Кіріспе
World Solar Challenge жарысында жеңімпаз атанған бірнеше жарыс машиналарының атауы Nuna - Австралияда жеті рет: 2001, 2003, 2005, 2007, 2013, 2015 және 2017 жылдары жеңімпаз атанған, күн қуатымен жұмыс істейтін жарыс машиналарының сериясы. Көліктерді Нидерландыдағы Дельфт технология университетінің "Брунелл күн командасының" (бұрынғы Nuon Solar Team және Vattenfall Solar Team) студенттері құрастырады, оларды Brunel (бұрынғы N. V. Nuon Energy) демеушілік етеді.
Nuna is the name of a series of crewed solar powered race cars that have won the World Solar Challenge in Australia seven times: in 2001, 2003, 2005, 2007, 2013, 2015 and 2017. The vehicles are built by students who are part of the "Brunel Solar Team" (formerly Nuon Solar Team and Vattenfall Solar Team) at the Delft University of Technology in the Netherlands, sponsored by Brunel (formerly N. V. Nuon Energy).
Күн элементтері
Күн элементтері галлий арсенидінен (GaAs) жасалады және үш қабаттан тұрады. Жоғарғы қабатқа енетін күн сәулесі төменгі қабаттарда пайдаланылады, нәтижесінде тиімділігі 26% -дан асады. Бұл күн батареясының түрі қазіргі таңда ең жақсылардың қатарында. Тиімділікпен қатар, өлшем де маңызды, сондықтан Nuna 3 ұшағының бүкіл жоғарғы беті олармен қапталған, тек пилот кабинасы ғана. Клеткалар күн сәулесін тік тұрған бұрышта ұстағанда тиімділік жоғары болады. Егер жоқ болса, шығыс шамамен перпендикулярмен бұрыштың косинусына дейін азаяды. Күн элементі белгілі бір күн сәулесінің белгілі бір мөлшеріне белгілі бір ток береді. Кернеу жүктемеге (дәлірек айтқанда жүктеменің кедергісіне) байланысты. Қуат кернеу мен ток көбейтіндісі болып табылады, сондықтан ол жүктемеге де байланысты. Белгілі бір кернеуден кейін күн элементінің тогы тез арада нөлге дейін төмендейді, бұл графикте көрсетілгендей. Алайда, батареялардың кернеуі тұрақты, сол сияқты күн элементтерінен де айырмашылығы бар. Сонымен кернеуді түрлендіру қажет. Күн элементтеріне берілген жүктемеге төзімділік күн элементтері ең жоғары қуатты беретінін қамтамасыз ету үшін DC DC түрлендіргіш қолданылады, сонымен қатар графиктегі жасыл сызықтың жоғарғы жағында. Бұл ең жоғары қуат нүктесін бақылау (МҚҚТ) деп аталады. Бұл ретте де мақсат - конверсияның барынша тиімділігін арттыру (>97%).
Аэродинамикалық конструкция
Аэродинамикалық соғу жалпы кедергісінің маңызды бөлігі болып табылады. Маңыздысы - алдыңғы бетінің ауданы және соғу коэффициенті. Қалыпты ламинарлық ағысты сақтау үшін жобалау керек, өйткені турбуленттілік беткі соғуды арттырады. Идеалдық пішінге әртүрлі кезеңдерде қол жеткізіледі: Шамамен өлшенген модельдің жел құбырында сыналуы арқылы. Мысалы, сұйық бояулар бетіндегі ауа ағынын көру үшін қолданылуы мүмкін. Көрсетілген сурет ТЭТ Делфттегі төмен жылдамдықты зертханада жүргізілген сынақтардың бірінде түсірілген. Бұл машинаны жел құбырында сынақтан өткізу арқылы. Бұл үшін DNW Marknesse-дегі төмен жылдамдықты ірі қондырғысы (LLF) пайдаланылады. Жарыс өтетін аймақтағы метеорологиялық мәліметтерге сүйенсек, желдің күшті соғатынына сенімді бола аламыз. Nuna 3 дөңгелектерінің шапқыштары жақты желдің қозғалтқыштық әсерін тигізуі үшін жасалған.
Through computer simulations of the design. Through testing of a scale model in a wind tunnel. For example, liquid paints can be applied to see the flow of air over the surface. The photo shown was taken during one of those tests in the Low Speed Laboratory of the TU Delft. Through testing of the full scale car in a wind tunnel. For this, the DNW Large Low Speed Facility (LLF) in Marknesse is used. From meteorological data at the area where the contest is to take place, it can be concluded that there will likely be a strong side wind. The wheel caps of the Nuna 3 are designed such that a sidewind will have a propulsory effect.
