Дослідження: електродвигуни не тихіші за звичайні ДВС

Тиша – головна перевага електромотора, але є важливі нюанси. Інтерпарус розбирає особливості роботи електродвигунів.

У чому сир-бор?

Нове дослідження, що рецензується, проведене Університетським коледжем Лондона (UCL), детально вивчило рівень підводного випромінюваного шуму на різних швидкостях. У ході випробувань вчені порівнювали електричні та традиційні двигуни на різних яхтах та судах. Дослідження під назвою «Порівняльний аналіз підводного шуму, що видається від електричних і традиційних судів» опубліковано в журналі Американського акустичного товариства (JASA).

Джерело: advancedmaritimetechnologyinternational.com

Робота була виконана кафедрою машинобудування UCL у співпраці з RAD - британською компанією, що спеціалізується на електричних суднових силових установках. Автори поставили за мету оцінити рівень шуму, що виробляється електричними суднами, і науково перевірити широко поширене переконання, що вони тихіше за свої аналоги з двигунами внутрішнього згоряння (ДВЗ).

Хоча двигуни електрочовнів, як правило, працюють тихіше для людського вуха, дослідження дало несподівані результати. Спойлер: електродвигуни можуть генерувати значний підводний шум на високих частотах. Це робить їх «помітнішими» для видів з гострим високочастотним слухом, включаючи морських свиней та інших дрібних китоподібних.

Польові випробування двигунів

Проект розпочався з попередніх випробувань на річці Хамбл у Гемпширі (Велика Британія). Команда UCL під керівництвом доктора Тома Сміта порівняла електричний підвісний двигун RAD 40 з бензиновим аналогом еквівалентної потужності. Для чистоти експерименту компанія RAD надала два максимально схожі судна.

Джерело: radpropulsion.com

Перші виміри показали, що електрична система справді створює менше шуму у кількох частотних діапазонах. Щоб підтвердити ці дані, було проведено другий етап випробувань - цього разу в контрольованому середовищі на озері поблизу Шрусбері, Англія. Протягом кількох днів тестувалися два ідентичні човни: один з електромотором RAD 40, а інший - з ДВС тієї ж потужності.

Методологія збору даних

Для отримання максимально повної картини використовувався комплексний підхід:

Акустичні вимірювання: дані фіксувалися за допомогою двох гідрофонів (підводних мікрофонів).
Візуальний контроль: велася високошвидкісна підводна відеозйомка для аналізу кавітації та потоків води.
Повітряний шум: проводились вимірювання рівня звуку над поверхнею води.

Випробування проходили у широкому діапазоні швидкостей - від 4 до 20 вузлів, що дозволило оцінити шум як при спокійному маневруванні, так і при гліссуванні.

Висновки фахівців за результатами вимірів

«Маломірні судна залишаються поза дискусією, коли йдеться про підводний шум, але вони все ще можуть бути по-справжньому гучними. При цьому вони експлуатуються в багатьох уразливих екосистемах, наприклад дрібних озерах і болотах, тому зниження рівня їхнього шуму є критично важливим», — зазначає доктор Сміт.

Джерело: maritime-executive.com

Електродвигун RAD також показав цікаві результати. Так, на низьких швидкостях високочастотний шум від нього був у середньому нижче, ніж у човнів з іншими двигунами на електриці. Хтось побачить у цьому висновку нативну рекламу — не дарма компанія є одним із спонсорів дослідження, — але вчені роблять інший елегантний висновок. За словами авторів наукової роботи, низький рівень шуму у RAD доводить, що проблема з шумом у високочастотному діапазоні вирішувана.

Ключові цифри та висновки

Ось які підсумки підбили вчені порівняно ДВЗ та електродвигунів:

Зниження шуму на 43 дБ: така різниця на швидкості 4 вузла між електромотором і ДВС.
Широкосмуговий шум: електрична система показала нижчі рівні шуму у всьому протестованому діапазоні швидкостей.
Причина різниці: Відсутність процесів горіння та викиду вихлопних газів під воду - головних джерел шуму в традиційних двигунах, включаючи специфічний шум від викиду вихлопних газів через маточину гребного гвинта

Нюанси високочастотного спектру

Дослідники зафіксували високочастотний тональний шум від контролера двигуна на електрочовні, проте його рівень виявився нижчим, ніж в інших раніше опублікованих дослідженнях.

Джерело: advancedmaritimetechnologyinternational.com

Таким чином, електромотори дають незаперечну перевагу в акваторіях, де мешкають види, чутливі до низькочастотного шуму. Однак для тварин з розвиненим високочастотним слухом (таких як зубаті кити та ластоногі) контроль шуму кавітації на високих швидкостях залишається важливим завданням для обох типів двигунів.

Дослідження підтвердило, що після порогу 6 вузлів кавітація стає головним джерелом шуму для обох типів двигунів. Однак на електрочовні цей ефект може виявитися і на більш високих швидкостях - залежить від конструкції гребного гвинта.

Від теорії до практики: сафарі в Намібії та висновки для промисловості

Автори дослідження дійшли іншого важливого висновку: високочастотний шум на електричних суднах можна значно знизити за рахунок більш ретельного проектування двигуна і силової електроніки.

Щоб перевірити свої висновки у реальних умовах, вчені провели додаткові спостереження у Намібії, на річці Чобі. Там компанія Pangolin Photo Safaris вже використовує човни, які оснащені силовими установками RAD. Команда UCL провела порівняльні виміри між цими суднами та човнами інших операторів, щоб оцінити рівень підводного шуму в реальному середовищі.

Джерело: advancedmaritimetechnologyinternational.com

Висновки, загалом, залишилися самі: електродвигуни до певного порога справді тихіше своїх ДВС-побратимів. На низьких швидкостях електрика все ще значно тихіше.

Думка експертів

Пітер Байфорд, технічний директор RAD, зазначає: «Ми завжди вірили, що інженерний підхід до створення електроприводу має колосальне значення не лише для продуктивності, а й для реальної екологічної користі. Це дослідження підтверджує наше переконання суворими науковими даними. Ми пишаємося тим, що підтримали UCL у цій роботі, яка є важливою для майбутнього стійкого мореплавання у всьому світі».

Чому це важливо для яхтингу?

Результати дослідження надають цінні дані для проектувальників обладнання та операторів марин, особливо у регіонах, де підводний шум жорстко регламентований. В офіційній заяві RAD наголошується: "Це дослідження дає важливі орієнтири для політиків, захисників природи і всієї морської індустрії, підтверджуючи значущість безшумних технологій для збереження водних екосистем".

Разом з тим, для досягнення максимального ефекту перехід на електротягу повинен супроводжуватися зниженням експлуатаційних швидкостей та покращенням гідродинаміки вхідного потоку води на гвинт. А це означає, що попереду ще багато роботи.

Нове відео на каналі Інтерпарус

Яхта Pure 42 – справжнє відкриття минулої Boot Düsseldorf. Ще рік тому це був голий проект із задумом, а сьогодні повноцінна яхта та яка! Крім продуманого дизайну Pure 42 може похвалитися завидним підйомним кілем з бульбою, але це далеко не всі сюрпризи. Детальний огляд на каналі! Приємного перегляду!