Нарастващото потребление на енергия на бордовите системи за превозни средства дава на новите технологии шанс да се възползват от възможността коренно да променят мощността и мобилността на военните превозни средства в бъдеще
Като се има предвид, че следващото поколение на американската армия вероятно ще има хибридна електроцентрала, индустрията се нуждае от мащабна програма, за да може да въведе своите енергийни технологии, които вече е разработила (заедно с неизбежните модификации), в по -голямата част от бойните машини. Муха в мехлема в тази бъчва с мед обаче е, че според настоящите планове армията планира да приеме такива превозни средства около 2035 г. Основни решения относно конфигурацията му най -вероятно няма да бъдат взети преди 2025 г., освен ако съответните програми не бъдат ускорени до президентството на Тръмп.
Огромните нужди са отличен стимул за развитието на нови технологии, които от своя страна могат да предоставят решения за задоволяване на тези нужди. Например нарастващото търсене на електрическа енергия на бойното поле се комбинира с необходимостта от намаляване на логистичната тежест, свързана с доставките на гориво, както и от повишаване на офроуд способността на бойните сили и силите за бойна подкрепа. Всичко това е убедително доказателство в полза на широкото използване на спомагателни силови агрегати, интелигентно управление на двигателя и хибридно електрическо задвижване и в резултат на това рязко увеличаване на генерираната мощност за външни потребители.
Преодолейте инерцията
С богат опит в производството на демонстратори на технологии за хибридни превозни средства за различни военни структури и в производството на хибридни автобуси за гражданския сектор, BAE Systems е в добра позиция да прецени къде точно е тази технология днес и какви са нейните перспективи. Същото важи и за DRS Technologies, която също е участвала в много демонстрационни проекти. Том Уивър, търговски директор в DRS Network Computing and Test Solutions, каза, че пазарът все още се развива и че ползите от електрическите превозни средства все още не са преодолели инерцията на традиционните превозни средства. Подобна инерция има отрицателно въздействие върху напредъка на машините, способни да генерират необходимата мощност за външни потребители, въпреки нуждите, които са се увеличили "с поне 100%" през последното десетилетие.
„DRS работи с различни клиенти, за да демонстрира машини с интегрирани нови технологии в различни тестове за производителност. Успешните демонстрации и положителните отзиви на потребителите не доведоха до разполагането на такива превозни средства във войските, освен това изискванията към тях дори не бяха разработени. Но търсенето ще продължи да расте, особено за експедиционни операции и специализирани превозни средства, като например оръжейни системи с насочена енергия.
DRS вече предлага бордова захранваща система за средно тактически превозни средства (MTV) и HMMWV оборудване под формата на интегрален генератор на трансмисия, разработен в сътрудничество с Allison. Тази система, инсталирана например на камион MTV, генерира мощност до 125 kW за бордови или външни системи. Компанията произвежда и други системи за управление на енергията за различни превозни средства. Главният инженер Андрю Розенфийлд от BAE Systems, която също се занимава с такива системи, смята, че е малко вероятно чисто електрическите превозни средства да играят важна роля в наземния бой, главно поради проблеми с презареждането на батериите.
„Въпреки че технологията на задвижване за изцяло електрическа работа е добре установена, проблемът с зареждането с гориво може да попречи на въвеждането в действие на чисто електрически превозни средства“, продължи той. "В края на краищата дизелът е наличен навсякъде по света, докато намирането на станция за зареждане на батерии в пустинята е много трудно, но дори и да намерите такава, чакането осем часа, за да се заредят напълно, вероятно не е възможно."
Уивър се съгласи, че хибридните автомобили вероятно ще надделеят, като спомена и ограниченията на инфраструктурата за зареждане на чисти електрически автомобили и повсеместното разпространение на дизелово гориво и гориво за реактивни двигатели JP8. Розенфийлд обаче подчерта, че чисто електрическите превозни средства могат да играят голяма роля във военните бази, тъй като те могат да преместват стоки, както е в съвременните фабрики или на летища (летищни трактори). „Машините с горивни клетки най -вероятно биха могли да изпълняват такива задачи, тъй като се нуждаят от свободен достъп до водородни резерви“, каза той.
Уивър вярва, че пред автомобилите с горивни клетки предстои труден път. „Първо, все още няма водородна газова инфраструктура и ще има известно недоверие в внедряването на новото гориво. Пътят на такива превозни средства ще започне с добре организирани експедиционни операции."
