Naval Warfare, Sponsored Post.

(WHO SAYS WATER AND ELECTRICITY DON’T MIX? FOR TODAY’S NAVIES, THEIR RADARS, WEAPONS, AND PROPULSION DEPEND ON IT)

By Breaking Defense 

on May 05-2022 - at 9:44 AM.

Có một cơ sở hạ tầng thương mại khổng lồ cho xe điện và các nhà máy sản xuất, đại diện cho hàng tỷ đô la đầu tư mà hải quân có thể tận dụng. 

Được phép của Leonardo DRS (Courtesy of Leonardo DRS).

Trong phần Hỏi & Đáp này với Ed Thaxton, giám đốc công nghệ và phó chủ tịch phát triển kinh doanh Leonardo DRS Naval Power Systems, chúng tôi thảo luận: tại sao các giải pháp động cơ nam châm vĩnh cửu tốt hơn các giải pháp điện khác như động cơ đồng bộ siêu dẫn; và tiến bộ về động cơ điện hoàn toàn và hybrid-điện cho tàu ngầm lớp Columbia của Hải quân Mỹ và tàu khu trục FFX II của Nam Hàn.

Breaking Defense: Động lực đằng sau điện khí hóa nền tảng hải quân trên toàn thế giới ngày nay là gì?

Photo: Ed Thaxton, giám đốc công nghệ và phó chủ tịch phát triển kinh doanh của Leonardo DRS Naval Power Systems.

Thaxton: Một là có khả năng chiếu sáng các mục tiêu ở xa hơn bằng các radar công suất cao hơn như Radar phòng không và hỏa tiễn SPY-6 để phòng thủ tên lửa đạn đạo. Đó là chìa khóa; Họ cần nhiều sức mạnh hơn cho điều đó.

Họ cũng cần có nhiều năng lượng hơn cho vũ khí năng lượng định hướng để phòng thủ chống lại hỏa tiễn và máy bay không người lái. UAV dễ dàng bị vô hiệu hóa bởi vũ khí năng lượng định hướng, đòi hỏi băng đạn lưu trữ năng lượng để cung cấp năng lượng liên tục. Sau đó là tiết kiệm nhiên liệu và mong muốn giảm lượng khí thải CO2.

Một động lực không được nhắc đến nhiều là ASW, chiến tranh chống ngầm. Ổ điện êm hơn cho các ứng dụng hải quân và tàu ngầm lớp Columbia là động cơ điện. Họ đã không chọn hệ thống đẩy đó vì nó ồn ào.

Các tàu mặt nước đang làm một cái gì đó tương tự. Cam kết DDG (X) đối với hệ thống truyền động điện một phần là do vũ khí và radar tân tiến mà họ muốn mang theo, nhưng đó cũng là do ASW. Họ sẽ có yêu cầu âm thanh cho con tàu tương tự như DDG 1000, thậm chí có thể chặt chẽ hơn.

Breaking Defense: Bạn hiện đang cung cấp động cơ điện và hybrid-điện cho một số chương trình tàu ngầm và tàu chiến lớn của Hoa Kỳ và quốc tế như tàu ngầm hỏa tiễn đạn đạo lớp Columbia của Hải quân Hoa Kỳ và khu trục hạm hỏa tiễn dẫn đường FFX-II của Nam Hàn. Tình trạng của các chương trình đó là gì?

Thaxton: Đối với Columbia, chúng tôi cung cấp toàn bộ hệ thống truyền động hoàn toàn bằng điện: tổng đài, phân phối trung thế và các ổ đĩa tần số thay đổi điều khiển công suất cho động cơ. Chúng tôi chế tạo hệ thống đẩy và cũng là bộ chuyển đổi cung cấp năng lượng từ hệ thống phân phối chính đến dịch vụ vận chuyển.

Đó là một phạm vi đáng kể của con tàu và tất cả đều bằng điện. Đây là một trong những ví dụ hiện đại đầu tiên về một con tàu chạy hoàn toàn bằng điện. Đây chắc chắn là ví dụ hiện đại đầu tiên về động cơ điện cho tàu ngầm hạt nhân.

