Tanque eléctrico: perspectivas para el uso de propulsión eléctrica en equipos de combate terrestre.
Tecnología Civil
Los primeros automóviles eléctricos aparecieron antes que los automóviles con motores de combustión interna (ICE), en 1828. A principios del siglo XX, los automóviles eléctricos representaban más de un tercio de toda la flota estadounidense. Sin embargo, gradualmente comenzaron a renunciar a sus posiciones, cediendo a los autos en rango, la facilidad de reabastecimiento de combustible y otros parámetros.
En un auto eléctrico equipado con dos motores de 50 kilovatios y cien baterías de dos voltios, el piloto belga de autos de carrera Camille Zhenatsi, el 29 de abril de 1899, por primera vez en historias alcanzó una velocidad de 100 km / h
Se pueden implementar varias opciones de diseño para vehículos eléctricos. Un automóvil eléctrico clásico recibe electricidad de baterías recargables cargadas en una estación de carga. Un vehículo eléctrico con un suministro externo de energía eléctrica recibe energía eléctrica de conductores externos por un método de contacto o por medio de campos electromagnéticos. Para recargar las baterías de un vehículo eléctrico, se puede instalar un motor de combustión interna con un generador, o se puede generar electricidad a partir de combustibles líquidos o gaseosos directamente utilizando celdas de combustible catalíticas. Todos los esquemas anteriores se pueden combinar de varias maneras.
Periódicamente, se renovaba el interés en los vehículos eléctricos, generalmente durante un aumento en el precio de los productos derivados del petróleo, pero se desvaneció rápidamente: los automóviles ICE permanecieron fuera de la competencia. Como resultado, los equipos eléctricos se han generalizado en el segmento de vehículos con un suministro externo de energía eléctrica: trenes eléctricos, tranvías, trolebuses y en el nicho de equipos de almacén.
Los equipos especiales se pueden distinguir como un segmento separado, por ejemplo, minería volquetes con una capacidad de carga de más de 100 toneladas, en la que se utiliza una transmisión electromecánica.
Camión volquete para minería BELAZ-75710 con una capacidad de carga de 450 toneladas. La planta de energía incluye dos generadores eléctricos, cada uno de los cuales está conectado a un motor diesel 16V4000 MTU Detroit Diesel 1715V2330 en forma de V de 1200 cilindros con una capacidad de XNUMX kW (XNUMX hp), la corriente generada se suministra a cuatro ruedas de motor con una capacidad de XNUMX kW
A principios del siglo XXI, el interés por los vehículos eléctricos se reanudó a un nuevo nivel. El factor determinante no fue el aumento en el precio de los productos derivados del petróleo, sino la demanda de activistas ambientales para reducir las emisiones nocivas. El fabricante, que ha montado la "ola ecológica" tanto como sea posible, se ha convertido en la compañía estadounidense Tesla, la adorable (odiada) por muchos, Ilona Mask.
Pero quién, y no importa cuán relacionado con Ilon Mask, es imposible negar que Tesla ha realizado mucho trabajo: de hecho, se ha creado un segmento separado del mercado automotor, los automóviles eléctricos se han convertido en una dirección en la que los gigantes automotrices han comenzado a invertir activamente. Si el desarrollo se persigue activamente en una determinada dirección, el resultado se logrará tarde o temprano. Habrá nuevas baterías con mayor capacidad, alta velocidad de carga y un rango de aplicación de temperatura extendido, motores eléctricos más eficientes y compactos, con cajas de engranajes integradas que se pueden colocar en un motor de rueda con una pequeña masa no suspendida y otros desarrollos.
No hay duda de que en el futuro previsible, los autos eléctricos prácticamente suplantarán a los autos ICE, y no por razones ambientales, sino por la superioridad técnica general de los vehículos eléctricos.
Equipo militar
En 1917, la compañía francesa FAMH lanzó 400 tanques "Saint Chamond" con una transmisión eléctrica "Crochat Collendeau", en la que el motor de gasolina Panhard estaba conectado directamente a un generador eléctrico, que suministraba energía eléctrica a dos motores eléctricos, cada uno de los cuales estaba conectado a una rueda motriz y una transmisión de oruga. También en 1917, un tanque con transmisiones eléctricas de las compañías Daimler y británica Westinghouse fue probado en el Reino Unido.
Ejemplos posteriores incluyen la montura de artillería autopropulsada pesada alemana (cañón autopropulsado) Ferdinand (Elefante) que pesa 65 toneladas. La central eléctrica de Ferdinand incluía dos motores Maybach HL 12 TRM con forma de V, carburador de 120 cilindros refrigerados por agua y refrigerados por agua con una capacidad de 265 litros cada uno. pp., dos generadores eléctricos Siemens-Schuckert Typ aGV con un voltaje de 365 voltios y dos motores eléctricos de tracción Siemens-Schuckert D149aAC con una potencia de 230 kW cada uno, ubicados en la parte trasera del casco, que accionaban cada una de sus ruedas a través de una caja reductora de acuerdo con el esquema planetario.