Хибридните дизайни също са по-сложни от чисто електрическите и имат няколко функции, които ги правят по-привлекателни от чисто електрическите и конвенционалните машини със задвижване. „Първо, хибридните електрически платформи използват същото гориво като традиционните дизелови превозни средства. Второ, въртящият момент с ниски обороти е идеален за машина, пътуваща по неравен терен или изкачвайки много стръмен наклон."
Той добави, че способността за генериране на големи количества електроенергия на борда става все по -важна, тъй като се разгръщат нови възможности като комуникационни и оръжейни системи, които използват мощни лазери. Възможността за износ на тази енергия също е огромно предимство, тъй като тези машини могат да захранват населени райони и болници, чиито собствени системи за захранване са повредени от бойни щети или природно бедствие.
„И накрая, намалените експлоатационни и технически разходи, свързани със значителни икономии на гориво и по-голяма надеждност, правят хибридните електрически превозни средства интелигентен и дългосрочен избор.“
Както отбеляза Уивър, търсенето на електрическа енергия на борда на бойни превозни средства никога не е намаляло, те само ще нарастват от година на година. "По -новите функционални системи изискват все повече и повече енергия от платформата на превозвача, както и непрекъснато надграждане на системите за генериране и разпределение на електроенергия на настоящите превозни средства."
„След като добавите функции като безшумно движение, радар, усъвършенствана комуникация, заглушаване на сигнали и електромагнитна броня или оръжие, платформата изостава и става неуправляема, без да преминете към хибридна електрическа схема. През следващото десетилетие за всички бойни превозни средства един от най -важните компоненти ще бъде способността да се генерират големи количества електроенергия на борда."
„Превозните средства с електрическо задвижване трябва да си вършат работата също толкова добре или дори по -добре от техните традиционни механични колеги“, продължи той. „Не само, че моторизираните системи са значително по -прости и имат по -малко движещи се части от моторизираните системи, но те често имат изненадващо добро ниво на резервиране, което ги прави по -надеждни. Например, повечето напречни електрически трансмисии могат да работят нормално с един неизправен двигател."
Уивър каза, че ключовите технологии, възпитавани в обществения транспорт, вече са налице и са готови за навлизане на пазара. „Широкото използване на хибридни и електрически вериги, особено в междуградските автобуси и трамваи, доведе до разработването на моторни контролери, инвертори и преобразуватели, които са близо до това, от което се нуждаят военните“, каза той. "Всички нужди на индустрията са клиенти, готови да платят за квалификационния процес, както и достатъчно, за да се намалят разходите."
Междувременно работата по демонстрацията продължава. General Motors (GM) в AUSA през октомври 2016 г. показа „готова за работа“версия на своя автомобил с горивни клетки Chevrolet Colorado ZH2, който е базиран на удължено шаси на пикап със среден размер. Според графика, Colorado ZH2, със съдействието на Бронирания изследователски център TARDEC, трябва да премине поредица от военни тестове „в екстремни условия на експлоатация“през 2017 г.
Това беше ускорена програма. GM и TARDEC работиха заедно, за да създадат демо за по -малко от година след подписването на договора. „Скоростта, с която иновативните идеи могат да бъдат демонстрирани и оценени, е много висока, поради което връзките на индустрията са толкова важни за армията“, каза директорът на TARDEC Пол Роджърс. "Горивните клетки имат потенциала да подобрят значително възможностите на военните превозни средства чрез тиха работа, генериране на енергия за външни потребители и стабилен въртящ момент - всички тези предимства правят тази технология по -внимателно проучена."
„ZH2 дава възможност на армията да демонстрира и оцени готовността на технологията с горивни клетки за военни приложения, като в същото време отговаря на въпроса колко полезни могат да бъдат електрическите превозни средства с горивни клетки при определени условия и в определени бойни мисии“, каза Дъг Хало, говорител на TARDEC.
Очакваните ползи, които TARDEC трябва да оцени, включват почти безшумна работа, позволяваща безшумно наблюдение, намалени термични сигнатури, висок въртящ момент на колелата при всички скорости, нисък разход на гориво в целия работен диапазон и питейна вода като химически страничен продукт. Процеси, протичащи в горивните клетки. Colorado ZH2 има вградено захранване за външни потребители.
Задвижващата система се основава на мембранни горивни клетки с обмен на протони, способни да генерират до 93 kW постоянен ток, и батерия, която осигурява още 35 kW за задвижващата система и се зарежда по време на регенеративно спиране. Това обяснява ръководителят на проекта ZH2 на GM Кристофър Колкит.
