Hybrydowe pojazdy opancerzone idą na wojnę bez Rosji
M1126 Stryker DVHA1
Szeregowy czy równoległy?
Technicznie rzecz biorąc, w napędzie hybrydowym nie ma nic nowego – pierwsze prototypy zbudował Ferdinand Porsche już w 1900 roku. Jego Lohner-Porsche posiadał wszystkie elementy właściwe nowoczesnym hybrydom – silnik spalinowy, generator, akumulatory i silniki elektryczne. Dokładniej, nawet koła silnikowe. Projekt wyróżniał się dużą masą, złożonością i niską niezawodnością, co z góry przesądziło o jego nieszczęśliwej przyszłości.
Na kilka dziesięcioleci obwody hybrydowe zniknęły z radarów inżynierów motoryzacyjnych. Niemniej jednak hybrydy miały pewne zalety, o których nie można przemilczeć. Przede wszystkim jest to opłacalne.
Z jednej strony zużycie paliwa można zmniejszyć, eksploatując silnik spalinowy bez szarpnięć i przy najbardziej optymalnych prędkościach.
Natomiast część trasy można pokonać wyłącznie na napędzie elektrycznym, przy wyłączonym silniku. Ze względu na wyższą sprawność ogólną napędu hybrydowego, w silnikach montuje się nieco mniejszą moc – średnio o 25–30 proc., co pozytywnie wpływa na zużycie paliwa.
Hybrydowy Lohner-Porsche
Najprostszą konstrukcję hybrydową można nazwać obwodem sekwencyjnym, gdy silnik napędza wirnik generatora, który z kolei dostarcza energię do silników elektrycznych. Obecność akumulatorów w obwodzie jest obowiązkowa, umożliwiając w razie potrzeby wyłączenie silnika spalinowego i poruszanie się wyłącznie na napędzie elektrycznym.
Były też pewne specyficzne wady. Ze względu na długą ścieżkę konwersji energii węglowodorów sprawność obwodu sekwencyjnego nie jest najwyższa. Jak głosi teoria: „Sprawność układu połączonych szeregowo mechanizmów jest zawsze niższa od najgorszego z mechanizmów tego układu”.
Gdy węzły są połączone równolegle, sprawność przyjmuje wartość pośrednią w stosunku do sprawności poszczególnych węzłów. W takich schematach silnik spalinowy jest zwykle bezpośrednio połączony z kołami napędowymi, ale interweniuje elektryczny silnik-generator. Albo pobierają część energii podczas hamowania regeneracyjnego i magazynują ją w akumulatorach, albo uwalniają ją z nich w momentach szczytowego zużycia, np. podczas przyspieszania.
Obwód równoległy często można znaleźć w samochodach osobowych i ciężarówkach - nowoczesne technologie umożliwiają tworzenie niezawodnych i bezpretensjonalnych jednostek. Szczególnie lubią to w Japonii. Ostatnio nawet minisamochody na wyspach wyposażane są w napędy hybrydowe, co jeszcze dwadzieścia lat temu wydawało się nieopłacalne i fantastyczne.
Analitycy branży motoryzacyjnej uważają obwody hybrydowe za pośrednie ogniwo prowadzące do szczęśliwej przyszłości pojazdów elektrycznych. Ale to jest zupełnie co innego historia.
Hybrydy na wojnie
Technologie hybrydowe są stosowane w obecnych i przyszłych pojazdach opancerzonych od dawna, ale nie znalazły jeszcze powszechnego zastosowania. Jednocześnie „hybrydy” mają szczególne zalety na wojnie. Na przykład możliwość poruszania się wyłącznie na napędzie elektrycznym znacznie zmniejsza hałas powodowany ruchem. Zwłaszcza w przypadku pojazdów kołowych.
Ważne jest, aby zrozumieć istotne wady, jakie hybrydowa elektrownia niesie ze sobą do pojazdów opancerzonych. Oprócz zauważalnego wzrostu ostatecznego kosztu pojazdu bojowego, konstruktorzy muszą szukać znacznych ilości zarezerwowanej przestrzeni na umieszczenie akumulatorów. Można to częściowo zrekompensować brakiem dość dużej hydromechanicznej przekładni i wałów napędowych na koła.
