A excelente mobilidade nas condições mais difíceis é a característica primordial de todos os veículos militares. No entanto, é muito mais difícil conseguir isso para veículos blindados, mas é extremamente importante para que eles possam realizar suas tarefas com sucesso
A mobilidade é muito importante para os veículos blindados, mas ao mesmo tempo compete com outras características críticas, como, por exemplo, garantir a sobrevivência do veículo e da tripulação. E aqui esse requisito pode facilmente entrar em conflito com o requisito de manter a mobilidade. No entanto, está claro que os soldados, cuja segurança depende de tais veículos, precisam de maior permeabilidade off-road, aceleração mais rápida e maior velocidade, tudo sem afetar negativamente a capacidade de sobrevivência. Essas demandas estão impulsionando o desenvolvimento de novos conjuntos de potência e sistemas de material rodante, a fim de encontrar as soluções ideais para atender a esses requisitos freqüentemente conflitantes. No entanto, para cumpri-los, é necessária uma combinação e equilíbrio de uma série de parâmetros de projeto. Isso inclui as características do sistema de suspensão, que afetam diretamente a qualidade do movimento, a superfície de apoio das esteiras ou rodas, que determina a pressão sobre o solo, a distância ao solo do veículo e a potência do motor. A última característica é considerada a mais importante e a mais difícil de alcançar. Isso se deve ao fato de que mesmo na questão de gerar e distribuir a potência do motor, o designer precisa fazer concessões, às vezes até pisar na garganta de sua própria música. O aumento da potência em um veículo blindado é limitado por fatores como o volume do compartimento do motor, a necessidade de manter um alcance, as restrições de peso e a necessidade de atender aos requisitos de energia dos sistemas de bordo, por exemplo, equipamentos de comunicação, sistemas de navegação, sensores e sistemas de proteção ativa e passiva.
A proteção eficaz contra as ameaças em evolução de hoje é imprescindível, especialmente aquelas que colocam as maiores demandas no trem de força e no material rodante. Proteção quase inevitavelmente significa armadura, e armadura adiciona volume. Surge uma contradição que nos obriga a fazer compensações inconvenientes: à medida que o nível de ameaça aumenta, o nível de proteção também deve ser aumentado. Um aumento no nível de proteção, via de regra, se traduz na necessidade de blindagem adicional, e a reserva adicional pode contribuir para um aumento na massa do veículo. Manter ou melhorar as características de funcionamento de um veículo blindado acarreta inevitavelmente um aumento na potência do motor e na eficiência da transmissão e das unidades de força a ele conectadas. No entanto, a massa de um veículo também é determinada pelo seu tamanho: quanto maior o veículo e a área da superfície que deve ser blindada, mais pesado ele se torna. Assim, a nova unidade de potência (motor com transmissão e acionamentos) deve não só ser mais potente, mas pelo menos caber no volume alocado ou, preferencialmente, ter um volume total menor. Este critério, em primeiro lugar, é absoluto para unidades de potência projetadas para modernizar veículos blindados existentes, mas também é altamente desejável para novas plataformas.
O valor geralmente aceito para o nível de mobilidade fornecido por um veículo blindado é a chamada densidade de potência, ou a relação entre a potência (mais frequentemente em cavalos de força) e a massa do veículo. Esta relação, embora não leve em consideração todos os possíveis fatores que determinam a mobilidade, é um critério adequado, embora rudimentar, e é útil tanto como parâmetro de projeto quanto como ferramenta de comparação de diferentes máquinas. Via de regra, quanto maior for a potência específica, por exemplo, em hp. por tonelada, melhor será o desempenho geral de direção que a máquina apresentará. Apesar do fato de que ao avaliar um veículo, sua velocidade máxima é muitas vezes levada em consideração, para um veículo de combate, a resposta da aceleração ou do acelerador do motor (a capacidade de fazer uma transição rápida e suave de uma operação estável com potência mínima para potência máxima) pode realmente ser muito mais importante. característica. Freqüentemente esquecido no desempenho do veículo, a capacidade de acelerar rapidamente e mover-se rapidamente para a segurança em resposta à ação de ataque é inestimável. Afeta diretamente a capacidade de sobrevivência do veículo e de sua tripulação. Dessa forma, a potência disponível não só contribui para o aumento da mobilidade, mas também da capacidade de sobrevivência, principalmente quando utilizada em combinação com medidas de autodefesa, incluindo sensores para detecção de tiro e irradiação a laser, além de contramedidas passivas e ativas.
