Khả năng di chuyển bị đe dọa: chiến thắng của "hybrid" vẫn còn bị nghi ngờ
BMP "Puma" của quân đội Đức cần một đơn vị năng lượng có thể cung cấp nhiều sức mạnh hơn, vừa với số lượng hạn chế. MTU 10V 890 đáp ứng yêu cầu này, cung cấp mật độ điện năng đặc biệt
Khả năng cơ động xuất sắc trong những điều kiện khó khăn nhất là đặc tính tối quan trọng của tất cả các loại xe quân sự. Tuy nhiên, để đạt được điều này đối với các phương tiện bọc thép còn khó hơn rất nhiều, nhưng điều đó cực kỳ quan trọng đối với chúng để có thể thực hiện xuất sắc nhiệm vụ của mình.
Tính cơ động là rất quan trọng đối với xe bọc thép, nhưng đồng thời nó cũng phải cạnh tranh với các đặc điểm quan trọng khác, chẳng hạn như đảm bảo khả năng sống sót của xe và tổ lái. Và ở đây yêu cầu này có thể dễ dàng xung đột với yêu cầu duy trì tính di động. Tuy nhiên, rõ ràng là những người lính có sự an toàn phụ thuộc vào các phương tiện như vậy cần tăng khả năng vượt địa hình, tăng tốc nhanh hơn và tốc độ cao hơn, tất cả đều không ảnh hưởng tiêu cực đến khả năng sống sót. Những nhu cầu như vậy buộc phải phát triển các hệ thống truyền động và khung gầm mới nhằm tìm ra các giải pháp tối ưu có thể đáp ứng các yêu cầu thường mâu thuẫn này. Tuy nhiên, để tuân thủ chúng, cần có sự kết hợp và cân bằng của một số thông số thiết kế. Chúng bao gồm các đặc tính của hệ thống treo, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chuyển động, bề mặt chịu lực của đường ray hoặc bánh xe, quyết định lực ép xuống mặt đất, khoảng sáng gầm xe và công suất động cơ. Người ta tin rằng đặc điểm cuối cùng là quan trọng nhất và khó đạt được nhất. Điều này là do ngay cả trong vấn đề tạo ra và phân phối công suất động cơ, người thiết kế cũng cần phải thỏa hiệp, thậm chí đôi khi dẫm lên cổ họng của chính bài hát của mình. Việc tăng sức mạnh của một chiếc xe bọc thép bị giới hạn bởi các yếu tố như thể tích của khoang động cơ, nhu cầu duy trì dự trữ năng lượng, hạn chế về trọng lượng và nhu cầu đáp ứng nhu cầu năng lượng của các hệ thống trên xe, chẳng hạn như thiết bị liên lạc, hệ thống định vị, cảm biến và hệ thống bảo vệ chủ động và thụ động.
Việc bảo vệ hiệu quả trước các mối đe dọa đang thay đổi ngày nay là cần thiết, đặc biệt là những vấn đề đặt ra yêu cầu lớn nhất đối với bộ nguồn và khung của máy. Bảo vệ gần như tất yếu có nghĩa là áo giáp, và áo giáp tăng thêm khối lượng. Có một mâu thuẫn buộc bạn phải đưa ra những thỏa hiệp khó chịu: khi mức độ đe dọa tăng lên, mức độ bảo vệ cũng phải tăng lên. Theo quy luật, mức độ bảo vệ tăng lên đồng nghĩa với việc cần phải có thêm áo giáp, và áo giáp bổ sung có thể góp phần làm tăng trọng lượng của xe. Việc duy trì hoặc cải thiện các đặc tính vận hành của xe bọc thép chắc chắn sẽ kéo theo sự gia tăng công suất động cơ và hiệu quả của hệ thống truyền lực và truyền động điện được kết nối với nó. Tuy nhiên, khối lượng của xe cũng được quyết định bởi kích thước của nó: xe càng lớn và có diện tích bề mặt phải bọc thép thì nó càng nặng. Do đó, khối công suất mới (động cơ có bộ truyền động và bộ truyền động) không chỉ phải mạnh hơn, mà ít nhất nó phải phù hợp với khối lượng được phân bổ hoặc tốt nhất là có khối lượng tổng thể nhỏ hơn. Tiêu chí này trước hết là tuyệt đối đối với các đơn vị sức mạnh được thiết kế để hiện đại hóa các phương tiện bọc thép hiện có, nhưng cũng rất mong muốn đối với các nền tảng mới.
