Type 212 osztály (Németország) / U212 Todaro

  • Ha nem vagy kibékülve az alapértelmezettnek beállított sötét sablonnal, akkor a korábbi ígéretnek megfelelően bármikor átválthatsz a korábbi világos színekkel dolgozó kinézetre.

    Ehhez görgess a lap aljára és a baloldalon keresd a HTKA Dark feliratú gombot. Kattints rá, majd a megnyíló ablakban válaszd a HTKA Light lehetőséget. Választásod a böngésződ elmenti cookie-ba, így amikor legközelebb érkezel ezt a műveletsort nem kell megismételned.
  • Az elmúlt időszak tapasztalatai alapján házirendet kapott a topic.

    Ezen témában - a fórumon rendhagyó módon - az oldal üzemeltetője saját álláspontja, meggyőződése alapján nem enged bizonyos véleményeket, mivel meglátása szerint az káros a járványhelyzet enyhítését célzó törekvésekre.

    Kérünk, hogy a vírus veszélyességét kétségbe vonó, oltásellenes véleményed más platformon fejtsd ki. Nálunk ennek nincs helye. Az ilyen hozzászólásokért 1 alkalommal figyelmeztetés jár, majd folytatása esetén a témáról letiltás. Arra is kérünk, hogy a fórum más témáiba ne vigyétek át, mert azért viszont már a fórum egészéről letiltás járhat hosszabb-rövidebb időre.

  • Az elmúlt időszak tapasztalatai alapján frissített házirendet kapott a topic.

    --- VÁLTOZÁS A MODERÁLÁSBAN ---

    A források, hírek preferáltak. Azoknak, akik veszik a fáradságot és összegyűjtik ezeket a főként harcokkal, a háború jelenlegi állásával és haditechnika szempontjából érdekes híreket, (mindegy milyen oldali) forrásokkal alátámasztják és bonuszként legalább a címet egy google fordítóba berakják, azoknak ismételten köszönjük az áldozatos munkáját és további kitartást kívánunk nekik!

    Ami nem a topik témájába vág vagy akár csak erősebb hangnemben is kerül megfogalmazásra, az valamilyen formában szankcionálva lesz

    Minden olyan hozzászólásért ami nem hír, vagy szorosan a konfliktushoz kapcsolódó vélemény / elemzés azért instant 3 nap topic letiltás jár. Aki pedig ezzel trükközne és folytatná másik topicban annak 2 hónap fórum ban a jussa.

    Az új szabályzat teljes szövege itt olvasható el.

  • Az elmúlt évek tapasztalatai alapján, és a kialakult helyzet kapcsán szeretnénk elkerülni a (többek között az ukrán topikban is tapasztalható) információs zajt, amit részben a hazai sajtóorgánumok hozzá nem értő cikkei által okozott visszhang gerjeszt. Mivel kizárható, hogy a hazai sajtó, vagy mainstream szakértők többletinformációval rendelkezzenek a fórumhoz képest a Wagner katonai magánvállalat oroszországi műveletével kapcsolatban, így kiegészítő szabály lép érvénybe a topik színvonalának megőrzése, javítása érdekében:

    • a magyar orgánumok, közösségi média oldalak, egyéb felületek hírei és elemzései (beleértve az utóbbi időkben elhíresült szakértőket is) nem támogatottak, kérjük kerülésüket.
    • a külföldi fősodratú elemzések, hírek közül az új információt nem hordozók szintén kerülendők

    Ezen tartalmak az oldal tulajdonosának és moderátorainak belátása szerint egyéb szabálysértés hiányában is törölhetők, a törlés minden esetben (az erőforrások megőrzése érdekében) külön indoklás nélkül történik.

    Preferáltak az elsődleges és másodlagos források, pl. a résztvevő felekhez köthető Telegram chat-ek, illetve az ezeket közvetlenül szemléző szakmai felületek, felhasználók.

