مشاريع السفن الحربية للمستقبل أكبر مدونة على Runet. البحرية الروسية في القرن الحادي والعشرين: السفن والأسلحة الواعدة. سفينة المستقبل "بروتيوس"

كيف ستكون السفن الحربية في المستقبل؟ حتى الآن، تستحضر النماذج الأولية والرسومات المنشورة صورًا للبوارج القديمة أو وسائل النقل عبر المحيطات من أفلام الخيال العلمي. لكن المظهر لا يزال ليس هو الشيء الرئيسي.

إن تطلعات الهندسة في مجال تصميم السفن القتالية السطحية هي انعكاس للمفاهيم العسكرية والسياسية للدول المعنية. أول ما يلفت انتباهك هو الموضة العامة لضعف الرؤية، أو تقنية "التخفي". هذه التقنيات هي التي تمنح السفن مظهرًا مستقبليًا، والأولى في هذه السلسلة هي كورفيت السويدية فيسبي، التي تم إطلاقها في عام 2000. تصميم زاوي مميز يجعل من الصعب تحديد موقع الرادار، وجسم بلاستيكي مركب خفيف الوزن، والحد الأدنى من العناصر البارزة.

كان المفهوم السويدي هو أن كورفيت ذكي ومتخفي يمكنه اكتشاف هدف العدو في المياه الساحلية وتدميره بشكل أسرع بكثير من اكتشافه وتدميره بنفسه. في عدد يناير، كتب رئيس الوزراء عن أحدث كورفيت روسي، المشروع 20380، والذي يستخدم أيضًا مركبات وعناصر من تكنولوجيا التخفي.

يعتمد تصميم USS Independence على العبارة عالية السرعة Benchijigua Express، التي طورتها شركة Austal الأسترالية. في الوقت الحاضر، غالبًا ما يتفوق بناء السفن المدنية من الناحية التكنولوجية على بناء السفن العسكرية.

الآن، عند النظر إلى سفينة USS Independence ثلاثية الأبعاد، التي تمثل الفئة الجديدة من السفن القتالية الساحلية (LCS)، يبدو أن السمات المميزة للتخفي هي بالفعل أمر مفروغ منه. ولكن إذا تم تصميم الطرادات "Visby" والكورفيت الروسية للعمل في المنطقة الساحلية الوطنية لأغراض دفاعية، فمن الواضح أن LCS مصممة للمشاركة في العمليات في المقام الأول قبالة الشواطئ الأجنبية. والكثير يشير إلى هذا.

إلى الشواطئ البعيدة

بالمعنى الدقيق للكلمة، LCS مشروعان مختلفان. إحداها عبارة عن سفينة أحادية الهيكل طورتها شركة لوكهيد مارتن. كان أول مشروع في عام 2006 هو USS Freedom. البديل الثاني من LCS، من بنات أفكار جنرال ديناميكس، هو تريماران (رقم واحد في السلسلة هو يو إس إس إندبندنس). في البداية، خططت البحرية الأمريكية للاختيار بين هذين المفهومين، ولكن بعد ذلك تقرر استكمال كلا الخطين بسفن جديدة.

في الوقت نفسه، نظرًا لأن شركات الأسلحة المعروفة نفذت مواصفات فنية مماثلة، فقد تبين أن المعلمات وقدرات نوعي LCS متقاربة جدًا. الشيء الرئيسي الذي لاحظته على الفور هو أنه يتمتع بنطاق لائق جدًا للسفينة في المنطقة الساحلية. ويصل مدى سفينة لوكهيد فريدوم إلى 3500 ميل بحري بسرعة 18 عقدة، بينما يصل مدى إندبندنس إلى 4300 ميل بحري، أي ما يقرب من 8000 كيلومتر. الحكم الذاتي - 21 يومًا. والثانية هي السرعة القصوى والتي تبلغ حوالي 45 عقدة (83 كم/ساعة) ويتم توفيرها بواسطة المحركات النفاثة المائية. وهذا يتجاوز بشكل كبير أداء فيسبي (35 عقدة) والكورفيت الروسي المذكور مشروع 20380 (27 عقدة).

من الواضح أننا نتحدث عن شيء أكثر من مجرد استبدال الطرادات وكاسحات الألغام التي عفا عليها الزمن، خاصة إذا تذكرنا أنه في وقت إطلاقها، أصبحت USS Freedom ممثلة للفئة الوحيدة من السفن الحربية الأمريكية التي تم تشغيلها خلال العشرين عامًا الماضية بأكملها.

كان ظهور السفن الخفيفة عالية السرعة، المشابهة في فئتها للطرادات، نتيجة الوعي بالواقع الجديد. والحقيقة هي أن طائرات AUG والطرادات الثقيلة والمدمرات كانت مناسبة تمامًا لاستعراض القوة خلال حقبة الحرب الباردة، ولكن بالنسبة للصراعات منخفضة الحدة، كانت هناك حاجة إلى أدوات أرق وأرخص. حتى أن مفهوم "مقاتل الشوارع" ولد بين المحللين العسكريين الأمريكيين - وهي سفينة متخصصة صغيرة وغير مكلفة يمكنها العمل في المياه الضحلة في المنطقة الساحلية للعدو.

فكرة LCS قريبة من هذا المفهوم - يمكن بسهولة تخيل الحرية أو الاستقلال أثناء أداء المهام في مكان ما قبالة سواحل الخليج العربي. وهناك، تستطيع مثل هذه السفن البحث عن غواصات تعمل بالديزل وقوارب الصواريخ عالية السرعة (التي تعتمد عليها إيران)، وإزالة الألغام من المياه، وإجراء الاستطلاع، وتمهيد الطريق في نهاية المطاف لغزو واسع النطاق من البحر.

تحولات بسيطة

ماذا عن التخصص؟ يمكن حل هذه المشكلة بسهولة بسبب النمطية المتأصلة في كلا مشروعي LCS. من الواضح أن النمطية هي اتجاه أساسي آخر في تطوير السفن القتالية السطحية وتحت الماء. عند تطبيقه على السفن الساحلية، فهذا يعني إمكانية تجهيزها (حسب العملية القادمة) بوحدة لمكافحة الألغام، أو وحدة للعمليات المضادة للغواصات، أو وحدة لمواجهة عدو موجود على سطح الماء أو الأرض .

يتم وضع الوحدات في حاويات خاصة يمكن تركيبها بسهولة على السفينة، وإذا لزم الأمر، يتم استبدالها بسرعة بأخرى. تشتمل الوحدات على مجموعة متنوعة من معدات الاستطلاع: على سبيل المثال، يتم استخدام مسبار آلي مستقل للكشف عن الألغام، وتستخدم أجهزة الاستشعار تحت الماء والأنظمة الجوية في الحرب المضادة للغواصات: LCS قادر على حمل زوج من طائرات الهليكوبتر MH-60R على سطح السفينة، وكذلك الطائرات بدون طيار.

تشتمل حزمة التدابير المضادة السطحية على مدفع mk46 عيار 30 ملم يطلق 200 طلقة في الدقيقة، بالإضافة إلى قاذفات NLOS (خارج نطاق الرؤية البصرية) بصواريخ موجهة بدقة.

إن البنية الفوقية المتكاملة والبدن غير العادي سيجعل المدمرات المسلحة بالصواريخ من فئة Zumwalt تشبه الغواصات. ربما سيكونون قادرين على القتال في حالة شبه مغمورة لضمان قدر أكبر من التخفي.

"أقرب إلى الشاطئ" - قد يكون هذا شعار العديد من مشاريع السفن الحربية الواعدة. إن الفئة الجديدة من المدمرات المسلحة بالصواريخ والتي طال انتظارها - والتي تسمى فئة زوموالت - سوف تؤدي وظائفها بشكل جيد على قدم المساواة سواء في منطقة البحر البعيدة أو في المياه الساحلية الضحلة. ومن المقرر إطلاق أول ممثل لهذه الفئة، وهو DDG 1000 Zumwalt، قريبًا.

ومن المميزات أن قيادة مشاة البحرية الأمريكية أبدت اهتمامًا خاصًا بهذه المدمرة، والتي سيتم بناؤها لأول مرة منذ أكثر من مائة عام وفقًا لتصميم بدن يتوسع في الأسفل (على غرار الطراد أورورا) . ينظر مشاة البحرية إلى زوموالت على أنه سلاح دعم برمائي قوي. يمكن للسفينة أن تساعد قوة الإنزال في الضربات الصاروخية والمدفعية خلف خطوط العدو، كما ستوفر الدفاع الجوي لموقع العملية. لقد تم اقتراح أن مدمرة من فئة Zumwalt قادرة على العمل كعنصر داعم لمجموعة LCS من فئة الحرية أو الاستقلال العاملة في المياه الساحلية للعدو.

من أجل العمليات في المنطقة الساحلية، يتم إيلاء اهتمام خاص للتخفي، والذي، في الواقع، يملي التصميم غير العادي للسفينة. وهذا على الرغم من حقيقة أن Zumwalt (الإزاحة 14500 طن) لها في الواقع أبعاد طراد قتالي وهي أكبر بكثير من مدمرة مسلحة بصواريخ من نفس الفئة من نوع Arleigh Burke. تحمل Zumwalt طائرة هليكوبتر وثلاث طائرات بدون طيار MQ-8 Fire Scout متعددة الوظائف، تم تصميمها وفقًا لتصميم طائرة هليكوبتر (تم تجهيز LCS أيضًا بنفس الشيء).

يكشف تصميم المدمرة عن اتجاه آخر مثير للاهتمام في بناء السفن - الانتقال إلى مصدر كهربائي واحد. يقوم محركان توربينيان يعملان بالغاز من طراز Rolls-Royce Marine Trent 30 بتدوير مولدات Curtiss-Wright، وتقوم هذه الكهرباء بتشغيل المحركات التي تقوم بتدوير المراوح. بالإضافة إلى ذلك، من الممكن في المستقبل أن يتم تشغيل العديد من أنظمة الأسلحة الواعدة مثل المدافع الكهرومغناطيسية بالكهرباء.

سفينة الروبوت

تشارك شركة BAE Systems البريطانية، كقاعدة عامة، بنشاط في مشاريع الدفاع الأمريكية الكبيرة، ولكن لديها أيضًا تطوراتها الخاصة التي تتماشى تمامًا مع اتجاهات التكنولوجيا الفائقة الحديثة. على وجه الخصوص، اعتبارًا من عام 2012 تقريبًا، يجب أن تدخل "Global Combat ShipType 26" الخدمة مع البحرية الملكية لبريطانيا العظمى.