Những chiếc xe bọc thép, chẳng hạn như chiếc Leopard 2A MBT này, đặt ra những yêu cầu đặc biệt đối với các nhà thiết kế động cơ và hộp số. Chúng cần nhiều năng lượng hơn để lắp vào khối lượng nhỏ nhất có thể.
Giá trị được chấp nhận chung của mức độ cơ động do xe bọc thép cung cấp là cái gọi là công suất cụ thể hoặc tỷ lệ công suất (thường tính bằng mã lực) trên khối lượng của xe. Tỷ lệ này, mặc dù nó không tính đến tất cả các yếu tố có thể xác định tính di động, là một tiêu chí phù hợp, mặc dù thô, và hữu ích cả như một thông số thiết kế và như một công cụ để so sánh các máy khác nhau. Theo quy luật, công suất cụ thể càng lớn, ví dụ, tính bằng hp. mỗi tấn, các đặc tính truyền động tổng thể mà máy sẽ hiển thị càng tốt. Mặc dù thực tế là khi đánh giá một chiếc xe, tốc độ tối đa của nó thường được tính đến, đối với một chiếc xe chiến đấu, khả năng tăng tốc hoặc khả năng đáp ứng của động cơ (khả năng chuyển đổi nhanh chóng và trơn tru từ hoạt động ổn định ở công suất tối thiểu sang công suất tối đa) thực sự có thể rất nhiều. quan trọng hơn. đặc tính. Khả năng tăng tốc nhanh và di chuyển nhanh đến vị trí an toàn trước các đòn tấn công thường bị bỏ qua là vô giá. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sống sót của phương tiện và tổ lái. Do đó, sức mạnh sẵn có không chỉ góp phần tăng khả năng cơ động mà còn tăng khả năng sống sót, đặc biệt khi được sử dụng kết hợp với các biện pháp tự vệ, bao gồm phát hiện bắn và cảm biến bức xạ laser, cũng như các biện pháp đối phó thụ động và chủ động.
Trong bộ nguồn cho một chiếc xe bọc thép, điều cực kỳ quan trọng là phải đạt được sản lượng điện yêu cầu ở mức nhỏ nhất. Một yếu tố quan trọng góp phần làm tăng khối lượng của máy là diện tích bề mặt cần được bọc thép.
Sức mạnh nhỏ
Mặc dù các trường hợp riêng lẻ sử dụng động cơ tuabin khí, chẳng hạn như trong gia đình chiến đấu chính xe tăng (OBT) M1 Abrams do General Dynamics sản xuất, động cơ phổ biến nhất dành cho xe bọc thép tiếp tục là động cơ diesel, hay đúng hơn là động cơ diesel đa nhiên liệu. Một trong những công ty đi đầu trong việc sản xuất các thiết bị điện là công ty MTU của Đức. Cách tiếp cận tích hợp của nó nằm ở chỗ, một “đơn vị năng lượng” không chỉ bao gồm động cơ, hệ thống truyền động và truyền động điện mà còn bao gồm các hệ thống phụ cung cấp không khí và lọc, làm mát, tạo ra điện và những hệ thống khác. Mỗi thành phần của bộ nguồn đều được thiết kế và lắp ráp cẩn thận để có được giải pháp nhỏ gọn và hiệu quả nhất. MTU nhận ra rằng đối với nhà phát triển và tích hợp các phương tiện chiến đấu, tỷ lệ sức mạnh trên khối lượng là một yếu tố quan trọng. Giovanni Spadaro, Giám đốc SOEs tại MTU, giải thích rằng đối với họ “việc tích hợp tất cả các thành phần vào một hệ thống duy nhất là rất quan trọng, chúng tôi không ngừng phát triển triết lý phát triển cộng sinh của tất cả các phần của giải pháp đã phát triển. Đối với chúng tôi, điều này có nghĩa là mọi thứ, kiến trúc, khái niệm, phần mềm và tất cả các thông số đều nhằm mục đích cải thiện hiệu suất của khối nguồn hoàn chỉnh cuối cùng. Tác động của cách tiếp cận này đối với nền tảng cuối cùng là rất lớn, nhờ sự hợp tác chặt chẽ với các nhà sản xuất xe quân sự lớn như Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems và General Dynamics. Một đại diện của General Dynamics Land Systems giải thích: “Đối với bộ nguồn, công suất nhiều hơn tốt hơn, nhỏ hơn tốt hơn, rẻ hơn nói chung là tuyệt vời, nhưng với sự gia tăng bắt buộc về mức độ an toàn, độ tin cậy, không ồn ào và khả năng bảo trì.”
