مصرف روزافزون انرژی سیستم های خودروهای سواری به فناوری های جدید فرصتی می دهد تا از این فرصت استفاده کرده و قدرت و تحرک خودروهای نظامی را در آینده به طور اساسی تغییر دهد
با توجه به اینکه نسل بعدی ارتش آمریکا احتمالاً دارای نیروگاه ترکیبی است ، این صنعت به برنامه ای در مقیاس بزرگ نیاز دارد تا بتواند فناوری های انرژی خود را که قبلاً توسعه داده است (همراه با تغییرات اجتناب ناپذیر) به بخش عمده ای از خودروهای رزمی با این وجود ، مگس موجود در این بشکه عسل این است که طبق برنامه های فعلی ، ارتش قصد دارد چنین خودروهایی را در حدود سال 2035 به کار گیرد. تصمیمات عمده در مورد پیکربندی آن به احتمال زیاد قبل از سال 2025 گرفته نخواهد شد ، مگر اینکه برنامه های مربوطه به ریاست جمهوری ترامپ تسریع شود.
نیازهای عظیم انگیزه ای عالی برای توسعه فناوری های جدید است که به نوبه خود می تواند راه حلی برای رفع این نیازها ارائه دهد. به عنوان مثال ، تقاضای روزافزون برای انرژی الکتریکی در میدان جنگ با نیاز به کاهش بار تدارکات مربوط به عرضه سوخت و همچنین افزایش قابلیت خارج از جاده نیروهای رزمی و نیروهای پشتیبانی رزمی همراه است. همه اینها شواهد قانع کننده ای به نفع پذیرش گسترده واحدهای قدرت کمکی ، کنترل هوشمند موتور و درایو هیبریدی برقی و در نتیجه افزایش شدید قدرت تولید شده برای مصرف کنندگان خارجی است.
بر اینرسی غلبه کنید
BAE Systems با داشتن تجربه زیاد در زمینه تولید تظاهرات فن آوری خودروهای هیبریدی برای سازه های مختلف نظامی و تولید اتوبوس های هیبریدی برای بخش غیرنظامی ، موقعیت مناسبی برای ارزیابی دقیق این که این فناوری امروز در کجا قرار دارد و چشم انداز آن چیست ، دارد. همین امر در مورد DRS Technologies نیز صادق است ، که در بسیاری از پروژه های نمایشی نیز شرکت کرده است. تام ویور ، مدیر تجاری DRS Network Computing and Test Solutions ، گفت که بازار هنوز در حال ظهور است و مزایای خودروهای برقی هنوز بر اینرسی خودروهای سنتی غلبه نکرده است. این سکون با وجود نیازهایی که "حداقل 100" "در دهه گذشته افزایش یافته است ، بر پیشرفت ماشین هایی که قادر به تولید نیروی لازم برای مصرف کنندگان خارجی هستند ، تأثیر منفی می گذارد.
"DRS با مشتریان مختلف کار می کند تا ماشین ها را با فن آوری های جدید یکپارچه در آزمایش های مختلف عملکرد نشان دهد. تظاهرات موفق و نظرات مثبت کاربران منجر به استقرار چنین خودروهایی در سربازان نشد ، علاوه بر این ، الزامات آنها حتی توسعه نیافته است. با این وجود ، تقاضا همچنان افزایش می یابد ، به ویژه برای عملیات اعزامی و خودروهای تخصصی مانند سیستم های تسلیحاتی با انرژی هدایت شده."
DRS در حال حاضر یک سیستم قدرت داخلی برای وسایل نقلیه تاکتیکی متوسط (MTV) و تجهیزات HMMWV را در قالب یک ژنراتور یکپارچه انتقال ارائه می دهد که با همکاری آلیسون توسعه یافته است. به عنوان مثال ، این سیستم که روی یک کامیون MTV نصب شده است ، قدرت 125 کیلو وات را برای سیستم های داخلی یا خارجی تولید می کند.این شرکت همچنین سیستم های مدیریت انرژی دیگر را برای خودروهای مختلف تولید می کند. مهندس ارشد اندرو روزنفیلد از BAE Systems ، که همچنین با چنین سیستم هایی سروکار دارد ، معتقد است بعید است که وسایل نقلیه کاملا الکتریکی نقش عمده ای در نبردهای زمینی ایفا کنند ، عمدتا به دلیل مشکلات شارژ مجدد باتری ها.