يتم تصنيف النوع 26 على أنه فرقاطة من حيث الإزاحة (أي أنها أكبر من كورفيت وأصغر من المدمرة)، وسوف تصبح في نهاية المطاف "العمود الفقري" للأسطول، مما يعني درجة عالية من التنوع. سيتم تحقيق ذلك بطبيعة الحال بمساعدة تصميم معياري - يمكن تحويل السفينة بسهولة لمكافحة القرصنة أو العمليات الإنسانية أو مهمة فرض حصار ساحلي.

تتميز بريطانيا بتطورات متقدمة للغاية. بالإضافة إلى المدمرات من النوع 45 ذات التقنية العالية، يتم إنشاء الفرقاطة من النوع 26، والتي تسمى سفينة القتال العالمية.

ولكن ربما يكون المفهوم الإنجليزي الأكثر تسلية لسفينة سطحية للمستقبل (هذا أيضًا مشروع BAE، على الرغم من أن توقيت تنفيذه غير واضح) هو ما يسمى بمقاتل UXV. وتهدف هذه السفينة ذات الحجم المدمر إلى أن تصبح قاعدة عائمة، تركز على العمل مع المركبات غير المأهولة، سواء كانت طائرة أو عائمة.

من المفترض أن تخدم طائرة UXV Combatant طاقمًا صغيرًا (حوالي 60 شخصًا)، وسيكون من الممكن تنفيذ جميع عمليات الإقلاع وإطلاق طائرات الاستطلاع أو الهجوم بدون طيار تلقائيًا. في نهاية المطاف، ربما يكون هذا المشروع البريطاني هو الذي يوضح أين تتحرك صناعة الأسلحة بأكملها في البلدان المتقدمة تدريجياً، وبناء السفن ليس استثناءً: قريباً سيتم إرسال الروبوتات فقط إلى الحرب.

في المستقبل، ستأتي السرعة أولاً في كل مكان وفي كل شيء، ويمكننا أن نشعر بها بالفعل. بالنسبة لسفن وسفن المستقبل، سيكون الماء عدوها، لذا فإن الوقت الطويل الذي يقضيه في التنقل حول محيطات العالم يخيف المسافرين فيختارون السفن السريعة التي يمكنهم من خلالها الوصول إلى أي مكان يرغبون فيه.

سفينة المستقبل "Earthrace"

تم بالفعل إنشاء أول سفينة للمستقبل وأكملت عدة رحلات بحرية. إنه شيء بين السفينة والطائرة ويترجم على أنه سهم البحر. هذه سفينة مذهلة وسريعة بما فيه الكفاية يمكنها التغلب على الأمواج الكبيرة، ولكن في الوقت الحالي فقط لمسافات قصيرة. نظرًا لمظهرها وميزات التصميم، يمكن لسفينة Earthrace تطوير سرعة ممتازة. بدنها قادر على الانغماس في الأمواج، ولكن الميزة الأكثر لفتًا للانتباه في هذه السفينة هي قوتها. هيكل السفينة مصنوع من الكربون. ميزة أخرى لسفينة Earthrace هي نظام الدفع الاقتصادي الذي يعمل بالوقود الحيوي. ولتجاوز الكرة الأرضية، ستحتاج هذه السفينة إلى حاوية واحدة فقط من هذا الوقود، وهو مصنوع من زيت فول الصويا ويقلل من انبعاث ثاني أكسيد الكربون الضار إلى البيئة بنسبة تصل إلى 75 بالمائة. في المستقبل، ستصبح هذه السفن البحرية شائعة، وبالإضافة إلى ذلك، يتم بالفعل إجراء تجارب على وحدة متطورة تتلقى الوقود الحيوي من الأعشاب البحرية.

سفينة المستقبل "بروتيوس"

لسنوات عديدة، واجهت السفن والسفن التي تسافر عبر محيطات العالم مشكلة مقاومة الأمواج. لقد أعاد العلماء التفكير في تصميم بدن السفينة وقدراتها. والنتيجة هي سفينة ذات شكل غير عادي تتميز عن السفن البحرية الأخرى لأنها لا تحتوي على هيكل.

سفينة المستقبل "بروتيوس"، والتي تعني "بروميثيوس"، يمكنها التغلب على الأمواج. يتكيف بسهولة مع أمواج البيئة البحرية، ويكرر حركته، فلا يحتاج للتغلب على مقاومتها.

يُطلق على هذا المفهوم اسم السفينة المعيارية المتكيفة مع الموجة (WAM-V). كان مبتكر أول سفينة مستقبلية من نوعها هو عالم المحيطات الإيطالي أوغو كونتي، الذي يعمل في معهد البحوث البحرية في ولاية كارولينا الشمالية. بلغت تكلفة مشروعه التجريبي 1.5 مليون دولار أمريكي.

"Proteus" هو نوع جديد تمامًا من السفن، حيث يلامس الجزء العامل منه سطح الماء بخفة، ويخترق الأمواج التي تنشأ على طول الطريق، وبفضل مرونته يتكيف مع الهيكل، أي الموجة.

سفينة المستقبل "بروتيوس" الصورة

سفينة المستقبل "Proteus" مصنوعة من عدة أنواع من المواد خفيفة الوزن والمتينة: التيتانيوم والألمنيوم والأقمشة المقواة.

يمكن استبدال الوحدة المعلقة فوق الماء حسب وظائف السفينة أو غرضها. يمكن تحويل "بروتيوس" من وسيلة نقل الأشخاص إلى وسيلة نقل البضائع. إحدى مزايا التحول هي السرعة. التحول لا يستغرق الكثير من الوقت والجهد.

حتى عشاق ألعاب الكمبيوتر سيكونون قادرين على التحكم في سفن المستقبل مثل "Proteus". اثنين من وحدات التحكم بعصا التحكم تجعل التحكم سهلاً وممتعًا. كما تصل السفينة بسهولة إلى الشاطئ والأرصفة دون أي صعوبات.

حاليًا، يتم استخدام Proteus لمشاهدة الحيتان والاستطلاع تحت الماء. يكسر هذا المفهوم الصور النمطية للمركبات المائية الموجودة التي تتحرك على الأمواج، وقد يثير اهتمام مالكي السفن السياحية أو أنواع السفن الأخرى في نهاية المطاف.

البيانات الفنية لسفينة المستقبل "بروتيوس":

الطول - 30 م؛
النزوح - 12 طن؛
محطة توليد الكهرباء - محركان ديزل بقوة 355 حصان. مع.؛
نطاق الانطلاق - ما يصل إلى 5000 ميل؛
السرعة القصوى - 70 عقدة؛

سفن الشحن والركاب عالية السرعة في المستقبل

نحن نعيش في عصر تطور النقل المائي - من الجيد أن نعرف ذلك. لكن تشغيل سفينة صغيرة شيء، وتشغيل سفينة محملة بالبضائع عابرة للمحيطات شيء آخر. بالإضافة إلى ذلك، يتم إنفاق الوقت الذي يقضيه في معالجة البضائع بشكل غير عقلاني.

قامت شركة Hydro Lance بتطوير تصميمات لسفن جديدة من مختلف الأنواع، والتي ستشمل في المستقبل جوانب مهمة - سرعة الحركة والتحميل والتحويل ووسائل الراحة على متن الطائرة.

سفينة نقل الحاويات عالية السرعة

سفينة حاويات لنقل البضائع والركاب عالية السرعة

ناقلة متعددة الأغراض

سفينة من نوع ناقلة الغاز عالية السرعة (LNG)

وستكون هذه السفن قادرة على عبور المحيط الأطلسي خلال 3 أيام دون أي مشاكل. سيسمح لهم تصميمهم بالوصول إلى السرعة في جميع الظروف الجوية حيث أنهم لا يخضعون لتأثيرات الأمواج بسبب تصميم الهيكل.

ولكن في عالم نقل البضائع، فإن مسألة كيفية تحميل أو تفريغ السفينة بسرعة كانت ذات صلة منذ فترة طويلة. النهج النموذجي أصبح عفا عليه الزمن. تتم معالجة حوالي 30 حاوية في ساعة واحدة. ستساعد الأحزمة ذاتية الدفع وغيرها من الأجهزة الحديثة في تحميل حاويات متعددة الأطنان مليئة بالبضائع في غضون دقائق. لن تستغرق المساحة الشاسعة من الطرق السريعة الكثير من الوقت لتفريغ وتحميل المركبات. كما لن تكون هناك حاجة للرافعات في الموانئ أو محطات الحاويات. ستضع هذه السفن الفريدة من نوعها في المستقبل البضائع بالتساوي مباشرة على سطح السفينة وتمتلئ بالبضائع بسرعة كبيرة.

لن تكون هناك حاجة إلى الموانئ البحرية لاستقبال الركاب على متن الطائرة، لأن تصميم سفن نقل الركاب في المستقبل سيسمح لهم بالاقتراب بسهولة من الشواطئ.

سفينة المستقبل لنقل السيارات “E/S Orcelle”

يستهلك العالم ملايين اللترات من الوقود يومياً. ومع عدم استقرار أسعار المنتجات البترولية ومحدودية الاحتياطيات من هذه المعادن، يبحث المهندسون باستمرار عن مصادر بديلة للطاقة. تطلق سفن الشحن الضخمة ملايين الأمتار المكعبة من ثاني أكسيد الكربون إلى الغلاف الجوي كل عام، مما يتسبب في أضرار جسيمة للغلاف الجوي ويسرع من ذوبان الأنهار الجليدية في القطبين. يعتقد بعض العلماء أن تطوير بناء السفن يسير في الاتجاه الخاطئ.

تم منح مهندسي شركة الشحن السويدية Wallenius Wilhelmsen حرية التصرف، مما أدى إلى إنشاء سفينة شحن تستغل طاقة البيئة. "E/S Orcelle" هو مفهوم جديد في مجال سفن الشحن في المستقبل.

ستكون سفينة الشحن المستقبلية الأولى من نوعها التي تستخدم ثلاثة مصادر بديلة للطاقة: الشمس والرياح والأمواج.

طوابقه الثمانية، التي تعادل مساحتها 14 ملعب كرة قدم (85000 متر مربع)، سوف تستوعب ما يصل إلى 10000 سيارة. سيكون ارتفاع أسطح الشحن الثلاثة قابلاً للتعديل وسيسمح بنقل الحمولات الكبيرة.

استلهم مبتكرو سفينة المسافات الطويلة المستقبلية "E/S Orcelle" من غازي المساحات البعيدة - طائر القطرس. ويعتقد أن 90 بالمائة من طاقتها تأتي من الطبيعة. مثل هذا الطائر، سيستخدم مشروع E/S Orcelle المذهل طاقة البيئة لتقليل استهلاكه.

