Augantys transporto priemonių sistemų energijos suvartojimas suteikia naujoms technologijoms galimybę pasinaudoti galimybe ateityje radikaliai pakeisti karinių transporto priemonių galią ir mobilumą
Atsižvelgiant į tai, kad naujos kartos amerikiečių kariuomenė greičiausiai turės hibridinę jėgainę, pramonei reikia plataus masto programos, kad ji galėtų įdiegti savo energetikos technologijas, kurias ji jau sukūrė (kartu su neišvengiamais pakeitimais). didžioji dalis kovinių transporto priemonių. Tačiau musė šioje medaus statinėje yra ta, kad pagal dabartinius planus armija planuoja tokias transporto priemones priimti apie 2035 m. Svarbiausi sprendimai dėl jo konfigūracijos greičiausiai nebus priimti iki 2025 m., Nebent atitinkamos programos bus paspartintos iki „Trump“pirmininkavimo.
Didžiuliai poreikiai yra puiki paskata kurti naujas technologijas, o tai savo ruožtu gali pasiūlyti sprendimus šiems poreikiams tenkinti. Pavyzdžiui, didėjanti elektros energijos paklausa mūšio lauke yra derinama su poreikiu sumažinti su kuro tiekimu susijusią logistikos naštą, taip pat padidinti kovos pajėgų ir kovos paramos pajėgų pajėgumus bekele. Visa tai yra įtikinamas įrodymas, kad plačiai naudojami pagalbiniai jėgos agregatai, protingi variklio valdikliai ir hibridinė elektrinė pavara ir dėl to smarkiai padidėja išorės vartotojams sukurta galia.
Įveikti inerciją
Turėdama didelę patirtį gaminant hibridinių transporto priemonių technologijų demonstracijas įvairioms karinėms struktūroms ir gaminant hibridinius autobusus civiliniam sektoriui, „BAE Systems“turi geras galimybes tiksliai įvertinti, kur ši technologija yra šiandien ir kokios jos perspektyvos. Tas pats pasakytina apie „DRS Technologies“, kuri taip pat dalyvavo daugelyje demonstracinių projektų. Tomas Weaveris, „DRS Network Computing and Test Solutions“komercijos direktorius, sakė, kad rinka vis dar vystosi ir kad elektrinių transporto priemonių privalumai dar turi įveikti tradicinių transporto priemonių inerciją. Tokia inercija neigiamai veikia mašinų, galinčių gaminti reikiamą energiją išorės vartotojams, pažangą, nepaisant poreikių, kurie per pastarąjį dešimtmetį išaugo „bent 100%“.
„DRS dirba su skirtingais klientais, kad įvairiuose našumo bandymuose demonstruotų mašinas su integruotomis naujomis technologijomis. Sėkmingos demonstracijos ir teigiami naudotojų atsiliepimai neskatino tokių transporto priemonių dislokuoti kariuomenėje, be to, reikalavimai jiems net nebuvo sukurti. Tačiau paklausa vis tiek augs, ypač ekspedicinių operacijų ir specializuotų transporto priemonių, tokių kaip nukreiptos energijos ginklų sistemos.
DRS dabar siūlo įmontuotą vidutinės taktinės transporto priemonės (MTV) ir HMMWV įrangos maitinimo sistemą kaip integruotą transmisijos generatorių, sukurtą bendradarbiaujant su „Allison“. Ši sistema, sumontuota, pavyzdžiui, MTV sunkvežimyje, generuoja iki 125 kW galią borto ar išorinėms sistemoms. Įmonė taip pat gamina kitas energijos valdymo sistemas įvairioms transporto priemonėms. Vyriausiasis inžinierius Andrew Rosenfieldas iš „BAE Systems“, taip pat užsiimančios tokiomis sistemomis, mano, kad mažai tikėtina, jog kovai su sausuma, ypač dėl problemų, susijusių su akumuliatorių įkrovimu, vaidins tik elektromobiliai.
„Nors elektra varomų jėgos pavarų technologija yra nusistovėjusi, degalų papildymo problema gali užkirsti kelią pradėti naudoti tik elektromobilius“,-tęsė jis. „Galų gale, dyzelino galima įsigyti bet kurioje pasaulio vietoje, o dykumoje rasti akumuliatorių įkrovimo stotį yra labai sunku, tačiau net jei ir rasite, laukti aštuonių valandų, kol jie bus visiškai įkrauti, tikriausiai neįmanoma“.
