Yerleşik araç sistemlerinin artan enerji tüketimi, yeni teknolojilere gelecekte askeri araçların gücünü ve hareketliliğini kökten değiştirme fırsatını yakalama şansı veriyor
Amerikan ordusunun yeni neslinin muhtemelen hibrit bir enerji santraline sahip olacağı düşünüldüğünde, endüstrinin halihazırda geliştirdiği enerji teknolojilerini (kaçınılmaz değişikliklerle birlikte) piyasaya sunabilmesi için büyük ölçekli bir programa ihtiyacı var. savaş araçlarının büyük kısmı. Bununla birlikte, bu bal fıçısındaki merhemdeki bir sinek, mevcut planlara göre ordunun 2035 civarında bu tür araçları benimsemeyi planlamasıdır. İlgili programlar Trump başkanlığına hızlandırılmadıkça, yapılandırmasıyla ilgili önemli kararlar büyük olasılıkla 2025'ten önce alınmayacaktır.
Büyük ihtiyaçlar, bu ihtiyaçları karşılamak için çözümler sağlayabilecek yeni teknolojilerin geliştirilmesi için mükemmel bir teşviktir. Örneğin, savaş alanında artan elektrik enerjisi talebi, yakıt ikmali ile ilişkili lojistik yükü azaltmanın yanı sıra muharebe kuvvetlerinin ve muharebe destek kuvvetlerinin arazi kabiliyetini artırma ihtiyacı ile birleşiyor. Tüm bunlar, yardımcı güç ünitelerinin, akıllı motor kontrollerinin ve hibrit elektrikli tahrikin yaygın olarak benimsenmesi ve bunun sonucunda harici tüketiciler için üretilen güçte keskin bir artış lehine ikna edici kanıtlardır.
Ataletin üstesinden gelmek
Çeşitli askeri yapılar için hibrit araç teknolojisi göstericilerinin üretiminde ve sivil sektör için hibrit otobüslerin üretiminde geniş deneyime sahip olan BAE Systems, bu teknolojinin bugün tam olarak nerede olduğunu ve beklentilerinin neler olduğunu değerlendirmek için iyi bir konumdadır. Aynısı, birçok tanıtım projesinde yer almış olan DRS Technologies için de geçerlidir. DRS Network Computing and Test Solutions Ticari Direktörü Tom Weaver, pazarın hala gelişmekte olduğunu ve elektrikli araçların faydalarının geleneksel araçların ataletinin üstesinden gelmediğini söyledi. Bu atalet, son on yılda "en az %100" artan ihtiyaçlara rağmen, harici tüketiciler için gerekli gücü üretebilen makinelerin gelişimi üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir.
“DRS, çeşitli performans testlerinde entegre yeni teknolojilere sahip makineleri göstermek için farklı müşterilerle birlikte çalışıyor. Başarılı gösteriler ve olumlu kullanıcı incelemeleri, bu tür araçların birliklerde konuşlandırılmasına yol açmadı, ayrıca onlar için gereksinimler bile geliştirilmedi. Ancak, özellikle seferi operasyonları ve yönlendirilmiş enerji silah sistemleri gibi özel araçlar için talep yine de artmaya devam edecek.”
DRS şimdi Orta Taktik Araç (MTV) ve HMMWV ekipmanı için Allison ile işbirliği içinde geliştirilen Transmisyon Integral Jeneratör formunda yerleşik bir güç sistemi sunuyor. Örneğin bir MTV kamyonuna kurulan bu sistem, yerleşik veya harici sistemler için 125 kW'a kadar güç üretir. Şirket ayrıca çeşitli araçlar için başka enerji yönetim sistemleri de üretmektedir. Bu tür sistemlerle de ilgilenen BAE Systems'in baş mühendisi Andrew Rosenfield, esas olarak pillerin yeniden şarj edilmesiyle ilgili sorunlar nedeniyle, tamamen elektrikli araçların kara savaşında önemli bir rol oynamasının olası olmadığına inanıyor.
"Tamamen elektrikli çalışma için güç aktarma teknolojisi iyi kurulmuş olsa da, yakıt ikmali sorunu tamamen elektrikli araçların faaliyete geçmesini engelleyebilir" diye devam etti. "Sonuçta dünyanın her yerinde dizel var, çölde bir akü şarj istasyonu bulmak çok zor, ancak bulsanız bile, tam olarak şarj olmaları için sekiz saat beklemek muhtemelen mümkün değil."
