مقدمة: إيرا جديد للإستعداد تحت البحر

وقد كانت الغواصة منذ فترة طويلة حجر الزاوية في الاستراتيجية البحرية وعلوم المحيطات، وهي قيمة لقدرتها على العمل بيسر تحت الموجات، وقد اعتمدت الغواصات على مزيج من محركات الديزل للدفع السطحي وأجهزة الدفع بالبطارية في إطار نظام الدفع الجوي، وهي عوامل يمكن أن تحقق [التحكم في الطاقة الكهربائية]، وهي عوامل فعالة، وتفرض حدودا صارمة على المحركات الميكانيكية والجديدة.

ما هي القاذورات الكهربائية؟

وجهاز الدفع الكهربائي هو جهاز الدفع الذي يحول الطاقة الكهربائية مباشرة إلى طاقة حركية لنقل سفينة عبر الماء، خلافا للوقود التقليدي الذي يقوده محرك دوار متصل بمحرك ديزل أو توربيني، فإن محركات الكهرباء تدمج المحرك الكهربائي في محور الناقل أو تستخدم الطبقات العلوية ذات الدفع الريمي، وتشمل المكونات الرئيسية محركا كهربائيا قويا (ينظم متزامنا دائما).

أما أكثر التشكيلات شيوعا في الغواصات الحديثة فهي محرك مدمج (IMP)، المعروف أيضا باسم محرك الدفع المزود بالبقود، وهنا، يوضع المحرك داخل عمود مائي مركب خارجي على هوجم الغواصة، ويدور مباشرة في صمامات الدفع المتحركة.

السياق التاريخي: من الديزل - الإلكتريا إلى جميع المراحل

ومن المفيد، تقديراً لتمثيل القوى الكهربائية الثورية، استعراض نظم الدفع السابقة، وتعمل الغواصات التقليدية بأسلوبين: على السطح، يقود محرك الديزل الدافع وبطاريات الشحن؛ ويغمر ويدير البطاريات محرك كهربائي يتحول إلى محرك قصير إلى محرك الدفع، وقد كان هذا النظام بمثابة قفزة كبيرة على تصميمات غير كهربائية، ولكنه لا يزال يعاني من ضوضاء.

The next evolution came with air-in dependent propulT systems, such as Stirling motors or fuel cells, which allowed subFT remain submerged for weeks without snorkeling. However, AIP systems still rely on a conventional shaft-driven propeller. The real breakthrough toward a

Detailed Advantages of Electric Thrusters

أداء الشعاب والأداء الصوتي غير المطابق

وتنتج المحركات الكهربائية مستويات ضوضاء أقل بكثير من النظم التقليدية التي تحركها الطوابق، لأن المحرك يُقام مباشرة في محرك الدفع، ولا توجد مجموعة أدوات أو صواعق تحمل ضوضاء، كما أن استخدام محركات المغناطيس الدائم يزيل الضوضاء الكهرومغناطيسية التي تولدها محركات الرؤوس المتصدعة للضوضاء المتحركة يزيد من حدة الضجيج الدافع الصارخي الناجم عن الازدر.

تعزيز الكفاءة والتحمل

(أ) يمكن أن تؤدي أجهزة الدفع الكهربائية إلى زيادة الكفاءة العامة لأنها تزيل الخسائر الميكانيكية في الحرف والعلامات والعتاد، وعادة ما تحقق محركات المغناطيسية الدائمة المتزامنة كفاءة تفوق 95 في المائة في الطاقة المقيسة، مقارنة بنسبة 85 إلى 90 في المائة في محرك خطي تقليدي ذي صندوق معدات، وتترجم هذه الزيادة في الكفاءة مباشرة إلى فترة أطول من عمر البعثة أو القدرة على تخصيص المزيد من الطاقة إلى حمولات الفنادق (أجهزة الاستشعار، والأسلحة، واد الصنع، علاوة على ذلك).

Precise Maneuverability and Low-Speed Control

(أ) أن تكون أجهزة الدفع الكهربائية خاضعة للرقابة المستمرة ذات السرعة المتغيرة من الصفر إلى أقصى حد ممكن، مع ارتفاع شديد في سرعة التسارع، وهذا أمر أساسي في عمليات حفظ المحطة والعمليات المتعمقة، والملاحة الدقيقة في المياه المقيدة مثل المرافئ أو المضائق الضيقة، وكثيراً ما تعاني أجهزة الدفع التقليدية التي تقودها نظم الفتيل من عدم كفاءة العمليات في درجات حرارة منخفضة جداً بسبب التحولات والارتفاعات الحرارية(60).

