Utmärkt rörlighet under de tuffaste förhållandena är det viktigaste för alla militära fordon. Det är dock mycket svårare att uppnå detta för pansarfordon, men det är oerhört viktigt så att de framgångsrikt kan utföra sina uppgifter
Rörlighet är mycket viktigt för pansarfordon, men samtidigt konkurrerar den med andra kritiska egenskaper, till exempel att säkerställa fordonets och besättningens överlevnad. Och här kan detta krav lätt komma i konflikt med kravet på att upprätthålla rörlighet. Det är emellertid klart att soldater, vars säkerhet beror på sådana fordon, behöver ökad terränggående terräng, snabbare acceleration och högre hastighet, allt utan att det påverkar överlevnadsförmågan negativt. Dessa krav driver utvecklingen av nya kraftpaket och undervagnssystem för att hitta optimala lösningar för att möta dessa ofta motstridiga krav. Men för att följa dem krävs en kombination och balans mellan ett antal designparametrar. Dessa inkluderar egenskaperna hos fjädringssystemet, som direkt påverkar rörelsekvaliteten, stödytan på spåren eller hjulen, som bestämmer marktrycket, fordonets markfrigång och motoreffekten. Den sista egenskapen anses vara den viktigaste och den svåraste att uppnå. Detta beror på det faktum att även i frågan om att generera och distribuera motorkraft måste designern göra kompromisser, ibland till och med trampa i halsen på sin egen låt. Ökningen av effekten i ett pansarfordon begränsas av faktorer som motorrummets volym, behovet av att hålla en räckvidd, viktbegränsningar och behovet av att uppfylla kraven på system ombord, till exempel kommunikationsutrustning, navigationssystem, sensorer och aktiva och passiva skyddssystem.
Ett effektivt skydd mot dagens hot som utvecklas är absolut nödvändigt, särskilt de som ställer de största kraven på drivlina och undervagn. Skydd innebär nästan oundvikligen rustning, och rustning tillför bulk. En motsättning uppstår som tvingar oss att göra obekväma avvägningar: när hotnivån stiger måste skyddsnivån också höjas. En ökning av skyddsnivån leder i regel till ett behov av ytterligare rustning, och ytterligare bokning kan bidra till en ökning av fordonets massa. Att bibehålla eller förbättra körkarakteristiken för ett pansarfordon innebär oundvikligen en ökning av motoreffekten och effektiviteten hos transmissionen och drivaggregaten som är anslutna till den. Fordonets massa bestäms dock också av dess storlek: ju större fordon och yta som måste pansras desto tyngre blir det. Således måste den nya kraftenheten (motor med växellåda och drivenheter) inte bara vara mer kraftfull, utan den måste åtminstone passa in i den tilldelade volymen eller helst ha en lägre totalvolym. Detta kriterium är först och främst absolut för kraftenheter som är utformade för att modernisera befintliga pansarfordon, men det är också mycket önskvärt för nya plattformar.
Det allmänt accepterade värdet för rörlighetsnivån från ett pansarfordon är den så kallade effekttätheten, eller förhållandet mellan kraft (oftast i hästkrafter) och fordonets massa. Detta förhållande, även om det inte tar hänsyn till alla möjliga faktorer som bestämmer rörlighet, är ett lämpligt, om än grovt kriterium, och är användbart både som en designparameter och som ett verktyg för att jämföra olika maskiner. Som regel, ju högre specifik effekt, till exempel i hk. per ton, desto bättre blir den totala körprestanda som maskinen kommer att visa. Trots att man vid utvärdering av ett fordon ofta tar hänsyn till dess maximala hastighet, för ett stridsfordon kan acceleration eller motorns gasrespons (förmågan att snabbt och smidigt övergå från en stabil drift med minsta effekt till maximal effekt) faktiskt vara mycket viktigare. egenskap. Ofta förbisedd i fordonets prestanda är förmågan att snabbt accelerera och snabbt gå till säkerhet som svar på attackerande handlingar ovärderlig. Det påverkar direkt fordonets och dess besättnings överlevnad. Således bidrar den tillgängliga kraften inte bara till ökad rörlighet, utan också överlevnadsförmåga, särskilt när den används i kombination med självförsvarsåtgärder, inklusive sensorer för att detektera ett skott och laserbestrålning, samt passiva och aktiva motåtgärder.
