Balance de potencia. Accionamientos híbridos para vehículos de combate.
Oshkosh L-ATV, propuesto para el programa JLTV del Ejército de EE. UU., Tiene la opción de un tren motriz diesel-eléctrico híbrido
La tecnología de las unidades híbridas y eléctricas, en general, está asociada con el mundo de los vehículos comerciales en lugar de con las plataformas militares. Sin embargo, las cosas pueden cambiar.
El mercado de vehículos blindados disfruta de los beneficios del progreso tecnológico, pero sigue siendo cauteloso acerca de los efectos de la innovación. El progreso es un proceso de desarrollo paso a paso, cuyo objetivo es demostrar a los clientes las ventajas operativas claras, ya que el éxito final de un vehículo de combate se mide por las tareas completadas y las vidas salvadas.
La confiabilidad mecánica de un motor diesel, la transmisión automática de velocidad, el eje de transmisión y el diferencial se ha demostrado durante mucho tiempo, lo mismo puede decirse acerca de la tecnología de transmisión híbrida y eléctrica. Pero, a pesar de los programas de evaluación, las máquinas de demostración, las empresas que desean invertir en investigación y desarrollo y el desarrollo bastante exitoso de unidades híbridas diesel / eléctricas en el sector civil, el uso de la tecnología de unidad eléctrica en la esfera militar es muy condicional en la actualidad.
Enfoque directo
Probablemente, sería posible tomar un riesgo y confiar en la tecnología de impulso directo en operaciones de combate con participación humana, pero resultó ser bastante difícil dar un paso así. Los consumidores desean una protección balística mejorada con un casco en forma de V, la potencia de fuego de un módulo de armas controlado a distancia y un sistema de gestión de información mejorado. También necesitan características comprobadas de la unidad de potencia para poder transportar todos estos sistemas a la velocidad adecuada, al tiempo que proporcionan el momento y la potencia suficientes para superar las pendientes y forzar a los ríos.
Contar con unidades eléctricas significa reemplazar la mecánica con una arquitectura que difiere fundamentalmente. En el caso de una unidad totalmente eléctrica, esto significa usar baterías para impulsar motores eléctricos que hacen girar las ruedas directamente. Un circuito totalmente eléctrico de este tipo se ha establecido con éxito en sistemas no tripulados, por ejemplo, en el dispositivo de limpieza de municiones Cutlass de la empresa Northrop Grumman, desarrollado en el año 2013 y actualmente en servicio con las fuerzas armadas británicas. Esta máquina de seis ruedas debido a los motores eléctricos en los cubos es capaz de acelerar hasta 11 km / h.
Michael Soymar, Director Técnico de L-3 Combat Propulsion Systems, explicó que este tipo de transmisión eléctrica está llena de frenos dentro de las ruedas. El resultado fue un circuito que él llamó "el verdadero impulso directo".
Respecto a sus ventajas, señaló: “Se incluye un cambio descendente adicional en la rueda motriz para optimizar la velocidad y el par. Cada rueda puede conducir un automóvil de forma independiente, lo que ofrece una redundancia significativa y una mayor seguridad ".
Según Soimar, otros actuadores directos tienen motores eléctricos en los ejes, pero no tienen ventajas como los motores en los centros.
Coche diesel-eléctrico HEMTT A3 en el vertedero de Hume con instalación antiaérea Phalanx
A la sombra
La ausencia de puentes libera espacio en la carcasa y le permite cambiar significativamente el diseño de la máquina. Estas ventajas del diseño de transmisión directa fueron evaluadas en 2004 por el Cuerpo de Marines y el comando de las fuerzas de operaciones especiales en una máquina de reconocimiento profundo y designación de objetivos, llamada Shadow.
La máquina Shadow fue fabricada por General Dynamics con la participación del fabricante alemán Magnet-Motor (actualmente una división de L-3 Communications), que suministraba motores centrales. La máquina utiliza su suspensión neumática para cambiar la altura total; las ruedas se retraen hacia el cuerpo en el 43 cm y la distancia al suelo se reduce a 10 cm. Esto significa que la máquina Shadow, que tiene el mismo volumen interno que el HMMWV, puede entrar libremente en el volante inclinable V-22 Osprey para el transporte aéreo.
El inconveniente de la tracción eléctrica es que la duración del trabajo depende de la capacidad de las baterías y de la disponibilidad de una fuente de alimentación externa para la recarga. La duración máxima de Cutlass, por ejemplo, es de solo tres horas.
