اولین شناور نظامی تمام برقی؛ قسمت چهارم

اسکات لیتل فیلد و آنتونی نیکنس دفتر تحقیقات نیروی دریایی

15 فوریه 2005

نیروی دریایی آینده

همانگونه که به پیشرفت مداوم "تحقیقات و توسعه" در سیستمهای قدرت و کنترل الکترونیکی و سلولهای سوختی اشاره شد، بیشتر کارهای اساسی قبل از اینکه رویای کشتی جنگی تمام برقی بخواهد به حقیقت بپیوندد باقی مانده اند. از میان حوزه های فنی که چالشی برای مهندسان و محققان دفتر تحقیقات نیروی دریایی  بوجود آورده اند جستجوی راهی برای ساخت یک سیستم یکپارچه قدرت قابل نصب در کشتی هاست.

کنترل کننده پیشرانه موتوری پیشرفته احتمالا بی صداتر،  قدرتمندتر، با پنهای باند بالاتر، باکارآیی بالاتر و با مصونیت بیشتر در برابر خطاها ساخته خواهد شد.

سلاح انرژی جنبشی و موشک اندازهای پیشرفته ، در مفهوم، قادرخواهند بود 6 تا 12 گلوله را با انرژی جنبشی 20مگاژول تا فاصله 200 گره دریایی پرتاب کنند. کلید برتری "تفنگهای مغناطیسی" کاهش وزن گلوله ها، عدم نیاز به باروت، پیشرانه های راکتی، کلاهکهای با قدرت انفجاری بالا و احتمالا ظرفیت بالاتر ذخیره کردن آنها می باشد.

سلاح های انرژی مستقیم ، شامل لیزرهای قدرت بالا، توانایی این را دارند تا یک نیروی کشنده را با سرعت نور به دشمن وارد کنند. اما هر دو نوع لیزرهای حالت جامد و الکترون آزاد به یک منبع قدرت انرژی الکتریکی عظیم نیاز دارند که تنها یک کشتی جنگی تمام برقی می تواند آن را تأمین کند.

ذخیره سازهای برق برای مجموعه یکپارچه تفنگهای مغناطیسی، سلاح های لیزری، پرتابگرهای برقی، حسگرهای قدرت بالا و شتابگیری در وضعیت جنگی یک عنصر حیاتی محسوب می شوند. بسته به نوع تجهیزات نصب شده بر روی شناور، انواع خازنها، باتری ها، میل لنگها و حتی ذخیره سازهای مغناطیسی فوق هادی می توانند مورد استفاده قراربگیرند.

ژنراتورهای برقی پیشرفته می توانند از تکنولوژی فوق هادی یا ژنراتورهای سرعت بالا برای افزایش توان تولید شده و کاهش وزن و حجم دستگاه تا 50% استفاده کنند. برای کشتی ها می تواند از ژنراتورهایی با توان 10 تا 30 مگاوات استفاده کرد.

تصویر7- سوپرموتور. یک ژنراتور فوق هادی به قدرت 5 مگاوات که توسط شرکت فوق هادی آمریکا و آلستوم ساخته شده و از 30 کیلوگرم هلیوم برای سرد کردن آن استفاده شده است. ولتاژ خروجی آن 2400 ولت سه فاز بوده و سرعت نامی آن 230 دور بر دقیقه می باشد. آزمایش قدرت کامل آن برای ابتدای سال 2005 برنامه ریزی شده است.

عملگرهای الکتریکی (actuator) اجازه می دهند تا تجهیزات هیدرولیک و پنوماتیک از روی کشتی جمع آوری شوند که به صورت معنی داری هزینه تعمیرات و نگهداری را پایین خواهد آورد. این عملگرها کاملا مجتمع و با صرفه خواهند بود و پیکربندی سیستمهای قدرت و کنترل آسیب را در کشتی های آینده بازسازی خواهند کرد.

مترجم رضاکیانی موحد

منبع

http://www.powermag.com/renewables/synfuel/Roadmap-for-the-all-electric-warship_1044_p4.html

آزمایش موتور فوق هادی نیروی دریایی آمریکا با بارکامل

شرکتهای "فوق هادی آمریکا"(AMSC) و "نورث روپ-گرومن" اعلام کردند که در ماه ژانویه 2009 یک آزمایش با بارکامل را بر روی اولین موتور الکتریکی مجهزشده به فوق هادی جهان را انجام دادند.

این موتور با قدرت 36.5 مگاوات از فوق هادی های مخصوص حرارت بالا high-temperature superconductor (HTS)استفاده می کند و به عنوان پیشرانه کشتی ها و زیردریایی نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا ساخته شده است. آزمایش مذکور بنا به اطلاعات سازندگان آن موفقیت آمیز بوده است.