Họ đã bắt đầu xây dựng con tàu và về hệ thống truyền động điện, chúng tôi đã cung cấp một hệ thống hoàn chỉnh đã được cung cấp năng lượng đầy đủ và thí nghiệm trên một hệ thống trên đất liền mà họ đang tiếp tục làm bây giờ. Đối với các tàu Hải quân như thế này, họ hoàn toàn thí nghiệm trên đất liền trước thời hạn và sau đó họ sử dụng hệ thống này để huấn luyện. Động cơ đầu tiên đã được giao cho Electric Boat vào mùa thu năm ngoái.

FFX II là một tàu khu trục lớp Daegu của Nam Hàn với nhiệm vụ chống tàu ngầm quan trọng và chúng tôi đang cung cấp hệ thống truyền động hybrid-điện cho tám tàu FFX-II hiện đang được chế tạo. DRS Naval Power Systems cũng đang cung cấp năng lượng hybrid-điện cho FFX-III lớp Chungnam cải tiến và chúng tôi hy vọng sẽ cung cấp điều tương tự cho FFX-IV sắp tới.

Điều độc đáo về chương trình FFX II là hệ thống hybrid-điện phù hợp với phía trước. Đó là một con tàu truyền động cơ khí hiện có mà chúng tôi phù hợp với toàn bộ hệ thống truyền động hybrid-điện mà không thay đổi kích thước hoặc cách sắp xếp phòng máy. Một trong những tính năng độc đáo của động cơ đó là nó phù hợp giữa bánh răng giảm tốc chính và ổ trục lực đẩy.

Để giải thích, trong con tàu này, turbin chạy bánh răng và bánh răng chạy trục. Khi nó hoạt động trên ổ điện, bánh răng được tháo ly hợp và động cơ điện tự chạy trục.

Động cơ thực sự được quấn quanh trục đầu ra không có vòng bi. Nó được hỗ trợ bởi ổ trục lực đẩy. Đó là một trong những cách chúng tôi có thể làm cho nó nhỏ hơn nhiều.

Breaking Defense: Tôi hiểu ông đang cạnh tranh cho chương trình T-AGOS 25, một lớp dự kiến gồm bảy tàu giám sát đại dương lớp TAGOS-25.

Thaxton: Chúng tôi hợp tác với Bollinger Shipyards, một công ty đóng tàu đã sản xuất tất cả các lớp tàu T-AGOS trước đây. Các đề xuất đang được đưa ra và chúng tôi đang mong đợi một giải thưởng Q2.

Con tàu kéo một mảng kéo cho ASW và yêu cầu truyền động điện để hoạt động yên tĩnh. Chúng tôi đã cung cấp một hệ thống truyền động điện công nghệ cao đặc biệt nhỏ gọn và cực kỳ yên tĩnh để đáp ứng nhiệm vụ chống ngầm của tàu.

Breaking Defense: Leonardo DRS chuyên sử dụng các giải pháp động cơ nam châm vĩnh cửu. Tại sao ông nói công nghệ này tốt hơn so với việc sử dụng các giải pháp điện khác như động cơ đồng bộ siêu dẫn?

Thaxton: Tôi đã dành phần lớn sự nghiệp của mình để làm việc về truyền động điện, và cuối cùng mọi người đều làm điều đó ngay bây giờ. Lý do mà mọi người đang làm điều đó là để tiết kiệm nhiên liệu trên các tàu nhỏ, như tôi đã đề cập trước đó. Hầu hết các lực lượng hải quân không thể đủ khả năng để sử dụng xăng lái xe xung quanh mà không có ổ điện vì nó làm tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu lên gấp hai lần khi hoạt động ở tốc độ thấp.

Chúng tôi thực hiện điều đó với các giải pháp động cơ nam châm vĩnh cửu, có kích thước bằng một nửa đến một phần ba công nghệ động cơ cạnh tranh. Ví dụ, một động cơ điện cho FFX-II nặng khoảng 35 tấn, trong khi một máy thông thường sẽ nặng 90 tấn để thực hiện công việc tương tự. Bạn phải nổi trọng lượng đó.

Hình ảnh động cơ nam châm vĩnh cửu do Leonardo DRS cung cấp.

Breaking Defense: Ông có nghĩ rằng lợi thế cân nặng sẽ kéo dài?

