Российские технологии в ВМС США. Из неофициальных источников.

Касательно необходимых размеров маховика для прохождения подводной лодкой 2-3 тысяч км.

Плотность энергии супермаховика из кварцевого или углеродного волокна - более 5 МДж/кг. Тогда как этот показатель у свинцовых аккумуляторов составляет всего-навсего 64 КДж/кг. У реальных сверхпроводящих магнитных накопителей - примерно столько же (это не считая совершенно необходимых им холодильных установок и экранировки). У никель-кадмиевых аккумуляторов чуть побольше (110 КДж/кг). Наибольшая плотность энергии из химических накопителей у сернисто-натриевых и хлорно-литиевых аккумуляторов - 400-700 КДж/кг. Но у них проблема в том, что для работы им требуется температура в несколько сотен градусов Ц (хотя уже и есть опытные электромобили с такими аккумуляторами). Но у супермаховика плотность энергии напорядок больше, чем у самого совершенного химического источника! И приводится такой пример, что для прохождения 100 км пути автомобилю массой 1 тонну потребуется супермаховик (из кварцевого/углеродного волокна) массой всего в 5 кг.

Да и я сомневаюсь, что ДПЛ способна пройти на одних только аккумуляторах 2-3 тысячи км. Кто-нибудь может привести реальные ТТХ типовой ДПЛ?

[Edited by Alexan (19-04-2000 at 10:43).]

[Edited by Alexan (19-04-2000 at 10:47).]

Двигатель Стирлинга неэффективен при работе с тепловым аккумулятором (т.е. без сжигания топлива). Топливные элементы (те самые кислородно-водородные ячейки) - тоже так себе.

А маховик подразумевается, естественно, не простой стальной диск. А так называемый "супермаховик" - диск из кевлара/метгласса/углеродных волокон и т.п. сверхпрочного материала, на магнитной подвеске (или высокоточных подшипниках) помещенный в вакуумную камеру и вращающийся со скоростью до сотен тысяч оборотов в минуту. Плотность энергии такого аккумулятора получается самой большой из известных типов накопителей. Причем это вполне осуществимо даже при технологии 80-х годов.

[Edited by Alexan (18-04-2000 at 07:59).]

[Edited by Alexan (19-04-2000 at 10:54).]

Интересно, что же тогда машины на бензине а не на маховиках бегают?
А подводная лодка - на автомобиль, на руках не доталкаешь...

PEOPLE! You're missing a point! They are not trying to install this propulsion system on the Submarine,no sir! They are going to install it on a Stealth Missile Cruiser which is going into production in about 4 years time and also they were talking about using it on an Aircraft Carrier of a new class which is also going to be a stealth design.

(I was trying to find this article on a Jane's defence site but it appears I have to pay them a great amount of money to search in archive. sorry)

[Edited by Jag_22 (19-04-2000 at 12:07).]

Почему машины на бензине до сих пор ездят? Imho, консерватизм. Кроме того, ДВС - это агрегат для получения механической энергии. А махавик - для ее запасания, т.е. нужна подзарядка. А вот вместо аккумулятора на электромобилях супермаховик + электромотор-генератор было бы весьма кстати. Видимо, не дошли еще автомобильные фирмы до этого. Хотя, как сказано в той книге, какой-то опытный супермаховичный автомобиль все же был.

http://home.germany.net/101-285193/jpeg/zelle4.jpeg [not image]
Коротко о параметрах ЭХ-установки фирмы Сименс для подводной лодки U-212:
9 ЭХ-ячеек по 30-50kW, вес 8 тонн, КПД 70%, ПЛ может плыть под водой в 5 раз дольше, чем обычные ДЭПЛ.
Линк: http://w2.siemens.de/newsline.d/pressfor/c_9834_d.htm


[Edited by Waldi (19-04-2000 at 16:37).]

