Die groeiende energieverbruik van boordstelsels bied nuwe tegnologie 'n kans om in die toekoms die krag en mobiliteit van militêre voertuie radikaal te verander
Aangesien die volgende generasie van die Amerikaanse weermag waarskynlik 'n hibriede kragstasie sal hê, benodig die bedryf 'n grootskaalse program sodat hy sy energietegnologieë wat hy reeds ontwikkel het (saam met die onvermydelike aanpassings) in die die grootste deel van gevegsvoertuie. 'N Vlieg in die salf in hierdie vat heuning is egter dat die weermag volgens huidige planne sulke voertuie omstreeks 2035 wil aanneem. Groot besluite oor die konfigurasie daarvan sal waarskynlik nie voor 2025 geneem word nie, tensy die ooreenstemmende programme in die Trump -presidentskap versnel word.
Groot behoeftes is 'n uitstekende aansporing vir die ontwikkeling van nuwe tegnologieë, wat weer oplossings kan bied om aan hierdie behoeftes te voldoen. Die groeiende vraag na elektriese energie op die slagveld word byvoorbeeld gekombineer met die noodsaaklikheid om die logistieke las wat met brandstofvoorraad verband hou, te verminder, asook om die veldvermoë van gevegsmagte en gevegsteunmagte te verhoog. Dit alles is oortuigende bewyse ten gunste van die wydverspreide gebruik van hulpkrag -eenhede, intelligente enjinbedienings en hibriede elektriese aandrywing, en gevolglik 'n skerp toename in die krag wat vir eksterne verbruikers opgewek word.
Oorkom traagheid
Met uitgebreide ervaring in die vervaardiging van demonstrators vir hibriede voertuigtegnologie vir verskillende militêre strukture en in die vervaardiging van hibriede busse vir die burgerlike sektor, is BAE Systems goed geposisioneer om presies te bepaal waar hierdie tegnologie vandag is en wat die vooruitsigte daarvan is. Dieselfde geld DRS Technologies, wat ook aan baie demonstrasieprojekte deelgeneem het. Tom Weaver, kommersiële direkteur by DRS Network Computing and Test Solutions, het gesê die mark is steeds aan die opkom en dat die voordele van elektriese voertuie nog nie die traagheid van tradisionele voertuie oorkom nie. Sulke traagheid het 'n negatiewe impak op die vordering van masjiene wat die nodige krag vir eksterne verbruikers kan opwek, ondanks die behoeftes wat die afgelope dekade "met ten minste 100%" toegeneem het.
“DRS werk saam met verskillende kliënte om masjiene met geïntegreerde nuwe tegnologie in verskillende prestasietoetse aan te toon. Suksesvolle demonstrasies en positiewe gebruikersbeoordelings het nie daartoe gelei dat sulke voertuie by die troepe ingespan is nie; boonop is die vereistes daarvoor nie eers ontwikkel nie. Maar die vraag sal nog steeds toeneem, veral vir ekspedisie -operasies en gespesialiseerde voertuie, soos gerigte energie -wapensisteme.”
DRS bied nou 'n ingeboude kragstelsel aan vir medium -taktiese voertuie (MTV) en HMMWV -toerusting in die vorm van 'n transmissie -integrale kragopwekker wat in samewerking met Allison ontwikkel is. Hierdie stelsel, geïnstalleer op 'n MTV -vragmotor, lewer byvoorbeeld krag tot 125 kW vir boord- of eksterne stelsels. Die maatskappy vervaardig ook ander energiebestuurstelsels vir verskillende voertuie. Hoofingenieur Andrew Rosenfield van BAE Systems, wat ook oor sulke stelsels handel, meen dit is onwaarskynlik dat suiwer elektriese voertuie 'n groot rol in grondgevegte sal speel, hoofsaaklik as gevolg van probleme met die herlaai van batterye.
'Alhoewel die aandrywingstegnologie vir elektriese werking goed gevestig is, kan die brandstofprobleem moontlik voorkom dat suiwer elektriese voertuie in werking tree,' het hy gesê. "Daar is immers oral in die wêreld diesel beskikbaar, maar dit is baie moeilik om 'n laaistasie vir batterye in die woestyn te vind, maar selfs as u dit vind, is dit waarskynlik nie haalbaar om agt uur te wag om te laai nie."
