Rongisiseste sõidukisüsteemide kasvav energiatarve annab uutele tehnoloogiatele võimaluse kasutada ära võimalust muuta sõjaväesõidukite võimsust ja liikuvust radikaalselt tulevikus
Arvestades, et Ameerika armee järgmisel põlvkonnal on tõenäoliselt hübriidjaam, vajab tööstus laiaulatuslikku programmi, et see saaks oma juba välja töötatud energiatehnoloogiaid (koos vältimatute muudatustega) kasutusele võtta. suurem osa lahingumasinatest. Kärbes selles meetünnis on aga see, et praeguste plaanide kohaselt plaanib armee selliseid sõidukeid kasutusele võtta umbes 2035. aastal. Suuremad otsused selle konfiguratsiooni kohta tehakse tõenäoliselt alles enne 2025. aastat, kui vastavaid programme ei kiirendata Trumpi presidendiks.
Tohutud vajadused on suurepärane stiimul uute tehnoloogiate väljatöötamiseks, mis omakorda võivad pakkuda lahendusi nende vajaduste rahuldamiseks. Näiteks lahinguväljal kasvav nõudlus elektrienergia järele on kombineeritud vajadusega vähendada kütusevarudega seotud logistikakoormust, samuti suurendada lahingujõudude ja lahingutoetusjõudude suutlikkust maastikul. Kõik see on veenev tõend abimootorite, intelligentsete mootorijuhtimisseadmete ja hübriidajamiga ajami laialdase kasutuselevõtu ning selle tulemusena välistarbijatele toodetud võimsuse järsu kasvu kohta.
Ületada inerts
Omades laialdasi kogemusi hübriidsõidukitehnoloogia demonstratsioonide tootmisel erinevatele sõjalistele struktuuridele ja tsiviilisektorile mõeldud hübriidbusside tootmisel, on BAE Systemsil hea positsioon, et hinnata täpselt, kus see tehnoloogia tänapäeval on ja millised on selle väljavaated. Sama kehtib ka DRS Technologiesi kohta, kes on osalenud ka paljudes näidisprojektides. Tom Weaver, DRS Network Computing and Test Solutionsi kommertsdirektor, ütles, et turg on alles arenemas ja elektrisõidukite eelised ei ole veel ületanud traditsiooniliste sõidukite inertsi. Selline inerts mõjutab negatiivselt nende masinate arengut, mis suudavad välistarbijatele vajalikku energiat toota, hoolimata vajadustest, mis on viimase kümne aasta jooksul "vähemalt 100%" suurenenud.
„DRS teeb koostööd erinevate klientidega, et demonstreerida erinevates jõudlustestides integreeritud uute tehnoloogiatega masinaid. Edukad meeleavaldused ja positiivsed kasutajate ülevaated ei viinud selliste sõidukite kasutuselevõtmiseni vägedes, pealegi ei olnud neile kehtestatud nõudeid isegi välja töötatud. Sellegipoolest kasvab nõudlus jätkuvalt, eriti ekspeditsioonide ja spetsiaalsete sõidukite, näiteks suunatud energiarelvasüsteemide järele.”
DRS pakub nüüd keskmise võimsusega sõidukite (MTV) ja HMMWV seadmete sisseehitatud toitesüsteemi ülekande integreeritud generaatori kujul, mis on välja töötatud koostöös Allisoniga. See näiteks MTV veokile paigaldatud süsteem toodab rongisisestele või välistele süsteemidele võimsust kuni 125 kW. Ettevõte toodab ka muid energiajuhtimissüsteeme erinevatele sõidukitele. Ka selliste süsteemidega tegeleva BAE Systems peainsener Andrew Rosenfield usub, et on ebatõenäoline, et puhtalt elektrisõidukid mängivad maapealses võitluses suurt rolli, peamiselt akude laadimisprobleemide tõttu.
"Kuigi elektrienergiaga töötava jõuülekande tehnoloogia on hästi välja kujunenud, võib tankimisprobleem takistada puhtalt elektrisõidukite kasutuselevõtmist," jätkas ta. "Lõppude lõpuks on diislikütus saadaval kõikjal maailmas, samas kui kõrbes on aku laadimisjaama leidmine väga raske, kuid isegi kui leiate selle, pole kaheksa tundi nende täislaadimist oodata."
