La excelente movilidad en las condiciones más duras es la característica primordial de todos los vehículos militares. Sin embargo, es mucho más difícil lograr esto para los vehículos blindados, pero es extremadamente importante para que puedan realizar con éxito sus tareas
La movilidad es muy importante para los vehículos blindados, pero al mismo tiempo compite con otras características críticas, como, por ejemplo, garantizar la supervivencia del vehículo y la tripulación. Y aquí, este requisito puede entrar en conflicto fácilmente con el requisito de mantener la movilidad. Sin embargo, está claro que los soldados, cuya seguridad depende de dichos vehículos, necesitan una mayor permeabilidad fuera de la carretera, una aceleración más rápida y una mayor velocidad, todo sin afectar negativamente la capacidad de supervivencia. Estas demandas están impulsando el desarrollo de nuevos grupos de potencia y sistemas de tren de rodaje con el fin de encontrar soluciones óptimas para cumplir con estos requisitos a menudo conflictivos. Sin embargo, para cumplir con ellos, es necesaria una combinación y equilibrio de una serie de parámetros de diseño. Estos incluyen las características del sistema de suspensión, que afecta directamente la calidad del movimiento, la superficie de apoyo de las orugas o ruedas, que determina la presión sobre el suelo, la distancia al suelo del vehículo y la potencia del motor. La última característica se considera la más importante y la más difícil de lograr. Esto se debe al hecho de que incluso en el tema de la generación y distribución de la potencia del motor, el diseñador necesita hacer concesiones, a veces incluso pisar la garganta de su propia canción. El aumento de potencia en un vehículo blindado está limitado por factores como el volumen del compartimiento del motor, la necesidad de mantener un rango, las restricciones de peso y la necesidad de cumplir con los requisitos de potencia de los sistemas a bordo, por ejemplo, equipos de comunicación, sistemas de navegación, sensores y sistemas de protección activa y pasiva.
La protección efectiva contra las amenazas cambiantes de hoy es imperativa, especialmente aquellas que imponen las mayores demandas al tren motriz y el tren de aterrizaje. La protección significa casi inevitablemente armadura, y la armadura agrega volumen. Surge una contradicción que nos obliga a hacer concesiones inconvenientes: a medida que aumenta el nivel de amenaza, también debe aumentarse el nivel de protección. Un aumento en el nivel de protección, por regla general, se traduce en una necesidad de armadura adicional, y la reserva adicional puede contribuir a un aumento en la masa del vehículo. Mantener o mejorar las características de funcionamiento de un vehículo blindado conlleva inevitablemente un aumento de la potencia del motor y la eficiencia de la transmisión y las unidades de potencia conectadas a él. Sin embargo, la masa de un vehículo también está determinada por su tamaño: cuanto más grande es el vehículo y la superficie que debe blindarse, más pesado se vuelve. Por lo tanto, la nueva unidad de potencia (motor con transmisión y accionamientos) no solo debe ser más potente, sino que al menos debe encajar en el volumen asignado o, preferiblemente, tener un volumen total menor. Este criterio, en primer lugar, es absoluto para las unidades de potencia diseñadas para modernizar los vehículos blindados existentes, pero también es muy deseable para las nuevas plataformas.
El valor generalmente aceptado para el nivel de movilidad proporcionado por un vehículo blindado es la denominada densidad de potencia, o la relación entre la potencia (la mayoría de las veces en caballos de fuerza) y la masa del vehículo. Esta relación, si bien no tiene en cuenta todos los posibles factores que determinan la movilidad, es un criterio adecuado, aunque burdo, y es útil tanto como parámetro de diseño como herramienta para comparar diferentes máquinas. Como regla general, cuanto mayor sea la potencia específica, por ejemplo, en CV. por tonelada, mejor será el rendimiento general de conducción que mostrará la máquina. A pesar del hecho de que al evaluar un vehículo, a menudo se tiene en cuenta su velocidad máxima, para un vehículo de combate, la aceleración o la respuesta del acelerador del motor (la capacidad de hacer una transición rápida y suave de una operación estable a una potencia mínima a una potencia máxima) puede ser en realidad característica mucho más importante. A menudo se pasa por alto en el rendimiento del vehículo, la capacidad de acelerar rápidamente y moverse rápidamente hacia un lugar seguro en respuesta a una acción de ataque es invaluable. Afecta directamente la capacidad de supervivencia del vehículo y su tripulación. Por lo tanto, la potencia disponible no solo contribuye a una mayor movilidad, sino también a la capacidad de supervivencia, especialmente cuando se usa en combinación con medidas de autodefensa, incluidos sensores para detectar un disparo e irradiación láser, así como contramedidas pasivas y activas.
