Военное обозрение

Электрические и гибридные силовые установки для автомобилей армии США

26

Обслуживание автомобиля HMMWV со штатной дизельной силовой установкой. Фото Минобороны США


Армия США старается изучать и осваивать любые новые технологии, способные дать те или иные преимущества. Недавно она всерьез обратила внимание на электрические и гибридные силовые установки для автомобилей. Уже запущены полномасштабные исследовательские и проектные работы разного рода. Если они завершатся успехом, Пентагон может обновить свои планы по развитию армейского автопарка.

Перспективные проекты


Ведущие американские разработчики армейской техники, видя интерес вооруженных сил и других заказчиков, уже предложили несколько концептов военных электромобилей. При наличии реальных заказов, такие проекты получат развитие и дойдут до испытаний. Затем новые автомобили получат шанс поступить на снабжение, хотя такие результаты не гарантированы.

Одним из первых был предложен проект глубокой модернизации серийного броневика Oshkosh JLTV. Его разработчик указывает на принципиальную возможность замены механической трансмиссии на электрические системы с приводом от штатного дизеля. При необходимости, гибридный бронеавтомобиль сможет работать в качестве передвижной электростанции.

Впрочем, Пентагон пока не заинтересовался этим предложением, и в армию поступают только машины со штатной трансмиссией на основе механики. Изменит ли заказчик свое мнение, неизвестно, но вполне возможно, что со временем армия придет к такому решению. JLTV собираются производить в течение следующих 20 лет, и гибридный проект может получить желаемое внимание.


Броневик Oshkosh JLTV в серийной конфигурации. В будущем он может получить гибридную силовую установку. Фото Минобороны США

Прямо сейчас компания General Motors Defense осваивает серийное производство легких многоцелевых автомобилей ISV (Infantry Squad Vehicle). В текущей конфигурации они оснащаются турбированным дизельным двигателем и автоматической трансмиссией с полным приводом. В этом виде машины поступают в войска для опытной эксплуатации.

Несколько месяцев назад стало известно, что GM Defense разработала и построила экспериментальный вариант ISV с полностью электрической силовой установкой. Сейчас он проходит заводские испытания, и его планируется представить Пентагону. Вполне возможно, что некоторую часть автомобилей, требуемых армии, в итоге построят в обновленной электрической конфигурации.

В прошлом году компания GMC представила проект Hummer EV – полностью электрическую платформу, на которой будут строиться гражданские пикапы и внедорожники. Недавно стало известно, что на базе этой платформы создадут и военный многоцелевой автомобиль. Такая машина может стать функциональным аналогом существующих HMMWV: она будет транспортом для людей и грузов либо носителем вооружений и специального оборудования.

Научный подход


Как видим, американская промышленность уже готова создать для Пентагона новые электромобили с достаточно высокими характеристиками и широкими возможностями. Однако армия не спешит принимать такие предложения и сначала намерена тщательно изучить новые технологии. Так, в этом году провели крупное исследование с целью определения реального научного и технического потенциала электромобилей.


Перспективное семейство пилотируемой и безэкипажной техники на шасси JLTV. Возможно, в проекте будут использованы гибридные системы. Графика Минобороны США

Исследование «Powering the U.S. Army of the Future» стартовало в апреле по инициативе армейского «Командования будущего». К ним привлекли шесть коммерческих компаний, занятых в автомобильной и электротехнической отрасли. В течение двух месяцев они должны были изучить все основные концепции электрических силовых установок, найдя их сильные и слабые стороны. Также следовало сравнить их с дизельными установками на топливе JP8.

В целом, исследование подтвердило уже известные факты об электрических силовых установках. Вновь установлено, что электромобили имеют плюсы и минусы, но их соотношение все еще далеко от идеального. Соответственно, такая техника вряд ли будет интересна для армии – как сейчас, так и в отдаленной перспективе.

Подтверждено, что электрическая установка экономичнее дизельной в финансовом отношении, а также превосходит ее по некоторым характеристикам. Так, электромоторы улучшают динамику машины и дают больший крутящий момент в широком диапазоне скоростей. Кроме того, они отличаются в разы меньшей акустической и тепловой заметностью.