إن التصميم غير التقليدي لهيكل السفينة وغياب المراوح والدفة التقليدية سوف يقضي على أحد التهديدات الرئيسية التي تواجه محيطات العالم - مياه الصابورة.

سيتم تصنيع هيكل السفينة من الألومنيوم والمواد المركبة البلاستيكية الحرارية، مما يمنحها القوة والحد الأدنى من الصيانة وسهولة المعالجة والتخلص.

المصدر البديل الأول على متن سفينة المستقبل سيكون الطاقة الشمسية. ستقوم ثلاثة أشرعة ضخمة، مكونة من ألواح كهروضوئية، بتجميع الطاقة الشمسية في الطقس الهادئ، والتي سيتم بعد ذلك تحويلها إلى كهرباء للاستخدام الفوري أو التخزين.

المصدر البديل الثاني للسفينة المستقبلية "E/S Orcelle" سيكون طاقة الأمواج. سيتم تجهيز سفينة الشحن باثني عشر جهازًا - "زعانف" يمكنها تحويل الطاقة الحركية للدوامات إلى ميكانيكية ثم إلى كهرباء.

وأخيرا، خلايا الوقود. أصبحت هذه التكنولوجيا منتشرة على نطاق واسع اليوم وتتطور بسرعة. سيتم توليد حوالي نصف الكهرباء التي تستهلكها السفينة المستقبلية E/S Orcelle بواسطة خلايا الوقود. وسوف يجمعون بين العناصر الكيميائية الأكثر شيوعًا على كوكبنا - الهيدروجين والأكسجين - لإنتاج الطاقة الكهربائية لمحركات الدفع الخاصة بالسفينة، وكذلك توليد الكهرباء للمستهلكين الآخرين على متن الطائرة.

يعتقد المسؤولون التنفيذيون في Wallenius Wilhelmsen أن شركات الشحن يجب أن تبذل المزيد من الجهد لتطوير حلول تقنية جديدة للنقل البحري. التكاليف المادية لبناء سفينة المستقبل لن تكون رخيصة وستكون أعلى بكثير من بناء سفينة شحن قياسية تبلغ تكلفتها 46 مليون دولار، لكن في المستقبل ومع تطور التقنيات المستخدمة ستصبح التكاليف أقل ومربحة اقتصاديًا بشكل طبيعي. تخطط شركة Wallenius Wilhelmsen لبناء سفينة نقل السيارات E/S Orcelle بحلول عام 2025.

البيانات الفنية لسفينة الشحن المستقبلية “E/S Orcelle”:

الطول - 250 م؛
العرض - 50 م؛
الارتفاع - 40 م؛
مشروع - 9 م؛
الإزاحة - 21000 طن؛
السرعة - 27 عقدة.

أود أن أصدق أن الاتجاهات والحلول التي تم الحصول عليها بالفعل سيتم تطبيقها على السفن الموجودة في المستقبل القريب. ومن خلال التواصل مع المحيط، ستغير البشرية العالم. سوف نتغلب على الأمواج، ونتلقى الطاقة من الطبيعة نفسها، وسوف ننزل إلى الأعماق لاستكشاف مناطق جديدة.