MTU đã chứng minh rằng việc điều chỉnh và sửa đổi cho mục đích quân sự của các đơn vị điện thương mại là phù hợp với các loại xe bọc thép hạng nhẹ và hạng trung, ví dụ như xe bọc thép chiến đấu 8 trục ARTEC Boxer được trang bị động cơ diesel MTU 199V20 TE880. Tuy nhiên, các loại xe bọc thép và xe tăng hạng nặng cần có động cơ riêng, chẳng hạn như động cơ dòng 890 và 10, được thiết kế đặc biệt để lắp đặt trong các bệ quân sự hạng nặng. Khả năng của các đơn vị sức mạnh hiện đại được thể hiện trên xe chiến đấu bộ binh bánh xích Puma. Spadaro cho biết “Bộ nguồn MTU cho Puma bao gồm hộp số, bộ khởi động / máy phát điện và hệ thống làm mát và lọc không khí. Động cơ diesel MTU 890V 60 được biết đến với mật độ công suất rất cao và kích thước nhỏ gọn. So với các động cơ quân sự khác cùng loại, khối lượng và thể tích đã giảm khoảng 2% ”. Giám đốc Bộ phận Động cơ Đặc biệt tại MTU nhận xét rằng "Bộ phận này nhỏ gọn hơn bất kỳ bộ phận năng lượng nào trước đây." Ưu điểm của động cơ MTU đặc biệt rõ ràng khi lắp đặt bộ nguồn trong các máy thế hệ trước. Động cơ của nó từ dòng EuroPowerPack đã được công ty GIAT của Pháp (nay là Nexter) sử dụng để thay thế động cơ của xe tăng Leclerc-EAU cho Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất. Động cơ thuộc họ này cũng được lắp trên Challenger-XNUMXE MBT, vừa tiết kiệm khối lượng đáng kể vừa tăng khả năng dự trữ năng lượng do giảm tiêu hao nhiên liệu.
Caterpillar, được biết đến với các thiết bị xây dựng hạng nặng, đã trở thành nhà cung cấp động cơ chính cho các loại xe chiến thuật và xe bọc thép. Các đề xuất của nước này đối với quân đội dựa trên các hệ thống thương mại chế tạo sẵn đang hoạt động ở nhiều quốc gia trên thế giới. Do đó, những lợi ích đáng kể - giảm chi phí liên quan đến khối lượng sản xuất và sự sẵn có của hỗ trợ kỹ thuật. Tuy nhiên, những phát triển của công ty cho mục đích sử dụng quân sự cũng được biết đến, chẳng hạn như động cơ C9.3 với mật độ công suất tăng lên 600 mã lực. Tuy nhiên, sự đổi mới thực sự là C9.3 có thể thay đổi xếp hạng sức mạnh của nó. Để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt về khí thải Euro-III của Châu Âu, nó chuyển sang chế độ giảm xuống còn 525 mã lực. sức mạnh. Caterpillar lưu ý rằng “Ưu điểm là người dùng có thể chọn chế độ hoạt động. Có thể đạt được hiệu suất tối đa trong quá trình hoạt động tại hiện trường, nhưng trong quá trình huấn luyện hoặc khi làm việc trong khu vực có dân cư, có thể chuyển sang chế độ kiểm soát khí thải. Trên thực tế, sự "chuyển mạch" này bắt nguồn từ công nghệ mà Caterpillar đã phát triển cho các hệ thống thương mại.
