Exzellente Mobilität unter härtesten Bedingungen ist das herausragende Merkmal aller Militärfahrzeuge. Für gepanzerte Fahrzeuge ist dies jedoch deutlich schwieriger zu erreichen, aber es ist äußerst wichtig, damit sie ihre Aufgaben erfolgreich erfüllen können
Mobilität ist für gepanzerte Fahrzeuge sehr wichtig, konkurriert aber gleichzeitig mit anderen kritischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Überlebensfähigkeit von Fahrzeug und Besatzung. Und hier kann diese Forderung leicht mit der Forderung nach Mobilitätserhaltung kollidieren. Es ist jedoch klar, dass Soldaten, deren Sicherheit von solchen Fahrzeugen abhängt, eine erhöhte Durchgängigkeit im Gelände, eine schnellere Beschleunigung und eine höhere Geschwindigkeit benötigen, ohne die Überlebensfähigkeit zu beeinträchtigen. Diese Anforderungen treiben die Entwicklung neuer Aggregate und Fahrwerksysteme voran, um optimale Lösungen für diese oft widersprüchlichen Anforderungen zu finden. Um sie zu erfüllen, ist jedoch eine Kombination und Ausgewogenheit einer Reihe von Konstruktionsparametern erforderlich. Dazu gehören die Eigenschaften des Federungssystems, das sich direkt auf die Bewegungsqualität auswirkt, die Auflagefläche der Raupen oder Räder, die den Bodendruck, die Bodenfreiheit des Fahrzeugs und die Motorleistung bestimmt. Die letzte Eigenschaft gilt als die wichtigste und am schwierigsten zu erreichende. Das liegt daran, dass der Konstrukteur auch bei der Erzeugung und Verteilung der Motorleistung Kompromisse eingehen muss und manchmal sogar seinem eigenen Lied auf die Kehle tritt. Die Leistungssteigerung in einem gepanzerten Fahrzeug wird durch Faktoren wie das Volumen des Motorraums, die Notwendigkeit zur Einhaltung der Reichweite, Gewichtsbeschränkungen und die Notwendigkeit, den Leistungsbedarf von Bordsystemen zu decken, z. Navigationssysteme, Sensoren sowie aktive und passive Schutzsysteme.
Ein wirksamer Schutz vor den sich entwickelnden Bedrohungen von heute ist unerlässlich, insbesondere vor solchen, die höchste Anforderungen an den Antriebsstrang und das Fahrwerk stellen. Schutz bedeutet fast zwangsläufig Rüstung, und Rüstung erhöht die Masse. Es entsteht ein Widerspruch, der uns zu unbequemen Kompromissen zwingt: Mit steigendem Bedrohungsniveau muss auch das Schutzniveau erhöht werden. Eine Erhöhung des Schutzniveaus führt in der Regel zu einem Bedarf an zusätzlicher Panzerung, und eine zusätzliche Buchung kann zu einer Erhöhung der Masse des Fahrzeugs beitragen. Die Beibehaltung oder Verbesserung der Laufeigenschaften eines gepanzerten Fahrzeugs bringt zwangsläufig eine Erhöhung der Motorleistung und des Wirkungsgrades des Getriebes und der damit verbundenen Leistungsantriebe mit sich. Die Masse eines Fahrzeugs wird aber auch durch seine Größe bestimmt: Je größer das Fahrzeug und die zu panzernde Fläche, desto schwerer wird es. So muss das neue Triebwerk (Motor mit Getriebe und Antrieben) nicht nur leistungsstärker sein, sondern zumindest in das zugewiesene Volumen passen oder vorzugsweise ein geringeres Gesamtvolumen aufweisen. Dieses Kriterium ist zunächst für Triebwerke zur Modernisierung bestehender gepanzerter Fahrzeuge absolut, aber auch für neue Plattformen sehr wünschenswert.