Combatir estas restricciones ha llevado al desarrollo de una unidad eléctrica híbrida (HPP), que utiliza un motor de combustión interna para impulsar un generador que carga las baterías a su vez. Esto nos permitió ampliar el campo del uso práctico de las máquinas con accionamiento directo y empresas como, por ejemplo, Iveco, han invertido fondos sustanciales en esta tecnología, aunque en su mayor parte para su uso en su cartera comercial.
Progreso comercial
La empresa Iveco ofrece sus sistemas híbridos ECODaily y Eurocargo, que se distinguen por la presencia de un motor eléctrico y, como resultado, no tienen un engranaje. El motor de combustión interna solo funciona para impulsar un generador que suministra baterías, y las ruedas motrices se controlan a través de sistemas electrónicos.
Esto significa que para acelerar al instante las baterías en el momento adecuado puede proporcionar una mayor cantidad de energía. Además, este esquema permite el frenado regenerativo, ya que el frenado se realiza controlando los motores eléctricos. La rotación reversible para detener la máquina los convierte en dinamos, generando energía adicional para recargar las baterías y una mayor cantidad de electricidad para su uso en subsistemas.
Junto con Iveco, que no busca transferir sus vehículos militares a una unidad híbrida, la empresa israelí IAI también comparte una estrategia de negocios similar. En febrero, 2015 anunció el aumento de las ventas de su automóvil blindado ligero RAM Mk3 4x4 y la puesta en marcha de su nuevo tractor híbrido eléctrico TaxiBot hp 800, desarrollado conjuntamente con Lufthansa.
A pesar del éxito de las máquinas RAM, de las cuales se han vendido más de 450 hasta la fecha, y la puesta en servicio del pesado TaxiBot tractor para la compañía aérea alemana, IAI no ve el potencial en el uso generalizado de unidades eléctricas. La compañía confirmó que "IAI no considera el uso de tecnologías híbridas para RAM Mk3".
Soimar explicó que el interés en la tecnología de propulsión eléctrica está creciendo entre los fabricantes de máquinas militares, pero la fuerza motriz aquí es, por supuesto, la construcción de motores.
“La tecnología de propulsión híbrida-eléctrica ha alcanzado la madurez en todo el mundo. La industria automotriz está en busca de eficiencia de combustible y menores emisiones, y esto estimula el desarrollo de la tecnología ".
Dijo que el frenado regenerativo, por ejemplo, está ampliamente representado en el sector comercial civil en automóviles como el Toyota Prius y el Tesla Roadster totalmente eléctrico, pero en el campo de los vehículos militares llegó a una verdadera encarnación solo en un camión de servicio pesado HEMTT A3 (Heavy Expanded Mobility Tactical Truck), fabricado por Oshkosh, en el que (el frenado regenerativo) forma parte integrante del sistema híbrido diesel-eléctrico ProPulse.
La unidad híbrida se mostrará
A pesar de que la sociedad no está lista tan rápidamente para evaluar esta tecnología, la adopción de unidades eléctricas en el futuro se definirá más a medida que el sector civil obtenga ventajas técnicas en esta área. "El progreso significativo logrado en los últimos años en software y control electrónico de una unidad eléctrica híbrida comercial será apreciado por la sociedad y puede estar disponible para vehículos militares", dijo Soymar.
Los avances tecnológicos innovadores no se limitan a los sistemas de control. Las tecnologías en el campo de las baterías también se están mejorando, donde los tipos de plomo-ácido están siendo reemplazados por sistemas de iones de litio más livianos con un voltaje más alto.
Saft no solo fabrica baterías de iones de litio para la electrónica industrial y civil, sino que también es cada vez más popular en el mercado de la defensa. En 2011, la compañía entregó sus baterías ESS de litio a BAE Systems como parte de un contrato de demostración de tecnología, cuyo objetivo es desarrollar una unidad híbrida para un prometedor vehículo de combate con seguimiento por carretera GCV (Ground Combat Vehicle) del Ejército de los EE. UU.
En colaboración con Northrop Grumman, BAE se hizo cargo del proyecto y construyó un conjunto de pruebas en ejecución para evaluar los sistemas integrados, que incluyen una unidad de potencia, generadores, controladores y software. El kilometraje de la configuración fue 3200 km.
Los detalles proporcionados por BAE en el año 2012 se relacionaron con el rendimiento mejorado de su variador eléctrico híbrido capaz de producir un 1500 hp. y generar energía eléctrica 1100 kW, mientras que la economía de combustible en este caso ascendió a 20%.
Estas pruebas refutaron la suposición de que la unidad híbrida no es lo suficientemente poderosa para los vehículos tácticos. El automóvil aceleró de 0 a 32 km / h en 7-8 segundos, y la compañía declaró que su manejo experimental fue completamente silencioso en funcionamiento, no está mal para una máquina con una masa de 70 toneladas.