سفن المستقبل ستغير حياتنا

إن احتمال ظهور أسلحة مستقبلية مبنية على مبادئ فيزيائية جديدة على السفن الحربية يزيد من اهتمام البحارة العسكريين بموضوع الدفع الكهربائي. إن فكرة دمج الأسلحة ونظام الدفع الخاص بالسفينة في دائرة واحدة تعتمد على الطاقة الكهربائية، هي في الواقع ما يعطي حججًا إضافية لمؤيدي "الدفع الكهربائي الكامل". وبناء على ذلك، أصبح هذا الموضوع مجال عمل مهم لمهندسي التصميم العاملين في مؤسسات صناعة بناء السفن المحلية. "أنظمة الأسلحة المبنية على مبادئ فيزيائية جديدة" هي نوع من التعريف العام الواسع، والذي يشمل، على وجه الخصوص، الأنظمة الواعدة التي تستخدم النبض الكهرومغناطيسي للتعطيل المؤقت أو حتى الدائم لمحطات الرادار وأجهزة الكمبيوتر وغيرها من أنظمة الهندسة اللاسلكية والأنظمة الرقمية لسفن العدو. بالإضافة إلى ذلك، من الممكن استخدام كهرباء السفينة لإطلاق وتسريع مقذوف معين. ومن المهم أن تتطلب مثل هذه الأنظمة إمدادات كبيرة من الكهرباء على متن السفينة والقدرة على استعادتها/صيانتها دون الدخول إلى القاعدة. ويتحقق "الدفع الكهربائي الكامل" عندما يتم تشغيل المروحة (أو أي جهاز دفع آخر) فقط بواسطة محرك كهربائي في جميع أوضاع حركة السفينة. إذا كان هناك مصدر ميكانيكي على متن الطائرة (ديزل، توربين، إلخ) لديه القدرة على تدوير عمود المروحة (عادةً بسرعات عالية)، فهناك "محرك مباشر بمحرك كهربائي مساعد"، بكلمات بسيطة، "الحركة الكهربائية الجزئية." "الدفع الكهربائي الكامل"، المصمم لتحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية ومن ثم العودة إلى طاقة ميكانيكية، يقلل من الكفاءة الإجمالية. يتعين على كل من شركات بناء السفن والبحارة البحرية أن يأخذوا هذه الحقيقة في الاعتبار. يبدو أنه فيما يتعلق بإنشاء الجيل القادم من السفن السطحية، كان النهج متوافقًا مع المهام التي تم حلها. يبدو أن المظهر المتوقع للمدافع الكهرومغناطيسية (للطرادات والمدمرات) والمقاليع (على حاملات الطائرات) يجعل بعض فقدان الطاقة عند التحويل من نوع إلى آخر له ما يبرره. بطارية أيون ليثيومفي هذا الصدد، ومع الأخذ في الاعتبار أيضًا الاتجاه نحو زيادة استهلاك الطاقة الإجمالي لأنظمة السفن المختلفة (بما في ذلك الرادار والسونار ونظام التحكم وما إلى ذلك)، يتعين على المصممين أن يكونوا أكثر اهتمامًا بموضوع توليد وتخزين الطاقة الكهربائية. طاقة. تعمل الدول المتقدمة علميًا وتكنولوجيًا في العالم بنشاط على بطاريات الليثيوم عالية السعة. وفي هذا المجال، حقق المتخصصون المحليون نتائج مشجعة، بما في ذلك استخدامها في البحرية. على وجه الخصوص، أعلن مكتب التصميم المركزي للمعدات البحرية "روبن"، مبتكر الغواصات للمشاريع 955 بوري، 677 لادا وغيرها، عن الانتهاء من تطوير واختبار بطارية أيون الليثيوم للغواصات.
لاحظ أن البطاريات التي تحمل علامة Ion-Lithium تُستخدم منذ فترة طويلة على نطاق واسع في الأجهزة المحمولة (الهواتف المحمولة، وما إلى ذلك) وقد أثبتت نفسها بشكل جيد. ومع ذلك، لم يجدوا بعد مكانهم في الشؤون البحرية. وفي الوقت نفسه، تتمتع بعدد من المزايا مقارنة بالبطاريات الحمضية الكلاسيكية، بما في ذلك زيادة السعة، والقدرة على تحمل زيادة التفريغ وتيارات الشحن، ودورة حياة طويلة، وانخفاض تكاليف التشغيل، وما إلى ذلك. الجانب التاريخيكان مواطنونا من بين أول من جرب محرك الجر الكهربائي على السفن السطحية. تم اقتراح تصميمه من قبل الفيزيائي الروسي بوريس سيمينوفيتش جاكوبي. تم استخدام قارب ترفيهي يتسع لـ 12 راكبًا، وقد قطع عدة عشرات من الكيلومترات أثناء الاختبار. تم الحفاظ على نص تقرير كروزنشتيرن إلى الكونت أوفاروف، والذي يقول على وجه الخصوص: "في 13 سبتمبر 1838، تم إجراء تجربة على نيفا في الإبحار بسفينة مدفوعة بالقوة الكهرومغناطيسية". ومن الجدير بالذكر أن القارب لم يكن لديه محطة كهرباء بديلة، مما يعني أنه تم تطبيق مبدأ “الدفع الكهربائي الكامل” عليه. لذلك لا يمكن اعتبار هذا الاتجاه في بناء السفن شيئًا جديدًا تمامًا، وكانت المرحلة التالية المثيرة للاهتمام في تاريخ بناء السفن المحلية هي بناء سفينة فاندال بمحرك في بداية القرن الماضي بمحطة لتوليد الطاقة تعمل بالديزل والكهرباء صممها كونستانتين بتروفيتش بوكليفسكي. كانت الدائرة المختارة (محرك ديزل يقود مولدًا كهربائيًا، والذي يقوم بشحن البطارية، ومن ثم ينتقل التيار إلى محرك يعمل بالتيار المستمر) ذات كفاءة أقل من 85%. كانت السفينة قيد الاستخدام النشط لفترة طويلة وتم إخراجها من الخدمة بعد الثورة بسبب التآكل والأضرار. في الخمسينيات، قام الاتحاد السوفييتي ببناء سلسلة من السفن التي تعمل بالديزل والكهرباء. أصبحت هذه السفن منتشرة على نطاق واسع ويستمر استخدامها في الشحن التجاري. تتمتع السفن الكهربائية الحديثة بكفاءة أعلى بعدة بالمائة من كفاءة سفينة الفاندال.
اليوم، تُستخدم المحركات الكهربائية على متن السفن كقوة دفع مساعدة وكجزء من محطة الطاقة الرئيسية. وبما أن المحركات الحديثة عالية السرعة، فمن الضروري تركيب تروس تخفيض بينها وبين المروحة، حيث يبلغ فقدان الطاقة حوالي 2٪. وفي حالة النظام الكهربائي، من الضروري استخدام المولدات ومحولات التردد ذات الكفاءة الإجمالية أقل من 90%. وهذا أقل من النظام "الميكانيكي البحت" (مثل توربينات الغاز ووحدة التروس التوربينية الرئيسية). باختصار، من الناحية الاقتصادية، الدفع الكهربائي غير مربح، إذا أعطى اختراع محرك الدفع الكهربائي دفعة قوية لتطوير بناء السفن تحت الماء، فبالنسبة للسفن القتالية السطحية، فقد حل المشكلات المساعدة فقط. وفي الوقت نفسه، فإن المتحمسين للاستخدام الأوسع لـ "القوة الكهرومغناطيسية" لا يترجمون. وفي محاولة لإثارة الاهتمام بالموضوع، قاموا بإدخال مصطلحات جديدة مثل "التطبيقات المتقدمة للدفع الكهربائي" وما شابه.
إن الرغبة في وصف اتجاه معروف منذ فترة طويلة بعبارة أخرى جميلة تجعل المتخصصين يبتسمون ويثبتون مرة أخرى صحة المقولة الشعبية بأن “الجديد هو القديم المنسي”. وفي الوقت نفسه، من المستحيل ألا نلاحظ الجوانب الإيجابية المميزة للدفع الكهربائي. سفينة مضادة للغواصاتبالنسبة للبحارة العسكريين، من المهم تقليل علامات كشف القناع تمامًا، ويعتبر محرك الدفع الكهربائي (PEM) هو الأكثر هدوءًا بين جميع أنواع محطات توليد الطاقة الموجودة على السفن. صحيح، بالنسبة للسفينة السطحية، فإن تقليل المجال الصوتي ليس بنفس أهمية السفينة تحت الماء. نظرًا لأن عامل الكشف الرئيسي هو الرؤية في الرادار (موجات الراديو المنعكسة من الجانب والبنية الفوقية) ومجالات الأشعة تحت الحمراء (محطة توليد الكهرباء القائمة على محركات الاحتراق الداخلي).
ربما يبدو أن التخفيض الأكثر أهمية في المجال الصوتي المائي الخاص بالفرد هو فيما يتعلق بحالة سفينة مضادة للغواصات (أو دورية). كقاعدة عامة، يتم البحث عن غواصات العدو في وضع السرعة المنخفضة والمتوسطة (لا تزيد عن 15 عقدة) باستخدام أنظمة صوتية مائية بهوائيات مقطوعة وغاطسة وتحت العارضة، ويعتمد نطاقها على "صور" الضوضاء والاهتزاز " للسفينة الحاملة. هناك أمثلة معروفة لكيفية محاولة المصممين الفرديين تقليل الخصائص الصوتية للسفينة عن طريق تقليل طول الأعمدة، بحجة أن ذلك يتم تحقيقه من خلال وضع عناصر محطة الطاقة بشكل صحيح داخل الهيكل و البنية الفوقية. تم استخدام بعض هذه الحلول في المدمرات الإنجليزية من النوع 45 Daring مع محطة توليد كهرباء مكونة من توربينين غازيين من طراز Rolls-Royce وزوج من مولدات الديزل Wärtsilä ومحركات كهربائية Converteam.
وتم تصنيع ستة من هذه المركبات الكهربائية لصالح البحرية الملكية بين عامي 2003 و2013. تولد جميع مولدات السفن تيارًا مترددًا، مما يبسط تصميمها والتحكم فيها (ليس من الممكن بعد إنشاء مولدات عالية الطاقة باستخدام التيار المباشر). وتستخدم المحولات لتحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر (تعمل محركات الدفع بالتيار المباشر)، بمعدل واحد لكل محرك كهربائي. وتقوم الولايات المتحدة ببناء جيل جديد من مدمرات زوموالت منذ عام 2008. تشتمل محطة توليد الكهرباء على توربينات غازية ومحركات كهربائية غير متزامنة بقوة 36.5 ميجاوات وجهد تشغيل 6600 فولت. وعلى السفينة الثالثة DDG-1002 Lyndon B. Johnson، من المخطط تركيب محرك متزامن فائق التوصيل بدرجة حرارة عالية مع مغناطيس دائم بقوة 36.5 ميجاوات وسرعة دوران العمود دورتان في الثانية الواحدة. كان التشغيل الأولي للمركبة الرائدة DDG-1000 Zumwalt منذ أكتوبر من العام الماضي مصحوبًا بالعديد من الأعطال. وتعطلت محطة توليد الكهرباء الرئيسية في 22 نوفمبر 2016، بينما كانت المدمرة تمر عبر قناة بنما. كان لا بد من سحب السفينة المعطلة إلى القاعدة باستخدام سفن عادية، غير مثقلة بمحطات توليد الطاقة من النوع الجديد التي تبلغ تكلفتها ملايين الدولارات. "الدفع الكهربائي الجزئي"مع إدراك أنه عند السرعة العالية (أكثر من 18 عقدة) لن يكون من الممكن تقليل ضجيج السفينة بشكل جذري (بسبب ظاهرة تجويف المروحة وأسباب أخرى)، فإن المصممين المحليين المشهورين للسفن المضادة للغواصات أكثر تفضيلاً تجاهها استخدام ما يسمى "الدفع الكهربائي الجزئي". لاحظ أن الكلمة الأولى في هذا المزيج تزيل اللمسة العميقة لـ «العلمية» و«الابتكار»، التي ترغب بها آذان كبار المسؤولين والمخترعين المتعطشين للشهرة والمال، وبالتالي يُنظر إليها بشكل سلبي في نظرهم. من الناحية العملية، فإن "الدفع الكهربائي الجزئي" يمثل الاتجاه الأكثر إثارة للاهتمام للسفن الحربية. بالإضافة إلى تقليل الضوضاء، فإنه يجعل من الممكن أيضًا تحسين قدرة السفن على المناورة، خاصة عند المرور عبر أماكن ضيقة، أو إرساء، وما إلى ذلك. من المستحسن استخدام محرك كهربائي كجهاز تحويل، لأنه من الممكن ضبطه بسهولة. تغيير وتيرة واتجاه دوران عمود المروحة وبالتالي سرعة واتجاه حركة السفينة. حاليًا، تُستخدم المحركات الكهربائية المساعدة على نطاق واسع في الرافعات العائمة والعبارات والقاطرات وكاسحات الجليد.
ومن الممكن أن يتجسد تنفيذ نهج "الدفع الكهربائي الجزئي" على متن سفينة هجومية (على سبيل المثال، فئة "المدمرة") في حقيقة مفادها أن توربينات الغاز الداعمة ستبقى على متن السفينة (وسوف توفر كفاءة عالية). وفي حالة "المطاردة"، سيتم استخدام المحركات الكهربائية بشكل إضافي (ربما بالاشتراك مع مولدات الديزل)، والتي يمكن استخدامها أيضًا للمناورة و/أو في وضع "التشغيل الهادئ"، عندما يكون ذلك ضروريًا لضمان ظروف تشغيل أفضل للمركبات. الصوتيات المائية. أزيبوداتعلى الرغم من العديد من العوامل المعقدة، فإن المتحمسين يروجون باستمرار لأفكار الدفع الكهربائي، بل ويصرون على التخلي تمامًا عن المراوح الكلاسيكية لصالح ما يسمى "مجمعات مراوح الدفة" (RPC). أحد الخيارات لتنفيذها هو استخدام محرك كهربائي للجر في هدية حاوية مغمورة (محرك بودد)، موضوعة خارج هيكل السفينة. مثال على محرك التحكم في الجر هو ما يسمى azipod، الذي اقترحه مهندسو ABB . لقد مارسوا حلولاً مماثلة منذ أوائل التسعينيات من القرن الماضي. تأتي الكلمة من الاختصار الإنجليزي الحاصل على براءة اختراع Azipod (نظام الدفع المرتكز على السمت)، مما يشير إلى نظام لتوفير الدفع من خلال التوجيه المكاني لحاوية هدية مزودة بمحرك كهربائي مروحي. وقد حظيت أجهزة Azipods بإشادة كبيرة من قبل مبدعيها، الذين يعملون بلا كلل على تحسين تنفيذها في معدن. ومن مميزات هذا النوع من المروحة ما يلي: إمكانية الدوران الأفقي الكامل (بزاوية 360 درجة) وعكس اتجاه المروحة (المراوح)، وهو ما يعبر عنه بزيادة ملحوظة في قدرة السفينة الناقلة على المناورة خاصة عند التحرك في الميناء: بالنسبة لحاملة الطائرات الواعدة التابعة للبحرية الفرنسية، خيار محطة توليد كهرباء مشتركة تعمل بالديزل والكهرباء والغاز وفقًا لمخطط CODLAG المكون من "مستويين"، كل منهما يتضمن توربين غازي بقوة 40 ميجاوات. ، مولدين ديزل بقدرة 9-11 ميجاوات، ومحركين للدفع التعريفي بقدرة 20 ميجاوات. ومع ذلك، رفض البحارة البحريون الفرنسيون بناء مثل هذه السفينة، وقرروا إنفاق ميزانية الأسطول على حاملات طائرات الهليكوبتر البرمائية ميسترال المزودة بمحطة طاقة تعمل بالديزل والكهرباء، بما في ذلك RVK بمحرك دفع بقوة 7 ميجاوات. يُعتقد أن الاهتمام الروسي بميسترال كان سببه، من بين أمور أخرى، وجود نسخة متقدمة من azipods، والتي يمكن أن تجد لاحقًا تطبيقًا على سفن البحرية الروسية لمشاريع أخرى.
ومن المعروف أن أنظمة الدفع الكهربائية تستخدم في النقل البحري لأسلحة "أكاديميك كوفاليف". تم بناؤه بواسطة Severodvinsk CS Zvezdochka وقبله الأسطول في ديسمبر 2015. من الميزات الخاصة لمشروع 20181، الذي طوره مكتب ألماز المركزي للتصميم البحري، نظام الدفع: مولدات الديزل تولد تيارًا كهربائيًا يشغل المحركات الكهربائية كجزء من مجمعات الدفة القابلة للتوجيه. وبفضل RPK، زاد نقل الأسلحة من القدرة على المناورة ويمكن أن الحفاظ على مسار معين في الظروف البحرية المهمة، مما يسمح لها بحل المشكلات التي توفرها القيادة البحرية بنجاح. يقوم مركز تصميم Zvezdochka حاليًا ببناء السفينة الثانية لمشروع Akademik Makeev.

إن احتمال تجهيز السفن الحربية في المستقبل بأسلحة مبنية على مبادئ فيزيائية جديدة يساهم في الاهتمام المتزايد للبحارة العسكريين بموضوع الدفع الكهربائي. تبدو الفكرة، التي تتضمن دمج محطة توليد الطاقة الخاصة بالسفينة وأسلحتها في دائرة واحدة تعتمد على الطاقة الكهربائية، مغرية للغاية. وهذا يعني أن هذا الموضوع يدرس بشكل متزايد من قبل المهندسين والمصممين، بما في ذلك شركات بناء السفن الروسية.

يمكن تسمية أنظمة الأسلحة المبنية على مبادئ فيزيائية جديدة، على وجه الخصوص، بالأنظمة الواعدة التي تستخدم النبض الكهرومغناطيسي لتعطيل أنظمة الرادار والراديو والرقمية وأجهزة الكمبيوتر الخاصة بسفن العدو بشكل مؤقت أو حتى دائم. بالإضافة إلى ذلك، يبدو من الممكن استخدام كهرباء السفينة لإطلاق وتسريع مقذوف (مدفع كهرومغناطيسي). ولا ينبغي للمرء أن ينسى فقط أن جميع هذه الأنظمة تتطلب احتياطيات كبيرة جدًا من الطاقة الكهربائية على متن السفينة، فضلاً عن القدرة على استعادتها أو الحفاظ عليها عند المستوى المطلوب دون دخول السفينة إلى القاعدة.

