zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Nguồn điện hóa học và ứng dụng trong quân sự

Chia sẻ: Nguyễn Tình | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

97
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết trình bày giới thiệu tổng quan các lọai nguồn điện hóa học đặc chủng, các loại pin hoạt hóa bằng các phương pháp khác nhau sử dụng cho tàu ngầm, máy bay không người lái, trong tên lửa, bom, mìn, thuỷ lôi, đạn pháo có điều khiển, các trạm cấp cứu, tín hiệu,... bài báo cũng giới thiệu tóm tắt về nguyên lý cấu tạo, tính năng kỹ thuật cùng lĩnh vực ứng dụng của các nguồn điện nói trên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Nguồn điện hóa học và ứng dụng trong quân sự

Thông tin khoa học công nghệ NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC VÀ ỨNG DỤNG TRONG QUÂN SỰ Nguyễn Văn Tú* Tóm tắt: Giới thiệu tổng quan các lọai nguồn điện hóa học đặc chủng, các loại pin hoạt hóa bằng các phương pháp khác nhau sử dụng cho tàu ngầm, máy bay không người lái, trong tên lửa, bom, mìn, thuỷ lôi, đạn pháo có điều khiển, các trạm cấp cứu, tín hiệu,... bài báo cũng giới thiệu tóm tắt về nguyên lý cấu tạo, tính năng kỹ thuật cùng lĩnh vực ứng dụng của các nguồn điện nói trên. Từ khóa: Nguồn điện; Vũ khí; Pin nhiệt; Tên lửa; Tàu ngầm. 1. NGUỒN ĐIỆN HÓA HỌC SỬ DỤNG TRONG QUÂN SỰ Nguồn điện hóa học ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của các ngành kinh tế quốc dân cũng như trong kỹ thuật quân sự, công nghệ cao. Trong kỹ thuật quân sự như tàu ngầm, máy bay, tên lửa, đạn pháo có điều khiển, hệ điều khiển bom, mìn, thuỷ lôi, thiết bị phát, thu tin hiệu cấp cứu,… sử dụng bộ nguồn điện hóa học đặc chủng có dung lượng lớn, thiết kế đặc biệt hoặc dưới dạng ắc qui hay pin dự trữ (PDT) hoạt động một lần. Nguồn điện sử dụng trong tàu ngầm, máy bay và máy bay không người lái, có các tính năng, thiết kế đặc biệt như: Dung lượng lớn, khả năng phóng nạp ở chế độ dòng cao như nguồn điện bạc-kẽm, nguồn điện liti-ion, dưới dạng ắc qui [1-3]. Trong khi PDT khác với nguồn điện hóa học thông thường, trong PDT dung dịch điện ly được cô lập với khối điện cực trong quá trình bảo quản pin và chỉ được đưa vào hoạt hóa trước khi sử dụng. Do để tách biệt dung dịch điện ly với khối điện cực nên nguồn điện hóa học có thời gian bảo quản lâu, thông thường 5-10 năm, thậm chí trong một số nguồn điện hóa học có thể kéo dài 15-20 năm nhờ sử dụng các hệ điện hóa đặc biệt cũng như cải tiến công nghệ chế tạo [4-6]. Trong lĩnh vực quân sự, phụ thuộc vào tính năng kỹ thuật của các vũ khí, khí tài mà người ta chế tạo các nguồn điện hóa học với các hệ điện hóa cũng như phương pháp hoạt hóa khác nhau như: đập vỡ ampul, nén ampul dung dịch bằng khí, thẩm thấu dung dịch hay làm nóng chảy dung dịch rắn bằng nhiệt [6-8] để đưa pin vào trạng thái hoạt động. Bài báo này, chúng tôi xin giới thiệu một số nguồn điện hóa đặc chủng và các nguyên lý hoạt động bới các nguyên lý khác nhau sử dụng trong kỹ thuật quân sự. 2. GIỚI THIỆU CÁC NGUỒN ĐIỆN VÀ PDT SỬ DỤNG QUÂN SỰ 2.1. Nguồn điện đặc chủng khởi động cho tàu ngầm, máy bay và xe thiết giáp 2.1.1. Nguồn điện cho tàu ngầm Tàu ngầm tiêu thụ rất nhiều năng lượng dưới các dạng khác nhau: Cơ năng, điện năng, áp năng,... để cung cấp cho các hệ thống thiết bị trên tàu hoạt động như bộ điều khiển, các đông cơ, hệ thống duy trì sự sống, vũ khí, thông tin,... Năng lượng cung cấp chính cho tàu ngầm gồm 03 dạng chính: Năng lượng từ phản ứng hạt nhân, năng lượng từ nhiên liệu diezen và hóa năng. Trong khuôn khổ bài viết chỉ đề cập tới năng lượng hóa năng dưới dạng nguồn điện ắc qui, các năng lượng hóa năng như pin nhiên liệu, năng lượng hạt nhân chưa đề cập tới [6-8]. Trong tàu ngầm hệ diezen-điện như P3, P4 và tàu kilo, ắc qui chính là nguồn năng lượng chính được sử dụng khi tàu lặn ngầm, cung cấp năng lượng điện duy trì hoạt động của môtơ điện, làm quay tuabin và chuyển động của tàu. Ngược lại khi tàu nổi, hoặc gần bề mặt nước, động cơ diezen hoạt động và cung cấp nguồn năng lượng chính cho tàu. Bảng 1 trình một số tính năng, kỹ thuật của nguồn điện cho tàu ngầm [7, 8]. 164 Nguyễn Văn Tú, “Nguồn điện hóa học và ứng dụng trong quân sự.”