Der allgemein anerkannte Wert für die Mobilität eines gepanzerten Fahrzeugs ist die sogenannte Leistungsdichte oder das Verhältnis von Leistung (meist in PS) zur Masse des Fahrzeugs. Dieses Verhältnis, das nicht alle möglichen Faktoren berücksichtigt, die die Mobilität bestimmen, ist ein geeignetes, wenn auch grobes Kriterium und sowohl als Konstruktionsparameter als auch als Werkzeug zum Vergleich verschiedener Maschinen nützlich. In der Regel umso höher die spezifische Leistung, z. B. in PS. pro Tonne, desto besser ist die Gesamtfahrleistung der Maschine. Trotz der Tatsache, dass bei der Bewertung eines Fahrzeugs häufig seine Höchstgeschwindigkeit berücksichtigt wird, kann bei einem Kampffahrzeug die Beschleunigung oder das Ansprechverhalten des Motors (die Fähigkeit, schnell und reibungslos von einem stabilen Betrieb mit minimaler Leistung zu maximaler Leistung überzugehen) tatsächlich sein viel wichtiger. charakteristisch. Die Fähigkeit, schnell zu beschleunigen und sich als Reaktion auf Angriffe schnell in Sicherheit zu bringen, wird bei der Fahrzeugleistung oft übersehen. Es wirkt sich direkt auf die Überlebensfähigkeit des Fahrzeugs und seiner Besatzung aus. Somit trägt die verfügbare Leistung nicht nur zu einer erhöhten Mobilität, sondern auch zur Überlebensfähigkeit bei, insbesondere in Kombination mit Selbstverteidigungsmaßnahmen, einschließlich Sensoren zur Erkennung eines Schusses und Laserbestrahlung, sowie passiven und aktiven Gegenmaßnahmen.
Leistung im Kleinen
Trotz einzelner Fälle des Einsatzes von Gasturbinentriebwerken, wie beispielsweise in der Familie der Kampfpanzer (MBT) von General Dynamics M1 Abrams, ist das beliebteste Triebwerk für gepanzerte Fahrzeuge nach wie vor ein Dieselmotor oder genauer ein Mehrstoffdieselmotor. Einer der führenden Hersteller von Aggregaten ist das deutsche Unternehmen MTU. Sein integrierter Ansatz besteht darin, dass in einer einzigen "Power Unit" nicht nur Motor, Getriebe und Leistungsantriebe enthalten sind, sondern auch die Teilsysteme der Luftversorgung und deren Filterung, Kühlung, Stromerzeugung und andere. Jede der Komponenten des Aggregats wird sorgfältig entworfen und montiert, um die kompakteste und effizienteste Lösung zu erhalten. MTU ist sich bewusst, dass das Leistungs-Volumen-Verhältnis für einen Entwickler und Integrator von Kampffahrzeugen entscheidend ist. Giovanni Spadaro, Head of SOEs bei MTU, erklärt, dass für sie „die Integration aller Komponenten in ein einziges System sehr wichtig ist, wir entwickeln unsere Philosophie der symbiotischen Entwicklung aller Teile der entwickelten Lösung unermüdlich weiter. Für uns bedeutet dies, dass buchstäblich alles, Architektur, Konzept, Software und alle Parameter darauf ausgerichtet sind, die Eigenschaften des endgültigen Gesamtaggregats zu verbessern.“Der Einfluss dieses Ansatzes auf die endgültige Plattform ist angesichts der engen Zusammenarbeit mit führenden Militärfahrzeugherstellern wie Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems und General Dynamics enorm. Ein Sprecher von General Dynamics Land Systems erklärte: "Für das Aggregat ist mehr Leistung besser, kleinere Abmessungen sind besser, billiger ist im Allgemeinen ausgezeichnet, aber mit der obligatorischen Erhöhung der Sicherheit, Zuverlässigkeit, Laufruhe und Wartungsfreundlichkeit."