Công ty liên tục được chọn cho các chương trình thay thế và nâng cấp các đội xe bọc thép hiện có. Ví dụ, động cơ CV8 của nó hiện đang được lắp đặt trên xe chiến đấu bộ binh bánh xích của Quân đội Anh. Công việc này được thực hiện theo hợp đồng với Lockheed Martin để nâng cấp cỗ máy lên tiêu chuẩn WCSP (Warrior Capability Sustainment Program), sẽ kéo dài thời gian hoạt động của máy đến năm 2040. Caterpillar cũng đang thay đổi động cơ của xe bọc thép Stryker 350 mã lực của Quân đội Mỹ. trên động cơ C9 với công suất 450 mã lực. Động cơ mới "vừa vặn" với thể tích mà động cơ trước đã chiếm. Sự thay thế này là một phần của đề xuất thay đổi kỹ thuật ECP-1 của General Dynamics, bao gồm một máy phát điện 910 amp, nâng cấp hệ thống treo và các cải tiến khác.
Các động cơ "quân sự hóa" của Caterpillar dựa trên động cơ được thiết kế riêng cho xe thương mại hạng nặng. Điều này cho phép bạn đạt được lợi thế về chi phí, hậu cần và tính khả dụng. Động cơ C9, một phần của chương trình hiện đại hóa xe bọc thép Stryker, cũng được sử dụng rộng rãi trên các phương tiện xây dựng.
Ổ điện
Theo truyền thống, sức mạnh từ động cơ được chuyển đến các bánh xe hoặc đường ray một cách cơ học. Truyền động điện thay thế kết nối vật lý này bằng động cơ điện được đặt trong bánh xe hoặc đĩa xích. Năng lượng để chạy các động cơ điện này có thể đến từ pin, động cơ đốt trong hoặc cả hai. Phương pháp "hybrid" sử dụng động cơ diesel hoặc tuabin khí, vốn được giải phóng khỏi các kết nối cơ học, giờ đây có thể được gắn ở bất kỳ đâu trên khung gầm, mang lại cho các nhà thiết kế nhiều tự do hơn trong thiết kế. Nó cũng có thể lắp đặt hai động cơ, đó là những gì BAE Systems đã thực hiện trong giàn thử nghiệm di động HED (Hybrid Electric Drive) của mình. Người phát ngôn của BAE Systems, Deepak Bazaz lưu ý rằng hai động cơ HED được kết nối với máy phát điện và pin, cho phép nó hoạt động ở các chế độ khác nhau: một động cơ chạy không tải để tiết kiệm nhiên liệu, hai động cơ hoạt động khi cần thêm năng lượng hoặc ở chế độ im lặng cho xe hơi. đang xem. chỉ chạy bằng pin. Ý tưởng HED được triển khai trên nền tảng theo dõi AMPV (Xe đa năng bọc thép), nhưng nó được lên kế hoạch để có thể mở rộng và sử dụng trên một loại máy có trọng lượng bất kỳ, cả bánh xe và bánh xích. Nhà máy điện thử nghiệm HED đã được BAE Systems hoàn thiện cho mẫu concept hybrid của Northrop Grumman như một phần trong đề xuất của họ đối với phương tiện chiến đấu mặt đất GCV (Ground Combat Vehicle) của Quân đội Hoa Kỳ.
