Movilidad en juego: la victoria de los "híbridos" aún está en duda
BMP "Puma" del ejército alemán necesita una unidad de poder, que podría ofrecer más poder, ubicada en un volumen limitado. El MTU 10V 890 cumple con este requisito, proporcionando una densidad de potencia excepcional.
La excelente movilidad en las condiciones más difíciles es la característica principal de todos los vehículos militares. Sin embargo, lograr esto con los vehículos blindados es mucho más difícil, pero es extremadamente importante que cumplan con éxito sus tareas.
La movilidad es muy importante para los vehículos blindados, pero al mismo tiempo compite con otras características importantes, como, por ejemplo, asegurar la supervivencia del vehículo y la tripulación. Y aquí este requisito puede fácilmente entrar en conflicto con el requisito de preservar la movilidad. Sin embargo, está claro que los soldados, cuya seguridad depende de tales máquinas, necesitan una mayor maniobrabilidad fuera del camino, una rápida aceleración y una mayor velocidad, y todo esto sin un impacto negativo en la capacidad de supervivencia. Estas necesidades hacen que sea necesario desarrollar nuevas unidades de potencia y sistemas de tren de rodaje para encontrar soluciones óptimas que puedan satisfacer estos requisitos a menudo contradictorios. Sin embargo, para cumplir con ellos, es necesaria una combinación y equilibrio de una serie de parámetros de diseño. Estas incluyen las características del sistema de suspensión, de la cual depende la calidad del movimiento, la superficie de apoyo de las pistas o ruedas, que determina la presión sobre el suelo, la distancia al suelo del vehículo y la potencia de salida del motor. Se cree que esta última característica es la más importante y la más difícil de lograr. Esto se debe al hecho de que incluso en el tema de la generación y distribución de la potencia del motor, el diseñador debe hacer concesiones, incluso a veces pisar la garganta de su propia canción. El aumento de potencia en un vehículo blindado está limitado por factores como el volumen del compartimiento del motor, la necesidad de mantener una reserva de energía, las limitaciones de masa y la necesidad de satisfacer las necesidades de electricidad de los sistemas a bordo, como equipos de comunicación, sistemas de navegación, sensores y sistemas de protección activa y pasiva.
Es imperativo que sea necesaria una protección efectiva contra las amenazas actuales en evolución, especialmente aquellas que imponen las mayores demandas a la unidad de potencia y al tren de rodaje de la máquina. Protección casi inevitablemente significa armadura, y la armadura agrega masa. Existe una contradicción que lleva a compromisos incómodos: a medida que aumenta el nivel de amenazas, también debe aumentarse el nivel de protección. Aumentar el nivel de protección, por regla general, se traduce en la necesidad de una armadura adicional, y la reserva adicional puede aumentar el peso del automóvil. Guardar o mejorar el rendimiento del vehículo blindado conlleva inevitablemente un aumento de la potencia y la eficiencia del motor de la transmisión y los actuadores conectados a él. Sin embargo, el peso del automóvil también está determinado por su tamaño: cuanto más grande es el automóvil y el área de la superficie que debe blindarse, más pesado se vuelve. Por lo tanto, la nueva unidad de potencia (motor con transmisión y transmisiones) no solo debe ser más potente, sino que al menos debe encajar en el volumen asignado o, preferiblemente, tener un volumen total más pequeño. Este criterio, sobre todo, es absoluto para las unidades de potencia diseñadas para modernizar los vehículos blindados existentes, pero también es altamente deseable para las nuevas plataformas.
Los vehículos blindados, por ejemplo, este MBT Leopard 2A, tienen requisitos especiales para los desarrolladores de motores y transmisiones. Necesitan más poder para encajar lo menos posible.
El valor generalmente aceptado del nivel de movilidad proporcionado por un vehículo blindado es la denominada densidad de potencia o relación de potencia (más a menudo en caballos de fuerza) a la masa del vehículo. Esta relación, aunque no tiene en cuenta todos los factores posibles que determinan la movilidad, es un criterio adecuado, aunque aproximado, y es útil tanto como un parámetro de diseño como una herramienta para comparar diferentes máquinas. Como regla general, cuanto mayor sea la densidad de potencia, por ejemplo, en hp por tonelada, mejor será el rendimiento de conducción general que mostrará la máquina. A pesar del hecho de que al evaluar una máquina, a menudo se tiene en cuenta su velocidad máxima, para un vehículo de combate, la aceleración o aceleración del motor (la capacidad de cambiar rápida y suavemente de operación estable a potencia mínima a modo de potencia máxima) puede ser mucho más importante. caracteristica A menudo se pasa por alto en las características del vehículo la habilidad de acelerar rápidamente y moverse rápidamente a un lugar seguro en respuesta a acciones de ataque, es invaluable. Afecta directamente la capacidad de supervivencia de la máquina y su tripulación. Por lo tanto, la potencia disponible contribuye no solo al aumento de la movilidad, sino también a la capacidad de supervivencia, especialmente cuando se usa en combinación con medidas de autodefensa, incluidos sensores para determinar el disparo y la irradiación con láser, así como contramedidas activas y pasivas.