Alexan
=Да и я сомневаюсь, что ДПЛ способна пройти на одних только аккумуляторах 2-3 тысячи км.=
Спору нет, на аккумуляторах ДПЛ столько не пройдет, но и на маховике - тоже нет.
=И приводится такой пример, что для прохождения 100 км пути автомобилю массой 1 тонну потребуется супермаховик (из кварцевого/углеродного волокна) массой всего в 5 кг.=
Там принималось, что для движения автомобиля с 60 км/час надо прилагать силу в 25 кг. Сопротивление для ПЛ нна несколько порядков поболее будет, чем у автомобиля. Т.е. выход один - дизель применить как источник энергии, аккумуляторы или маховик - как накопитель (как Вы сами пишете). Для моряков и корабелов КАЖДЫЙ из вышеупомянутых недостатков маховика существенно перевешивает ВСЕ его достоинства. Грубо говоря, заряженная энергией батарея ведет себя тихо и спокойно, а за маховиком глаз да глаз нужен, а то еще улетит Спросим моряков?
Настоящей альтернативой для дизеля на прибрежных ПЛ могут в ближайшие десятилетия только ЭХ-ячейки стать, опять-таки в сочетании с батареями.

=Почему машины на бензине до сих пор ездят? Imho, консерватизм.=
Консерватизм - не всегда зло. Ну не может сейчас супермаховичный автомобиль конкурировать с бензиновым - по цене, практичности, надежности и т.д. Да и в большинстве людей пилот формулы 1 дремлет, так что я старый добрый бензинер с ручной коробкой передач на эту чудо-повозку не променяю (ну если только цена бензина в 10 раз повысится... - дак ведь дизели еще есть).
Любое изобретение тогда быстро внедряется в жизнь, когда потребность в нем назрела/перезрела. Так и ДВС быстро пришел на смену паровой машине, хотя в судостроении и жел.дороге это длилось гораздо дольше. Я не вижу назревшей необходимости все батареи заменить маховиками.

=А вот вместо аккумулятора на электромобилях супермаховик +электромотор-генератор было бы весьма кстати.=
Мне кажется, придем и к этому - пару десятков лет спустя. Можно себе представить суперэкономичные машины на таком принципе (но сначала надо решить проблему его удароустойчивости).


[Edited by Waldi (19-04-2000 at 17:41).]

Electromagnetics Bearings for Application in Degraded Environment
· Dmitry Kochetov · Head of Laboratory of Electromechanics Research Institute, Cand. Sc. (Technology)
· Yelena Kravtsova · Head of Division, D. Sc. (Technology)

Presently, electromagnetic bearings find increasing application in various-purpose rotary machines, in which the load is carried from the rotor to the stator by a magnetic field. To stabilize a rotor spatially, it is common practice today to make use of either the repelling forces of permanent magnets (passive supports) or the attraction forces which pull ferromagnetic elements of the rotor to the electric magnets of the stator (active supports). All of the above elements required to stabilize the rotor in space, are collectively called the magnetic suspension system (MSS).

Physically, the constituent elements of an electromagnetic bearing installed in a rotary machine are no more complex than those of a regular bearing. The control devices of a rotary machine consist of only standard electronic components. The unique qualities of magnetic bearings stimulated designers and engineers to carry out research which in the 1970s and 1980s resulted in the creation of prototypes of operative systems.

The first magnetic suspension systems in Russia were developed by the Electromechanics Research Institute (VNIIElektromekhaniki). One such system was a gyrodine — a unique device for orientation and stabilization of satellites and spacecraft in orbit. Researchers’ expertise in developing such devices laid foundation for the evolvement of advanced methods of their construction.

In the late 1990s, commercialization of these developments led to the creation of machines with magnetic suspension of rotor, such as the circulation compressors for nuclear power stations, superchargers for gas-pumping plants, amplidynes, expansion turbines, etc.

