Khả năng cơ động tuyệt vời trong những điều kiện khắc nghiệt 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 sẽ khó hơn rất nhiều, nhưng nó lại vô cùng quan trọng để chúng có thể thực hiện xuất sắc nhiệm vụ của mình
Khả năng cơ động là rất quan trọng đối với xe bọc thép, nhưng đồng thời nó cũng phải cạnh tranh với các đặc tính 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 mâu thuẫn với yêu cầu duy trì tính di động. Tuy nhiên, rõ ràng là những người lính, những người mà sự an toàn phụ thuộc vào những phương tiện như vậy, cần tăng cường 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 này đang thúc đẩy sự phát triển của các gói điện và hệ thống gầm mới nhằm tìm ra các giải pháp tối ưu để đáp ứng những yêu cầu thường mâu thuẫn này. Tuy nhiên, để tuân thủ chúng, cần có sự kết hợp và cân đối 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 hỗ trợ của đường ray hoặc bánh xe, quyết định lực ép mặt đất, khoảng sáng gầm xe và công suất động cơ. Đặc điểm cuối cùng được coi 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 có những thỏa hiệp, thậm chí đôi khi dẫm lên cổ họng của chính bài hát của mình. Việc tăng sức mạnh của xe bọc thép bị giới hạn bởi các yếu tố như thể tích của khoang động cơ, nhu cầu duy trì phạm vi hoạt động, hạn chế về trọng lượng và nhu cầu đáp ứng các yêu cầu về sức mạnh của các hệ thống trên xe, ví dụ như thiết bị liên lạc, hệ thống định vị, cảm biến và hệ thống bảo vệ chủ động và thụ động.
Bảo vệ hiệu quả chống lại các mối đe dọa đang phát triển ngày nay là điều bắt buộc, đặc biệt là những thứ đặt ra yêu cầu lớn nhất đối với hệ thống truyền động và gầm xe. Bảo vệ gần như tất yếu có nghĩa là áo giáp, và áo giáp tăng thêm số lượng lớn. Một mâu thuẫn nảy sinh buộc chúng ta phải đánh đổi bất tiện: 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 việc đặt thêm có thể góp phần làm tăng khối 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 bộ truyền động và bộ truyền động được kết nối với nó. Tuy nhiên, khối lượng của một chiếc 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 tổng khối lượng thấp 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 nó cũng rất đáng mong đợi đối với các nền tảng mới.
Giá trị được chấp nhận chung cho mức độ cơ động do xe bọc thép mang lại là cái gọi là mật độ công suất, hay tỷ số công suất (thường tính bằng mã lực) trên khối lượng của xe. Tỷ lệ này, trong khi 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 cao, ví dụ, tính bằng hp. mỗi tấn, hiệu suất lái xe 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 phản ứng ga 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) có thể thực sự là quan trọng hơn nhiều. đặc tính. Thường bị bỏ qua trong hiệu suất của xe, khả năng tăng tốc nhanh và di chuyển nhanh đến vị trí an toàn để đáp lại hành động tấn công 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 cả khả năng sống sót, đặc biệt khi được sử dụng kết hợp với các biện pháp tự vệ, bao gồm cảm biến phát hiện bắn và chiếu xạ laser, cũng như các biện pháp đối phó thụ động và chủ động.
Sức mạnh nhỏ
Bất chấp các trường hợp riêng lẻ sử dụng động cơ tuốc bin khí, chẳng hạn như trong dòng xe tăng chiến đấu chủ lực (MBT) của General Dynamics M1 Abrams, động cơ phổ biến nhất dành cho xe bọc thép vẫn tiếp tục là động cơ diesel hay chính xác 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 là trong một "đơn vị năng lượng" không chỉ bao gồm động cơ, hệ thống truyền động và truyền động điện, mà còn có các hệ thống con cung cấp không khí và lọc, làm mát, phát điện và các 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 một nhà thiết kế và tích hợp phương tiện chiến đấu, tỷ lệ công suất trên khối lượng là rất quan trọng. Giovanni Spadaro, Giám đốc DNNN 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 đang phát triển không mệt mỏi triết lý phát triển cộng sinh của tất cả các bộ phận 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 theo nghĩa đen, đều nhằm mục đích cải thiện các đặc tính của đơn vị điện hoàn chỉnh cuối cùng. " Tác động của phương pháp này đối với nền tảng cuối cùng là rất lớn, nhờ sự hợp tác chặt chẽ với các nhà sản xuất xe quân sự hàng đầu thế giới như Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems và General Dynamics. Một phát ngôn viên của General Dynamics Land Systems giải thích: "Đối với bộ nguồn, nhiều điện hơn sẽ tốt hơn, kích thước 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, độ yên tĩnh và khả năng bảo trì."