في الوقت الحاضر، تُستخدم المحركات الكهربائية في السفن الحربية كجزء من محطة الطاقة الرئيسية وكقوة دفع مساعدة. نظرًا لأن المحركات الحديثة عالية السرعة، فمن الضروري وضع ترس تخفيض بينها وبين المروحة، حيث يمكن أن يصل فقدان الطاقة فيها إلى 2٪. وفي حالة النظام الكهربائي، من الضروري استخدام محولات التردد والمولدات ذات الكفاءة الإجمالية أقل من 90%. وهذا أقل من النظام "الميكانيكي البحت" (مثل توربينات الغاز ووحدة التروس التوربينية الرئيسية). ولذلك، من الناحية الاقتصادية، يبدو الدفع الكهربائي غير مربح.

في وقت واحد، أعطى اختراع محرك الدفع الكهربائي قفزة حادة إلى حد ما في التطوير الكامل لبناء السفن تحت الماء، بينما فيما يتعلق بالسفن القتالية السطحية، فإنه يحل المشكلات المساعدة فقط. وعلى الرغم من ذلك، فإن المتحمسين للاستخدام الأوسع لـ "القوة الكهرومغناطيسية" في البحرية لا يختفون. وفي محاولة لإثارة الاهتمام بهذا الموضوع، قاموا بإدخال مصطلحات جديدة، على سبيل المثال، "الاستخدام الموسع للدفع الكهربائي". من الممكن تحقيق الدفع الكهربائي الكامل فقط عندما يتم تشغيل المروحة (أو أي جهاز دفع آخر) بواسطة محرك كهربائي فقط في جميع أوضاع حركة السفينة. إذا كانت هناك مصادر طاقة ميكانيكية على متن السفينة (التوربينات، محرك الديزل، وما إلى ذلك) التي لديها القدرة على تدوير عمود المروحة (في أغلب الأحيان بسرعات عالية)، فيمكننا التحدث عن "الدفع المباشر بمحرك كهربائي مساعد، " أو "الحركة الكهربائية الجزئية".

"الدفع الكهربائي الكامل"، الذي يعتمد على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية ومن ثم العودة إلى طاقة ميكانيكية، يقلل من الكفاءة الإجمالية. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار من قبل كل من شركات بناء السفن والبحارة. ويبدو أن الظهور المتوقع للمدافع الكهرومغناطيسية (على الفرقاطات والطرادات والمدمرات) والمقاليع (على حاملات الطائرات) سيجعل بعض فقدان الطاقة الذي يحدث أثناء تحويلها من نوع إلى آخر مبررًا وممكنًا.

بطاريات ليثيوم أيون للغواصات

فيما يتعلق بالاتجاه العام نحو زيادة استهلاك الطاقة من قبل أنظمة السفن المختلفة (بما في ذلك الرادار ونظام التحكم والسونار وغيرها)، يحتاج المصممون إلى الاهتمام أكثر فأكثر بمسألة توليد وتخزين الكهرباء. وفي هذا الصدد، تعمل دول العالم المتقدمة علمياً وتكنولوجياً بنشاط كبير على إنشاء بطاريات ليثيوم أيون ذات قدرة متزايدة. هناك بعض النجاحات في هذا المجال في روسيا أيضًا.

تجدر الإشارة إلى أن بطارية الليثيوم أيون نفسها (Li-ion) أطلقتها شركة Sony لأول مرة في عام 1991، ولكن لفترة طويلة تم استخدام هذه البطاريات فقط في القطاع المدني. أصبح هذا النوع من البطاريات منتشرًا الآن على نطاق واسع في جميع الأجهزة المنزلية والإلكترونيات، كما أنه يجد تطبيقًا كجهاز تخزين الطاقة في أنظمة الطاقة المختلفة وكمصدر للطاقة في السيارات الكهربائية. اليوم هو النوع الأكثر شيوعًا من البطاريات لأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة وكاميرات الفيديو الرقمية والكاميرات والمركبات الكهربائية. تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بسجل حافل من الأداء، ولكن حتى وقت قريب لم يكن هناك أي استخدام لها في البحرية. على الرغم من أن هذه البطاريات تتمتع بعدد من المزايا المهمة مقارنة بالبطاريات الحمضية الكلاسيكية، بما في ذلك القدرة على تحمل زيادة التفريغ وتيارات الشحن، وزيادة السعة، ودورة حياة أطول، وانخفاض تكاليف التشغيل، وما إلى ذلك.

وبطبيعة الحال، كل هذا لا يمكن أن يبقى بمعزل عن مصممي المعدات البحرية. على سبيل المثال، في نهاية عام 2014، أعلن مكتب التصميم المركزي الروسي روبين، المتخصص في تصميم الغواصات والمكتب الرائد لبناء السفن تحت الماء في بلدنا، عن الانتهاء بنجاح من دورة اختبار بطاريات الليثيوم أيون الجديدة المخصصة لغير الغواصات. الغواصات النووية. وصرح المدير العام لمكتب التصميم المركزي في روبين، إيغور فيلنيت، للصحفيين بهذا الأمر في ذلك الوقت. تعمل هذه البطاريات على زيادة استقلالية الغواصات بشكل كبير، ولها عمر خدمة طويل، كما أنها لا تتطلب معدات معقدة للصيانة والتشغيل. في الوقت نفسه، يستخدم الأسطول الروسي بطاريات قابلة لإعادة الشحن، وعمرها محدود، ويمكن أن يصل سعرها، بحسب الخبراء، إلى 300 مليون روبل. وبحسب أندريه دياتشكوف، الرئيس السابق لمكتب التصميم المركزي في روبين، فإن بطاريات الليثيوم أيون الحديثة ستزيد من وقت بقاء الغواصات تحت الماء بما لا يقل عن 1.4 مرة، في حين أن إمكانات هذه الفكرة التقنية لا تستخدم حاليا إلا بنسبة 35-40%، ذكرت ريا.

الاتجاه واعد للأسطول، وقد لوحظ هذا منذ فترة طويلة في جميع أنحاء العالم. وفقًا لموقع shephardmedia.com، في مارس 2020، ستقوم قوات الدفاع الذاتي البحرية اليابانية بتشغيل أول غواصة غير نووية في العالم (الحادية عشرة في سلسلة الغواصات من فئة Soryu)، والتي ستتلقى بطاريات ليثيوم أيون. وهذا سيسمح لليابانيين بالتخلي عن استخدام ليس فقط بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية في الغواصات، ولكن أيضًا محركات ستيرلينغ المستقلة عن الهواء.

الغواصة اليابانية غير النووية SS 503 Hakuryū من فئة Soryu.

ووفقا لنائب الأدميرال المتقاعد ماساو كوباياشي، فإن استخدام بطاريات الليثيوم أيون "يجب أن يغير بشكل كبير أداء الغواصات غير النووية". توفر هذه البطاريات للغواصات مدة إبحار تحت الماء يمكن مقارنتها بمدة الإبحار عند استخدام محطات الطاقة المستقلة عن الهواء (VNEU) بسرعات منخفضة؛ ومع ذلك، نظرًا لقدرتها العالية، يمكنها توفير مدة إبحار طويلة إلى حد ما تحت الماء بسرعات عالية. وهو أمر مهم بشكل خاص للغواصات عندما تقوم بالهجوم أو عند الهروب من العدو. علاوة على ذلك، على عكس VNEU، فإن الغواصة قادرة على تجديد احتياطي الطاقة باستمرار في بطاريات الليثيوم أيون عن طريق إعادة شحن البطاريات باستخدام جهاز RDP (جهاز لتشغيل المحرك تحت الماء).

وفقًا لنائب الأدميرال كوباياشي، تتمتع بطاريات الليثيوم أيون أيضًا بأوقات إعادة شحن أقصر مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية نظرًا لارتفاع تيار الشحن. كما أن هذه البطاريات أكثر متانة، كما أن الدوائر الكهربائية التي تستخدمها أسهل في بناء الشبكات الكهربائية والتحكم فيها. الوجه الآخر للعملة هو التكلفة العالية لبطاريات الليثيوم أيون. وبذلك يبلغ سعر عقد الغواصة الحادية عشرة من فئة سوريو 64.4 مليار ين (نحو 566 مليون دولار)، مقابل 51.7 مليار ين (454 مليون دولار) للغواصة العاشرة من نفس النوع. سيكون الفرق الكامل في سعر الغواصات تقريبًا بسبب بطاريات الليثيوم أيون والأنظمة الكهربائية ذات الصلة.

استخدام محركات الدفع

بالنسبة للبحارة العسكريين، يعد تقليل علامات الكشف أمرًا مهمًا للغاية. يتم تسهيل ذلك بشكل أفضل من خلال استخدام محرك الدفع الكهربائي (PEM)، والذي يعتبر الأكثر هدوءًا بين جميع أنظمة دفع السفن الشائعة اليوم. صحيح، بالنسبة للسفينة السطحية، فإن تقليل المجال الصوتي ليس بنفس أهمية أسطول الغواصات. الشيء هو أن عامل الكشف الرئيسي للسفن السطحية هو الرؤية في الرادار (موجات الراديو تنعكس جيدًا من الهياكل الفوقية والجوانب)، وكذلك مجالات الأشعة تحت الحمراء (تم بناء محطة توليد الكهرباء على أساس محرك الاحتراق الداخلي).

لذلك، بالنسبة للسفن السطحية، يبدو أن التخفيض الأكثر أهمية في المجال الصوتي المائي هو للسفن المتخصصة - السفن المضادة للغواصات (الدوريات). في أغلب الأحيان، يقومون بالبحث عن غواصات العدو بسرعة منخفضة ومتوسطة - لا تزيد عن 15 عقدة (حوالي 28 كم / ساعة) باستخدام أنظمة صوتية مائية مع هوائيات مقطوعة وغاطسة وتحت العارضة. يعتمد نطاق هذه الهوائيات بشكل مباشر على "صور" الاهتزاز والضوضاء للسفينة الحاملة، فكلما انخفضت سرعة السفينة، زادت كفاءة عمل الهوائيات.