انخفاض الصيانة وزيادة الموثوقية

ويقلل عدد قطع الغيار المتحركة من اللبس والدموع، إذ أن قطاراً للدفع بالغواصة التقليدية يشمل مولداً كبيراً للديزل، ومجموعة من المحركات، ومجموعة معدات، وسلسلة طويلة تدعمها عوامل متعددة، وختماتم متحركة، وكلها تتطلب تفتيشاً واستبدالاً منتظمين، وتبسط القوى الكهربائية هذه المواد على تركيبة واحدة للتناوب (المحركة والمروحة) محمية داخل عمود مقفل.

المنافع البيئية

وتنتج عوامل الدفع الكهربائي انبعاثات من العادم تحت الماء، وهي متأصلة في الغواصات الكهربائية، غير أن عدم وجود ازدحام في محركات الديزل وانخفاض التلوث الصوتي يقلل أيضا من أثره على الحياة البحرية، كما أن ضوضاء الدفن أقل فائدة خاصة بالنسبة للحيتانيات والأنواع الأخرى التي تعتمد على الصوت الملاحي والاتصالات، وبالإضافة إلى ذلك، فإن تحسين الكفاءة يقلل من كمية الوقود (أو الطاقة من الصيد بالشاطئي) اللازمة على مدى الحياة.

أنواع القاذفات الكهربائية المستخدمة في الغواصات

المحركات المتكاملة/المنتجات المأخوذة

This is the most grown electric pusher design. An electric motor is attached in a streamlined pod, which is attached to the submarine hull via a strut. The propeller blades are mounted directly on the motor rotor. IMPs are used in several modern submarines, including the Japanese Speryou-class (latebos).

ريم - دريفن ثراستر (RDT)

In rim-driven driveners, the electric motor is installed inside the duct that surrounds the propeller. The rotor is a ring that encircles the propeller blades, and the stator is embedded in the duct wall. The propeller has no central hub, which reduces hub vortex cavitation.

مضخات كهربائية تعمل بالموجات فوق الصوتية (العمل)

ويجري استكشاف موصلات خارقة عالية التمرين لأجهزة الدفع التالية، وباستبدال رياح النحاس بأشرطة مشغلة خارقة، يمكن للمحركات أن تحقق كثافة حالية أعلى بكثير، مما يؤدي إلى وجود محرك أصغر وأخف بالنسبة لنفس القوة، ويمكن أن يؤدي عامل الدفع الفائق إلى خفض حجم السيارات بنسبة 60 في المائة مع زيادة الكفاءة إلى نحو 99 في المائة، ولا يزال الباحثون في المختبرات التجريبية التابعة للولايات المتحدة الأمريكية يتظاهرون بوجود 5 ميغاواط

كيف أنّ (ثيرات) الكهرباء تتكامل مع أنظمة الطاقة

The performance of an electric pusher is inseparable from the submarine’s overall power system. Modern allelectric submarines (like the Type 214 or ]Sryau-class) use a

وتوفر نظم خلايا الوقود، كما تستخدم في طراز 212 ألف في ألمانيا، الطاقة التي تعتمد على الهواء من أجل تحملها لفترة طويلة جدا من الغواصات، وتنتج خلايا الوقود كهرباء العاصمة مباشرة، مما يزود القاذفة الكهربائية دون الحاجة إلى مولد للديزل، وعندما توفر خلايا الوقود المدافع، يمكن أن تظل الغواصة مغمورة لمدة تصل إلى ثلاثة أسابيع بسرعة بطيئة، كما أن دمج محركات الدفع الكهربائي الهجينة مع خلايا الوقود الحالية.

الأثر على العمليات العسكرية الفرعية

(د) إن الدافعات الكهربائية [تستخدم في المياه الساحلية] تُعطي الغواصات ميزة كبيرة في المياه الساحلية. مركبة تحت الماء (UUVs) [FLT:] مجهزة بمحركات كهربائية متطورة بدون محركات

التطبيقات العلمية والتجارية

وبالإضافة إلى الاستخدام العسكري، فإن محركات الكهرباء تتيح إجراء بحوث أعمق وأطول في المحيطات، كما أن المركبات التي تعمل عن بعد والمركبات ذاتيا تحت الماء تعتمد على محركات كهربائية لتتميز بالوضع الدقيق والأثر الصوتي المنخفض على الحياة البحرية، مثل الموائل [FLT:]

