L'eccellente mobilità nelle condizioni più difficili è la caratteristica fondamentale di tutti i veicoli militari. Tuttavia, è molto più difficile raggiungere questo obiettivo per i veicoli corazzati, ma è estremamente importante affinché possano svolgere con successo i loro compiti
La mobilità è molto importante per i veicoli blindati, ma allo stesso tempo compete con altre caratteristiche critiche, come, ad esempio, garantire la sopravvivenza del veicolo e dell'equipaggio. E qui questa esigenza può facilmente entrare in conflitto con l'esigenza di mantenere la mobilità. Tuttavia, è chiaro che i soldati, la cui sicurezza dipende da tali veicoli, necessitano di una maggiore pervietà fuoristrada, accelerazione più rapida e maggiore velocità, il tutto senza influire negativamente sulla sopravvivenza. Queste esigenze stanno guidando lo sviluppo di nuove centraline e sistemi di sottocarro al fine di trovare soluzioni ottimali per soddisfare questi requisiti spesso contrastanti. Tuttavia, per rispettarli, è necessaria una combinazione e un equilibrio di una serie di parametri di progettazione. Questi includono le caratteristiche del sistema di sospensione, che influenza direttamente la qualità del movimento, la superficie di appoggio dei cingoli o delle ruote, che determina la pressione al suolo, l'altezza da terra del veicolo e la potenza del motore. Quest'ultima caratteristica è considerata la più importante e la più difficile da raggiungere. Ciò è dovuto al fatto che anche nella questione della generazione e della distribuzione della potenza del motore, il progettista deve scendere a compromessi, a volte anche calpestare la gola della propria canzone. L'aumento di potenza in un veicolo blindato è limitato da fattori quali il volume del vano motore, la necessità di mantenere un'autonomia, le limitazioni di peso e la necessità di soddisfare i requisiti di alimentazione dei sistemi di bordo, ad esempio le apparecchiature di comunicazione, sistemi di navigazione, sensori e sistemi di protezione attiva e passiva.
Una protezione efficace contro le minacce in continua evoluzione di oggi è fondamentale, in particolare quelle che pongono le maggiori esigenze al gruppo propulsore e al sottocarro. Protezione significa quasi inevitabilmente armatura, e l'armatura aggiunge volume. Nasce una contraddizione che ci costringe a compromessi scomodi: all'aumentare del livello di minaccia, deve essere aumentato anche il livello di protezione. Un aumento del livello di protezione, di regola, si traduce in una necessità di un'armatura aggiuntiva e una prenotazione aggiuntiva può contribuire ad aumentare la massa del veicolo. Il mantenimento o il miglioramento delle caratteristiche di marcia di un veicolo blindato comporta inevitabilmente un aumento della potenza del motore e dell'efficienza della trasmissione e dei propulsori ad esso collegati. Tuttavia, la massa di un veicolo è determinata anche dalle sue dimensioni: più grande è il veicolo e la superficie che deve essere blindata, più diventa pesante. Pertanto, la nuova unità di potenza (motore con trasmissione e azionamenti) non solo deve essere più potente, ma deve almeno adattarsi al volume assegnato o, preferibilmente, avere un volume totale inferiore. Questo criterio, prima di tutto, è assoluto per le unità di potenza progettate per modernizzare i veicoli corazzati esistenti, ma è anche altamente desiderabile per le nuove piattaforme.
Il valore generalmente accettato per il livello di mobilità fornito da un veicolo blindato è la cosiddetta densità di potenza, ovvero il rapporto tra la potenza (più spesso in cavalli) e la massa del veicolo. Tale rapporto, pur non tenendo conto di tutti i possibili fattori che determinano la mobilità, è un criterio adatto, seppur rozzo, ed è utile sia come parametro progettuale che come strumento di confronto tra macchine diverse. Di norma, maggiore è la potenza specifica, ad esempio in CV. per tonnellata, migliori saranno le prestazioni di guida complessive che la macchina mostrerà. Nonostante il fatto che quando si valuta un veicolo, la sua velocità massima sia spesso presa in considerazione, per un veicolo da combattimento, l'accelerazione o la risposta dell'acceleratore del motore (la capacità di passare rapidamente e senza intoppi da un'operazione stabile alla potenza minima alla potenza massima) può effettivamente essere molto più importante caratteristica. Spesso trascurato nelle prestazioni del veicolo, la capacità di accelerare rapidamente e spostarsi rapidamente verso la sicurezza in risposta all'azione di attacco è inestimabile. Influisce direttamente sulla sopravvivenza del veicolo e del suo equipaggio. Pertanto, la potenza disponibile non solo contribuisce a una maggiore mobilità, ma anche alla sopravvivenza, soprattutto se utilizzata in combinazione con misure di autodifesa, inclusi sensori per il rilevamento di un colpo e l'irradiazione laser, nonché contromisure passive e attive.