En la unidad de potencia para un vehículo blindado, es extremadamente importante lograr la potencia de salida requerida en la cantidad más pequeña. El factor clave que contribuye al aumento de la masa de la máquina es el área de superficie a reservar.
Poder en pequeño
A pesar de los casos individuales del uso de motores de turbina de gas, como en la familia de combate principal tanques (MBT) M1 Abrams fabricado por General Dynamics, el motor más popular para vehículos blindados sigue siendo un motor diesel, o más bien un diesel multicombustible. Uno de los líderes en la producción de unidades de potencia es la empresa alemana MTU. Su enfoque integrado consiste en el hecho de que la única "unidad de potencia" incluye no solo el motor, la transmisión y las unidades de potencia, sino también los subsistemas para suministrar y filtrar aire, refrigeración, generación de electricidad y otros. Cada uno de los componentes de la unidad de potencia está cuidadosamente diseñado y ensamblado para obtener la solución más compacta y eficiente. MTU reconoce que para el desarrollador e integrador de vehículos militares, la relación de potencia a volumen es un factor crítico. Giovanni Spadaro, jefe del departamento de empresas estatales de MTU, explicó que para ellos “la integración de todos los componentes en un solo sistema es muy importante, estamos desarrollando constantemente nuestra filosofía de desarrollo simbiótico de todas las partes de la solución que se está desarrollando. Para nosotros, esto significa que, literalmente, todo, arquitectura, concepto, software y todos los parámetros, están destinados a mejorar las características de la unidad de potencia completa final ". El impacto de este enfoque en la plataforma final es enorme, dada la estrecha cooperación con los principales fabricantes líderes de vehículos militares como, por ejemplo, Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems y General Dynamics. El representante de General Dynamics Land Systems explicó: "Con respecto a la unidad de potencia, más potencia - mejor, menos tamaño - mejor, más barata - en general excelente, pero con el aumento obligatorio de seguridad, confiabilidad, silenciosidad y facilidad de servicio".
MTU ha demostrado que la adaptación y modificación para fines militares de unidades de potencia comerciales es adecuada para vehículos blindados livianos y medianos, por ejemplo, el vehículo blindado de combate de cuatro ejes ARTEC Boxer, en el cual está instalado el motor diesel MTU 8V199 TE20. Sin embargo, para vehículos blindados y tanques más pesados, se necesitan sus motores, como, por ejemplo, los motores de las series 880 y 890, diseñados específicamente para la instalación en plataformas militares pesadas. Las capacidades de las unidades de poder modernas se demuestran en los vehículos de combate de infantería rastreados por Puma. Spadaro dijo que “la unidad de potencia MTU para el automóvil Puma incluye una caja de cambios, un motor de arranque / generador y sistemas de enfriamiento y limpieza de aire. El motor diesel MTU 10V 890 es conocido por su alta densidad de potencia y dimensiones compactas. En comparación con otros motores militares de la misma clase de potencia, la masa y el volumen se redujeron en aproximadamente un 60 por ciento ". El director del departamento de motores especiales de MTU comentó que "esta unidad es más compacta que cualquier otra unidad de potencia anterior". Las ventajas de los motores MTU son especialmente evidentes al instalar unidades de potencia en máquinas de la generación anterior. Sus motores de la gama de modelos EuroPowerPack son utilizados por la compañía francesa GIAT (ahora Nexter) para reemplazar los motores de los tanques Leclerc-EAU para los Emiratos Árabes Unidos. Los motores de esta familia también están instalados en el Challenger-2E MBT, mientras que se ahorró una cantidad significativa al mismo tiempo que se incrementó la reserva de potencia debido a la reducción del consumo de combustible.
Caterpillar, conocida por su equipo de construcción pesada, se ha convertido en el principal proveedor de motores para vehículos tácticos y blindados. Sus propuestas para el ejército se basan en sistemas comerciales listos para usar que operan en muchos países del mundo. Desde aquí y considerables ventajas: la disminución de los costos relacionados con los volúmenes de producción y la disponibilidad de soporte técnico. Sin embargo, los desarrollos de la compañía también son conocidos por su uso militar, por ejemplo, el motor С9.3 con una mayor densidad de potencia del HP 600. Sin embargo, la verdadera innovación es que el C9.3 puede cambiar su potencia nominal. Con el fin de cumplir con los estrictos requisitos europeos de escape Euro-III, cambia al modo reducido a 525 HP. poder En Caterpillar, señalan que “la ventaja es que el usuario puede elegir el modo de operación. "Es posible lograr el máximo rendimiento durante la operación activa en el campo, pero durante el entrenamiento o al trabajar en áreas con civiles, puede cambiar al control de escape". De hecho, este "interruptor" se basa en la tecnología que Caterpillar ha desarrollado para sistemas comerciales.