„Weaver“sutiko, kad greičiausiai vyraus hibridiniai automobiliai, taip pat paminėjo švarios elektromobilių įkrovimo infrastruktūros apribojimus ir dyzelino bei JP8 reaktyvinio kuro visur paplitimą. Tačiau Rosenfieldas pabrėžė, kad grynai elektrinės transporto priemonės gali atlikti svarbų vaidmenį karinėse bazėse, nes jos gali gabenti prekes, kaip tai daroma šiuolaikinėse gamyklose ar oro uostuose (aerodromų traktoriai). „Kuro elementų mašinos greičiausiai galėtų atlikti tokias užduotis, nes joms reikia laisvos prieigos prie vandenilio atsargų“, - sakė jis.
Weaver mano, kad kuro elementų transporto priemonių laukia sunkus kelias. „Pirma, dar nėra vandenilio dujų infrastruktūros, ir bus tam tikras nepasitikėjimas diegiant naujus degalus. Tokių transporto priemonių kelias prasidės gerai organizuotomis ekspedicinėmis operacijomis “.
Hibridinės konstrukcijos taip pat yra sudėtingesnės nei vien tik elektrinės konstrukcijos ir turi keletą savybių, kurios daro jas patrauklesnes nei vien tik elektrinės ir įprastos varomos mašinos. „Pirma, hibridinės elektrinės platformos naudoja tą patį kurą kaip ir tradicinės dyzelinės transporto priemonės. Antra, žemo apsisukimų per minutę sukimo momentas idealiai tinka mašinai, važiuojančiai nelygiu reljefu arba lipančiai labai stačiu šlaitu “.
Jis pridūrė, kad galimybė laive gaminti didelius elektros energijos kiekius tampa vis svarbesnė, nes diegiamos naujos galimybės, tokios kaip ryšiai ir ginklų sistemos, kuriose naudojami galingi lazeriai. Galimybė eksportuoti šią energiją taip pat yra didžiulis privalumas, nes šios mašinos gali maitinti apgyvendintas vietoves ir ligonines, kurių pačių elektros sistemas apgadino kovos ar stichinės nelaimės.
„Galiausiai dėl sumažėjusių eksploatavimo ir priežiūros išlaidų, susijusių su dideliu kuro taupymu ir didesniu patikimumu, hibridinės elektrinės transporto priemonės tampa protingu ir ilgalaikiu pasirinkimu“.
Kaip pažymėjo Weaveras, elektros energijos paklausa kovinėse transporto priemonėse niekada nesumažėjo, jos tik augs kasmet. „Naujesnės funkcinės sistemos reikalauja vis daugiau energijos iš nešiklio platformos, taip pat nuolat atnaujinamos dabartinių transporto priemonių elektros gamybos ir paskirstymo sistemos“.
„Pridėjus tokias funkcijas kaip tylus judėjimas, radaras, pažangus ryšys, signalų trukdymas ir elektromagnetiniai šarvai ar ginklai, platforma atsilieka ir tampa nevaldoma, neperjungiant hibridinės elektros schemos. Kitą dešimtmetį visoms kovinėms transporto priemonėms vienas iš svarbiausių komponentų bus galimybė gaminti didelius elektros kiekius laive “.
„Elektra varomos transporto priemonės turi atlikti savo darbą taip pat gerai ar net geriau nei tradicinės mechaninės mašinos“, - tęsė jis. „Motorizuotos sistemos yra ne tik žymiai paprastesnės ir turi mažiau judančių dalių nei motorizuotos sistemos, bet dažnai turi stebėtinai gerą pertekliaus lygį, todėl yra patikimesnės. Pavyzdžiui, dauguma skersinių elektros transmisijų gali normaliai veikti su vienu sugedusiu varikliu “.
Weaver sakė, kad pagrindinės viešajame transporte puoselėjamos technologijos jau yra įdiegtos ir paruoštos patekti į rinką. „Dėl plačiai naudojamų hibridinių ir elektros grandinių, ypač tarpmiestiniuose autobusuose ir tramvajuose, buvo sukurti variklių valdikliai, keitikliai ir keitikliai, kurie yra artimi kariuomenės poreikiams“, - sakė jis. „Visi pramonės poreikiai yra klientai, norintys sumokėti už kvalifikacijos procesą, taip pat pakankamai, kad būtų sumažintos išlaidos“.
