Konsumi në rritje i energjisë i sistemeve të automjeteve në bord u jep teknologjive të reja një shans për të shfrytëzuar mundësinë për të ndryshuar rrënjësisht fuqinë dhe lëvizshmërinë e automjeteve ushtarake në të ardhmen
Duke pasur parasysh se gjenerata e ardhshme e ushtrisë amerikane ka të ngjarë të ketë një termocentral hibrid, industria ka nevojë për një program në shkallë të gjerë në mënyrë që të mund të prezantojë teknologjitë e saj të energjisë, të cilat tashmë i ka zhvilluar (së bashku me modifikimet e pashmangshme), në pjesa më e madhe e automjeteve luftarake. Një mizë në vajin në këtë fuçi mjaltë, megjithatë, është se sipas planeve aktuale, ushtria planifikon të miratojë automjete të tilla rreth vitit 2035. Vendimet kryesore në lidhje me konfigurimin e tij ka shumë të ngjarë të mos merren para vitit 2025, nëse programet përkatëse nuk përshpejtohen në presidencën e Trump.
Nevojat e mëdha janë një nxitje e shkëlqyer për zhvillimin e teknologjive të reja, të cilat nga ana e tyre mund të japin zgjidhje për të përmbushur këto nevoja. Për shembull, kërkesa në rritje për energji elektrike në fushën e betejës kombinohet me nevojën për të zvogëluar barrën logjistike që lidhet me furnizimin me karburant, si dhe për të rritur aftësinë jashtë rrugës të forcave luftarake dhe forcave mbështetëse luftarake. E gjithë kjo është dëshmi bindëse në favor të miratimit të gjerë të njësive ndihmëse të energjisë, kontrolleve inteligjente të motorit dhe motorit hibrid elektrik dhe, si rezultat, një rritje të mprehtë të energjisë së gjeneruar për konsumatorët e jashtëm.
Tejkaloni inercinë
Me përvojë të gjerë në prodhimin e demonstruesve të teknologjisë së automjeteve hibride për struktura të ndryshme ushtarake dhe në prodhimin e autobusëve hibridë për sektorin civil, BAE Systems është e pozicionuar mirë për të vlerësuar saktësisht se ku është kjo teknologji sot dhe cilat janë perspektivat e saj. E njëjta gjë vlen edhe për DRS Technologies, e cila gjithashtu ka marrë pjesë në shumë projekte demonstruese. Tom Weaver, Drejtor Tregtar në DRS Network Computing and Test Solutions, tha se tregu është ende në zhvillim dhe se përfitimet e automjeteve elektrike ende nuk kanë kapërcyer inercinë e automjeteve tradicionale. Një inerci e tillë ka një ndikim negativ në përparimin e makinave të afta për të gjeneruar fuqinë e nevojshme për konsumatorët e jashtëm, pavarësisht nevojave që janë rritur "të paktën 100%" gjatë dekadës së fundit.
"DRS po punon me klientë të ndryshëm për të demonstruar makina me teknologji të reja të integruara në teste të ndryshme të performancës. Demonstratat e suksesshme dhe rishikimet pozitive të përdoruesve nuk çuan në vendosjen e automjeteve të tilla në trupa, për më tepër, kërkesat për to as nuk u zhvilluan. Por kërkesa megjithatë do të vazhdojë të rritet, veçanërisht për operacionet ekspeditive dhe automjetet e specializuara siç janë sistemet e armëve të drejtuara të energjisë."
DRS tani ofron një sistem energjie në bord për pajisjet e mesme taktike (MTV) dhe pajisjet HMMWV në formën e një gjeneratori integral të transmetimit të zhvilluar në bashkëpunim me Allison. Ky sistem, i instaluar në një kamion MTV, për shembull, gjeneron fuqi deri në 125 kW për sistemet në bord ose të jashtëm. Kompania gjithashtu prodhon sisteme të tjera të menaxhimit të energjisë për automjete të ndryshme. Inxhinieri kryesor Andrew Rosenfield i BAE Systems, i cili gjithashtu merret me sisteme të tilla, beson se nuk ka gjasa që automjetet thjesht elektrike të luajnë një rol të madh në luftimet tokësore, kryesisht për shkak të problemeve me rimbushjen e baterive.
