Pieaugošais transportlīdzekļu transportlīdzekļu enerģijas patēriņš dod jaunām tehnoloģijām iespēju izmantot iespēju radikāli mainīt militāro transportlīdzekļu jaudu un mobilitāti nākotnē
Ņemot vērā, ka ASV armijas nākamajai paaudzei, visticamāk, būs hibrīda spēkstacija, nozarei ir nepieciešama plaša mēroga programma, lai tā varētu ieviest savas enerģētikas tehnoloģijas, kuras tā jau ir izstrādājusi (kopā ar neizbēgamajām izmaiņām). lielākā daļa kaujas transportlīdzekļu. Tomēr muša šajā medus mucā ir tāda, ka saskaņā ar pašreizējiem plāniem armija plāno pieņemt šādus transportlīdzekļus ap 2035. gadu. Lieli lēmumi par tās konfigurāciju, visticamāk, netiks pieņemti pirms 2025. gada, ja vien attiecīgās programmas netiks paātrinātas līdz Trampa prezidentūrai.
Milzīgas vajadzības ir lielisks stimuls jaunu tehnoloģiju attīstībai, kas savukārt var sniegt risinājumus šo vajadzību apmierināšanai. Piemēram, pieaugošais pieprasījums pēc elektroenerģijas kaujas laukā ir apvienots ar nepieciešamību samazināt loģistikas slogu, kas saistīts ar degvielas piegādi, kā arī palielināt kaujas spēku un kaujas atbalsta spēku bezceļa spējas. Tas viss ir pārliecinoši pierādījumi par labu plašai palīgdzinēju, inteliģentu dzinēja vadības ierīču un hibrīda elektriskās piedziņas ieviešanai un līdz ar to straujam jaudas pieaugumam ārējiem patērētājiem.
Pārvarēt inerci
Ar lielu pieredzi hibrīdautomobiļu tehnoloģiju demonstrējumu ražošanā dažādām militārām struktūrām un hibrīdautobusu ražošanā civilajam sektoram, BAE Systems ir labas iespējas novērtēt, kur tieši šī tehnoloģija atrodas šodien un kādas ir tās perspektīvas. Tas pats attiecas uz DRS Technologies, kas arī ir piedalījusies daudzos demonstrējumu projektos. Toms Vēvers, DRS tīkla skaitļošanas un testēšanas risinājumu tirdzniecības direktors, sacīja, ka tirgus joprojām veidojas un ka elektrisko transportlīdzekļu priekšrocības vēl nav pārvarējušas tradicionālo transportlīdzekļu inerci. Šāda inerce negatīvi ietekmē to mašīnu progresu, kas spēj ražot ārējiem patērētājiem nepieciešamo jaudu, neskatoties uz vajadzībām, kas pēdējās desmitgades laikā ir palielinājušās "vismaz par 100%".
“DRS sadarbojas ar dažādiem klientiem, lai dažādos veiktspējas testos demonstrētu mašīnas ar integrētām jaunām tehnoloģijām. Veiksmīgas demonstrācijas un pozitīvas lietotāju atsauksmes neizraisīja šādu transportlīdzekļu izvietošanu karaspēkā, turklāt prasības tiem pat nebija izstrādātas. Tomēr pieprasījums turpinās pieaugt, jo īpaši pēc ekspedīcijas operācijām un specializētiem transportlīdzekļiem, piemēram, mērķtiecīgām enerģijas ieroču sistēmām.”
DRS tagad piedāvā iebūvētu barošanas sistēmu vidēja taktiskā transportlīdzekļa (MTV) un HMMWV iekārtām pārnesumkārbas integrālā ģeneratora veidā, kas izstrādāts sadarbībā ar Allison. Šī sistēma, kas uzstādīta, piemēram, MTV kravas automašīnā, rada jaudu līdz 125 kW borta vai ārējām sistēmām. Uzņēmums ražo arī citas enerģijas pārvaldības sistēmas dažādiem transportlīdzekļiem. Galvenais inženieris Endrjū Rozenfīlds no BAE Systems, kas nodarbojas arī ar šādām sistēmām, uzskata, ka ir maz ticams, ka tīri elektriskajiem transportlīdzekļiem būs liela nozīme cīņā uz zemes, galvenokārt tāpēc, ka ir problēmas ar akumulatoru uzlādi.