One advantage that the magnetic suspension system has over traditional bearings is absence of physical contact between moving parts. This advantage:

— enables the MSS to operate without lubrication in a vacuum, super-clean and aggressive (special designs) environments; and at high speeds, which are limited only by the strength of the rotor material;

— ensures low friction loss (0.5 to 1 W per 1 kg of total system load);

— ensures long service life (the service life of electromagnetic supports may reach scores and hundreds of thousands of hours and is limited by insulation aging only. The service life of the control devices may reach 35,000 to 50,000 hours. Defective electronic units can be replaced without stopping the machine);

— provides for flexibility of operating characteristics, which can be selected depending on the foundation on which the machine is to be installed, allowing the operator to change maximum speed values, or smoothly feed a tool in a spindle during high-speed grinding or milling work;

— reduces maintenance and operation cost as the new MSS requires neither lubrication nor costly maintenance;

— offers a potential for future alteration of the suspension control principles by introducing a digital governor, which monitors all major parameters of the system without its further sophistication.

Presently, five GPA-Ts-16 machines equipped with superchargers using magnetic bearings are operated at compressor stations in Syzran and Togliatti. To date, they have logged about 140,000 hours (20,000 to 30,000 hours each).

The machines are fitted with Russian-made magnetic suspension systems and dry seals. The Kazan-based compressor plant has produced a compressor rated at 16 MW. It is currently undergoing operation tests at a compressor station in Pomary. In partnership with Nuovo-Pignone, a similar compressor has been produced for the Almaznaya compressor station.

To control operation of the magnetic bearings of rotary machines, a digital control system has been developed and tested. This system uses Siemens’ SAB167 microcontroller as a basic element.

The results obtained during tests have confirmed the system’s ability to work in a wide range of rotary machines, which operate in diverse environments (gas-pumping compressors, expansion turbines for gas preparation and condensation, steam turbines, turbogenerators, high-speed metal grinding and milling spindles).


Copyright ©1996-2000 Military Parade Ltd.

Касательно ударной прочности супермаховичного аккумулятора - то она imho не меньше, чем таковая у топливного бака или аккумулятора. Если не больше. В основном она зависит от подвески (подшипников). А ежели разрушение все-таки и произойдет, то маховик просто остановится, выделив энергию на нагрев корпуса. Повреждение сверхпроводящего нгакопителя в любом случае намного опаснее. Топливного бака тоже.

Alexan
=Кто-нибудь может привести реальные ТТХ типовой ДПЛ?=
Гребной электродвигатель мощностью 2-3 MW придает ПЛ макс. скорость 20 узлов (~36 км/час). Крейсерская скорость 5-10 узлов.

Обычные ДПЛ.
1. Израильская ПЛ "Долфин" (53х7м, 1600т, макс. 2,8MW) идет 8000 миль в надводном (дизель, 8 узлов) и 400 миль (батареи, 8 узлов) в подводном положении.
2. Британская ПЛ "Коллинз" (78х8м, 3000т, макс. 5,3MW) идет 11500 миль в надводном (дизель, 10 узлов) и 400 миль (батареи, 4 узла) в подводном положении.
3. Бразильская ПЛ "Улучшенный Тупи" (67х8м, 1850т, макс. 3,4MW) идет 11000 миль в надводном (дизель, 8 узлов) и 400 миль (батареи, 4 узла) в подводном положении (макс. 24 узла).
4. Советская ПЛ "Кило тип 636" (63х10м) идет 400 миль под водой при 3 узлах.
5. Советская ПЛ "Кило тип 877" (73х10м, 2300т, макс. 5500лс) идет 400 миль под водой при 3 узлах. Имеет 172т дизтоплива на борту.

ДПЛ с Air-independent propulsion (AIP), применяется для длительного, до 2х недель, скрытного хода (3-8узлов) без разрядки батарей, а также для дозарядки батарей без демаскирующего всплытия под РДП. При боевом маневрировании используется батарея для скорости до 20 узлов.
1. Французская ПЛ "Агоста 90Б" (68х5,5м, 1500т, макс. 2,2MW, поставлена Пакистану) оснащена AIP: турбоустановка на жидком кислороде и дизтопливе или спирте - увеличение автономности в 3-5 раз.
2. Голландская ПЛ "Готланд" (60х6м, 1240т) оснащена AIP: 2 двигателя Стирлинга по 75kW на жидком кислороде и дизтопливе - 2 недели хода при 5 узлах, что соответствует 3000 км .
3. Германская ПЛ "U-212" (56х7м, 1500т, макс. 3,12MW, поставляется Германии, Италии, Греции) идет 8000 миль в надводном (дизель, 8 узлов) и 420 миль (батареи, 8 узлов) в подводном положении. ПЛ оснащена AIP: 9 ЭХ-ячеек (300kW) на жидком кислороде и водороде из металлогидридов.