Potenza in piccolo
Nonostante i singoli casi di utilizzo di motori a turbina a gas, come nella famiglia dei carri armati principali (MBT) General Dynamics M1 Abrams, il motore più popolare per i veicoli corazzati continua ad essere un motore diesel o, più precisamente, un motore diesel multicombustibile. Uno dei leader nella produzione di unità di potenza è la società tedesca MTU. Il suo approccio integrato è che in un'unica "unità di potenza" include non solo il motore, la trasmissione e gli azionamenti, ma anche i sottosistemi di alimentazione dell'aria e la sua filtrazione, raffreddamento, generazione di energia e altri. Ciascuno dei componenti dell'unità di potenza è accuratamente progettato e assemblato al fine di ottenere la soluzione più compatta ed efficiente. MTU riconosce che per un progettista e integratore di veicoli da combattimento, il rapporto potenza/volume è fondamentale. Giovanni Spadaro, Responsabile SOE di MTU, ha spiegato che per loro “l'integrazione di tutti i componenti in un unico sistema è molto importante, stiamo sviluppando instancabilmente la nostra filosofia di sviluppo simbiotico di tutte le parti della soluzione sviluppata. Per noi, questo significa che letteralmente tutto, architettura, concetto, software e tutti i parametri, è finalizzato a migliorare le caratteristiche dell'unità di potenza completa finale. " L'impatto di questo approccio sulla piattaforma finale è enorme, data la stretta collaborazione con i principali produttori di veicoli militari leader come Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems e General Dynamics. Un portavoce di General Dynamics Land Systems ha spiegato: "Per quanto riguarda l'unità di potenza, più potenza è migliore, dimensioni più piccole sono migliori, meno costosa è generalmente eccellente, ma con l'aumento obbligatorio dei livelli di sicurezza, affidabilità, silenziosità e manutenibilità".
MTU ha dimostrato che l'adattamento e la modifica per scopi militari delle unità di potenza commerciali è adatto per veicoli corazzati leggeri e medi, ad esempio il veicolo corazzato da combattimento a quattro assi ARTEC Boxer, che è dotato di un motore diesel MTU 8V199 TE20. Tuttavia, per veicoli corazzati e carri armati più pesanti, sono necessari motori propri, come ad esempio i motori della serie 880 e 890, progettati specificamente per l'installazione in piattaforme militari pesanti. Le capacità delle moderne unità di potenza sono dimostrate nel veicolo da combattimento di fanteria cingolato Puma. Spadaro ha affermato che “l'unità di potenza MTU per Puma include il cambio, l'avviamento / generatore e i sistemi di raffreddamento e purificazione dell'aria. Il motore diesel MTU 10V 890 è noto per la sua densità di potenza molto elevata e le dimensioni compatte. Rispetto ad altri motori militari della stessa classe di potenza, peso e volume sono stati ridotti di circa il 60 per cento”. Il direttore dei motori speciali di MTU ha commentato che "Questa unità è più compatta di qualsiasi unità di potenza precedente". I vantaggi dei motori MTU sono particolarmente evidenti quando si installano unità di potenza nelle generazioni precedenti di macchine. I suoi motori della gamma EuroPowerPack sono stati utilizzati dalla società francese GIAT (ora Nexter) per sostituire i motori dei serbatoi Leclerc-EAU per gli Emirati Arabi Uniti. I motori di questa famiglia sono installati anche sul Challenger-2E MBT, mentre sono stati ottenuti significativi risparmi di volume aumentando l'autonomia grazie alla riduzione del consumo di carburante.
Rinomata per le sue attrezzature per l'edilizia pesante, Caterpillar è diventata uno dei principali fornitori di motori per veicoli tattici e blindati. Le sue offerte alle forze armate si basano su sistemi commerciali standard in uso in tutto il mondo. Da qui i vantaggi significativi: riduzione dei costi associati ai volumi di produzione e disponibilità di supporto tecnico. Tuttavia, gli sviluppi dell'azienda sono noti per l'uso militare, ad esempio il motore C9.3 con una potenza specifica aumentata di 600 CV. Tuttavia, la vera innovazione è che il C9.3 è in grado di variare la sua potenza. Per soddisfare i severi requisiti europei sulle emissioni Euro-III, passa a una modalità ridotta a 525 CV. potenza. Caterpillar osserva che “Il vantaggio è che l'utente può scegliere la modalità operativa. È possibile ottenere le massime prestazioni durante il funzionamento attivo sul campo, ma durante l'addestramento o quando si lavora in aree con una popolazione civile, è possibile passare alla modalità di controllo delle emissioni ". In effetti, questo "interruttore" è radicato nelle tecnologie che Caterpillar ha sviluppato per i sistemi commerciali.