Poder em pequeno
Apesar dos casos individuais de uso de motores de turbina a gás, como na família de tanques de batalha principais (MBT) General Dynamics M1 Abrams, o motor mais popular para veículos blindados continua a ser um motor diesel ou, mais precisamente, um motor diesel multicombustível. Uma das líderes na produção de unidades de energia é a empresa alemã MTU. Sua abordagem integrada é que em uma única "unidade de potência" inclui não apenas o motor, transmissão e acionamentos de potência, mas também os subsistemas de suprimento de ar e sua filtração, refrigeração, geração de energia e outros. Cada um dos componentes da unidade de potência é cuidadosamente projetado e montado para obter a solução mais compacta e eficiente. A MTU reconhece que, para um projetista e integrador de veículo de combate, a relação potência / volume é crítica. Giovanni Spadaro, chefe das SOEs da MTU, explicou que para eles “a integração de todos os componentes em um único sistema é muito importante, estamos desenvolvendo incansavelmente nossa filosofia de desenvolvimento simbiótico de todas as partes da solução desenvolvida. Para nós, isso significa que literalmente tudo, arquitetura, conceito, software e todos os parâmetros, visa melhorar as características da unidade de energia completa final. " O impacto dessa abordagem na plataforma final é enorme, dada a estreita colaboração com os principais fabricantes de veículos militares, como Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems e General Dynamics. Um porta-voz da General Dynamics Land Systems explicou: "Quanto à unidade de potência, quanto mais potência, melhor, menor tamanho melhor, mais barato geralmente é excelente, mas com o aumento obrigatório nos níveis de segurança, confiabilidade, silêncio e manutenção."
A MTU demonstrou que a adaptação e modificação para fins militares de motores comerciais é adequada para veículos blindados leves e médios, por exemplo, o veículo blindado de combate de quatro eixos ARTEC Boxer, que está equipado com um motor diesel MTU 8V199 TE20. Porém, para veículos blindados e tanques mais pesados, são necessários motores próprios, como, por exemplo, os motores das séries 880 e 890, projetados especificamente para instalação em plataformas militares pesadas. As capacidades das unidades de força modernas são demonstradas no veículo de combate de infantaria rastreado Puma. Spadaro disse que “a unidade de energia MTU para o Puma inclui a caixa de velocidades, o motor de arranque / gerador e os sistemas de refrigeração e purificação do ar. O motor diesel MTU 10V 890 é conhecido por sua alta densidade de potência e dimensões compactas. Em comparação com outros motores militares da mesma classe de potência, o peso e o volume foram reduzidos em cerca de 60 por cento.” O Diretor de Motores Especiais da MTU comentou que "Esta unidade é mais compacta do que qualquer unidade de potência anterior." Os benefícios dos motores MTU são especialmente evidentes ao instalar unidades de potência em gerações anteriores de máquinas. Seus motores da linha EuroPowerPack foram usados pela empresa francesa GIAT (hoje Nexter) para substituir os motores dos tanques Leclerc-EAU para os Emirados Árabes Unidos. Os motores desta família também são instalados no Challenger-2E MBT, enquanto uma economia significativa de volume foi alcançada ao aumentar o alcance devido ao consumo reduzido de combustível.
Famosa por seus equipamentos de construção pesada, a Caterpillar se tornou a principal fornecedora de motores para veículos táticos e blindados. Suas ofertas para os militares são baseadas em sistemas comerciais prontos para uso em todo o mundo. Daí os benefícios significativos - custo reduzido associado aos volumes de produção e à disponibilidade de suporte técnico. No entanto, os desenvolvimentos da empresa são conhecidos para uso militar, por exemplo, o motor C9.3 com uma potência específica aumentada para 600 cv. No entanto, a verdadeira inovação é que o C9.3 é capaz de variar sua classificação de potência. Para atender aos rigorosos requisitos de emissão Euro-III europeus, ele muda para um modo reduzido para 525 hp. potência. A Caterpillar observa que “O benefício é que o usuário pode escolher o modo de operação. É possível atingir o desempenho máximo durante a operação ativa no campo, mas durante o treinamento ou ao trabalhar em áreas com população civil, você pode entrar no modo de controle de emissão. " Na verdade, essa "mudança" está enraizada em tecnologias que a Caterpillar desenvolveu para sistemas comerciais.