Thông tin khoa học công nghệ Bảng 1. Một số tính năng kỹ thuật nguồn điện sử dụng tàu ngầm và tàu ngầm mini [7, 8]. Tên thiết bị Thông số kỹ thuật Tàu ngầm P3 Hệ bạc-kẽm, 120 V-150Ah, khả năng phóng dòng 200A, trọng lượng 90 kg. Tàu ngầm P4 Hệ chì-axit (Pb/H2SO4/PbO2), có dung lượng lớn, 250V-1000Ah, khả năng phóng dòng 200 A, trọng lượng 390 kg. Tàu ngầm Kilo Hệ chì-axit (Pb/H2SO4/PbO2, có dung lượng lớn, 250 V-10.000Ah, khả năng phóng dòng 3600A, trọng lượng 820 kg. 2.1.2. Nguồn điện cho máy bay Nguồn điện dạng ắc qui được sử dụng để làm nguồn khởi động cho máy bay trong cả huấn huyện và chiến đấu. Các yêu cầu về kỹ thuật như hệ số an toàn cao, trước khi làm nhiệm vụ mới được lắp đặt nguồn điện. Nguồn điện này thường sử dụng các loại nguồn điện có dung lượng riêng cao, thiết kế gọn, nhẹ và có dòng phóng lớn. Hiện nay có 02 kỹ thuật sử dụng nguồn điện cho hàng không: Nguồn điện bạc-kẽm và nguồn điện lithium chống cháy nổ (LiPo) [6, 9-10]. Bảng 2 trình bày một số tính năng, kỹ thuật của các nguồn điện dùng làm nguồn khởi động cho các loại máy bay. Thời gian gần đây với việc phát triển nguồn điện lithium-iron phosphate chống cháy nổ, thay thế nguồn điện bạc-kẽm để ứng dụng làm nguồn khởi động trong hàng không. Bảng 2. Một số tính năng kỹ thuật nguồn điện sử dụng cho việc khởi động máy bay [6, 9]. Tên thiết bị Thông số kỹ thuật Ứng dụng Kích thước: 9,5x4.88x3,5 in, 6Ah, 26,5V F-84F, RF-84 Nặng: 4kg, hệ bạc kẽm Máy bay Jet (Mỹ) F-105B,F-105D, F- Kích thước: 9x5,5x7,69 in, 15Ah, 24,5V 105F Nặng: 31kg, hệ bạc kẽm H-2A, H-2B,H-2C 40Ah, 24V, hệ bạc-kẽm Máy bay Navy H-43C 27Ah, 24V, hệ bạc-kẽm (Mỹ) Boeing 767, 787, 50Ah, 24V, hệ lithium-iron phosphate Máy bay dân sự Airbus (EaglePicher); 2.1.3. Nguồn điện cho xe thiết giáp Nguồn điện khởi động cho xe tăng, thiết giáp sử dụng trên cơ sở nguồn điện ắc qui chì hệ Pb/H2SO4/PbO2 có các giải dung lượng, kích thước khác nhau. Hiện nay, chủng loại này trong nước đã chủ động được công nghệ sản xuất, dựa trên sự chuyển giao công nghệ của phía Trung Quốc tài trợ từ những năm 1978. Ắc qui quốc phòng đặc chủng có các ký hiệu: N100.V/12V- 100Ah; 12.AQHK-28VP; 12V-140XT; 24V-70BT do Nhà máy ắc qui Vĩnh Phú sản xuất, cung ứng, đáp ứng các tiêu chuẩn: ISO 9001:2015 và theo tiêu chuẩn chất lượng nhà nước Việt Nam: TCVN 4472-1993, TCVN 5177-1993, TCVN 7348-2003 [11]. Hiện nay, công nghệ ắc qui chì hệ Pb/H2SO4/PbO2, do chúng ta sản xuất còn một số hạn chế về công nghệ nên có tuổi thọ và nhanh xuống cấp. Đặc biệt vật liệu điện cực, các phụ gia, cũng như kỹ thuật ắc qui kín khí thay thế ắc qui nước. 2.2. Nguồn điện đặc chủng cho máy bay không người lái Ngày nay, máy bay không người lái (unmanned aerial vehicle (UAV) chạy điện đang phát triển và ứng dụng nhanh chóng. UAV có khả năng thực hiện một số nhiệm vụ khó khăn hoặc nguy hiểm, với tính cơ động cao, an toàn và chi phí thấp. UAV đang cách mạng hóa nhiều dịch Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 71, 02 - 2021 165