Tuo tarpu demonstracijos darbai tęsiami. „General Motors“(GM) AUSA 2016 m. Spalio mėn. Parodė „paruoštą“savo „Chevrolet Colorado ZH2“kuro elementų transporto priemonės versiją, pagrįstą pailga vidutinio dydžio pikapo važiuokle. Pagal tvarkaraštį „Colorado ZH2“, padedamas TARDEC šarvuotų tyrimų centro, 2017 m. Turės atlikti daugybę karinių bandymų „ekstremaliomis eksploatavimo sąlygomis“.
Tai buvo pagreitinta programa. GM ir TARDEC kartu surengė demonstraciją per mažiau nei metus po sutarties pasirašymo. „Naujovių idėjų demonstravimo ir įvertinimo greitis yra labai didelis, todėl pramonės ryšiai yra tokie svarbūs kariuomenei“, - sakė TARDEC direktorius Paulas Rogersas. „Kuro elementai gali žymiai pagerinti karinių transporto priemonių galimybes, tyliai veikiant, elektros energiją gaminant išoriniams vartotojams ir stabilų sukimo momentą - dėl visų šių pranašumų ši technologija nuodugniau ištirta“.
„ZH2 leidžia kariuomenei parodyti ir įvertinti kuro elementų technologijos pasirengimą kariniams tikslams, tuo pačiu atsakant į klausimą, kiek naudingos gali būti kuro elementų elektrinės transporto priemonės tam tikromis sąlygomis ir tam tikrose kovinėse misijose“, - sakė Doug Hallo. TARDEC atstovas spaudai.
Numatoma nauda, kurią turi įvertinti TARDEC, apima beveik tylų veikimą, leidžiantį tyliai stebėti, sumažinti šiluminius ženklus, didelį rato sukimo momentą bet kokiu greičiu, mažas degalų sąnaudas visame veikimo diapazone ir geriamąjį vandenį kaip cheminį šalutinį produktą.. „Colorado ZH2“turi įmontuotą galios išėmimą išoriniams vartotojams.
Varomoji sistema yra pagrįsta protonų mainų membranos kuro elementais, galinčiais generuoti iki 93 kW nuolatinę srovę, ir akumuliatoriumi, kuris suteikia dar 35 kW galios sistemai ir yra įkraunamas regeneracinio stabdymo metu. Taip aiškina GM ZH2 projektų vadovas Christopheris Kolkitas.
„Transporto priemonės talpyklose yra apie 4,2 kg suspausto vandenilio, esant 10 000 psi, o tai daugiau nei 689 kartus viršija atmosferos slėgį. Atmosferos oras yra deguonies šaltinis, reikalingas elektrocheminiam procesui, dėl kurio susidaro reikiama elektros energija; išsiskiria tik vandens garai “, - pažymėjo jis.
Visoms elektrinėms pavaros sistemoms energijos tiekimas iš šaltinio į ratus yra lengvesnis nei naudojant tradicines transporto priemones. „ZH2 neturi perdavimo įprasta to žodžio prasme. Kintamosios srovės traukos variklis su vienos pakopos pavarų dėže sukimo momentą perduoda tiesiai į pavarų dėžę ir keturių ratų pavaros sistemą “,-aiškino Kolkit.
Nešiojama infrastruktūra
Pagal šią programą TARDEC centras taip pat tiria, koks galėtų būti bent dalinis vandenilio prieinamumo (infrastruktūros) problemos sprendimas. Jo sprendimui čia palanku tai, kad šis cheminis elementas gali būti gaminamas įvairiais būdais iš skirtingų šaltinių. Pasak TARDEC centro atstovo, pradiniame ZH2 projekto darbo etape ketinama gauti suslėgtą vandenilį, reformuojant aviacijos žibalą JP8, nešiojamame reformatoriuje, kuris bus perkeltas į kiekvieną bandymų vietą kartu su mašina, nes tai padidins sprendimų skaičių šiame užduočių etape.
„Šiuo metu mes siekiame sukurti reformatorių, kuris vandeniliui gaminti galėtų naudoti įvairius vietinius šaltinius, tokius kaip gamtinės dujos, reaktyvinis kuras JP8, dyzelinas DF2 ar propanas“, - sakė jis. - Vietiniai elektros tinklai, įskaitant galbūt atsinaujinančius energijos šaltinius, kartu su vandens ištekliais taip pat gali būti naudojami vandenilio gamybai. Tai leistų kariuomenei sumažinti degalų kiekį, kuris tiekiamas į konkretų operacijų teatrą, ir pasikliauti tuo, kas yra tame teatre “.