وی ادامه داد: "در حالی که فناوری پیشرانه برای عملکرد تمام الکتریکی به خوبی ثابت شده است ، مشکل سوخت گیری ممکن است مانع از به کارگیری وسایل نقلیه کاملا الکتریکی شود." "به هر حال ، دیزل در هر نقطه از جهان در دسترس است ، در حالی که یافتن یک ایستگاه شارژ باتری در صحرا بسیار دشوار است ، اما حتی اگر شما آن را پیدا کنید ، انتظار هشت ساعت برای شارژ کامل آنها احتمالاً امکان پذیر نیست."
ویور موافقت کرد که احتمالاً بر خودروهای هیبریدی غلبه خواهد شد ، همچنین محدودیت های زیرساخت شارژ خودروهای برقی تمیز و همه جا بودن سوخت دیزل و JP8 را ذکر کرد. با این حال ، روزنفیلد تأکید کرد که وسایل نقلیه کاملا برقی می توانند نقش مهمی در پایگاه های نظامی ایفا کنند ، زیرا می توانند کالاها را جابجا کنند ، همانطور که در کارخانه های مدرن یا فرودگاه ها (تراکتورهای فرودگاه) اتفاق می افتد. او گفت: "ماشین های پیل سوختی به احتمال زیاد قادر به انجام چنین وظایفی هستند ، زیرا آنها به دسترسی آزاد به ذخایر هیدروژن نیاز دارند."
ویور معتقد است که راه دشواری در پیش روی خودروهای پیل سوختی است. "اول ، هنوز زیرساخت گاز هیدروژنی وجود ندارد و بی اعتمادی خاصی در استقرار سوخت جدید وجود خواهد داشت. مسیر چنین خودروهایی با عملیات اعزامی به خوبی سازماندهی شده آغاز می شود."
طرح های ترکیبی نیز پیچیده تر از طرح های صرفاً الکتریکی هستند و دارای ویژگی های متعددی هستند که آنها را جذاب تر از ماشین های الکتریکی و معمولی قدرت محرک می کند. "اول ، سیستم های برقی هیبریدی از سوخت مشابه خودروهای دیزلی سنتی استفاده می کنند. ثانیاً ، گشتاور دور در دقیقه برای ماشینی که در زمین های ناهموار حرکت می کند یا از شیب بسیار تند بالا می رود ایده آل است."
وی افزود: توانایی تولید مقادیر زیادی برق در کشتی با استقرار قابلیت های جدید مانند ارتباطات و سیستم های تسلیحاتی که از لیزرهای قدرتمند استفاده می کنند ، اهمیت فزاینده ای پیدا می کند. توانایی صادرات این انرژی نیز یک مزیت بزرگ است ، زیرا این ماشین ها می توانند مناطق پرجمعیت و بیمارستانهایی را که سیستم های قدرت خودشان در اثر آسیب های جنگی یا بلایای طبیعی آسیب دیده اند ، تغذیه کنند.
در نهایت ، کاهش هزینه های بهره برداری و نگهداری مربوط به صرفه جویی قابل ملاحظه در سوخت و قابلیت اطمینان بیشتر ، خودروهای برقی هیبریدی را به انتخابی هوشمندانه و بلند مدت تبدیل می کند."
همانطور که ویور خاطرنشان کرد ، تقاضای انرژی الکتریکی در خودروهای رزمی هرگز کاهش نیافته است ، آنها فقط سال به سال افزایش می یابد. "سیستم های کاربردی جدیدتر نیاز به قدرت بیشتر و بیشتر از پلت فرم حامل و همچنین ارتقاء مداوم سیستم های تولید و توزیع برق خودروهای فعلی دارد."
"هنگامی که ویژگی هایی مانند حرکت بی صدا ، رادار ، ارتباطات پیشرفته ، اختلال در سیگنال و زره یا سلاح الکترومغناطیسی را اضافه کردید ، این سکو عقب می افتد و بدون تغییر به یک طرح ترکیبی الکتریکی غیرقابل کنترل می شود. در دهه آینده ، برای همه وسایل نقلیه رزمی ، یکی از مهمترین م componentsلفه ها توانایی تولید مقادیر زیادی برق در کشتی خواهد بود."
