Re: Tesla
Добавлено: Пт ноя 05, 2021 3:23 am
Немного истории.
Часть 1. В погоне за эффективностью.
В конце 80-х, в Австралии, проводились гонки на электромобилях, с питанием тех исключительно от фотоэлементов. Маршрут этапа 1987 года проходил через всю страну, длительность его была чуть более 3,000 км.
Разработку машины-участницы от GM под названием Sunraycer отдали специализированному подрядчику из авиационной отрасли, AeroVironment. Фактически, это был подрядчик NASA. Работал он в тандеме с принадлежавшей тогда GM аэрокосмической фирмой Hughes Aircraft, основная специализация которой спутники, участвовала она в своё время и в программе Apollo. Причина выбора аэрокосмических компаний была в том что именно у таких фирм был наибольший опыт работы с фотоэлементами, батареями, электропроводом, а также с повышением эффективности систем до максимума.
Сейчас бы сказали, что AeroVironment это авиационный стартап, в чём-то аналогичный знаменитому SkunkWorks от Lockheed Martin. Который, SkunkWorks, дал миру незабвенный SR71 Blackbird, до сих пор выглядящий как что-то из арсенала пришельцев.
Его фото в середине 90-х висело на стене нашей военной кафедры, готовившей офицеров по зенитно-ракетной системе С-300. Сижу я такой на перемене на подоконнике, листаю переводной журнал Autocar, а там 155-ка, а на стене висит плакат с SR71. И то и другое, бомба. Советские ракетчики уважали этот аппарат, шутка ли, выдавать 3 маха часами на высоте 25 тысяч метров, и это в 1968-м то году. Да он просто поначалу улетал от ракет советских зенитных комплексов, пока их энергетика не подтянулась. Две 155-ки побывали в моих руках, надо исполнить ещё одну мечту юности, и сгонять в Штаты в один из музеев, увидеть Чёрного Дрозда вживую.
Ок, перемещаемся в 1987-й.
GM Sunraycer '1987:
- концепция AeroVironment и Hughes Aircraft,
- фотовольтаика: 8,4 м2, 7,200 элементов, разработка и производство Hughes,
- 20% площади Si модули с 16,5% конверсии, 6,0х1,8x0,02 см, от Hughes Spectrolab + 80% площади GaAs модули с 21,5% конверсии, 4,0х2,0x0,02 см от Applied Solar Energy Corp и Mitsubishi International Corp,
- теплоотражатель с внутренним покрытием из золота,
- отдача до 1,55 кВт при солнце в зените,
- бортовая электроника управления и заряда батареи, 98,5% эффективность, от Hughes,
- батарея на 3 кВт-ч, собранная из 68-ми AgZn батарейных элементов, по 1,5В/29А-ч, масса батареи 27 кг (110 Вт-ч/кг), разработки Hughes,
- система управления электромотором на MosFET транзисторах с 97% эффективностью, от AeroVironment,
- синхронный электромотор на 3 кВт длительных и 10 кВт пиковых, масса 5 кг, 92% эффективность, на магнитах Magnequench, от Delco Remy, разработки GM Research Lab,
- цепной привод на одно из задних колёс,
- подвески с пружинами и амортизаторами,
- колёса, шины, тормозная система от Chester Kyle,
- пространственная рама из алюминиевых трубок, 6,5 кг, от AeroVironment,
- внешние панели композитный сэндвич Kevlar-Nomex-Kevlar, от AeroVironment,
- масса без батареи и мотора 143 кг, с мотором но без батареи 148 кг, полная 175 кг,
- высота 1,0 м, ширина 2 м, длина 6 м,
- Cd=0,125,
- расход энергии на скоростях 20-40-60-80 км/ч 0,3-0,6-1,0-2,5 кВт-ч/100 км,
- Vmax = 110 км/ч,
- изготовлена 1 штука.
Команда AeroVironment:
- Paul MacCready (директор)
- Alec Brooks (руководитель проекта)
- Graham Gyatt (аэродинамика)
- Peter Lissaman (аэродинамика)
- Bart Hibbs (аэродинамика)
- John Letcher (моделирование аэродинамики)
- Wally Rippel (электродвигатель)
- Alan Cocconi (управляющая и силовая электроника)
- Taras Kicenuik (сборка)
- John Gord (телеметрия)
Команда Hughes:
- Edmund Ellion (директор)
- Ervin Adler (фотоэлектрические модули и батарея)
Команда GM:
- Max Schenkel (аэродинамика)
Расчётная зависимость потребления энергии машиной от её скорости, доля сопротивления качению и аэродинамического сопротивления.
Аэродинамику обсчитывали на первых Маках.
Первая масштабная модель проходит продувку, на фото аэродинамики с руководителем проекта Alec Brooks.
Трансформация облика по результатам тестов.
За рулём ранней версии шасси Alec Brooks.