Nesvarbu, ar tai būtų akumuliatoriai, kuro elementai, ar mišrios dyzelinės elektrinės, kurios yra pagrindinis variklis, norint konvertuoti elektros srovę į priekinę varomąją jėgą, reikia patikimų ir efektyvių elektros pavarų. Didžiosios Britanijos bendrovė „Magtec“gamina elektrines pavaros sistemas aviacijos, jūrų ir automobilių rinkoms, siūlanti, pavyzdžiui, keletą variantų, kaip pakeisti komercinius sunkvežimius naujomis varomosiomis sistemomis.
Tačiau bendrovė taip pat sukūrė pilnus vikšrinių ir ratinių platformų variklius, kad pademonstruotų hibridines technologijas, kurias 2000 -ųjų pradžioje Didžiosios Britanijos ir Švedijos gynybos agentūroms pagamino „BAE Systems Hagglunds“.
SEP („Splitterskyddad EnhetsPlattform“) platformoms, tiek ratuotoms 6x6, tiek vikšrinėms, bendrovė sukūrė ratų stebulės variklius (varomuosius ratus), įskaitant dviejų pakopų reduktorių ir stabdžių sistemą, du generatorius, valdymo įrangą ir energijos paskirstymą. SEP ji taip pat sukūrė, įdiegė ir išbandė programinę įrangą, skirtą valdyti pagrindines funkcijas, tokias kaip galios paskirstymas, traukos kontrolė, elektroniniai diferencialo užraktai ir vairavimas, leidžiantis mašinai įsijungti vietoje. Be to, ši sistema atitinka visus karinius EMC ir aplinkosaugos reikalavimus.
„Magtec“generalinis direktorius sakė matąs gerą augimo potencialą elektrinėms transporto priemonėms, turinčioms išplėstą nuotolį kovinėms paramos misijoms. Tuo pačiu metu naujos technologijos padeda žymiai pagerinti mobilumą, mažina degalų sąnaudas, didina perteklių, be to, leidžia priimti originalius išdėstymo sprendimus. Jis taip pat pažymėjo, kad elektrinė varomoji jėga supaprastina nuotolinio valdymo ir autonomijos įgyvendinimą.
Kalbėdamas apie tolesnę reikalingų technologijų plėtrą, jis pažymėjo, kad pavaros sistemos yra pasirengusios patekti į rinką su patobulinta galios elektronika (galios pavaroms valdyti), pagrįstomis silicio karbido puslaidininkių grandinėmis. Jie yra būtini norint valdyti aukštą įtampą, kuria veikia naujos kartos elektros sistemos. „Magtec“direktorius pažymėjo, kad 24 voltai, kuriais veikia dauguma šiuolaikinių sistemų, dabar yra per maži pagrindiniams elektros vartotojams (padidėjusi įtampa leidžia per kabelius perduoti daugiau energijos, nepadidinant srovės stiprio).
Viena šios srities bendrovė „GE Aviation“laimėjo 2,1 milijono dolerių vertės sutartį, skirtą silicio karbido galios elektronikai kurti ir demonstruoti. Po 18 mėnesių plėtros programos tikimasi, kad bendrovė pademonstruos savo silicio karbido metalo oksido FET technologijos, kartu su galio nitrido prietaisais, naudą 15 kW, 28/600 voltų dvikrypčiame nuolatinės srovės / nuolatinės srovės keitiklyje.
Pasak bendrovės, ši įranga gali valdyti dvigubai daugiau energijos, o užima pusę tūrio, palyginti su dabartine silicio galios elektronika, o keitikliai galės dirbti lygiagrečiai ir būti užprogramuoti pagal CAN standartą.
Bendrovė kuria naujos kartos transporto priemonių galios architektūrą iš TARDEC, vadindama ją žlugdančia technologija, ir tikisi, kad technologijų demonstracija bus paruošta iki 2017 m. Vidurio.
Dvigubas greitis
Kita proveržio technologija yra DARPA gynybos pažangių tyrimų projektų agentūros projektas „Ground X-Vehicle Technology“(GXV-T), kuriame svarbų vaidmenį atliks elektros sistemos. Projekto tikslas - perpus sumažinti perspektyvių šarvuotų transporto priemonių įgulos dydį, svorį ir skaičių, padvigubinti jų greitį, galimybę įveikti 95% reljefo, taip pat sumažinti matomumo ženklus.
2016 m. Liepos mėn. DARPA skyrė „Qinetiq“2,7 milijono dolerių investiciją, kad patobulintų GXV-T projekto elektrinių pavarų sistemų technologiją. Bendrovė šią technologiją apibūdina kaip kompaktiškus ir itin galingus elektros variklius ratų viduje, kurie pakeičia įvairias pavarų dėžes, diferencialus ir pavaros velenus. Bendrovės teigimu, šis požiūris smarkiai sumažina bendrą platformos svorį ir atveria naujas dizaino galimybes, kurios pagerins saugumą ir našumą.
