L’excel·lent mobilitat en les condicions més dures és la característica primordial de tots els vehicles militars. Tot i això, és molt més difícil aconseguir-ho per als vehicles blindats, però és extremadament important perquè puguin realitzar les seves tasques amb èxit
La mobilitat és molt important per als vehicles blindats, però al mateix temps competeix amb altres característiques crítiques, com, per exemple, garantir la supervivència del vehicle i la tripulació. I aquí, aquest requisit pot entrar en conflicte fàcilment amb el de mantenir la mobilitat. No obstant això, és clar que els soldats, la seguretat dels quals depèn d’aquests vehicles, necessiten una major permeabilitat fora de la carretera, una acceleració més ràpida i una velocitat més alta, tot sense afectar negativament la supervivència. Aquestes demandes estan impulsant el desenvolupament de nous paquets d'energia i sistemes de tren de rodatge per tal de trobar solucions òptimes per satisfer aquests requisits sovint conflictius. No obstant això, per complir-los, és necessària una combinació i equilibri d'una sèrie de paràmetres de disseny. Aquestes inclouen les característiques del sistema de suspensió, que afecta directament la qualitat del moviment, la superfície de suport de les vies o rodes, que determina la pressió al terra, la distància al terra del vehicle i la potència del motor. Es considera que la darrera característica és la més important i la més difícil d’aconseguir. Això es deu al fet que, fins i tot en el tema de la generació i distribució de potència del motor, el dissenyador ha de fer compromisos, de vegades fins i tot trepitjar la gola de la seva pròpia cançó. L'augment de potència en un vehicle blindat està limitat per factors com el volum del compartiment del motor, la necessitat de mantenir un abast, les restriccions de pes i la necessitat de complir els requisits de potència dels sistemes integrats, per exemple, equips de comunicació, sistemes de navegació, sensors i sistemes de protecció activa i passiva.
És imprescindible una protecció eficaç contra l'evolució de les amenaces actuals, especialment aquelles que exigeixen el tren motriu i el tren d'aterratge amb més exigències. La protecció significa gairebé inevitablement armadura, i l’armadura afegeix massa. Sorgeix una contradicció que ens obliga a fer compensacions inconvenients: a mesura que augmenta el nivell d’amenaça, també s’ha d’augmentar el nivell de protecció. Un augment del nivell de protecció, com a regla general, es tradueix en una necessitat d’armadura addicional i una reserva addicional pot contribuir a un augment de la massa del vehicle. El manteniment o la millora de les característiques de funcionament d’un vehicle blindat comporta inevitablement un augment de la potència del motor i de l’eficiència de la transmissió i de les unitats de potència connectades al mateix. Tot i això, la massa d’un vehicle també es determina per la seva mida: com més gran és el vehicle i la superfície que s’ha de blindar, més pesada es fa. Així, la nova unitat de potència (motor amb transmissió i accionaments) no només ha de ser més potent, sinó que almenys ha d’adaptar-se al volum assignat o, preferiblement, tenir un volum total inferior. Aquest criteri, en primer lloc, és absolut per a les unitats de potència dissenyades per modernitzar els vehicles blindats existents, però també és molt desitjable per a les noves plataformes.
El valor generalment acceptat per al nivell de mobilitat proporcionat per un vehicle blindat és l’anomenada densitat de potència, o la proporció de potència (més sovint en cavalls) amb la massa del vehicle. Aquesta relació, tot i no tenir en compte tots els possibles factors que determinen la mobilitat, és un criteri adequat, tot i que cru, i és útil tant com a paràmetre de disseny com com a eina per comparar diferents màquines. Com a regla general, major és la potència específica, per exemple, en CV. per tona, millor serà el rendiment general de conducció que mostrarà la màquina. Malgrat que a l’hora d’avaluar un vehicle, sovint es té en compte la seva velocitat màxima, per a un vehicle de combat, l’acceleració o la resposta de l’accelerador del motor (la capacitat de transició ràpida i fluida d’una operació estable amb una potència mínima a una potència màxima) pot ser realment molt més important. Sovint es passa per alt en el rendiment del vehicle, la capacitat d’accelerar ràpidament i passar ràpidament a la seguretat en resposta a l’acció d’atac és molt valuosa. Afecta directament la supervivència del vehicle i la seva tripulació. Per tant, la potència disponible no només contribueix a augmentar la mobilitat, sinó també a la supervivència, especialment quan s’utilitza en combinació amb mesures d’autodefensa, inclosos els sensors per detectar un tret i la irradiació làser, així com les contramesures actives i passives.