T

Törölt tag 1945

Guest
Hidrogén

2021-03-06-09-31-32-Window.jpg

HDW a hidrogén tárolása (fémhidridben)[1]

N-vtelen-4.jpg

Fémhidrid tároló[2]

A fémhidridek képesek szerkezetükben lekötni és eltárolni, majd melegítés hatására kiereszteni a hidrogént. Az üzemanyag cellához szükséges hidrogént a Howaldtswerke-Deutsche Werft által kifejlesztett Titán és Mangán ötvözet[3] porózus fémhidridjében tárolják, ahol hidrogénatom az átmenetifém ötvözet rácsában, hézagaiban oldódik.

p2.jpg

Fém-hidrid tartályok[4]

N-vtelen-3.jpg

U212 osztály fémhidrid tárolók[5]

A 212A típusú tengeralattjárók gépterem körül (oldalt és alul), a nyomásálló testen kívül építették be a fél méter átmérőjű[6] HDW fémhidrid tartályokat, amiket három telepbe rendeztek.

Számítsuk ki a HDW által gyártott tartályok mekkora össztömeget jelentenek. Mivel a hidrogén atomtömege 1g/mol, az oxigéné 16g/mol, és a reakció végterméke víz (H₂O), így a szükséges hidrogén (2∙1g/16g) tömege ⅛-a az oxigénnek. Mivel a két Linde tartályban becslésem szerint összesen 40t oxigént szállítanak, 5t hidrogén tárolására van szükség. Mivel a fémhidrid tömegarányosan 2%[7] hidrogént képes tárolni, az 5t hidrogén tárolására 250t fémhidrid szükséges.


AIP rendszer

2021-03-06-10-34-42-Window.jpg

A 212-es tengeralattjáró üzemanyagcellás rendszerének sematikus ábrázolása[8]

2021-03-06-11-21-25-Window.jpg

U-212 metszet[9]

A teljes üzemanyag cella meghajtó rendszer becslésem szerint a következő főbb elemekből áll:

2021-03-10-06-57-39-Window.jpg


A komponensek össztömege 325t, a tengeralattjáró teljes 1450t tömegének 22%-a.



[1] Einsatz von Brennstoffzellen und deren Energiespeicherung für den Unterwassereinsatz - Meeresforschungstechnik 2000 plus, 1. Nordeutsches Symposium – 7. oldal
[2] ThyssenKrupp techforum 1/2006 – 69. oldal
[3] ThyssenKrupp techforum 1/2006 – 69. oldal
[4] DFATR-PEMFC The Probable AIP Structure of Submarine SMX® Ocean (concept) - Bakst System Engineering & Consulting – 6. oldal
[5] HYBRID NUCLEAR/FUEL-CELL SUBMARINE - LIEUTENANT R. H. GOODENOUGH ROYAL NAVY MINISTRY OF DEFENCE UK – 8. oldal
[6] Einsatz von Brennstoffzellen und deren Energiespeicherung für den Unterwassereinsatz - Meeresforschungstechnik 2000 plus, 1. Nordeutsches Symposium – 7. oldal
[7] ThyssenKrupp techforum 1/2006 – 69. oldal
[8] Einsatz von Brennstoffzellen und deren Energiespeicherung für den Unterwassereinsatz - Meeresforschungstechnik 2000 plus, 1. Nordeutsches Symposium – 2. oldal
[9] https://i.pinimg.com/originals/b8/92/10/b892106ee7dd9f99db93f16f047019dc.jpg
 

csakb

Well-Known Member
2014. március 2.
396
651
93
Mert jóval nagyobb tárolási sűrűséget lehet elérni kémiai kötéssel, mint ha nagynyomású tartályban, vagy akár cseppfolyósítva tárolnák. Utóbbihoz nem mellesleg brutális hűtés is kell.


1024px-Storage_Density_of_Hydrogen.jpg
Eh, már nem tudom szerkeszteni. Szóval a cseppfolyósítás is nyilván jó a sűrűség jelentős növelésére, de műszakilag nagy kihívás lenne ezt huzamosabb ideig megvalósítani egy tengón, vagy autóban.
 
  • Tetszik
Reactions: endre and Janaj
T

Törölt tag 1945

Guest
Mert jóval nagyobb tárolási sűrűséget lehet elérni kémiai kötéssel, mint ha nagynyomású tartályban, vagy akár cseppfolyósítva tárolnák. Utóbbihoz nem mellesleg brutális hűtés is kell.