Poder en pequeño
A pesar de los casos individuales de uso de motores de turbina de gas, como en la familia de tanques de batalla principales (MBT) de General Dynamics M1 Abrams, el motor más popular para vehículos blindados sigue siendo un motor diésel o, más precisamente, un motor diésel multicombustible. Uno de los líderes en la producción de unidades de potencia es la empresa alemana MTU. Su enfoque integrado es que en una sola "unidad de potencia" incluye no solo el motor, la transmisión y los accionamientos de potencia, sino también los subsistemas de suministro de aire y su filtración, refrigeración, generación de energía y otros. Cada uno de los componentes de la unidad de potencia está cuidadosamente diseñado y ensamblado para obtener la solución más compacta y eficiente. MTU reconoce que para un diseñador e integrador de vehículos de combate, la relación potencia-volumen es fundamental. Giovanni Spadaro, director de empresas estatales de MTU, explicó que para ellos “la integración de todos los componentes en un solo sistema es muy importante, estamos desarrollando incansablemente nuestra filosofía de desarrollo simbiótico de todas las partes de la solución desarrollada. Para nosotros, esto significa que literalmente todo, arquitectura, concepto, software y todos los parámetros, tiene como objetivo mejorar las características de la unidad de potencia completa final ". El impacto de este enfoque en la plataforma final es enorme, dada la estrecha colaboración con los principales fabricantes de vehículos militares líderes como Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems y General Dynamics. Un portavoz de General Dynamics Land Systems explicó: "En cuanto a la unidad de potencia, más potencia es mejor, menor tamaño es mejor, más barato en general excelente, pero con el aumento obligatorio en los niveles de seguridad, confiabilidad, silencio y mantenibilidad".
MTU ha demostrado que la adaptación y modificación con fines militares de unidades de potencia comerciales es adecuada para vehículos blindados ligeros y medianos, por ejemplo, el vehículo blindado de combate de cuatro ejes ARTEC Boxer, que está equipado con un motor diesel MTU 8V199 TE20. Sin embargo, para vehículos blindados y tanques más pesados, se necesitan motores propios, como por ejemplo, los motores de las series 880 y 890, diseñados específicamente para su instalación en plataformas militares pesadas. Las capacidades de las unidades de potencia modernas se demuestran en el vehículo de combate de infantería con orugas Puma. Spadaro dijo que “la unidad de potencia MTU del Puma incluye la caja de cambios, el motor de arranque / generador y los sistemas de refrigeración y purificación de aire. El motor diesel MTU 10V 890 es conocido por su muy alta densidad de potencia y dimensiones compactas. En comparación con otros motores militares de la misma clase de potencia, el peso y el volumen se han reducido en aproximadamente un 60 por ciento”. El director de motores especiales de MTU comentó que "esta unidad es más compacta que cualquier unidad de potencia anterior". Los beneficios de los motores MTU son especialmente evidentes cuando se instalan unidades de potencia en generaciones anteriores de máquinas. Sus motores de la gama EuroPowerPack fueron utilizados por la empresa francesa GIAT (ahora Nexter) para reemplazar los motores de los tanques Leclerc-EAU para los Emiratos Árabes Unidos. Los motores de esta familia también están instalados en el Challenger-2E MBT, mientras que se lograron ahorros de volumen significativos al tiempo que se aumentó la autonomía debido a la reducción del consumo de combustible.
Reconocido por su equipo de construcción pesado, Caterpillar se ha convertido en el principal proveedor de motores para vehículos tácticos y blindados. Sus ofertas para el ejército se basan en sistemas comerciales listos para usar que se utilizan en todo el mundo. De ahí los importantes beneficios: reducción de los costos asociados con los volúmenes de producción y la disponibilidad de soporte técnico. Sin embargo, los desarrollos de la compañía son conocidos para uso militar, por ejemplo, el motor C9.3 con una potencia específica aumentada de 600 CV. Sin embargo, la verdadera innovación es que el C9.3 es capaz de variar su potencia nominal. Para cumplir con los estrictos requisitos de emisiones europeos Euro-III, cambia a un modo reducido a 525 CV. poder. Caterpillar señala que “la ventaja es que el usuario puede elegir el modo de funcionamiento. Es posible lograr el máximo rendimiento durante la operación activa en el campo, pero durante el entrenamiento o cuando se trabaja en áreas con población civil, puede ingresar al modo de control de emisiones ". De hecho, este "interruptor" se basa en tecnologías que Caterpillar desarrolló para sistemas comerciales.