Nowoczesne akumulatory litowo-jonowe w pojazdach opancerzonych są dodatkowym źródłem ognia, który nie jest łatwo ugasić. Wystarczy kilka kul lub odłamków, aby podpalić akumulator. Mrozy mogą również zniweczyć wszystkie zalety obwodu hybrydowego - samorozładowanie akumulatorów na zimno jest znane wszystkim użytkownikom gadżetów do noszenia.
Ale ostatnią wadę można zrekompensować, nieco komplikując projekt. Na przykład instalacja obwodu grzewczego akumulatora z układu chłodzenia silnika. Nawiasem mówiąc, zwiększy to wydajność całej instalacji - ciepło będzie wydawane efektywniej.
Pomimo opisanych powyżej wad, schemat hybrydowy przyciąga coraz większą uwagę wojska.
Z tego ostatniego Amerykanie próbują zintegrować napęd hybrydowy w swoim bazowym M1126 Stryker DVHA1. Do bonusów należy zmniejszone zużycie paliwa, a co za tym idzie zwiększenie rezerwy mocy. Dokładne parametry nie są podane, ale dla porównania nadają się raporty na rosyjskiej platformie Krymsk.
Krajowa hybryda „Krymsk”
Około dziesięć lat temu inżynierowie z Wojskowej Spółki Przemysłowej eksperymentowali z hybrydowym transporterem opancerzonym opartym na BTR-90. Samochód został zbudowany według wszystkich kanonów na bazie elementów krajowych z wykorzystaniem obwodu sekwencyjnego.
Badania i obliczenia teoretyczne wykazały, że dynamika pojazdów opancerzonych i czołgi-hybrydy wzrosną o 20–35 proc., średnia prędkość o 5 proc., a rezerwa mocy o 15–22 proc. Nie było sensu mówić o skuteczności cichego trybu pracy Krymska – samochód przejechał na napędzie elektrycznym nie więcej niż 500 metrów.
Krajowi inżynierowie obliczyli, że „jeśli plany zostaną pomyślnie wdrożone, należy zalecić elektrownie hybrydowe typu równoległego do stosowania na obiecujących i zmodernizowanych urządzeniach opracowanych po 2020 r., a typu sekwencyjnego po 2025 r.” Oznacza to, że klasyczny schemat połączenia szeregowego silnika i silnika elektrycznego jest uważany za najbardziej obiecujący.
Stwierdzenie faktu, który był prawdziwy zarówno dziesięć lat temu, jak i obecnie, to jak mucha w maści – produkcja domowych mikroukładów sygnałowych, wysokoprądowych urządzeń półprzewodnikowych wysokiej częstotliwości, małych kondensatorów foliowych i urządzeń sterujących pozostaje problematyczna.
Pracowaliśmy także nad elektrowniami hybrydowymi w petersburskim VNIITransmash. Ponadto od razu rozważano zakup pojazdu gąsienicowego o masie 54 ton i prędkości maksymalnej 75 km/h z produktami dla czołgów – nośnika jednostek. Biorąc pod uwagę, że otwarte informacje pochodzą z 2015 roku, można przypuszczać, że Armata może stać się hybrydą.
O poziomie kompetencji i zarządzania tamtych czasów świadczą jednak „sukcesy” związane z próbą zastąpienia białoruskiego MZKT nośnikiem rakiet KamAZ-7850, lepiej znanym jako „Platforma-O”. Inżynierowie zastosowali sekwencyjny schemat napędu hybrydowego z kołami silnikowymi. Okazało się spektakularnie, ale wydarzenia nie wynikały z pracy eksperymentalnej.
Hybrydowy StrykerQB
Tymczasem współczesne trendy wyznaczają nowe wymagania dla systemów hybrydowych w sprzęcie wojskowym.
Jeśli pamiętamy o amerykańskim Srykerze, to jednym z motywów było wysokie zużycie energii na pokładzie pojazdu opancerzonego. Samochód pancerny musi teraz być w stanie „generować, magazynować i dystrybuować energię do zasobów zewnętrznych”. Amerykanie dają do zrozumienia, że bez napędu hybrydowego nie będzie możliwości montażu instalacji laserowych i systemów aktywnej ochrony.