1024px-Storage_Density_of_Hydrogen.jpg

Pontosan.
Az oxigén forráspontja -182°C, a hidrogéné viszont -252°C, alig 20 K.
Lehet tárolni 700bar-os nyomáson brutál kompozit tartályban pár litert gépjárművek számára (ha valaki be mer oda ülni), de a tengók számára sokkal nagyobb mennyiségre van szükség.
 

fip7

Well-Known Member
2011. november 9.
18 300
54 677
113

Hpasp


Az adatokat olvasva lehet jobban jártak volna egy 1-2 tonnás dízel motorral , 20 tonna üzemanyaggal meg még 300 tonna aksival.
 

fip7

Well-Known Member
2011. november 9.
18 300
54 677
113
Az 5 tonna letárolt hidrogén kb. 20 tonna dízellel egyenértékű ha a dízel motor alacsonyabb hatásfokát nézzük.
Az NiMH aksi 60-120 Wh/kg-ot tud. Az egyszerűség kedvéért legyen ez a szám 100 Wh/kg.
Ez 300 tonna NiMH aksi esetén 30 MWh.
Ez kb. 30-50 óra tisztán elektromos üzem a víz alatt. És ebben még nincs benne az eddig beépített aksik kapacitása.
Azért ezt az aksit választottam mert ez már ismert volt a Type 212 tervezésének az idején.

A régebbi Ni-Cd aksi esetén ez fele ennyi, 15 MWh.
Az újabb lítiumos aksik esetén ez akár 50+ Mwh is lehet.
Engem eddig nem győzött meg az AIP.
 
  • Tetszik
Reactions: LMzek 2.0

fip7

Well-Known Member
2011. november 9.
18 300
54 677
113

Hpasp


Tök jó ez a táblázat. Bele van számolva a 250 tonnás tároló meg a 40 tonna oxigén is? :)
 
T

Törölt tag 1945

Guest

Hpasp


Tök jó ez a táblázat. Bele van számolva a 250 tonnás tároló meg a 40 tonna oxigén is? :)

Kiszámolhatjuk... :D
5t hidrogén energiatartalma 33.3kWh/kg x 5000kg x 59% (PEM cella hatásfok) = 98MWh
Az egész hóbelevanc AIP egység tömege becslésem szerint 325t.
Vagyis az egész PEM cellás energiatárolás végeredménye: 98MWh / 325t = 300Wh/kg

Az ólomsavas akkuk 40Wh/kg-ot tudnak, a NiMH aksik 80Wh/kg-ot, és a jelenlegi csúcs LiFePo4 akku 139Wh/kg.
 

fip7

Well-Known Member
2011. november 9.
18 300
54 677
113

Hpasp


Ez a megközelítés már jobban tetszik! :)
Most már kivárom a sorozat végét, hogy megtudjam, hogy víz alatt mekkora sebességgel mekkora hatótávolsága van ennek a ladiknak.
 
T

Törölt tag 1945

Guest

Hpasp


Ez a megközelítés már jobban tetszik! :)
Most már kivárom a sorozat végét, hogy megtudjam, hogy víz alatt mekkora sebességgel mekkora hatótávolsága van ennek a ladiknak.

Össze lesz hasonlítva a végén az összes AIP variáció, az 1. és 2. generációs üzemanyag cella, a Stirling motor, a MESMA, és a sima Li-ion akkus megoldás is, előnyök, hátrányok, és hatásfok szerint.
 
T

Törölt tag 1945

Guest
2021-03-06-07-38-27-Window.jpg

PEM üzemanyagcellás modulok tesztállványba szerelve[1]

A hidrogén energiatartalma 33.3kWh/kg, amit a PEM egység 59%[2] hatásfokkal 33.3kWh/kg ∙ 59% = 19.65 kWh/kg alakít villamos energiává. A 212A típusú tengeralattjárókba 9db 34kW-os PEM egység került, amikből egy tartalék, így a nyolc üzemelő PEM névleges összteljesítménye 272kW, és a névleges teljesítményéhez szükséges hidrogén fogyasztás 272kWh / 19.65 kWh/kg = 13.8kg/h. A fedélzeten tárolt 5t hidrogén 5000kg / (13.8kg/h ∙ 24h) = 15 napnyi vízalatti autonómiát tesz lehetővé, névleges teljesítményen.