Многоцелевой автомобиль GM Defense ISV с дизельным двигателем. Фото GM Defense

Однако имеются существенные проблемы. Так, дизель перерабатывает жидкое топливо напрямую в механическую энергию для движения. Электромобиль может заряжаться от дизель-генератора, но в этом случае в общую цепочку добавляется дополнительный этап преобразования энергии, что снижает итоговый КПД всей системы.

Существующие аккумуляторы по энергетическим параметрам не могут сравниться с жидким горючим. Так, энергия от сгорания 1 галлона (3,8 л) топлива JP8 эквивалентна заряду литий-ионного аккумулятора массой 140 фунтов (63,5 кг). Соответственно, для замены 87-л топливного бака «Хамви» требуется батарея массой почти 1,5 т. Очевидно, что такая «модернизация» автомобиля попросту не имеет смысла.

В отличие от машины с ДВС, электромобиль не может возить с собой канистры с топливом, и для зарядки нуждается в источнике энергии. Таким образом, на базах или при развертывании придется предусмотреть дополнительные системы генерации и распределения электроэнергии, способные удовлетворить «спрос» новой техники. Кроме того, в этом контексте возникает проблема затрат времени: заливка дизельного топлива в бак занимает несколько минут, а зарядка электромобиля может требовать нескольких часов.

Большие сомнения вызывает живучесть и боевая устойчивость электромобилей. Традиционные силовые установки вполне соответствуют требованиям такого рода. Так, повреждения топливной системы не всегда приводят к немедленному возгоранию, а двигатель все еще сохраняет возможность проработать некоторое время и вывести машину из-под обстрела. Аккумулятор в случае аналогичного повреждения, как минимум, выйдет из строя и обездвижит электромобиль. Кроме того, высок риск моментального возгорания или взрыва, причем современные батареи крайне сложно тушить.


Возможный облик автомобиля Hummer EV в армейской конфигурации. Графика GMC

Направления развития


Главным результатом исследования «Powering the U.S. Army of the Future» стал вывод о недостаточном совершенстве «чистых» электрических силовых установок. При всех своих преимуществах, по совокупности технических, эксплуатационных и экономических характеристик они уступают традиционным системам с двигателями внутреннего сгорания.

В основе такого отставания лежит недостаточный потенциал нынешних аккумуляторов. Несмотря на весь прогресс последних лет, они все еще уступают жидкому топливу. Это ограничивает характеристики техники, а также требует создавать под нее специальную сложную инфраструктуру.

Авторы исследования полагают, что в нынешнем виде электромобили не представляют практического интереса для армии. Ожидаемый прогресс в сфере аккумуляторов вряд ли сможет изменить такую ситуацию в ближней и средней перспективе. Также не следует ожидать, что армия сможет создать всю необходимую инфраструктуру в разумные сроки.

Если армия все же намеревается переходить на электрическую тягу, то ей следует обратить внимание на гибридные силовые установки. Шасси с дизельными генераторами, аккумуляторами и тяговыми электромоторами отличаются от «чистых» электромобилей более удачным соотношением основных функций и возможностей. Кроме того, доступные технологии уже позволяют создать машину с приемлемым уровнем характеристик.


Три варианта электротрансмиссий QinetiQ E-X-Drive для техники разных классов. Графика QinetiQ

Следует отметить, что гибридное направление уже получает развитие под присмотром армии. Прямо сейчас реализуется несколько проектов такого рода в разных сферах. В инициативном порядке и по заказу армии прорабатываются проекты автомобилей разных классов и осуществляются первые опыты в области бронетехники. Насколько успешными они будут – станет ясно в ближайшее время.