Công trình của Tổ chức Nghiên cứu Công nghệ NATO cho biết: "Hiệu suất của xe điện hybrid về tốc độ, khả năng tăng tốc, khả năng leo dốc và độ yên tĩnh vượt trội hơn so với xe điều khiển cơ khí ... trong khi mức tiết kiệm nhiên liệu có thể từ 20 đến 30%" . Động cơ điện cũng cung cấp khả năng tăng tốc gần như tức thời, phản ứng ga tốt và lực kéo tốt hơn. Loại thứ hai phụ thuộc trực tiếp vào mô-men xoắn được cải thiện vốn có trong động cơ điện. Đối với xe quân sự, điều này có nghĩa là có một số lợi thế: thời gian phản ứng nhanh hơn khi di chuyển đến nơi ẩn nấp, khó bị bắn trúng hơn và khả năng xuyên quốc gia tốt hơn. Thiết bị HED sử dụng hai động cơ sáu xi-lanh, hộp số tùy chỉnh từ QinetiQ và pin lithium-ion 600 volt.
Một khía cạnh hấp dẫn khác của ổ điện là khả năng tạo ra mức năng lượng điện hiệu quả hơn và cao hơn. Nhà máy điện nền tảng GCV của Northrop Grumman / BAE Systems sẽ có thể cung cấp 1100 kilowatt, mặc dù nhỏ hơn và nhẹ hơn đáng kể so với các đơn vị điện thông thường. Tuy nhiên, vì lưu trữ năng lượng là một phần quan trọng của hệ thống truyền động điện lai, nên sự không phù hợp của các loại pin hiện đại trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Do đó, một số loại pin tiên tiến với mật độ năng lượng cao hơn hiện đang được xem xét cho các loại xe hybrid, bao gồm lithium ion, niken metal hydride, niken natri clorua và lithium polymer. Tuy nhiên, tất cả chúng vẫn đang ở giai đoạn phát triển công nghệ và có những hạn chế nhất định phải được giải quyết trước khi chúng được coi là phù hợp để sử dụng trong các ứng dụng quân sự. Một lĩnh vực công việc khác cần được phát triển để hệ thống truyền động hybrid có thể được lắp đặt đại trà trên xe bọc thép là loại bỏ các giới hạn thiết kế của động cơ kéo hiện đại. Mặc dù được tích hợp thành công vào các nguyên mẫu trình diễn kiểu HED, các hệ thống này có những hạn chế về kích thước, trọng lượng và khả năng làm mát. Cho đến khi những vấn đề này được giải quyết, tất cả các mạch điện, mặc dù có những ưu điểm của chúng, sẽ vẫn chỉ là ảo ảnh đối với xe bọc thép.
Tuy nhiên, nhiều tổ chức nghiên cứu vẫn quan tâm đến khái niệm truyền động điện. Ví dụ, theo hợp đồng của Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng DARPA, QinetiQ sẽ thử nghiệm khái niệm về động cơ trung tâm (động cơ bánh răng) bằng cách lắp đặt chúng để thử nghiệm trên các mô hình chạy thử nghiệm. Nhiều bộ giảm tốc, bộ vi sai và bộ truyền động điện sẽ thay thế các động cơ điện nhỏ gọn mạnh mẽ trong các bánh xe của máy. Rất có thể ý tưởng này cũng có thể được thực hiện trên các loại xe bọc thép bánh lốp hiện có. Trên thực tế, vào tháng 2017/XNUMX, BAE Systems đã ký thỏa thuận với QinetiQ để đưa công nghệ truyền động điện mới vào các phương tiện chiến đấu. Một đại diện của BAE Systems nói rằng điều này sẽ cho phép "cung cấp cho khách hàng công nghệ chi phí thấp đã được chứng minh sẽ nâng cao khả năng của các phương tiện chiến đấu hiện tại và trong tương lai."
BAE Systems, phối hợp với QinetiQ, đã phát triển và sản xuất một mẫu trình diễn về giải pháp HED hybrid cho xe bọc thép dựa trên khung gầm AMPV.
