Mobilitatea excelentă în cele mai dificile condiții este caracteristica primordială a tuturor vehiculelor militare. Cu toate acestea, este mult mai dificil să se realizeze acest lucru pentru vehiculele blindate, dar este extrem de important pentru ca acestea să își poată îndeplini cu succes sarcinile
Mobilitatea este foarte importantă pentru vehiculele blindate, dar în același timp concurează cu alte caracteristici critice, 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, necesită o permeabilitate sporită în afara terenului, o accelerație mai rapidă și o viteză mai mare, toate fără a afecta negativ supraviețuirea. Aceste cerințe determină dezvoltarea de noi pachete de putere și sisteme de trenuri de rulare pentru a găsi soluții optime pentru a îndeplini aceste cerințe adesea contradictorii. Cu toate acestea, pentru a le respecta, este necesară o combinație și un echilibru între mai mulți parametri de proiectare. Acestea includ caracteristicile sistemului de suspensie, care afectează direct calitatea mișcării, suprafața de susținere a șinelor sau a roților, care determină presiunea la sol, garda la sol a vehiculului și puterea motorului. Ultima caracteristică este considerată a fi cea mai importantă și cea mai dificil de realizat. Acest lucru se datorează faptului că chiar și în problema generării și distribuirii puterii motorului, proiectantul trebuie să facă compromisuri, uneori chiar călcând pe gâtul propriului său cântec. Creșterea puterii într-un vehicul blindat este limitată de factori precum volumul compartimentului motorului, necesitatea de a menține o autonomie, restricțiile de greutate și necesitatea de a îndeplini cerințele de putere ale sistemelor de la bord, de exemplu, echipamentele de comunicații, sisteme de navigație, senzori și sisteme de protecție activă și pasivă.
Este imperativă o protecție eficientă împotriva amenințărilor în evoluție de astăzi, în special a celor care solicită cele mai mari cerințe asupra trenului de rulare și trenului de rulare. Protecția înseamnă aproape inevitabil armură, iar armura adaugă volum. Apare o contradicție care ne obligă să facem compromisuri incomode: pe măsură ce crește nivelul amenințării, trebuie protejat și nivelul de protecție. O creștere a nivelului de protecție, de regulă, se traduce prin necesitatea unei armuri suplimentare, iar rezervarea suplimentară poate contribui la o creștere a masei vehiculului. Menținerea sau îmbunătățirea caracteristicilor de rulare ale unui vehicul blindat implică în mod inevitabil o creștere a puterii motorului și a eficienței transmisiei și a unităților de putere conectate la acesta. Cu toate acestea, masa unui vehicul este, de asemenea, determinată de dimensiunea sa: cu cât vehiculul este mai mare și suprafața care trebuie blindată, cu atât devine mai grea. Astfel, noua unitate de putere (motor cu transmisie și acționări) nu numai că trebuie să fie mai puternică, ci trebuie să se încadreze cel puțin în volumul alocat sau, de preferință, să aibă un volum total mai mic. Acest criteriu, în primul rând, este absolut pentru unitățile de putere concepute pentru modernizarea vehiculelor blindate existente, dar este, de asemenea, extrem de dorit pentru noile platforme.
Valoarea general acceptată pentru nivelul de mobilitate oferit de un vehicul blindat este așa-numita densitate de putere 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 adecvat, deși brut, și este util atât ca parametru de proiectare, cât și ca instrument pentru compararea diferitelor mașini. De regulă, cu atât este mai mare puterea specifică, de exemplu, în CP. pe tonă, cu atât este mai bună performanța generală de conducere pe care o va prezenta mașina. În ciuda faptului că la evaluarea unui vehicul, viteza maximă a acestuia este adesea luată în considerare, pentru un vehicul de luptă, accelerația sau răspunsul clapetei motorului (capacitatea de a trece rapid și ușor de la o operațiune stabilă la putere minimă la putere maximă) poate fi de fapt mult mai important.caracteristică. Adesea trecută cu vederea în performanța vehiculului, capacitatea de a accelera rapid și de a trece rapid la siguranță ca răspuns la acțiunea de atac este neprețuită. Afectează direct supraviețuirea vehiculului și a echipajului acestuia. Astfel, puterea disponibilă nu doar contribuie la creșterea mobilității, ci și la capacitatea de supraviețuire, mai ales atunci când este utilizată în combinație cu măsuri de autoapărare, inclusiv senzori pentru detectarea unei lovituri și iradiere cu laser, precum și contramăsuri pasive și active.