Weaver, temiz elektrikli araç şarj altyapısının sınırlamalarından ve dizel ve JP8 jet yakıtının her yerde bulunmasından da bahsederek, hibrit otomobillerin büyük olasılıkla üstün olacağı konusunda hemfikirdi. Ancak Rosenfield, modern fabrikalarda veya havaalanlarında olduğu gibi (hava alanı traktörleri) olduğu gibi, tamamen elektrikli araçların askeri üslerde de büyük bir rol oynayabileceğini vurguladı. "Yakıt hücreli makineler, hidrojen rezervlerine ücretsiz erişime ihtiyaç duydukları için büyük olasılıkla bu tür görevleri yerine getirebilirler" dedi.
Weaver, yakıt hücreli araçların önünde zorlu bir yol olduğuna inanıyor. “Birincisi, henüz bir hidrojen gazı altyapısı yok ve yeni yakıtın dağıtımında belirli bir güvensizlik olacak. Bu tür araçların yolu iyi organize edilmiş seferi operasyonlarıyla başlayacak."
Hibrit tasarımlar ayrıca tamamen elektrikli tasarımlardan daha karmaşıktır ve onları tamamen elektrikli ve geleneksel güçle çalışan makinelerden daha çekici kılan çeşitli özelliklere sahiptir. “Birincisi, hibrit elektrikli platformlar, geleneksel dizel araçlarla aynı yakıtı kullanıyor. İkincisi, düşük devirli tork, engebeli arazide seyahat eden veya çok dik bir yokuşu tırmanan bir makine için idealdir."
Güçlü lazerler kullanan iletişim ve silah sistemleri gibi yeni yeteneklerin konuşlandırılmasıyla birlikte, gemide büyük miktarda elektrik üretme yeteneğinin giderek daha önemli hale geldiğini de sözlerine ekledi. Bu makineler, kendi güç sistemleri savaş hasarı veya doğal afet nedeniyle hasar görmüş nüfuslu bölgelere ve hastanelere güç sağlayabildiğinden, bu enerjiyi ihraç etme yeteneği de büyük bir avantajdır.
"Son olarak, önemli miktarda yakıt tasarrufu ve daha fazla güvenilirlik ile ilişkili azalan işletme ve bakım maliyetleri, hibrit elektrikli araçları akıllı ve uzun vadeli bir seçim haline getiriyor."
Weaver'ın belirttiği gibi, savaş araçlarındaki elektrik enerjisi talebi hiç azalmadı, sadece yıldan yıla artacak. "Daha yeni işlevsel sistemler, taşıyıcı platformdan giderek daha fazla güç ve mevcut araçların güç üretimi ve dağıtım sistemlerinde sürekli yükseltmeler gerektiriyor."
“Sessiz hareket, radar, gelişmiş iletişim, sinyal karıştırma ve elektromanyetik zırh veya silah gibi özellikler eklediğinizde, platform geride kalıyor ve hibrit bir elektrik düzenine geçmeden yönetilemez hale geliyor. Önümüzdeki on yılda, tüm savaş araçları için en önemli bileşenlerden biri, gemide büyük miktarda elektrik üretme yeteneği olacak."
“Elektrikle çalışan araçlar, işlerini geleneksel mekanik muadilleri kadar iyi, hatta onlardan daha iyi yapmak zorunda” diye devam etti. "Motorlu sistemler, motorlu sistemlerden önemli ölçüde daha basit ve daha az hareketli parçaya sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda şaşırtıcı derecede iyi bir yedeklilik düzeyine sahipler ve bu da onları daha güvenilir hale getiriyor. Örneğin, enine elektrik iletimlerinin çoğu, arızalı tek bir motorla normal şekilde çalışabilir."
Weaver, toplu taşımada geliştirilen temel teknolojilerin zaten yerinde ve pazara girmeye hazır olduğunu söyledi. Özellikle şehirlerarası otobüs ve tramvaylarda hibrit ve elektrik devrelerinin yaygınlaşması, askeri ihtiyaçlara yakın motor kontrolörleri, invertörler ve dönüştürücülerin geliştirilmesine yol açmıştır” dedi. "Sektörün tüm ihtiyaçları, kalifikasyon süreci için ödeme yapmaya istekli ve aynı zamanda maliyeti düşük tutacak müşterilerdir."
Bu arada gösteri için çalışmalar devam ediyor. Ekim 2016'da AUSA'da General Motors (GM), Chevrolet Colorado ZH2 yakıt hücreli aracının uzun orta boy bir kamyonet şasisine dayanan “kullanıma hazır” bir versiyonunu sergiledi. Programa göre, Colorado ZH2, TARDEC Zırhlı Araştırma Merkezi'nin yardımıyla, 2017 boyunca "aşırı çalışma koşullarında" bir dizi askeri teste tabi tutulacak.