"Ndërsa teknologjia e fuqisë për funksionimin plotësisht elektrik është e vendosur, problemi i karburantit mund të parandalojë që automjetet thjesht elektrike të mos vihen në veprim," vazhdoi ai. "Në fund të fundit, nafta është e disponueshme kudo në botë, ndërsa gjetja e një stacioni të rimbushjes së baterive në shkretëtirë është shumë e vështirë, por edhe nëse e gjeni, pritja tetë orë që ata të ngarkohen plotësisht ndoshta nuk është e realizueshme."
Weaver u pajtua se makinat hibride ka të ngjarë të mbizotërojnë, duke përmendur gjithashtu kufizimet e infrastrukturës së karikimit të pastër të makinave elektrike dhe kudo në karburantin e naftës me naftë dhe JP8. Sidoqoftë, Rosenfield theksoi se automjetet thjesht elektrike mund të luajnë një rol të madh në bazat ushtarake, pasi ato mund të lëvizin mallra, siç ndodh në fabrikat moderne ose në aeroporte (traktorë të aeroportit). "Makinat e qelizave të karburantit ka shumë të ngjarë të jenë në gjendje të kryejnë detyra të tilla, pasi ato kanë nevojë për qasje falas në rezervat e hidrogjenit," tha ai.
Weaver beson se ka një rrugë të vështirë përpara automjeteve me qeliza karburanti. "Së pari, nuk ka ende një infrastrukturë të gazit hidrogjen, dhe do të ketë një mosbesim të caktuar në vendosjen e karburantit të ri. Rruga e automjeteve të tilla do të fillojë me operacione ekspeditive të organizuara mirë."
Modelet hibride janë gjithashtu më të sofistikuara sesa modelet thjesht elektrike dhe kanë disa veçori që i bëjnë ato më tërheqëse sesa makinat thjesht elektrike dhe konvencionale të drejtuara nga fuqia. “Së pari, platformat hibride elektrike përdorin të njëjtën lëndë djegëse si automjetet tradicionale me naftë. Së dyti, çift rrotullues me shpejtësi të ulët është ideal për një makinë që udhëton mbi terren të ashpër ose ngjitet në një shpat shumë të pjerrët."
Ai shtoi se aftësia për të gjeneruar sasi të mëdha të energjisë elektrike në bord po bëhet gjithnjë e më e rëndësishme pasi aftësitë e reja të tilla si komunikimet dhe sistemet e armëve që përdorin lazer të fuqishëm janë vendosur. Aftësia për të eksportuar këtë energji është gjithashtu një avantazh i madh, pasi këto makina mund të furnizojnë me energji zonat e populluara dhe spitalet, sistemet e tyre të energjisë të të cilëve janë dëmtuar nga dëmtimet luftarake ose fatkeqësitë natyrore.
"Së fundi, kostot e reduktuara të funksionimit dhe mirëmbajtjes të shoqëruara me kursime të konsiderueshme të karburantit dhe besueshmëri më të madhe i bëjnë automjetet elektrike hibride një zgjedhje të zgjuar dhe afatgjatë."
Siç vuri në dukje Weaver, kërkesa për energji elektrike në automjetet luftarake nuk ka rënë kurrë, ato do të rriten vetëm nga viti në vit. "Sistemet më të reja funksionale kërkojnë gjithnjë e më shumë energji nga platforma e transportuesit, si dhe azhurnime të vazhdueshme të sistemeve të prodhimit dhe shpërndarjes së energjisë të automjeteve aktuale."
“Pasi të keni shtuar veçori të tilla si lëvizja e heshtur, radari, komunikimet e avancuara, bllokimi i sinjalit dhe forca të blinduara ose armatime elektromagnetike, platforma bie prapa dhe bëhet e pakontrollueshme pa kaluar në një skemë elektrike hibride. Në dekadën e ardhshme, për të gjitha automjetet luftarake, një nga komponentët më të rëndësishëm do të jetë aftësia për të gjeneruar sasi të mëdha të energjisë elektrike në bord.
