propulsión. Dado que los motores modernos son de alta velocidad, es necesario colocar un engranaje reductor entre ellos y la hélice, ya que las pérdidas de potencia pueden alcanzar el 2%. En el caso de un sistema eléctrico, es necesario utilizar convertidores de frecuencia y generadores con una eficiencia total inferior al 90%. Esto es más bajo que el del sistema "puramente mecánico" (por ejemplo, una turbina de gas y la unidad principal de turbo-engranaje). Por lo tanto, en términos económicos, el electromotor no es rentable.
En ese momento, la invención del motor eléctrico de hélice dio un salto bastante brusco a todo el desarrollo de la construcción naval subacuática, mientras que en relación con los buques de combate de superficie solo resuelve tareas auxiliares. A pesar de esto, los entusiastas de una aplicación más amplia en la flota Las "fuerzas electromagnéticas" no desaparecen en ningún lado. En un esfuerzo por calentar el interés en este tema, introducen nuevos términos, por ejemplo, "el uso ampliado de la propulsión eléctrica". Es posible realizar un movimiento eléctrico completo solo cuando la hélice (u otro motor) en todos los modos de movimiento del barco es accionado solo por un motor eléctrico. En el caso de que haya fuentes mecánicas de energía a bordo del buque (turbina, motor diésel, etc.) que tengan la capacidad de girar el eje de la hélice (con mayor frecuencia a altas velocidades), entonces podemos hablar sobre "accionamiento directo con un motor eléctrico auxiliar", o "Movimiento eléctrico parcial".
El "movimiento electromotor completo", que se basa en la conversión de la energía mecánica en energía eléctrica, y luego nuevamente en energía mecánica, reduce la eficiencia general. Esto debe tenerse en cuenta y los constructores navales, y los navegantes navales. Parece que la aparición esperada de pistolas electromagnéticas (en fragatas, corbetas y destructores) y catapultas (en portaaviones) hará que algunas de las pérdidas de energía que se producen cuando se convierte de un tipo a otro, sean justificadas y posibles.
Baterias submarinas de ion litio.
En conexión con la tendencia general de aumentar el consumo de energía por parte de una variedad de sistemas de barcos (incluyendo radar, BIUS, GAK y otros), los diseñadores deben ser más cuidadosos en su enfoque hacia la generación y conservación de electricidad. En este sentido, los países científicos y técnicos avanzados del mundo están trabajando activamente en la creación de baterías de litio de alta capacidad. Hay éxitos en esta área y en Rusia.
Vale la pena señalar que la batería de iones de litio (Li-ion) fue lanzada por primera vez por Sony en el año 1991, pero durante mucho tiempo estas baterías se usaron solo en la esfera civil. Hoy en día, este tipo de batería está muy extendido en todos los electrodomésticos y aparatos electrónicos, y también tiene aplicaciones como dispositivos de almacenamiento de energía en varios sistemas de energía y como fuente de energía en vehículos eléctricos. Hoy en día, es el tipo de batería más popular para dispositivos como computadoras portátiles, teléfonos móviles, cámaras de video digitales y cámaras, así como también para automóviles eléctricos. Las baterías de iones de litio han demostrado ser muy buenas en el trabajo, pero hasta hace poco no se han utilizado en la flota. A pesar del hecho de que estas baterías tienen una serie de ventajas importantes sobre las baterías ácidas clásicas, incluida la capacidad de soportar mayores corrientes de descarga y carga, mayor capacidad, mayor vida útil, menores costos durante el funcionamiento, etc.
Naturalmente, todo esto no podría alejarse de los diseñadores de tecnología naval. Por ejemplo, al final de 2014, la Oficina de Diseño Rubin de Rusia, especializada en diseño de submarinos y líder en nuestro país, la oficina de construcción de barcos submarinos, anunció el éxito del ciclo de prueba para nuevas baterías de iones de litio destinadas a submarinos no nucleares. El director general de TsBB, Rubin Igor Vilnit, habló a los periodistas sobre esto en ese momento. Dichas baterías aumentan significativamente la autonomía de los submarinos, ya que tienen una larga vida útil y, además, no requieren el mantenimiento ni la operación de equipos complejos. Al mismo tiempo, en la flota rusa, se usan baterías, cuya validez es limitada, y el precio, según los expertos, puede llegar a 300 millones de rublos. Según Andrei Dyachkov, quien anteriormente dirigía el Rubin Central Design Bureau, las modernas baterías de iones de litio permitirán que los submarinos permanezcan bajo el agua por lo menos 1,4, mientras que el potencial de esta idea técnica actualmente solo lo utiliza 35-40%, RIA informó noticias.