وی ادامه داد: خودروهای برقی باید کار خود را به خوبی و حتی بهتر از همتایان مکانیکی سنتی خود انجام دهند. وی افزود: "سیستم های موتوری نه تنها به طور قابل توجهی ساده تر و دارای قطعات متحرک کمتری نسبت به سیستم های موتوری هستند ، بلکه اغلب دارای سطح افزونگی شگفت آور خوبی هستند و آنها را قابل اطمینان تر می کند. به عنوان مثال ، اکثر گیربکس های برقی عرضی می توانند به طور عادی با یک موتور خراب کار کنند."
ویور گفت که فناوری های کلیدی پرورش یافته در حمل و نقل عمومی در حال حاضر آماده هستند و آماده ورود به بازار هستند. وی گفت: "استفاده گسترده از مدارهای ترکیبی و الکتریکی ، به ویژه در اتوبوس ها و تراموا های بین شهری ، منجر به توسعه کنترل کننده های موتور ، اینورتر و مبدل هایی شده است که تقریباً به نیازهای ارتش نزدیک هستند." "همه نیازهای صنعت به مشتریانی است که مایل به پرداخت هزینه برای مراحل واجد شرایط بودن و همچنین به اندازه کافی برای کاهش هزینه هستند."
در همین حال ، کار بر روی تظاهرات ادامه دارد. جنرال موتورز (GM) در AUSA در اکتبر 2016 یک نسخه "آماده به کار" از خودروی پیل سوختی شورولت کلرادو ZH2 خود را نشان داد که بر اساس شاسی بلند پیکاپ سایز متوسط طراحی شده است. طبق برنامه زمانبندی شده ، کلرادو ZH2 ، با کمک مرکز تحقیقات زرهی TARDEC ، قرار است طی سال 2017 یک سری آزمایش های نظامی "در شرایط عملیاتی شدید" انجام دهد.
این یک برنامه شتابزده بود. GM و TARDEC با هم همکاری کردند تا در کمتر از یک سال پس از امضای قرارداد ، نسخه نمایشی ایجاد کنند. پل راجرز ، مدیر TARDEC می گوید: "سرعت نمایش و ارزیابی ایده های نوآورانه بسیار زیاد است ، به همین دلیل است که روابط صنعت برای ارتش بسیار مهم است." "پیل های سوختی این پتانسیل را دارند که قابلیت های خودروهای نظامی را از طریق عملکرد بی سر و صدا ، تولید برق برای مصرف کنندگان خارجی و گشتاور پایدار به میزان قابل توجهی افزایش دهند - همه این مزایا باعث می شود تا این فناوری بیشتر مورد بررسی قرار گیرد."
داگ هالو گفت: "ZH2 ارتش را قادر می سازد تا آمادگی فن آوری پیل سوختی را برای کاربردهای نظامی نشان داده و ارزیابی کند و در عین حال به این سeringال پاسخ دهد که وسایل نقلیه الکتریکی پیل سوختی در شرایط خاص و در مأموریت های رزمی چقدر می تواند مفید باشد." سخنگوی TARDEC
مزایای پیش بینی شده که TARDEC باید ارزیابی کند شامل عملیات تقریباً بی صدا است که امکان نظارت بی صدا ، کاهش امضای حرارتی ، گشتاور زیاد چرخ در تمام سرعتها ، مصرف سوخت کم در کل محدوده عملیاتی و آب آشامیدنی به عنوان یک محصول جانبی شیمیایی را فراهم می کند. به کلرادو ZH2 دارای یک خروجی قدرت برای مصرف کنندگان خارجی است.
سیستم محرکه بر اساس پیلهای سوختی غشای تبادل پروتون قادر به تولید 93 کیلووات جریان مستقیم و باتری است که 35 کیلووات دیگر را برای سیستم محرک تأمین می کند و در هنگام ترمزهای احیا کننده شارژ می شود. این چیزی است که مدیر پروژه GM ZH2 کریستوفر کلکیت توضیح می دهد.