La empresa es invariablemente elegida para programas de reemplazo y modernización de flotas de vehículos blindados existentes. Por ejemplo, su motor CV8 está instalado actualmente en los vehículos de combate de infantería con orugas Warrior del ejército británico. Este trabajo se lleva a cabo bajo un contrato con Lockheed Martin para actualizar el vehículo al estándar WCSP (Warrior Capability Sustainment Program), que extenderá la operación de los vehículos hasta 2040. Caterpillar también está cambiando el motor de la familia de vehículos blindados Stryker del ejército estadounidense con una capacidad de 350 hp. para el motor C9 con una capacidad de 450 CV. El nuevo motor "encaja" en el volumen ocupado por el motor anterior. El reemplazo es parte de la propuesta de General Dynamics para un cambio técnico ECP-1, que incluye un alternador de 910 amperios, actualizaciones de suspensión y otras mejoras.
Actuadores eléctricos
Tradicionalmente, la potencia del motor se transmite mecánicamente a las ruedas o orugas. Los accionamientos eléctricos reemplazan esta conexión física con motores eléctricos alojados en ruedas motrices o piñones. La energía para hacer funcionar estos motores eléctricos se puede tomar de las baterías, un motor de combustión interna o ambos. El enfoque "híbrido" utiliza un motor de turbina diésel o de gas que, sin conexiones mecánicas, ahora se puede instalar en cualquier parte del chasis, lo que brinda a los diseñadores más libertad de diseño. También es posible instalar dos motores, que fue implementado por BAE Systems en su instalación de prueba móvil HED (Hybrid Electric Drive). El portavoz de BAE Systems, Deepak Bazaz, notó que dos motores HED están conectados a generadores y baterías, lo que le permite funcionar en diferentes modos: un motor funciona en modo inactivo, ahorrando combustible, dos motores funcionan cuando se necesita más potencia o en modo de observación silenciosa.. Funciona solo con pilas recargables. El concepto HED se implementa en la plataforma AMPV (vehículo blindado multipropósito) con orugas, pero se planea que sea escalable y se use en un vehículo de cualquier categoría de peso, tanto con ruedas como con orugas. La central eléctrica experimental HED fue modificada por BAE Systems para un concepto híbrido de Northrop Grumman como parte de su propuesta para un vehículo de combate terrestre del ejército estadounidense GCV (Ground Combat Vehicle).
En un documento de la Organización de Investigación Tecnológica de la OTAN, "los vehículos eléctricos híbridos son superiores en velocidad, aceleración, escalabilidad y silencio a los vehículos motorizados … mientras que el ahorro de combustible puede oscilar entre el 20 y el 30 por ciento". Los motores eléctricos también proporcionan una aceleración casi instantánea, una buena respuesta del acelerador y una mejor tracción. Esto último depende directamente del par mejorado inherente a los motores eléctricos. Para los vehículos de combate, esto significa varias ventajas: menos tiempo de reacción al moverse para cubrir, más difícil de entrar y mejor habilidad para cruzar el país. La unidad HED funciona con dos motores de seis cilindros, una transmisión QinetiQ de diseño personalizado y baterías de iones de litio de 600 voltios.
Otro aspecto atractivo del propulsor eléctrico es su capacidad para generar niveles más altos y eficientes de energía eléctrica. La planta de energía de la plataforma GCV de Northrop Grumman / BAE Systems podrá proporcionar 1.100 kilovatios, aunque es significativamente más pequeña y liviana que las unidades de energía tradicionales. Sin embargo, dado que el almacenamiento de energía es una parte importante del propulsor eléctrico híbrido, el desajuste de la batería se está convirtiendo en un problema importante. Por lo tanto, actualmente se están considerando varios tipos de baterías avanzadas con mayor densidad de energía para vehículos híbridos, que incluyen iones de litio, hidruro metálico de níquel, cloruro de sodio y níquel y polímero de litio. Sin embargo, todos ellos aún se encuentran en la etapa de desarrollo de la tecnología y tienen ciertos inconvenientes que deben resolverse antes de que se reconozcan como aptos para su uso en aplicaciones militares. Otra área de trabajo que debe desarrollarse para que las unidades híbridas se puedan instalar masivamente en vehículos blindados es la eliminación de las limitaciones de diseño de los motores de tracción modernos. Aunque se integraron con éxito en prototipos de demostración de tipo HED, estos sistemas tienen limitaciones de tamaño, peso y refrigeración. Hasta que se resuelvan estos problemas, todos los circuitos eléctricos, a pesar de sus ventajas, seguirán siendo una ilusión para los vehículos blindados.