"Lai gan spēka piedziņas tehnoloģija elektriskai darbībai ir labi izveidota, degvielas uzpildīšanas problēma var novērst tikai elektrisku transportlīdzekļu nodošanu ekspluatācijā," viņš turpināja. "Galu galā dīzeļdegviela ir pieejama jebkurā pasaules vietā, bet tuksnesī ir ļoti grūti atrast akumulatora uzlādes staciju, taču, pat ja jūs to atradīsit, gaidīt astoņas stundas, līdz tās tiks pilnībā uzlādētas, iespējams, nav iespējams."
Vēvers piekrita, ka, visticamāk, dominēs hibrīdauto, minot arī tīras elektromobiļu uzlādes infrastruktūras ierobežojumus un dīzeļdegvielas un JP8 reaktīvās degvielas visuresamību. Tomēr Rozenfīlds uzsvēra, ka tīri elektriskajiem transportlīdzekļiem varētu būt liela nozīme militārajās bāzēs, jo tie varētu pārvietot preces, kā tas notiek mūsdienu rūpnīcās vai lidostās (lidlauku traktori). "Kurināmā elementu mašīnas, visticamāk, spētu veikt šādus uzdevumus, jo tām nepieciešama brīva piekļuve ūdeņraža rezervēm," viņš teica.
Vēvers uzskata, ka degvielas šūnu transportlīdzekļiem priekšā ir grūts ceļš. “Pirmkārt, vēl nav ūdeņraža gāzes infrastruktūras, un būs zināma neuzticība jaunās degvielas ieviešanai. Šādu transportlīdzekļu ceļš sāksies ar labi organizētām ekspedīcijas operācijām."
Hibrīda konstrukcijas ir arī sarežģītākas nekā tīri elektriskas konstrukcijas, un tām ir vairākas funkcijas, kas padara tās pievilcīgākas nekā tīri elektriskas un parastas ar dzinēju darbināmas mašīnas. “Pirmkārt, hibrīdās elektriskās platformas izmanto to pašu degvielu kā tradicionālie dīzeļdzinēja transportlīdzekļi. Otrkārt, zems apgriezienu skaits minūtē ir ideāli piemērots mašīnai, kas pārvietojas pa nelīdzenu reljefu vai kāpj pa ļoti stāvu nogāzi."
Viņš piebilda, ka spēja ražot lielu daudzumu elektroenerģijas uz kuģa kļūst arvien svarīgāka, jo tiek izvietotas jaunas iespējas, piemēram, sakari un ieroču sistēmas, kurās tiek izmantoti jaudīgi lāzeri. Spēja eksportēt šo enerģiju ir arī milzīga priekšrocība, jo šīs mašīnas var darbināt apdzīvotas vietas un slimnīcas, kuru pašu energosistēmas ir sabojājušas kaujas bojājumi vai dabas katastrofa.
"Visbeidzot, samazinātās ekspluatācijas un apkopes izmaksas, kas saistītas ar ievērojamu degvielas ietaupījumu un lielāku uzticamību, padara hibrīda elektriskos transportlīdzekļus par gudru un ilgtermiņa izvēli."
Kā atzīmēja Vēvers, pieprasījums pēc elektroenerģijas uz kaujas transportlīdzekļiem nekad nav samazinājies, tie gadu no gada tikai pieaugs. "Jaunākām funkcionālām sistēmām ir nepieciešama arvien lielāka jauda no pārvadātāja platformas, kā arī nepārtraukta modernizācija pašreizējo transportlīdzekļu enerģijas ražošanas un sadales sistēmās."