„Резервоарите на превозното средство съдържат около 4,2 кг сгъстен водород при 10 000 psi, което е повече от 689 пъти атмосферното налягане. Атмосферният въздух е източник на кислород, необходим за електрохимичния процес, в резултат на което се генерира необходимото електричество; отделят се само водни пари “, отбеляза той.
За всички системи с електрическо задвижване доставянето на енергия от източника до колелата е по -лесно, отколкото при традиционните превозни средства. „ZH2 няма предаване в обичайния смисъл на думата. Тягов двигател с променлив ток с едностъпална скоростна кутия предава въртящия момент директно към разпределителната кутия и системата за задвижване на четирите колела “, обясни Колкит.
Преносима инфраструктура
Чрез тази програма Центърът TARDEC също проучва какво би могло да бъде поне частично решение на проблема с водорода (инфраструктура). Решението му тук се благоприятства от факта, че този химичен елемент може да бъде произведен по различни начини от различни източници. Според представителя на центъра TARDEC, в началния етап на работа по проекта ZH2 идеята е да се получи сгъстен водород по време на реформирането на авиационния керосин JP8 в преносим риформер, който ще бъде преместен на всеки полигон заедно с машина, защото това ще увеличи броя на решените на този етап задачи.
„В момента се стремим да създадем реформатор, който да използва различни местни източници, като например природен газ, гориво за реактивни двигатели JP8, дизел DF2 или пропан, за производство на водород“, каза той. - Местните електрически мрежи, включително евентуално възобновяеми енергийни източници, заедно с водните ресурси, също могат да се използват за производство на водород. Това би позволило на армията да намали количеството гориво, което се доставя в определен театър на военните действия, и да разчита на наличното в този театър."
Независимо дали става въпрос за батерии, горивни клетки или смесени дизелово-електрически централи като основен двигател, преобразуването на електрически ток в задвижване напред изисква надеждни и ефективни електрически задвижвания. Британската компания Magtec произвежда системи за електрическо задвижване за космическия, морския и автомобилния пазар, като предлага например няколко варианта за преобразуване на търговски камиони с нови задвижващи системи.
Въпреки това, компанията също така разработи цялостни силови агрегати за гусенични и колесни платформи, за да демонстрира хибридни технологии, произведени от BAE Systems Hagglunds за британските и шведските отбранителни агенции в началото на 2000 -те.
За платформи SEP (Splitterskyddad EnhetsPlattform), както колесни 6х6, така и гусени, компанията е разработила мотори на главината на колелата (моторни колела), включително двустепенна редуктор и спирачна система във всеки, двойни генератори, оборудване за управление и разпределение на мощността. За SEP тя също така разработи, инсталира и тества софтуер за управление на ключови функции като разпределение на мощността, контрол на тягата, електронни блокировки на диференциала и кормилно управление, което позволява на машината да се включва на място. Освен това тази система отговаря на всички военни ЕМС и екологични разпоредби.
Изпълнителният директор на Magtec заяви, че вижда добър потенциал за растеж на електрически превозни средства с разширен обхват за бойни мисии за поддръжка. В същото време новите технологии допринасят за значително подобряване на мобилността, намаляване на разхода на гориво, по -голяма съкращаване, плюс това позволяват вземането на оригинални решения за оформление. Той също така отбеляза, че електрическото задвижване опростява изпълнението на дистанционно управление и автономност.
По отношение на по -нататъшното развитие на необходимите технологии той отбеляза, че задвижващите системи са готови да излязат на пазара с подобрена силова електроника (за управление на силови задвижвания) на базата на полупроводникови схеми от силициев карбид. Те са необходими за контролиране на високото напрежение, на което работят електрическите системи от ново поколение. Директорът на Magtec отбеляза, че 24 волта, при които работят повечето съвременни системи, сега са твърде ниски за основните потребители на електроенергия (увеличаването на напрежението позволява да се предава повече мощност през кабелите, без да се увеличава прекомерно ампеража).
Една компания в тази област, GE Aviation, спечели договор за 2,1 милиона долара за разработване и демонстриране на силова електроника от силициев карбид. След 18-месечна програма за развитие се очаква компанията да демонстрира предимствата на своята FET технология от метален оксид от силициев карбид, комбинирана с устройства за галиев нитрид в двупосочен DC / DC преобразувател 15 kW, 28/600 волта.
Според компанията, това оборудване може да се справи с двойно по -голяма мощност, като същевременно заема половината от обема в сравнение със сегашната силициева силова електроника, докато преобразувателите ще могат да работят паралелно и да бъдат програмирани в съответствие със стандарта CAN.