Sin embargo, muchas organizaciones de investigación siguen interesadas en el concepto de propulsión eléctrica. Por ejemplo, en virtud de contratos de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), QinetiQ probará su concepto de motores de cubo (motores con engranajes) configurándolos para pruebas piloto simuladas. Numerosas cajas de cambios, diferenciales y propulsores sustituirán a los potentes motores eléctricos compactos de las ruedas de la máquina. Es posible que este concepto también se pueda implementar en vehículos blindados de ruedas existentes. De hecho, en junio de 2017, BAE Systems firmó un acuerdo con QinetiQ para introducir una nueva tecnología de propulsión eléctrica en los vehículos de combate. Un representante de la empresa BAE Systems dijo que esto "ofrecerá a los clientes una tecnología probada de bajo costo que mejorará las capacidades de los vehículos de combate actuales y futuros".
Futuros desafíos del poder
Durante la última década, las necesidades de energía eléctrica de los vehículos de combate se han multiplicado varias veces. Mark Signorelli, jefe de vehículos de combate de BAE Systems, señaló que "en el futuro, será cada vez más difícil para los vehículos blindados satisfacer las necesidades de electricidad". Se están realizando intentos para abordar este problema creciente. Por ejemplo, se está considerando un generador CE Niehof de 300 amperios para la familia M2 Bradley y dos generadores de 150 amperios para la nueva plataforma AMPV. El Sr. Spadaro de MTU afirmó que “los factores clave que han influido y están influyendo en el desarrollo de soluciones para generar más energía son la masa en constante crecimiento de MBT y vehículos con ruedas (principalmente como resultado de los requisitos de mayores niveles de protección) y en al mismo tiempo, la necesidad de más electricidad para los sistemas a bordo de cualquier tipo, ya sea electrónica, sistemas de protección y confort para la tripulación, por ejemplo, un avanzado sistema de aire acondicionado ". MTU cree que “se están abordando mediante una integración más profunda de los componentes eléctricos en la unidad de potencia. Un buen ejemplo aquí es nuevamente la unidad de potencia MTU mencionada anteriormente del vehículo blindado Puma, que incluye un motor de arranque / generador con una potencia nominal de 170 kW, que suministra corriente a dos ventiladores de refrigeración y un compresor de refrigerante de aire acondicionado ".
El poder de los vehículos blindados afecta directamente las capacidades de combate y la supervivencia. Los principales criterios para sobrevivir en el campo de batalla son los siguientes: "tomar todas las medidas necesarias para que nadie se dé cuenta, si es visto, para que no le alcancen, si lo golpean, para que no lo maten". El primero es facilitado por la capacidad de moverse hacia donde el oponente no lo espera. El segundo requiere una aceleración rápida y una buena maniobrabilidad para encontrar cobertura y se complica por la capacidad del tirador enemigo de capturar eficazmente al objetivo para matar. Y el tercero está determinado por la capacidad de tomar la protección pasiva adecuada y emplear contramedidas pasivas y activas. Sin embargo, cada uno de estos criterios puede afectar negativamente a otros. Por ejemplo, la armadura adicional aumenta la masa y, como resultado, la movilidad.
Los avances en el campo de las centrales eléctricas para vehículos blindados, los nuevos motores, transmisiones y accionamientos de potencia, los métodos innovadores de integración y diseño permiten a los desarrolladores de equipos militares satisfacer los deseos más atrevidos de los clientes. Muchas de las mejoras que vemos en las plataformas militares son tomadas directamente de proyectos comerciales: motores y computadoras de a bordo, control electrónico digital, monitoreo automático del estado de los sistemas, accionamientos eléctricos y almacenamiento de energía, y, finalmente, implementaciones prácticas de híbridos. soluciones. Sin embargo, los desafíos a este delicado equilibrio están obligando a la industria a desarrollar cada vez más soluciones innovadoras.