Putere mică
În ciuda cazurilor individuale de utilizare a motoarelor cu turbină cu gaz, cum ar fi în familia General Dynamics M1 Abrams principalele tancuri de luptă (MBT), cel mai popular motor pentru vehiculele blindate continuă să fie un motor diesel sau, mai precis, un motor diesel multi-combustibil. Unul dintre liderii în producția de unități de putere este compania germană MTU. Abordarea sa integrată este că într-o singură „unitate de putere” include nu numai motorul, transmisia și acționările de putere, ci și subsistemele de alimentare cu aer și filtrarea, răcirea, generarea de energie 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 un proiectant și integrator de vehicule de luptă, raportul putere-volum este esențial. Giovanni Spadaro, șeful SOE la MTU, a explicat că pentru ei „integrarea tuturor componentelor într-un singur sistem este foarte importantă, dezvoltăm neobosit filosofia noastră de dezvoltare simbiotică a tuturor părților soluției dezvoltate. Pentru noi, acest lucru înseamnă că literalmente totul, arhitectura, conceptul, software-ul și toți parametrii vizează îmbunătățirea caracteristicilor unității de putere complete finale. Impactul acestei abordări asupra platformei finale este enorm, având în vedere colaborarea strânsă cu principalii producători de vehicule militare de top, precum Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems și General Dynamics. Un purtător de cuvânt al General Dynamics Land Systems a explicat: „În ceea ce privește unitatea de putere, mai multă putere este mai bună, dimensiuni mai mici sunt mai bune, mai ieftine sunt în general excelente, dar cu creșterea obligatorie a nivelurilor de siguranță, fiabilitate, liniște și mentenanță”.
MTU a demonstrat că adaptarea și modificarea în scopuri militare a unităților comerciale de putere este potrivită pentru vehiculele blindate ușoare și medii, de exemplu, vehiculul blindat de luptă ARTEC Boxer cu patru axe, care este echipat cu un motor diesel MTU 8V199 TE20. Cu toate acestea, pentru vehiculele blindate și tancurile mai grele, sunt necesare motoare proprii, cum ar fi, de exemplu, motoarele din seriile 880 și 890, concepute special pentru instalarea pe platforme militare grele. Capacitățile unităților de putere moderne sunt demonstrate în vehiculul de luptă al infanteriei cu șenile Puma. Spadaro a spus că „unitatea de putere MTU pentru Puma include cutia de viteze, starter / generator și sisteme de răcire și purificare a aerului. Motorul diesel MTU 10V 890 este cunoscut pentru densitatea sa de putere foarte mare și dimensiunile compacte. În comparație cu alte motoare militare din aceeași clasă de putere, greutatea și volumul au fost reduse cu aproximativ 60%.” Directorul motoarelor de specialitate de la MTU a comentat că „Această unitate este mai compactă decât orice unitate de putere anterioară”. Avantajele motoarelor MTU sunt evidente în special la instalarea unităților de putere în generațiile anterioare de mașini. Motoarele sale din gama EuroPowerPack au fost utilizate 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, în timp ce s-au realizat economii semnificative de volum în timp ce s-a mărit autonomia datorită consumului redus de combustibil.
Renumit pentru echipamentele sale grele de construcții, Caterpillar a devenit un furnizor de prim rang de motoare pentru vehicule tactice și blindate. Ofertele sale către militari se bazează pe sisteme comerciale disponibile în toată lumea. De aici și beneficiile semnificative - costuri reduse asociate cu volumele de producție și disponibilitatea suportului tehnic. Cu toate acestea, dezvoltările companiei sunt cunoscute pentru utilizarea militară, de exemplu, motorul C9.3 cu o putere specifică crescută de 600 CP. Cu toate acestea, inovația reală este că C9.3 este capabil să-și varieze puterea. 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 alege modul de operare. Este posibil să obțineți performanțe maxime în timpul operațiunii active pe teren, dar în timpul antrenamentului sau când lucrați în zone cu o populație civilă, puteți intra în modul de control al emisiilor. De fapt, acest „comutator” este înrădăcinat în tehnologiile pe care Caterpillar le-a dezvoltat pentru sisteme comerciale.