Thaxton: Về mặt kỹ thuật là có. Tuy nhiên, cuối cùng những người khác sẽ áp dụng công nghệ nam châm vĩnh cửu. Các công nghệ khác sẽ không thu hẹp khoảng cách đó. Động cơ cảm ứng sẽ không thể đạt được kích thước hoặc hiệu suất đó, giống như trong xe điện. Các công nghệ động cơ khác như động cơ đồng bộ siêu dẫn quá phức tạp và thiếu sự hỗ trợ công nghiệp. Lý do chính là kinh doanh; Không có nhận được xung quanh nó. Cũng giống như trong xe điện, máy nam châm vĩnh cửu là giải pháp lâu dài.

Không có gì bí mật khi hầu hết các xe điện đều có động cơ nam châm vĩnh cửu. Tesla sử dụng chúng và các nhà sản xuất khác cũng vậy với các sản phẩm như Ford Mustang Mach-E và F-150 Lightning, và EV6 của Kia. Họ thậm chí còn sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu cho hành trình bây giờ vì chúng hiệu quả hơn.

Đó là những ứng dụng nhỏ và những người khác cuối cùng sẽ có thể sử dụng công nghệ đó ở quy mô lớn hơn. Chúng tôi là người sớm áp dụng công nghệ nam châm vĩnh cửu và đã làm điều này từ những năm 90. Chúng tôi là những người duy nhất ngày nay làm chúng ở quy mô mà chúng tôi đang ở bây giờ.

Ngoài ra, có một cơ sở hạ tầng khổng lồ liên quan đến truyền động điện cho xe cộ và cho ổ điện công nghiệp trong các nhà máy và nhà máy. Điều đó thể hiện khoản đầu tư hàng tỷ và hàng tỷ đô la không phải do Hải quân chi trả nhưng có thể được Hải quân tận dụng.

Đó không phải là trường hợp thông thường. Nếu bạn nhìn vào những gì Hải quân làm với bánh răng trong tàu khu trục và tàu ngầm, có những khả năng sản xuất độc đáo liên quan đến những bánh răng chủ yếu được Hải quân định hướng và hỗ trợ. Bất kỳ cải tiến nào cần thiết đều do Hải quân chi trả.

Ngoài ra, truyền động điện, thiết bị đóng cắt và tất cả các công nghệ hỗ trợ điện khí hóa trong công nghiệp là thứ mà Hải quân có thể tận dụng. Vì vậy, thay vì lái thuyền máy để đến một nơi nào đó bạn đang chèo thuyền, bạn có thể lướt trên làn sóng công nghệ, thương mại này và tận dụng nó.

Chúng tôi là một công ty sử dụng công nghệ thương mại đó và điều chỉnh nó cho phù hợp với việc sử dụng của Hải quân. Những gì chưa sẵn sàng cho thời gian chính là động cơ đồng bộ siêu dẫn khởi hành từ các tiêu chuẩn công nghiệp. Một số công việc đã được thực hiện trên chúng để đẩy, nhưng không có một cơ sở công nghiệp xung quanh nó.

Breaking Defense: Điều gì đang xảy ra đối với năng lượng điện và động cơ đẩy?

Thaxton: Công nghệ này sẽ tiếp tục phát triển. Bộ chuyển đổi năng lượng cho động cơ điện đang phát triển theo định luật Moore trong thế giới bán dẫn.

Một lần nữa, hàng tỷ đô la đầu tư vào công nghệ này có nghĩa là tất cả sẽ trở nên nhỏ hơn và dày đặc năng lượng hơn với phẩm chất năng lượng tốt hơn. Hải quân về căn bản có thể mong muốn tận dụng những tiến bộ đó trong nhiều thập kỷ tới, đồng thời tạo ra một cơ sở công nghiệp lành mạnh hơn trong kế hoạch lớn của mọi thứ.

Breaking Defense: Suy nghĩ cuối cùng?

Thaxton: Không có rào cản công nghệ nào với truyền động điện. Chúng ta chỉ cần bắt đầu và bắt đầu làm điều đó. Cho đến lúc đó, chúng tôi đang lái một chiếc xe đang đỗ.