„Qinetiq“pabrėžia, kad ši technologija ne tik naudojama naujose koncepcijose, tokiose kaip GXV-T, bet ir gali pagerinti esamų transporto priemonių galimybes atnaujinimo metu. Pvz., Kelių ratų pėstininkų transporto priemonė, patobulinta su stebulėmis arba varikliais, gali būti naudinga padidėjusiai galiai ir mobilumui, kurį suteikia sutaupytas svoris, arba atvirkščiai, panaudoti šias santaupas, kad pagerintų apsaugą, sumontuotų įrangą ar padidintų keleivių talpą."
Po investicijų buvo sudaryta 2015 m. Rugsėjo mėn. Paskelbta sutartis, pagal kurią ši koncepcija bus išversta į tikrą dizainą ir išbandyta, o po to bus pagaminti du visiškai veikiantys prototipai.
„Įprastos pavaros yra gana sunkios, ribotos talpos ir sudarytos iš komponentų, kurie, sprogus minai, gali virsti mirtinais sviediniais“, - komentuodamas sutartį sakė „Qinetiq“tyrimų vadovas. „Pavarų perkėlimas į ratus pašalina šią grėsmę ir nutraukia tendenciją transporto priemonėms tapti sunkesnėms ir mažiau judrioms dėl padidėjusio apsaugos lygio ir ginklų galios“.
Esamos mašinos taip pat gali būti naudingos elektrinių varomųjų posistemių elektrifikavimui. Pavyzdžiui, Vokietijos bendrovė „Jenoptik“Lenkijos „Leopard 2PL“tankų modernizavimo programai turi tiekti 126 elektrinius bokštelius ir ginklų stabilizavimo sistemas. Pasak bendrovės, elektros sistemos pakeis rezervuaro hidraulines sistemas, taip sumažindamos techninę priežiūrą ir šilumos gamybą.
Pristatymas numatytas 2017–2020 m. Pagal 23 mln. Dolerių vertės sutartį, pasirašytą su Lenkijos „Bumar Labédy“2016 m. Spalio mėn. Ta pati bendrovė „Bumar Labedy“2017 metų vasarį pasirašė bendradarbiavimo sutartį dėl tankų modernizavimo su Vokietijos kompanija „Rheinmetall“.
Viena iš „Jenoptik“veiklos sričių yra kompaktiškų stabilizuotų ginklų / jutiklių platformų, bokštų ir ginklų pavaros sistemų bei veidrodžių, skirtų šarvuočių matymo linijai stabilizuoti, kūrimas ir gamyba.
Pavyzdžiui, didelių ginklų sistemų ginklų ir bokštelių pavaros sistema susideda iš horizontalių ir vertikalių kreipiamųjų elektros variklių, kurie, atsižvelgiant į pagrindinio ir atsarginio valdymo blokų signalus, nukreipia ginklą atitinkamai į azimutą ir aukštį. Abiejose pavarose yra absoliučiai besikeičiantys bešepetėliai sinchroniniai varikliai, kurių tarpas tarp kiekvieno variklio išėjimo pavaros ir ginklo agregato dantyto sektoriaus yra nulis.
Sistema, galinti veikti esant 28 ir 610 voltų nuolatinės srovės maitinimo įtampai, gali išmesti ginklą į kiekvieną plokštumą iki 60 ° / s greičiu arba lėčiau nei 0,2 mrad / s.
Pavaros valdymo blokas, atsižvelgdamas į jutiklių, valdiklių ir aktyvaus žvilgsnio įvesties signalus, maitinimo šaltinį paverčia trijų fazių sistemų pora, po vieną kiekvienam bokšteliui ir ginklui, stabilizatoriui ir pavaros varikliui.
Remiantis praėjusių metų tyrimų bendrovės IDTechEx ataskaita, pasaulinė transporto priemonių elektrifikavimo rinka iki 2026 m. Sieks 300 milijardų dolerių. Šis augimas, kurį lėmė padidėjęs elektros variklių valdiklių skaičius vienoje transporto priemonėje (kadangi vairo mechanizmas, pakaba ir kitos anksčiau mechaninės, pneumatinės ir hidraulinės dalys pakeis elektros sistemas), bus technologinis pagrindas masinei rinkai ir taip sumažins jų kainą karinėms transporto priemonėms.