نموذج محرك الدفع، تقديم realred.ru

إن انخفاض مستوى الضجيج هو الميزة الرئيسية للمنشآت ذات الدفع الكهربائي. لا يمكن جعل أي محطة طاقة أخرى أقل ضجيجًا من محطة ذات محرك كهربائي. في هذه الحالة، يتم المساهمة بشكل كبير في "خلفية" الضوضاء الإجمالية للسفينة بواسطة عمود المروحة، الذي يرتبط بشكل صارم من خلال علبة التروس بالمحركات الرئيسية. للحد من هذه الضوضاء، يتم استخدام وصلات خاصة. بالإضافة إلى ذلك، يتم نقل اهتزاز المحركات إلى طلاء الهيكل (يتم وضع محركات السفينة وعلب التروس والآليات على أساس متصل بشكل صارم بإطار الهيكل، والذي بدوره متصل بطبقة الهيكل). وهو بدن السفينة الذي يصدر اهتزازات إلى البيئة الخارجية (الماء)، وهذا هو مصدر الضوضاء وهو ما يسمى بالضوضاء الهيكلية. للحد من "الضوضاء الهيكلية"، يمارس على نطاق واسع تثبيت جميع الآليات على ممتصات الصدمات.

في محطات توليد الطاقة ذات الدفع الكهربائي الكامل، لا يرتبط عمود المروحة بأي حال من الأحوال بمصدر الضوضاء الرئيسي (بالنسبة له) - المحرك الرئيسي، لأنه في جميع أوضاع الدفع يتم تدويره فقط بواسطة محرك كهربائي. بالإضافة إلى ذلك، في محطة الطاقة الرئيسية "الكهربائية"، يمكن وضع المولد مع المحرك الرئيسي حتى في البنية الفوقية للسفينة (على سبيل المثال، هذه هي الطريقة التي يتم بها وضع بعض مولدات الديزل في فرقاطات المشروع البريطاني 23) وإزالتها قدر الإمكان من الهيكل الخارجي للسفينة.

صحيح، بسرعة تزيد عن 15 عقدة، تنتهي جميع مزايا الدفع الكهربائي من حيث عدم ضجيج مثل هذه الحركة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المكون الرئيسي للضوضاء تحت الماء (على مسافة ما من السفينة) هو الضجيج الناتج عن تجويف المروحة. لذلك، من المنطقي على السفن الحربية التعامل مع تقليل الضوضاء الصادرة عن محطات الطاقة فقط بسرعات تصل إلى 15 عقدة. لذلك، لا يمكن استخدام الدفع الكهربائي إلا لتزويد السفينة بحركة بحث مناسبة للسفن المضادة للغواصات.

توجد اليوم أمثلة حيث حاول مصممون فرديون تقليل البصمة الصوتية للسفن الحربية عن طريق تقليل طول الأعمدة، بحجة أن مثل هذا الحل يتم تحقيقه من خلال الموضع المناسب لعناصر محطة توليد الطاقة داخل هيكل السفينة الحربية والبنية الفوقية. تم تنفيذ بعض هذه الحلول فعليًا في الممارسة العملية، على سبيل المثال، على المدمرات البريطانية من النوع 45 Daring، والتي تتكون محطة توليد الكهرباء منها من توربيني غاز Rolls-Royce، وزوج من مولدات الديزل Wärtsilä، ومحركات كهربائية Converteam. من عام 2003 إلى عام 2011، تم بناء 6 مدمرات من هذا القبيل لصالح KVMS.

المدمرة من النوع 45 جريئة

في الولايات المتحدة، يجري العمل بنشاط على بناء مدمرات الجيل الجديد الواعدة، المسماة "زوموالت". بدأ العمل في عام 2008، ودخلت السفينة الرائدة في السلسلة الخدمة في أكتوبر 2016. تشتمل محطة توليد الطاقة الخاصة بالسفينة على توربينات غازية ومحركات كهربائية غير متزامنة بقوة 36.5 ميجاوات بجهد تشغيل يبلغ 6600 فولت. ومن المخطط تركيب محرك متزامن فائق التوصيل بدرجة حرارة عالية مع مغناطيس دائم على السفينة الثالثة من طراز DDG-1002 Lyndon سلسلة B. جونسون، قوتها ستكون نفسها 36.5 ميجاوات، وسرعة دوران العمود هي 2 دورة في الثانية. وفي الوقت نفسه، أثبت التشغيل الأولي للمدمرة من الجيل الجديد للعالم أجمع أنها لا تزال غير موثوقة وتعاني من أمراض الطفولة، ويصاحب تشغيلها العديد من الأعطال. لذلك، في 22 نوفمبر 2016، تعطلت محطة توليد الكهرباء للمدمرة زوموالت أثناء مرورها عبر قناة بنما. كان لا بد من سحب السفينة المعطلة إلى القاعدة باستخدام القاطرات الأكثر شيوعًا، والتي لم تكن مثقلة بنوع جديد من محطات توليد الطاقة.

هناك ميزة إيجابية أخرى للدفع الكهربائي، بالإضافة إلى تقليل الضوضاء، وهي زيادة قدرة السفن على المناورة. يتمتع كل من توربين الغاز ومحرك الديزل بحد أدنى من قيمة الطاقة، وبالتالي، هناك حد أدنى من قيمة السرعة المستدامة. بينما بمساعدة محرك كهربائي، يمكنك بسهولة تغيير تردد واتجاه دوران عمود المروحة، وبالتالي سرعة واتجاه حركة السفينة. بفضل هذا، تم استخدام محطة توليد الكهرباء الرئيسية المزودة بمحرك كهربائي لفترة طويلة على تلك السفن التي، حسب غرضها، يجب أن تتمتع بأكبر قدر ممكن من القدرة على المناورة: القاطرات، والعبارات، وكاسحات الجليد، والرافعات العائمة، وما إلى ذلك.

أزيبودات

في المستقبل، قد تكون الميزة الأخرى التي لا شك فيها للدفع الكهربائي للسفن الحربية هي التخلي عن استخدام أعمدة المروحة. منذ عام 1992، بدأ استخدام مجمعات المروحة والدفة (RPCs) المزودة بمحرك دافع مغمور (محرك القرون) على نطاق واسع كمحركات دفع كهربائية (PEM)، حيث تم نقل PPM خارج هيكل السفينة وتثبيته في كبسولة تحت الماء ( شرنقة) ذات خصائص هيدروديناميكية عالية.

Azipod - نظام الدفع القرون السمتي

يتم إنشاء المراوح النموذجية إما باستخدام دفع واحد أو اثنين من البراغي المحورية (الجر والدفع). في بلدنا، الأنظمة الفنلندية الأكثر انتشارًا تحت اسم "Azipod" (Azipod - نظام الدفع القرون السمتي) مع برغي دفع واحد ومحرك بقوة 1.5 إلى 4.5 ميجاوات. المزايا الرئيسية للمروحة هي: القدرة على تدوير الكبسولة في مستوى أفقي بمقدار 360 درجة مرة واحدة، أي عكس اتجاه دوران المروحة بقوة 100٪؛ العمود والقدرة على تشغيل مروحة ذات خطوة ثابتة بسرعات منخفضة (تصل إلى 0.1 من المعتاد). بالإضافة إلى ذلك، يتيح لك VRK تقليل مستوى الاهتزاز والضوضاء في محطة الطاقة بشكل كبير، بالإضافة إلى تركيب معدات الطاقة الكهربائية في الأماكن التي يصعب الوصول إليها لوضع البضائع، وهذا بدوره يسمح للمصممين باستخدام المعدات القابلة للاستخدام مساحة السفينة بشكل أكثر كفاءة.

يُطلق على المصدر الأكثر كفاءة للتيار للمراوح اسم شبكة التيار المتردد، والتي لا تسمح فقط بزيادة كفاءة وموثوقية محطة الطاقة الرئيسية، ولكن أيضًا باستخدام المحركات غير المتزامنة المجهزة بدوار قفص السنجاب والتي لا تحتاج إلى صيانة أثناء التشغيل لقيادة المروحة. من أجل تحسين خصائص البدء للمحرك غير المتزامن، غالبًا ما يتم استخدام الدوارات ذات الفتحة العميقة والقفص المزدوج ذات التصميم الخاص. يمكن ضبط سرعة المروحة في أنظمة تسمى Azipod باستخدام محولات تردد الثايرستور. يؤدي استخدام أنظمة التحكم في المروحة عمليًا إلى زيادة قدرة السفن على المناورة بشكل كبير ويسمح حتى للسفن الكبيرة بالتنقل في الميناء دون مساعدة القاطرات. بالإضافة إلى ذلك، فإن غياب أعمدة المروحة يزيد من الحجم المفيد في بدن السفينة.

ومن المعروف أنه تم استخدام أنظمة الدفع الكهربائية في ناقلة الأسلحة الروسية Akademik Kovalev، التي تم بناؤها في Zvyozdochka CS في سيفيرودفينسك وتم قبولها في الأسطول في ديسمبر 2015. من الميزات الخاصة لسفينة Project 20180TV، التي أنشأها متخصصون من مكتب ألماز المركزي للتصميم البحري، نظام الدفع الخاص بها: مولدات الديزل الخاصة بالسفينة تولد الكهرباء، والتي تعمل على تشغيل المحركات الكهربائية كجزء من مجمعات الدفة القابلة للتوجيه. بفضل وجود نظام مراقبة عسكري على متن السفينة، يتميز نقل الأسلحة هذا بزيادة القدرة على المناورة، ويمكنه الحفاظ على مسار معين في ظروف بحرية كبيرة وحل المهام الموكلة إليه من قبل القيادة البحرية بنجاح. يقوم مركز تصميم Zvezdochka حاليًا ببناء سفينة ثانية في إطار نفس المشروع.

يعتقد الخبراء أن السفن تحت الماء والسطحية ذات الدفع الكهربائي، وهي الأكثر شيوعًا اليوم، لن يتم تحسينها إلا في المستقبل، خاصة مع الأخذ في الاعتبار الاستخدام المتزايد على نطاق واسع لأنظمة المروحة والدفة. وفي الوقت نفسه، في المستقبل، سيصبح الدفع الكهربائي على السفن البحرية في جميع دول العالم واسع الانتشار بشكل متزايد.

مصدر المعلومات:
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
Tseluiko I.G. تطوير الدفع الكهربائي للأساطيل العسكرية في العالم // عالم شاب. - 2012. - رقم 4. - ص 54-57.

إن احتمال تجهيز السفن الحربية في المستقبل بأسلحة مبنية على مبادئ فيزيائية جديدة يساهم في الاهتمام المتزايد للبحارة العسكريين بموضوع الدفع الكهربائي. تبدو الفكرة، التي تتضمن دمج محطة توليد الطاقة الخاصة بالسفينة وأسلحتها في دائرة واحدة تعتمد على الطاقة الكهربائية، مغرية للغاية. وهذا يعني أن هذا الموضوع يدرس بشكل متزايد من قبل المهندسين والمصممين، بما في ذلك شركات بناء السفن الروسية.