En el automóvil, Ultra Light Vehicle con una unidad híbrida implementó varias tecnologías nuevas.
¿Problemas de energía?
Es un error pensar que la brecha tendrá más problemas para conducir las pistas, no las ruedas. El director de programas profundos y anfibios de BAE Systems, Deepak Bazaz, dijo: "No hay problemas en particular cuando se utiliza un variador eléctrico híbrido en vehículos rastreados. "Este esquema en ellos es realmente más fácil de implementar, ya que la rueda motriz de los vehículos sobre orugas está en un lugar, esto no es solo unos pocos ejes para los sistemas de ruedas".
El objetivo del programa GCV era reemplazar la flota Bradley BMP del ejército estadounidense con vehículos de manejo híbrido, pero con un costo estimado de miles de millones de dólares 29 y millones de dólares 595 asignados solo para el desarrollo tecnológico, el Congreso decidió que todo el proyecto era demasiado caro. En 2014, recortó el presupuesto de desarrollo en 400 millones de dólares, reduciendo el estado del programa GCV al demostrador de tecnología.
El desarrollo del prototipo se transfirió de los fabricantes al Centro blindado de investigación del ejército. Se espera que se produzca un prototipo de vehículo híbrido en los años 2019-2020.
A pesar de esta decisión, Bazaz dijo que la compañía mantiene su fe en el GEO y comentó: "Seguimos realizando pruebas limitadas para demostrar la confiabilidad del sistema".
El destino de GCV expuso los problemas de los accionamientos eléctricos asociados con su adopción en operación. Los clientes buscarán, pero no estarán obligados a hacer pedidos, los fabricantes no correrán riesgos para el desarrollo completo de la tecnología sin el soporte al cliente y los pedidos firmes; y ambas partes esperan que la industria desarrolle completamente el mercado y obtenga la aceptación pública de la tecnología.
Espera y mira
El enfoque del Reino Unido es típico. A pesar del presupuesto ajustado y la reducción de personal, el Ministerio de Defensa no prestó atención al hecho obvio de que el combustible cuesta dinero y firmó un contrato para el llamado sistema de combustible unificado en 2012, que costará hasta 1 mil millones de libras por año.
La adopción de vehículos eléctricos no se está considerando actualmente, a pesar de los posibles ahorros de costos. En su lugar, se adoptó un enfoque de esperar y ver.
En el laboratorio de ciencia y tecnología de defensa, explicaron: “El laboratorio está realizando un estudio del GEO, que combina el trabajo anterior sobre las tecnologías GEO y su idoneidad para las condiciones militares. Con el fin de aumentar el nivel de comprensión de dichas tecnologías, en el estudio se utilizan trabajos anteriores sobre el GEO; incluye investigaciones pasadas y actuales del Ministerio de Defensa, la industria de la defensa y la industria automotriz comercial ”.
El resultado práctico de este proceso fue que la unidad eléctrica no se consideró como una opción para el nuevo programa del ejército británico en un vehículo blindado Scout SV.
Sin embargo, el Reino Unido no está solo evita el accionamiento eléctrico. Australia, Francia y Polonia, todos ellos se encuentran actualmente en el proceso de adquisición a gran escala, lo que les permitirá reemplazar sus flotas de vehículos blindados tácticos, pero ninguna de las nuevas máquinas (en consideración o en desarrollo) tendrá esta tecnología.
Obstáculos principales
El tamaño y el costo de tales programas son obstáculos importantes. El costo de solo el primer lote del total en las máquinas 2000 Scorpion del ejército francés, cuya entrega está programada para el año 2018, se estima en más de 930 millones de dólares. Teniendo en cuenta dichos precios y volúmenes de compras (Scorpion reemplazará a toda la flota de transportistas de personal blindados VAB franceses), el momento de la adopción generalizada de nuevas tecnologías de transmisión no es el mejor, especialmente cuando la realidad y la práctica dictan la creación de una cadena de suministro completamente nueva para respaldarla.
Si bien las unidades híbridas y eléctricas aún no se consideran lo suficientemente maduras para ser implementadas, en el futuro, el cambio del tipo de unidad puede justificarse. Como ejemplo, tomar el coche patrulla del ejército protegido por Foxhound. Este vehículo blindado, que entró en servicio el año 2010, fue desarrollado por Ricardo, que también trabaja en el campo de la hibridación y la electrificación. El Foxhound actualmente tiene un motor turbodiesel Steyr, pero su casco en forma de V fue diseñado por Ricardo con miras a una posible instalación futura de GEP.