Weaver nõustus, et tõenäoliselt võidavad hübriidautod, mainides ka puhta elektriautode laadimise infrastruktuuri piiranguid ning diislikütuse ja JP8 reaktiivkütuse kõikjal levikut. Rosenfield rõhutas aga, et puhtalt elektrisõidukid võivad sõjaväebaasides mängida suurt rolli, kuna need võivad kaupu liigutada, nagu see on tänapäevastes tehastes või lennujaamades (lennuväljade traktorid). "Kütuseelementide masinad suudaksid tõenäoliselt selliseid ülesandeid täita, kuna vajavad vaba juurdepääsu vesinikuvarudele," ütles ta.
Weaver usub, et kütuseelemendiga sõidukeid ootab ees raske tee. „Esiteks ei ole veel vesinikugaaside infrastruktuuri ja uue kütuse kasutuselevõtmisel tekib teatud umbusaldus. Selliste sõidukite tee algab hästi organiseeritud ekspeditsiooniga."
Hübriiddisainid on ka keerukamad kui puhtalt elektrilised konstruktsioonid ja neil on mitmeid funktsioone, mis muudavad need atraktiivsemaks kui puhtalt elektrilised ja tavalised jõuülekandega masinad. „Esiteks kasutavad hübriid -elektriplatvormid sama kütust nagu traditsioonilised diiselmootoriga sõidukid. Teiseks, madala pöörete arvuga pöördemoment sobib ideaalselt masinale, mis liigub üle ebatasase maastiku või ronib väga järsul nõlval."
Ta lisas, et võimalus toota laeval suures koguses elektrit muutub üha olulisemaks, kuna kasutusele võetakse uued võimalused, nagu side- ja relvasüsteemid, mis kasutavad võimsaid lasereid. Võimalus seda energiat eksportida on samuti tohutu eelis, kuna need masinad suudavad toita asustatud piirkondi ja haiglaid, mille enda elektrisüsteemid on lahingukahjustuste või loodusõnnetuste tõttu kahjustada saanud.
"Lõpuks vähendavad kütuse kokkuhoiu ja suurema töökindlusega seotud väiksemad kasutus- ja hoolduskulud hübriidsõidukeid arukaks ja pikaajaliseks valikuks."
Nagu Weaver märkis, pole lahingumasinate nõudlus elektrienergia järele kunagi vähenenud, need kasvavad aastast aastasse. "Uuemad funktsionaalsed süsteemid nõuavad kandjaplatvormilt üha rohkem energiat, samuti praeguste sõidukite elektritootmis- ja jaotussüsteemide pidevat täiendamist."
„Kui olete lisanud selliseid funktsioone nagu vaikne liikumine, radar, täiustatud side, signaali segamine ja elektromagnetilised soomused või relvad, jääb platvorm maha ja muutub juhitamatuks ilma hübriid -elektriskeemile üleminekuta. Järgmisel kümnendil on kõigi lahingumasinate puhul üheks olulisemaks komponendiks võimalus toota pardal suures koguses elektrit."
"Elektrimootoriga sõidukid peavad oma tööd tegema sama hästi või isegi paremini kui nende traditsioonilised mehaanilised kolleegid," jätkas ta. „Motoriseeritud süsteemid pole mitte ainult oluliselt lihtsamad ja neil on vähem liikuvaid osi kui mootoriga süsteemid, vaid neil on sageli üllatavalt hea koondamise tase, mis muudab need usaldusväärsemaks. Näiteks võib enamik põiki elektrilisi jõuülekandeid normaalselt töötada ühe mootoriga, mis on ebaõnnestunud."
Weaver ütles, et ühistranspordis kasvatatavad võtmetehnoloogiad on juba olemas ja valmis turule sisenema. "Hübriid- ja elektriahelate laialdane kasutamine, eriti linnadevahelistes bussides ja trammides, on toonud kaasa mootorikontrollerite, inverterite ja muundurite väljatöötamise, mis on lähedased sõjaväe vajadustele," ütles ta. "Kõik tööstusharu vajadused on kliendid, kes on valmis kvalifitseerumisprotsessi eest maksma, ja ka piisavalt, et hoida kulusid madalal."