Hızlandırılmış bir programdı. GM ve TARDEC, sözleşmeyi imzaladıktan sonra bir yıldan kısa bir süre içinde bir demo oluşturmak için birlikte çalıştı. TARDEC Direktörü Paul Rogers, “Yenilikçi fikirlerin gösterilip değerlendirilebileceği hız çok yüksek, bu yüzden endüstri bağları ordu için çok önemli” dedi. "Yakıt hücreleri, sessiz çalışma, harici tüketiciler için güç üretimi ve istikrarlı tork yoluyla askeri araçların yeteneklerini önemli ölçüde artırma potansiyeline sahip - tüm bu avantajlar, bu teknolojinin daha yakından keşfedilmesini sağlıyor."
Doug Hallo, "ZH2, ordunun yakıt hücresi teknolojisinin askeri uygulamalar için hazır olup olmadığını göstermesini ve değerlendirmesini sağlarken, aynı zamanda yakıt hücreli elektrikli araçların belirli koşullarda ve belirli savaş görevlerinde ne kadar yararlı olabileceği sorusunu yanıtlıyor" dedi. TARDEC'in sözcüsü.
TARDEC'in değerlendirmesi gereken beklenen faydalar arasında sessiz gözetime izin veren neredeyse sessiz çalışma, azaltılmış termal imzalar, tüm hızlarda yüksek tekerlek torku, tüm çalışma aralığı boyunca düşük yakıt tüketimi ve kimyasal bir yan ürün olarak içme suyu bulunur.. Colorado ZH2, harici tüketiciler için yerleşik bir PTO'ya sahiptir.
Tahrik sistemi, 93 kW'a kadar doğru akım üretebilen proton değişim membranlı yakıt hücrelerine ve tahrik sistemi için başka bir 35 kW sağlayan ve rejeneratif frenleme sırasında şarj edilen bir bataryaya dayanmaktadır. GM'nin ZH2 Proje Yöneticisi Christopher Kolkit bunu açıklıyor.
“Aracın tankları, atmosfer basıncının 689 katından fazla olan 10.000 psi'de yaklaşık 4,2 kg sıkıştırılmış hidrojen tutar. Atmosferik hava, elektrokimyasal işlem için gerekli olan ve bunun sonucunda gerekli elektriğin üretildiği bir oksijen kaynağıdır; sadece su buharı açığa çıkıyor” dedi.
Tüm elektrikli tahrik sistemleri için, enerjinin kaynaktan tekerleklere iletilmesi geleneksel araçlara göre daha kolaydır. “ZH2, kelimenin genel anlamıyla bir şanzımana sahip değil. Tek kademeli şanzımana sahip bir AC çekiş motoru, torku doğrudan transfer kutusuna ve dört tekerlekten çekiş sistemine aktarır”diye açıkladı Kolkit.
Taşınabilir altyapı
Bu program aracılığıyla, TARDEC Merkezi ayrıca hidrojen mevcudiyeti (altyapı) sorununa en azından kısmi bir çözümün ne olabileceğini araştırıyor. Buradaki çözümü, bu kimyasal elementin farklı kaynaklardan çeşitli şekillerde üretilebilmesi gerçeğinden yanadır. TARDEC Merkezi temsilcisine göre, ZH2 projesi üzerindeki çalışmanın ilk aşamasında, fikir, havacılık gazyağı JP8'in yeniden yapılandırılması sırasında, her test sahasına taşınacak olan taşınabilir bir reformerde sıkıştırılmış hidrojen elde etmektir. çünkü bu, görevlerin bu aşamasında çözülenlerin sayısını artıracaktır.
“Şu anda hidrojen üretmek için doğal gaz, JP8 jet yakıtı, DF2 dizel veya propan gibi yerel olarak mevcut çeşitli kaynakları kullanabilen bir reformcu yaratmaya çalışıyoruz” dedi. - Su kaynakları ile birlikte muhtemelen yenilenebilir enerji kaynakları da dahil olmak üzere yerel elektrik şebekeleri de hidrojen üretimi için kullanılabilir. Bu, ordunun belirli bir harekat alanına getirilen yakıt miktarını azaltmasına ve o harekat alanında mevcut olana güvenmesine izin verecektir.