Қозғалтқыш
Мотордың арткы дөңгелегіне толықтай жабылып, қозғалтқыштан дөңгелекке механикалық беріліс арқылы (әдеттегі көліктегідей) шығындарды азайту үшін (егер дөңгелектің арткы дөңгелегіне немесе арткы дөңгелегіне қозғалтқышты қосуға рұқсат етілсе) Мотор 1993 жылы Швейцарияның Биль қаласындағы инженерлік мектеп (қазіргі Бернер Фаххоксшуле Техник анд Информатик) жасаған "Биль рухының III моторының" жетілдірілген нұсқасы. Өңдеулер 1999 жылы іске асырылған, толығымен қайта жасақталған цифрлық қуат электроникасы мен басқару жүйесіне байланысты. Олар 1993 жылғы Spirit of Biel II-ге қарағанда 50% артық қуатты (2400 Вт-тан астам) және 45% жоғары айналым моментін қамтамасыз етті. Сонымен қатар, жалпы қозғалтқыш жүйесінің тиімділігі (қуатты электрониканың шығындарын қоса алғанда) жақсарды және қазір 98% -дан асады. Бірақ графикте көрсетілгендей бұл жылдамдыққа байланысты және жылдамдықпен өседі. Бұл модель бастапқыда күн энергиясымен жұмыс істейтін машинаның 100 км/сағ жылдамдығында ең жоғары жылдамдыққа жету үшін жасалған.
Жарыс
Жарыс жеңу үшін жақсы көлік қана емес, сонымен қатар жолдың ерекшеліктеріне сай, оны ақылды жүргізу керек. Сондықтан бұл жарысқа дейін екі ай бойы зерттеу жүргізілді. Биіктік айырмашылықтары картаға түсіріліп, GPS деректерімен байланыстырылады. Осыдан жарыста ең жақсы жылдамдықты анықтауға болады. Барлық сынақтар мен басқа да дайындықтарға қарамастан, бір белгісіз фактор қалады: ауа райы. Бұлттар күн сәулесінің қаншалықты көп тұтылуына әсер етеді. Сондықтан жол бойында ауа райының өзгеруін үнемі бақылау керек. Осы деректердің барлығы компьютерлік модель арқылы талданып, сол сәттегі идеалды жылдамдықты үнемі есептейді. Бұл жабдық (бензинмен жұмыс істейтін) пилоттық машиналарға орнатылған. Телеметрия арқылы батареялардың жағдайы және күн сәулесінің мөлшері туралы мәліметтер үнемі алынады.
Команда
"Нунаның" әр нұсқасын Дельфт технология университетінің студенттері құрайтын топ жасады. Командада оннан жиырмаға дейін адам бар. Олар бір жыл бойы оқудан бос уақыт алып, күн қуатымен жүгіретін машинаны жаңадан жобалап, жасап шығарады. 2001 жылы "Нуна-1" кемесі Альфа-Кентавр тобымен жасалды. Оларға бұрынғы ғарышкер Уббо Оккелс басшылық жасады. 2002 жылдан 2019 жылға дейін команда Nuon Solar Team деп аталды. 2022 жылдан бастап команда Brunel Solar Team деп аталады.
Нұна 1 (2001)
Алғашқы Nuna командасын (Alpha Centauri командасы) Nuon-тың демеушілігімен ұйымдастырды. Команда негізінен Делфт технология университетінің студенттерінен құралған, оларды бұрынғы астронавт Вуббо Оккелс басқарған. Бұл голландиялық команданың тұңғыш рет жарысқа қатысқаны және олар 3021 км қашықтықты 32 сағат 39 минутта жеңіп, 1996 жылғы Honda командасының ескі рекордын (33 сағат 32 минут) бұзған. Орташа жылдамдығы сағатына 91,8 шақырым болды.
Нұна 2 (2003)
Nuna 2 командасы жарысты 31,05 сағатта жеңіп, 3021 км жүріс үшін орташа жылдамдығы 97,02 км/сағ. болды. Бұл команданың бұрынғы Nuna 1 командасының рекордтық рекордын бұзды.
Нұна 3 (2005)
Nuna 3 жарыстың алдындағы сынақ жылдамдығы 130 км/сағ болатын, бұл 2005 жылғы Дүниежүзілік күн жарысының фавориттері болды. Соңғы нәтиже Дарвин мен Аделаида арасындағы 3021 шақырымды рекордтық 29 сағат 11 минутта, орташа есеппен сағатына 103 шақырым жылдамдықпен жүріп өтті. Бұл әлі күнге дейін Дүниежүзілік күн жарысының рекорды болып табылады.