Vahepeal jätkub töö meeleavaldusega. General Motors (GM) 2016. aasta oktoobris AUSA-l näitas oma Chevrolet Colorado ZH2 kütuseelemendiga sõidukist valmisolevat versiooni, mis põhineb piklikul keskmise suurusega pikapi šassiil. Graafiku kohaselt peab Colorado ZH2 2017. aasta jooksul soomustatud TARDECi keskuse abiga läbima rea sõjalisi katseid "äärmuslikes töötingimustes".
See oli kiirendatud programm. GM ja TARDEC töötasid koos, et luua demo vähem kui aasta jooksul pärast lepingu allkirjastamist. "Innovaatiliste ideede demonstreerimise ja hindamise kiirus on väga suur, mistõttu on tööstussidemed sõjaväe jaoks nii olulised," ütles TARDECi direktor Paul Rogers. "Kütuseelementidel on võimalik vaiksel töötamisel, välistarbijatele elektritootmisel ja stabiilsel pöördemomendil märkimisväärselt suurendada sõjaväesõidukite võimeid - kõik need eelised muudavad selle tehnoloogia põhjalikumaks."
"ZH2 võimaldab armeel näidata ja hinnata kütuseelementide tehnoloogia valmisolekut sõjalisteks rakendusteks, vastates samal ajal küsimusele, kui kasulikud võivad kütuseelemendiga elektrisõidukid olla teatud tingimustel ja teatud lahinguülesannetes," ütles Doug Hallo. TARDECi pressiesindaja.
Eeldatavad eelised, mida TARDEC peab hindama, hõlmavad peaaegu vaikset töötamist, mis võimaldab vaikset jälgimist, vähendatud soojusallikaid, suurt rataste pöördemomenti kõigil kiirustel, madalat kütusekulu kogu tööpiirkonnas ja joogivett kui keemilist kõrvalsaadust.. Colorado ZH2-l on välistarbijatele mõeldud jõuvõtuvõll.
Jõuseade põhineb prootonvahetusmembraani kütuseelementidel, mis on võimelised tekitama kuni 93 kW alalisvoolu, ja akul, mis annab tõukejõusüsteemile veel 35 kW ja mida laetakse regeneratiivpidurduse ajal. Seda selgitab GMi ZH2 projektijuht Christopher Kolkit.
„Sõiduki mahutid mahutavad umbes 4,2 kg survestatud vesinikku rõhul 10 000 psi, mis on rohkem kui 689 korda suurem kui atmosfäärirõhk. Atmosfääriõhk on elektrokeemiliseks protsessiks vajalik hapnikuallikas, mille tulemusena tekib vajalik elektrienergia; eraldub ainult veeaur,”märkis ta.
Kõigi elektriajamite puhul on energia tarnimine allikast ratastele lihtsam kui traditsiooniliste sõidukite puhul. „ZH2 -l pole ülekannet selle sõna tavapärases tähenduses. Üheastmelise käigukastiga vahelduvvoolu veomootor kannab pöördemomendi otse ülekandekastile ja nelikveosüsteemile,”selgitas Kolkit.
Kaasaskantav infrastruktuur
Selle programmi kaudu uurib TARDECi keskus ka seda, mis võiks olla vähemalt osaline lahendus vesiniku kättesaadavuse (infrastruktuuri) probleemile. Selle lahendust soosib asjaolu, et seda keemilist elementi saab toota erinevatest allikatest erineval viisil. TARDECi keskuse esindaja sõnul on projekti ZH2 kallal töötamise algstaadiumis idee hankida survestatud vesinik lennunduse petrooleumi JP8 reformimise käigus kaasaskantavas reformimisseadmes, mis viiakse koos igasse katsekohta masin, sest see suurendab lahendatud ülesannete arvu selles etapis.
"Otsime praegu reformija loomist, mis saaks vesiniku tootmiseks kasutada mitmesuguseid kohapeal saadaolevaid allikaid, nagu maagaas, reaktiivkütus JP8, DF2 diisel või propaan," ütles ta. - Vesiniku tootmiseks võib kasutada ka kohalikke elektrivõrke, sealhulgas võimalikke taastuvaid energiaallikaid koos veevarudega. See võimaldaks armeel vähendada kütusekogust, mis tuuakse konkreetsesse operatsiooniteatrisse, ja tugineda sellele, mis selles teatris saadaval on."