Weaver was dit eens dat hibriede motors waarskynlik die oorhand sal hê, en noem ook die beperkings van die skoon laai -infrastruktuur vir elektriese motors en die alomteenwoordigheid van diesel en JP8 -vliegtuigbrandstof. Rosenfield het egter beklemtoon dat suiwer elektriese voertuie 'n groot rol op militêre basisse kan speel, aangesien dit goedere kan vervoer, soos in die moderne fabrieke of op lughawens (vliegveldtrekkers). "Brandstofselmasjiene sal waarskynlik sulke take kan verrig, aangesien hulle gratis toegang tot waterstofreserwes benodig," het hy gesê.
Weaver glo dat daar 'n moeilike pad voor brandstofselvoertuie lê. 'Eerstens is daar nog geen waterstofgasinfrastruktuur nie, en daar sal 'n mate van wantroue wees in die ontplooiing van die nuwe brandstof. Die pad van sulke voertuie sal begin met goed georganiseerde ekspedisie-operasies."
Hibriede ontwerpe is ook meer gesofistikeerd as suiwer elektriese ontwerpe en het verskeie funksies wat dit aantrekliker maak as suiwer elektriese en konvensionele kraggedrewe masjiene. “Eerstens gebruik hibriede elektriese platforms dieselfde brandstof as tradisionele dieselvoertuie. Tweedens, die lae-RPM-wringkrag is ideaal vir 'n masjien wat oor rowwe terrein ry of op 'n baie steil helling klim."
Hy het bygevoeg dat die vermoë om groot hoeveelhede elektrisiteit aan boord op te wek, al hoe belangriker word namate nuwe funksies soos kommunikasie- en wapensisteme wat kragtige lasers gebruik, ontplooi word. Die vermoë om hierdie energie uit te voer, is ook 'n groot voordeel, aangesien hierdie masjiene bevolkte gebiede en hospitale kan dryf waarvan die eie kragstelsels deur bekampings of natuurrampe beskadig is.
"Laastens maak die verminderde bedryfs- en onderhoudskoste wat gepaard gaan met aansienlike brandstofbesparings en groter betroubaarheid, hibriede elektriese voertuie 'n slim en langtermynkeuse."
Soos Weaver opgemerk het, het die vraag na elektriese energie aan boord van gevegsvoertuie nog nooit afgeneem nie; dit sal net van jaar tot jaar toeneem. "Nuwer funksionele stelsels verg meer en meer krag van die draerplatform, sowel as deurlopende opgraderings aan die kragopwekkings- en verspreidingstelsels van huidige voertuie."
'As u eers funksies soos stille beweging, radar, gevorderde kommunikasie, seinstoring en elektromagnetiese wapens of wapens bygevoeg het, val die platform agter en word dit onhanteerbaar sonder om oor te skakel na 'n hibriede elektriese skema. In die volgende dekade, vir alle gevegsvoertuie, is een van die belangrikste komponente die vermoë om groot hoeveelhede elektrisiteit aan boord op te wek."
'Voertuie met 'n elektriese motor moet hul werk net so goed doen, of selfs beter as hul tradisionele meganiese eweknieë,' het hy gesê. 'Gemotoriseerde stelsels is nie net aansienlik eenvoudiger nie en het hulle minder bewegende onderdele as gemotoriseerde stelsels, maar hulle het ook 'n verbasend goeie vlak van oortolligheid, wat hulle meer betroubaar maak. Die meeste transversale elektriese transmissies kan byvoorbeeld normaal werk met 'n motor wat misluk het."
Weaver het gesê dat die belangrikste tegnologieë wat in openbare vervoer gekweek word, reeds bestaan en gereed is om die mark te betree. "Die wydverspreide gebruik van hibriede en elektriese stroombane, veral in busse en trams, het gelei tot die ontwikkeling van motorbeheerders, omsetters en omsetters wat naby is aan wat die weermag nodig het," het hy gesê. 'Al die bedryfsbehoeftes is kliënte wat bereid is om vir die kwalifikasieproses te betaal, sowel as genoeg om die koste laag te hou.'