2021-03-06-11-03-03-Window.jpg

hatékonysági görbe[3]

Mivel a 1700kW-os Siemens PERMASYN motor hatásfoka kis teljesítményen 80%-os, és a fedélzeti berendezések összfogyasztása ~100kWh[4] nagyságrendben lehet, a meghajtásra így 172kW marad nominális AIP teljesítményen: 172kW ∙ 80% ∙ 1.34shp/kW ≈ 184shp a hajócsavarra leadott teljesítmény.

Becsült nominális AIP sebesség, a hajó méretadataiból (hossz L=56m, átmérő D=7m)[5]
V=25 ∙ ³√( P / [L ∙ D ∙ 10.765]) = 25 ∙ ³√( 184shp / [ 56m ∙ 7m ∙ 10.765]) ≈ 8kts

A 15 nap alatt 8 csomóval megtehető távolság: 8kts ∙ 24h ∙ 15nap = 2900 tengeri mérföld.

Amennyiben az akkumulátorokat is használják a meghajtásra, az egység pár órán át tartható maximális sebessége…
Mivel a 1700kW-os Siemens PERMASYN motor hatásfoka névleges teljesítményen 95%-os, így: 1700kW ∙ 95% ∙ 1.34shp/kW ≈ 2164shp az általa leadott maximális teljesítmény, így a maximális vízalatti sebesség, V=25 ∙ ³√( P / [L ∙ D ∙ 10.765]) = 25 ∙ ³√( 2164shp / [ 56m ∙ 7m ∙ 10.765]) ≈ 20kts


MTU 16V396 dízel aggregátor

707-16-V396-Aggregat-6-mtu.jpg

Német tengeralattjáró MTU meghajtása[6]

Felszíni menetben, vagy sznorkelezés közben a névleges fordulaton (2000rpm) 2150kW-os teljesítményű, 16 hengeres MTU 16V396 dízelmotor töltheti az akkumulátorokat, illetve 12 csomó sebességgel hajthatja a hajót. A 7.1t tömegű dízel, és a teljes gépészeti blokk el van szigetelve a hajótesttől, így üzem közben az egység zajszintje 136dB[7]-re csökkent a korábbi 209-es osztály 144dB-hez képest. A fedélzeten tárolt dízelgázolaj felhasználásával a 212A felszínen vagy sznorkelezve maximálisan 8000 tengeri mérföld távolságot tehet meg, 28 nap alatt.


Európai AIP megoldások összehasonlítása


2021-03-10-21-33-14-Window.jpg

* a megadott maximális tartós vízalatti sebesség mellett
** német ThyssenKrupp Marine Systems
*** svéd Saab Kockums
[8]
**** francia Direction des Constructions Navales, jelenleg Naval Group[9]

2021-03-11-07-12-42-Window.jpg

* Mivel a vízben terjedő hangot más alapszinthez viszonyítjuk, így a fenti értékekhez a víz alatt +26dB-t hozzá kell adni.
** Becslésem szerint
*** DFATR-PEMFC The Probable AIP Structure of Submarine SMX® Ocean (concept) - Bakst System Engineering & Consulting – 37. oldal
**** Stirling Engine Assessment - Electric Power Research Institute – 58. oldal

Ahhoz, hogy a körülményes (egy napon át tartó) töltés és a (szó szerint) nehézkes hidrogén tárolás problémáját megkerüljék, lehetséges dízelgázolajból (vagy akár metanolból) is hidrogéngázt kinyerni.


2021-03-10-21-25-53-Window.jpg

Dízelüzemanyag-átalakító - PEMFC[10]

A dízelgázolaj kéntelenítése után (metanol alkalmazása esetén ez a lépés kimarad), magas hőmérsékleten (>700°C), víz és oxigén hozzáadása mellett, hidrogén, szénmonoxid és metán keletkezik. Két újabb 450°C és 220°C katalizátor fokozat után lehet csak az üzemanyag cellához szükséges tisztaságú hidrogént kinyerni. A fenti folyamathoz szükséges eszközök tömege és hatásfoka rontja az AIP jellemzőit.



