Mobilitatea în joc: victoria „hibrizilor” este încă în dubiu
BMP „Puma” al armatei germane avea nevoie de o unitate de putere care să ofere mai multă putere, să se potrivească într-un volum limitat. MTU 10V 890 îndeplinește această cerință, oferind o densitate de putere excepțională
Mobilitatea excelentă în cele mai dificile condiții este o caracteristică primordială a tuturor vehiculelor militare. Cu toate acestea, realizarea acestui lucru pentru vehiculele blindate este mult mai dificilă, dar este extrem de important ca acestea să își poată îndeplini cu succes sarcinile.
Mobilitatea este foarte importantă pentru vehiculele blindate, dar în același timp concurează cu alte caracteristici importante, cum ar fi, de exemplu, asigurarea supraviețuirii vehiculului și a echipajului. Și aici această cerință poate intra în conflict cu cerința de a menține mobilitatea. Cu toate acestea, este clar că soldații a căror siguranță depinde de astfel de vehicule au nevoie de o capacitate off-road sporită, accelerație mai rapidă și viteză mai mare, toate fără a afecta negativ supraviețuirea. Astfel de nevoi forțează dezvoltarea de noi sisteme de propulsie și șasiu pentru a găsi soluții optime care să poată îndeplini aceste cerințe adesea conflictuale. Cu toate acestea, pentru a le respecta, este necesară o combinație și un echilibru a unui număr de parametri de proiectare. Acestea includ caracteristicile sistemului de suspensie, care afectează direct calitatea mișcării, suprafața portantă a șenilelor sau a roților, care determină presiunea pe sol, garda la sol a vehiculului și puterea motorului. Se crede că ultima caracteristică este cea mai importantă și mai dificil de realizat. Acest lucru se datorează faptului că chiar și în problema generării și distribuirii puterii motorului, designerul trebuie să facă compromisuri, uneori chiar călcând pe gâtul propriului cântec. Creșterea puterii într-un vehicul blindat este limitată de factori precum volumul compartimentului motor, necesitatea de a menține o rezervă de putere, restricțiile de greutate și nevoia de a satisface nevoile de putere ale sistemelor de bord, de exemplu, echipamente de comunicație, sisteme de navigație, senzori și sisteme de protecție activă și pasivă.
Este nevoie urgentă de o protecție eficientă împotriva amenințărilor în schimbare de astăzi, în special a celor care impun cele mai mari cerințe asupra unității de alimentare și a șasiului mașinii. Protecția înseamnă aproape inevitabil armură, iar armura adaugă masă. Există o contradicție care te obligă să faci compromisuri incomode: pe măsură ce nivelul amenințărilor crește, trebuie să crească și nivelul de protecție. O creștere a nivelului de protecție, de regulă, se traduce printr-o nevoie de armură suplimentară, iar armura suplimentară poate contribui la creșterea greutății vehiculului. Menținerea sau îmbunătățirea caracteristicilor de funcționare ale unui vehicul blindat implică inevitabil o creștere a puterii motorului și a eficienței transmisiei și a unităților de putere conectate la acesta. Cu toate acestea, masa vehiculului este determinată și de dimensiunea acestuia: cu cât vehiculul este mai mare și suprafața care trebuie blindată, cu atât devine mai greu. Astfel, noua unitate de putere (motor cu transmisie și transmisii) nu trebuie doar să fie mai puternică, dar trebuie să se încadreze cel puțin în volumul alocat sau, de preferință, să aibă un volum total mai mic. Acest criteriu este, în primul rând, absolut pentru unitățile de putere concepute pentru a moderniza vehiculele blindate existente, dar este și foarte de dorit pentru platformele noi.
Vehiculele blindate, cum ar fi acest Leopard 2A MBT, impun cerințe speciale pentru proiectanții de motoare și transmisii. Au nevoie de mai multă putere pentru a se potrivi în cel mai mic volum posibil.