آزمایش موتور الکتریکی جدید ، با قدرت 49000 اسب بخار، در یکی از آزمایشگاه های نیروی دریایی در فیلادلفیا صورت گرفته است. سیم پیچ های ساخته شده از مواد فوق هادی می توانند جریانی 150 برابر سیم پیچ های معمولی با سطح مقطه مشابه خود را عبور دهند. این تفاوت سبب شده تا موتور جدید (با توان خروجی برابر) حجمی کمتر از نصف موتورهای معمولی ،که بر روی دو بدنه اولیه شناورهای دی.دی.جی1000 نصب شدند، داشته باشد. نصب این موتور 200 تن از وزن شناور می کاهد و فضایی که در اثر استفاده از آن آزاد می شود را می توان برای نصب سایر تجهیزات و جنگ افزارها در نظر گرفت. صرفه جویی سوخت حاصل از این تغییرات در حدود 1 میلیون دلار تخمین زده می شود.

موتورهای اچ.تی.اس تحت یک مقاطعه بین "دفتر تحقیقات نیروی دریایی" و شرکتهای "فوق هادی آمریکا" و "نورث روپ گرومن" طراحی و توسعه یافته اند تا ارزش بی نظیر این تکنولوژی به عنوان پیشرانه شناورهای نظامی آینده آمریکا اثبات شود. این دو شرکت براساس یک موافقتنامه عادی تجاری همکاری می کنند که در طی آن شرکت "فوق هادی آمریکا" مسئول اصلی مرحله تحقیق و توسعه می باشد.

در سال 2008، نیروی دریایی این کشور با موفقیت یک سیستم اچ.تی.اس متفاوت ،با سیم پیچ های مغناطیس زدایی شده، را بر روی ناوشکن "یو.اس.اس هیگینز" نصب و آزمایش کرد. این موتور ، که از سیمها و سیم پیچهای ساخت شرکت "فوق هادی آمریکا" استفاده می کرد، باید یک آزمایش 2 ساله را در طی سفرهای دریایی "هیگینز" از سربگذراند. این موتورها نیز می توانند کاهش معنی داری در وزن شناورهای رزمی ایجادکنند.

دان مک گاهن ، معاون مدیر عامل "فوق هادی آمریکا" می گوید:" آزمایش موفقیت آمیز بار کامل موتور جدید ما فصل جدیدی را در تکنولوژی پیشرانه کشتی ها گشود. این موتور یک تغییر اساسی در اندازه، توانایی حرکت پنهان، پشتیبانی و بقاپذیری شناورهای ما ایجاد می کند و یک برتری آشکار در سالهای آتی به این نیرو می بخشد."

نیروی دریایی آمریکا تا کنون بیش از 100 میلیون دلار در راه توسعه موتورهای اچ.تی.اس هزینه کرده است. این موتورها را می توان در کشتی های تجاری، اقیانوس پیما یا تانکرها نیز بکارگرفت.

بر اساس محاسبات شرکت "فوق هادی آمریکا" موتورهای اچ.تی.اس می توانند همچنین برای نیروگاه های تولید برق با انرژی های جدید بکارگرفته شوند. انتظار می رود توربینهای بادی که از این تکنولوژی استفاده می کنند کوچکتر، سبکتر و کارآتر از سیستمهای فعلی باشند. این امر هزینه نیروگاه های بادی مخصوصا نیروگاه های فلات قاره ای را کمتر می کند.

تکنولوژی اچ.تی.اس امروزه توانایی های خود را در شبکه انتقال "لانگ ایسلند" نشان داده اند. این پروژه اولین کاربرد کابلهای فوق هادی در یک شبکه انتقال و در ولتاژ نامی شبکه بود. این خط 2000 فوتی با تجهیزات ویژه سرمازایی می تواند 5 برابر کابلهای معمولی مسی توان را انتقال دهد در حالیکه هیچ تلفات جدی را به خط تحمیل نمی کند. آن گونه که دفتر "انتقال و اعتماد انرژی الکتریکی" دپارتمانت انرژی ذکر می کند توسعه کابلهای فوق هادی زیرخاکی می تواند به صورت بالقوه ایجاد یک "شاهراه برقی" را در پی داشته باشد و این کابلها همان نقشی را بازی کنند که "فیبرهای نوری" در حوزه انتقال اطلاعات داشته اند.

مقایسه یک موتور با سیم پیچهای فوق هادی (سمت راست) با یک موتور معمولی به همان قدرت(سمت چپ)

مترجم: رضاکیانی موحد

منبع:

http://www.powermag.com/issues/departments/global_monitor/Superconductor-Motor-for-Navy-Passes-Full-Power-Test_1759.html