Нұна 4 (2007)
Nuna 4 -тің алдыңғы модельінен негізгі өзгерістері - рычагтардың орнына руль, жүргізушінің орнына тік орындық және бұрынғы 9 м2-ге қарағанда 6 м2 кіші күн панелі. Бұл өзгерістер ережелерді өзгерту арқылы талап етілді. Бұл қауіпсіздік мәселесі және машинаны нақты көлікке ұқсатуға тырысу және Австралия жолдарында жылдамдықты шектеуді азайту. 2007 жылы Nuna 4 жеңіп алды.
Нұна 5 (2009)
Nuna 5 модельінің алдыңғы модельге қарағанда негізгі өзгеруі батареяның салмағының төмендеуі болды, ол 2007 жылы 30 кг-нан 25 кг-ға дейін өзгерді. Басқа өзгерістерге сәйкес, көліктерге бұрын қолданылған слайк (тұмсық дөңгелектер) бойынша жарысуға рұқсат етілмеді, оның орнына профильді (таспалы немесе саңылаулы) дөңгелектерді талап етті. Сонымен қатар, жүргізушіге ең көп дегенде 27 градус бұрышта отырып, тік отыру талап етілді. Ол екінші орын алды.
Нұна 6 (2011)
Nuna 6-ның негізгі өзгерістері оның бұрынғы Nuna 5-тен күн батареяларының монокристалл кремний батареяларына ауысуы және батарея массасы жаңа ережелерге сәйкес. Сондай-ақ, көліктің салмағы мен аэродинамикалық соғу да азайды.
Нұна 7 (2013)
Nuna 7 -нің алдыңғы модельдерінен негізгі өзгеруі - бұл World solar challenge жаңа ережелері бойынша талап етілгендей, үш емес, төрт дөңгелек. Көлік те асимметриялық, өйткені жүргізушінің кабинасы оң жақта орналасқан. Батареялар мен көлік құралының салмағы бұрынғы Nuna 6 машинасына қарағанда өзгерген жоқ. Nuna 7 2013 жылы Bridgestone World Solar Challenge жарысында жеңімпаз атанды.
Нұна 8 (2015)
Жарысқыштар класында Делфт технология университетінің командасы Nuna 8 және орташа жылдамдығы 91.75 км/сағ. , жарыстың көп бөлігін басқарған голландиялық әріптестері Твенте университетінен сәл ғана алда, бірақ 8 минуттан кейін екінші орынға ие болды. Көліктің модификацияланған нұсқасы Nuna 8S Оңтүстік Африкада 2016 жылы Sasol Solar Challenge жарысында жеңімпаз атанды.
Нұна 9 (2017)
Шақырушы класта Делфт командасы Nuna 9 және орташа жылдамдығы 81,2 км / сағ (50,5 миль / сағ) Мичиган университетінің күн машиналары командасынан алда өз атағын сақтады. Көліктің модификацияланған нұсқасы Nuna 9S Оңтүстік Африкада 2018 жылы Sasol Solar Challenge жарысында жеңімпаз атанды.
Нұна Х (2019)
Nuna X (10) жарыстың соңғы күні 85.22 км/сағ жылдамдықпен бірінші орында болды, бірақ олардың жарысы көліктің өртенуі салдарынан кенеттен аяқталды. Автомобиль бірнеше минут ішінде өртеніп, команданың 8-ші әлем чемпионы атағын жеңуіне кедергі болды. Бұл команданың Дүниежүзілік күн жарысына қатыса бастағанынан бері тұңғыш рет жеңімпаздықтың алғы тұғырына жетпегені. Көліктің модификацияланған нұсқасы Nuna Phoenix жарысы COVID-19 салдарынан тоқтатылғаннан кейін, күн энергиясын ғана пайдалана отырып, 924 км қашықтықтағы ең ұзақ қашықтықтағы әлем рекордын орнатты.
Нұна 11 (2021)
Nuna 11 де Nuna Phoenix сияқты қиындықтарға тап болды. Олардың жобалау кезеңінің басында 2021 жылғы Дүниежүзілік күн жарысы өтеді деп ойлаған. Бірақ бірнеше ай бұрын COVID-19-ға байланысты іс-шара тоқтатылды. Нәтижесінде команда Марокконың күн энергиясы сынағын ұйымдастырды, онда олар үшінші орынға ие болды. Көліктің модификацияланған нұсқасы Nuna 11s Оңтүстік Африкада 2022 Sasol Solar Challenge жарысында жеңімпаз атанды.