"Automjetet me energji elektrike duhet të bëjnë punën e tyre po aq mirë, apo edhe më mirë se sa homologët e tyre tradicionalë mekanikë," vazhdoi ai. "Jo vetëm që sistemet e motorizuara janë dukshëm më të thjeshta dhe kanë më pak pjesë lëvizëse sesa sistemet e motorizuara, por ato shpesh kanë një nivel çuditërisht të mirë të tepricës, duke i bërë ato më të besueshme. Për shembull, shumica e transmetimeve elektrike tërthore mund të funksionojnë normalisht me një motor të vetëm që ka dështuar."
Weaver tha se teknologjitë kryesore të edukuara në transportin publik janë tashmë në vend dhe gati për të hyrë në treg. "Përdorimi i gjerë i qarqeve hibride dhe elektrike, veçanërisht në autobusët dhe tramvajet ndërqytetas, ka çuar në zhvillimin e kontrollorëve motorikë, invertorëve dhe konvertuesve që janë afër asaj që i nevojitet ushtrisë," tha ai. "Të gjitha nevojat e industrisë janë klientë të gatshëm të paguajnë për procesin e kualifikimit, si dhe mjaftueshëm për të mbajtur koston poshtë."
Ndërkohë, puna për demonstratën vazhdon. General Motors (GM) në AUSA në Tetor 2016 tregoi një version "gati për të shkuar" të automjetit të tij të qelizave të karburantit Chevrolet Colorado ZH2, i cili bazohet në një shasi kamionçinë të zgjatur me madhësi të mesme. Sipas planit, Colorado ZH2, me ndihmën e Qendrës Kërkimore të Armatosur TARDEC, do t'i nënshtrohet një sërë testesh ushtarake "në kushte ekstreme të funksionimit" gjatë vitit 2017.
Ishte një program i përshpejtuar. GM dhe TARDEC punuan së bashku për të krijuar një demonstrim në më pak se një vit pas nënshkrimit të kontratës. "Shpejtësia me të cilën idetë novatore mund të demonstrohen dhe vlerësohen është shumë e lartë, kjo është arsyeja pse lidhjet e industrisë janë kaq të rëndësishme për ushtrinë," tha Drejtori i TARDEC Paul Rogers. "Qelizat e karburantit kanë potencialin për të rritur ndjeshëm aftësitë e automjeteve ushtarake përmes funksionimit të qetë, gjenerimit të energjisë për konsumatorët e jashtëm dhe çift rrotullues të qëndrueshëm - të gjitha këto avantazhe e bëjnë këtë teknologji të eksploruar më nga afër."
"ZH2 i mundëson ushtrisë të demonstrojë dhe vlerësojë gatishmërinë e teknologjisë së qelizave të karburantit për aplikime ushtarake, ndërsa në të njëjtën kohë t'i përgjigjet pyetjes se sa të dobishme mund të jenë automjetet elektrike të qelizave të karburantit në kushte të caktuara dhe në misione të caktuara luftarake," tha Doug Hallo, zëdhënës i TARDEC.
Përfitimet e parashikuara që TARDEC duhet të vlerësojë përfshijnë funksionimin pothuajse të heshtur që lejon mbikëqyrje të heshtur, nënshkrime të reduktuara termike, çift rrotullues të lartë të rrotave me të gjitha shpejtësitë, konsum të ulët të karburantit në të gjithë gamën e funksionimit dhe ujë të pijshëm si një nënprodukt kimik. Proceset që ndodhin në qelizat e karburantit Me Colorado ZH2 ka një ngritje energjie në bord për konsumatorët e jashtëm.
Sistemi shtytës bazohet në qelizat e karburantit të membranës së shkëmbimit të protoneve të afta për të gjeneruar deri në 93 kW rrymë direkte, dhe një bateri që siguron 35 kW të tjera për sistemin shtytës dhe ngarkohet gjatë frenimit rigjenerues. Kjo është ajo që shpjegon Menaxheri i Projektit ZH2 i GM, Christopher Kolkit.
