Показывать

Nuna — это название серии с экипажем на солнечных батареях гоночных автомобилей , которые семь раз выигрывали World Solar Challenge в Австралии : в 2001, 2003, 2005, 2007, 2013, 2015 и 2017 годах. Автомобили построены студентами, входящими в состав «Brunel Solar Team» (ранее Nuon Solar Team и Vattenfall Solar Team) в Делфтском технологическом университете в Нидерландах , спонсируемая Brunel (ранее NV Nuon Energy ).

Показывать

Критерии проектирования

Чтобы иметь хорошие шансы на победу, автомобиль должен:

собрать как можно больше солнечной энергии
использовать как можно меньше энергии для движения с определенной скоростью. Это означает особое внимание к:
- эффективность передачи электрической энергии на колеса, и
- минимизация трения, состоящая из:
  - трение воздуха (сопротивление воздуха) и
  - трение качения , на которое, в свою очередь, помимо прочего влияет вес

Солнечные батареи

Солнечные элементы изготовлены из арсенида галлия (GaAs) и состоят из трех слоев. Солнечный свет, проникающий в верхний слой, используется в нижних слоях, в результате чего эффективность превышает 26%. Этот тип солнечных батарей является одним из лучших, доступных в настоящее время. Помимо эффективности, имеет значение и размер, поэтому ими покрыта вся верхняя поверхность Nuna 3, кроме кабины.

Эффективность оптимальна, когда на клетки солнечные лучи попадают перпендикулярно. В противном случае выходная мощность уменьшается примерно на косинус угла с перпендикуляром.

VI характеристика солнечного элемента — VI characteristic of a solar cell

Солнечная батарея дает определенное количество тока для определенного количества солнечного света. Напряжение . зависит от нагрузки (точнее сопротивления нагрузки) Мощность . является произведением напряжения и тока и поэтому также зависит от нагрузки При определенном напряжении ток солнечного элемента быстро падает до нуля, как показано на графике.

Однако батареи имеют довольно постоянное напряжение, которое также имеет несколько иное значение, чем у солнечных элементов. Поэтому необходимо преобразование напряжения. Специальный тип преобразователя постоянного тока используется для обеспечения того, чтобы сопротивление нагрузки, подаваемое на солнечные элементы, было таким, чтобы солнечные элементы выдавали максимальную мощность, а также в верхней части зеленой линии на графике. Это называется трекером максимальной мощности (MPPT). Здесь также цель состоит в том, чтобы это преобразование достигло максимальной эффективности (>97%).

Аэродинамический дизайн

Нижняя часть модели Nuna 3 в аэродинамической трубе.

Аэродинамическое сопротивление является важной частью общего сопротивления. Важными являются площадь лобовой поверхности и коэффициент лобового сопротивления. Форма должна быть спроектирована так, чтобы сохранить ламинарный поток , поскольку турбулентность приводит к увеличению поверхностного сопротивления. Идеальная форма достигается на различных этапах:

С помощью компьютерного моделирования конструкции.
Путем испытаний масштабной модели в аэродинамической трубе . Например, можно нанести жидкие краски, чтобы увидеть потоки воздуха над поверхностью. Представленная фотография была сделана во время одного из таких испытаний в Лаборатории малых скоростей Делфтского технического университета.
Путем испытаний полномасштабного автомобиля в аэродинамической трубе. Большая низкоскоростная установка (LLF) DNW в Маркнессе . Для этого используется

По метеорологическим данным в районе проведения соревнований можно сделать вывод, что, скорее всего, будет сильный боковой ветер. Колпаки колес Nuna 3 сконструированы таким образом, что боковой ветер оказывает толчковое воздействие.

Мотор

КПД двигателя Биля — Efficiency of the Biel engine

Двигатель полностью заключен в заднее колесо, чтобы минимизировать потери при механической передаче от двигателя к колесу (как в обычном автомобиле с коробкой передач и карданом). Двигатель представляет собой улучшенную версию оригинального двигателя Motor of the Spirit of Biel III 1993 года , разработанного Инженерной школой Биля, Швейцария (ныне: Berner Fachhochschule Technik und Informatik) . Эти улучшения обусловлены полностью переработанной цифровой силовой электроникой и управлением, реализованной в 1999 году. Они позволили увеличить мощность на 50% (более 2400 Вт) и крутящий момент на 45% по сравнению с Spirit of Biel II 1993 года . Эффективность всей системы привода (включая потери силовой электроники) также улучшилась и теперь превышает 98%. Но, как показывает график, это в некоторой степени зависит от скорости и увеличивается с увеличением скорости. Изначально конструкция была рассчитана на достижение максимальной производительности при нормальной крейсерской скорости солнечного автомобиля около 100 км/ч.