http://home.germany.net/101-285193/jpeg/U212_zelle.jpg [not image]
Желтым цветом выделены ЭХ-ячейки (занимают не так уж много места, когда-нибудь они полностью заменят дизель), синим - баки с кислородом, красным - баки с металлогидридом (заметьте, баки - за пределами прочного корпуса!), оранж - дизель-генераторы.


Alexan
=Касательно ударной прочности супермаховичного аккумулятора - то она imho не меньше, чем
таковая у топливного бака или аккумулятора. Если не больше. В основном она зависит от подвески (подшипников).=
Топливные и аккумуляторные баки не так уж уязвимы для ударов, возможные течи можно предотвратить усилением стенок, протектированием или двойным корпусом, снизить секционированием баков, возможный пожар предотвратить инертной атмосферой. Вытекающее топливо или электролит не наделает столько вреда, как соскочивший с подшипника маховик, тем более что жидкость можно из трюма откачать, а воздух очистить. Даже если несколько десятков акку-ячеек из строя выйдут, оставшиеся сотни ячеек обеспечат лодку энергией для хода и борьбы за живучесть. То же самое по топливным бакам. Если же баки расположены вне прочного корпуса, тогда вобще по барабану - они еще прикроют его от ударной волны.
Мне кажется, что Вы просто недооцениваете силу инерции и Кориолесову силу многотонного и многометрового маховика, вращающегося со скоростью в сотни тысяч оборотов в минуту, и возникающие из-за этого ударные силы, приложенные к относительно небольшому узлу подшипника при близких подводных взрывах, касании дна и т.п. Самое печальное, что после разрушения подшипника произойдет взрывное выделение огромного кол-ва КИНЕТИЧЕСКОЙ энергии.

=А ежели разрушение все-таки и произойдет, то маховик просто остановится, выделив энергию на нагрев корпуса.=
Во-первых, энергия накоплена гигантская, и не потенциальная, как в батареях или хим.топливе, а кинетическая - в чем разница, думаю, всем ясно. Во-вторых, так маховик остановится только в случае расслоения обода из композитных материалов. В случае же повреждения подшипника последствия будут поистине катастрофическими, поскольку вся энергия выделится сразу же. А если еще учесть выделившийся момент инерции, то Вы можете сами выбрать: либо кожух маховика превратится в маховик, либо сама лодка :-( В обоих случаях лодка погибла и ПЛО противника свою задачу выполнила на 100% - с Вашей помощью.

=Повреждение сверхпроводящего накопителя в любом случае намного опаснее.=
Мне кажется, по большому счету последствия будут схожи.


[Edited by Waldi (20-04-2000 at 13:39).]

[Edited by Waldi (20-04-2000 at 13:43).]

Мы ж говорим об одинаковой внутренней энергии, кажется Так что и при сгоранни бензина в баке и при "остановке" маховика её одинаково выделится ))

Разлившийся бензин может и не загореться... А вот "слетевший с катушек" маховик... ))

Так что и при сгоранни бензина в баке

Я Вас разочарую:): гореть уже нечему:) - весь бензин/керосин в баках ПЛ сгорел еще, если мне не изменяет память, в начале века. Танки на бензине - в начале Войны. Хорошо горели:(. И все наши:(.
Дизтопливо - да, еще осталось:).

=Повреждение сверхпроводящего накопителя в любом случае намного опаснее.=
Мне кажется, по большому счету последствия будут схожи.

Криоаккумулятор, в отличие от маховика, при повреждении должен взорваться, создав ударную волну. Маховик же вполне способен сорвать кожух с фундамента и шарахнуть им по корпусу ПЛ, либо дать нехилые осколки. Что опаснее для конструкции и насколько такое развитие событий вероятно - покажет только расчет (или эксперимент;) ).