Valoarea general acceptată a nivelului de mobilitate oferit de un vehicul blindat este așa-numita putere specifică sau raportul dintre putere (cel mai adesea în cai putere) și masa vehiculului. Acest raport, deși nu ia în considerare toți factorii posibili care determină mobilitatea, este un criteriu potrivit, deși grosier, și este util atât ca parametru de proiectare, cât și ca instrument de comparare a diferitelor mașini. De regulă, cu cât puterea specifică este mai mare, de exemplu, în CP. pe tonă, cu atât mai bune sunt caracteristicile generale de conducere pe care mașina le va arăta. În ciuda faptului că atunci când se evaluează un vehicul, viteza maximă a acestuia este adesea luată în considerare, pentru un vehicul de luptă, accelerația sau răspunsul motorului (capacitatea de a trece rapid și fără probleme de la o funcționare stabilă la putere minimă la putere maximă) poate fi de fapt mult mai important.caracteristic. Adesea trecută cu vederea în performanța unui vehicul, capacitatea de a accelera rapid și de a se deplasa rapid în siguranță ca răspuns la mișcările de atac este neprețuită. Afectează direct capacitatea de supraviețuire a vehiculului și a echipajului acestuia. Astfel, puterea disponibilă contribuie nu numai la creșterea mobilității, ci și la supraviețuirea, mai ales atunci când este utilizată în combinație cu măsuri de autoapărare, inclusiv senzori de detectare a loviturilor și radiații laser, precum și contramăsuri pasive și active.
În unitatea de putere pentru un vehicul blindat, este extrem de important să se obțină puterea necesară în cea mai mică cantitate. Un factor cheie care contribuie la creșterea masei mașinii este suprafața care trebuie blindată.
Puterea în mic
În ciuda cazurilor individuale de utilizare a motoarelor cu turbină cu gaz, cum ar fi, de exemplu, în familia luptei principale tancuri (OBT) M1 Abrams produs de General Dynamics, cel mai popular motor pentru vehiculele blindate continuă să fie un motor diesel, sau mai degrabă un motor diesel multicombustibil. Unul dintre liderii în producția de unități de putere este compania germană MTU. Abordarea sa integrată constă în faptul că o singură „unitate de putere” include nu numai motorul, transmisia și transmisiile de putere, ci și subsisteme pentru alimentarea cu aer și filtrarea acestuia, răcire, generare de electricitate și altele. Fiecare dintre componentele unității de putere este atent proiectată și asamblată pentru a obține cea mai compactă și eficientă soluție. MTU recunoaște că pentru dezvoltatorul și integratorul de vehicule de luptă, raportul dintre putere și volum este un factor critic. Giovanni Spadaro, șeful Î.S. la MTU, a explicat că pentru ei „integrarea tuturor componentelor într-un singur sistem este foarte importantă, ne dezvoltăm neobosit filozofia dezvoltării simbiotice a tuturor părților soluției dezvoltate. Pentru noi, acest lucru înseamnă că literalmente totul, arhitectura, conceptul, software-ul și toți parametrii, are ca scop îmbunătățirea performanței unității finale complete de putere. Impactul acestei abordări asupra platformei finale este enorm, având în vedere colaborarea strânsă cu marii producători de vehicule militare precum Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems și General Dynamics. Un reprezentant al General Dynamics Land Systems a explicat: „În ceea ce privește unitatea de putere, mai multă putere este mai bună, mai mică este mai bună, mai ieftin este în general excelent, dar cu o creștere obligatorie a nivelurilor de siguranță, fiabilitate, zgomot și mentenanță.”