Силовая структура, финальные подвески.
Конструкция колеса с тормозной системой, её демонстрирует автор, профессор Chester Kyle.
Передняя подвеска и тормозная система.
Задняя подвеска и цепной привод от электродвигателя.
Электродвигатель от GM, на магнитах Magnequench.
Alec Brooks с Alan Cocconi, разработчиком силовой электроники зарядки батареи и управления двигателем.
Укладка Nomex-сот в композитную структуру оболочек.
Верхняя оболочка с наклеенными фотоэлементами space-класса, в цехе Hughes.
Процесс наклейки.
Теcтирование батарейных модулей, собранных из элементов space-класса, в лаборатории Hughes.
Alec Brooks, руководитель проекта и пилот со стороны AeroVironment, с готовой машиной.
Molly Brennan, руководитель проекта и пилот со стороны GM.
Alec Brooks с машиной.
Команда гонщиков.
Фото машины.
Руководитель и идейный вдохновитель Paul MacCready с машиной.
Со снятым передним обтекателем.
С откинутой секцией фотоэлементов.
Paul MacCready с машиной.
Собственной персоной.
Машина с трейлером для её перевозки.
Гонка, на заднем фоне группа поддержки.
Машина пришельцев Sunraycer на фоне неэффективных крокодилов 80-х.
Пример данных телеметрии.
Средняя скорость в гонке составила 67 км/ч, исключительно на энергии фотоэлементов (при их коэффициенте преобразования всего лишь в 20,5%), отказов кроме трёх проколов покрышек не было, машина выиграла её с отрывом от конкурентов в сутки. Соотношение полезной нагрузки, гонщика и балласта, к общей массе с ним 85/260 кг = 0,33. Можно представить подобную машину с фотоэлементами с коэффициентом преобразования в ~90%, когда их разработают, ей просто не будет нужна зарядка от сети.
Двигатель.
Статья по итогу гонки. До массового распространения современных электромобилей, тяжёлых и малоэффективных, остаётся 30 лет.
Что любопытно, концепт Sunraycer ни весово ни энергетически улучшить невозможно до сих пор, спустя 34 года с его постройки. Ничего эффективнее пространственной клетки из алюминия и композитов кузова на сотовой структуре с тех пор не придумали, AgZn батареи до сих пор лидер по гравиметрической плотности, безотказности и безопасности, GaAs фотоэлементы лидер по отдаче, и электромоторов с большим КПД также не разработано.
И это наводит на мысли чем же занимались люди всё это время.
Часть 1. В погоне за эффективностью.
В конце 80-х, в Австралии, проводились гонки на электромобилях, с питанием тех исключительно от фотоэлементов. Маршрут этапа 1987 года проходил через всю страну, длительность его была чуть более 3,000 км.
Разработку машины-участницы от GM под названием Sunraycer отдали специализированному подрядчику из авиационной отрасли, AeroVironment. Фактически, это был подрядчик NASA. Работал он в тандеме с принадлежавшей тогда GM аэрокосмической фирмой Hughes Aircraft, основная специализация которой спутники, участвовала она в своё время и в программе Apollo. Причина выбора аэрокосмических компаний была в том что именно у таких фирм был наибольший опыт работы с фотоэлементами, батареями, электропроводом, а также с повышением эффективности систем до максимума.
Сейчас бы сказали, что AeroVironment это авиационный стартап, в чём-то аналогичный знаменитому SkunkWorks от Lockheed Martin. Который, SkunkWorks, дал миру незабвенный SR71 Blackbird, до сих пор выглядящий как что-то из арсенала пришельцев.
Его фото в середине 90-х висело на стене нашей военной кафедры, готовившей офицеров по зенитно-ракетной системе С-300. Сижу я такой на перемене на подоконнике, листаю переводной журнал Autocar, а там 155-ка, а на стене висит плакат с SR71. И то и другое, бомба. Советские ракетчики уважали этот аппарат, шутка ли, выдавать 3 маха часами на высоте 25 тысяч метров, и это в 1968-м то году. Да он просто поначалу улетал от ракет советских зенитных комплексов, пока их энергетика не подтянулась. Две 155-ки побывали в моих руках, надо исполнить ещё одну мечту юности, и сгонять в Штаты в один из музеев, увидеть Чёрного Дрозда вживую.
Ок, перемещаемся в 1987-й.