Thông tin khoa học công nghệ vụ công bao gồm giám sát thời gian thực, tìm kiếm và cứu hộ, điều tra động vật hoang dã, dịch vụ giao hàng, phủ sóng không dây và nông nghiệp chính xác [12-15]. Hiện nay, năng lượng cung cấp cho UVA từ một số nguồn điện như pin nhiên liệu, ắc qui, pin mặt trời và siêu tụ điện. Trong khuôn khổ bài báo, chỉ giới thiệu nguồn năng lượng trên cơ sở ắc qui sử dụng cho UAV. Bảng 3. Một số tính năng kỹ thuật nguồn điện sử dụng cho việc máy bay không người lái Obiter và Tattu UAV Drone Battery [12, 13]. Tên thiết bị Điện Chiều dài Rộng Cao Khối lượng thế (V) (±5mm) (±5mm) (±5mm) (±10g) UAV Obiter 25,9 281 72 56 2350 Tattu UAV Drone Battery TA-15C-16000-6S1P-HV 22,8 190 76 61 1870 TA-10C-25000-6S1P-HV 22,8 207 91 65 2577 2.3. Pin dự trữ hoạt hóa bằng dung dịch muối nóng chảy Trong tên lửa phòng không vác vai tầm thấp A72, A87, tên lửa IGLA, tên ửa Kh-35E tên lửa đối không của máy bay tiêm kích của Nga hay tên lửa TOW (BGM-71 TOW), Shrike (AGM-45 Shrike) của không quân Mỹ sử dụng PDT chất điện ly là muối nóng chảy (pin nhiệt). Pin nhiệt được gắn với thiết bị phóng của tên lửa cung cấp năng lượng cho đầu dò hồng ngoại của hệ điều khiển. Pin nhiệt 9Б -238 sử dụng trong tên lửa phòng không tầm thấp IGLA hiện đang được trang bị cho quân đội Nga và quân đội một số nước được cải tiến trên cơ sở pin nhiệt của tên lửa vác vai A72 và A87. Nguồn điện 9Б-239 về cơ bản có cấu tạo và các tính năng kỹ thuật tương tự như pin nhiệt 9Б -238, chỉ khác về cơ chế kích nổ đốt cháy chất cháy. Điện cực âm của pin nhiệt thường chế tạo từ kim loại kiềm hoặc kiềm thổ, đó là kim loại có tính khử mạnh, điện thế âm lớn như Ca, Mg, còn điện cực dương là hợp chất muối có tính oxi hóa cao. Qua phân tích cho thấy. điện cực âm của pin nhiệt 9b-238 của tên lửa IGLA và pin nhiệt của tên lửa A72 là canxi kim loại, điện cực dương được ép từ hỗn hợp PbCl2 và muối KCl-LiCl trên lưới nilken. Trong tên lửa TOW và Shrike của không quân Mỹ sử dụng pin nhiệt hệ: Mg/KCl- LiCl/BaCrO4. Chất điện ly sử dụng trong pin nhiệt là hỗn hợp muối rắn KCl-LiCl được tẩm trên vải thuỷ tinh làm tấm cách. Trong điều kiện bình thường pin được bảo quản và thời gian khác lớn (10 -15 năm). Pin chỉ được đưa vào hoạt hóa nhờ đốt cháy chất cháy bằng mồi hoả thuật làm nóng chảy hỗn hợp rắn LiCl-KCl. 2.4. Pin dự trữ hoạt hóa bằng khí nén Trong tên lửa phòng không SAM 2, tên lửa pháo binh SCUD sử dụng PDT hệ điện hóa Pb/H2SiF6/PbO2.Trong tên lửa đối hải, tên lửa hải quân P15 của Nga sử dụng PDT hệ điện hóa Zn/KOH/AgCl [4]. Đặc điểm chung của bộ nguồn điện loại này sử dụng các ampul dung dịch hoạt hóa bằng khí nén đưa từ ngoài vào, có khả năng phóng điện với dòng cao, hoạt hóa nhanh, nó sử dụng cho tên lửa có đầu đạn tương đối lớn, tầm bắn trung bình và xa. Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của PDT loại này gồm có 3 phần chính (hình 2). Khoang môđun điện cực; khoang môđun dung dịch và hệ hoạt hóa. Dưới tác dụng của khí nén đưa từ ngoài vào (áp suất cỡ 10 at), khí nén bóp các ampul đựng 166 Nguyễn Văn Tú, “Nguồn điện hóa học và ứng dụng trong quân sự.”