“Kad esat pievienojis tādas funkcijas kā klusa pārvietošanās, radars, uzlabotas komunikācijas, signālu traucēšana un elektromagnētiskās bruņas vai ieroči, platforma atpaliek un kļūst nevadāma, nepārslēdzoties uz hibrīda elektrisko shēmu. Nākamajā desmitgadē visiem kaujas transportlīdzekļiem viena no vissvarīgākajām sastāvdaļām būs spēja saražot lielu daudzumu elektrības uz kuģa."
"Elektriskajiem transportlīdzekļiem ir jādara savs darbs tikpat labi vai pat labāk nekā tradicionālajiem mehāniskajiem," viņš turpināja. “Motorizētās sistēmas ir ne tikai ievērojami vienkāršākas un tām ir mazāk kustīgu daļu nekā motorizētas sistēmas, bet tām bieži ir pārsteidzoši labs atlaišanas līmenis, padarot tās uzticamākas. Piemēram, lielākā daļa šķērsvirziena elektrisko pārnesumkārbu var normāli darboties ar vienu motoru, kas ir atteicies."
Vēvers sacīja, ka galvenās sabiedriskā transporta izkoptās tehnoloģijas jau ir ieviestas un gatavas ienākt tirgū. "Plaša hibrīdu un elektrisko ķēžu izmantošana, īpaši starppilsētu autobusos un tramvajos, ir novedusi pie tādu motoru kontrolieru, invertoru un pārveidotāju izstrādes, kas ir tuvu militārajām vajadzībām," viņš teica. "Visas nozares vajadzības ir klienti, kuri ir gatavi maksāt par kvalifikācijas procesu, kā arī pietiekami, lai saglabātu izmaksas."
Tikmēr turpinās darbs pie demonstrācijas. General Motors (GM) AUSA 2016. gada oktobrī parādīja “gatavu” versiju savam Chevrolet Colorado ZH2 degvielas šūnu transportlīdzeklim, kura pamatā ir iegarena vidēja izmēra pikapu šasija. Saskaņā ar grafiku 2017. gadā Colorado ZH2 ar bruņoto pētījumu centra TARDEC palīdzību būs jāveic virkne militāru izmēģinājumu "ekstremālos ekspluatācijas apstākļos".
Tā bija paātrināta programma. GM un TARDEC sadarbojās, lai nepilna gada laikā pēc līguma parakstīšanas izveidotu demonstrāciju. "Novatorisku ideju demonstrēšanas un novērtēšanas ātrums ir ļoti liels, tāpēc nozares saites ir tik svarīgas militārajiem spēkiem," sacīja TARDEC direktors Pols Rodžerss. "Kurināmā elementi var ievērojami uzlabot militāro transportlīdzekļu iespējas, izmantojot klusu darbību, enerģijas ražošanu ārējiem patērētājiem un stabilu griezes momentu - visas šīs priekšrocības padara šo tehnoloģiju rūpīgāku."
"ZH2 ļauj armijai demonstrēt un novērtēt kurināmā elementu tehnoloģijas gatavību militāriem lietojumiem, vienlaikus atbildot uz jautājumu par to, cik noderīgi var būt degvielas šūnu elektriskie transportlīdzekļi noteiktos apstākļos un noteiktās kaujas misijās," sacīja Dags Hallo. TARDEC pārstāvis.
Paredzamās priekšrocības, kas jāizvērtē TARDEC, ietver gandrīz klusu darbību, kas nodrošina klusu uzraudzību, samazinātu termisko parakstu, lielu riteņu griezes momentu visos ātrumos, zemu degvielas patēriņu visā darbības diapazonā un dzeramo ūdeni kā ķīmisku blakusproduktu.. Colorado ZH2 ir iebūvēts jaudas izvade ārējiem patērētājiem.
Piedziņas sistēmas pamatā ir protonu apmaiņas membrānas degvielas elementi, kas spēj radīt līdz 93 kW līdzstrāvas, un akumulators, kas nodrošina vēl 35 kW dzinējspēka sistēmai un tiek uzlādēts reģeneratīvās bremzēšanas laikā. Tā skaidro GM ZH2 projektu vadītājs Kristofers Kolkits.