>>Так что и при сгоранни бензина в баке
>Я Вас разочарую:): гореть уже нечему:) - весь бензин/керосин в баках ПЛ сгорел еще, если мне не изменяет память, в начале века.

Речь шла тогда о супермаховике в автомобиле, и речь шла именно о бензине. Тем более, что в контексте того сообщения, дизтопливо ещё безопаснее...

>Танки на бензине - в начале Войны. Хорошо горели:(. И все наши:(.
Дизтопливо - да, еще осталось:).

Я в танках чайник, но... Не немецкие ли танки, как раз, работали на бензине. К тому же высокооктановом... Что-то припоминается мне воспоминание кого-то из наших танкистов, что мол, всякий раз с завистью глядели на костры немецких танков, мол, вот собаки, какое пламя чистое, бензин высокооктановый... А Т-34 наш как раз дизельным был, если я совсем уж в маразм не впадаю...

>Криоаккумулятор, в отличие от маховика, при повреждении должен взорваться, создав ударную волну. Маховик же вполне способен сорвать кожух с фундамента и шарахнуть им по корпусу ПЛ, либо дать нехилые осколки. Что опаснее для конструкции и насколько такое развитие событий вероятно - покажет только расчет (или эксперимент;) ).

В маховике накоплена ТАКАЯ ЖЕ энергия, как и в аккумуляторе, как и в баке с топливом. Нам же надо проплыть/проехать одинаковое расстояни при КПД одного порядка, так что и энергия будет одного порядка. Только в случае с топливом она в химическом виде, к тому же в бинарном - окислитель-то не весь смешан с топливом. И не факт, что при аварии реакция вообще начнётся - потенциальный энергетический барьер надо преодолеть (искру поднести). В случае аккумулятора - аналогично. Энергия тоже внутренняя, химически связанная. Криоаккумулятор - тут хуже. При появлении сопротивления в сверхпроводящем накопительном контуре начнётся лавинообразный процесс нагрева/роста сопротивления, ведущий к мощнейшему тепловому взрыву. Аналогично и в случае супермаховика. Те же мегаджоули выделятся за очень короткое время. Только кроме тепловой энергии будет выделяться и кинетическая (автомобиль/лодка будут вращаться дюже сильно...)

Igor
По-моему, довоенный скоростной танк БТ-2 имел движок от самолета и горел хорошо, как и многие его современники. На Т-34 поставили новый, только что разработанный дизель B-2. Поэтому и пожароопасность на нем резко снизилась.

=Что опаснее для конструкции и насколько такое развитие событий вероятно - покажет только расчет (или эксперимент;) ).=
Я хотел сказать, что для живучести ПЛ как маховичный, так и сверхпроводящий накопители очень неблагоприятны (как и в начале века самолетные движки на ПЛ). Наиболее приемлемый вариант - запасать и вырабатывать энергию в химическом виде - дизтопливо, батареи, AIP.

KRoN
=Речь шла тогда о супермаховике в автомобиле, и речь шла именно о бензине. Тем более, что в контексте того сообщения, дизтопливо ещё безопаснее...=
Дла автомобиля это куда еще ни шло. Хотя пожары при ДТП сегодня уже редкость, особенно с дизтопливом. А представьте ситуацию, когда при ДТП такой вот супермаховик "улетает с катушек". Да он такого кругом наворотит - как при взрыве фугасного снаряда :-( Обод-то у него с выской сверхзвуковой скоростью крутится, да 5 МДж на килограмм - мрак. Чисто теоретически можно на автомобили и атомный мини-реактор ставить, но практически никто же этого не делает.

=В маховике накоплена ТАКАЯ ЖЕ энергия, как и в аккумуляторе, как и в баке с топливом.=
Закон сохранения энергии никто еще не отменял, понятное дело.
Мне кажется, все дело во "внутреннем сопротивлении" источника/накопителя энергии, т.е. в максимальной скорости преобразования потенциальной энергии в кинетическую (электрическую, тепловую). Закоротите плюс и минус батарейки от фонарика - ничего страшного не произойдет (ну испортится только, да и то не намертво) - у нее большое внутреннее сопротивление току короткого замыкания. А попробуйте закоротить конденсатор с тем же кол-вом накопленной энергии - ахнет, мало не покажется. Так и дизтопливо: его надо еще суметь поджечь, да и гореть оно будет не в объеме, а вдоль поверхности. А порох поджечь проще, и горит он с детонацией, если он в компактном объеме. Про динамит я вообще молчу...