MTU a demonstrat că adaptarea și modificarea în scopuri militare a unităților de putere comerciale este potrivită pentru vehiculele blindate ușoare și medii, de exemplu, vehiculul blindat de luptă cu patru axe ARTEC Boxer, care este echipat cu un motor diesel MTU 8V199 TE20. Cu toate acestea, vehiculele și tancurile blindate mai grele necesită motoare proprii, cum ar fi, de exemplu, motoarele din seriile 880 și 890, concepute special pentru instalarea pe platforme militare grele. Capacitățile unităților moderne de putere sunt demonstrate în vehiculul de luptă de infanterie pe șenile Puma. Spadaro a spus că „unitatea de putere MTU pentru Puma include cutia de viteze, demaror/alternator și sisteme de răcire și purificare a aerului. Motorul diesel MTU 10V 890 este cunoscut pentru densitatea sa foarte mare de putere și dimensiunile compacte. În comparație cu alte motoare militare din aceeași clasă de putere, masa și volumul au fost reduse cu aproximativ 60 la sută.” Directorul Special Motors de la MTU a comentat că „Această unitate este mai compactă decât orice unitate de putere anterioară”. Avantajele motoarelor MTU sunt evidente în special atunci când se instalează unități de putere în mașini din generațiile anterioare. Motoarele sale din gama EuroPowerPack au fost folosite de compania franceză GIAT (acum Nexter) pentru a înlocui motoarele tancurilor Leclerc-EAU pentru Emiratele Arabe Unite. Motoarele acestei familii sunt instalate și pe Challenger-2E MBT, economisind în același timp un volum semnificativ, crescând în același timp rezerva de putere datorită consumului redus de combustibil.
Caterpillar, cunoscută pentru echipamentele sale grele de construcții, a devenit un furnizor major de motoare pentru vehicule tactice și blindate. Propunerile sale pentru armată se bazează pe sisteme comerciale gata făcute în funcțiune în multe țări din întreaga lume. De aici și beneficiile semnificative - reducerea costurilor asociate cu volumele de producție și disponibilitatea suportului tehnic. Cu toate acestea, sunt cunoscute și dezvoltările companiei pentru uz militar, de exemplu, motorul C9.3 cu o densitate de putere crescută de 600 CP. Cu toate acestea, adevărata inovație este că C9.3 își poate schimba puterea nominală. Pentru a îndeplini cerințele europene stricte privind emisiile Euro-III, acesta trece la un mod redus la 525 CP. putere. Caterpillar notează că „Avantajul este că utilizatorul poate selecta modul de operare. Este posibil să se obțină performanțe maxime în timpul operațiunii active pe teren, dar în timpul antrenamentului sau când se lucrează în zone cu populație civilă, este posibilă trecerea la modul de control al emisiilor. De fapt, această „comutare” are rădăcini în tehnologia pe care Caterpillar a dezvoltat-o pentru sistemele comerciale.
Compania este aleasă în mod constant pentru programe de înlocuire și modernizare a flotelor existente de vehicule blindate. De exemplu, motorul său CV8 este instalat în prezent pe vehiculele de luptă ale infanteriei Warrior pe șenile armatei britanice. Această lucrare este realizată în baza unui contract cu Lockheed Martin pentru a actualiza mașina la standardul WCSP (Warrior Capability Sustainment Program), care va extinde funcționarea mașinilor până în 2040. Caterpillar schimbă și motorul vehiculelor blindate Stryker de 350 CP ale Armatei SUA. pe motorul C9 cu o putere de 450 CP. Noul motor „se încadrează” în volumul pe care îl ocupa motorul anterior. Această înlocuire face parte din propunerea de modificare tehnică ECP-1 a General Dynamics, care include un alternator de 910 amperi, îmbunătățiri ale suspensiei și alte îmbunătățiri.
Motoarele „militarizate” de la Caterpillar se bazează pe motoarele sale personalizate pentru vehicule comerciale grele. Acest lucru vă permite să obțineți avantaje în ceea ce privește costul, logistica și disponibilitatea. Motorul C9, parte a programului de modernizare a vehiculelor blindate Stryker, este, de asemenea, utilizat pe scară largă în vehiculele de construcții.