Гонка

Для победы в гонке требуется не только хорошая машина, но и умелое управление ею в соответствии с особенностями трассы. Вот почему это исследовалось за два месяца до гонки. Перепады высот наносятся на карту и привязываются к данным GPS . Исходя из этого во время гонки можно определить оптимальную скорость.

Несмотря на все испытания и другие приготовления, остается один неопределенный фактор; погода . Любые облака будут сильно влиять на количество солнечного света, которое можно уловить. Так что за любыми изменениями погоды на трассе придется постоянно следить. Все эти данные анализируются компьютерной моделью, которая постоянно рассчитывает идеальную скорость на данный момент. Это оборудование встроено в пилотные автомобили (с бензиновым двигателем). С помощью телеметрии они постоянно получают данные о состоянии аккумуляторов и количестве улавливаемого солнечного света.

Команда

Каждая версия Nuna была построена командой, состоящей из студентов Делфтского технологического университета . В состав команды входит от десяти до двадцати человек. Они берут годичный перерыв в учебе, чтобы спроектировать и построить с нуля новую версию солнечного гонщика. В 2001 году команда Альфа-Центавра построила Нуну-1. Им руководил бывший астронавт Вуббо Окелс . С 2002 по 2019 год команда называлась Nuon Solar Team. С 2022 года команда называется Brunel Solar Team.

Шоу 1 (2001)

Первая команда Нуна ( Команда Альфа Центавра ) спонсировалась Нуоном . Команда состояла в основном из студентов Делфтского технологического университета, которыми руководил бывший астронавт Вуббо Окелс . Голландская команда впервые участвовала в гонке и выиграла гонку длиной 3021 км за 32 часа 39 минут, побив старый рекорд команды Honda 1996 года (33 часа 32 минуты). Средняя скорость составила 91,8 километра в час.

Шоу 2 (2003)

Nuna 2 выиграла гонку за 31,05 часа со средней скоростью 97,02 км/ч на дистанции 3021 км, побив рекорд дистанции предыдущей команды Nuna 1.

Шоу 3 (2005)

Nuna 3 был одним из фаворитов World Solar Challenge 2005 года, показав скорость перед гонкой на тест-драйве 130 км/ч. В конечном итоге 3021 километр между Дарвином и Аделаидой был пройден за рекордные 29 часов 11 минут, со средней скоростью около 103 км/ч. Это по-прежнему текущий рекорд World Solar Challenge .

Шоу 4 (2007)

Основные изменения Nuna 4 от предшественника Nuna 3 — это рулевое колесо вместо рычагов, вертикальное сиденье вместо лежачего водителя и меньшая по размеру солнечная панель длиной 6 м. ² по сравнению с предыдущими 9 м ². Эти изменения были вызваны изменениями в правилах, вызванными предполагаемыми проблемами безопасности и попытками сделать автомобиль более похожим на настоящий автомобиль, а также снижением ограничения скорости на австралийских дорогах. Нуна 4 победила в 2007 году. ^{[ 1 ]}

Шоу 5 (2009)

Основным отличием Nuna 5 от его предшественника Nuna 4 было уменьшение веса аккумулятора: с 30 кг в 2007 году до 25 кг. Другие изменения требовали, чтобы автомобилям не разрешалось участвовать в гонках на ранее использовавшихся сликах (гладких шинах), а вместо этого требовались профилированные (с протектором или рифлеными) шины. Кроме того, водителю требовалось сидеть более прямо с углом наклона сиденья не более 27 градусов. ^{[ 2 ]} Он финишировал вторым.

Шоу 6 (2011)

Основными изменениями Nuna 6 по сравнению с предшественником Nuna 5 является замена солнечных элементов на монокристаллические кремниевые элементы, а также масса аккумулятора — и то, и другое в соответствии с новыми правилами. Также были уменьшены вес автомобиля и аэродинамическое сопротивление.