“Transportlīdzekļa tvertnēs ir aptuveni 4,2 kg saspiesta ūdeņraža pie 10 000 psi, kas ir vairāk nekā 689 reizes lielāks par atmosfēras spiedienu. Atmosfēras gaiss ir elektroķīmiskajam procesam nepieciešamais skābekļa avots, kā rezultātā tiek radīta nepieciešamā elektroenerģija; izdalās tikai ūdens tvaiki,”viņš atzīmēja.
Visām elektriskajām piedziņas sistēmām enerģijas piegāde no avota uz riteņiem ir vieglāka nekā ar tradicionālajiem transportlīdzekļiem. “ZH2 nav pārraides šī vārda parastajā nozīmē. Maiņstrāvas vilces motors ar vienpakāpes pārnesumkārbu pārnes griezes momentu tieši uz pārnesumkārbu un četru riteņu piedziņas sistēmu,”skaidroja Kolkits.
Pārnēsājama infrastruktūra
Izmantojot šo programmu, TARDEC centrs arī pēta, kāds varētu būt vismaz daļējs risinājums ūdeņraža pieejamības (infrastruktūras) problēmai. Tās risinājumu šeit veicina fakts, ka šo ķīmisko elementu var ražot dažādos veidos no dažādiem avotiem. Pēc TARDEC centra pārstāvja teiktā, ZH2 projekta sākuma stadijā ideja ir iegūt saspiestu ūdeņradi aviācijas petrolejas JP8 reformēšanas laikā pārnēsājamā reformatorā, kas tiks pārvietots uz katru testa vietu kopā ar mašīna, jo tas palielinās atrisināto skaitu šajā uzdevumu posmā.
"Mēs šobrīd cenšamies izveidot reformatoru, kas ūdeņraža ražošanai varētu izmantot dažādus vietēji pieejamus avotus, piemēram, dabasgāzi, JP8 reaktīvo dzinēju degvielu, DF2 dīzeļdegvielu vai propānu," viņš teica. - Ūdeņraža ražošanai var izmantot arī vietējos elektrotīklus, tostarp, iespējams, atjaunojamos enerģijas avotus. Tas ļautu armijai samazināt degvielas daudzumu, kas tiek piegādāts konkrētam operāciju teātrim, un paļauties uz to, kas ir pieejams šajā teātrī."
Neatkarīgi no tā, vai tas ir akumulators, kurināmā elementi vai jauktas dīzeļelektrostacijas kā galvenais dzinējspēks, elektriskās strāvas pārveidošanai uz priekšu vērstam dzinējam ir vajadzīgas uzticamas un efektīvas elektriskās piedziņas. Lielbritānijas uzņēmums Magtec ražo elektriskās piedziņas sistēmas aviācijas, jūras un automobiļu tirgum, piedāvājot, piemēram, vairākas iespējas komerciālo kravas automašīnu pārveidošanai ar jaunām vilces sistēmām.
Tomēr uzņēmums izstrādāja arī pilnus spēka agregātus kāpurķēžu un riteņu platformām, lai demonstrētu hibrīda tehnoloģijas, ko BAE Systems Hagglunds ražoja Lielbritānijas un Zviedrijas aizsardzības aģentūrām 2000. gadu sākumā.
SEP (Splitterskyddad EnhetsPlattform) platformām, gan ar riteņiem 6x6, gan kāpurķēdēm, uzņēmums ir izstrādājis riteņu rumbas motorus (motora riteņus), ieskaitot divpakāpju reduktoru un bremžu sistēmu katrā, divus ģeneratorus, vadības iekārtas un jaudas sadalījumu. SEP viņa arī izstrādāja, instalēja un pārbaudīja programmatūru, lai kontrolētu tādas galvenās funkcijas kā jaudas sadale, vilces kontrole, elektroniskās diferenciāļa slēdzenes un stūrēšana, kas ļauj mašīnai ieslēgties uz vietas. Turklāt šī sistēma atbilst visiem militārajiem EMC un vides noteikumiem.