Unități electrice
În mod tradițional, puterea de la motor este transferată mecanic către roți sau șenile. Acționările electrice înlocuiesc această conexiune fizică cu motoare electrice găzduite în roți motrice sau pinioane. Energia pentru a rula aceste motoare electrice poate proveni de la baterii, un motor cu ardere internă sau ambele. Abordarea „hibridă” folosește fie un motor diesel, fie un motor cu turbină cu gaz, care, eliberat de conexiuni mecanice, poate fi acum montat oriunde pe șasiu, oferind designerilor mai multă libertate de proiectare. De asemenea, este posibil să instalați două motoare, ceea ce BAE Systems a implementat în instalația de testare mobilă HED (Hybrid Electric Drive). Purtătorul de cuvânt al BAE Systems, Deepak Bazaz, a menționat că două motoare HED sunt conectate la generatoare și baterii, ceea ce îi permite să funcționeze în moduri diferite: un motor este la ralanti pentru a economisi combustibil, două motoare funcționează când este nevoie de mai multă putere sau în modul silențios mașina. se uită, funcționează doar cu baterii. Conceptul HED este implementat pe platforma pe șenile AMPV (Armored Multipurpose Vehicle), dar este planificat să fie făcut scalabil și utilizat pe o mașină de orice categorie de greutate, atât pe roți, cât și pe șenile. Centrala electrică experimentală HED a fost finalizată de BAE Systems pentru conceptul hibrid al lui Northrop Grumman, ca parte a propunerii sale pentru vehiculul de luptă la sol GCV (Ground Combat Vehicle) al Armatei SUA.
Activitatea Organizației NATO de Cercetare Tehnologică afirmă: „Performanța vehiculelor hibride electrice în ceea ce privește viteza, accelerația, capacitatea de urcare și liniștea este superioară celei a vehiculelor cu acționare mecanică... în timp ce economiile de combustibil pot fi de la 20 la 30 la sută”. . Motoarele electrice oferă, de asemenea, o accelerație aproape instantanee, un răspuns bun la accelerație și o tracțiune mai bună. Acesta din urmă depinde direct de cuplul îmbunătățit care este inerent motoarelor electrice. Pentru vehiculele militare, acest lucru înseamnă mai multe avantaje: timp de reacție mai rapid atunci când vă deplasați pentru a acoperi, mai greu de lovit și o capacitate mai bună de cross-country. Unitatea HED este alimentată de două motoare cu șase cilindri, o transmisie personalizată de la QinetiQ și baterii litiu-ion de 600 de volți.
Un alt aspect atractiv al unei acționări electrice este capacitatea sa de a genera niveluri mai eficiente și mai ridicate de energie electrică. Centrala electrică cu platformă GCV a Northrop Grumman/BAE Systems va putea furniza 1100 de kilowați, deși substanțial mai mică și mai ușoară decât unitățile de putere convenționale. Cu toate acestea, deoarece stocarea energiei este o parte importantă a unității electrice hibride, nepotrivirea bateriilor moderne devine o problemă serioasă. Prin urmare, pentru vehiculele hibride sunt luate în considerare mai multe tipuri de baterii avansate cu densitate de energie mai mare, inclusiv litiu ion, hidrură de nichel metal, clorură de nichel sodiu și polimer de litiu. Cu toate acestea, toate sunt încă în stadiul de dezvoltare a tehnologiei și au anumite deficiențe care trebuie rezolvate înainte de a fi considerate adecvate pentru utilizare în aplicații militare. Un alt domeniu de lucru care trebuie dezvoltat pentru ca unitățile hibride să poată fi instalate masiv pe vehiculele blindate este eliminarea limitărilor de proiectare ale motoarelor moderne de tracțiune. Deși integrate cu succes în prototipurile demonstrative de tip HED, aceste sisteme au limitări în ceea ce privește dimensiunea, greutatea și răcirea. Până la rezolvarea acestor probleme, toate circuitele electrice, în ciuda avantajelor lor, vor rămâne o iluzie pentru vehiculele blindate.
Cu toate acestea, multe organizații de cercetare rămân interesate de conceptul de acționare electrică. De exemplu, în conformitate cu contractele Agenției pentru Proiecte de Cercetare Avansată de Apărare DARPA, QinetiQ își va testa conceptul de motoare cu butuc (motoare cu angrenaje) instalându-le pentru testare pe modele experimentale de funcționare. Numeroase reductoare de viteze, diferențiale și transmisii de putere vor înlocui motoare electrice compacte puternice în roțile mașinii. Este posibil ca acest concept să fie implementat și pe vehiculele blindate pe roți existente. De fapt, în iunie 2017, BAE Systems a semnat un acord cu QinetiQ pentru a aduce o nouă tehnologie de acționare electrică pentru combaterea vehiculelor. Un reprezentant al BAE Systems a spus că aceasta va „oferi clienților o tehnologie dovedită cu costuri reduse care va îmbunătăți capacitățile vehiculelor de luptă actuale și viitoare”.