Con la relativa novedad de Fernando, no hay tantas quejas sobre su trabajo. Como tal, uno puede notar la mayor complejidad y costo en comparación con las centrales eléctricas de un diseño clásico, así como la necesidad de usar una cantidad significativa de cobre que es escasa en Alemania.
Además de las armas autopropulsadas Ferdinand, el uso de propulsión eléctrica también se consideró en el tanque superpesado alemán del tanque Maus (Little Mouse) de 188 toneladas.
Alrededor del mismo período, en la URSS, el tanque experimental pesado EKV con una planta de energía electromecánica se desarrolló sobre la base del tanque KV-1. El diseño técnico del tanque EKV se desarrolló en septiembre de 1941, y en 1944 se puso a prueba un prototipo de tanque EKV. Se supuso que el uso de una transmisión electromecánica en el tanque reducirá el consumo de combustible, mejorará la maniobrabilidad y las características dinámicas del tanque.
La transmisión electromecánica del tanque EKV incluía un generador de arranque DK-502B conectado a un motor diesel V-2K y dos motores eléctricos de tracción DK-301V, con dos transmisiones finales y equipos de control.
Imagen del tanque EKV
Según los resultados de la prueba, el diseño del tanque EKV fue reconocido como insatisfactorio, el proyecto se redujo.
Los proyectos de tanques "eléctricos" se llevaron a cabo en Gran Bretaña, Estados Unidos, la URSS, Alemania y Francia, así como en otros países a lo largo del siglo XX. Sin embargo, en el momento actual, los tanques y vehículos blindados de diseño tradicional han recibido el máximo desarrollo.
Beneficios y perspectivas
¿Por qué siempre hay un retorno al tema de proporcionar movimiento eléctrico para vehículos de combate terrestre, a pesar de la gran cantidad de proyectos piloto cerrados?
Por un lado, hay un desarrollo de tecnologías, cuyo uso en sistemas de propulsión eléctrica permite contar con la obtención de resultados positivos, previamente inalcanzables. Se están desarrollando motores de imanes permanentes y motores asíncronos, generadores de corriente eléctrica de alta eficiencia, sistemas de distribución de energía, baterías para carga rápida y mucho más.
Motor eléctrico de alto rendimiento de la empresa estadounidense HELV Motors (Buddha Energy Inc.)
Recientemente, se ha tratado no solo de vehículos terrestres con propulsión eléctrica, sino también de la creación de aviones totalmente eléctricos hasta modelos de pasajeros bastante grandes.
Motor eléctrico Siemens de poco más de 50 kg, 260 kW, diseñado para la luz. aviación
Por otro lado, las ventajas que puede proporcionar la propulsión eléctrica de los equipos militares terrestres son cada vez más populares:
- la posibilidad de un diseño flexible del vehículo de combate debido a la falta de unidades de transmisión eléctrica con una conexión mecánica rígida proporcionada por los ejes;
- mayor capacidad de supervivencia del equipo militar debido a la posibilidad de redundancia de los componentes de transmisión eléctrica;
- la posibilidad de abandonar los accionamientos hidráulicos peligrosos contra incendios en favor de los eléctricos;
- la posibilidad de movimiento de equipos militares en secciones limitadas de la pista en el modo de camuflaje máximo, con un desenmascaramiento mínimo por señales acústicas y térmicas;
- la posibilidad de recuperación de energía durante el frenado;
- las mejores características dinámicas y parámetros de permeabilidad de vehículos blindados equipados con transmisión eléctrica;
- mayor facilidad de control de vehículos blindados con propulsión eléctrica;
- la capacidad de proporcionar una cantidad suficiente de electricidad a una cantidad cada vez mayor de equipos, sensores y armas avanzadas.
Consideremos estas ventajas con más detalle. La principal fuente de energía, la turbina diesel o de gas, en máquinas con transmisión eléctrica tendrá un mayor recurso y eficiencia debido al hecho de que inicialmente se pueden seleccionar velocidades óptimas del motor en las que tendrá un desgaste mínimo y la máxima eficiencia de combustible. El aumento de las cargas durante la aceleración y las maniobras vigorosas se compensarán con baterías amortiguadoras.
Por ejemplo, en combinación con un generador, se puede instalar una turbina de gas de alta velocidad, que funcionará en el modo "encendido / apagado" para recargar las baterías de protección, sin cambiar la velocidad.
En la transmisión eléctrica no hay necesidad de instalar ejes voluminosos y cajas de cambios. La conexión mecánica en la transmisión eléctrica está disponible solo en pares del motor-generador eléctrico y la rueda del motor eléctrico, pero estos bloques se pueden hacer en forma de una sola unidad. Las unidades restantes están conectadas por cables flexibles.