GM Sunraycer '1987:
- концепция AeroVironment и Hughes Aircraft,
- фотовольтаика: 8,4 м2, 7,200 элементов, разработка и производство Hughes,
- 20% площади Si модули с 16,5% конверсии, 6,0х1,8x0,02 см, от Hughes Spectrolab + 80% площади GaAs модули с 21,5% конверсии, 4,0х2,0x0,02 см от Applied Solar Energy Corp и Mitsubishi International Corp,
- теплоотражатель с внутренним покрытием из золота,
- отдача до 1,55 кВт при солнце в зените,
- бортовая электроника управления и заряда батареи, 98,5% эффективность, от Hughes,
- батарея на 3 кВт-ч, собранная из 68-ми AgZn батарейных элементов, по 1,5В/29А-ч, масса батареи 27 кг (110 Вт-ч/кг), разработки Hughes,
- система управления электромотором на MosFET транзисторах с 97% эффективностью, от AeroVironment,
- синхронный электромотор на 3 кВт длительных и 10 кВт пиковых, масса 5 кг, 92% эффективность, на магнитах Magnequench, от Delco Remy, разработки GM Research Lab,
- цепной привод на одно из задних колёс,
- подвески с пружинами и амортизаторами,
- колёса, шины, тормозная система от Chester Kyle,
- пространственная рама из алюминиевых трубок, 6,5 кг, от AeroVironment,
- внешние панели композитный сэндвич Kevlar-Nomex-Kevlar, от AeroVironment,
- масса без батареи и мотора 143 кг, с мотором но без батареи 148 кг, полная 175 кг,
- высота 1,0 м, ширина 2 м, длина 6 м,
- Cd=0,125,
- расход энергии на скоростях 20-40-60-80 км/ч 0,3-0,6-1,0-2,5 кВт-ч/100 км,
- Vmax = 110 км/ч,
- изготовлена 1 штука.
Команда AeroVironment:
- Paul MacCready (директор)
- Alec Brooks (руководитель проекта)
- Graham Gyatt (аэродинамика)
- Peter Lissaman (аэродинамика)
- Bart Hibbs (аэродинамика)
- John Letcher (моделирование аэродинамики)
- Wally Rippel (электродвигатель)
- Alan Cocconi (управляющая и силовая электроника)
- Taras Kicenuik (сборка)
- John Gord (телеметрия)
Команда Hughes:
- Edmund Ellion (директор)
- Ervin Adler (фотоэлектрические модули и батарея)
Команда GM:
- Max Schenkel (аэродинамика)
Расчётная зависимость потребления энергии машиной от её скорости, доля сопротивления качению и аэродинамического сопротивления.
Аэродинамику обсчитывали на первых Маках.
Первая масштабная модель проходит продувку, на фото аэродинамики с руководителем проекта Alec Brooks.
Трансформация облика по результатам тестов.
За рулём ранней версии шасси Alec Brooks.
Силовая структура, финальные подвески.
Конструкция колеса с тормозной системой, её демонстрирует автор, профессор Chester Kyle.
Передняя подвеска и тормозная система.
Задняя подвеска и цепной привод от электродвигателя.
Электродвигатель от GM, на магнитах Magnequench.
Alec Brooks с Alan Cocconi, разработчиком силовой электроники зарядки батареи и управления двигателем.
Укладка Nomex-сот в композитную структуру оболочек.
Верхняя оболочка с наклеенными фотоэлементами space-класса, в цехе Hughes.
Процесс наклейки.
Теcтирование батарейных модулей, собранных из элементов space-класса, в лаборатории Hughes.
Alec Brooks, руководитель проекта и пилот со стороны AeroVironment, с готовой машиной.
Molly Brennan, руководитель проекта и пилот со стороны GM.
Alec Brooks с машиной.
Команда гонщиков.
Фото машины.
Руководитель и идейный вдохновитель Paul MacCready с машиной.
Со снятым передним обтекателем.
С откинутой секцией фотоэлементов.
Paul MacCready с машиной.
Собственной персоной.
Машина с трейлером для её перевозки.
Гонка, на заднем фоне группа поддержки.
Машина пришельцев Sunraycer на фоне неэффективных крокодилов 80-х.
Пример данных телеметрии.
Средняя скорость в гонке составила 67 км/ч, исключительно на энергии фотоэлементов (при их коэффициенте преобразования всего лишь в 20,5%), отказов кроме трёх проколов покрышек не было, машина выиграла её с отрывом от конкурентов в сутки. Соотношение полезной нагрузки, гонщика и балласта, к общей массе с ним 85/260 кг = 0,33. Можно представить подобную машину с фотоэлементами с коэффициентом преобразования в ~90%, когда их разработают, ей просто не будет нужна зарядка от сети.
Двигатель.
Статья по итогу гонки. До массового распространения современных электромобилей, тяжёлых и малоэффективных, остаётся 30 лет.
Что любопытно, концепт Sunraycer ни весово ни энергетически улучшить невозможно до сих пор, спустя 34 года с его постройки. Ничего эффективнее пространственной клетки из алюминия и композитов кузова на сотовой структуре с тех пор не придумали, AgZn батареи до сих пор лидер по гравиметрической плотности, безотказности и безопасности, GaAs фотоэлементы лидер по отдаче, и электромоторов с большим КПД также не разработано.
И это наводит на мысли чем же занимались люди всё это время.