Intussen word voortgegaan met die demonstrasie. General Motors (GM) by AUSA in Oktober 2016 het 'n 'gereed-vir-weg' weergawe van sy Chevrolet Colorado ZH2-brandstofselvoertuig getoon, wat gebaseer is op 'n langwerpige middelgrootte bakkie-onderstel. Volgens die skedule moet die Colorado ZH2, met die hulp van die TARDEC Armored Research Center, gedurende 2017 'n reeks militêre toetse ondergaan "in uiterste bedryfstoestande".
Dit was 'n versnelde program. GM en TARDEC het in minder as 'n jaar na die ondertekening van die kontrak saamgewerk om 'n demo te skep. "Die spoed waarmee innoverende idees gedemonstreer en geëvalueer kan word, is baie hoog, daarom is bande in die bedryf so belangrik vir die weermag," het Paul Rogers, direkteur van TARDEC, gesê. "Brandstofselle het die potensiaal om die vermoëns van militêre voertuie aansienlik te verbeter deur stil werking, kragopwekking vir eksterne verbruikers en stabiele wringkrag - al hierdie voordele maak hierdie tegnologie nader ondersoek."
"ZH2 stel die weermag in staat om die gereedheid van brandstofseltegnologie vir militêre toepassings te demonstreer en te beoordeel, terwyl hy terselfdertyd die vraag beantwoord oor hoe bruikbaar brandstofsel -elektriese voertuie in sekere omstandighede en in sekere gevegsopdragte kan wees," sê Doug Hallo, woordvoerder van TARDEC.
Die verwagte voordele wat TARDEC moet evalueer, sluit in byna stil werking, wat stille toesig moontlik maak, verminderde termiese handtekeninge, hoë wielkoppel by alle snelhede, lae brandstofverbruik in die hele werkingsgebied en drinkwater as 'n chemiese byproduk. Prosesse wat in brandstofselle voorkom.. Die Colorado ZH2 het 'n ingeboude kragaftakker vir eksterne verbruikers.
Die aandrywingstelsel is gebaseer op proton -uitruilmembraan -brandstofselle wat tot 93 kW gelykstroom kan opwek, en 'n battery wat nog 35 kW vir die aandrywingstelsel lewer en tydens hergebruik gerem word. Dit is wat GM se ZH2 -projekbestuurder Christopher Kolkit verduidelik.
'Die tenks van die voertuig hou ongeveer 4,2 kg saamgeperste waterstof teen 10.000 psi, wat meer as 689 keer die atmosferiese druk is. Atmosferiese lug is 'n bron van suurstof wat benodig word vir die elektrochemiese proses, waardeur die nodige elektrisiteit opgewek word; slegs waterdamp word vrygestel,”het hy opgemerk.
Vir alle elektriese aandryfstelsels is die lewering van energie van die bron na die wiele makliker as met tradisionele voertuie. 'Die ZH2 het nie 'n oordrag in die gewone sin van die woord nie.'N Wisselstroommotor met 'n enkelfasige ratkas dra die wringkrag direk oor na die oordragkas en vierwielaangedrewe stelsel, verduidelik Kolkit.
Draagbare infrastruktuur
Deur middel van hierdie program ondersoek die TARDEC -sentrum ook wat ten minste 'n gedeeltelike oplossing vir die probleem met waterstofbeskikbaarheid (infrastruktuur) kan wees. Die oplossing hier word bevoordeel deur die feit dat hierdie chemiese element op verskillende maniere uit verskillende bronne vervaardig kan word. Volgens die verteenwoordiger van die TARDEC -sentrum, is die idee in die beginfase van die werk aan die ZH2 -projek om saamgeperste waterstof te verkry tydens die hervorming van lugvaart -keroseen JP8 in 'n draagbare hervormer, wat na elke toetslokaal saam met die masjien, want dit sal die aantal opgeloste in hierdie stadium van take verhoog.
"Ons is tans op soek na 'n hervormer wat 'n verskeidenheid bronne wat plaaslik beskikbaar is, kan gebruik, soos aardgas, JP8 -vliegtuigbrandstof, DF2 -diesel of propaan, om waterstof te produseer," het hy gesê. - Plaaslike elektriese netwerke, insluitend moontlik hernubare energiebronne, saam met waterbronne, kan ook vir waterstofproduksie gebruik word. Dit sou die weermag in staat stel om die hoeveelheid brandstof wat na 'n spesifieke operasieteater gebring word, te verminder en te vertrou op wat in die teater beskikbaar is."