MTU đã chứng minh rằng sự thích ứng và sửa đổi cho mục đích quân sự của các đơn vị điện thương mại phù hợp với các loại xe bọc thép hạng nhẹ và hạng trung, ví dụ như xe bọc thép chiến đấu 4 trục ARTEC Boxer được trang bị động cơ diesel MTU 8V199 TE20. Tuy nhiên, đối với xe bọc thép và xe tăng hạng nặng, cần có động cơ riêng của chúng, chẳng hạn như động cơ dòng 880 và 890, 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, hệ thống làm mát và lọc không khí. Động cơ diesel MTU 10V 890 được biết đến với mật độ công suất rất cao và kích thước nhỏ gọn. So với các động cơ quân sự cùng loại, trọng lượng và khối lượng đã giảm khoảng 60%”. Giám đốc Động cơ Đặc biệt tại MTU nhận xét rằng "Thiết bị này nhỏ gọn hơn bất kỳ thiết bị điện nào trước đây." Lợi ích của động cơ MTU đặc biệt rõ ràng khi lắp đặt bộ nguồn trong các thế hệ máy 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. Các động cơ thuộc họ này cũng được lắp đặt trên Challenger-2E MBT, giúp tiết kiệm đáng kể khối lượng trong khi tăng phạm vi hoạt động do giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.
Nổi tiếng với các thiết bị xây dựng hạng nặng, Caterpillar đã trở thành nhà cung cấp động cơ hàng đầu cho xe chiến thuật và xe bọc thép. Các dịch vụ của nó cho quân đội dựa trên các hệ thống thương mại bán sẵn đang được sử dụng trên khắp 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 được biết đến với mục đích sử dụng trong quân sự, chẳng hạn như động cơ C9.3 với công suất cụ thể tăng thêm 600 mã lực. Tuy nhiên, sự đổi mới thực sự là C9.3 có khả năng 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 “Lợi ích 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 đào tạo hoặc khi làm việc trong khu vực có dân cư, bạn có thể chuyển sang chế độ kiểm soát khí thải. " Trên thực tế, "công tắc" này bắt nguồn từ các công nghệ mà Caterpillar đã phát triển cho các hệ thống thương mại.
Công ty luôn được chọn cho các chương trình thay thế và hiện đại hóa 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 có bánh xích của Quân đội Anh. Công việc này được thực hiện theo hợp đồng với Lockheed Martin để nâng cấp xe lên tiêu chuẩn WCSP (Warrior Capability Sustainment Program), sẽ kéo dài thời gian hoạt động của xe đến năm 2040. Caterpillar cũng đang thay đổi động cơ của dòng xe bọc thép Stryker của Quân đội Mỹ với công suất 350 mã lực. cho động cơ C9 công suất 450 mã lực. Động cơ mới "vừa vặn" với thể tích mà động cơ trước đã chiếm. Việc thay thế là một phần trong đề xuất của General Dynamics về thay đổi kỹ thuật ECP-1, bao gồm máy phát điện xoay chiều 910 amp, nâng cấp hệ thống treo và các cải tiến khác.
Thiết bị truyền động điện
Theo truyền thống, sức mạnh từ động cơ được truyền 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 đặt trong bánh xe hoặc đĩa xích. Năng lượng để chạy các động cơ điện này có thể được lấy từ pin, động cơ đốt trong hoặc cả hai. Phương pháp "hybrid" sử dụng động cơ diesel hoặc tuabin khí, không có kết nối cơ khí, giờ đây có thể được lắp đặt ở bất kỳ đâu trong khung gầm, cho phép các nhà thiết kế tự do hơn trong thiết kế. Cũng có thể lắp đặt hai động cơ, được thực hiện bởi BAE Systems trong cơ sở thử nghiệm di động HED (Hybrid Electric Drive). Phát ngôn viên Deepak Bazaz của BAE Systems nhận thấy 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 hoạt động ở chế độ không tải, tiết kiệm nhiên liệu, hai động cơ hoạt động khi cần thêm điện hoặc ở chế độ quan sát im lặng. chỉ hoạt động trên pin có thể sạc lại. Ý tưởng HED được triển khai trên nền tảng AMPV (Xe đa năng bọc thép) theo dõi, nhưng nó được lên kế hoạch để có thể mở rộng và sử dụng trên bất kỳ loại xe có trọng lượng nào, cả bánh lốp và bánh xích. Nhà máy điện thử nghiệm HED đã được BAE Systems sửa đổi cho một khái niệm hybrid bởi Northrop Grumman như một phần trong đề xuất của họ về phương tiện chiến đấu mặt đất GCV (Xe chiến đấu mặt đất) của quân đội Mỹ.