مخازن این خودرو حدود 4.2 کیلوگرم هیدروژن فشرده را با 10000 psi نگه می دارند که بیش از 689 برابر فشار اتمسفر است. هوای جوی منبع اکسیژن مورد نیاز برای فرآیند الکتروشیمیایی است ، که در نتیجه آن برق مورد نیاز تولید می شود. فقط بخار آب آزاد می شود."
برای همه سیستم های محرک برقی ، انتقال انرژی از منبع به چرخ ها نسبت به وسایل نقلیه سنتی آسان تر است. ZH2 انتقال به معنای معمول کلمه ندارد. Kolkit توضیح داد: یک موتور کششی AC با گیربکس تک مرحله ای گشتاور را مستقیماً به جعبه انتقال و سیستم چهار چرخ محرک منتقل می کند.
زیرساخت های قابل حمل
از طریق این برنامه ، مرکز TARDEC همچنین در حال بررسی چیزی است که می تواند حداقل راه حلی جزئی برای مشکل موجود بودن هیدروژن (زیرساخت) باشد. راه حل آن در اینجا به دلیل این واقعیت است که این عنصر شیمیایی را می توان به روش های مختلف از منابع مختلف تولید کرد. به گفته نماینده مرکز TARDEC ، در مرحله اولیه کار بر روی پروژه ZH2 ، ایده بدست آوردن هیدروژن فشرده در حین اصلاح نفت سفید JP8 هوانوردی در یک اصلاح کننده قابل حمل است که به همراه هر آزمایش به محل آزمایش منتقل می شود. ماشین ، زیرا این باعث افزایش تعداد حل شده در این مرحله از وظایف می شود.
وی گفت: "ما در حال حاضر به دنبال ایجاد یک اصلاح کننده هستیم که بتواند از منابع مختلفی مانند گاز طبیعی ، سوخت جت JP8 ، دیزل DF2 یا پروپان برای تولید هیدروژن استفاده کند." - شبکه های الکتریکی محلی ، از جمله منابع انرژی تجدیدپذیر ، همراه با منابع آب ، همچنین می توانند برای تولید هیدروژن مورد استفاده قرار گیرند. این امر به ارتش اجازه می دهد تا میزان سوختی را که به یک تئاتر عملیات خاص آورده می شود کاهش دهد و به آنچه در آن تئاتر موجود است ، تکیه کند."
صرف نظر از باتری ها ، پیل های سوختی یا نیروگاه های دیزلی و برقی مخلوط به عنوان محرک اصلی ، تبدیل جریان الکتریکی به پیشرانه به محرک های الکتریکی قابل اعتماد و کارآمد نیاز دارد. شرکت انگلیسی Magtec سیستم های محرک الکتریکی را برای بازارهای هوافضا ، دریایی و خودرو تولید می کند ، به عنوان مثال ، چندین گزینه برای تبدیل کامیون های تجاری با سیستم های پیشرانه جدید ارائه می دهد.
با این حال ، این شرکت همچنین پیشرانه های کاملی را برای سیستم های ردیابی و چرخ دار برای نشان دادن فناوری های ترکیبی تولید شده توسط BAE Systems Hagglunds برای آژانس های دفاعی انگلیس و سوئد در اوایل دهه 2000 توسعه داد.
برای سیستم عامل های SEP (Splitterskydd EnhetsPlattform) ، هر دو 6x6 چرخ دار و ردیابی شده ، این شرکت موتورهای توپی داخل چرخ (موتور چرخ ها) را توسعه داده است ، از جمله دنده های دو مرحله ای و سیستم ترمز در هر کدام ، ژنراتورهای دوقلو ، تجهیزات کنترل و توزیع نیرو. به برای SEP ، او همچنین نرم افزاری را برای کنترل عملکردهای کلیدی مانند توزیع نیرو ، کنترل کشش ، قفل های دیفرانسیل الکترونیکی و فرمان توسعه داده ، نصب و آزمایش کرده است که به دستگاه اجازه می دهد در محل روشن شود. علاوه بر این ، این سیستم با کلیه مقررات EMC نظامی و مقررات زیست محیطی مطابقت دارد.