Таким образом, Пентагон всерьез заинтересовался перспективными разработками в области силовых установок для сухопутной техники и делает все возможное для освоения этого направления. Пока работы в этой области в основном сводятся к первым исследованиям, на основе которых будут составлять планы на будущее. Какими будут эти планы, как скоро и в какой мере их удастся реализовать – покажет время. Вполне возможно, что в средней перспективе армия США, проявляющая интерес к любым перспективным технологиям, все же начнет переход на электрический транспорт.
Автор:
26 комментариев
Объявление

Подписывайтесь на наш Телеграм-канал, регулярно дополнительные сведения о спецоперации на Украине, большое количество информации, видеоролики, то что не попадает на сайт: https://t.me/topwar_official

Информация
Уважаемый читатель, чтобы оставлять комментарии к публикации, необходимо авторизоваться.
  1. andrewkor
    andrewkor 18 декабря 2021 07:48
    +1
    "Гибрид" уже не актуально. Даёшь водород!!!
    1. НДР-791
      НДР-791 18 декабря 2021 08:04
      0
      Цитата: andrewkor
      "Гибрид" уже не актуально.

      Угу, гибридный Абрамс, и трейлер с батарейкой на прицепе.
      Даёшь водород!!!

      Совершенно верно!!! Он и горит лучше wassat
      1. СергейАлександрович
        СергейАлександрович 18 декабря 2021 11:34
        0
        Так вот для чего они озаботились передвижными мини-АЭС!
        Тут главное, чтобы длины питающего электрического кабеля хватило.
        1. 3danimal
          3danimal 19 декабря 2021 05:54
          +1
          Можно вспомнить серию книг «Огромный чёрный корабль», там были Мега-танки с атомной силовой установкой.
      2. stankow
        stankow 18 декабря 2021 23:58
        0
        И взрьiвается !
  2. singless
    singless 18 декабря 2021 12:00
    -1
    самое главное утилизировать не надо . взорвалось и разлетелось. а интересно батарея сильно бухнет у гибрида
  3. dauria
    dauria 18 декабря 2021 12:01
    +5
    Ожидаемый прогресс в сфере аккумуляторов вряд ли сможет изменить такую ситуацию в ближней и средней перспективе.

    Да и в дальней перспективе тоже. Простая штука . Все забывают , что когда "горит"
    бензин ( солярка, дрова ) , то из атмосферы "на халяву" забирают на 1 кг 3 кг кислорода в среднем. Так что любой аккумулятор заведомо проигрывает в Дж на Кг, так как таскает все компоненты превращения химической энергии в электрическую с собой. И это соотношение 1 к 3 низводит 100 % кпд электродвижка
    до уровня паровоза.
    Так что 1 лошадка и батарейка на 20 минут - предел электроигрушек . Дальше все "прелести" ( а они есть ) электропривода тают в потребных долларах. Разве что придумают батарейку , жрущую кислород из воздуха.
    И "гибрид" есть смысл ставить только там, где вес трансмиссии ( редукторов, валов, коробок передач и муфт ) больше ,чем электродвижков . А без криогеники за 200 лошадок тоже не шагнёшь по весу .
    Так что катайтесь на электровелосипедах - самое то . laughing
    1. BlackMokona
      BlackMokona 18 декабря 2021 12:46
      -1
      Уже есть такая батарейка которая жрёт кислород из воздуха, но ненужна просто напросто.
      Главное приемущество батарей в отличии от топлива что они дают электричество, а не тепловую энергию. А значит КПД двигателя раз в 5-6 в среднем выше(КПД электромоторов средний 95+, у ДВС кпд средний ниже 20%. 40% там только при идеальных оборотах что почти никогда не встречается) . И размер и ресурс двигателя на порядок лучше
      1. ViacheslavS
        ViacheslavS 19 декабря 2021 20:34
        +2
        Главное приемущество батарей в отличии от топлива что они дают электричество, а не тепловую энергию.


        Но пока главный недостаток батарей низкая плотность энергии 200 Вт*ч/кг для лития в лучшем случае в сравнении с 4кВт*ч/кг для дизелного топлива, и КПД электропривода (инвертор-асинхронный двигатель, система охлаждения батареи, двигателя, инвертора) 90%, а дизельного двигателя 40%. ну еще потери на трансмиссию, но в любом случае все это перекрывает двадцатикратная разница в плотности энергии топлива.
    2. Bad_gr
      Bad_gr 18 декабря 2021 13:16
      -2
      Цитата: dauria
      ..................Так что 1 лошадка и батарейка на 20 минут - предел электроигрушек .