Olgu need peamised mootorid akud, kütuseelemendid või diisel-elektrijaamad, kuid elektrivoolu muutmine edasiliikumiseks nõuab usaldusväärseid ja tõhusaid elektriajamiid. Suurbritannia ettevõte Magtec toodab elektrilisi ajamissüsteeme lennundus-, laeva- ja autoturule, pakkudes näiteks mitmeid võimalusi kommertsveokite ümberehitamiseks uute tõukejõusüsteemidega.
Ettevõte töötas aga välja ka täielikud jõuülekanded roomik- ja ratasplatvormidele, et demonstreerida BAE Systems Hagglunds'i poolt 2000. aastate alguses Briti ja Rootsi kaitseagentuuridele toodetud hübriidtehnoloogiaid.
SEP (Splitterskyddad EnhetsPlattform) platvormide jaoks, nii ratastega 6x6 kui ka roomikutega, on ettevõte välja töötanud rattasisesed rummumootorid (mootorrattad), sealhulgas kaheastmeline reduktor ja pidurisüsteem, kaks generaatorit, juhtimisseadmed ja toitejaotus. SEP jaoks töötas ta välja, paigaldas ja testis ka tarkvara, mis juhtis selliseid põhifunktsioone nagu jõu jaotus, veojõukontroll, elektroonilised diferentsiaalilukud ja rool, mis võimaldavad masinal kohapeal sisse lülituda. Lisaks vastab see süsteem kõigile sõjaväelistele elektromagnetilise ühilduvuse ja keskkonnaalastele eeskirjadele.
Magteci tegevjuht ütles, et näeb lahingutoetuste jaoks laiendatud ulatusega elektrisõidukite head kasvupotentsiaali. Samal ajal aitavad uued tehnoloogiad oluliselt kaasa liikuvuse paranemisele, kütusekulu vähenemisele, suuremale koondamisele, lisaks võimaldavad nad teha originaalseid paigutusotsuseid. Samuti märkis ta, et elektriline tõukejõud lihtsustab kaugjuhtimise ja autonoomia rakendamist.
Vajalike tehnoloogiate edasiarendamise kohta märkis ta, et ajamisüsteemid on valmis turule sisenema täiustatud jõuelektroonikaga (jõuülekannete juhtimiseks), mis põhinevad ränikarbiidist pooljuhtlülitustel. Need on vajalikud uue põlvkonna elektrisüsteemide kõrgepinge juhtimiseks. Magteci direktor märkis, et 24 -voldine pinge, millega enamik kaasaegseid süsteeme töötab, on elektrienergia põhitarbijate jaoks liiga madal (pinge suurenemine võimaldab kaablite kaudu rohkem energiat edastada ilma liigset voolutugevust suurendamata).
Üks valdkonna ettevõte, GE Aviation, on võitnud 2,1 miljoni dollari suuruse lepingu ränikarbiidi jõuelektroonika arendamiseks ja demonstreerimiseks. Pärast 18-kuulist arendusprogrammi peaks ettevõte demonstreerima oma ränikarbiidi metallioksiidi FET-tehnoloogia eeliseid koos galliumnitriidseadmetega 15 kW, 28/600 voldise kahesuunalise alalisvoolu / alalisvoolu muunduris.
Ettevõtte sõnul saavad need seadmed hakkama kaks korda suurema võimsusega, hõivates praeguse ränijõuelektroonikaga võrreldes poole vähem, samas kui muundurid saavad töötada paralleelselt ja programmeerida vastavalt CAN -standardile.
Ettevõte arendab TARDECist järgmise põlvkonna sõidukite jõuarhitektuuri, nimetades seda häirivaks tehnoloogiaks, ja loodab, et tehnoloogia tutvustus on valmis 2017. aasta keskpaigaks.
Kahekordne kiirus
Teine läbimurdeline tehnoloogia on DARPA Defense Advanced Research Projects Agency projekti Ground X-Vehicle Technology (GXV-T) projekt, milles elektrisüsteemid mängivad olulist rolli. Projekti eesmärk on poole võrra vähendada paljulubavate soomusmasinate meeskonna suurust, kaalu ja arvu, kahekordistada nende kiirust, võimet ületada 95% maastikust, samuti vähendada nähtavuse märke.