La compañía es elegida invariablemente para programas de reemplazo y modernización de flotas existentes de vehículos blindados. Por ejemplo, su motor CV8 actualmente está montado en los vehículos de combate de infantería seguidos por los Guerreros del Ejército Británico. Este trabajo se lleva a cabo bajo un contrato con Lockheed Martin para actualizar la máquina al estándar WCSP (Warrior Capability Sustainment Program, el programa de ampliación de capacidad Warrior BMP), que extenderá el funcionamiento de las máquinas a 2040 del año. Caterpillar también está cambiando el motor de los vehículos blindados de la familia American Army Stryker con una potencia HP 350. en el motor С9 potencia 450 hp El nuevo motor "encaja" en el volumen, que ocupaba el motor anterior. Este reemplazo se lleva a cabo como parte de la propuesta de General Dynamics de introducir cambios técnicos en ESR-1, que incluyen un generador de amperios 910, actualizaciones de suspensión y otras mejoras.
Los motores "impulsados por la guerra" de Caterpillar se basan en sus motores de ingeniería especial para vehículos comerciales pesados. Esto proporciona beneficios en términos de costo, logística y disponibilidad. El motor С9, que forma parte del programa de modernización de vehículos blindados Stryker, también se usa ampliamente en vehículos de construcción.
Accionamientos electricos
Tradicionalmente, la potencia del motor se transmite a las ruedas o pistas mecánicamente. Los motores eléctricos reemplazan esta conexión física con motores eléctricos colocados en ruedas motrices o ruedas dentadas. La energía para el funcionamiento de estos motores eléctricos puede tomarse de las baterías, un motor de combustión interna o de ambas fuentes a la vez. En el enfoque "híbrido", se utiliza un motor diesel o un motor de turbina de gas, que, al liberarse de las conexiones mecánicas, ahora se puede instalar en cualquier parte del chasis, lo que brinda a los diseñadores una mayor libertad para diseñar. También es posible instalar dos motores, como lo implementó la compañía BAE Systems en su instalación de prueba móvil HED (Hybrid Electric Drive). El representante de BAE Systems, Deepak Bazaz, notó que dos motores HED están conectados a generadores y baterías, lo que permite trabajar en diferentes modos: un motor funciona en modo inactivo, ahorrando combustible, dos motores funcionando cuando se necesita más energía o una máquina en modo silencioso Funciona solo con pilas. El concepto de HED se implementa en la plataforma AMPV (Vehículo multipropósito blindado) rastreado, pero se planea que sea escalable y se use en cualquier tipo de vehículo en masa, tanto con ruedas como con orugas. El motor HED experimental fue modificado por BAE Systems para el concepto híbrido de Northrop Grumman como parte de su propuesta para el vehículo de combate terrestre del Ejército Americano GCV (Vehículo de combate terrestre).
El trabajo de la Organización de Investigación de Tecnología de la OTAN dice: “Las características de los vehículos eléctricos híbridos con respecto a la velocidad, la aceleración, la capacidad de ascenso y el ruido son superiores a las de los vehículos de accionamiento mecánico ... mientras que el ahorro de combustible puede variar desde 20 hasta 30 por ciento ". Los motores eléctricos también proporcionan una aceleración casi instantánea, una buena aceleración y un mejor esfuerzo de tracción. Este último depende directamente de la torsión mejorada, que es inherente a los motores eléctricos. Para los vehículos de combate, esto significa varias ventajas: menos tiempo de reacción al trasladarse al refugio, más difícil de conseguir y mejor maniobrabilidad en el campo. HED tiene dos motores de seis cilindros, una transmisión especialmente diseñada de QinetiQ y baterías de iones de litio en voltios 600.
Otro aspecto atractivo de una unidad eléctrica es su capacidad para generar niveles de energía eléctrica más eficientes y altos. La planta de energía de la plataforma GCV de Northrop Grumman / BAE Systems podrá proporcionar kilovatios 1100, aunque es significativamente más pequeña y liviana que las unidades de energía tradicionales. Sin embargo, dado que el almacenamiento de energía es una parte importante de una unidad eléctrica híbrida, el desajuste de las baterías modernas se convierte en un problema grave. Por lo tanto, actualmente se consideran varios tipos de baterías avanzadas con mayor densidad de energía para los vehículos híbridos, incluidos el ion de litio, el hidruro de níquel-metal, el cloruro de níquel-sodio y el polímero de litio. Sin embargo, todos ellos todavía se encuentran en la etapa de desarrollo de la tecnología y tienen ciertas desventajas que deben resolverse antes de que se consideren adecuados para su uso en aplicaciones militares. Otra área de trabajo que debe desarrollarse para que las unidades híbridas puedan montarse de manera masiva en vehículos blindados es la eliminación de las limitaciones de diseño de los motores de tracción modernos. Aunque se integraron con éxito en las muestras experimentales de demostración de HED, estos sistemas tienen limitaciones en tamaño, masa y enfriamiento. Hasta que se resuelvan estos problemas, todos los circuitos eléctricos, a pesar de sus ventajas, seguirán siendo una ilusión para los vehículos blindados.