      ............45-тонный eDumper поднимается по 13% уклону, чтобы вывезти 65 тонн породы на цементный завод. Это настолько тяжело, что, когда он спускается в карьер, система рекуперативного торможения генерирует большую часть, или даже всю необходимую энергию, используемую для подъема в гору. Умно! По словам его создателей, eDumper фактически производит больше энергии, чем потребляет. А использование батарей в качестве источника энергии позволяет экономить около 50 000 тонн дизельного топлива в год........
      https://topgearrussia.ru/news/40604-edumper+-+samyiy+bolshoy+elektromobil+v+mire
      1. dauria
        dauria 18 декабря 2021 13:34
        +8
        По словам его создателей, eDumper фактически производит больше энергии, чем потребляет.

        Так им в Парижскую академию надо обращаться срочно. Те прекратили рассмотрение проектов "вечных двигателей" в 1775-м. wassat
        И даже американцы !!!! перестали выдавать патенты на перпетуум мобиле .
        1. Bad_gr
          Bad_gr 18 декабря 2021 18:25
          -3
          Цитата: dauria
          Те прекратили рассмотрение проектов "вечных двигателей" в 1775-м.
          Вы невнимательно читали. Самосвал с горки идёт гружёным и электродвигателями, в режиме генераторов, заряжает аккумуляторы. И этого заряда вполне хватает, что бы разгруженную (уже лёгкую) машину закатить вверх по горке, к месту погрузки.
          1. Tima62
            Tima62 18 декабря 2021 22:04
            +2
            Цитата: Bad_gr
            Вы невнимательно читали.

            Вы сами прочитали то, что написали?
            45-тонный eDumper поднимается по 13% уклону, чтобы вывезти 65 тонн
            когда он спускается в карьер
            1. Bad_gr
              Bad_gr 18 декабря 2021 23:34
              -3
              Цитата: Tima62
              Вы сами прочитали то, что написали?
              45-тонный eDumper поднимается по 13% уклону,.......
              То есть, ВВЕРХ едет 45 тонн
              Цитата: Tima62
              .....чтобы вывезти 65 тонн
              когда он спускается в карьер
              Вниз едет 65 тонн. В этот момент он и крутит генераторы, заряжая аккумуляторы.
              А по тексту с упоминанием карьера, скорей всего, опечатка, и следует читать не "В", а "ИЗ" карьера.
              Сведения по самосвалу не секретные, можно найти ещё ссылок, но думаю, смысл написанного и так понятен.
              Кстати сказать, то что Вы мне приписываете я не писал, я цитировал вот такой текст:
              .45-тонный eDumper поднимается по 13% уклону, чтобы вывезти 65 тонн породы на цементный завод.
              1. stankow
                stankow 19 декабря 2021 00:01
                0
                А рудоспуск почему не применили ?
              2. Bad_gr
                Bad_gr 19 декабря 2021 00:15
                -1

                https://dailytechinfo.org/auto/10635-mashiny-monstry-e-dumper-samyy-bolshoy-v-mire-elektricheskiy-avtomobil-kotoromu-prakticheski-ne-trebuetsya-podzaryadka-batarey.html

                https://bespilot.com/news/359-3891767

                https://itc.ua/blogs/elektricheskij-samosval-edumper-blagodarya-rekuperativnoj-sisteme-zaryazhaet-sebya-sam/

                https://knowhow.pp.ua/edumper/
              3. Tima62
                Tima62 19 декабря 2021 01:11
                +1
                Понятно. Первоначально Вы привели не самую лучшую ссылку с паршивым переводом. В Ваших следующих ссылках написано вполне понятно - Организация карьера дала самосвалу E-Dumper уникальную возможность самому вырабатывать необходимую ему энергию. Пустой самосвал поднимается на гору, где его загружают 60 тоннами камней. Съезжая по 13-градусному спуску с тяжелым грузом, грузовик E-Dumper использует свои двигатели в качестве электрических генераторов, заряжающих его огромную батарею. И выработанной за один спуск энергии достаточно для того, чтобы пустой самосвал E-Dumper снова поднялся на гору под очередную погрузку.
                Кстати - 13 градусов равны 23%, это очень жестко. У нас в карьере разрешенные подъемы для самосвалов 10% и то, только подъемы на склад продукции. В траншеях подъемы гораздо меньше. 20% разрешены только для бульдозеров,
          2. Zufei
            Zufei 18 декабря 2021 22:27
            +2
            Цитата: Bad_gr
            Самосвал с горки идёт гружёным и электродвигателями, в режиме генераторов, заряжает аккумуляторы. И этого заряда вполне хватает, что бы разгруженную (уже лёгкую) машину закатить вверх по горке, к месту погрузки.
            Завозит руду в каръер? Интересное толкование горного дела)
            1. Bad_gr
              Bad_gr 18 декабря 2021 23:47
              -4
              Цитата: Zufei
              Завозит руду в каръер? Интересное толкование горного дела)