Oczywista staje się zupełnie inna rola hybryd w wojnach przyszłości – teraz to nie tyle sposób na zmniejszenie zużycia paliwa, ile także zapewnienie mocy szerokiemu arsenałowi na pokładzie. Bardzo pożądane jest, aby ze wszystkich funkcjonalności można było korzystać nawet wtedy, gdy silnik spalinowy jest wyłączony.
Kontrowersyjna, ale aktualna jest teza o wystarczalności pomocniczego zespołu napędowego do zasilania dołączonego wyposażenia czołgu i innych pojazdów opancerzonych. Mówią, że całą złożoność elektrowni hybrydowej można zrekompensować jednym generatorem diesla zawieszonym nad tylnym lewym kołem napędowym - tak jest to zaimplementowane w T-90MS.
Na istniejące potrzeby zbiornika taki schemat jest wystarczający, ale mówimy o obiecujących technologiach, których wymagania energetyczne będą wielokrotnie większe niż nowoczesne. Ponadto piękno hybrydy polega na tym, że może ona dostarczać energię konsumentom podczas postoju, a w przypadku dużego pośpiechu dodać kilka procent mocy i wyprowadzić pojazd bojowy z kłopotów.
Wróćmy jednak do Strykera, dla którego ogłoszono już przetarg na opracowanie napędu hybrydowego. Za ideologiczny prototyp przyszłego rozwoju można uznać bezzałogowy i hybrydowy StrykerQB, po raz pierwszy zaprezentowany przez General Dynamics na wystawie AUSA 2023. Ale to wciąż tylko droga zabawka, a wojsko potrzebuje opancerzonego samochodu spalinowo-elektrycznego, który jest maksymalnie dostosowany do współczesne realia. Na poprzednich targach AUSA 2022 Amerykanie wprowadzili StrykerX również z elektrownią hybrydową.
Nowoczesny pojazd bojowy jest wypełniony coraz większą liczbą odbiorców energii, z których wielu po prostu nie ma wystarczającej ilości prądu. Hybrydowy układ napędowy może pomóc w rozwiązaniu tego obiecującego problemu.
Ciekawie i dość kontrowersyjnie wyglądają plany hybrydyzacji i elektryfikacji amerykańskiej floty pojazdów opancerzonych. Tym samym w ciągu dziesięciu lat hybrydy staną się powszechne, a do 2050 r. czołgi, bojowe wozy piechoty i transportery opancerzone przejdą na napęd w pełni elektryczny i całkowicie zrezygnują z paliwa. W ten sposób Amerykanie nie tylko udoskonalają swoją technologię, ale także walczą z globalnym ociepleniem.
Zostawmy toksyczne spaliny czołgów Amerykanom i zastanówmy się, co rosyjski kompleks wojskowo-przemysłowy wniesie do hipotetycznej wojny przyszłości? Oczywiście w zastosowaniu do technologii hybrydowych.
Nic – nie ma obecnie żadnych informacji na temat rozwoju obwodów hybrydowych.
Szczerze mówiąc, dzisiaj nie jest na to zbyt dogodny czas, ale nawet przed operacją specjalną, poza hybrydowymi „Krymskiem” i „Platformą-O”, krajowy kompleks wojskowo-przemysłowy nie był z niczego zadowolony. Oznacza to, że nie ma żadnych zmian w poszczególnych jednostkach, a nawet demonstratorach technologii.
Oczywiście całkowite przejście na napędy hybrydowe nie stanie się strategiczną przewagą na froncie, ale taka technologia jest niezbędna do rozwoju potencjału uderzeniowego. Przynajmniej w przypadku zasilania tych bardzo obiecujących odbiorców – systemów aktywnej ochrony, technologii ukierunkowanej energii, walki elektronicznej i komunikacji.
Sprzęt wojskowy nieuchronnie będzie coraz bardziej energochłonny, a bez obwodów hybrydowych nie będzie łatwo poradzić sobie z przeciążeniem sieci.
informacja