Компанията разработва архитектура за мощност на превозно средство от следващо поколение от TARDEC, наричайки я разрушителна технология и се надява, че технологичната демонстрация ще бъде готова до средата на 2017 г.
Двойна скорост
Друга революционна технология е проектът на Агенцията за напреднали изследователски проекти на DARPA за наземни технологии на X-Vehicle Technology (GXV-T), в който електрическите системи ще играят значителна роля. Целта на проекта е да намали наполовина размера, теглото и броя на екипажа на обещаващите бронирани превозни средства, да удвои скоростта им, възможността да преодолее 95% от терена, както и да намали признаците на видимост.
През юли 2016 г. DARPA даде на Qinetiq инвестиция от 2,7 милиона долара за усъвършенстване на технологията на електрозадвижващите системи за проекта GXV-T. Компанията описва тази технология като компактни и изключително мощни електродвигатели вътре в колелата, които заменят различни скоростни кутии, диференциали и задвижващи валове. Този подход, каза компанията, драстично намалява общото тегло на платформата и отваря нови възможности за дизайн, които ще подобрят безопасността и производителността.
Qinetiq подчертава, че в допълнение към използването си в нови концепции, като GXV-T, тази технология може също така да подобри възможностите на съществуващите превозни средства по време на модернизация. Например, многоколесното пехотно превозно средство, модернизирано с главини или моторни колела, "може да се възползва от увеличената мощност и мобилност, която осигурява спестяването на тегло, или обратно, да използва тези спестявания за подобряване на защитата, инсталиране на оборудване или увеличаване на капацитета на пътниците."
Инвестицията беше последвана от договор, обявен през септември 2015 г., съгласно който концепцията ще бъде преведена в истински дизайн и тествана, след което ще бъдат произведени два напълно работещи прототипа.
„Конвенционалните задвижващи механизми са доста тежки, имат ограничен капацитет и са съставени от компоненти, които могат да се превърнат в смъртоносни снаряди, ако бъдат експлодирани от мина“, каза ръководителят на изследването в Qinetiq, коментирайки договора. "Преместването на задвижванията към колелата премахва тази заплаха и прекъсва тенденцията превозните средства да стават по -тежки и по -малко мобилни поради повишеното ниво на защита и силата на оръжията."
Съществуващите машини също могат да се възползват от електрификацията на неподвижни подсистеми. Например германската компания Jenoptik ще достави 126 електрически кули и системи за стабилизиране на оръжия за полската програма за модернизация на танкове Leopard 2PL. Според компанията, електрическите системи ще заменят хидравличните системи на резервоара, като по този начин ще намалят поддръжката и генерирането на топлина.
Доставките се дължат през 2017-2020 г. съгласно договор за 23 милиона долара, подписан с полския Bumar Labédy през октомври 2016 г. Същата компания Bumar Labedy подписа споразумение за сътрудничество за модернизация на танкове с германската компания Rheinmetall през февруари 2017 г.
Една от дейностите на Jenoptik е разработването и производството на компактни стабилизирани оръжейни / сензорни платформи, задвижващи системи за кули и оръжия и огледала за стабилизиране на видимостта на бронираните превозни средства.
Например, система за задвижване на пистолет и кула за големи оръжейни системи се състои от хоризонтални и вертикални насочващи електродвигатели, които насочват пистолета съответно по азимут и височина, в зависимост от сигналите на главния и резервния блок за управление. И двата задвижвания включват синхронни двигатели без четки с нулево разстояние между изходящата предавка на всеки двигател и зъбния сектор на оръжейния възел.
Системата, способна да работи с захранващо напрежение 28 и 610 волта DC, може да хвърли пистолета във всяка равнина със скорост до 60 ° / s или по -бавно от 0,2 mrad / s.
Блокът за управление на задвижването, в съответствие с входните сигнали от сензори, органи за управление и активен мерник, трансформира захранването в двойка трифазни системи, по една за всяка от кулите и насочването на оръжието, стабилизацията и задействането на сервомоторите.
Глобалният пазар на електрификация на превозни средства ще струва 300 милиарда долара до 2026 г., според доклад на изследователската фирма IDTechEx миналата година. Този ръст, дължащ се на увеличаване на броя на контролерите на електродвигатели на превозно средство (тъй като кормилното управление, окачването и други преди това механични, пневматични и хидравлични части ще заменят електрическите системи), ще осигури технологична основа за масовия пазар, като по този начин ще намали тяхната цена за военни превозни средства.
