В вооруженных силах капиталистических государств электроагрегаты подразделяются на три группы: А — тактические, В — многоцелевые и С — стратегические. В первую входят электроагрегаты, мощность которых находится в пределах 0,05—5 кВт (рис. 1). В связи с тем что эти источники предназначены для снабжения войск в тактической зоне боевых действий, к ним предъявляются повышенные требования в отношении удельной мощности (22,7 кВт/кг), весу, размерам, транспортабельности и бесшумности работы.
Рис. 1. Американский дизельный электроагрегат мощностью 5 кВт
Вторая группа объединяет агрегаты мощностью 5—300 кВт, которые применяются для электроснабжения крупных пунктов управления (армейского корпуса, армии, группы армий), ремонтно-технических частей, районов сосредоточения тыловых подразделений и т. п. (рис. 2.). К третьей группе относятся агрегаты мощностью более 300 кВт. Они предназначены для снабжения удаленных от источников электроэнергии авиационных, ракетных и других баз. Главное требование к источникам последних двух групп — длительный срок службы (более 6000 ч).
Рис. 2. Английский дизельный электроагрегат мощностью 250 кВт
Как отмечается в иностранной печати, около 80% общего количества штатных войсковых агрегатов электропитания представляют собой источники мощностью 0,5—15 кВт.
В настоящее время в индустриально развитых капиталистических странах ведутся большие научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по изысканию принципиально новых способов получения электроэнергии и совершенствованию существующих электрических генераторов. Большое внимание уделяется автоматизации управления работой войсковых источников электропитания: наряду с приборами дистанционного управления используется аппаратура автоматического пуска и остановки, аварийной защиты и контроля основных параметров.
По мнению иностранных специалистов, к перспективным источникам электропитания должны предъявляться следующие требования: малые размеры и вес, большой моторесурс и способность работать при перегрузке, высокая мобильность и универсальность, низкая стоимость, широкий диапазон рабочих температур, отсутствие демаскирующих признаков (щум, вибрация, тепловое излучение и т. д.). Научно-исследовательские центры за рубежом ведут работы, направленные на создание источников электропитания, удовлетворяющих всем этим требованиям.
Бензиновые, дизельные и газотурбинные электроагрегаты
Бензиновые, дизельные и газотурбинные электроагрегаты — наиболее распространенные войсковые источники электропитания.
Бензиновые электрогенераторы имеют мощность 0,5—10 кВт. Их двигатели четырехтактные, воздушного охлаждения, скорость вращения ротора 3600 оборотов/мин, ресурс работы до капитального ремонта достигает 1500 ч. Мощность электростанции с дизельными двигателями более 15 кВт, частота вырабатываемого тока 60 и 400 Гц. Охлаждение их двигателей жидкостное, скорость вращения ротора 1800 оборотов/мин. Передвижные электростанции с газотурбинными двигателями обеспечивают мощность 15—1500 кВт и вырабатывают ток частотой 400 Гц (рис. 3). Применяемые на них редукторы уменьшают скорость вращения ротора до 6000 оборотов/мин.
Рис. 3. Погрузка газотурбинного агрегата мощностью 800 кВт на транспортный самолет С-130
В иностранных армиях используются электроагрегаты многих типов, имеющие номинальные мощности в широком диапазоне. В сухопутных войсках Великобритании насчитывается 17 типов агрегатов (номинальные мощности 0,12; 0,25, 0,5; 1; 3; 6; 12; 18; 32; 56; 80, 130; 176, 250; 400; 1200 и 3000 кВт), во Франции — 9 (3; 3,6; 7,3, 10; 12; 30; 100; 201); 750 кВт), по 12 в США (0,5; 1,5; 3; 5; 10; 30; 60; 100; 200; 500; 750; 1500 кВт) и ФРГ (0,4; 0,75; 2; 3; 5; 7,5; 15; 30; 75; 125; 250; 500 кВт). Электроагрегаты мощностью до 30 кВт выполнены на рамах, а более мощные монтируются на прицепах.
Перспективными за рубежом считаются роторные первичные двигатели. По сравнению с обычными поршневыми двигателями их литровая мощность больше в два-три раза, а габаритная — в три-четыре раза. Они имеют в два раза меньший удельный вес и дешевле в изготовлении. Основными их недостатками считаются быстрый износ герметичных кромок и большой периметр уплотнений.
К роторным первичным двигателям относятся двигатели Ванкеля и Кларка. Первый по сравнению с обычными поршневыми двигателями имеет меньше деталей и в 15—20 раз легче, однако отличается малым сроком службы и недостаточной герметичностью уплотнительных элементов, большим расходом топлива и низким крутящим моментом на малых оборотах.
С двигателем Ванкеля в США создаются переносные электроагрегаты переменного тока, которые предполагается использовать в войсках. Для испытаний изготовлен образец, размеры которого 1,4 х 0,6 х 0,6 м., вес 130 кг, коэффициент полезного действия первичного двигателя 15%. Мощность его 5 кВт, частота вырабатываемого тока 50 Гц, напряжение 230 В. Камера двигателя Кларка по сравнению с камерой сгорания двигателя Ванкеля имеет лучшую форму и меньшие размеры. Кроме того, двигатель Кларка обеспечивает большой диапазон степени сжатия.
В иностранной печати указывается, что для войсковых источников электропитания предполагается использовать турбогенератор с открытым циклом и регенерацией. Считается целесообразным отказаться от редуктора в механизме передачи крутящего момента от турбины к генератору. Ротор газовой турбины соединяется непосредственно с валом генератора, который вращается с той же скоростью, что и турбина, и вырабатывает электрическую энергию частотой до 1600 Гц. При использовании статического преобразователя не требуется регулятор скорости вращения газовой турбины, а можно применять простой и надежный регулятор подачи топлива. Регенератор дает возможность частично использовать тепло отработанных газов, повысить коэффициент полезного действия газовой турбины и тем самым уменьшить расход топлива по сравнению с дизельными агрегатами.