"Tanket e automjetit mbajnë rreth 4.2 kg hidrogjen të ngjeshur në 10,000 psi, që është më shumë se 689 herë presioni atmosferik. Ajri atmosferik është një burim oksigjeni i kërkuar për procesin elektrokimik, si rezultat i të cilit gjenerohet energjia elektrike e kërkuar; lëshohet vetëm avulli i ujit, "vuri në dukje ai.
Për të gjitha sistemet e drejtimit elektrik, shpërndarja e energjisë nga burimi tek rrotat është më e lehtë sesa me automjetet tradicionale. "ZH2 nuk ka një transmetim në kuptimin e zakonshëm të fjalës. Një motor tërheqës AC me një kuti ingranazhi me një fazë transferon çift rrotullues direkt në kutinë e transferimit dhe sistemin me katër rrota, "shpjegoi Kolkit.
Infrastruktura portative
Përmes këtij programi, Qendra TARDEC po eksploron atë që mund të jetë të paktën një zgjidhje e pjesshme për problemin e disponueshmërisë së hidrogjenit (infrastrukturës). Zgjidhja e tij këtu favorizohet nga fakti se ky element kimik mund të prodhohet në mënyra të ndryshme nga burime të ndryshme. Sipas përfaqësuesit të Qendrës TARDEC, në fazën fillestare të punës në projektin ZH2, ideja është që të merret hidrogjen i ngjeshur gjatë reformimit të vajgurit të aviacionit JP8 në një reformator portativ, i cili do të zhvendoset në çdo vend testimi së bashku me makinë, sepse kjo do të rrisë numrin e zgjidhur në këtë fazë të detyrave.
"Ne aktualisht po kërkojmë të krijojmë një reformator që mund të përdorë një sërë burimesh të disponueshme në vend, të tilla si gaz natyror, karburant avioni JP8, naftë DP2 ose propan, për të prodhuar hidrogjen," tha ai. - Rrjetet elektrike lokale, duke përfshirë burimet e mundshme të energjisë së rinovueshme, së bashku me burimet e ujit, gjithashtu mund të përdoren për prodhimin e hidrogjenit. Kjo do t'i lejojë ushtrisë të zvogëlojë sasinë e karburantit që sillet në një teatër specifik të operacioneve dhe të mbështetet në atë që është në dispozicion në atë teatër."
Pavarësisht nëse janë bateritë, qelizat e karburantit ose termocentralet e përziera me naftë si lëvizës kryesor, shndërrimi i rrymës elektrike në shtytje përpara kërkon lëvizje elektrike të besueshme dhe efikase. Kompania britanike Magtec prodhon sisteme elektrike të drejtimit për tregjet hapësinore, detare dhe automobilistike, duke ofruar, për shembull, disa mundësi për konvertimin e kamionëve komercialë me sisteme të reja shtytëse.
Sidoqoftë, kompania gjithashtu zhvilloi motorë të plotë për platforma të gjurmuara dhe me rrota për të demonstruar teknologji hibride të prodhuara nga BAE Systems Hagglunds për agjencitë britanike dhe suedeze të mbrojtjes në fillim të viteve 2000.
Për platformat SEP (Splitterskydd EnhetsPlattform), të dyja me rrota 6x6 dhe të gjurmuara, kompania ka zhvilluar motorë shpërndarës në rrota (rrota me motor), duke përfshirë një ingranazh reduktimi me dy faza dhe sistem frenimi në secilën, gjeneratorë binjakë, pajisje kontrolli dhe shpërndarje të energjisë Me Për SEP, ajo gjithashtu zhvilloi, instaloi dhe testoi softuer për të kontrolluar funksionet kryesore si shpërndarja e energjisë, kontrolli i tërheqjes, kyçjet diferenciale elektronike dhe drejtimi që lejon makinën të kthehet në vend. Për më tepër, ky sistem plotëson të gjitha rregulloret ushtarake EMC dhe mjedisin.