Magtec izpilddirektors sacīja, ka redz labu izaugsmes potenciālu elektriskajiem transportlīdzekļiem ar paplašinātu darbības diapazonu kaujas atbalsta misijām. Tajā pašā laikā jaunās tehnoloģijas veicina ievērojamu mobilitātes uzlabošanos, degvielas patēriņa samazināšanos, lielāku atlaišanu, kā arī ļauj pieņemt oriģinālus izkārtojuma lēmumus. Viņš arī atzīmēja, ka elektriskā piedziņa vienkāršo tālvadības un autonomijas ieviešanu.
Runājot par nepieciešamo tehnoloģiju tālāku attīstību, viņš atzīmēja, ka piedziņas sistēmas ir gatavas ienākt tirgū ar uzlabotu jaudas elektroniku (jaudas piedziņas kontrolei), kuras pamatā ir silīcija karbīda pusvadītāju shēmas. Tie ir nepieciešami, lai kontrolētu augstspriegumu, uz kura darbojas jaunās paaudzes elektriskās sistēmas. Magtec direktors atzīmēja, ka 24 volti, ar kuriem darbojas lielākā daļa mūsdienu sistēmu, tagad ir pārāk zemi galvenajiem elektroenerģijas patērētājiem (sprieguma pieaugums ļauj pārraidīt vairāk jaudas caur kabeļiem, pārmērīgi nepalielinot strāvas stiprumu).
Viens nozares uzņēmums, GE Aviation, ir ieguvis līgumu par 2,1 miljonu ASV dolāru, lai izstrādātu un demonstrētu silīcija karbīda jaudas elektroniku. Pēc 18 mēnešu attīstības programmas paredzams, ka uzņēmums demonstrēs priekšrocības, ko sniedz silīcija karbīda metāla oksīda FET tehnoloģija apvienojumā ar gallija nitrīda ierīcēm 15 kW, 28/600 voltu divvirzienu DC / DC pārveidotājā.
Saskaņā ar uzņēmuma datiem, šī iekārta spēj apstrādāt divreiz lielāku jaudu, vienlaikus aizņemot pusi no apjoma, salīdzinot ar pašreizējo silīcija jaudas elektroniku, savukārt pārveidotāji varēs strādāt paralēli un tikt ieprogrammēti saskaņā ar CAN standartu.
Uzņēmums no TARDEC izstrādā nākamās paaudzes transportlīdzekļu jaudas arhitektūru, nosaucot to par graujošu tehnoloģiju, un cer, ka tehnoloģiju demonstrācija būs gatava līdz 2017. gada vidum.
Divkāršs ātrums
Vēl viena izrāviena tehnoloģija ir DARPA aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūras projekts Ground X-Vehicle Technology (GXV-T), kurā nozīmīga loma būs elektriskajām sistēmām. Projekta mērķis ir uz pusi samazināt daudzsološo bruņutehnikas apkalpes locekļu skaitu, svaru un skaitu, dubultot to ātrumu, spēju pārvarēt 95% reljefa, kā arī samazināt redzamības pazīmes.
2016. gada jūlijā DARPA piešķīra Qinetiq 2,7 miljonu dolāru ieguldījumu, lai pilnveidotu GXV-T projekta elektrisko piedziņas sistēmu tehnoloģiju. Uzņēmums šo tehnoloģiju raksturo kā kompaktus un ārkārtīgi jaudīgus elektromotorus riteņu iekšpusē, kas aizstāj dažādas pārnesumkārbas, diferenciāļus un piedziņas vārpstas. Šī pieeja, pēc uzņēmuma domām, ievērojami samazina platformas kopējo svaru un paver jaunas dizaina iespējas, kas uzlabos drošību un veiktspēju.