Ana taşıyıcı olarak piller, yakıt hücreleri veya karma dizel-elektrik santralleri olsun, elektrik akımını ileri itiş gücüne dönüştürmek için güvenilir ve verimli elektrikli tahrikler gerekir. İngiliz Magtec şirketi havacılık, denizcilik ve otomotiv pazarları için elektrikli tahrik sistemleri üretiyor ve örneğin ticari kamyonları yeni tahrik sistemleriyle dönüştürmek için çeşitli seçenekler sunuyor.
Bununla birlikte şirket, 2000'lerin başında İngiliz ve İsveç savunma teşkilatları için BAE Systems Hagglunds tarafından üretilen hibrit teknolojileri göstermek için paletli ve tekerlekli platformlar için eksiksiz güç aktarma organları da geliştirdi.
Şirket, hem tekerlekli 6x6 hem de paletli SEP (Splitterskyddad EnhetsPlattform) platformları için, her birinde iki aşamalı bir redüksiyon dişlisi ve fren sistemi, ikiz jeneratörler, kontrol ekipmanı ve güç dağıtımı dahil olmak üzere tekerlek içi göbek motorları (motor tekerlekleri) geliştirdi.. SEP için ayrıca güç dağıtımı, çekiş kontrolü, elektronik diferansiyel kilitleri ve makinenin yerinde dönmesini sağlayan direksiyon gibi temel işlevleri kontrol etmek için yazılım geliştirdi, kurdu ve test etti. Ayrıca bu sistem tüm askeri EMC ve çevre yönetmeliklerine uygundur.
Magtec'in CEO'su, savaş destek misyonları için genişletilmiş menzile sahip elektrikli araçlar için iyi bir büyüme potansiyeli gördüğünü söyledi. Aynı zamanda, yeni teknolojiler mobilitede önemli bir gelişmeye, yakıt tüketiminde azalmaya, daha fazla yedekliliğe katkıda bulunur ve ayrıca orijinal yerleşim kararlarının alınmasına izin verir. Ayrıca, elektrikli tahrikin uzaktan çalıştırma ve özerkliğin uygulanmasını basitleştirdiğini de kaydetti.
Gerekli teknolojilerin daha da geliştirilmesi ile ilgili olarak, sürücü sistemlerinin, silikon karbür yarı iletken devrelerine dayalı geliştirilmiş güç elektroniği (güç sürücülerini kontrol etmek için) ile pazara girmeye hazır olduğunu kaydetti. Yeni nesil elektrik sistemlerinin çalıştığı yüksek voltajı kontrol etmek için gereklidirler. Magtec müdürü, çoğu modern sistemin çalıştığı 24 voltun artık ana elektrik tüketicileri için çok düşük olduğuna dikkat çekti (voltajdaki artış, amperi aşırı derecede artırmadan kablolar aracılığıyla daha fazla güç iletilmesine izin veriyor).
Alandaki bir şirket olan GE Aviation, silikon karbür güç elektroniği geliştirmek ve göstermek için 2.1 milyon dolarlık bir sözleşme kazandı.18 aylık bir geliştirme programının ardından şirketin, 15 kW, 28/600 volt çift yönlü DC / DC dönüştürücüde galyum nitrür cihazlarıyla birleştirilmiş silisyum karbür metal oksit FET teknolojisinin faydalarını göstermesi bekleniyor.
Şirkete göre, bu ekipman, mevcut silikon güç elektroniğine kıyasla hacmin yarısını kaplarken, iki katı gücü işleyebilirken, dönüştürücüler paralel olarak çalışabilecek ve CAN standardına göre programlanabilecek.
Şirket, TARDEC'ten yeni nesil bir araç güç mimarisi geliştiriyor ve buna yıkıcı bir teknoloji diyor ve bir teknoloji gösteriminin 2017'nin ortasına kadar hazır olacağını umuyor.
Çift hız
Bir diğer çığır açan teknoloji, DARPA Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı'nın, elektrik sistemlerinin önemli bir rol oynayacağı Kara X-Araç Teknolojisi (GXV-T) projesidir. Projenin amacı, gelecek vaat eden zırhlı araçların mürettebatının boyutunu, ağırlığını ve sayısını yarıya indirmek, hızlarını iki katına çıkarmak, arazinin% 95'ini aşma kabiliyetinin yanı sıra görünürlük belirtilerini azaltmaktır.