En un estudio realizado en 2009 sobre el desarrollo de un nuevo automóvil (entonces llamado Ocelot), Ricardo planteó el tema del tren motriz, argumentando que lo más probable es que los militares estén interesados en las unidades híbridas futuras debido a la necesidad de generar más electricidad y Mejora el suministro energético de equipos más complejos.
Desde este punto de vista, Soimar está de acuerdo y describe algunos usos posibles del GEO. “La cantidad significativa de energía que generan permite características especiales de combate y tácticas, por ejemplo: observación silenciosa [los motores están apagados, pero los sensores funcionan con baterías] y maniobras; aceleración mejorada para un escape rápido de áreas peligrosas; y la capacidad de suministrar muchos nuevos sensores y subsistemas, como sistemas de protección activa, energía direccional y contrarrestar dispositivos explosivos improvisados ".
Las motocicletas eléctricas de Zero Motorcycles fueron probadas por fuerzas de las fuerzas especiales de los EE. UU.
Inversión futura
Cada vez más, las actualizaciones de vehículos se están considerando en términos de energía eléctrica. De acuerdo con el punto de vista de Soimar, Bazaz explicó que BAE Systems considera a GCV como un posible objeto para su inversión.
"Usamos nuestras instalaciones de prueba para estudiar el importante potencial de la brecha, cuya potencia permitirá, quizás, demostrar un sistema láser de energía dirigida", dijo.
Como para confirmar estas palabras, en marzo de 2015, Lockheed Martin demostró un entusiasmo aún mayor al probar con éxito su instalación avanzada avanzada de alta energía del Advanced Test High Energy Asset, que quemó el láser de fibra óptica terrestre de un automóvil con una potencia de 30 kW desde una distancia de 1,6 km.
El desarrollo de estos nuevos subsistemas dará impulso a la introducción de unidades híbridas en el futuro, ya que la energía eléctrica adicional que producen se convertirá en una necesidad absoluta.
Las iniciativas de ahorro de energía también son una alta prioridad para el ejército de EE. UU., Obligadas a ahorrar dinero en combustibles fósiles. Sin embargo, según lo declarado por Oshkosh Defense, la reducción de esta dependencia afectará el equilibrio final de poder.
"El Ministerio de Defensa es uno de los mayores consumidores de combustible del mundo", dice el comunicado. "En 2010, el ejército y los cuerpos marinos estimaron que el costo total del combustible en Irak y Afganistán variaba de 9 a 40 dólares por galón, según las rutas de entrega y los métodos de reposición de combustible".
"Como se enfatizó en la estrategia energética del Ministerio de Defensa, los militares buscan usar mejor sus fuentes de energía para reducir los riesgos para los combatientes, dirigir los recursos disponibles para realizar tareas con mayor prioridad y reducir costos.
Esta es la razón por la que el cierre del programa GVC no disminuyó el entusiasmo del Ministerio de Defensa por la aplicación de la tecnología de accionamiento eléctrico. El programa actual para el vehículo táctico ligero JLTV (Joint Light Tactical Vehicle) está destinado a reemplazar el vehículo blindado HMMWV con un vehículo con tecnología GEP.
Experiencia previa
Oshkosh es uno de los participantes del programa JLTV y, como explicó la compañía, la experiencia a gran escala en sistemas diesel-eléctricos se utilizará en el prototipo L-ATV (Vehículo Táctico Ligero de Combate Ligero).
"La unidad eléctrica diesel híbrida opcional Oshkosh ProPulse fue diseñada, instalada y probada en nuestro L-ATV", dijo la compañía.
Sobre la base de la mayor presión competitiva asociada con el programa JLTV, Oshkosh se negó a decir si L-ATV tendría un hueco, pero confirmó que se instaló una instalación de energía eléctrica "que proporciona energía a los sistemas a bordo y a los consumidores externos" en el vehículo de prueba JLTV.
La energía para consumo externo, generada por toda una flota de vehículos, aumenta las perspectivas de las redes de energía tácticas (micro redes de energía), que son móviles en la misma medida que las fuerzas terrestres que soportan. Reducen la dependencia de los combustibles líquidos y recargan las baterías, de lo que ahora depende mucho.
El centro de electrónica y comunicaciones del Ejército Americano ya inició el programa Tactical Power Generation para explorar esta idea, y durante una demostración tecnológica de los conceptos de energía de las fuerzas expedicionarias en junio, se mostró que las soluciones listas para satisfacer las necesidades futuras de un vehículo híbrido y baterías. .