Những thách thức về quyền lực trong tương lai
Trong thập kỷ qua, nhu cầu sử dụng năng lượng điện của các phương tiện quân sự đã tăng lên nhiều lần. Mark Signorelli, người đứng đầu bộ phận phương tiện chiến đấu tại BAE Systems, lưu ý rằng "trong tương lai, các phương tiện bọc thép sẽ ngày càng khó đáp ứng nhu cầu về điện". Những nỗ lực đang được thực hiện để giải quyết vấn đề ngày càng tăng này. Ví dụ: đối với các máy thuộc dòng M2 Bradley, máy phát điện Niehof 300 amp CE được xem xét và đối với nền tảng AMPV mới, hai máy phát điện 150 ampe mỗi máy. Ông Spadaro từ MTU cho biết “các yếu tố chính đã ảnh hưởng và đang ảnh hưởng đến việc phát triển các giải pháp tạo ra nhiều năng lượng hơn là khối lượng MBT và phương tiện có bánh ngày càng tăng (chủ yếu là do yêu cầu tăng mức độ bảo vệ) và đồng thời nhu cầu cung cấp nhiều điện hơn cho các hệ thống trên tàu thuộc bất kỳ loại nào, có thể là thiết bị điện tử, hệ thống bảo vệ và sự thoải mái cho phi hành đoàn, ví dụ như hệ thống điều hòa không khí tiên tiến ”. MTU tin rằng “chúng được giải quyết bằng cách tích hợp sâu hơn các thành phần điện vào bộ nguồn. Một ví dụ điển hình ở đây là bộ nguồn MTU của xe bọc thép Puma được đề cập ở trên, bao gồm một bộ khởi động / máy phát điện có công suất định mức 170 kW, cung cấp dòng điện cho hai quạt làm mát, cũng như một máy nén chất làm lạnh điều hòa không khí.
Sức mạnh của xe bọc thép ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng chiến đấu và khả năng sống sót. Tiêu chí chính về khả năng sống sót trên chiến trường như sau: "thực hiện mọi biện pháp để không bị nhìn thấy, nếu bị chú ý, không bị bắn trúng, nếu vẫn bị bắn trúng, không bị giết." Đầu tiên được tạo điều kiện bởi khả năng di chuyển đến nơi mà đối phương không mong đợi ở bạn. Thứ hai yêu cầu tăng tốc nhanh và khả năng cơ động tốt để tìm chỗ ẩn nấp, và khó khăn hơn bởi khả năng khóa chặt mục tiêu một cách hiệu quả của người bắn đối phương. Và thứ ba được xác định bởi khả năng có biện pháp bảo vệ thụ động thích hợp và sử dụng các biện pháp đối phó bị động và chủ động. Tuy nhiên, mỗi tiêu chí này có thể ảnh hưởng xấu đến các tiêu chí khác. Ví dụ, áo giáp bổ sung làm tăng khối lượng và do đó, tính cơ động.
Tiến bộ trong lĩnh vực nhà máy điện cho xe bọc thép, động cơ mới, hộp số và truyền động điện, các phương pháp tích hợp và bố trí sáng tạo cho phép các nhà phát triển thiết bị quân sự thỏa mãn những mong muốn táo bạo nhất của khách hàng. Nhiều cải tiến mà chúng ta thấy trên các nền tảng quân sự được lấy trực tiếp từ các dự án thương mại: động cơ và máy tính trên tàu, điều khiển điện tử kỹ thuật số, điều khiển tự động trạng thái của hệ thống, truyền động điện và lưu trữ năng lượng, và cuối cùng là triển khai thực tế của hybrid các giải pháp. Tuy nhiên, những thách thức đối với sự cân bằng mong manh này buộc ngành công nghiệp phải phát triển ngày càng nhiều giải pháp sáng tạo hơn.
Theo các trang web:
www.nationaldefencemagazine.org
www.mtu-online.com
www.gd.com
www.rheinmetall.com
www.cat.com
www.baesystems.com
www.darpa.mil
www.nato.int
www.armorama.com
defesaglobal.wordpress.com
pinterest.com
www.wikipedia.org
tin tức