La dirección es prometedora para la flota, se ha notado en todo el mundo. Según shephardmedia.com, en marzo de 2020, las fuerzas de autodefensa de la Armada japonesa están a punto de lanzar el primer submarino no nuclear del mundo (11-I en una serie de submarinos como Soryu), que recibirá baterías de iones de litio. Esto permitirá a los japoneses dejar de usar no solo las baterías de plomo-ácido tradicionales, sino también los motores Stirling independientes del aire en los submarinos.
Submarino japonés no nuclear Hakuryū SS 503 del tipo Soryu.
Según el vicealmirante retirado Masao Kobayashi, el uso de baterías de iones de litio "debería cambiar drásticamente las acciones de los submarinos no nucleares". Dichas baterías proporcionan a los submarinos la duración del viaje bajo el agua, que es comparable a la duración del viaje cuando se usan centrales eléctricas independientes del aire (VNEU) a bajas velocidades; sin embargo, debido a la gran capacidad, pueden proporcionar una duración bastante alta del viaje bajo el agua ya altas velocidades, lo cual es especialmente importante para los submarinos. Cuando atacan o cuando evaden al enemigo. Al mismo tiempo, a diferencia del VNEU, el submarino puede reponer constantemente la energía de las baterías de iones de litio recargando las baterías con un dispositivo RDP (un dispositivo para operar el motor bajo el agua).
Según el vicealmirante Kobayashi, las baterías de iones de litio también tienen un tiempo de recarga más corto en comparación con las baterías de plomo-ácido, esto se logra debido a la mayor carga de corriente. Además, tales baterías son más duraderas y los circuitos eléctricos con su uso son más fáciles de construir y administrar redes eléctricas. La otra cara de la moneda es el alto costo de las baterías de iones de litio. Por lo tanto, el precio de contrato del submarino 11 del tipo Soryu es de 64,4 mil millones de yenes (aproximadamente 566 millones de dólares), contra 51,7 mil millones de yenes (454 millones de dólares) en el décimo bote del mismo tipo. Casi toda la diferencia en el precio de los submarinos estará en las baterías de iones de litio y los sistemas eléctricos correspondientes.
Uso de motores de remo.
Para los navegantes, reducir los signos de desenmascaramiento es muy importante. Lo mejor de todo es que contribuye al uso del motor de hélice (HED), que hoy en día se considera el ruido más bajo de todos los sistemas de propulsión de barcos comunes. Sin embargo, para una embarcación de superficie, la reducción del campo acústico no es tan relevante como para una flota submarina. El hecho es que el principal factor de desenmascaramiento para los buques de superficie es la visibilidad en el radar (las ondas de radio se reflejan bien en las superestructuras y la placa), así como en los campos de infrarrojos (planta de energía construida sobre la base de un motor de combustión interna).
Por lo tanto, para los buques de superficie, la reducción del campo hidroacústico parece ser la más relevante para los buques especializados: los barcos antisubmarinos (patrulleros). En la mayoría de los casos, buscan submarinos enemigos en modo de viaje pequeño y mediano, no más de nodos 15 (aproximadamente 28 km / h) que utilizan sistemas de sonar con antenas remolcadas, sumergibles y sub-antenas. El rango de tales antenas depende directamente de los "retratos" de vibración y ruido de la nave de transporte, cuanto más baja sea la velocidad de la nave, más eficientes serán las antenas.
