Elektryczne i hybrydowe układy napędowe dla pojazdów US Army
Konserwacja pojazdu HMMWV ze standardową elektrownią wysokoprężną. Zdjęcie Departamentu Obrony USA
Armia USA stara się studiować i opanować wszelkie nowe technologie, które mogą dać pewne korzyści. Ostatnio na poważnie zwróciła uwagę na elektryczne i hybrydowe elektrownie do samochodów. Rozpoczęto już szeroko zakrojone prace badawcze i projektowe różnego rodzaju. Jeśli się powiodą, Pentagon może zaktualizować swoje plany rozwoju floty pojazdów armii.
Obiecujące projekty
Czołowi amerykańscy twórcy sprzętu wojskowego, widząc zainteresowanie sił zbrojnych i innych klientów, już zaproponowali kilka koncepcji wojskowych pojazdów elektrycznych. Jeśli będą realne zamówienia, takie projekty będą rozwijane i dotrą do testów. Wtedy nowe samochody będą miały szansę wejść do puli, choć takie wyniki nie są gwarantowane.
Jednym z pierwszych był projekt głębokiej modernizacji seryjnego samochodu pancernego Oshkosh JLTV. Jego twórca wskazuje na fundamentalną możliwość zastąpienia mechanicznej skrzyni biegów układami elektrycznymi napędzanymi standardowym silnikiem diesla. W razie potrzeby hybrydowy samochód pancerny będzie mógł pracować jako mobilna elektrownia.
Jednak Pentagon na razie nie zainteresował się tą propozycją, a do wojska trafiają jedynie pojazdy ze standardową skrzynią biegów opartą na mechanice. Nie wiadomo, czy klient zmieni zdanie, ale całkiem możliwe, że z czasem wojsko dojdzie do takiej decyzji. Telewizory JLTV będą produkowane przez następne 20 lat, a projekt hybrydowy może przyciągnąć uwagę, na jaką zasługuje.
Samochód pancerny Oshkosh JLTV w konfiguracji seryjnej. W przyszłości może dostać elektrownię hybrydową. Zdjęcie Departamentu Obrony USA
Obecnie General Motors Defence opanowuje masową produkcję lekkich pojazdów wielozadaniowych ISV (Infantry Squad Vehicle). W obecnej konfiguracji są one wyposażone w turbodoładowany silnik wysokoprężny i automatyczną skrzynię biegów z napędem na wszystkie koła. W takiej postaci maszyny trafiają do wojska na próbną eksploatację.
Kilka miesięcy temu okazało się, że GM Defense opracował i zbudował eksperymentalną wersję ISV z całkowicie elektryczną elektrownią. Teraz przechodzi testy fabryczne i planowane jest przedstawienie go Pentagonowi. Niewykluczone, że część pojazdów potrzebnych armii powstanie docelowo w zaktualizowanej konfiguracji elektrycznej.
W zeszłym roku GMC zaprezentowało projekt Hummer EV, w pełni elektryczną platformę, która będzie budować cywilne pickupy i SUV-y. Niedawno okazało się, że na bazie tej platformy powstanie również wojskowy pojazd wielozadaniowy. Taka maszyna może stać się funkcjonalnym odpowiednikiem istniejącego hmmwv: będzie transportem ludzi i towarów lub nośnikiem uzbrojenia i sprzętu specjalnego.
Naukowe podejście
Jak widać, amerykański przemysł jest już gotowy do tworzenia nowych pojazdów elektrycznych dla Pentagonu o odpowiednio wysokich osiągach i szerokich możliwościach. Armia jednak nie spieszy się z przyjęciem takich propozycji i najpierw zamierza dokładnie przestudiować nowe technologie. Dlatego w tym roku przeprowadziliśmy szeroko zakrojone badania mające na celu określenie rzeczywistego naukowego i technicznego potencjału pojazdów elektrycznych.
Obiecująca rodzina pojazdów załogowych i bezzałogowych na podwoziu JLTV. Niewykluczone, że w projekcie zastosowane zostaną systemy hybrydowe. Grafika Departamentu Obrony USA
Badanie Powering the US Army of the Future rozpoczęło się w kwietniu z inicjatywy Dowództwa Armii Przyszłości. Przyciągnęły one sześć firm handlowych zajmujących się branżą motoryzacyjną i elektryczną. W ciągu dwóch miesięcy musieli przestudiować wszystkie podstawowe koncepcje napędu elektrycznego, odnajdując swoje mocne i słabe strony. Należy je również porównać z silnikami wysokoprężnymi JP8.
Ogólnie rzecz biorąc, badanie potwierdziło znane już fakty dotyczące elektrowni. Ponownie ustalono, że pojazdy elektryczne mają zalety i wady, ale równowaga wciąż jest daleka od ideału. W związku z tym jest mało prawdopodobne, aby taka technika była interesująca dla armii - zarówno teraz, jak iw dłuższej perspektywie.
Potwierdza się, że instalacja elektryczna jest bardziej ekonomiczna niż olej napędowy pod względem finansowym, a także przewyższa ją niektórymi cechami. Tak więc silniki elektryczne poprawiają dynamikę samochodu i zapewniają większy moment obrotowy w szerokim zakresie prędkości. Ponadto różnią się one czasem mniejszą widocznością akustyczną i termiczną.