Tecnologías relacionadas
Desafortunadamente, el ritmo de implementación de la tecnología de accionamiento eléctrico aún está asociado con la velocidad de desarrollo de una máquina táctica, existe una relación sólida. La producción de JLTV, por ejemplo, no comenzará antes de 2018, con un ciclo de producción de hasta 2030. A corto plazo, los vehículos no tripulados terrestres y los vehículos ultraligeros son un competidor más fuerte para el despliegue de unidades eléctricas y exportaciones de energía.
Por ejemplo, los transportistasRobots El Landrover de equipo modular portátil de Northrop Grumman y el transporte táctico no tripulado multipropósito de General Dynamics Land Systems (GDLS), probados por el Cuerpo de Marines en 2014, están diseñados para escoltar y apoyar a un escuadrón desmontado.
Las centrales eléctricas diesel-eléctricas de ambas máquinas robóticas son capaces de generar no solo suficiente energía para sus propios motores en funcionamiento, sino también exportar kW de 1-2 de lo que en GDLS se denomina "energía de reenvío".
Mientras tanto, hay un interés creciente en los vehículos ultraligeros de dos y tres plazas, y se abre un mercado para vehículos tácticos para los fabricantes de motores híbridos / eléctricos como Millenworks y TomCar. Ambas empresas utilizan sus instalaciones de producción para satisfacer las necesidades de los vehículos patrulleros transportados por aire, cuyas características principales son la velocidad y la maniobrabilidad, así como las unidades híbridas / eléctricas, que ofrecen ventajas en términos de tráfico silencioso y signos de visibilidad reducidos en el calor y el escape.
El entusiasmo por los autos ligeros y rápidos también ayudó a aumentar el interés del Ministerio de Defensa en las motocicletas eléctricas e híbridas. En 2014, el comando de las fuerzas de operaciones especiales probó la motocicleta totalmente eléctrica MMX fabricada por Zero Motorcycles.
La empresa Zero no entra en los detalles de las pruebas, pero dicen que aún están en curso, y que las unidades de la policía militar mostraron interés en la línea de motocicletas para la policía y las fuerzas de seguridad. La compañía también confirmó que trabaja con algunos ejércitos extranjeros.
Interés DARPA
En enero, 2015, DARPA (Agencia de investigación de defensa avanzada) otorgó a Logos Technologies una subvención para investigar la posibilidad de desarrollar una versión militar de la motocicleta todoterreno híbrida SilentHawk.
El gerente del programa SilentHawk de Erik Bell explicó: "Dado que los sistemas como los automóviles o vehículos todo terreno son difíciles de entregar en grandes cantidades por aire al territorio enemigo, una motocicleta silenciosa, fuera de la carretera con un largo tiempo de operación podría ser una solución en algunos casos y, además, entrar en pie de igualdad con otros vehículos en el concepto evolutivo de hostilidades ".
"Las motocicletas todoterreno proporcionan movilidad en terrenos extremos, como bosques sin senderos, senderos de montaña estrechos y paisajes rocosos, lo que permite a los militares superar todo esto y llegar al enemigo en casi cualquier condición".
"Las ventajas de la unidad híbrida SilentHawk", continuó Bell, "son la separación de los componentes relacionados con el combustible (el motor, los tanques de combustible y el sistema de refrigeración) de las partes eléctricas principales".
"Todo el sistema híbrido, con la excepción de la batería, se retira de la motocicleta, dejando solo una motocicleta eléctrica, totalmente funcional y de alto rendimiento, que tiene una unidad eléctrica integrada con refrigeración líquida", agregó. "Apreciamos el uso militar de estas capacidades a corta distancia, donde un motociclista puede intercambiar el peso de un sistema híbrido por el equipo adicional que pueda necesitar durante una misión de combate".
La energía también está disponible para los consumidores externos. Bell explicó: "Estamos planeando crear una motocicleta tal que permita a los operadores recargar varios dispositivos de su red eléctrica. Estamos diseñando SilentHawk con varios conectores de alimentación que pueden satisfacer la necesidad de alimentación adicional de 500 W ".
Los accionamientos eléctricos y la energía eléctrica para consumidores externos abren amplias perspectivas frente a fuerzas altamente móviles que dependen de una fuente de energía estable. Las tecnologías ya están implementadas, pero hasta que alguien se atreva a integrarlos en el concepto de operaciones militares y aplicarlas en la práctica, la revolución en las tácticas de las fuerzas terrestres permanecerá en la etapa de "esperar y ver".
Materiales utilizados:
www.shephardmedia.com
www.oshkosh.com
www2.l-3com.com
www.generaldynamics.com
www.baesystems.com
www.zeromotorcycles.com
www.darpa.mil
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