Qinetiq uzsver, ka papildus tās izmantošanai jaunās koncepcijās, piemēram, GXV-T, šī tehnoloģija var uzlabot arī esošo transportlīdzekļu iespējas modernizācijas laikā. Piemēram, daudzriteņu kājnieku transportlīdzeklis, kas modernizēts ar rumbas piedziņu vai motorriteņiem "varētu gūt labumu no palielinātās jaudas un mobilitātes, ko nodrošina svara ietaupījums, vai otrādi-izmantot šos ietaupījumus, lai uzlabotu aizsardzību, uzstādītu aprīkojumu vai palielinātu pasažieru ietilpību."
Pēc investīcijām sekoja 2015. gada septembrī izsludināts līgums, saskaņā ar kuru koncepcija tiks tulkota reālā dizainā un pārbaudīta, un pēc tam tiks ražoti divi pilnībā strādājoši prototipi.
"Parastie izpildmehānismi ir diezgan smagi, tiem ir ierobežota jauda un tie sastāv no sastāvdaļām, kuras var pārvērsties par nāvējošiem šāviņiem, ja tās eksplodē raktuves," sacīja Qinetiq pētījumu vadītājs, komentējot līgumu. "Piedziņu pārvietošana uz riteņiem novērš šos draudus un pārtrauc tendenci transportlīdzekļiem kļūt smagākiem un mazāk kustīgiem paaugstināta aizsardzības līmeņa un ieroču spēka dēļ."
Esošās mašīnas var gūt labumu arī no bezdzinēju apakšsistēmu elektrifikācijas. Piemēram, Vācijas kompānijai Jenoptik ir jāpiegādā 126 elektriskie tornītis un ieroču stabilizācijas sistēmas Polijas Leopard 2PL tanku modernizācijas programmai. Pēc uzņēmuma domām, elektriskās sistēmas aizstās tvertnes hidrauliskās sistēmas, tādējādi samazinot apkopi un siltuma ražošanu.
Piegādes ir jāveic 2017. – 2020. Gadā saskaņā ar 23 miljonu dolāru līgumu, kas tika parakstīts ar Polijas uzņēmumu Bumar Labédy 2016. gada oktobrī. Tas pats uzņēmums Bumar Labedy 2017. gada februārī parakstīja sadarbības līgumu par tvertņu modernizāciju ar Vācijas uzņēmumu Rheinmetall.
Viena no Jenoptik aktivitātēm ir kompaktu stabilizētu ieroču / sensoru platformu, torņu un ieroču piedziņas sistēmu un spoguļu izstrāde un ražošana bruņumašīnu redzesloka stabilizēšanai.
Piemēram, lielgabalu sistēmu lielgabalu un torņu piedziņas sistēma sastāv no horizontāliem un vertikāliem virzošiem elektromotoriem, kas atkarībā no galveno un rezerves vadības bloku signāliem virza pistoli attiecīgi azimutā un pacēlumā. Abās piedziņās ir sinhronie motori bez sukas bez pozicionēšanas ar nulles atstarpi starp katra motora izejas pārnesumu un ieroču komplekta zobaino sektoru.
Sistēma, kas spēj darboties ar barošanas spriegumu 28 un 610 volti līdzstrāvas, var izšaut pistoli katrā plaknē ar ātrumu līdz 60 ° / s vai lēnāk par 0,2 mrad / s.
Piedziņas vadības bloks saskaņā ar sensoru, vadības ierīču un aktīvā tēmekļa ievades signāliem pārveido barošanas bloku par trīsfāžu sistēmu pāri, pa vienam katram tornītim un ieroča vadībai, stabilizācijas un piedziņas servomotoriem.
Saskaņā ar pētījumu firmas IDTechEx pagājušā gada ziņojumu pasaules transportlīdzekļu elektrifikācijas tirgus vērtība līdz 2026. gadam būs 300 miljardi ASV dolāru. Šis pieaugums, ko veicina elektromotoru kontrolleru skaita pieaugums uz vienu transportlīdzekli (jo stūres iekārta, balstiekārta un citas iepriekš mehāniskās, pneimatiskās un hidrauliskās detaļas aizstās elektriskās sistēmas), nodrošinās tehnoloģisko pamatu masu tirgum, tādējādi samazinot to izmaksas militārajiem transportlīdzekļiem.