يمكن تسمية أنظمة الأسلحة المبنية على مبادئ فيزيائية جديدة، على وجه الخصوص، بالأنظمة الواعدة التي تستخدم النبض الكهرومغناطيسي لتعطيل أنظمة الرادار والراديو والرقمية وأجهزة الكمبيوتر الخاصة بسفن العدو بشكل مؤقت أو حتى دائم. بالإضافة إلى ذلك، يبدو من الممكن استخدام كهرباء السفينة لإطلاق وتسريع مقذوف (مدفع كهرومغناطيسي). ولا ينبغي للمرء أن ينسى فقط أن جميع هذه الأنظمة تتطلب احتياطيات كبيرة جدًا من الطاقة الكهربائية على متن السفينة، فضلاً عن القدرة على استعادتها أو الحفاظ عليها عند المستوى المطلوب دون دخول السفينة إلى القاعدة.

في الوقت الحاضر، تُستخدم المحركات الكهربائية في السفن الحربية كجزء من محطة الطاقة الرئيسية وكقوة دفع مساعدة. نظرًا لأن المحركات الحديثة عالية السرعة، فمن الضروري وضع ترس تخفيض بينها وبين المروحة، حيث يمكن أن يصل فقدان الطاقة فيها إلى 2٪. وفي حالة النظام الكهربائي، من الضروري استخدام محولات التردد والمولدات ذات الكفاءة الإجمالية أقل من 90%. وهذا أقل من النظام "الميكانيكي البحت" (مثل توربينات الغاز ووحدة التروس التوربينية الرئيسية). ولذلك، من الناحية الاقتصادية، يبدو الدفع الكهربائي غير مربح.

في وقت واحد، أعطى اختراع محرك الدفع الكهربائي قفزة حادة إلى حد ما في التطوير الكامل لبناء السفن تحت الماء، بينما فيما يتعلق بالسفن القتالية السطحية، فإنه يحل المشكلات المساعدة فقط. وعلى الرغم من ذلك، فإن المتحمسين للاستخدام الأوسع لـ "القوة الكهرومغناطيسية" في البحرية لا يختفون. وفي محاولة لإثارة الاهتمام بهذا الموضوع، قاموا بإدخال مصطلحات جديدة، على سبيل المثال، "الاستخدام الموسع للدفع الكهربائي".

لا يمكن تحقيق الدفع الكهربائي الكامل إلا عندما يتم تشغيل المروحة (أو أي جهاز دفع آخر) في جميع أوضاع حركة السفينة بواسطة محرك كهربائي فقط. إذا كانت هناك مصادر طاقة ميكانيكية على متن السفينة (التوربينات، محرك الديزل، وما إلى ذلك) التي لديها القدرة على تدوير عمود المروحة (في أغلب الأحيان بسرعات عالية)، فيمكننا التحدث عن "الدفع المباشر بمحرك كهربائي مساعد، " أو "الحركة الكهربائية الجزئية".

"الدفع الكهربائي الكامل"، الذي يعتمد على تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية ومن ثم العودة إلى طاقة ميكانيكية، يقلل من الكفاءة الإجمالية. يجب أن يؤخذ ذلك في الاعتبار من قبل كل من شركات بناء السفن والبحارة. ويبدو أن الظهور المتوقع للمدافع الكهرومغناطيسية (على الفرقاطات والطرادات والمدمرات) والمقاليع (على حاملات الطائرات) سيجعل بعض فقدان الطاقة الذي يحدث أثناء تحويلها من نوع إلى آخر مبررًا وممكنًا.

بطاريات ليثيوم أيون للغواصات

فيما يتعلق بالاتجاه العام نحو زيادة استهلاك الطاقة من قبل أنظمة السفن المختلفة (بما في ذلك الرادار ونظام التحكم والسونار وغيرها)، يحتاج المصممون إلى الاهتمام أكثر فأكثر بمسألة توليد وتخزين الكهرباء. وفي هذا الصدد، تعمل دول العالم المتقدمة علمياً وتكنولوجياً بنشاط كبير على إنشاء بطاريات ليثيوم أيون ذات قدرة متزايدة. هناك بعض النجاحات في هذا المجال في روسيا أيضًا.

تجدر الإشارة إلى أن بطارية الليثيوم أيون نفسها (Li-ion) أطلقتها شركة Sony لأول مرة في عام 1991، ولكن لفترة طويلة تم استخدام هذه البطاريات فقط في القطاع المدني. أصبح هذا النوع من البطاريات منتشرًا الآن على نطاق واسع في جميع الأجهزة المنزلية والإلكترونيات، كما أنه يجد تطبيقًا كجهاز تخزين الطاقة في أنظمة الطاقة المختلفة وكمصدر للطاقة في السيارات الكهربائية. اليوم هو النوع الأكثر شيوعًا من البطاريات لأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف المحمولة وكاميرات الفيديو الرقمية والكاميرات والمركبات الكهربائية.

تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بسجل حافل من الأداء، ولكن حتى وقت قريب لم يكن هناك أي استخدام لها في البحرية. على الرغم من أن هذه البطاريات تتمتع بعدد من المزايا المهمة مقارنة بالبطاريات الحمضية الكلاسيكية، بما في ذلك القدرة على تحمل زيادة التفريغ وتيارات الشحن، وزيادة السعة، ودورة حياة أطول، وانخفاض تكاليف التشغيل، وما إلى ذلك.

وبطبيعة الحال، كل هذا لا يمكن أن يبقى بمعزل عن مصممي المعدات البحرية. على سبيل المثال، في نهاية عام 2014، أعلن مكتب التصميم المركزي الروسي روبين، المتخصص في تصميم الغواصات والمكتب الرائد لبناء السفن تحت الماء في بلدنا، عن الانتهاء بنجاح من دورة اختبار بطاريات الليثيوم أيون الجديدة المخصصة لغير الغواصات. الغواصات النووية. وصرح المدير العام لمكتب التصميم المركزي في روبين، إيغور فيلنيت، للصحفيين بهذا الأمر في ذلك الوقت. تعمل هذه البطاريات على زيادة استقلالية الغواصات بشكل كبير، ولها عمر خدمة طويل، كما أنها لا تتطلب معدات معقدة للصيانة والتشغيل.

في الوقت نفسه، يستخدم الأسطول الروسي بطاريات قابلة لإعادة الشحن، وعمرها محدود، ويمكن أن يصل سعرها، بحسب الخبراء، إلى 300 مليون روبل. وبحسب أندريه دياتشكوف، الرئيس السابق لمكتب التصميم المركزي في روبين، فإن بطاريات الليثيوم أيون الحديثة ستزيد من وقت بقاء الغواصات تحت الماء بما لا يقل عن 1.4 مرة، في حين أن إمكانات هذه الفكرة التقنية لا تستخدم حاليا إلا بنسبة 35-40%، ذكرت وكالة ريا نوفوستي.

الاتجاه واعد للأسطول، وقد لوحظ هذا منذ فترة طويلة في جميع أنحاء العالم. وفقًا لموقع shephardmedia.com، في مارس 2020، ستقوم قوات الدفاع الذاتي البحرية اليابانية بتشغيل أول غواصة غير نووية في العالم (الحادية عشرة في سلسلة الغواصات من فئة Soryu)، والتي ستتلقى بطاريات ليثيوم أيون. وهذا سيسمح لليابانيين بالتخلي عن استخدام ليس فقط بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية في الغواصات، ولكن أيضًا محركات ستيرلينغ المستقلة عن الهواء.

الغواصة اليابانية غير النووية SS 503 Hakuryū من فئة Soryu.

ووفقا لنائب الأدميرال المتقاعد ماساو كوباياشي، فإن استخدام بطاريات الليثيوم أيون "يجب أن يغير بشكل كبير أداء الغواصات غير النووية". توفر هذه البطاريات للغواصات مدة إبحار تحت الماء يمكن مقارنتها بمدة الإبحار عند استخدام محطات الطاقة المستقلة عن الهواء (VNEU) بسرعات منخفضة؛ ومع ذلك، نظرًا لقدرتها العالية، يمكنها توفير مدة إبحار طويلة إلى حد ما تحت الماء بسرعات عالية. وهو أمر مهم بشكل خاص للغواصات عندما تقوم بالهجوم أو عند الهروب من العدو. علاوة على ذلك، على عكس VNEU، فإن الغواصة قادرة على تجديد احتياطي الطاقة باستمرار في بطاريات الليثيوم أيون عن طريق إعادة شحن البطاريات باستخدام جهاز RDP (جهاز لتشغيل المحرك تحت الماء).

وفقًا لنائب الأدميرال كوباياشي، تتمتع بطاريات الليثيوم أيون أيضًا بأوقات إعادة شحن أقصر مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية نظرًا لارتفاع تيار الشحن. كما أن هذه البطاريات أكثر متانة، كما أن الدوائر الكهربائية التي تستخدمها أسهل في بناء الشبكات الكهربائية والتحكم فيها. الوجه الآخر للعملة هو التكلفة العالية لبطاريات الليثيوم أيون. وبذلك يبلغ سعر عقد الغواصة الحادية عشرة من فئة سوريو 64.4 مليار ين (نحو 566 مليون دولار)، مقابل 51.7 مليار ين (454 مليون دولار) للغواصة العاشرة من نفس النوع. سيكون الفرق الكامل في سعر الغواصات تقريبًا بسبب بطاريات الليثيوم أيون والأنظمة الكهربائية ذات الصلة.

استخدام محركات الدفع

بالنسبة للبحارة العسكريين، يعد تقليل علامات الكشف أمرًا مهمًا للغاية. يتم تسهيل ذلك بشكل أفضل من خلال استخدام محرك الدفع الكهربائي (PEM)، والذي يعتبر الأكثر هدوءًا بين جميع أنظمة دفع السفن الشائعة اليوم. صحيح، بالنسبة للسفينة السطحية، فإن تقليل المجال الصوتي ليس بنفس أهمية أسطول الغواصات. الشيء هو أن عامل الكشف الرئيسي للسفن السطحية هو الرؤية في الرادار (موجات الراديو تنعكس جيدًا من الهياكل الفوقية والجوانب)، وكذلك مجالات الأشعة تحت الحمراء (تم بناء محطة توليد الكهرباء على أساس محرك الاحتراق الداخلي).