Kraft i det lilla
Trots enskilda fall av användning av gasturbinmotorer, som i General Dynamics M1 Abrams main battle tanks (MBT) -familjen, är den mest populära motorn för pansarfordon fortfarande en dieselmotor eller, mer exakt, en dieselmotor med flera bränslen. En av ledarna inom produktionen av kraftenheter är det tyska företaget MTU. Dess integrerade tillvägagångssätt är att i en enda "kraftenhet" ingår inte bara motorn, transmissionen och drivaggregaten utan även delsystemen för lufttillförsel och dess filtrering, kylning, kraftgenerering och andra. Var och en av komponenterna i kraftenheten är noggrant utformad och monterad för att få den mest kompakta och effektiva lösningen. MTU inser att för en stridsfordonsdesigner och integrator är förhållandet mellan effekt och volym avgörande. Giovanni Spadaro, chef för SOE på MTU, förklarade att för dem”är integrationen av alla komponenter i ett enda system mycket viktigt, vi utvecklar outtröttligt vår filosofi om symbiotisk utveckling av alla delar av den utvecklade lösningen. För oss betyder det att bokstavligen allt, arkitektur, koncept, programvara och alla parametrar, syftar till att förbättra egenskaperna hos den slutliga kompletta kraftenheten. " Effekten av detta tillvägagångssätt på den slutliga plattformen är enorm, med tanke på det nära samarbetet med stora ledande tillverkare av militära fordon som Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems och General Dynamics. En talesman för General Dynamics Land Systems förklarade: "När det gäller kraftenheten är mer effekt bättre, mindre storlek är bättre, billigare är i allmänhet utmärkt, men med en obligatorisk ökning av säkerhetsnivån, tillförlitligheten, tystnaden och underhållbarheten."
MTU har visat att anpassningen och modifieringen för militära ändamål av kommersiella kraftenheter är lämplig för lätta och medellånga pansarfordon, till exempel ARTEC Boxer fyraxlad stridsvagn, som är utrustad med en MTU 8V199 TE20 dieselmotor. För tyngre pansarfordon och stridsvagnar behövs dock egna motorer, till exempel motorerna i 880- och 890 -serien, speciellt konstruerade för installation i tunga militära plattformar. Moderna kraftenheters kapacitet demonstreras i Pumas infanteri stridsfordon. Spadaro sa att”MTU -kraftenheten för Puma inkluderar växellåda, startmotor / generator och kyl- och luftreningssystem. Dieselmotorn MTU 10V 890 är känd för sin mycket höga effekttäthet och kompakta dimensioner. Jämfört med andra militära motorer av samma effektklass har vikt och volym minskat med cirka 60 procent.” Direktören för specialmotorer på MTU kommenterade att "Den här enheten är mer kompakt än någon tidigare kraftenhet." Fördelarna med MTU -motorer är särskilt tydliga när man installerar kraftenheter i tidigare generationer av maskiner. Dess motorer från EuroPowerPack-serien användes av det franska företaget GIAT (nu Nexter) för att ersätta motorerna i Leclerc-EAU-tankar för Förenade Arabemiraten. Motorer från denna familj är också installerade på Challenger-2E MBT, medan betydande volymbesparingar uppnåddes samtidigt som räckvidden ökades på grund av minskad bränsleförbrukning.
Caterpillar är känd för sin tunga anläggningsutrustning och har blivit en ledande leverantör av motorer för taktiska och pansarfordon. Dess erbjudanden till militären är baserade på kommersiella system på hyllan som används över hela världen. Därav de betydande fördelarna - minskade kostnader i samband med produktionsvolymer och tillgång till tekniskt stöd. Ändå är företagets utveckling känd för militär användning, till exempel C9.3 -motorn med en ökad specifik effekt på 600 hk. Den verkliga innovationen är dock att C9.3 kan variera sin effekt. För att uppfylla de stränga europeiska Euro-III-utsläppskraven växlar den till ett läge reducerat till 525 hk. kraft. Caterpillar konstaterar att”Fördelen är att användaren kan välja driftläge. Det är möjligt att uppnå maximal prestanda under aktiv drift på fältet, men under utbildning eller när du arbetar i områden med en civil befolkning kan du gå in i utsläppskontrollläge. " I själva verket är denna "switch" förankrad i teknik som Caterpillar utvecklat för kommersiella system.