MTU hat gezeigt, dass die militärische Anpassung und Modifikation von kommerziellen Triebwerken für leichte und mittlere Panzerfahrzeuge geeignet ist, beispielsweise den vierachsigen Kampfpanzer ARTEC Boxer, der mit einem MTU 8V199 TE20 Dieselmotor ausgestattet ist. Für schwerere gepanzerte Fahrzeuge und Panzer werden jedoch eigene Motoren benötigt, wie beispielsweise die Motoren der Serien 880 und 890, die speziell für den Einbau in schwere militärische Plattformen entwickelt wurden. Die Leistungsfähigkeit moderner Triebwerke wird im Schützenpanzer Puma demonstriert. Spadaro sagte: „Das MTU-Aggregat für den Puma umfasst Getriebe, Starter/Generator sowie Kühl- und Luftreinigungssysteme. Der Dieselmotor MTU 10V 890 ist bekannt für seine sehr hohe Leistungsdichte und kompakte Abmessungen. Im Vergleich zu anderen Militärmotoren derselben Leistungsklasse wurden Gewicht und Volumen um rund 60 Prozent reduziert. "Dieses Aggregat ist kompakter als alle bisherigen Aggregate", sagt der MTU-Direktor Specialty Engines. Die Vorteile von MTU-Motoren zeigen sich besonders beim Einbau von Aggregaten in Maschinen früherer Generationen. Seine Motoren der EuroPowerPack-Reihe wurden von der französischen Firma GIAT (jetzt Nexter) verwendet, um die Motoren von Leclerc-EAU-Panzern für die Vereinigten Arabischen Emirate zu ersetzen. Motoren dieser Familie sind auch im Challenger-2E MBT verbaut, wobei erhebliche Volumeneinsparungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Reichweite durch reduzierten Kraftstoffverbrauch erzielt wurden.
Caterpillar ist für seine schweren Baumaschinen bekannt und hat sich zu einem führenden Anbieter von Motoren für taktische und gepanzerte Fahrzeuge entwickelt. Seine Angebote für das Militär basieren auf handelsüblichen kommerziellen Systemen, die weltweit im Einsatz sind. Daraus resultieren die wesentlichen Vorteile - reduzierte Kosten im Zusammenhang mit Produktionsmengen und Verfügbarkeit von technischem Support. Dennoch sind die Entwicklungen des Unternehmens für den militärischen Einsatz bekannt, beispielsweise der C9.3-Motor mit einer erhöhten spezifischen Leistung von 600 PS. Die eigentliche Innovation besteht jedoch darin, dass der C9.3 in der Lage ist, seine Nennleistung zu variieren. Um die strengen europäischen Euro-III-Abgasvorschriften zu erfüllen, schaltet er in einen auf 525 PS reduzierten Modus um. Energie. Caterpillar stellt fest: „Der Vorteil besteht darin, dass der Benutzer den Betriebsmodus wählen kann. Es ist möglich, während des aktiven Einsatzes im Feld maximale Leistung zu erzielen, aber während des Trainings oder bei der Arbeit in Gebieten mit Zivilbevölkerung kann man in den Emissionskontrollmodus wechseln. Tatsächlich wurzelt dieser „Schalter“in Technologien, die Caterpillar für kommerzielle Systeme entwickelt hat.
Das Unternehmen wird ausnahmslos für Programme zum Austausch und zur Modernisierung bestehender gepanzerter Fahrzeugflotten ausgewählt. Sein CV8-Motor ist zum Beispiel derzeit in den Ketten-Infanterie-Kampffahrzeugen der britischen Armee Warrior eingebaut. Diese Arbeiten werden im Rahmen eines Vertrags mit Lockheed Martin durchgeführt, um das Fahrzeug auf den WCSP-Standard (Warrior Capability Sustainment Program) aufzurüsten, wodurch der Betrieb der Fahrzeuge bis 2040 verlängert wird. Caterpillar ändert auch den Motor der Stryker-Familie der gepanzerten Fahrzeuge der amerikanischen Armee mit einer Leistung von 350 PS. für den C9-Motor mit einer Leistung von 450 PS. Der neue Motor "passt" in das Volumen des vorherigen Motors. Der Ersatz ist Teil des Vorschlags von General Dynamics für eine technische Änderung des ECP-1, die eine 910-A-Lichtmaschine, Aufhängungs-Upgrades und andere Verbesserungen umfasst.