Shefi ekzekutiv i Magtec tha se ai sheh një potencial të mirë rritjeje për automjetet elektrike me gamë të zgjeruar për misione mbështetëse luftarake. Në të njëjtën kohë, teknologjitë e reja kontribuojnë në një përmirësim të ndjeshëm të lëvizshmërisë, një rënie të konsumit të karburantit, tepricë më të madhe, plus ato lejojnë marrjen e vendimeve origjinale të paraqitjes. Ai gjithashtu vuri në dukje se shtytja elektrike thjeshton zbatimin e funksionimit në distancë dhe autonominë.
Lidhur me zhvillimin e mëtejshëm të teknologjive të nevojshme, ai vuri në dukje se sistemet e vozitjes janë gati të hyjnë në treg me pajisje elektronike të përmirësuara (për kontrollimin e disqeve të energjisë) të bazuara në qarqet gjysmëpërçuese të karbit silikonit. Ato janë të nevojshme për të kontrolluar tensionin e lartë mbi të cilin funksionojnë sistemet elektrike të gjeneratës së re. Drejtori i Magtec vuri në dukje se 24 volt në të cilat funksionojnë shumica e sistemeve moderne tani janë shumë të ulëta për konsumatorët kryesorë të energjisë elektrike (rritja e tensionit lejon që më shumë energji të transmetohet përmes kabllove pa rritur tej mase fuqinë).
Një kompani në këtë fushë, GE Aviation, ka fituar një kontratë prej 2.1 milion dollarësh për të zhvilluar dhe demonstruar elektronikë të fuqisë së karabit të silikonit. Pas një programi zhvillimor 18-mujor, kompania pritet të demonstrojë përfitimet e teknologjisë së saj të oksidit të karabit të silikonit FET të kombinuar me pajisjet e nitridit të galiumit në një konvertues DC / DC dydrejtimësh 15 kW, 28/600 volt.
Sipas kompanisë, kjo pajisje mund të përballojë dyfishin e fuqisë, ndërsa zë gjysmën e vëllimit në krahasim me elektronikën aktuale të silikonit, ndërsa konvertuesit do të jenë në gjendje të punojnë paralelisht dhe të programohen në përputhje me standardin CAN.
Kompania po zhvillon një arkitekturë të fuqisë së automjeteve të gjeneratës së ardhshme nga TARDEC, duke e quajtur atë një teknologji përçarëse dhe shpreson që një demonstrim teknologjie të jetë gati deri në mesin e vitit 2017.
Shpejtësi e dyfishtë
Një tjetër teknologji e përparuar është projekti i DARPA Defense Advanced Research Projects Agency's Ground X-Vehicle Technology (GXV-T), në të cilin sistemet elektrike do të luajnë një rol të rëndësishëm. Qëllimi i projektit është të përgjysmojë madhësinë, peshën dhe numrin e ekuipazhit të automjeteve të blinduara premtuese, të dyfishojë shpejtësinë e tyre, aftësinë për të kapërcyer 95% të terrenit, si dhe të zvogëlojë shenjat e dukshmërisë.
Në korrik 2016, DARPA i dha Qinetiq një investim prej 2.7 milion dollarë për të përsosur teknologjinë e sistemeve të lëvizjes elektrike për projektin GXV-T. Kompania e përshkruan këtë teknologji si motorë elektrikë kompakt dhe jashtëzakonisht të fuqishëm brenda rrotave që zëvendësojnë kuti ingranazhesh të ndryshme, diferencialë dhe boshte lëvizëse. Kjo qasje, tha kompania, zvogëlon në mënyrë dramatike peshën e përgjithshme të platformës dhe hap opsione të reja të projektimit që do të përmirësojnë sigurinë dhe performancën.