لذلك، بالنسبة للسفن السطحية، يبدو أن التخفيض الأكثر أهمية في المجال الصوتي المائي هو للسفن المتخصصة - السفن المضادة للغواصات (الدوريات). في أغلب الأحيان، يقومون بالبحث عن غواصات العدو بسرعة منخفضة ومتوسطة - لا تزيد عن 15 عقدة (حوالي 28 كم / ساعة) باستخدام أنظمة صوتية مائية مع هوائيات مقطوعة وغاطسة وتحت العارضة. يعتمد نطاق هذه الهوائيات بشكل مباشر على "صور" الاهتزاز والضوضاء للسفينة الحاملة، فكلما انخفضت سرعة السفينة، زادت كفاءة عمل الهوائيات.

نموذج هيد

إن انخفاض مستوى الضجيج هو الميزة الرئيسية للمنشآت ذات الدفع الكهربائي. لا يمكن جعل أي محطة طاقة أخرى أقل ضجيجًا من محطة ذات محرك كهربائي. في هذه الحالة، يتم المساهمة بشكل كبير في "خلفية" الضوضاء الإجمالية للسفينة بواسطة عمود المروحة، الذي يرتبط بشكل صارم من خلال علبة التروس بالمحركات الرئيسية. للحد من هذه الضوضاء، يتم استخدام وصلات خاصة. بالإضافة إلى ذلك، يتم نقل اهتزاز المحركات إلى طلاء الهيكل (يتم وضع محركات السفينة وعلب التروس والآليات على أساس متصل بشكل صارم بإطار الهيكل، والذي بدوره متصل بطبقة الهيكل). وهو بدن السفينة الذي يصدر اهتزازات إلى البيئة الخارجية (الماء)، وهذا هو مصدر الضوضاء وهو ما يسمى بالضوضاء الهيكلية. للحد من "الضوضاء الهيكلية"، يمارس على نطاق واسع تثبيت جميع الآليات على ممتصات الصدمات.

في محطات توليد الطاقة ذات الدفع الكهربائي الكامل، لا يرتبط عمود المروحة بأي حال من الأحوال بمصدر الضوضاء الرئيسي (بالنسبة له) - المحرك الرئيسي، لأنه في جميع أوضاع الدفع يتم تدويره فقط بواسطة محرك كهربائي. بالإضافة إلى ذلك، في محطة الطاقة الرئيسية "الكهربائية"، يمكن وضع المولد مع المحرك الرئيسي حتى في البنية الفوقية للسفينة (على سبيل المثال، هذه هي الطريقة التي يتم بها وضع بعض مولدات الديزل في فرقاطات المشروع البريطاني 23) وإزالتها قدر الإمكان من الهيكل الخارجي للسفينة.

صحيح، بسرعة تزيد عن 15 عقدة، تنتهي جميع مزايا الدفع الكهربائي من حيث عدم ضجيج مثل هذه الحركة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن المكون الرئيسي للضوضاء تحت الماء (على مسافة ما من السفينة) هو الضجيج الناتج عن تجويف المروحة. لذلك، من المنطقي على السفن الحربية التعامل مع تقليل الضوضاء الصادرة عن محطات الطاقة فقط بسرعات تصل إلى 15 عقدة. لذلك، لا يمكن استخدام الدفع الكهربائي إلا لتزويد السفينة بحركة بحث مناسبة للسفن المضادة للغواصات.

توجد اليوم أمثلة حيث حاول مصممون فرديون تقليل البصمة الصوتية للسفن الحربية عن طريق تقليل طول الأعمدة، بحجة أن مثل هذا الحل يتم تحقيقه من خلال الموضع المناسب لعناصر محطة توليد الطاقة داخل هيكل السفينة الحربية والبنية الفوقية. تم تنفيذ بعض هذه الحلول فعليًا في الممارسة العملية، على سبيل المثال، في الحلول البريطانية، التي تتكون محطة توليد الكهرباء منها من توربينات غاز رولز رويس، وزوج من مولدات الديزل Wärtsilä، ومحركات كهربائية Converteam. من عام 2003 إلى عام 2011، تم بناء 6 مدمرات من هذا القبيل لصالح KVMS.

المدمرة من النوع 45 جريئة

في الولايات المتحدة، تم تصميم بناء مدمرات الجيل الجديد الواعدة . بدأ العمل في عام 2008، ودخلت السفينة الرائدة في السلسلة الخدمة في أكتوبر 2016. تشتمل محطة توليد الطاقة الخاصة بالسفينة على توربينات غازية ومحركات كهربائية غير متزامنة بقوة 36.5 ميجاوات بجهد تشغيل يبلغ 6600 فولت. ومن المخطط تركيب محرك متزامن فائق التوصيل بدرجة حرارة عالية مع مغناطيس دائم على السفينة الثالثة من طراز DDG-1002 Lyndon سلسلة B. جونسون، قوتها ستكون نفسها 36.5 ميجاوات، وسرعة دوران العمود هي 2 دورة في الثانية.

وفي الوقت نفسه، أثبت التشغيل الأولي للمدمرة من الجيل الجديد للعالم أجمع أنها لا تزال غير موثوقة وتعاني من أمراض الطفولة، ويصاحب تشغيلها العديد من الأعطال. لذلك، في 22 نوفمبر 2016، تعطلت محطة توليد الكهرباء للمدمرة زوموالت أثناء مرورها عبر قناة بنما. كان لا بد من سحب السفينة المعطلة إلى القاعدة باستخدام القاطرات الأكثر شيوعًا، والتي لم تكن مثقلة بنوع جديد من محطات توليد الطاقة.

هناك ميزة إيجابية أخرى للدفع الكهربائي، بالإضافة إلى تقليل الضوضاء، وهي زيادة قدرة السفن على المناورة. يتمتع كل من توربين الغاز ومحرك الديزل بحد أدنى من قيمة الطاقة، وبالتالي، هناك حد أدنى من قيمة السرعة المستدامة. بينما بمساعدة محرك كهربائي، يمكنك بسهولة تغيير تردد واتجاه دوران عمود المروحة، وبالتالي سرعة واتجاه حركة السفينة. بفضل هذا، تم استخدام محطة توليد الكهرباء الرئيسية المزودة بمحرك كهربائي لفترة طويلة على تلك السفن التي، حسب غرضها، يجب أن تتمتع بأكبر قدر ممكن من القدرة على المناورة: القاطرات، والعبارات، وكاسحات الجليد، والرافعات العائمة، وما إلى ذلك.

أزيبودات

في المستقبل، قد تكون الميزة الأخرى التي لا شك فيها للدفع الكهربائي للسفن الحربية هي التخلي عن استخدام أعمدة المروحة. منذ عام 1992، بدأ استخدام مجمعات المروحة والدفة (RPCs) المزودة بمحرك دافع مغمور (محرك القرون) على نطاق واسع كمحركات دفع كهربائية (PEM)، حيث تم نقل PPM خارج هيكل السفينة وتثبيته في كبسولة تحت الماء ( شرنقة) ذات خصائص هيدروديناميكية عالية.

Azipod - نظام الدفع القرون السمتي

يتم إنشاء المراوح النموذجية إما باستخدام دفع واحد أو اثنين من البراغي المحورية (الجر والدفع). في بلدنا، الأنظمة الفنلندية الأكثر انتشارًا تحت اسم "Azipod" (Azipod - نظام الدفع القرون السمتي) مع برغي دفع واحد ومحرك بقوة 1.5 إلى 4.5 ميجاوات. المزايا الرئيسية للمروحة هي: القدرة على تدوير الكبسولة في مستوى أفقي بمقدار 360 درجة مرة واحدة، أي عكس اتجاه دوران المروحة بقوة 100٪؛ العمود والقدرة على تشغيل مروحة ذات خطوة ثابتة بسرعات منخفضة (تصل إلى 0.1 من المعتاد). بالإضافة إلى ذلك، يتيح لك VRK تقليل مستوى الاهتزاز والضوضاء في محطة الطاقة بشكل كبير، بالإضافة إلى تركيب معدات الطاقة الكهربائية في الأماكن التي يصعب الوصول إليها لوضع البضائع، وهذا بدوره يسمح للمصممين باستخدام المعدات القابلة للاستخدام مساحة السفينة بشكل أكثر كفاءة.

يُطلق على المصدر الأكثر كفاءة للتيار للمراوح اسم شبكة التيار المتردد، والتي لا تسمح فقط بزيادة كفاءة وموثوقية محطة الطاقة الرئيسية، ولكن أيضًا باستخدام المحركات غير المتزامنة المجهزة بدوار قفص السنجاب والتي لا تحتاج إلى صيانة أثناء التشغيل لقيادة المروحة. من أجل تحسين خصائص البدء للمحرك غير المتزامن، غالبًا ما يتم استخدام الدوارات ذات الفتحة العميقة والقفص المزدوج ذات التصميم الخاص. يمكن ضبط سرعة المروحة في أنظمة تسمى Azipod باستخدام محولات تردد الثايرستور. يؤدي استخدام أنظمة التحكم في المروحة عمليًا إلى زيادة قدرة السفن على المناورة بشكل كبير ويسمح حتى للسفن الكبيرة بالتنقل في الميناء دون مساعدة القاطرات. بالإضافة إلى ذلك، فإن غياب أعمدة المروحة يزيد من الحجم المفيد في بدن السفينة.

ومن المعروف أنه تم استخدام أنظمة الدفع الكهربائية في ناقلة الأسلحة الروسية Akademik Kovalev، التي تم بناؤها في Zvyozdochka CS في سيفيرودفينسك وتم قبولها في الأسطول في ديسمبر 2015. من الميزات الخاصة لسفينة Project 20180TV، التي أنشأها متخصصون من مكتب ألماز المركزي للتصميم البحري، نظام الدفع الخاص بها: مولدات الديزل الخاصة بالسفينة تولد الكهرباء، والتي تعمل على تشغيل المحركات الكهربائية كجزء من مجمعات الدفة القابلة للتوجيه. بفضل وجود نظام مراقبة عسكري على متن السفينة، يتميز نقل الأسلحة هذا بزيادة القدرة على المناورة، ويمكنه الحفاظ على مسار معين في ظروف بحرية كبيرة وحل المهام الموكلة إليه من قبل القيادة البحرية بنجاح. يقوم مركز تصميم Zvezdochka حاليًا ببناء سفينة ثانية في إطار نفس المشروع.

يعتقد الخبراء أن السفن تحت الماء والسطحية ذات الدفع الكهربائي، وهي الأكثر شيوعًا اليوم، لن يتم تحسينها إلا في المستقبل، خاصة مع الأخذ في الاعتبار الاستخدام المتزايد على نطاق واسع لأنظمة المروحة والدفة. وفي الوقت نفسه، في المستقبل، سيصبح الدفع الكهربائي على السفن البحرية في جميع دول العالم واسع الانتشار بشكل متزايد.