Шоу 7 (2013)

Главное отличие Nuna 7 от предшественников заключается в том, что у нее четыре колеса вместо трех, как того требуют новые правила World Solar Challenge. Автомобиль также асимметричен, поскольку кабина водителя находится с правой стороны. Вес аккумуляторов и автомобиля практически не изменился по сравнению с его предшественницей Nuna 6. Nuna 7 выиграла Bridgestone World Solar Challenge 2013 года.

Шоу 8 (2015)

В классе претендентов команда Делфтского технологического университета сохранила титул с Nuna 8 и средней скоростью 91,75 км/ч (57,01 мили в час), опередив своих голландских коллег из Университета Твенте, которые лидировали большую часть гонки. , но финишировали на втором месте всего на 8 минут позади них. ^{[ 3 ]} Модифицированная версия автомобиля Nuna 8S выиграла Sasol Solar Challenge 2016 года в Южной Африке.

Шоу 9 (2017)

В классе претендентов команда из Делфта снова сохранила свой титул с Nuna 9 и средней скоростью 81,2 км/ч (50,5 миль в час), опередив команду Solar Car Team Мичиганского университета . ^{[ 4 ]} Модифицированная версия автомобиля Nuna 9S выиграла Sasol Solar Challenge 2018 в Южной Африке.

Страна Х (2019)

Нуна Х (10) была на первом месте в последний день гонки со средней скоростью 85,22 км/ч (52,95 миль в час), но их гонка внезапно оборвалась из-за пожара в машине. Автомобиль сгорел за считанные минуты, не позволив команде завоевать 8-й титул чемпиона мира. Впервые с тех пор, как команда начала участвовать в World Solar Challenge , ей не удалось обеспечить себе место на подиуме. Модифицированная версия автомобиля Нуна Феникс установила мировой рекорд по наибольшему количеству километров, пройденных только за счет энергии солнца: 924 км после отмены гонки из-за COVID-19.

Шоу 11 (2021)

Нуна 11 столкнулась с теми же проблемами, что и Нуна Феникс. В начале периода проектирования казалось, что в 2021 году состоится версия World Solar Challenge. Но за пару месяцев до мероприятия его отменили из-за COVID-19. В результате команда организовала Moroccan Solar Challenge, где заняла третье место. Модифицированная версия автомобиля Nuna 11s выиграла Sasol Solar Challenge 2022 года в Южной Африке.

См. также

Twente One , голландский гоночный автомобиль на солнечных батареях, разработанный Университетом Твенте .
SolUTra , , автомобиль TU предшествовавший Twente One.
Stella голландского Солнечные автомобили технологического университета Эйндховена WSC , выигравшие класс Cruiser в 2013 и 2015 годах.
Список команд солнечных автомобилей
Мировой солнечный вызов

Ссылки

↑ Технический университет Делфта, Досье Nuna 4. Архивировано 5 ноября 2007 г. в Wayback Machine , проверено 25 октября 2007 г.
^ Технический регламент WSC 2009. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ «Голландская команда Nuon празднует победу в гонке World Solar Challenge от Дарвина до Аделаиды» . Новости АВС . 22 октября 2015 г. Проверено 19 июня 2017 г.
^ «РЕЗУЛЬТАТЫ ЗА 7 ДЕНЬ (в архиве)» . ВСК . 5 ноября 2017 года. Архивировано из оригинала 13 ноября 2017 года . Проверено 13 ноября 2017 г.

Внешние ссылки

[1] Технический университет Делфта, Досье Nuna 4. Архивировано 5 ноября 2007 г. в Wayback Machine , проверено 25 октября 2007 г.

[2] Технический регламент WSC 2009. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[3] «Голландская команда Nuon празднует победу в гонке World Solar Challenge от Дарвина до Аделаиды» . Новости АВС . 22 октября 2015 г. Проверено 19 июня 2017 г.

[4] «РЕЗУЛЬТАТЫ ЗА 7 ДЕНЬ (в архиве)» . ВСК . 5 ноября 2017 года. Архивировано из оригинала 13 ноября 2017 года . Проверено 13 ноября 2017 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]