A empresa é invariavelmente escolhida para programas de substituição e modernização de frotas de veículos blindados existentes. Por exemplo, seu motor CV8 está atualmente instalado nos veículos de combate de infantaria com lagartas do British Army Warrior. Este trabalho é realizado no âmbito de um contrato com a Lockheed Martin para atualizar o veículo para o padrão WCSP (Warrior Capability Sustainment Program), que estenderá a operação dos veículos até 2040. A Caterpillar também está trocando o motor da família de veículos blindados Stryker do Exército americano com capacidade de 350 hp. para o motor C9 com uma capacidade de 450 cv. O novo motor "se encaixa" no volume ocupado pelo motor anterior. A substituição faz parte da proposta da General Dynamics para uma mudança técnica ECP-1, que inclui um alternador de 910 amperes, atualizações de suspensão e outras melhorias.
Atuadores elétricos
Tradicionalmente, a potência do motor é transmitida mecanicamente às rodas ou esteiras. Os acionamentos elétricos substituem essa conexão física por motores elétricos alojados em rodas motrizes ou rodas dentadas. A energia para fazer funcionar esses motores elétricos pode ser obtida de baterias, de um motor de combustão interna ou de ambos. A abordagem "híbrida" usa um motor a diesel ou a turbina a gás que, sem conexões mecânicas, agora pode ser instalado em qualquer lugar do chassi, dando aos projetistas mais liberdade de design. Também é possível instalar dois motores, que foi implementado pela BAE Systems em sua instalação de teste móvel HED (Hybrid Electric Drive). O porta-voz da BAE Systems, Deepak Bazaz, notou que dois motores HED estão conectados a geradores e baterias, o que permite trabalhar em modos diferentes: um motor funciona em modo ocioso, economizando combustível, dois motores funcionam quando é necessária mais potência ou em modo de observação silenciosa.funciona apenas com baterias recarregáveis. O conceito de HED é implementado na plataforma AMPV (Armored Multipurpose Vehicle) sobre esteiras, mas está planejado para ser escalável e usado em um veículo de qualquer categoria de peso, tanto sobre rodas quanto sobre esteiras. A usina experimental HED foi modificada pela BAE Systems para um conceito híbrido da Northrop Grumman como parte de sua proposta para um veículo de combate terrestre do exército americano GCV (Ground Combat Vehicle).
Em um artigo da Organização de Pesquisa de Tecnologia da OTAN, "os veículos elétricos híbridos são superiores em velocidade, aceleração, escalabilidade e silêncio aos veículos movidos a energia … enquanto a economia de combustível pode variar de 20 a 30 por cento." Os motores elétricos também fornecem aceleração quase instantânea, boa resposta do acelerador e melhor tração. Este último depende diretamente da melhoria do torque inerente aos motores elétricos. Para veículos de combate, isso significa várias vantagens: menos tempo de reação ao mover para cobertura, mais difícil entrar e melhor habilidade de cross-country. A unidade HED é alimentada por dois motores de seis cilindros, uma transmissão QinetiQ de engenharia personalizada e baterias de íon de lítio de 600 volts.
Outro aspecto atraente do acionamento elétrico é sua capacidade de gerar níveis mais elevados e eficientes de energia elétrica. A usina da plataforma GCV Northrop Grumman / BAE Systems será capaz de fornecer 1.100 quilowatts, embora seja significativamente menor e mais leve do que as unidades de energia tradicionais. No entanto, como o armazenamento de energia é uma parte importante do acionamento elétrico híbrido, a incompatibilidade da bateria está se tornando um grande problema. Portanto, vários tipos de baterias avançadas com densidade de energia mais alta estão sendo considerados para veículos híbridos, incluindo íon de lítio, hidreto de metal de níquel, cloreto de sódio de níquel e polímero de lítio. No entanto, todos eles ainda estão no estágio de desenvolvimento da tecnologia e têm certas desvantagens que devem ser resolvidas antes de serem reconhecidos como adequados para uso em aplicações militares. Outra área de trabalho que precisa ser desenvolvida para que os acionamentos híbridos possam ser maciçamente instalados em veículos blindados é a remoção das restrições de projeto dos motores de tração modernos. Embora integrados com sucesso a protótipos de demonstração do tipo HED, esses sistemas têm limitações de tamanho, peso e refrigeração. Até que esses problemas sejam resolvidos, todos os circuitos elétricos, apesar de suas vantagens, permanecerão uma ilusão para os veículos blindados.