[Edited by Waldi (20-04-2000 at 18:24).]

Речь шла тогда о супермаховике в автомобиле

Да, это у меня начисто вылетело из головы, когда захотелось приколоться;)))...

О танках.

2 KRoN: ну, с Т-34 как раз все ясно;).

Мне, как чайнику, добавить к репликам KRoN`а и Waldi нечего. Смутно вспоминаю, что уже слышал обо всем этом из надежных источников.

---

Да он такого кругом наворотит - как при взрыве фугасного снаряда :-(

Например, по рассказам специалистов, при разрушении ротора мощной паровой турбины разлетающиеся лопатки проходят сквозь стену машинного зала на электростанции, как нож сквозь масло (цитата). Завтра-послезавтра, когда освобожусь, напишу основные формулы для маховика; вот и прикинем, "чем он дышит".

Вот обещанные расчеты
А вот файл с расчетом в MathCAD 6.0.

Продолжение следует...

Скорость обода 6000 км/ч (кстати: не многовато,а?), а угловая - 450 об/мин - это так?

>Например, по рассказам специалистов, при разрушении ротора мощной паровой турбины разлетающиеся лопатки проходят сквозь стену машинного зала на электростанции, как нож сквозь масло (цитата).

Хех... Ладно ротор турбины... Вы видели, что может натворить всего-навсего диск большого шлифовального (или точильного - как он там?) станка, когда его разрывают центробежные силы? Это такой диск, который ещё 8 мин кртутится после остановки мотора и весит килограмм 20... Так вот я (как того и требует техника безопасности, впрочем) больше никогда не рискну стоять в одной плоскости с вращающимся диском при включенном станке )

не многовато,а?

Так ведь все можно проверить:). Что касается конструкции, здесь можно, конечно, поиграть параметрами, но существенного облегчения это не даст: все равно для практической реализации нужны материалы, выдерживающие большие центробежные силы.

Будут ли какие-нибудь предложения по размерам и плотности материала маховика, а также по параметрам аккумулятора и нагрузки?

KRoN, а какой имел радиус и скорость вращения диск большого шлифовального <...> станка? Хотелось бы прикинуть центробежную силу.

>а какой имел радиус и скорость вращения диск большого шлифовального <...> станка? Хотелось бы прикинуть центробежную силу.

Радиус - сантиметров 30, толщина - сантиметров 10. Обороты - не знаю, привод напрямую от электромотора. Если по звуку (по памяти) оценивать - то герц 50, мож больше...

Извиняюсь что не в тему, но раз уж речь зашла о танках

>На Т-34 поставили новый, только что
>разработанный дизель B-2. Поэтому и
>пожароопасность на нем резко снизилась.

Может по сравнению с БТ-2 и снизилась (хотя сомневаюсь), но вот в сравнении с немецкими танками Т-34 горел значительно лучше, так как топливные баки у него находились прямо в боевом отделении, да еще и подтекали постоянно, и посему мало того что чуть ли не любое пробитие брони приводило к пожару, так еще и экипаж не успевал спастись. По статистике из горящего Т-34 спасалось в среднем один-два человека, тогда как у немцев в среднем сгорал только один член экипажа. Так что пожароопасность она не только в виде топлива заключается.

Пишу по памяти, так что могу ошибаться в деталях. Источник: беседы и комментарии гуру по истории бронетанковой техники М.Свирина на ru.military, ВИФ и ВИФ-2.

Извиняюсь что не в тему, но раз уж речь зашла о танках

Ответную реплику я поместил в другом airbase.ru/ubb/Forum4/HTML/000110.htmlтопике[/html_a]. Добро пожаловать!

[Edited by Igor (25-04-2000 at 17:25).]