التحديات والبحوث الجارية

تخزين الطاقة في منطقة المحيط الهادئ

فالقوات الكهربائية ذاتها فعالة، ولكن تحمل الغواصات يحد في نهاية المطاف من طاقة البطاريات، وبطاريات الليثيوم - الأسيون قابلة للعرض الحراري وتتطلب نظما متطورة لإدارة البطاريات، ويستكشف الباحثون البطاريات الصلبة وكيمياء سلفيور الليثيوم لضعف كثافة الطاقة، مع تحسين السلامة، بينما لا تزال خلايا الوقود ذات الكفاءة، تحتاج إلى تخزين الهيدروجين، وهو ما هو سائب.

الإدارة الحرارية

وتولد القوى الكهربائية حرارة يجب تفريقها دون زيادة التوقيع الصوتي، وفي التصاميم المزروعة تنقل الحرارة إلى مياه البحر المحيطة، ولكن بسرعة منخفضة يصبح ذلك أقل فعالية، ويمكن أن تستخدم المدافعات ذات الدفعات المتأصلة في المياه البحرية في القناة للتبريد، وتحتاج أجهزة الدفع المتحركة إلى نظم تبريد مسببة للتعقيد وكثافة القوة، كما أن التبريد النشط مع المضخات الصامتة هو مجال من مجالات التنمية النشطة.

موثوقية النظام في منطقة المرتفعات

وتتطلب الضغوط الشديدة على الأعماق التشغيلية (حتى 500 متر) إغلاقا قويا للمكونات المحركة، ويجري دراسة معدات المغنطيس ونظم التحميل المتقدمة (مثلا، العلامات الملوّثة بالمياه) للقضاء على الفقمات الميكانيكية التي يمكن أن تسرب، وعدم وجود ختم متحرك في محركات الدفع ذات الدفعات الصدرية هو ميزة كبيرة، ولكن هيكل الخناق يجب أن يصمد أمام ضغط خارجي مرتفع دون تشويه الأعضاء.

مقارنة مع نظم التبريد التقليدية

ولإيجاز المزايا، هنا مقارنة للمعالم الرئيسية:

  • Acoustic signature:] Electric pusher (RDT) ~120 dB; traditional diesel-electric ~145 dB at same speed.
  • Efficiency (motor + drivetrain): ] Electric pusher 92-95%; traditional 80-85%.
  • Power density (kW/kg):] PM motor=3-5 kW/kg; traditional motor + Trobox ~1-2 kW/kg.
  • Low-speed torque:] Electric pusher excellent; traditional poor without gearing.
  • Maintenance interval:] Electric pusher 10000+ hours; traditional ~2000 hours for shaft seal replacement.
  • تحمل مُزَوَّل (ب4 كيلوتات): ] With lithium-ion batteries and electric pusher ⁇ 2 weeks; traditional lead-acid ~3 days.

المستقبل: الطريق إلى غواصات كهربائية كاملة

وسيشهد العقد القادم إزالة تدريجية لمولدات الديزل من تصميم الغواصات، وسيسمح ] محرك كهربائي كهربائي كهربائي كهربي ] ببنوك بطارية كبيرة من الليثيوم وخلايا من الوقود عالية الكفاءة، وسيتيح دوريات فرعية دائمة، وسيؤدي الاختبار الأولي إلى الحد الأدنى من نسبة الكهرباء إلى الوزن اللازمة للأجهزة الكهربائية ذات السرعة العالية دون وجود قدرة على التكسير.

وتتوقع المحللين البحريين أن أكثر من 70 في المائة من المباني الجديدة في الغواصات ستعتمد الدفع الكهربائي الكامل بالقاذفات التي تحركها الأضلاع أو المدافعة عن ظهرها، كما أن [و] السفن التي ستستخدمها البحرية في المستقبل SSN(X) يتوقع أن تكون غواصة كهربائية كاملة، مما يستخلص دروسا من

خاتمة

وتمثل القوى الكهربائية تغييرا أساسيا في الملاحة البحرية، إذ تنتقل من نموذج قديم من الدوارات ومحركات الاحتراق إلى هيكل كهربائي نظيف وصمتي وكفؤ للغاية، كما أن عمليات السطو المعززة، والتحمل الأكبر، والمناورة الدقيقة، والإعالة المحدودة، والأصدقاء البيئيين - التي تتطلب وجود ثورة في المجال العسكري والعلمي والتجاري، بينما لا تزال التحديات قائمة في مجال تخزين الطاقة.