[1] SINAVY PEM Fuel Cells For Submarines – Siemens – 10. oldal
[2] SINAVY PEM Fuel Cells For Submarines - Siemens – 8. oldal
[3] SINAVY DC-Prop and SINAVY PERMASYN® Integrated Propulsion Solutions for Submarines - Siemens – 17. oldal
[4] STRATEGIC antisubmarine warfare AND NAVAL STRATEGY – Lexington books – 145. oldal
[5] STRATEGIC antisubmarine warfare AND NAVAL STRATEGY – Lexington books – 143. oldal
[6] https://www.mtu-solutions.com/eu/de/stories/marine/deutsches-u-boot-mit-mtu-antrieb.html
[7] Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы (2004) - ЦНИИ“Морфизприбор – 51. oldal
[8] Poland’s ‘Orka’ submarine program. Part 3. The A26 submarines – SAAB Group – 4. oldal
[9] DCNS - AUTONOMY BOOSTING SECTIONS video
[10] DFATR-PEMFC The Probable AIP Structure of Submarine SMX® Ocean (concept) - Bakst System Engineering & Consulting – 18. oldal
 
T

Törölt tag 1945

Guest
A német U-212A tengeralattjáró AIP meghajtása

A fórumban, 17 forrás felhasználásával, a német U-212A tengeralattjáró AIP meghajtásáról, sorozat került publikálásra, kitekintéssel a többi európai megoldásra is.
Ezek lettek most egybegyúrva és közzétéve egy magyarul ilyen formában még tán nem megjelent anyagként.

A 10 oldalas PDF formátumú anyag letölthető az alábbi linkről.
 

fip7

Well-Known Member
2011. november 9.
18 300
54 677
113

Hpasp


Szép munka, gratulálok!
Szerinted mi lehet az oka annak, hogy a Japánok a különböző AIP megoldások megvizsgálása után arra jutottak, hogy a legújabb hajóikat simán lítium aksisra építik?

Engem az általad leírtak megerősítettek abban, hogy:
Szerintem a leghatékonyabb megoldás a sok lítiumos aksi + dízel helyet Stirling motoros légperiszkópos meghajtás.
 
T

Törölt tag 1945

Guest

Hpasp


Szép munka, gratulálok!
Szerinted mi lehet az oka annak, hogy a Japánok a különböző AIP megoldások megvizsgálása után arra jutottak, hogy a legújabb hajóikat simán lítium aksisra építik?

Engem az általad leírtak megerősítettek abban, hogy:
Szerintem a leghatékonyabb megoldás a sok lítiumos aksi + dízel helyet Stirling motoros légperiszkópos meghajtás.

Légperiszkópot könnyű kiszúrni, és utána drónnal követni.
Tudtommal a japcsik visszatáncoltak a Li-ion meghajtásból, és a Kockums Stirling motorját licenszelik, bár ebben @Cifu biztosan jobban értesült nálam.
 
  • Tetszik
Reactions: endre
T

Törölt tag 1945

Guest
Kiszámolhatjuk... :D
5t hidrogén energiatartalma 33.3kWh/kg x 5000kg x 59% (PEM cella hatásfok) = 98MWh
Az egész hóbelevanc AIP egység tömege becslésem szerint 325t.
Vagyis az egész PEM cellás energiatárolás végeredménye: 98MWh / 325t = 300Wh/kg

Az ólomsavas akkuk 40Wh/kg-ot tudnak, a NiMH aksik 80Wh/kg-ot, és a jelenlegi csúcs LiFePo4 akku 139Wh/kg.

@fip7 legyen meg a nuki opció is, csak hogy korrektek legyünk.

A General Electric S3G reaktora és gépészete 1680t súlyú, és 15000LE x 0.75 = 11.25MW-ot tudott leadni maximális teljesítményen (EFPH - Equivalent Full Power Hours) 18'000 órán át.

11.25MW x 18000h / 1680 t = 120kWh/kg

1000x (!!!) energiatárolás (három nagyságrend), tömegarányosan.