Potència en petit
Malgrat els casos individuals d’utilitzar motors de turbina de gas, com per exemple a la família de tancs de batalla principals (MBT) General Dynamics M1 Abrams, el motor més popular per a vehicles blindats continua sent un motor dièsel o, més exactament, un motor dièsel multi-combustible. Un dels líders en la producció d'unitats de potència és l'empresa alemanya MTU. El seu enfocament integrat és que en una sola "unitat de potència" inclou no només el motor, la transmissió i les unitats de potència, sinó també els subsistemes de subministrament d'aire i la seva filtració, refrigeració, generació d'energia i altres. Cadascun dels components de la unitat de potència està dissenyat i muntat acuradament per obtenir la solució més compacta i eficient. MTU reconeix que per a un dissenyador i integrador de vehicles de combat és fonamental la relació potència-volum. Giovanni Spadaro, cap de SOE de MTU, va explicar que per a ells “la integració de tots els components en un sol sistema és molt important, desenvolupem incansablement la nostra filosofia de desenvolupament simbiòtic de totes les parts de la solució desenvolupada. Per a nosaltres, això significa que, literalment, tot, arquitectura, concepte, programari i tots els paràmetres, està dirigit a millorar les característiques de la unitat de potència completa final ". L’impacte d’aquest enfocament a la plataforma final és enorme, atesa l’estreta col·laboració amb els principals fabricants de vehicles militars líders com Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems i General Dynamics. Un portaveu de General Dynamics Land Systems va explicar: "Pel que fa a la unitat de potència, més potència és millor, mida més petita millor, més barata en general excel·lent, però amb l'augment obligatori dels nivells de seguretat, fiabilitat, silenci i manteniment".
MTU ha demostrat que l'adaptació i la modificació per a fins militars de les unitats de potència comercial és adequada per a vehicles blindats lleugers i mitjans, per exemple, el vehicle blindat de combat ARTEC Boxer de quatre eixos, que està equipat amb un motor dièsel MTU 8V199 TE20. No obstant això, per a vehicles blindats i tancs més pesats, es necessiten els seus propis motors, com, per exemple, els motors de les sèries 880 i 890, dissenyats específicament per a la instal·lació en plataformes militars pesades. Les capacitats de les modernes unitats de potència es demostren en el vehicle de combat d'infanteria amb rastreig Puma. Spadaro va dir que “la unitat de potència MTU del Puma inclou la caixa de canvis, l’engegador / generador i sistemes de refrigeració i purificació d’aire. El motor dièsel MTU 10V 890 és conegut per la seva densitat de potència molt elevada i les seves dimensions compactes. En comparació amb altres motors militars de la mateixa classe de potència, el pes i el volum s'han reduït al voltant d'un 60 per cent ". El director de motors especialitzats de MTU va comentar que "Aquesta unitat és més compacta que qualsevol altra unitat de potència anterior". Els avantatges dels motors MTU són especialment evidents en instal·lar unitats de potència en generacions anteriors de màquines. Els seus motors de la gamma EuroPowerPack van ser utilitzats per l’empresa francesa GIAT (ara Nexter) per substituir els motors dels tancs Leclerc-EAU als Emirats Àrabs Units. Els motors d’aquesta família també s’instal·len al Challenger-2E MBT, mentre que s’aconsegueix un important estalvi de volum alhora que s’incrementa el rang a causa del consum reduït de combustible.
Conegut pels seus equips pesats de construcció, Caterpillar s’ha convertit en un proveïdor principal de motors per a vehicles tàctics i blindats. Les seves ofertes als militars es basen en sistemes comercials disponibles a tot el món. D’aquí els beneficis significatius: reduir el cost associat amb els volums de producció i la disponibilitat de suport tècnic. No obstant això, els desenvolupaments de la companyia són coneguts per l'ús militar, per exemple, el motor C9.3 amb una potència específica augmentada de 600 CV. No obstant això, la innovació real és que el C9.3 és capaç de variar la seva potència nominal. Per tal de complir els estrictes requisits d’emissions europees Euro-III, canvia a un mode reduït a 525 CV. poder. Caterpillar assenyala que “L’avantatge és que l’usuari pot triar el mode de funcionament. És possible assolir el màxim rendiment durant l'operació activa al camp, però durant l'entrenament o quan es treballa en zones amb població civil, es pot accedir al mode de control d'emissions ". De fet, aquest "commutador" té les seves arrels en tecnologies desenvolupades per Caterpillar per a sistemes comercials.