2016. aasta juulis tegi DARPA Qinetiqile 2,7 miljoni dollari suuruse investeeringu, et täiustada GXV-T projekti elektriajamite tehnoloogiat. Ettevõte kirjeldab seda tehnoloogiat kui kompaktseid ja äärmiselt võimsaid elektrimootoreid rataste sees, mis asendavad erinevaid käigukaste, diferentsiaale ja veovõlli. Ettevõtte sõnul vähendab see lähenemine dramaatiliselt platvormi üldkaalu ja avab uusi disainivõimalusi, mis parandavad ohutust ja jõudlust.
Qinetiq rõhutab, et lisaks selle kasutamisele uutes kontseptsioonides, nagu näiteks GXV-T, võib see tehnoloogia täiendada ka olemasolevate sõidukite võimalusi. Näiteks mitmerattalisele jalaväesõidukile, mida on täiustatud rummuülekannete või mootorratastega, võiks kasu olla suuremast võimsusest ja liikuvusest, mida kaalu kokkuhoid annab, või vastupidi, kasutada neid sääste kaitse parandamiseks, varustuse paigaldamiseks või reisijate mahutavuse suurendamiseks."
Investeeringule järgnes 2015. aasta septembris välja kuulutatud leping, mille kohaselt tõlgitakse kontseptsioon tõeliseks kujunduseks ja katsetatakse, mille järel toodetakse kaks täielikult töötavat prototüüpi.
"Tavalised ajamid on üsna rasked, neil on piiratud võimsus ja need koosnevad komponentidest, mis võivad kaevandusest plahvatades muutuda surmavateks mürskudeks," ütles Qinetiqi uuringujuht lepingut kommenteerides. "Ajamite ratastele teisaldamine kõrvaldab selle ohu ja katkestab tendentsi, et sõidukid muutuvad suurenenud kaitse ja relvade võimsuse tõttu raskemaks ja vähem liikuvamaks."
Olemasolevad masinad saavad kasu ka mittejõuseadmete alamsüsteemide elektrifitseerimisest. Näiteks Saksamaa ettevõte Jenoptik tarnib Poola tankide Leopard 2PL moderniseerimisprogrammi jaoks 126 elektritorni ja relva stabiliseerimissüsteemi. Ettevõtte sõnul asendavad elektrisüsteemid paagi hüdrosüsteemid, vähendades seeläbi hooldust ja soojuse tootmist.
Tarned toimuvad aastatel 2017–2020 23 miljoni dollari suuruse lepingu alusel, mis sõlmiti Poola Bumar Labédyga 2016. aasta oktoobris. Sama ettevõte Bumar Labedy sõlmis veebruaris 2017 Saksa firmaga Rheinmetall koostöölepingu tankide kaasajastamise kohta.
Üks Jenoptiku tegevusi on kompaktsete stabiliseeritud relva- / anduriplatvormide, tornide ja relvade ajamissüsteemide ning soomukite vaatevälja stabiliseerimiseks mõeldud peeglite väljatöötamine ja tootmine.
Näiteks suurte relvasüsteemide püstoli ja torni ajamissüsteem koosneb horisontaalsetest ja vertikaalsetest juhtmootoriga elektrimootoritest, mis suunavad relva vastavalt asimuudi ja kõrguse järgi, olenevalt põhi- ja varukontrolliüksuste signaalidest. Mõlemad ajamid sisaldavad absoluutse positsioneerimisega harjadeta sünkroonmootoreid, mille iga mootori väljundvõimsuse ja relvakomplekti hammaste vahel on null.
Süsteem, mis on võimeline töötama toitepingega 28 ja 610 volti alalisvoolu, võib relva visata igasse lennukisse kiirusega kuni 60 ° / s või aeglasemalt kui 0,2 mrad / s.
Ajami juhtseade muudab andurite, juhtseadiste ja aktiivse sihiku sisendsignaalide kohaselt toiteallika paari kolmefaasiliseks süsteemiks, üks iga torni ja relva juhtimis-, stabiliseerimis- ja käivitusmootorite jaoks.
Ülemaailmne sõidukite elektrifitseerimisturg on 2026. aastaks väärt 300 miljardit dollarit, selgub uuringufirma IDTechEx eelmisel aastal koostatud aruandest. See kasv, mis on tingitud elektrimootorite kontrollerite arvu suurenemisest sõiduki kohta (kuna rool, vedrustus ja muud varem mehaanilised, pneumaatilised ja hüdraulilised osad asendavad elektrisüsteemid), loob massiturule tehnoloogilise aluse, vähendades seeläbi nende kulusid sõjaväe sõidukite jaoks.