Thông tin khoa học công nghệ dung dịch, dung dịch tràn vào khoang điện cực và được giữ lại ở đó nhờ hệ thống van một chiều làm pin hoạt hóa. Kết cấu và nguyên tắc hoạt của pin nhiệt bạc-kẽm hoàn toàn giống với với kết cấu và nguyên tắc hoạt hóa của pin hệ Pb/H2SiF6/PbO2 trong tên lửa SAM 2 và tên lửa SCUD. Trong pin 52C của tên lửa P15 có 20 bộ ampul đựng dung dịch điện ly KOH. Ampul được chế tạo từ vật liệu như trong pin của tên lửa SAM 2 và SCUD và có kích thước kết cấu cùng loại. 2.5. Pin dự trữ hoạt hóa bằng phương pháp thẩm thấu dung dịch Bộ pin này được hoạt hóa bằng nước, thường là nước biển bằng phương pháp thẩm thấu. Trong lĩnh vực quân sự, nó được sử dụng cấp điện cho các thiết bị khí tài, ngòi hẹn giờ của bom, mìn thuỷ lôi đặc biệt nó được sử dụng rộng rãi cho các phao cứu sinh, thiết bị thu phát cấp cứu trên biển [4]. PDT loại này có hệ điện hóa: Mg/NaCl/MeCln, trong đó, Me là Cu, Ag, Pb với phản ứng tạo dòng: 2MeCln + Mg = nMgCl2 + 2Me Cực âm của pin thường là kim loại Mg hoặc hợp kim Mg, chất hoạt động điện cực dương là hỗn hợp của muối clorua ít tan như CuCl, AgCl, PbCl2, bột graphite hoạt tính và chất kết dính để tăng độ dẫn điện và độ bền điện cực. 2.6. Pin dự trữ hoạt hóa bằng phương pháp đập vỡ ampul thuỷ tinh Đặc điểm của pin loại này có kích thước, trọng lượng lớn. Ampul thuỷ tinh đựng dung dịch chất điện ly được đặt trong block khối điện cực. Trước khi đưa pin vào hoạt động, thiết bị cơ học đập vỡ ampul thuỷ tinh để dung dịch chảy tràn vào khoang điện cực. Ở Nga, Mỹ và một số nước khác pin này được trang bị gắn vào đầu đạn pháo điều khiển bằng ngồi nổ vô tuyến. Trong đạn pháo có điều khiển của Mỹ trong chiến tranh ở Việt Nam sử dụng nguồn điện hoạt hóa bằng đập vỡ ampul thuỷ tinh hệ điện hóa Zn/K2Cr2O7, H2SO4/C, Zn/H2SO4/C(KIO3). 3. THỰC TRẠNG NGHIÊN CỨU Ở VIỆT NAM Tình hình công nghệ, sản xuất, nghiên cứu nguồn điện ở nước ta hiện nay đã có nhiều thay đổi phát triển, chúng ta đã có 06 nhà máy quy mô lớn chuyên về sản xuất ắcqui, pin, chủ yếu là pin khô và ắc qui chì axít. Tuy nhiên, hiện nay có ít cơ sở sản xuất các loại nguồn điện đặc chủng và đủ tiêu chuẩn để đưa vào ứng dụng trong quân sự, riêng nguồn điện bạc-kẽm, nguồn lithium và PDT chưa có cơ sở, nơi nào sản xuất. Hiện tại các chủng loại nguồn này chúng hoàn toàn nhập ngoại chủ yếu từ phía các nước Liên Xô cũ (Liên bang Nga, Ucraina), Belarus, Bắc Triều Tiên, Ấn Độ, tuy nhiên, việc ngoại nhập gặp nhiều khó khăn do nhiều nguyên nhân và giá thành rất cao. Thực trạng nghiên cứu và khảo sát các tính năng kỹ thuật của các chủng loại nguồn điện dùng trong quân sự chủ yếu dừng ở mức đề tài. Trong nước chưa được đầu tư dự án và công nghệ chủ động sản xuất các chủng loại nguồn điện đặc chủng đặc biệt này. 4. KẾT LUẬN Bài báo giới thiệu tổng quan một số nguồn điện đặc chủng dạng pin dự trữ hoặc ắc qui và đã và đang ứng dụng trong kỹ thuật quân sự ở nước ta và các nước. Nguồn điện đặc chủng có các tính năng vượt trội, được sử dụng đa dạng trong các trang thiết bị quân sự như tên lửa, tàu ngầm, ngư lôi, thủy lôi và đạn pháo, khí tài quân sự. Ở nước ta, đang đối mặt với vấn đề thiếu các