L'azienda viene scelta invariabilmente per programmi di sostituzione e ammodernamento di flotte di veicoli blindati esistenti. Ad esempio, il suo motore CV8 è attualmente installato sui veicoli da combattimento di fanteria cingolati British Army Warrior. Questo lavoro viene svolto nell'ambito di un contratto con Lockheed Martin per aggiornare il veicolo allo standard WCSP (Warrior Capability Sustainment Program), che estenderà l'operatività dei veicoli fino al 2040. Caterpillar sta anche cambiando il motore della famiglia di veicoli corazzati Stryker dell'esercito americano con una capacità di 350 CV. per il motore C9 con una capacità di 450 CV. Il nuovo motore "si adatta" al volume occupato dal motore precedente. La sostituzione fa parte della proposta di General Dynamics per una modifica tecnica ECP-1, che include un alternatore da 910 ampere, aggiornamenti delle sospensioni e altri miglioramenti.
Attuatori elettrici
Tradizionalmente, la potenza del motore viene trasmessa meccanicamente alle ruote o ai cingoli. Gli azionamenti elettrici sostituiscono questa connessione fisica con motori elettrici alloggiati in ruote motrici o pignoni. L'energia per far funzionare questi motori elettrici può essere prelevata dalle batterie, da un motore a combustione interna o da entrambi. L'approccio "ibrido" utilizza un motore diesel o una turbina a gas che, senza collegamenti meccanici, può ora essere installato in qualsiasi punto del telaio, offrendo ai progettisti una maggiore libertà di progettazione. È anche possibile installare due motori, che è stato implementato da BAE Systems nella sua struttura di prova mobile HED (Hybrid Electric Drive). Il portavoce di BAE Systems Deepak Bazaz ha notato che due motori HED sono collegati a generatori e batterie, il che gli consente di funzionare in diverse modalità: un motore funziona al minimo, risparmiando carburante, due motori funzionano quando è necessaria più potenza o in modalità di osservazione silenziosa funziona solo con batterie ricaricabili. Il concetto HED è implementato sulla piattaforma cingolata AMPV (Armored Multipurpose Vehicle), ma è progettato per essere scalabile e utilizzato su un veicolo di qualsiasi categoria di peso, sia gommato che cingolato. La centrale sperimentale HED è stata modificata da BAE Systems per un concetto ibrido di Northrop Grumman come parte della sua proposta per un veicolo da combattimento terrestre dell'esercito americano GCV (Ground Combat Vehicle).
In un documento della NATO Technology Research Organization, "I veicoli elettrici ibridi sono superiori in velocità, accelerazione, scalabilità e silenziosità ai veicoli a motore… mentre il risparmio di carburante può variare dal 20 al 30 percento". I motori elettrici forniscono anche un'accelerazione quasi istantanea, una buona risposta dell'acceleratore e una migliore trazione. Quest'ultimo dipende direttamente dalla coppia migliorata inerente ai motori elettrici. Per i veicoli da combattimento, questo significa diversi vantaggi: meno tempo di reazione quando ci si sposta al riparo, più difficile entrare e una migliore capacità di attraversare il paese. L'unità HED è alimentata da due motori a sei cilindri, una trasmissione QinetiQ personalizzata e batterie agli ioni di litio da 600 volt.
Un altro aspetto interessante dell'azionamento elettrico è la sua capacità di generare livelli più efficienti e più elevati di energia elettrica. La centrale elettrica della piattaforma GCV Northrop Grumman / BAE Systems sarà in grado di fornire 1.100 kilowatt, sebbene sia significativamente più piccola e leggera rispetto alle unità di potenza tradizionali. Tuttavia, poiché l'accumulo di energia è una parte importante della trazione elettrica ibrida, il disallineamento della batteria sta diventando un grave problema. Pertanto, attualmente vengono presi in considerazione diversi tipi di batterie avanzate con una maggiore densità di energia per i veicoli ibridi, tra cui ioni di litio, idruro di nichel metallico, cloruro di sodio e nichel e polimero di litio. Tuttavia, tutti sono ancora in fase di sviluppo della tecnologia e presentano alcuni inconvenienti che devono essere risolti prima che vengano riconosciuti come idonei per l'uso in applicazioni militari. Un'altra area di lavoro che deve essere sviluppata in modo che le unità ibride possano essere installate in modo massiccio sui veicoli blindati è la rimozione dei vincoli di progettazione dei moderni motori di trazione. Sebbene integrati con successo nei prototipi dimostrativi di tipo HED, questi sistemi presentano limitazioni in termini di dimensioni, peso e raffreddamento. Fino a quando questi problemi non saranno risolti, tutti i circuiti elettrici, nonostante i loro vantaggi, rimarranno un'illusione per i veicoli blindati.