مدیر عامل شرکت Magtec گفت که او پتانسیل رشد خوبی برای خودروهای برقی با برد وسیع برای مأموریت های پشتیبانی رزمی می بیند. در عین حال ، فن آوری های جدید به بهبود قابل توجهی در تحرک ، کاهش مصرف سوخت ، افزونگی بیشتر کمک می کند ، به علاوه آنها به شما امکان می دهند تصمیمات اولیه را در زمینه چیدمان بگیرید. وی همچنین خاطرنشان کرد که پیشرانه برقی اجرای عملیات از راه دور و خودمختاری را ساده می کند.
وی در مورد توسعه بیشتر فناوری های لازم ، خاطرنشان کرد که سیستم های محرک آماده ورود به بازار با تجهیزات الکترونیکی پیشرفته (برای کنترل درایوهای قدرت) بر اساس مدارهای نیمه هادی کاربید سیلیکون هستند. آنها برای کنترل ولتاژ بالا که سیستم های الکتریکی نسل جدید روی آن کار می کنند ، ضروری هستند. مدیر Magtec خاطرنشان کرد که 24 ولت که اکثر سیستم های مدرن در آن کار می کنند در حال حاضر برای مصرف کنندگان اصلی برق بسیار کم است (افزایش ولتاژ باعث می شود قدرت بیشتری از طریق کابلها بدون افزایش بیش از حد آمپر منتقل شود).
یکی از شرکت های فعال در این زمینه ، GE Aviation ، قراردادی 2.1 میلیون دلاری برای توسعه و نمایش الکترونیک قدرت سیلیکون کاربید برنده شده است.پس از یک برنامه توسعه 18 ماهه ، انتظار می رود که این شرکت مزایای فناوری FET اکسید فلز کاربید سیلیکون خود را با دستگاههای نیترید گالیم در مبدل DC / DC دو طرفه 15 کیلو وات ، 28/600 ولت نشان دهد.
به گفته این شرکت ، این تجهیزات می تواند دو برابر قدرت را تحمل کند ، در حالی که نیمی از حجم را در مقایسه با قطعات الکترونیکی سیلیکونی فعلی اشغال می کند ، در حالی که مبدل ها قادر خواهند بود موازی کار کرده و مطابق با استاندارد CAN برنامه ریزی شوند.
این شرکت در حال توسعه معماری نسل بعدی خودروها از TARDEC است و آن را یک فناوری مخرب می نامد و امیدوار است نمایش فناوری در اواسط سال 2017 آماده شود.
دو برابر سرعت
یکی دیگر از فناوری های موفقیت آمیز ، پروژه فناوری زمینی وسایل نقلیه زمینی (GXV-T) آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاع DARPA است که در آن سیستم های الکتریکی نقش مهمی ایفا خواهند کرد. هدف این پروژه به نصف رساندن اندازه ، وزن و تعداد خدمه خودروهای زرهی امیدوار کننده ، دو برابر شدن سرعت آنها ، توانایی غلبه بر 95 درصد از زمین و همچنین کاهش علائم دید است.
در ژوئیه 2016 ، دارپا 2.7 میلیون دلار به Qinetiq سرمایه گذاری کرد تا فناوری سیستم های محرک الکتریکی را برای پروژه GXV-T اصلاح کند. این شرکت این فناوری را به عنوان موتورهای الکتریکی جمع و جور و فوق العاده قدرتمند در داخل چرخ ها معرفی می کند که جایگزین گیربکس ها ، دیفرانسیل ها و محورهای محرک مختلف می شوند. این رویکرد ، به گفته شرکت ، به طور چشمگیری وزن کلی پلت فرم را کاهش می دهد و گزینه های جدیدی را برای طراحی ایجاد می کند که ایمنی و عملکرد را بهبود می بخشد.
Qinetiq تأکید می کند که علاوه بر استفاده از آن در مفاهیم جدید ، مانند GXV-T ، این فناوری می تواند قابلیت های خودروهای موجود را نیز در هنگام ارتقاء افزایش دهد. به عنوان مثال ، یک وسیله نقلیه پیاده چند چرخه که با هاب یا چرخ های موتور ارتقا یافته است "می تواند از افزایش قدرت و تحرکی که صرفه جویی در وزن ایجاد می کند ، استفاده کند ، یا برعکس ، از این پس اندازها برای بهبود حفاظت ، نصب تجهیزات یا افزایش ظرفیت مسافر استفاده کند."