Wielozadaniowy pojazd GM Defense ISV z silnikiem Diesla. Zdjęcie autorstwa GM Defense
Istnieją jednak istotne problemy. Tak więc olej napędowy przekształca płynne paliwo bezpośrednio w energię mechaniczną potrzebną do ruchu. Samochód elektryczny można ładować z generatora diesla, ale w tym przypadku do całego łańcucha dodawany jest dodatkowy etap konwersji energii, co zmniejsza końcową wydajność całego systemu.
Istniejących akumulatorów pod względem parametrów energetycznych nie można porównywać z paliwem płynnym. Zatem energia ze spalenia 1 galona (3,8 litra) paliwa JP8 jest równoważna ładowaniu akumulatora litowo-jonowego o masie 140 funtów (63,5 kg). W związku z tym, aby wymienić 87-litrowy zbiornik paliwa Humvee, potrzebny jest akumulator o wadze prawie 1,5 t. Oczywiście taka „modernizacja” samochodu po prostu nie ma sensu.
W przeciwieństwie do samochodu z silnikiem spalinowym, samochód elektryczny nie może przewozić kanistrów z paliwem i potrzebuje źródła zasilania do ładowania. Tym samym w bazach lub podczas rozmieszczania konieczne będzie zapewnienie dodatkowych systemów wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej, które będą w stanie zaspokoić „zapotrzebowanie” na nowe technologie. Dodatkowo w tym kontekście pojawia się kwestia czasochłonności: tankowanie oleju napędowego do baku trwa kilka minut, podczas gdy ładowanie pojazdu elektrycznego może zająć kilka godzin.
Istnieją duże wątpliwości co do przeżywalności i stabilności bojowej pojazdów elektrycznych. Tradycyjne elektrownie są dość zgodne z wymaganiami tego rodzaju. Tak więc uszkodzenie układu paliwowego nie zawsze prowadzi do natychmiastowego pożaru, a silnik jeszcze przez jakiś czas zachowuje zdolność do pracy i wyciągnięcia auta z ostrzału. Akumulator w przypadku podobnego uszkodzenia co najmniej ulegnie awarii i unieruchomi pojazd elektryczny. Ponadto ryzyko natychmiastowego pożaru lub wybuchu jest wysokie, a nowoczesne baterie są niezwykle trudne do ugaszenia.
Możliwe pojawienie się Hummera EV w konfiguracji wojskowej. Grafika GMC
Kierunki rozwoju
Głównym wynikiem badania „Powering the US Army of the Future” był wniosek o braku doskonałości „czystych” elektrycznych układów napędowych. Ze wszystkimi swoimi zaletami, jeśli chodzi o połączenie cech technicznych, eksploatacyjnych i ekonomicznych, ustępują tradycyjnym układom z silnikami spalinowymi.
To opóźnienie wynika z niewystarczającej pojemności obecnych akumulatorów. Pomimo całego postępu ostatnich lat, nadal ustępują one paliwom płynnym. Ogranicza to cechy technologii, a także wymaga stworzenia dla niej specjalnej złożonej infrastruktury.
Autorzy badania uważają, że w obecnej postaci pojazdy elektryczne nie mają praktycznego znaczenia dla wojska. Oczekiwany postęp w dziedzinie akumulatorów raczej nie zmieni tej sytuacji w krótkim i średnim okresie. Nie należy też oczekiwać, że armia będzie w stanie stworzyć całą niezbędną infrastrukturę w rozsądnym czasie.
Jeśli armia nadal zamierza przejść na trakcję elektryczną, to powinna zwrócić uwagę na elektrownie hybrydowe. Podwozia z generatorami diesla, akumulatorami i silnikami trakcyjnymi różnią się od „czysto” elektrycznych pojazdów bardziej udanym stosunkiem podstawowych funkcji i możliwości. Ponadto dostępne technologie pozwalają już na stworzenie samochodu o akceptowalnym poziomie osiągów.
Trzy opcje przekładni elektrycznych QinetiQ EX-Drive dla pojazdów różnych klas. Grafika QinetiQ
Należy zauważyć, że kierunek hybrydowy jest już rozwijany pod nadzorem wojska. Obecnie realizowanych jest kilka tego typu projektów w różnych obszarach. Z inicjatywy i na zlecenie wojska opracowywane są projekty pojazdów różnych klas i przeprowadzane są pierwsze eksperymenty w dziedzinie pojazdów opancerzonych. Jaki będzie ich sukces, okaże się w niedalekiej przyszłości.
W ten sposób Pentagon jest poważnie zainteresowany perspektywicznym rozwojem w dziedzinie elektrowni dla pojazdów lądowych i robi wszystko, co możliwe, aby rozwinąć tę dziedzinę. Dotychczas prace w tym zakresie ograniczały się głównie do pierwszych opracowań, na podstawie których będą snute plany na przyszłość. Jakie to będą plany, jak szybko iw jakim stopniu zostaną zrealizowane - czas pokaże. Jest całkiem możliwe, że w perspektywie średnioterminowej armia USA, która jest zainteresowana wszelkimi obiecującymi technologiami, mimo wszystko rozpocznie przechodzenie na pojazdy elektryczne.
informacja