Tuttavia, molte organizzazioni di ricerca rimangono interessate al concetto di azionamento elettrico. Ad esempio, in base ai contratti della Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), QinetiQ testerà il suo concetto di motori hub (motoriduttori) predisponendoli per prove pilota di simulazione. Numerosi cambi, differenziali e trasmissioni di potenza sostituiranno i potenti motori elettrici compatti nelle ruote della macchina. È possibile che questo concetto possa essere implementato anche su veicoli blindati gommati esistenti. Infatti, a giugno 2017, BAE Systems ha firmato un accordo con QinetiQ per introdurre una nuova tecnologia di azionamento elettrico nei veicoli da combattimento. Un rappresentante della società BAE Systems ha affermato che questo "offrirà ai clienti una comprovata tecnologia a basso costo che migliorerà le capacità dei veicoli da combattimento attuali e futuri".
Sfide future del potere
Nell'ultimo decennio, le esigenze dei veicoli da combattimento per l'energia elettrica sono aumentate più volte. Mark Signorelli, capo dei veicoli da combattimento presso BAE Systems, ha osservato che "in futuro sarà sempre più difficile per i veicoli corazzati soddisfare le esigenze di elettricità". Sono in corso tentativi per affrontare questo problema crescente. Ad esempio, per la famiglia M2 Bradley è stato preso in considerazione un generatore CE Niehof da 300 ampere e due generatori da 150 ampere per la nuova piattaforma AMPV. Il Sig. Spadaro di MTU ha affermato che “i fattori chiave che hanno influenzato e stanno influenzando lo sviluppo di soluzioni per generare più potenza sono la massa in costante crescita di MBT e veicoli gommati (principalmente a causa delle esigenze di livelli di protezione più elevati) e a allo stesso tempo la necessità di più energia elettrica per gli impianti di bordo di qualsiasi tipo, siano essi elettronici, sistemi di protezione e comfort per l'equipaggio, ad esempio un evoluto sistema di climatizzazione”. MTU ritiene che “vengono affrontati dalla più profonda integrazione dei componenti elettrici nell'unità di potenza. Un buon esempio qui è ancora la suddetta unità di potenza MTU del veicolo blindato Puma, che include un avviatore / generatore con una potenza nominale di 170 kW, che fornisce corrente a due ventole di raffreddamento e un compressore del refrigerante dell'aria condizionata."
La potenza dei veicoli corazzati influisce direttamente sulle capacità di combattimento e sulla sopravvivenza. I criteri principali per la sopravvivenza sul campo di battaglia sono i seguenti: "prendere tutte le misure per non essere notati, se visti, per non essere colpiti, se si viene colpiti, per non essere uccisi". Il primo è facilitato dalla possibilità di spostarti dove l'avversario non ti aspetta. Il secondo richiede una rapida accelerazione e una buona manovrabilità per trovare riparo ed è complicato dall'abilità del tiratore nemico di catturare efficacemente il bersaglio per ucciderlo. E il terzo è determinato dalla capacità di adottare un'adeguata protezione passiva e impiegare contromisure passive e attive. Tuttavia, ciascuno di questi criteri può influire negativamente sugli altri. Ad esempio, un'armatura aggiuntiva aumenta la massa e, di conseguenza, la mobilità.
I progressi nel campo delle centrali elettriche per veicoli corazzati, nuovi motori, trasmissioni e azionamenti, metodi innovativi di integrazione e layout consentono agli sviluppatori di attrezzature militari di soddisfare i desideri più audaci dei clienti. Molti dei miglioramenti che vediamo sulle piattaforme militari sono presi direttamente da progetti commerciali: motori e computer di bordo, controllo elettronico digitale, monitoraggio automatico dello stato dei sistemi, azionamenti elettrici e accumulo di energia e, infine, implementazioni pratiche di sistemi ibridi soluzioni. Tuttavia, le sfide a questo delicato equilibrio stanno costringendo l'industria a sviluppare soluzioni sempre più innovative.