No entanto, muitas organizações de pesquisa continuam interessadas no conceito de acionamento elétrico. Por exemplo, sob contratos da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA), a QinetiQ testará seu conceito de motores de cubo (motoredutores), configurando-os para testes piloto de simulação. Numerosas caixas de engrenagens, diferenciais e acionamentos de força substituirão os potentes motores elétricos compactos nas rodas da máquina. É possível que este conceito também possa ser implementado em veículos blindados de rodas existentes. Na verdade, em junho de 2017, a BAE Systems assinou um acordo com a QinetiQ para introduzir uma nova tecnologia de acionamento elétrico em veículos de combate. Um representante da empresa BAE Systems disse que isso "oferecerá aos clientes uma tecnologia comprovada de baixo custo que aumentará as capacidades dos veículos de combate atuais e futuros".
Desafios futuros de poder
Na última década, as necessidades de energia elétrica dos veículos de combate aumentaram várias vezes. Mark Signorelli, chefe de veículos de combate da BAE Systems, observou que "no futuro, será cada vez mais difícil para os veículos blindados atenderem às necessidades de eletricidade". Estão em curso tentativas para resolver este problema crescente. Por exemplo, um gerador CE Niehof de 300 A está sendo considerado para a família M2 Bradley e dois geradores de 150 A para a nova plataforma AMPV. O Sr. Spadaro, da MTU, afirmou que “os principais fatores que influenciaram e estão influenciando o desenvolvimento de soluções para gerar mais energia são a massa constantemente crescente de MBT e veículos com rodas (principalmente como resultado de requisitos para níveis mais elevados de proteção) e em ao mesmo tempo, a necessidade de mais energia elétrica para os sistemas de bordo de qualquer tipo, seja ele eletrônico, sistemas de proteção e conforto para a tripulação, por exemplo, um avançado sistema de ar condicionado”. A MTU acredita que “eles estão sendo tratados por uma integração mais profunda dos componentes elétricos na unidade de energia. Um bom exemplo aqui é novamente a unidade de energia MTU acima mencionada do veículo blindado Puma, que inclui um motor de arranque / gerador com uma potência nominal de 170 kW, fornecendo corrente para dois ventiladores de resfriamento e um compressor refrigerante de ar condicionado."
O poder dos veículos blindados afeta diretamente as capacidades de combate e sobrevivência. Os principais critérios de sobrevivência no campo de batalha são os seguintes: “tome todas as medidas para não ser notado, se for visto, para não ser atingido, se for atingido, para não ser morto”. O primeiro é facilitado pela capacidade de se mover para onde o oponente não o espera. O segundo requer aceleração rápida e boa capacidade de manobra para encontrar cobertura e é complicado pela capacidade do atirador inimigo de capturar efetivamente o alvo para matar. E a terceira é determinada pela capacidade de obter proteção passiva apropriada e empregar contramedidas passivas e ativas. No entanto, cada um desses critérios pode afetar adversamente outros. Por exemplo, a armadura adicional aumenta a massa e, como resultado, a mobilidade.
Avanços no campo de usinas de energia para veículos blindados, novos motores, transmissões e acionamentos de força, métodos inovadores de integração e layout permitem que os desenvolvedores de equipamentos militares satisfaçam os desejos mais ousados dos clientes. Muitas das melhorias que vemos nas plataformas militares são retiradas diretamente de projetos comerciais: motores e computadores de bordo, controle eletrônico digital, monitoramento automático do estado dos sistemas, acionamentos elétricos e armazenamento de energia e, finalmente, implementações práticas de híbridos soluções. No entanto, os desafios a esse delicado equilíbrio estão forçando a indústria a desenvolver soluções cada vez mais inovadoras.