Modelo HED, render realred.ru
Es menos ruido, la principal ventaja de las instalaciones con propulsión eléctrica. Ninguna otra central eléctrica puede ser menos ruidosa que una instalación con un motor eléctrico. En este caso, una contribución significativa al ruido general "de fondo" de la nave hace un eje de remo, que está conectado rígidamente a través de la caja de cambios con los motores principales. Para reducir este ruido, se utilizan acoplamientos especiales. Además, la vibración de los motores se transmite al casco de la nave (los motores de la nave, las cajas de engranajes, los mecanismos se colocan en la cimentación, que está conectada rígidamente con el conjunto del casco, y que a su vez se conecta con la carcasa del casco). Es el casco de la nave el que irradia vibraciones al ambiente externo (al agua), y esta es la fuente del ruido, que se llama estructural. Para reducir el "ruido estructural" se practica ampliamente la instalación de todos los mecanismos en los amortiguadores.
En las centrales eléctricas con propulsión eléctrica completa, el eje de la hélice no está conectado de ninguna manera con la fuente de ruido principal (para ello), el motor principal, ya que en todos los modos de desplazamiento solo gira por un motor eléctrico. Además, en la planta de energía principal "eléctrica", el generador, junto con el motor principal, puede ubicarse incluso en la superestructura del barco (por ejemplo, así es como algunos generadores diesel están ubicados en las fragatas británicas del proyecto 23), eliminándolos al máximo de la piel exterior del barco.
Es cierto que, a una velocidad superior a los nodos 15, todas las ventajas del movimiento eléctrico en términos de silenciosidad de tal movimiento finalizan. Esto se debe a que el componente principal del ruido submarino (a cierta distancia del barco) es el ruido de la cavitación de la hélice de la hélice. Por lo tanto, en los buques de guerra tiene sentido lidiar con la reducción de ruido de la planta de energía solo a velocidades de hasta nodos 15. Por lo tanto, el uso de la propulsión eléctrica solo se puede usar para proporcionar al barco un golpe de búsqueda, que es adecuado para los barcos antisubmarinos.
Hoy en día, hay ejemplos en los que los diseñadores individuales intentaron reducir la visibilidad acústica de los buques de guerra reduciendo la longitud de los ejes, argumentando que tal solución se logra al colocar correctamente los elementos de la planta de energía dentro del casco de la nave y la superestructura. Algunas de estas soluciones se implementaron en la práctica, por ejemplo, en destructores británicos del tipo 45 Daring, cuya planta de energía consiste en turbinas de gas Rolls-Royce 2, un par de generadores diesel Wärtsilä y motores eléctricos Converteam. Para KVMS con 2003 en 2011, año en que se construyeron tales destructores.
Destructor tipo 45 Daring
En los Estados Unidos están construyendo activamente destructores prometedores de la nueva generación, designado Zumwalt. Los trabajos comenzaron en el año 2008, el barco líder de la serie entró en servicio en octubre 2016. La planta de energía de la nave incluye turbinas de gas y motores eléctricos 36,5 MW asíncronos con un voltaje de operación de 6600 B. Lyndon B. Johnson planea entregar un motor sincrónico superconductor de alta temperatura con imanes permanentes al tercer barco de la serie DDG-1002, su potencia será la misma 36,5 y la velocidad de rotación. Eje - 2 revoluciones por segundo. Al mismo tiempo, la operación inicial del destructor de una nueva generación ha demostrado a todo el mundo que aún no es confiable y sufre de enfermedades infantiles, su operación se acompaña de numerosos fracasos. Así que 22 de noviembre 2016, el destructor de chicle Zumwalt se estrelló en el momento en que pasó por el Canal de Panamá. El barco inmovilizado tuvo que ser remolcado a la base con la ayuda de los remolcadores más comunes, que no están cargados con un nuevo tipo de centrales eléctricas.
Otra calidad positiva del movimiento eléctrico, además de reducir el ruido, puede denominarse un aumento en la maniobrabilidad de los barcos. Tanto la turbina de gas como el motor diesel tienen un valor de potencia mínimo, por lo tanto, también hay una velocidad constante mínima. Mientras utiliza un motor eléctrico, puede cambiar fácilmente la frecuencia y la dirección de rotación del eje de la hélice, lo que significa la velocidad y la dirección del barco. Debido a esto, la central eléctrica principal con un motor eléctrico se ha utilizado durante mucho tiempo en aquellos barcos que, según su propósito, deberían tener la mayor maniobrabilidad posible: remolcadores, ferries, rompehielos, grúas flotantes, etc.