Hải quân Hoa Kỳ đang chạy hoàn toàn bằng điện với tàu ngầm lớp Columbia, nhưng chúng ta chưa thấy nó trở nên phổ biến trong hoạt động. Chúng ta cần cam kết một con tàu chạy hoàn toàn bằng điện.

Một khi chúng ta làm điều đó, những lợi thế mà tôi đã thảo luận sẽ trở nên rõ ràng. Chúng ta sẽ bắt đầu gặt hái chúng và tìm ra những điều khác mà chúng ta có thể làm. Điện khí hóa không phải là một rào cản công nghệ, đó là một rào cản ứng dụng/ kỹ thuật.

Naval Warfare, Sponsored Post.

WHO SAYS WATER AND ELECTRICITY DON’T MIX? FOR TODAY’S NAVIES, THEIR RADARS, WEAPONS, AND PROPULSION DEPEND ON IT

By Breaking Defense 

on May 05-2022 - at 9:44 AM.

There's a huge commercial infrastructure for electric drive for vehicles and manufacturing plants, which represents billions of dollars in investment that navies can leverage. 

Image 1: Courtesy of Leonardo DRS.

In this Q&A with Ed Thaxton, chief technology officer and vice president of business development for Leonardo DRS Naval Power Systems, we discuss: why permanent magnet motor solutions are better than other electric solutions like superconducting synchronous motors; and progress on full-electric and hybrid-electric propulsion for the US Navy’s Columbia-class submarine and South Korea’s FFX II destroyer.

Breaking Defense: What are the driving forces behind naval platform electrification around the world today?

Ed Thaxton, chief technology officer and vice president of business development for Leonardo DRS Naval Power Systems.

Thaxton: One is having the capability to illuminate targets that are farther away with higher-power radars like the SPY-6 Air and Missile Defense Radar for ballistic missile defense. That’s key; they need more power for that.

They also need to have more power for directed energy weapons for defense against missiles and drones. UAVs are readily disabled by directed energy weapons, which require energy storage magazines for continuous power. Then there’s fuel economy and a desire to reduce CO2 emissions.

One driver that doesn’t get talked about as much is ASW, anti-submarine warfare. Electric drive is quieter for naval applications and the Columbia-class submarine is electric drive. They didn’t pick that propulsion system because it’s noisy.

Surface ships are doing something similar. The DDG(X) commitment to electric drive is partly due to the advanced weapons and radars they want to carry, but it’s also due to ASW. They will have acoustic requirements for that ship that are similar to DDG 1000, perhaps even tighter.

Breaking Defense: You presently provide electric and hybrid-electric propulsion for several, major US and international submarine and warship programs such as the US Navy’s Columbia-class ballistic missile submarine and the Republic of Korea FFX-II guided missile frigate. What’s the status of those programs?

Thaxton: For Columbia, we provide the entire full-electric-drive system: switchboards, medium voltage distribution, and the variable frequency drives that control power to the motor. We make the propulsion system and also the converter that provides power from the main distribution system to ship service.

It’s a considerable scope of the ship and it’s all electric. It’s one of the first modern examples of an all-electric ship. It’s certainly the first modern example of an electric drive for a nuclear submarine.

They’ve begun construction of the ship and in terms of the electric drive system, we’ve provided a complete system that’s been fully powered and tested on a land-based system that they’re continuing to do now. For Navy ships like this, they fully test on land ahead of time and then later they use the system for training. The first motor was delivered to Electric Boat last fall.

FFX II is a South Korean Daegu-class frigate with an important ASW mission, and we are providing the hybrid-electric drive to the eight FFX-II ships now under construction. DRS Naval Power Systems is also providing the hybrid-electric power to the improved Chungnam-Class FFX-III, and we expect to provide the same for the upcoming FFX-IV.

What’s unique about the FFX II program is that the hybrid-electric system is a forward fit. It’s an existing mechanical-drive ship that we fit with a whole hybrid-electric drive system without changing the engine room size or arrangement. One of the unique features of that motor is that it fits between the main reduction gear and the thrust bearing.

To explain, in this ship, the turbine runs gear and the gear runs the shaft. When it’s operating on electric drive, the gear is de-clutched and the electric motor runs the shaft by itself.

The motor is actually wrapped around the output shaft with no bearings. It’s supported by the thrust bearing. That’s one of the ways we were able to make it much smaller.

