מערכות הנעה חשמלית מעצבות מחדש את הנוף של תחבורה תת-ימית במהירות גבוהה.כפי שביקוש עולמי מאיץ מהר יותר, יעיל יותר, וסביבתי בת-קיימא נסיעה תת-קרקעית, מהנדסים וחוקרים דוחקים את גבולות הניידות התת-ימית באמצעות חידושים פורצי דרך. מאמר זה חוקר את ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיות הנעה חשמלית, חידושים מרכזיים המניעים תחבורה תת-ימית במהירות גבוהה, אתגרים מתמידים, ואת העתיד המבטיח של שדה מתפתח במהירות.

טכנולוגיות לחשמל

מערכות הנעה חשמליות מודרניות עבור כלי רכב תת-ימיים עברו הרבה מעבר לרכיבים הקונבנציונליים של DC.מרכיבים הליבה - סוללות בעלות ביצועים גבוהים, נטיות מוטוריות מתקדמות לניהול חשמל אינטליגנטי - כולם עברו שיפורים טרנספורמטיביים. סוללות ליתיום באנרגיה גבוהה - סוללות ליתיום-יון-יון עכשיו לספק טווחים תפעוליים מעל 100 מיילים ימיים על מטען יחיד, בעוד סוללות מצב מוצק מבטיחות אפילו יותר במגוון רחב יותר של קפיצ'ים בסוליביות וסיבוללות, כמו מגנטיות גבוהות יותר, כמו מגנטיות קבועות, כמו מגנטיות, פחות, כמו מגנטיות קבועות מוטוריות, כמו מגנטיות, פחות, כמו מגנטיות קבועות, כמו מגנטיות יותר, פחות, פחות, פחות, כמו מגנטיות קבועות, פחות, פחות, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קבועות קבועות, 000, 000, 000, 000 על מטען חשמליות קבועות, כמו מגנטיות קבועות, 000 על מטען חד-מנטליות קבועות קבועות קבועות, 000, 000, 000 על מטען יחיד, כמו מגנטיות, 000 על מטען יחיד, 000 על מטען יחיד, 000 על מטען יחיד, 000, 000, 000, 000, 000 על מטען יחיד

אחת פריצות הדרך המשמעותיות ביותר הייתה שילוב של מוליכים למחצה רחבים פסאגפ (carbide וגביע ניטריד ניטריד) להובלת אלקטרוניקה.מרכיבים אלה מאפשרים שינויים מהירים יותר, אובדן התנהגות נמוך יותר, וניהול תרמי גבוה יותר, בתרגום ישיר לדחיסות כוח גבוהה ויעילות.לדוגמה, אבטיפוס שפותח לאחרונה על ידי FLT:0 האגודה האמריקנית של מהנדסים ימיים 17% הוכחו ירידה במשקל כולל של 20%.

טכנולוגיות מפתח נהיגה במהירות גבוהה תת-קרקעית

כמה אזורים טכנולוגיים נפרדים מתאחדים כדי להפוך את התחבורה התת-ימית המהירה למציאות מסחרית וצבאית. להלן הם החידושים המשפיעים ביותר כיום תחת פיתוח או פריסה מוקדמת.

Superconducting Motors

חומרים ממריצים על-ידי שימוש בחומרים המנצלים את אפס התנגדות חשמלית מתחת לטמפרטורה קריטית.כאשר קרירים לרמות Cryoologenic (בדרך כלל באמצעות חנקן נוזלי או הליום), המנועים האלה יכולים לשאת משקעים גבוהים מאוד ללא הפסדי אומי.עבור כלי רכב תת-ימיים, זה אומר באופן דרמטי יותר לדלקת שיניים בגודל של 5 פעמים יותר מאשר מגנטים קבועים של משקל זהה.

תאי דלק הידרוגן - טווח Extenders

תאי דלק הידרוגן מתעוררים כמקור חשמל משלים עבור כלי רכב תת-ימיים חשמליים.בעוד סוללות מצטיינים באספקת כוח פרץ עבור האצות וסוללות קצרות, תאי דלק מציעים תפוקת אנרגיה יציבה, ארוכה עם רעש מינימלי ורטט.מערכת דלק ממיר מימן וחמצן לחשמל, עם מים כמו רק על ידי דלק - התאמה אידיאלית עבור פעילות תת-קרקעית סגורה: מערכת דלק שוודית: SabreaF במהירות גבוהה לתאים משולבים לתוך צוללת, אשר מופעלת, ללא תחליף לכדי יכולת משולבת באופן דרמטי, 000, 000 ליטר חשמל, 000, 000.

Advanced Battery Technologies

צפיפות האנרגיה של סוללה היא הפרמטר הקריטי ביותר עבור כלי רכב תת-ימיים מהירים.תאים ליתיום של ימינו מספקים בערך 250 Wh / ק"ג, אבל סוללות מוצקות-אווירה במקום נוזל - פרוזה 400-500 Wh / ק"ג בעוד חיסול הסיכון לפירוק אש.

שיפור העיצוב הידרודינמי

רווחי הנטורינג החשמליים מוגדלים כאשר הם בשילוב עם צורות hull אופטימיזציה ולשלוט על פני השטח.דינמיקה של נוזל חישוב מודרני (CFD) וייצור תוספת מאפשר יצירת צורות מייצור זרמים, גרור-הפחתת חומרים שלא היו מסוגלים לייצר רק לפני עשור.