Compania este aleasă invariabil pentru programele de înlocuire și modernizare a flotelor de vehicule blindate existente. De exemplu, motorul său CV8 este instalat în prezent pe vehiculele de luptă ale infanteriei urmărite de armata britanică. Această lucrare se desfășoară în baza unui contract cu Lockheed Martin pentru modernizarea vehiculului la standardul WCSP (Warrior Capability Sustainment Program), care va prelungi funcționarea vehiculelor până în 2040. De asemenea, Caterpillar schimbă motorul familiei de vehicule blindate Stryker din armata americană, cu o capacitate de 350 CP. pentru motorul C9 cu o capacitate de 450 CP. Noul motor „se încadrează” în volumul ocupat de motorul anterior. Înlocuirea face parte din propunerea General Dynamics pentru o modificare tehnică ECP-1, care include un alternator de 910 amp, upgrade-uri de suspensie și alte îmbunătățiri.
Servomotoare electrice
În mod tradițional, puterea de la motor este transmisă mecanic roților sau șinelor. Acționările electrice înlocuiesc această conexiune fizică cu motoarele electrice amplasate în roți motrice sau pinioane. Energia pentru funcționarea acestor motoare electrice poate fi preluată de la baterii, de la un motor cu ardere internă sau de la ambele. Abordarea „hibridă” folosește fie un motor diesel, fie un motor cu turbină cu gaz care, fără conexiuni mecanice, poate fi acum instalat oriunde în șasiu, oferind proiectanților mai multă libertate de proiectare. De asemenea, este posibilă instalarea a două motoare, care au fost implementate de BAE Systems în instalația sa de testare mobilă HED (Hybrid Electric Drive). Purtătorul de cuvânt al BAE Systems, Deepak Bazaz, a observat că două motoare HED sunt conectate la generatoare și baterii, ceea ce îi permite să funcționeze în moduri diferite: un motor funcționează în modul inactiv, economisind combustibil, două motoare funcționează atunci când este nevoie de mai multă putere sau în modul de observare silențioasă. funcționează numai pe baterii reîncărcabile. Conceptul HED este implementat pe platforma urmărită AMPV (Vehicul multifuncțional blindat), dar este planificat să fie scalabil și utilizat pe un vehicul de orice categorie de greutate, atât pe roți, cât și pe șenile. Centrala experimentală HED a fost modificată de BAE Systems pentru un concept hibrid de către Northrop Grumman ca parte a propunerii sale pentru un vehicul de luptă la sol al armatei americane GCV (Ground Combat Vehicle).
Într-o lucrare a Organizației de Cercetare Tehnologică NATO, „vehiculele electrice hibride sunt superioare în ceea ce privește viteza, accelerația, urcabilitatea și silențierea față de vehiculele cu motor … în timp ce economiile de combustibil pot varia de la 20 la 30 la sută”. Motoarele electrice asigură, de asemenea, o accelerație aproape instantanee, un răspuns bun al clapetei de accelerație și o tracțiune mai bună. Acesta din urmă depinde direct de cuplul îmbunătățit care este inerent motoarelor electrice. Pentru vehiculele de luptă, aceasta înseamnă mai multe avantaje: mai puțin timp de reacție atunci când vă deplasați pentru a acoperi, mai greu de intrat și o capacitate mai bună de cross-country. Unitatea HED este alimentată de două motoare cu șase cilindri, o transmisie QinetiQ personalizată și baterii litiu-ion de 600 volți.