Breaking Defense: I understand you’re competing for the T-AGOS 25 program, a planned class of seven TAGOS-25 class ocean surveillance ships.

Thaxton: We are teamed with Bollinger Shipyards, a ship builder that’s manufactured all the previous classes of T-AGOS ships. Proposals are in and we’re expecting an award Q2.

The ship pulls a towed array for ASW and requires electric drive for quiet operation. We have offered a particularly high-tech electric drive system that’s compact and extremely quiet to meet the ship’s ASW mission.

Breaking Defense: Leonardo DRS specializes in the use of permanent magnet motor solutions. Why do you say this technology is better than the use of other electric solutions like superconducting synchronous motors?

Thaxton: I’ve spent most of my career working on electric drive, and everyone’s finally doing it now. The reason that everyone is doing it is for fuel economy on small ships, as I mentioned earlier. Most navies can’t afford to spend the gas driving around without an electric drive because it increases fuel economy by a factor of two at low-speed operation.

We accomplish that with permanent magnet motor solutions, which are half to one-third the size of competitive motor technologies. An electric motor for FFX-II, for example, weighs about 35 tons, while a conventional machine would weigh 90 tons to do the same job. You have to float that weight.

 Permanent Magnet Motor image courtesy of Leonardo DRS.

Breaking Defense: Do you think that weight advantage will last?

Thaxton: Technically yes. However, eventually other people will adopt permanent magnet technology. Other technologies will not close that gap. Induction motors will not be able to achieve that size or efficiency, just like in electric vehicles. Other motor technologies such as superconducting synchronous motors are too complicated and lack industrial support. The main reason is business; there’s no getting around it. Just like in electric vehicles, permanent magnet machines are the long term solution.

It’s no secret that most electric cars have permanent magnet motors. Tesla uses them and so do other manufacturers with products like the Ford Mustang Mach-E and F-150 Lightning, and Kia’s EV6. They even use permanent magnet motors for cruise now because they’re more efficient.

Those are small applications and other people will eventually be able to use that technology at a larger scale. We were an early adopter of permanent magnet technology and have been doing this since the ‘90s. We’re the only ones today that do them at the scale we’re at now.

In addition, there’s a huge infrastructure associated with electric drive for vehicles and for industrial electric drive in mills and plants. That represents an investment of billions and billions of dollars that is not paid for by the Navy but can be leveraged by the Navy.

That’s not the usual case. If you look at what the Navy does with gears in destroyers and submarines, there are unique manufacturing capabilities associated with those gears that are mainly Navy oriented and supported by the Navy. Any enhancements that are needed are paid for by the Navy.

Alternatively, electric drive, switchgear, and all of the supporting technology for electrification in industry is something that the Navy can leverage. So rather than driving a motorboat to get somewhere you’re sailing, you can surf on this wave of industrial, commercial technology and leverage it.

We’re a company that takes that commercial technology and adapts it to the Navy’s use. What’s not ready for prime time is superconducting synchronous motors that depart from industrial standards. Some work has been done on them for propulsion, but there’s not an industrial base around it.

Breaking Defense: What is on the horizon for electric power and propulsion?

Thaxton: This technology is going to continue to advance. Power converters for electric motors are advancing under something like Moore’s Law in the semiconductor world.

Again, billions of dollars of investment in this technology means that it’s all going to get smaller and more power dense with better power quality. The Navy basically can look forward to leveraging those advancements for decades to come, while also creating a more healthy industrial base in the grand scheme of things.

Breaking Defense: Final thoughts?

Thaxton: There’s not a technology barrier with electric drive. We’ve just got to get to it and start doing it. Until then, we’re steering a parked car.

The US Navy is going full electric with the Columbia-class submarine, but we haven’t seen it become operationally prevalent. We need to commit a ship to all-electric drive.

Once we do that, the advantages I’ve been discussing will become apparent. We’ll start reaping them and finding out other things that we can do. Electrification is not a technology barrier, it’s an application/engineering barrier.

*  *  *

Xem bài trên trang HQ .VNCH: click vào đây

Xem bài trên trang HQ thế giới: click vào đây

Xem trang Kiến thức, Tài liệu: click vào đây

More in English topic: please click here

Trở về trang chính: www.nuiansongtra.net