אתגרים וקונסטרינטים

למרות ההתקדמות המהירה, כמה מהמכשולים משמעותיים נותרו לפני שמכוניות תת-קרקעיות מהירות גבוהות הופכות למיינסטרים.

ניהול עשיר בכח גבוה

מנועים חשמליים וכוח גבוהה לייצר חום אינטנסיבי.כלי פני השטח, מים ים ניתן להשתמש ישירות קירור, אבל בעומק, טמפרטורת מים ולחץ מסבך את עיצוב החלפת חום.חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים לחקור קירור ישיר ללא תשלום של רוחות מוטוריות והשימוש בחומרים של שינוי שלב כדי לספוג ספוי חום transient.ללא ניהול יעיל, תפוקה הכוח המתמשך של המערכת מוגבלת מאוד, במהירות עליונה.

המונחים: Harsh Underwater Environment

מערכות הנעה תת-ימיות חייבות לעמוד בלחץ קיצוני, קורוזיה, ביופופולינג, וזעזוע מכני. Seals, Authorors, ורכיבים רוטטים הם פגיעים במיוחד. קרמיקה מתקדמת וסגסוגת טיטניום משמשים יותר ויותר לחלקים קריטיים, אבל חומרים אלה מוסיפים עלות ומשקל.ה.הצי האמריקני של חיל הים האמריקאי:0Office של מחקר צי חיל הים 1FLT:1 הוא מימון מחקרים עצמיים וציפוי עורף כי הם חומרים אלה ללא חומרים נוגדי צבע מגנטים מגנטים מגנטים מגנטים מגנטים מגנטיים מגנטיים רעילים.

עלויות ו Scalability

מנועים וסוללות מוצקות של המדינה נותרו יקרים, מגבילים את הפריסה שלהם כלי נשק צבאיים או ניסיוניים.התחבורה חשמלית במהירות גבוהה תת-ימית חייבת להשיג כלכלות בקנה מידה. קונסוליה בתעשייה פועלת על סטנדרטים משותפים עבור חבילות סוללות מודולריות וממירים כוח כדי להפחית את עלויות הענישה.

קווי עתיד וגבולות מחקר

העשור הבא צפוי לראות התכנסות של כמה טכנולוגיות מתפתחות אשר יכול באופן יסודי להפוך את הניידות התת-ימית.

אינטליגנציה מלאכותית לשליטה אופטית

אלגוריתמי למידת מכונות יכולים לייעל את השימוש ב-Trottle, בטריאם ובאנרגיה בזמן אמת, להסתגל לשינויים בזרםים, במצב סוללות וסדרי עדיפויות של רשת עצבית שאומנת על אלפי רצים מדומים יכולה להפחית את צריכת האנרגיה ב-15-25% תוך שמירה על מהירות יעד.מכוניות תת-ימיות אוטונומיות (AUVs) כבר משתמשים בקרים מבוססי כללים פשוטים, אך תחבורה מהירה עתידית תעסוקת חיזוק עמוק ללמידה תחת אי-ודאות.

המונחים: black sub Charging

היכולת לטעון צוללות חשמליות ללא משיכה או עגינה תרחיב מאוד טווחים תפעוליים.טילוצי טעינה רכובים על תחנות מעוגן תת-ימיות נבדקים על ידי סוכנות המחקר המתקדמת של FLT:0Defense (DARPA)igtive טעינה מוטות 1 (ד) למערכות אלה משתמשים בהפיכה מגנטית מהדהדת בין 10Hz ל -100 kHz, השגת יעילות מעל 90% על פני פערים מהירים של צוות אוטונומי או סנטימטר זה יכול לאפשר דחוס.

חומרים מתקדמים וייצור

(ד) מדחף בעל להבים משתנים, דיור ממובנים של המנועים מנוף אשר מפחית משקל, ומכשולים מורכבים עם דוקטרונות קירור פסיבית משולבים הם כולם באופק.השימוש במוליכים על-טבעיים עתיריים (HTS) עם טמפרטורות קריטיות מעל 77 K (טווח חנקן נוזלי) הוא מבטיח במיוחד, כמו להפחית מורכבות חוקרים Cryogenic ב LTS באופן מוצלח יותר, כלומר, כלומר, 2MWS) פועל בהצלחה עם אטמוספירה מסחרית 2MW1 פועל עם אטמוספירה פשוטה יותר, עם אטמוספירה פשוטה יותר מאשר 2MW2K (טווח חנקן).

מסקנה

חידושים בנעוריה חשמלית מאפשרים לדור חדש של תחבורה תת-ימית מהירה, מהירה יותר, יעילה יותר וידידותית הרבה יותר לסביבה מאשר חלופות דיזל-חשמליות.ממנועים ותאים דלק מימן לסוללות מתקדמות ובקרות מונעות בינה מלאכותית, הנוף הטכנולוגי מתפתח במהירות. בעוד אתגרים בניהול תרמי, עמידות, ועלויות להישאר, את המאמצים המתוחכמים של מוסדות מחקר, סוכנויות הגנה, פרטיות ותעשיות פרטיות הם במהירות גבוהה, כמו גם כלי רכב ימיים, מתקדמים, כמו גם אוויריים, מתקדמים, מתקדמים, כמו גם מטאורולוגיים, מתקדמים, מתקדמים, מתקדמים, כמו גם הנדסת חשמל, כמו גם מטאורולוגיים.