Azipods
En el futuro, otra ventaja indudable del movimiento eléctrico para los buques de guerra puede ser la negativa a utilizar los ejes de la hélice. Comenzando con 1992, los complejos de propulsión y dirección con motores de propulsión sumergidos (propulsión podded) comenzaron a usarse ampliamente como motores de propulsión (HED), en los cuales el HED fue sacado del casco de la nave e instalado en la cápsula submarina (capullo), que tiene Altas propiedades hidrodinámicas.
Azipod - sistema de propulsión podded azimuthing
Los VRK típicos se crean o con un obstinado, o con dos tornillos coaxiales (tracción y empuje). En nuestro país, los sistemas finlandeses bajo la designación "Azipod" (Azipod - sistema de propulsión de vaina de azimuthing) con un tornillo resistente y HED con potencia de 1,5 a 4,5 MW han recibido la mayor distribución. Las principales ventajas de WRC son: la capacidad de rotar la cápsula en el plano horizontal inmediatamente a grados 360, es decir, invertir la dirección de rotación del tornillo con una potencia del 100%; El eje y la capacidad de operar un tornillo de paso fijo a bajas velocidades (hasta 0,1 desde lo normal). Además, el WRC permite reducir significativamente el nivel de vibración y ruido de la planta de energía, así como instalar equipos de energía eléctrica en lugares difíciles de acomodar la carga, lo que, a su vez, permite a los diseñadores utilizar más eficientemente el espacio del barco.
La fuente de corriente más efectiva para el WRC es la red de CA, que permite no solo aumentar la eficiencia y confiabilidad de la central eléctrica principal, sino también usar motores asíncronos para accionar un tornillo, equipado con un rotor cortocircuitado y no requiere mantenimiento durante la operación. Con el fin de mejorar la calidad de arranque de una unidad asíncrona, con bastante frecuencia, se utilizan rotores de fase especial y de dos celdas de rendimiento especial. La velocidad del tornillo en los sistemas llamados Azipod se puede ajustar utilizando convertidores de frecuencia de tiristores. El uso del WRC en la práctica aumenta significativamente la maniobrabilidad de los buques y permite que incluso una gran parte de ellos lo hagan en el puerto sin la ayuda de los remolcadores. Además, la falta de ejes de la hélice aumenta el volumen útil en el casco.
Se sabe que los sistemas de propulsión eléctrica se utilizaron en el transporte de armas ruso Akademik Kovalev, que se construyó en el CS Zvezdochka en Severodvinsk y se aceptó en la flota en diciembre 2015 del año. Una característica especial de la nave del proyecto 20180TV, creada por el Centro Almaz para la Oficina de Diseño Metalúrgico, fue su sistema de propulsión: los generadores diésel de la nave generan electricidad, que alimenta los motores eléctricos en los complejos de dirección orientables de giro y giro. Debido a la presencia en la nave del WRC, este transporte de armamentos se caracteriza por una mayor maniobrabilidad, puede mantener un curso predeterminado con perturbaciones importantes del mar y cumplir con éxito las tareas asignadas por el comando de la Armada. Actualmente, el CS Zvezdochka está construyendo un segundo barco bajo el mismo proyecto.
Los expertos creen que las embarcaciones submarinas y de superficie con propulsión eléctrica, las más comunes hoy en día, solo serán mejoradas, especialmente debido al uso cada vez mayor de los sistemas de dirección de hélice. Al mismo tiempo, en el futuro, la propulsión eléctrica en los buques de la Armada en todos los países del mundo se generalizará cada vez más.
Fuentes de información:
https://tvzvezda.ru/news/opk/content/201706150803-999y.htm
http://bmpd.livejournal.com/2443028.html
http://www.arms-expo.ru/news/perspektivnye_razrabotki/tskb_rubin_litievye_batarei_dlya_podlodok_proshli_ispytaniya
Tseluyko IG. El desarrollo del movimiento eléctrico de flotas militares en el mundo // Young Scientist. - 2012. - №4. - S. 54-57.
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