BAE Systems, în colaborare cu QinetiQ, a dezvoltat și fabricat un eșantion demonstrativ al unei soluții hibride HED pentru un vehicul blindat bazat pe șasiul AMPV.
Provocări ale puterii viitoare
În ultimul deceniu, nevoia de vehicule de luptă cu energie electrică a crescut de mai multe ori. Mark Signorelli, șeful vehiculelor de luptă la BAE Systems, a menționat că „în viitor, va fi din ce în ce mai dificil pentru vehiculele blindate să răspundă nevoii de electricitate”. Se fac eforturi pentru a rezolva această problemă în creștere. De exemplu, pentru mașinile din familia M2 Bradley se ia în considerare un generator CE Niehof de 300 de amperi, iar pentru noua platformă AMPV, două generatoare de 150 de amperi fiecare. Domnul Spadaro de la MTU a declarat că „factorii cheie care au influențat și influențează dezvoltarea soluțiilor pentru generarea mai multă putere sunt masa tot mai mare a vehiculelor MBT și pe roți (în principal ca urmare a cerințelor pentru niveluri crescute de protecție) și în același timp, nevoia de mai multă energie electrică pentru sistemele de bord de orice tip, fie ele electronice, sisteme de protecție și confort pentru echipaj, de exemplu, un sistem avansat de climatizare.” MTU consideră că „sunt rezolvate prin integrarea mai profundă a componentelor electrice în unitatea de putere. Un exemplu bun aici este din nou unitatea de putere MTU a vehiculului blindat Puma menționat mai sus, care include un starter/generator cu o putere nominală de 170 kW, care furnizează curent la două ventilatoare de răcire, precum și un compresor de agent frigorific pentru aer condiționat.
Puterea vehiculelor blindate afectează direct capacitățile de luptă și supraviețuirea. Principalele criterii de supraviețuire pe câmpul de luptă sunt următoarele: „luați toate măsurile pentru a nu fi văzut, dacă sunt observați, pentru a nu fi lovit, dacă tot este lovit, pentru a nu fi ucis”. Prima este facilitată de abilitatea de a te deplasa acolo unde adversarul nu te așteaptă. Al doilea necesită o accelerare rapidă și o bună manevrabilitate pentru a găsi acoperire și este îngreunată de capacitatea trăgătorului inamic de a se bloca eficient pe o țintă de ucis. Iar al treilea este determinat de capacitatea de a lua o protecție pasivă adecvată și de a utiliza contramăsuri pasive și active. Cu toate acestea, fiecare dintre aceste criterii le poate afecta negativ pe celelalte. De exemplu, armura suplimentară crește masa și, ca urmare, mobilitatea.
Progresele în domeniul centralelor electrice pentru vehicule blindate, noi motoare, transmisii și propulsoare, metode inovatoare de integrare și de aranjare permit dezvoltatorilor de echipamente militare să satisfacă cele mai îndrăznețe dorințe ale clienților. Multe dintre îmbunătățirile pe care le vedem pe platformele militare sunt preluate direct din proiecte comerciale: motoare și computere de bord, control electronic digital, control automat al stării sistemelor, acționări electrice și stocare a energiei și, în sfârșit, implementări practice ale hibridului. solutii. Cu toate acestea, provocările la adresa acestui echilibru delicat obligă industria să dezvolte soluții din ce în ce mai inovatoare.
Conform site-urilor:
www.nationaldefensemagazine.org
www.mtu-online.com
www.gd.com
www.rheinmetall.com
www.cat.com
www.baesystems.com
www.darpa.mil
www.nato.int
www.armorama.com
defesaglobal.wordpress.com
pinterest.com
www.wikipedia.org
informații