La companyia és escollida invariablement per a programes de substitució i modernització de flotes de vehicles blindats existents. Per exemple, el seu motor CV8 actualment està instal·lat als vehicles de combat d'infanteria rastrejats del British Warrior. Aquest treball es realitza en virtut d’un contracte amb Lockheed Martin per actualitzar el vehicle a l’estàndard WCSP (Warrior Capability Sustention Program), que estendrà el funcionament dels vehicles fins al 2040. Caterpillar també canvia el motor de la família de vehicles blindats Stryker de l’exèrcit nord-americà amb una capacitat de 350 CV. per al motor C9 amb una capacitat de 450 CV. El nou motor "s'adapta" al volum ocupat pel motor anterior. La substitució forma part de la proposta de General Dynamics per a un canvi tècnic ECP-1, que inclou un alternador de 910 amperis, actualitzacions de suspensions i altres millores.
Actuadors elèctrics
Tradicionalment, la potència del motor es transmet mecànicament a les rodes o a les vies. Els accionaments elèctrics substitueixen aquesta connexió física per motors elèctrics allotjats a les rodes motrius o a les rodes dentades. L'energia per fer funcionar aquests motors elèctrics es pot prendre de les bateries, d'un motor de combustió interna o de tots dos. L'enfocament "híbrid" utilitza un motor dièsel o un motor de turbina de gas que, lliure de connexions mecàniques, ara es pot instal·lar a qualsevol part del xassís, donant als dissenyadors més llibertat de disseny. També és possible instal·lar dos motors, que van ser implementats per BAE Systems a la seva instal·lació de proves mòbils HED (Hybrid Electric Drive). El portaveu de BAE Systems, Deepak Bazaz, va notar que dos motors HED estan connectats a generadors i bateries, cosa que li permet funcionar en diferents modes: un motor funciona en mode de repòs, estalviant combustible, dos motors funcionen quan es necessita més potència o en mode d’observació silenciosa. només funciona amb bateries recarregables. El concepte HED s’implementa a la plataforma AMPV (vehicle blindat polivalent), però està previst que sigui escalable i que s’utilitzi en vehicles de qualsevol categoria de pes, tant amb rodes com amb rutes. La central elèctrica experimental HED va ser modificada per BAE Systems per un concepte híbrid de Northrop Grumman com a part de la seva proposta per a un vehicle de combat terrestre de l’exèrcit nord-americà GCV (Ground Combat Vehicle).
En un document de l'Organització de Recerca Tecnològica de l'OTAN, "els vehicles elèctrics híbrids són superiors en velocitat, acceleració, escalabilitat i silenci respecte als vehicles motoritzats … mentre que l'estalvi de combustible pot oscil·lar entre el 20 i el 30 per cent". Els motors elèctrics també proporcionen una acceleració gairebé instantània, una bona resposta de l’accelerador i una millor tracció. Aquest últim depèn directament del parell millorat inherent als motors elèctrics. Per als vehicles de combat, això comporta diversos avantatges: menys temps de reacció en passar a cobrir, més difícil d’accedir i una millor capacitat de camp a través. La unitat HED funciona amb dos motors de sis cilindres, una transmissió QinetiQ personalitzada i bateries de ions de liti de 600 volts.
Un altre aspecte atractiu de l’accionament elèctric és la seva capacitat per generar nivells d’energia elèctrica més eficients i més alts. La central elèctrica de la plataforma GCV de Northrop Grumman / BAE Systems podrà proporcionar 1.100 quilowatts, tot i que és significativament més petita i lleugera que les unitats de potència tradicionals. Tanmateix, atès que l’emmagatzematge d’energia és una part important de l’accionament elèctric híbrid, el desajust de la bateria s’està convertint en un problema important. Per tant, actualment s’estan considerant diversos tipus de bateries avançades amb major densitat d’energia per a vehicles híbrids, inclosos els ions de liti, hidrur de níquel metàl·lic, clorur de sodi níquel i polímer de liti. Tot i això, tots ells encara estan en fase de desenvolupament de la tecnologia i presenten certs inconvenients que s’han de resoldre abans de ser reconeguts com a aptes per al seu ús en aplicacions militars. Una altra àrea de treball que cal desenvolupar perquè les unitats híbrides es puguin instal·lar massivament en vehicles blindats és l'eliminació de les restriccions de disseny dels motors de tracció moderns. Tot i que s’han integrat amb èxit en prototips de demostració de tipus HED, aquests sistemes tenen limitacions de mida, pes i refrigeració. Fins que no es resolguin aquests problemes, tots els circuits elèctrics, malgrat els seus avantatges, seguiran sent una il·lusió per als vehicles blindats.