A diferencia de las conexiones mecánicas, las conexiones eléctricas pueden ser repetidamente redundantes. Por ejemplo, en la etapa de ensamblaje de la carcasa, se pueden colocar canales de cable protegidos en los que se colocará un bus de alimentación y datos universal, incluidos los cables de alimentación y datos.
Los canales de cable se pueden colocar en carcasas blindadas alrededor del perímetro del interior de la carcasa, lo que proporcionará múltiples copias de seguridad de la transmisión de energía y datos
La separación espacial de las fuentes de energía, los canales de suministro y comunicación, así como los motores y los sistemas de propulsión con una mayor probabilidad permitirán que el vehículo de combate mantenga la movilidad y la conciencia de la situación cuando se reciba el daño, lo que permitirá que el vehículo de combate sea retirado de la zona de tiro y evacuación del campo de batalla.
Los vehículos blindados en tierra con transmisión eléctrica tendrán una alta capacidad de supervivencia en caso de daños desde uno o más ángulos
El abandono de los actuadores hidráulicos en favor de los eléctricos también ayudará a aumentar la capacidad de supervivencia de los vehículos de combate en tierra, tanto por el menor riesgo de incendio de estos últimos como por su mayor confiabilidad. La Fuerza Aérea rusa planea abandonar las unidades hidráulicas en el caza Su-57 de quinta generación para 2022.
La presencia de baterías amortiguadoras le permite mantener la movilidad sin encender el motor principal, aunque a una distancia bastante limitada. Esto permitirá que los vehículos de combate prometedores implementen nuevos escenarios tácticos para realizar operaciones de combate desde una emboscada cuando el vehículo blindado está en modo de espera en modo de espera, mientras que su firma térmica será comparable a la temperatura ambiente.
El calentamiento de la central eléctrica desenmascara en gran medida los vehículos blindados en el rango térmico.
Las baterías recargables también proporcionarán la capacidad de moverse en caso de falla de la central eléctrica principal, lo que permitirá a los vehículos blindados abandonar el campo de batalla por su cuenta. En algunos casos, para evacuar un vehículo de combate con transmisión eléctrica, bastará con conectarlo a una fuente de energía externa. Por ejemplo, un vehículo blindado de reparación y recuperación de esta manera puede evacuar simultáneamente otros dos vehículos blindados con transmisiones eléctricas parcialmente dañadas, simplemente transfiriéndoles cables de alimentación.
Al igual que en los vehículos eléctricos civiles, en los vehículos blindados con transmisión eléctrica, la energía se puede recuperar durante el frenado.
Los vehículos de combate terrestres con transmisiones eléctricas tendrán mejores características de movilidad y control debido a la transmisión continua de potencia a los dispositivos de propulsión, así como a la distribución flexible de potencia entre los motores eléctricos del lado izquierdo y derecho. Por ejemplo, durante un giro en U, una disminución en la potencia del motor del lado rezagado se compensará con un aumento en la potencia del motor fueraborda.
Uno de los beneficios más importantes de la transmisión eléctrica será la capacidad de proporcionar energía. equipos y sensores, por ejemplo, estaciones de radar (radar) de reconocimiento, orientación y defensa activa compleja de defensa integral.
Radar con antena activa de matriz en fase (AFAR) en la torreta de la plataforma del tanque T-14 Armata
En un futuro cercano, una parte integral de los vehículos de combate terrestre se convertirá arma laser, que será capaz de contrarrestar en gran medida la amenaza de los pequeños vehículos aéreos no tripulados (UAV), misiles guiados antitanque y elementos de ataque basados en grupos con cabezales de referencia térmicos y ópticos.
Se puede requerir electricidad para los sistemas de camuflaje activo de vehículos blindados en los rangos de longitud de onda térmica y óptica.
Los vehículos blindados prometedores pueden equiparse con camuflaje activo en los rangos de longitud de onda óptica y térmica.
Hallazgos
Es probable que la creación de vehículos de combate terrestres con propulsión eléctrica sea inevitable a medida que la tecnología mejore y los requisitos para el suministro de energía de los equipos y armas en el aire aumenten. El mercado civil de vehículos eléctricos puede tener un impacto significativo en el ritmo de implementación de vehículos de combate terrestres con propulsión eléctrica.
Los prometedores vehículos de combate terrestres con transmisiones eléctricas superarán los modelos "clásicos" en términos de dinamismo, maniobrabilidad, facilidad de control, supervivencia y seguridad, así como la posibilidad de colocar armas y sensores prometedores con un alto consumo de energía.
- Andrey mitrofanov
- popmech.ru, belaz.by, tesla.com, topwar.ru, btvt.narod.ru, naukatehnika.com, nti-aeronet.ru
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