Företaget är alltid valt för program för ersättning och modernisering av befintliga pansarfordonsflottor. Exempelvis är dess CV8 -motor för närvarande installerad på den brittiska arméns krigare spårade infanteri stridsfordon. Detta arbete utförs under ett kontrakt med Lockheed Martin för att uppgradera fordonet till WCSP -standarden (Warrior Capability Sustainment Program), vilket kommer att förlänga fordonets drift till 2040. Caterpillar byter också motorn i den amerikanska arméns Stryker -familj av pansarfordon med en kapacitet på 350 hk. för C9 -motorn med en kapacitet på 450 hk. Den nya motorn "passar" in i den volym som upptogs av den tidigare motorn. Ersättningen är en del av General Dynamics förslag på en teknisk ändring av ECP-1, som inkluderar en 910 amp generator, fjädringsuppgraderingar och andra förbättringar.
Elektriska ställdon
Traditionellt överförs kraft från motorn mekaniskt till hjulen eller spåren. Elektriska drivenheter ersätter denna fysiska anslutning med elmotorer i drivhjul eller kedjehjul. Energin för att driva dessa elmotorer kan tas från batterier, en förbränningsmotor eller båda. "Hybrid" -metoden använder antingen en dieselmotor eller en gasturbinmotor som, utan mekaniska anslutningar, nu kan installeras var som helst i chassit, vilket ger designers mer designfrihet. Det är också möjligt att installera två motorer, som implementerades av BAE Systems i sin mobila testanläggning HED (Hybrid Electric Drive). BAE Systems talesman Deepak Bazaz märkte att två HED -motorer är anslutna till generatorer och batterier, vilket gör att den kan fungera i olika lägen: en motor fungerar i viloläge, sparar bränsle, två motorer fungerar när mer kraft behövs eller i tyst observationsläge. fungerar bara på laddningsbara batterier. HED -konceptet är implementerat på den bandbaserade AMPV -plattformen (Armored Multipurpose Vehicle), men det är planerat att vara skalbart och användas på ett fordon i alla viktkategorier, både hjul och spår. Det experimentella kraftverket HED modifierades av BAE Systems för ett hybridkoncept av Northrop Grumman som en del av förslaget om ett markstridsfordon från den amerikanska armén GCV (Ground Combat Vehicle).
I ett dokument från NATO Technology Research Organization, "Hybridelektriska fordon är överlägsna i hastighet, acceleration, klättringsförmåga och tysthet mot motordrivna fordon … medan bränslebesparingar kan variera från 20 till 30 procent." Elmotorerna ger också nästan omedelbar acceleration, bra gasrespons och bättre dragkraft. Det senare beror direkt på det förbättrade vridmomentet som finns i elektriska motorer. För stridsfordon innebär detta flera fördelar: mindre reaktionstid vid flyttning till täck, svårare att komma in i och bättre längdförmåga. HED-enheten drivs av två sexcylindriga motorer, en specialkonstruerad QinetiQ-transmission och 600 volts litiumjonbatterier.
En annan attraktiv aspekt av den elektriska drivenheten är dess förmåga att generera mer effektiva och högre nivåer av elektrisk energi. Kraftverket på Northrop Grumman / BAE Systems GCV -plattformen kommer att kunna leverera 1100 kilowatt, även om det är betydligt mindre och lättare än traditionella kraftenheter. Men eftersom energilagring är en viktig del av hybridelektriska drivenheten blir batterifelan ett stort problem. Därför övervägs för närvarande flera typer av avancerade batterier med högre energitäthet för hybridfordon, inklusive litiumjon, nickelmetallhydrid, nickelnatriumklorid och litiumpolymer. Alla är emellertid fortfarande i utvecklingsstadiet och har vissa nackdelar som måste lösas innan de erkänns lämpliga för användning i militära applikationer. Ett annat arbetsområde som måste utvecklas så att hybriddrev kan installeras massivt på pansarfordon är att ta bort designbegränsningarna för moderna dragmotorer. Även om dessa system har lyckats integreras i demonstrationsprototyper av HED-typ, har dessa begränsningar i storlek, vikt och kylning. Tills dessa problem är lösta kommer alla elektriska kretsar, trots deras fördelar, att förbli en illusion för pansarfordon.