Un alt aspect atractiv al acționării electrice este capacitatea sa de a genera niveluri mai eficiente și mai ridicate de energie electrică. Centrala electrică a platformei GCV Northrop Grumman / BAE Systems va putea furniza 1.100 de kilowați, deși este semnificativ mai mică și mai ușoară decât unitățile de putere tradiționale. Cu toate acestea, deoarece stocarea energiei este o parte importantă a unității electrice hibride, nepotrivirea bateriei devine o problemă majoră. Prin urmare, mai multe tipuri de baterii avansate cu densitate de energie mai mare sunt luate în considerare în prezent pentru vehiculele hibride, inclusiv ionul de litiu, hidrura de nichel metalic, clorura de sodiu de nichel și polimerul de litiu. Cu toate acestea, toate sunt încă în stadiul dezvoltării tehnologiei și au anumite dezavantaje care trebuie rezolvate înainte de a fi recunoscute ca fiind potrivite pentru utilizare în aplicații militare. Un alt domeniu de lucru care trebuie dezvoltat astfel încât acționările hibride să poată fi instalate masiv pe vehiculele blindate este eliminarea constrângerilor 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 baza contractelor încheiate de Agenția de Proiecte de Cercetare Avansată pentru Apărare (DARPA), QinetiQ își va testa conceptul de motoare cu butuc (motoare cu angrenaje), configurându-le pentru teste simulate pilot. Numeroase cutii de viteze, diferențiale și motoare vor înlocui puternicele motoare electrice compacte din roțile mașinii. Este posibil ca acest concept să poată fi implementat și pe vehiculele blindate cu roți existente. De fapt, în iunie 2017, BAE Systems a semnat un acord cu QinetiQ pentru a introduce o nouă tehnologie de acționare electrică în vehiculele de luptă. Un reprezentant al companiei BAE Systems a spus că acest lucru „va oferi clienților o tehnologie dovedită cu costuri reduse, care va spori capacitățile vehiculelor de luptă actuale și viitoare”.
Provocările viitoare ale puterii
În ultimul deceniu, nevoile vehiculelor de luptă pentru energie electrică au crescut de mai multe ori. Mark Signorelli, șeful vehiculelor de luptă de la BAE Systems, a menționat că „pe viitor va fi din ce în ce mai dificil pentru vehiculele blindate să satisfacă nevoile de energie electrică”. Încercări sunt în curs de abordare a acestei probleme în creștere. De exemplu, un generator CE Niehof de 300 de amperi este luat în considerare pentru familia M2 Bradley și doi generatori de 150 de amperi pentru noua platformă AMPV. Domnul Spadaro de la MTU a declarat că „factorii cheie care au influențat și influențează dezvoltarea soluțiilor pentru a genera mai multă energie sunt masa în continuă creștere a vehiculelor MBT și a roților (în principal ca urmare a cerințelor pentru niveluri mai ridicate de protecție) și la în același timp, este nevoie de mai multă energie electrică pentru sistemele de bord de orice tip, fie că este vorba de electronice, sisteme de protecție și confort pentru echipaj, de exemplu, un sistem avansat de aer condiționat. " MTU consideră că „acestea sunt abordate prin integrarea mai profundă a componentelor electrice în unitatea de alimentare. Un exemplu bun aici este din nou unitatea de putere MTU menționată mai sus a vehiculului blindat Puma, care include un demaror / generator cu o putere nominală de 170 kW, care furnizează curent la două ventilatoare de răcire și un compresor frigorific de aer condiționat."
Puterea vehiculelor blindate afectează în mod direct capacitățile de luptă și supraviețuirea. Principalele criterii pentru supraviețuirea pe câmpul de luptă sunt următoarele: „ia toate măsurile pentru a nu fi observat, dacă este văzut, a nu fi lovit, dacă ești lovit, a nu fi ucis”. Primul este facilitat de abilitatea de a te deplasa acolo unde adversarul nu te așteaptă. Al doilea necesită o accelerație rapidă și o manevrabilitate bună pentru a găsi acoperire și este complicat de capacitatea shooterului inamic de a captura eficient ținta de ucis. Iar al treilea este determinat de capacitatea de a lua o protecție pasivă adecvată și de a folosi contramăsuri pasive și active. Cu toate acestea, fiecare dintre aceste criterii poate afecta negativ pe alții. De exemplu, armura suplimentară crește masa și, ca urmare, mobilitatea.
Progresele în domeniul centralelor electrice pentru vehicule blindate, motoare noi, transmisii și motoare, metode inovatoare de integrare și dispunere 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, monitorizare automată a stării sistemelor, acționări electrice și stocare a energiei și, în cele din urmă, implementări practice ale hibridului soluții. Cu toate acestea, provocările la acest echilibru delicat obligă industria să dezvolte soluții din ce în ce mai inovatoare.