loại nguồn điện đặc chủng được sản xuất trong nước. Để giải quyết sự thiếu hụt và tiết kiệm ngoại tệ trong việc nhập khẩu nguồn điện đặc chủng, ngoài việc sử dụng hiệu quả các chủng loại nguồn điện sẵn có thường xuyên, chúng ta cần có chiến lược phát triển các nguồn điện đặc chủng thay thế, trong đó đầu tư trang thiết bị, công nghệ và đào tạo con người đóng vai trò quan trọng. Do vậy, việc nghiên cứu và phát phát triển các khoa học công nghê nguồn điện đặc chủng phục vụ quốc phòng có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đáp ứng nhu cấp thiết hiện nay của quân đội. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 71, 02 - 2021 167
Thông tin khoa học công nghệ Lời cảm ơn: Nhóm tác giả cảm ơn sự tài trợ về kinh phí của Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) mã số 104.06-2017.62. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. A. H. Kiehne, “Technology Batteries handbook”, Marcel Dekker, INC, New York and Basel (2000). [2]. N. C. Raleigh, “Misse battery Division”, Electric Storge Battery Co. Ltd., 1970. [3]. Arthur Fleischer, “Zinc- Silver Oxide Batteries”, Jonn Willey, New York (1972). [4]. Trần Quốc Tùy, “Pin dự trữ và dụng trong quân sự”, Tạp chí KHCN&QS, Số 122 (2010), trang 50-54. [5]. Nguyễn Văn Tú, Bùi Đức Cương, “Nguồn điện bạc-kẽm và ứng dụng trong quân sự”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 58, (2018), trang 195-200. [6]. A. P. Karpinski,“Silver-zinc: status of technology and applications”, Journal of Power Sources, Vol. 80 (1999), pp.53-60. [7]. A. I. Rusin and V. N. Leonov, “Storage batteries for submarines”, Journal of Power Sources, 40 (1992), pp. 213-215. [8]. Lê Hồng Quang, “Tìm hiều một số vấn đề về tàu ngầm”, Số 120 (2010), trang 50-54. [9]. Trần Ngọc Khải,“Nghiên cứu cải tiến chế tạo ắc qui bạc- kẽm sử dụng chuyên dụng cho Hải quân, Đặc công”, Đề tài cấp Bộ quốc phòng, 1997. [10]. www.aerospace.basf.com. [11]. Nhà máy ắc qui Vĩnh Phú: http://vibaco.com.vn. [12]. www.saftbatteries.com. [13]. UAV, https://www.israeli-weapons.com/index.html. [14]. https://www.eaglepicher.com/markets/defense/unmanned-underwater-vehicles. [15]. Ghassan Zub, Rodolfo Dufo-López, Monica Carvalho, Guzay Pasaoglu., “The lithium-ion battery: State of the art and future perspectives”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol 89 (2018), pp 292–308. ABSTRACT BATTERIES AND APPLICATION IN MILITARY FIELDS In this article, batteries and storage batteries that have been used in weapons; submarines, tank, bomb, mine, control bullet, rocket, torpedoes, and aerospace technology are introduced. The formation principles, technical properties, and the application fields of special batteries are also briefly presented. Keywords: Batteries; Weapons; Thermal battery, Missiles; Submarines. Nhận bài ngày 20 tháng 8 năm 2020 Hoàn thiện ngày 25 tháng 9 năm 2020 Chấp nhận đăng ngày 05 tháng 02 năm 2021 Địa chỉ: Viện Hóa học-Vật liêu, Viện Khoa học- Công nghệ quân sự. *Email: nguyenvantu882008@gmail.com. 168 Nguyễn Văn Tú, “Nguồn điện hóa học và ứng dụng trong quân sự.”

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.