Många forskningsorganisationer är dock fortfarande intresserade av konceptet för elektrisk drivning. Till exempel, enligt kontrakt från Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), kommer QinetiQ att testa sitt koncept med navmotorer (växelmotorer) genom att ställa in dem för pilotprov. Många växellådor, differentialer och drivaggregat kommer att ersätta de kraftfulla kompakta elmotorerna i maskinens hjul. Det är möjligt att detta koncept också kan implementeras på befintliga pansarfordon med hjul. Faktum är att BAE Systems i juni 2017 tecknade ett avtal med QinetiQ om att införa ny elektrisk drivteknik i stridsfordon. En företrädare för företaget BAE Systems sa att detta kommer att "erbjuda kunderna en beprövad lågkostnadsteknik som kommer att förbättra möjligheterna för nuvarande och framtida stridsfordon."
Framtida maktutmaningar
Under det senaste decenniet har stridsfordonens behov av elkraft ökat flera gånger. Mark Signorelli, chef för stridsfordon på BAE Systems, noterade att "i framtiden kommer det att bli allt svårare för pansarfordon att möta elbehovet." Försök pågår för att hantera detta växande problem. Till exempel övervägs en 300 amp CE Niehof -generator för M2 Bradley -familjen och två 150 amp -generatorer för den nya AMPV -plattformen. Spadaro från MTU konstaterade att”de viktigaste faktorerna som har påverkat och påverkar utvecklingen av lösningar för att generera mer kraft är den ständigt växande massan av MBT och hjulfordon (främst till följd av krav på högre skyddsnivåer) och vid samtidigt behovet av mer elektricitet för inbyggda system av alla slag, vare sig det är elektronik, skyddssystem och komfort för besättningen, till exempel ett avancerat luftkonditioneringssystem. " MTU anser att”de hanteras genom en djupare integration av de elektriska komponenterna i kraftenheten. Ett bra exempel här är återigen ovannämnda kraftenhet MTU för Pumas pansarfordon, som inkluderar en start / generator med en nominell effekt på 170 kW, som levererar ström till två kylfläktar och en kylkompressor för luftkonditionering."
Pansarfordonens kraft påverkar direkt stridsförmågan och överlevnadsförmågan. De viktigaste kriterierna för överlevnad på slagfältet är följande: "vidta alla åtgärder för att inte bli uppmärksammad, om den ses, inte att bli träffad, om du träffas, inte för att bli dödad." Den första underlättas av förmågan att flytta dit där motståndaren inte förväntar sig dig. Den andra kräver snabb acceleration och god manövrerbarhet för att hitta skydd och kompliceras av fiendens skyttes förmåga att effektivt fånga målet att döda. Och den tredje bestäms av förmågan att vidta passivt passivt skydd och använda passiva och aktiva motåtgärder. Var och en av dessa kriterier kan emellertid påverka andra negativt. Till exempel ökar extra rustning massan och, som ett resultat, rörligheten.
Framsteg inom området kraftverk för pansarfordon, nya motorer, växellådor och drivaggregat, innovativa metoder för integration och layout gör det möjligt för utvecklare av militär utrustning att tillgodose kundernas mest vågade önskemål. Många av de förbättringar som vi ser på militära plattformar är direkt hämtade från kommersiella projekt: motorer och omborddatorer, digital elektronisk styrning, automatisk övervakning av systemets tillstånd, elektriska drivenheter och energilagring, och slutligen praktiska implementeringar av hybrid lösningar. Utmaningarna för denna känsliga balans tvingar dock industrin att utveckla fler och mer innovativa lösningar.