Of dit nou batterye, brandstofselle of gemengde dieselelektriese kragsentrales is as die dryfveer, om betroubare en doeltreffende aandrywing van elektriese stroom na vorentoe te dryf. Die Britse maatskappy Magtec vervaardig elektriese dryfstelsels vir die lugvaart-, mariene en motormarkte en bied byvoorbeeld verskeie opsies vir die omskakeling van kommersiële vragmotors met nuwe aandrywingstelsels.
Die maatskappy het egter ook volledige aandrywings vir ratte en wielplatforms ontwikkel om hibriede tegnologieë wat deur BAE Systems Hagglunds vervaardig is, te demonstreer in die vroeë 2000's.
Vir SEP (Splitterskyddad EnhetsPlattform) -platforms, beide met 6x6-wiele en bande, het die onderneming in-wielnaafmotors (motorwiele) ontwikkel, insluitend 'n tweestapige ratkas en remstelsel in elk, tweelingopwekkers, beheertoerusting en kragverspreiding. Vir SEP het sy ook sagteware ontwikkel, geïnstalleer en getoets om sleutelfunksies soos kragverspreiding, trekkragbeheer, elektroniese ewenaarslotte en stuurstuur te beheer waarmee die masjien op die plek kan draai. Boonop voldoen hierdie stelsel aan alle militêre EMC- en omgewingsregulasies.
Magtec se uitvoerende hoof het gesê hy sien goeie groeipotensiaal vir elektriese voertuie met 'n uitgebreide reeks vir gevegsteunings. Terselfdertyd dra nuwe tegnologie by tot 'n aansienlike verbetering in mobiliteit, 'n afname in brandstofverbruik, 'n groter oortolligheid, en dit maak dit moontlik om oorspronklike uitlegbesluite te neem. Hy het ook opgemerk dat die elektriese aandrywing die implementering van afstandsbediening en outonomie vereenvoudig.
Met betrekking tot die verdere ontwikkeling van die nodige tegnologieë, het hy opgemerk dat die dryfstelsels gereed is om die mark te betree met verbeterde kragelektronika (vir die bestuur van kragaandrywings), gebaseer op silikonkarbied halfgeleierbane. Dit is nodig om die hoogspanning waarop nuwe generasie elektriese stelsels werk, te beheer. Die direkteur van Magtec het opgemerk dat die 24 volt waarmee die meeste moderne stelsels werk, nou te laag is vir die hoofverbruikers van elektrisiteit (met die toename in spanning kan meer krag deur die kabels oorgedra word sonder om die stroom te veel te verhoog).
Een onderneming op die gebied, GE Aviation, het 'n kontrak van $ 2,1 miljoen gekry om elektronika van silikonkarbiedkrag te ontwikkel en te demonstreer. Na 'n ontwikkelingsprogram van 18 maande, word van die onderneming verwag om die voordele van sy FET-tegnologie van silikonkarbiedmetaaloksied in kombinasie met galliumnitrid-toestelle in 'n 15 kW, 28/600 volt tweerigting DC / DC-omskakelaar aan te toon.
Volgens die onderneming kan hierdie toerusting twee keer die krag hanteer, terwyl dit die helfte van die volume beslaan in vergelyking met die huidige silikon -kragelektronika, terwyl die omsetters parallel kan werk en geprogrammeer word volgens die CAN -standaard.
Die maatskappy ontwikkel 'n volgende-generasie voertuigkragargitektuur van TARDEC, wat dit 'n ontwrigtende tegnologie noem, en hoop dat 'n tegnologiedemonstrasie teen middel 2017 gereed sal wees.
Dubbele spoed
'N Ander deurbraaktegnologie is die DARPA Defense Advanced Research Projects Agency se projek vir grond-X-voertuigtegnologie (GXV-T), waarin elektriese stelsels 'n belangrike rol sal speel. Die doel van die projek is om die grootte, gewig en aantal van die bemanning van belowende gepantserde voertuie te halveer, hul spoed te verdubbel, die vermoë om 95% van die terrein te oorkom, asook om die tekens van sigbaarheid te verminder.