Temmuz 2016'da DARPA, Qinetiq'e GXV-T projesi için elektrikli tahrik sistemleri teknolojisini geliştirmek için 2,7 milyon dolarlık bir yatırım verdi. Şirket, bu teknolojiyi çeşitli dişli kutuları, diferansiyeller ve tahrik millerinin yerini alan tekerleklerin içindeki kompakt ve son derece güçlü elektrik motorları olarak tanımlıyor. Şirket, bu yaklaşımın platformun toplam ağırlığını önemli ölçüde azalttığını ve güvenliği ve performansı artıracak yeni tasarım seçenekleri açtığını söyledi.
Qinetiq, bu teknolojinin GXV-T gibi yeni konseptlerde kullanımına ek olarak, iyileştirmeler sırasında mevcut araçların yeteneklerini de geliştirebileceğini vurguluyor. Örneğin, göbek tahrikleri veya motor tekerlekleri ile yükseltilmiş çok tekerlekli bir piyade aracı "ağırlık tasarruflarının sağladığı artan güç ve hareketlilikten yararlanabilir veya tam tersi, bu tasarrufları korumayı iyileştirmek, ekipman kurmak veya yolcu kapasitesini artırmak için kullanabilir."
Yatırımı, Eylül 2015'te açıklanan ve konseptin gerçek bir tasarıma dönüştürüleceği ve test edileceği ve ardından iki tam çalışan prototip üretileceği bir sözleşme izledi.
Qinetiq'teki araştırma başkanı sözleşme hakkında yorum yaparak, "Geleneksel aktüatörler oldukça ağırdır, sınırlı kapasiteye sahiptir ve bir mayın tarafından patlatıldığında ölümcül mermilere dönüşebilecek bileşenlerden oluşur" dedi. "Tahriklerin tekerleklere taşınması bu tehdidi ortadan kaldırır ve artan koruma seviyesi ve silahların gücü nedeniyle araçların daha ağır ve daha az hareketli olma eğilimini kırar."
Mevcut makineler ayrıca, tahrik sistemi olmayan alt sistemlerin elektrifikasyonundan da yararlanabilir. Örneğin, Alman Jenoptik şirketi, Polonya Leopard 2PL tank modernizasyon programı için 126 elektrikli taret ve silah stabilizasyon sistemi tedarik edecek. Şirkete göre elektrik sistemleri, tank üzerindeki hidrolik sistemlerin yerini alacak ve böylece bakım ve ısı üretimini azaltacak.
Teslimatlar, Ekim 2016'da Polonya'nın Bumar Labédy ile imzalanan 23 milyon dolarlık bir sözleşme kapsamında 2017-2020'de yapılacak. Aynı şirket Bumar Labedy, Şubat 2017'de Alman Rheinmetall şirketi ile tankların modernizasyonu konusunda bir işbirliği anlaşması imzaladı.
Jenoptik'in faaliyetlerinden biri, kompakt stabilize silah / sensör platformları, kuleler ve silahlar için tahrik sistemleri ve zırhlı araçların görüş hattını stabilize etmek için aynaların geliştirilmesi ve üretilmesidir.
Örneğin, büyük silah sistemleri için bir top ve taret tahrik sistemi, ana ve yedek kontrol birimlerinin sinyallerine bağlı olarak tabancayı sırasıyla azimut ve yükseklikte yönlendiren yatay ve dikey kılavuz elektrik motorlarından oluşur. Her iki tahrik de, her motorun çıkış dişlisi ile silah tertibatının dişli sektörü arasında sıfır boşluk bulunan mutlak konumlandırma fırçasız senkron motorları içerir.
28 ve 610 volt DC besleme gerilimi ile çalışabilen sistem, tabancayı her düzlemde 60 °/s'ye kadar veya 0,2 mrad/s'den daha yavaş bir hızda fırlatabilir.
Sürücü kontrol ünitesi, sensörlerden, kontrollerden ve aktif bir görüşten gelen giriş sinyallerine uygun olarak, güç kaynağını taret ve silah yönlendirme, stabilizasyon ve tahrik servo motorlarının her biri için bir tane olmak üzere bir çift üç fazlı sisteme dönüştürür.
Araştırma firması IDTechEx tarafından geçen yıl yayınlanan bir rapora göre, küresel araç elektrifikasyon pazarı 2026 yılına kadar 300 milyar dolar değerinde olacak. Araç başına elektrik motoru kontrolörlerinin sayısındaki artışın yönlendirdiği bu büyüme (direksiyon, süspansiyon ve daha önce mekanik, pnömatik ve hidrolik parçalar elektrik sistemlerinin yerini alacağından), kitle pazarı için teknolojik bir temel sağlayacak ve böylece maliyetlerini azaltacaktır. askeri araçlar için.