Sin embargo, muchas organizaciones de investigación mantienen un interés en el concepto de accionamiento eléctrico. Por ejemplo, de acuerdo con los contratos del Departamento de Investigación de Defensa Avanzada de DARPA, QinetiQ probará su concepto de motores eléctricos de cubo (motores de engranajes), configurándolos para pruebas en modelos experimentales en funcionamiento. Numerosos reductores de engranajes, diferenciales y actuadores reemplazarán los potentes motores eléctricos compactos en las ruedas del automóvil. Es posible que este concepto también se pueda implementar en vehículos blindados con ruedas existentes. De hecho, en junio, 2017, la empresa BAE Systems firmó un acuerdo con QinetiQ para introducir una nueva tecnología de accionamiento eléctrico en vehículos de combate. Un representante de la compañía BAE Systems dijo que esto permitiría "ofrecer a los clientes una tecnología comprobada de bajo costo que mejorará las capacidades de los vehículos de combate actuales y futuros".
BAE Systems, en colaboración con QinetiQ, desarrolló y fabricó una muestra de demostración de una solución HED híbrida para vehículos blindados basados en chasis AMPV.
Futuros retos de poder.
Durante la última década, las necesidades de vehículos militares para energía eléctrica han aumentado varias veces. Marc Signorelli, jefe de vehículos de combate de BAE Systems, comentó que "en el futuro, a los vehículos blindados les resultará cada vez más difícil satisfacer las necesidades de electricidad". Se están haciendo intentos para resolver este problema creciente. Por ejemplo, para las máquinas de la familia Bradley M2, se considera un generador para amperios 300 CE Niehof, y para la nueva plataforma AMPV, dos generadores para 150 son amperios. MTU Spadaro declaró que “los factores clave que influyeron e influyeron en el desarrollo de soluciones de mayor generación de energía son la masa cada vez mayor de vehículos de ruedas y MBT (principalmente como consecuencia de los requisitos para aumentar los niveles de protección) y al mismo tiempo la necesidad de más electricidad para "Sistemas aéreos de cualquier tipo, ya sean componentes electrónicos, complejos de protección y comodidad de la tripulación, por ejemplo, un avanzado sistema de aire acondicionado". La empresa MTU cree que “se solucionan mediante una integración más profunda de los componentes eléctricos en la unidad de potencia. Un buen ejemplo aquí es nuevamente la unidad de potencia MTU del vehículo blindado Puma, que incluye un motor de arranque / generador con una potencia nominal de 170 kW, que suministra corriente a dos ventiladores de refrigeración, así como el compresor de refrigerante del sistema de aire acondicionado ".
El poder de los vehículos blindados afecta directamente las capacidades de combate y la capacidad de supervivencia. Los principales criterios para la supervivencia en el campo de batalla son los siguientes: "tomar todas las medidas para no ser observado, si se ve, no para ser golpeado, si aún están atrapados, para no ser asesinado". El primero es promovido por la habilidad de moverse a donde tu oponente no te espera. El segundo requiere una rápida aceleración y una buena maniobrabilidad para encontrar cobertura y se complica por la capacidad del enemigo para capturar efectivamente al objetivo para derrotar. Y el tercero está determinado por la capacidad de tomar la protección pasiva adecuada y utilizar contramedidas pasivas y activas. Sin embargo, cada uno de estos criterios puede afectar negativamente a los demás. Por ejemplo, una armadura adicional aumenta la masa y, como resultado, la movilidad.
El progreso en el campo de las centrales eléctricas para vehículos blindados, nuevos motores, transmisiones y transmisiones de potencia, los métodos innovadores de integración y diseño permiten a los desarrolladores de equipos militares satisfacer los deseos más ambiciosos de los clientes. Muchas de las mejoras que vemos en las plataformas militares se toman directamente de proyectos comerciales: motores y computadoras a bordo, control electrónico digital, control automático del estado del sistema, unidades eléctricas y almacenamiento de energía y, finalmente, implementaciones prácticas de soluciones híbridas. Sin embargo, los desafíos de este frágil equilibrio están obligando a la industria a desarrollar soluciones cada vez más innovadoras.
En los materiales de los sitios:
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
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