Qinetiq thekson se përveç përdorimit të tij në koncepte të reja, siç është GXV-T, kjo teknologji mund të rrisë aftësitë e automjeteve ekzistuese gjatë rindërtimit. Për shembull, një automjet këmbësorie me shumë rrota i azhurnuar me nyje ose rrota motorike "mund të përfitojë nga rritja e fuqisë dhe lëvizshmërisë që siguron kursimi i peshës, ose anasjelltas, përdorimi i këtyre kursimeve për të përmirësuar mbrojtjen, instalimin e pajisjeve ose rritjen e kapacitetit të udhëtarëve."
Investimi u pasua nga një kontratë, e shpallur në shtator 2015, sipas së cilës koncepti do të përkthehet në një dizajn të vërtetë dhe do të testohet, pas së cilës do të prodhohen dy prototipe të plota pune.
"Aktivistët konvencionalë janë mjaft të rëndë, kanë kapacitet të kufizuar dhe përbëhen nga përbërës që mund të kthehen në predha vdekjeprurëse nëse shpërthejnë nga një minë," tha kreu i kërkimit në Qinetiq, duke komentuar kontratën. "Lëvizja e disqeve në rrota heq këtë kërcënim dhe prish tendencën që automjetet të bëhen më të rënda dhe më pak të lëvizshme për shkak të rritjes së nivelit të mbrojtjes dhe fuqisë së armëve."
Makinat ekzistuese gjithashtu mund të përfitojnë nga elektrifikimi i nënsistemeve jo shtytëse. Për shembull, kompania gjermane Jenoptik do të furnizojë 126 frëngji elektrike dhe sisteme të stabilizimit të armëve për programin e modernizimit të tankeve Leopard 2PL polake. Sipas kompanisë, sistemet elektrike do të zëvendësojnë sistemet hidraulike në rezervuar, duke zvogëluar kështu mirëmbajtjen dhe prodhimin e nxehtësisë.
Dërgesat do të bëhen në 2017-2020 sipas një kontrate 23 milion dollarë të nënshkruar me Bumar Labédy të Polonisë në Tetor 2016. E njëjta kompani Bumar Labedy nënshkroi një marrëveshje bashkëpunimi për modernizimin e tankeve me kompaninë gjermane Rheinmetall në shkurt 2017.
Një nga aktivitetet e Jenoptik është zhvillimi dhe prodhimi i platformave kompakte të stabilizuara të armëve / sensorëve, sistemeve të drejtimit të kullave dhe armëve dhe pasqyrave për stabilizimin e pamjes së automjeteve të blinduara.
Për shembull, një sistem lëvizës me armë dhe frëngji për sistemet e mëdha të armëve përbëhet nga motorë elektrikë udhëzues horizontalë dhe vertikalë, të cilët drejtojnë armën në azimuth dhe lartësi, përkatësisht, në varësi të sinjaleve të njësive kryesore të kontrollit dhe rezervës. Të dy disqet përfshijnë pozicionimin absolut të motorëve sinkron pa furça me hapësirë zero midis ingranazheve dalëse të secilit motor dhe sektorit të dhëmbëzuar të montimit të armëve.
Sistemi, i aftë të funksionojë me një tension furnizimi prej 28 dhe 610 volt DC, mund të hedhë armën në çdo aeroplan me një shpejtësi deri në 60 ° / s ose më ngadalë se 0.2 mrad / s.
Njësia e kontrollit të makinës, në përputhje me sinjalet e dhëna nga sensorët, kontrollet dhe një pamje aktive, transformon furnizimin me energji elektrike në një palë sistemesh trefazore, një për secilën nga udhëzimet e frëngjisë dhe armëve, stabilizimin dhe aktivizimin e servomotorëve.
Tregu global i elektrifikimit të automjeteve do të jetë me vlerë 300 miliardë dollarë deri në vitin 2026, sipas një raporti të firmës kërkimore IDTechEx vitin e kaluar. Kjo rritje, e nxitur nga një rritje e numrit të kontrolluesve të motorëve elektrikë për automjet (pasi drejtimi, pezullimi dhe pjesët e tjera më parë mekanike, pneumatike dhe hidraulike do të zëvendësojnë sistemet elektrike), do të sigurojë një bazë teknologjike për tregun masiv, duke ulur kështu koston e tyre për automjetet ushtarake.