Электрохимические генераторы обеспечивают прямое преобразование химической энергии топлива в электрическую энергию постоянного тока. Как отмечается в зарубежной печати, будущее принадлежит топливным элементам на жидком углеводородном топливе. Так, на снабжение американской армии в ближайшее время должны поступить агрегаты с топливными элементами мощностью 1,5—15 кВт и к.п.д. 70%.
В научно-исследовательском центре инженерных войск армии США проводились исследования электроустановок открытого цикла на основе водородно-кислородного топливного элемента. Цель работ — заменить такими установками электроагрегаты тактической группы, имеющие приводы от бензинового или дизельного двигателей.
В топливных элементах, разработанных в ФРГ, используется щелочной электролит, а топливом является сжатая водородно-кислородная смесь. Мощность агрегата 5 кВт, напряжение 80 В. Удельная плотность тока на электроде 250 мА/см2, к.п.д. 55%, вес агрегата без наружного радиатора 90 кг. Иностранные специалисты считают, что в недалеком будущем подобные топливные элементы будут иметь в два раза меньший вес при мощности 8,5 кВт. Электрод их будет состоять из двух слоев — рабочего (порошкообразный катализатор, например, рений-никель) и газозащитного (мелкопористая асбестовая бумага). В качестве катода используется серебро.
Аккумуляторные батареи
Иностранные специалисты считают, что с оснащением армии значительным количеством лазерных, инфракрасных и других приборов потребуются аккумуляторы большей емкости и малого веса. В связи с этим за рубежом ведется интенсивная разработка новых аккумуляторов различных типов. Дальнейшее развитие получают никель-кадмиевые и свинцовые аккумуляторы.
Большое будущее, как отмечается в американской печати, принадлежит сухим элементам, которые не требуют ухода и всегда готовы к использованию. Уже сейчас они нашли широкое применение в аппаратуре связи. Дальнейшего улучшения характеристик сухих элементов планируется достичь в результате разработки и применения органического электролита, обеспечивающего большую энергоемкость. Новые сухие элементы, использующие в качестве электродов активные материалы (например, литии), которые несовместимы с применяемыми в настоящее время водными растворами электролитов, будут иметь удельную емкость 0,22 кВт-ч/кг, то есть в два раза больше, чем современные сухие элементы.
Ядерные энергетические установки (ЯЭУ)
Ядерные энергетические установки предназначаются для обеспечения электрической и тепловой энергией отдаленных военных баз. Например, американские установки мощностью 500 кВт действуют в Кэмп-Сенчури (Гренландия). Ящерный реактор, активная зона которого имеет вес 360 кг. работает непрерывно в течение года.
В США имеются также передвижные ядерные энергетические установки, которые перевозятся к месту монтажа в разобранном виде на транспортных самолетах. Например, такая установка мощностью 2000 кВт работает в Форт-Бельвуар (штат Виргиния). В Санденс (штат Вайоминг) действует портативная ядерная энергетическая установка PM-1 средней мощности, состоящая из 16 аэротранспортабельных частей, на сборку их было затрачено около трех месяцев.
Большое внимание в США уделяется созданию мобильных ЯЭУ. Согласно требованиям, предъявляемым командованием американских вооруженных сил, они должны обеспечивать электроэнергией стартовые площадки ракетных комплексов, ремонтные мастерские и военные сооружения в отдаленных районах. Примером такой установки может служить ML-1 мощностью 300 — 500 кВт. Её общий вес 50 т., вес реактора с экранировкой около 30 т. Расчетный срок службы активной зоны реактора при работе на полную мощность 10 тыс. ч. Транспортируется установка грузовым автомобилем. КПД действующих ядерных энергетических установок не превышает 11%.
В ЯЭУ используются реакторы с газовым и жидкометаллическим теплоносителями, их характеристики выше характеристик реакторов с водяным теплоносителем. В американской печати указывается, что в связи с открытием «сверхчистой» реакции деления ядер бора возможны широкие перспективы для совершенствования ЯЭУ, так как в данном случае будет образовываться значительно меньше радиоактивных отходов, чем при делении ядер урана и плутония.
Термоэлектрические и термоэмиссионные генераторы считаются за рубежом перспективными источниками электроэнергии. Использование в них термопар обеспечивает непосредственное преобразование тепловой энергии в электрическую. КПД опытных термоэлектрических генераторов достигает 10—14%. В качестве топлива для нагрева термоэлементов одного опытного образца генератора, разрабатываемого по заказу сухопутных войск США, использовался бензин, который сжигался в специальной камере. Один конец термоэлемента вводился в камеру, в которой при сгорании топлива поддерживалась температура 600 градусов, а другой охлаждался до 125 градусов. Этот термоэлектрический генератор (мощность 300 Вт, напряжение 28 В) имеет форму цилиндра с диаметром основания 33 см и высотой 70 см, его вес 11 кг.
Источники с термоэмиссионным преобразованием энергии разрабатываются в США в основном для космических аппаратов. Их КПД достигает 28%. Однако американские специалисты считают, что можно создать такие же источники электроэнергии и для сухопутных войск.
Магнитогидродинамические генераторы, по мнению иностранных специалистов, могут применяться в мощных передвижных электростанциях.
Таким образом, за рубежом уделяется большое внимание оснащению войск новыми источниками электропитания. Их развитие, как сообщается в иностранной печати, происходит с учетом совершенствования оружия и боевой технику.