پس از سرمایه گذاری ، قراردادی اعلام شد که در سپتامبر 2015 اعلام شد و طبق آن مفهوم به یک طرح واقعی تبدیل و آزمایش می شود و پس از آن دو نمونه اولیه کامل تولید می شود.
سرپرست تحقیقات در Qinetiq در مورد قرارداد گفت: "محرک های معمولی بسیار سنگین هستند ، ظرفیت محدودی دارند و از اجزایی تشکیل شده اند که در صورت انفجار توسط مین می توانند به پرتابه های کشنده تبدیل شوند." "حرکت درایوها به چرخ ها این تهدید را از بین می برد و تمایل به سنگین تر شدن وسایل نقلیه و کاهش حرکت آنها را به دلیل افزایش سطح حفاظت و قدرت سلاح ها از بین می برد."
ماشینهای موجود همچنین می توانند از برق رسانی زیرسیستمهای بدون پیشرانه بهره مند شوند. به عنوان مثال ، شرکت آلمانی Jenoptik قرار است 126 برج برج برقی و سیستم تثبیت سلاح را برای برنامه مدرن سازی تانک لئوپارد 2PL لهستانی تأمین کند. به گفته این شرکت ، سیستم های الکتریکی جایگزین سیستم های هیدرولیک روی مخزن می شوند و در نتیجه تعمیر و نگهداری و تولید گرما را کاهش می دهند.
تحویل ها باید در سال 2017-2020 تحت قرارداد 23 میلیون دلاری امضا شده با Bumar Labédy لهستانی در اکتبر 2016 انجام شود. همان شرکت Bumar Labedy در فوریه 2017 یک توافقنامه همکاری در زمینه نوسازی مخازن با شرکت آلمانی Rheinmetall امضا کرد.
یکی از فعالیت های Jenoptik توسعه و تولید سکوهای سلاح / حسگر با ثبات فشرده ، سیستم های رانندگی برای برج ها و سلاح ها و آینه هایی برای تثبیت خط دید وسایل نقلیه زرهی است.
به عنوان مثال ، یک سیستم محرک تفنگ و برجک برای سیستم های سلاح های بزرگ شامل موتورهای الکتریکی هدایت افقی و عمودی است که بسته به سیگنال های واحدهای کنترل اصلی و پشتیبان ، اسلحه را به ترتیب در آزیموت و ارتفاع هدایت می کند.هر دو درایو شامل موتورهای همزمان بدون جاروبک با موقعیت مطلق با فاصله صفر بین چرخ دنده خروجی هر موتور و قسمت دندانه دار مجموعه اسلحه هستند.
این سیستم که می تواند با ولتاژ تغذیه 28 و 610 ولت DC کار کند ، می تواند اسلحه را در هر هواپیما با سرعت حداکثر 60 درجه در ثانیه یا کندتر از 0.2 مارادس بر ثانیه پرتاب کند.
واحد کنترل درایو ، مطابق با سیگنال های ورودی سنسورها ، کنترل ها و یک نمای فعال ، منبع تغذیه را به یک جفت سیستم سه فاز تبدیل می کند ، یکی برای هریک از برجک ها و هدایت سلاح ها ، تثبیت کننده و فعال کننده سرو موتورها.
بر اساس گزارش شرکت تحقیقاتی IDTechEx در سال گذشته ، بازار جهانی برقی سازی خودروها تا سال 2026 به ارزش 300 میلیارد دلار خواهد بود. این رشد ، ناشی از افزایش تعداد کنترل کننده های موتور الکتریکی در هر وسیله نقلیه (چرا که فرمان ، سیستم تعلیق و سایر قطعات مکانیکی ، پنوماتیک و هیدرولیک قبلاً جایگزین سیستم های الکتریکی می شوند) ، یک پایه تکنولوژیکی برای بازار انبوه فراهم می کند ، بنابراین هزینه آنها را کاهش می دهد. برای خودروهای نظامی