Tot i això, moltes organitzacions de recerca continuen interessades en el concepte d’accionament elèctric. Per exemple, segons els contractes de l'Agència de Projectes de Recerca Avançada en Defensa (DARPA), QinetiQ provarà el seu concepte de motors hub (motors d'engranatges) configurant-los per a proves de simulació pilot. Nombroses caixes de canvis, diferencials i accionaments de potència substituiran els potents motors elèctrics compactes de les rodes de la màquina. És possible que aquest concepte també es pugui implementar en vehicles blindats de rodes existents. De fet, el juny de 2017, BAE Systems va signar un acord amb QinetiQ per introduir una nova tecnologia d’accionament elèctric en vehicles de combat. Un representant de l'empresa BAE Systems va dir que això "oferirà als clients una tecnologia provada de baix cost que millorarà les capacitats dels vehicles de combat actuals i futurs".
Reptes futurs del poder
Durant l'última dècada, les necessitats de vehicles de combat per a l'energia elèctrica han augmentat diverses vegades. Mark Signorelli, cap de vehicles de combat de BAE Systems, va assenyalar que "en el futur serà cada vegada més difícil per als vehicles blindats satisfer les necessitats d'electricitat". S'està intentant solucionar aquest creixent problema. Per exemple, s'està considerant un generador CE Niehof de 300 ampers per a la família M2 Bradley i dos generadors de 150 amp per a la nova plataforma AMPV. Spadaro, de MTU, va afirmar que “els factors clau que han influït i influeixen en el desenvolupament de solucions per generar més energia són la massa constantment creixent de vehicles MBT i de rodes (principalment com a resultat dels requisits per obtenir nivells més alts de protecció) i a al mateix temps, la necessitat de més electricitat per a sistemes a bord de qualsevol tipus, ja sigui electrònica, sistemes de protecció i confort per a la tripulació, per exemple, un sistema avançat de climatització ". MTU creu que “s’estan tractant amb la integració més profunda dels components elèctrics a la unitat de potència. Un bon exemple aquí és de nou l’esmentada unitat de potència MTU del vehicle blindat Puma, que inclou un motor d’arrencada / generador amb una potència nominal de 170 kW, que subministra corrent a dos ventiladors de refrigeració i un compressor refrigerant d’aire condicionat."
La potència dels vehicles blindats afecta directament les capacitats de combat i la supervivència. Els criteris principals per a la supervivència al camp de batalla són els següents: "Preneu totes les mesures perquè no se us noti, si es veu, que no us pegui, si us colpeja, que no us matin". El primer és facilitat per la possibilitat de desplaçar-se allà on l’oponent no us espera. El segon requereix una acceleració ràpida i una bona maniobrabilitat per trobar cobertura i és complicat per la capacitat del tirador enemic de capturar efectivament l’objectiu a matar. I el tercer està determinat per la capacitat de prendre una protecció passiva adequada i emprar contramesures actives i passives. No obstant això, cadascun d’aquests criteris pot afectar negativament a altres. Per exemple, una armadura addicional augmenta la massa i, com a resultat, la mobilitat.
Els avenços en el camp de les centrals elèctriques per a vehicles blindats, nous motors, transmissions i accionaments de potència, mètodes innovadors d’integració i disposició permeten als desenvolupadors d’equips militars satisfer els desitjos més atrevits dels clients. Moltes de les millores que veiem a les plataformes militars es deriven directament de projectes comercials: motors i ordinadors de bord, control electrònic digital, control automàtic de l’estat dels sistemes, accionaments elèctrics i emmagatzematge d’energia i, finalment, implementacions pràctiques d’híbrids. solucions. No obstant això, els reptes d’aquest delicat equilibri obliguen la indústria a desenvolupar solucions cada vegada més innovadores.