Trong một bài báo của Tổ chức Nghiên cứu Công nghệ NATO, "Xe điện hybrid vượt trội về tốc độ, khả năng tăng tốc, khả năng leo dốc và độ yên tĩnh so với xe chạy bằng động lực … trong khi mức tiết kiệm nhiên liệu có thể dao động từ 20 đến 30%." Động cơ điện cũng cung cấp khả năng tăng tốc gần như tức thì, 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 các phương tiện chiến đấu, điều này có nghĩa là một số lợi thế: thời gian phản ứng ít hơn khi di chuyển đến chỗ ẩn nấp, khó đi vào hơn và khả năng xuyên quốc gia tốt hơn. Thiết bị HED được cung cấp bởi hai động cơ sáu xi-lanh, hộp số QinetiQ được thiết kế riêng 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 của nền tảng Northrop Grumman / BAE Systems GCV sẽ có thể cung cấp 1.100 kilowatt, mặc dù nó nhỏ hơn và nhẹ hơn đáng kể so với các đơn vị điện truyền thống. Tuy nhiên, vì lưu trữ năng lượng là một phần quan trọng của ổ điện hybrid, nên sự không phù hợp của pin đang trở thành một vấn đề lớn. Do đó, một số loại pin tiên tiến với mật độ năng lượng cao hơn hiện đang được xem xét cho các phương tiện 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 một số nhược điểm nhất định phải được giải quyết trước khi chúng được công nhận 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 việc loại bỏ các hạn chế về 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, bất chấp 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 từ Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng (DARPA), QinetiQ sẽ thử nghiệm khái niệm về động cơ trung tâm (động cơ giảm tốc) bằng cách thiết lập chúng cho các cuộc thử nghiệm thử nghiệm. Nhiều hộp số, 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 6/2017, 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 công ty BAE Systems nói rằng điều này sẽ "cung cấp cho khách hàng một công nghệ chi phí thấp đã được chứng minh sẽ nâng cao khả năng của các phương tiện chiến đấu hiện tại và tương lai."
Những thách thức trong tương lai về quyền lực
Trong thập kỷ qua, nhu cầu của các phương tiện chiến đấu sử dụng năng lượng điện đã tăng lên nhiều lần. Mark Signorelli, người đứng đầu bộ phận xe chiến đấu tại BAE Systems, lưu ý rằng "trong tương lai, các phương tiện bọc thép sẽ ngày càng khó đáp ứng nhu cầu điện". Các nỗ lực đang được tiến hành để giải quyết vấn đề ngày càng tăng này. Ví dụ: một máy phát điện 300 amp CE Niehof đang được xem xét cho dòng M2 Bradley và hai máy phát điện 150 amp cho nền tảng AMPV mới. Ông Spadaro của MTU cho biết “các yếu tố chính đã ảnh hưởng và đang ảnh hưởng đến việc phát triển các giải pháp để tạo ra nhiều năng lượng hơn là khối lượng MBT và xe bánh lốp không ngừng tăng lên (chủ yếu là do yêu cầu về mức độ bảo vệ cao hơn) và đồng thời nhu cầu 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 đang được giải quyết bằng cách tích hợp sâu hơn các thành phần điện vào bộ nguồn. Một ví dụ điển hình ở đây là khối năng lượng MTU nói trên của xe bọc thép Puma, bao gồm bộ khởi động / máy phát điện có công suất định mức 170 kW, cung cấp dòng điện cho hai quạt làm mát và 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 để tồn tại trên chiến trường như sau: "thực hiện mọi biện pháp để không bị chú ý, nếu bị nhìn thấy, không bị bắn trúng, nếu bạn 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 đòi hỏi khả năng tăng tốc nhanh và khả năng cơ động tốt để tìm chỗ ẩn nấp và khá phức tạp bởi khả năng bắt mục tiêu để tiêu diệt của người bắn đối phương một cách hiệu quả. Và thứ ba được xác định bởi khả năng thực hiện 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 những người khác. Ví dụ, áo giáp bổ sung làm tăng khối lượng và do đó, tính cơ động.
Những 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, giám sát 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 đang buộc ngành công nghiệp phải phát triển ngày càng nhiều giải pháp sáng tạo hơn.