In Julie 2016 het DARPA 'n belegging van $ 2,7 miljoen aan Qinetiq gegee om die tegnologie van elektriese dryfstelsels vir die GXV-T-projek te verfyn. Die onderneming beskryf hierdie tegnologie as kompakte en uiters kragtige elektriese motors binne die wiele wat verskillende ratkaste, ewenaars en dryfasse vervang. Volgens die onderneming verminder hierdie benadering die totale gewig van die platform dramaties en bied nuwe ontwerpopsies oop wat die veiligheid en prestasie sal verbeter.
Qinetiq beklemtoon dat hierdie tegnologie, benewens die gebruik daarvan in nuwe konsepte, soos die GXV-T, ook die vermoëns van bestaande voertuie tydens herinrigting kan verbeter. Byvoorbeeld, 'n multi-wiel-infanterievoertuig wat opgegradeer is met naafaandrywing of motorwiele "kan baat by die groter krag en mobiliteit wat gewigsbesparing bied, of omgekeerd, hierdie besparings gebruik om die beskerming te verbeter, toerusting te installeer of die passasiersvermoë te verhoog."
Die belegging is gevolg deur 'n kontrak wat in September 2015 aangekondig is, waaronder die konsep in 'n werklike ontwerp vertaal en getoets sal word, waarna twee volledige werkende prototipes vervaardig sal word.
"Konvensionele aandrywers is redelik swaar, het 'n beperkte kapasiteit en bestaan uit komponente wat in dodelike projektiele kan verander as dit deur 'n myn ontplof word," het die navorsingshoof van Qinetiq gesê. "Deur die dryf na die wiele te skuif, verwyder hierdie bedreiging en breek die neiging dat voertuie swaarder en minder beweeglik word as gevolg van die verhoogde vlak van beskerming en die krag van wapens."
Bestaande masjiene kan ook baat by die elektrifisering van sub-stelsels sonder aandrywing. Die Duitse maatskappy Jenoptik gaan byvoorbeeld 126 elektriese rewolwer- en wapenstabiliseringstelsels voorsien vir die Poolse Leopard 2PL -tenkmodernisasieprogram. Volgens die maatskappy sal die elektriese stelsels die hidrouliese stelsels op die tenk vervang, waardeur onderhoud en hitteopwekking verminder word.
Aflewerings moet in 2017-2020 geskied ingevolge 'n kontrak van $ 23 miljoen wat in Oktober 2016 met die Bumar Labédy van Pole onderteken is. Dieselfde onderneming Bumar Labedy het in Februarie 2017 'n samewerkingsooreenkoms oor die modernisering van tenks met die Duitse maatskappy Rheinmetall onderteken.
Een van die aktiwiteite van Jenoptik is die ontwikkeling en vervaardiging van kompakte gestabiliseerde wapen- / sensorplatforms, dryfstelsels vir torings en wapens, en spieëls om die siglyn van gepantserde voertuie te stabiliseer.
Byvoorbeeld, 'n geweer- en rewolwerstelsel vir groot wapensisteme bestaan uit horisontale en vertikale geleide elektriese motors, wat die geweer in asimut en hoogte onderskeidelik stuur, afhangende van die seine van die hoof- en rugsteunbeheereenhede. Beide dryfkragte bevat borsellose sinchrone motors met 'n absolute posisie met 'n nulafstand tussen die uitset van elke motor en die getande sektor van die wapensamestelling.
Die stelsel, wat kan werk met 'n voedingsspanning van 28 en 610 volt DC, kan die geweer in elke vliegtuig gooi teen 'n spoed van tot 60 ° / s of stadiger as 0,2 mrad / s.
Die dryfbeheereenheid, in ooreenstemming met die insetseine van sensors, kontroles en 'n aktiewe sig, omskakel die kragtoevoer in 'n paar driefasestelsels, een vir elk van die rewolwer en wapenleiding, stabilisering en bedienende servomotors.
Volgens 'n verslag van die navorsingsfirma IDTechEx verlede jaar sal die wêreldwye elektrifiseringsmark vir voertuie $ 20 miljard werd wees. Hierdie groei, gedryf deur 'n toename in die aantal elektriese motorbeheerders per voertuig (aangesien stuur, vering en ander voorheen meganiese, pneumatiese en hidrouliese onderdele elektriese stelsels sal vervang), sal 'n tegnologiese basis vir die massamark bied en sodoende hul koste verlaag vir militêre voertuie.
