اولین شناور نظامی تمام برقی؛ قسمت اول

اسکات لیتل فیلد و آنتونی نیکنس دفتر تحقیقات نیروی دریایی

15 فوریه 2005

کشتی 19360 تنی یو.اس.اس ژوپیتر اولین نتیجه علاقه نیروی دریایی آمریکا به نیروی محرکه الکتریکی بود. ژوپیتر دارای یک پیشرانه آزمایشی بود که بعدها به صورتی گسترده در نبردناوی ساخته شده در دهه های 1910 و 1920 بکارگرفته شد. به عنوان مثال، نبردناو 36000 تنی یو.اس.اس نیومکزیکو ،که در سال 1918 به خدمت پیوست، اولین نبردناو از سه فروند نبردناوی بود که از موتور الکتریکی استفاه می کرندد.  پیشرانه نیومکزیکو عبارت بود از 4 دستگاه توربین بخار که به وسیله 6 دستگاه دیگ بخار نیرویی برابر با 40000 اسب بخار تولید می کرد و می توانست سرعت نبردناو را به 21.5 گره دریایی برساند. در طی همان دوره، چند کلاس مختلف از ناوشکن ها و زیردریایی های دیزلی با موتورهای جریان مستقیم ،که مستقیما به پروانه های شناور متصل شده بودند، ساخته شدند.

 

تصویر1- اولین شناور نیروی دریایی آمریکا با موتور الکتریک یو.اس.اس ژوپیتر (بعدها به یو.اس.اس لانگلی تغییر نام داد).

در آن زمان، به موتورهای الکتریکی به عنوان نسل بعدی پیشرانه ها (در برابر موتورهای بخار با دور پایین که در ابتدای قرن ناوگان سفید را بوجود آوردند) نگریسته می شد. تولید توربینهای بخار با دور بالا در ابتدای قرن بیستم به این معنی بود که برای انتقال نیروی تولید شده به محورهای کشتی یا باید از یک جعبه دنده کاهنده یا یک موتور الکتریکی استفاده کرد. پیشرفتهای ساخت جعبه دنده ها سب شد تا طراحان کشتی ها به سیستمهای اتصال مستقیم پیشرانه متمایل شوند چرا که موتورهای الکتریکی آن زمان بزرگتر، سنگین تر، با بازده کمتر و از نظر تعمیرات پرهزینه تر از جبعه دنده های مکانیکی بودند. به هرحال، در طول جنگ جهانی دوم کمبود ظرفیت کارخانه های جعبه دنده سازی سبب شد تا در تعدادی از کشتی های جنگی آمریکا موتورهای الکتریکی نصب شوند.

علاقه به این موتورها پس از پایان جنگ به دلیل توسعه پیشرانه هسته ای و توربینهای گازی کاهش یافت. امروزه، غیر از ناوهای هواپیمابر با پیشرانه هسته ای، کشتی های جنگی نوعا یک جفت توربین گازی ال.ام2500 ساخت جنرال الکتریک دارند که از طریق یک کلاچ اس.اس.اس به یک جعبه دنده کاهنده مشترک وصل شده اند. این کلاچها 50000 اسب بخار را به محورهای کشتی منتقل می کنند با یک پروانه با زاویه گام قابل تغییر در آب حرکت می کند. بعضی از شناورها به 100000 اسب بخار بر روی محور نیازدارند تا وزن 10000 تنی خود را به سرعت بیش از 30 گره دریایی در دریا برانند اگرچه بیشتر کشتی های جنگی 90 درصد عمر خود را تنها با یک یا دو موتور سرمی کننند. چون افزایش قدرت با توان دوم افزایش سرعت نسبت دارد هر کشتی چند موتور اضافی دارد تا زمانی که باید از منطقه خطر فرار کنند و نیاز به سرعت بیشتر دارند از آنها استفاده کنند.

بار الکتریکی نوعی کشتی های نظامی (شامل چراغ ها و سلاح ها) به وسیله سه توربین گازی آلیسک 501 (موسوم به اس.اس.تی.جی) که هرکدام به وسیله بازیافت حرارت آبهای داغ تولید شده تقویت می شوند تأمین می شود.

احیای کشتی های برقی

با آغاز دهه 1970 توانایی ساخت قطعات الکترونیکی و کلیدهای حالت جامد سریعتر و موتورهای جریان متناوب سنکرون پرقدرت سبب شد تا نیروی دریایی دوباره به کشتی های تمام برقی علاقمند شود. در گذشته، طراحان کشتی به وسیله فشارهای تعیین محل نصب ماجولهای پیشرانه در فشار بودند. محل پروانه های کشتی به گونه ای بود که باید محور کشتی در وسط قرار می گرفت و به ناچار توربینهای گازی به صورت عمودی در کشتی نصب می شدند. به خاطر قابلیت بقای بیشتر یک ماجول در سینه و دیگری در پاشنه کشتی نصب می شدند. به صورتی معنی دار، کشتی های تمام برقی طراحان را از مکان یابی توربینهای گازی آزادکرده است و درنتیجه آنها می توانند وزن و تعادل کشتی را بهینه کنند. توربوژنراتورها با استفاده از کابل و قطعات پرسرعت الکترونیک به موتورهای الکتریکی پیشرانه نصب شده اند.

یک طرح تکمیل شده کشتی جنگی تمام برقی یک پریز دیواری برای تمامی تکنولوژی های آینده مانند توپهای برقی، لیزرهای پرقدرت، حسگرهای قدرتمند و پهپهادهای شناسایی محسوب می شود. چنین طرحی به صورتی مهیج توانایی های رزمی و انعطاف پذیری کشتی را بهبود می بخشد. به علاوه برای کاهش هزینه های عملیاتی و نگهداری، کشتی می تواند بقاپذیری بیشتری داشته باشد چرا که تولید نیرو می تواند در کشتی پخش شود. یک سیستم یکپارچه قدرت همچنین بازده بیشتری دارد که با مشخصات نوعی یک عملیات رزمی بیشتر مطابقت دارد: سرعت بالا در عملیات و کاهش سرعت در هنگام گشت زنی. 

  

تصویر2- شوک آینده- کشتی جنگی تمام برقی

مترجم: رضاکیانی موحد 

منبع: 

http://www.powermag.com/renewables/synfuel/Roadmap-for-the-all-electric-warship_1044.html