              Это не моё толкование горного дела, а Ваше понимание моих слов:
              Самосвал с горки идёт гружёным...........,заряжает аккумуляторы И этого заряда вполне хватает, что бы разгруженную (уже лёгкую) машину закатить вверх по горке, к месту погрузки.

              Следующий раз, я наверное свои сообщения, ввиде комиксов буду оформлять, что бы подобных комментариев не получать.
            2. Bad_gr
              Bad_gr 19 декабря 2021 00:10
              -4
              Цитата: Zufei
              Завозит руду в каръер? Интересное толкование горного дела)

              Вот так понятно, или объяснить, что нарисовано ?
    3. Комментарий был удален.
    4. сибиряк54
      сибиряк54 19 декабря 2021 06:34
      +2
      Есть альтернативный двигатель которому вообще не надо коробки передач либо простенькую на две три передачи -хорошо забытый паровой двигатель на кипящих при низких температурах жидкостях,в двадцатые годы не пошел из за отсутствия эффективных изолирующих материалов(быстрый расход рабочего тела и как следствие неприятный запах)
  4. Авиатор_
    Авиатор_ 18 декабря 2021 17:50
    0
    когда он спускается в карьер, система рекуперативного торможения генерирует большую часть, или даже всю необходимую энергию, используемую для подъема в гору. Умно! По словам его создателей, eDumper фактически производит больше энергии, чем потребляет.

    Очень похоже на то, что создатели прогуливали занятия по физике, как в школе, так и в институте. Не проходили они физику, она прошла мимо них незамеченной.
  5. demiurg
    demiurg 18 декабря 2021 18:06
    +3
    Цитата: BlackMokona
    Главное приемущество батарей в отличии от топлива что они дают электричество, а не тепловую энергию. А значит КПД двигателя раз в 5-6 в среднем выше(КПД электромоторов средний 95+, у ДВС кпд средний ниже 20%. 40% там только при идеальных оборотах что почти никогда не встречается) . И размер и ресурс двигателя на порядок лучше


    Немного поправлю. КПД 90+ процентов, это удел КЭМ. Плюс потери на регулирование оборотов и преобразование. Плюс потери при заряде/разряде. Процентов 60-70 максимум.
    А вот размер и ресурс будет прямо зависеть от оборотов.
    1. Моторист
      Моторист 18 декабря 2021 21:07
      +2
      Перемножьте на КПД котла, паровой турбины, генератора, трансформаторов, батарей, потери в ЛЭП - и где тогда будет КПД автомобиля без ДВС?.. Об этом и в статье написано:

      Так, дизель перерабатывает жидкое топливо напрямую в механическую энергию для движения. Электромобиль может заряжаться от дизель-генератора, но в этом случае в общую цепочку добавляется дополнительный этап преобразования энергии, что снижает итоговый КПД всей системы.
  6. Борисыч
    Борисыч 18 декабря 2021 22:31
    -1
    Талибы ждут новинок, им всё интересно, онижедети.
  7. ViacheslavS
    ViacheslavS 19 декабря 2021 20:29
    +1
    Ну гибрид дизель-электропривод еще может быть (хотя зачем), а чистый электромобиль с текущей плотностью энергии аккумуляторов (200 Вт*ч/кг) для внедорожников, не говоря уже о военных с броней и пр. обвесом бесполезная идея. Пробеги будут маленькими, а на бездорожье и вовсе смешными.