Elektrische Antriebe
Traditionell wird die Kraft vom Motor mechanisch auf die Räder oder Raupen übertragen. Elektrische Antriebe ersetzen diese physische Verbindung durch Elektromotoren, die in Antriebsrädern oder Kettenrädern untergebracht sind. Die Energie zum Betrieb dieser Elektromotoren kann aus Batterien, einem Verbrennungsmotor oder beidem entnommen werden. Beim „Hybrid“-Ansatz kommt entweder ein Diesel- oder ein Gasturbinentriebwerk zum Einsatz, das nun frei von mechanischen Verbindungen überall im Chassis verbaut werden kann, was den Konstrukteuren mehr Gestaltungsfreiheit gibt. Auch der Einbau von zwei Motoren ist möglich, was BAE Systems in seinem mobilen Prüfstand HED (Hybrid Electric Drive) realisiert hat. Der Sprecher von BAE Systems, Deepak Bazaz, bemerkte, dass zwei HED-Motoren mit Generatoren und Batterien verbunden sind, was es ermöglicht, in verschiedenen Modi zu arbeiten: ein Motor arbeitet im Leerlauf, spart Kraftstoff, zwei Motoren arbeiten, wenn mehr Leistung benötigt wird, oder im stillen Beobachtungsmodus.funktioniert nur mit wiederaufladbaren Batterien. Das HED-Konzept wird auf der Raupenplattform AMPV (Armored Multipurpose Vehicle) implementiert, soll jedoch skalierbar sein und auf einem Fahrzeug jeder Gewichtsklasse, sowohl auf Rädern als auch auf Raupen, verwendet werden. Das Versuchskraftwerk HED wurde von BAE Systems für ein Hybridkonzept von Northrop Grumman im Rahmen seines Vorschlags für ein Bodenkampffahrzeug der amerikanischen Armee GCV (Ground Combat Vehicle) modifiziert.
In einem Papier der NATO Technology Research Organization heißt es: "Hybrid-Elektrofahrzeuge sind in Bezug auf Geschwindigkeit, Beschleunigung, Steigfähigkeit und Geräuscharmut motorbetriebenen Fahrzeugen überlegen … während die Kraftstoffeinsparungen zwischen 20 und 30 Prozent liegen können." Die Elektromotoren sorgen außerdem für eine fast sofortige Beschleunigung, eine gute Gasannahme und eine bessere Traktion. Letzteres hängt direkt von dem verbesserten Drehmoment ab, das Elektromotoren innewohnt. Für Kampffahrzeuge bedeutet dies mehrere Vorteile: weniger Reaktionszeit beim Anfahren in Deckung, erschwertes Einsteigen und bessere Geländegängigkeit. Die HED-Einheit wird von zwei Sechszylindermotoren, einem speziell entwickelten QinetiQ-Getriebe und 600-Volt-Lithium-Ionen-Batterien angetrieben.
Ein weiterer attraktiver Aspekt des Elektroantriebs ist seine Fähigkeit, effizientere und höhere elektrische Energie zu erzeugen. Das Kraftwerk der Northrop Grumman / BAE Systems GCV-Plattform wird 1.100 Kilowatt leisten können, ist aber deutlich kleiner und leichter als herkömmliche Kraftwerke. Da die Energiespeicherung jedoch ein wichtiger Bestandteil des Hybrid-Elektroantriebs ist, wird die Fehlanpassung der Batterie zu einem großen Problem. Daher werden derzeit mehrere Arten von fortschrittlichen Batterien mit höherer Energiedichte für Hybridfahrzeuge in Betracht gezogen, darunter Lithium-Ionen, Nickel-Metallhydrid, Nickel-Natriumchlorid und Lithium-Polymer. Sie alle befinden sich jedoch noch in der Entwicklungsphase der Technologie und weisen bestimmte Nachteile auf, die behoben werden müssen, bevor sie als geeignet für den Einsatz in militärischen Anwendungen anerkannt werden. Ein weiteres Arbeitsfeld, das entwickelt werden muss, damit Hybridantriebe massiv in gepanzerten Fahrzeugen verbaut werden können, ist die Aufhebung der Konstruktionszwänge moderner Traktionsmotoren. Obwohl sie erfolgreich in Demonstrationsprototypen vom HED-Typ integriert wurden, weisen diese Systeme Einschränkungen in Bezug auf Größe, Gewicht und Kühlung auf. Bis diese Probleme gelöst sind, werden alle Stromkreise trotz ihrer Vorteile für gepanzerte Fahrzeuge eine Illusion bleiben.
Viele Forschungseinrichtungen interessieren sich jedoch weiterhin für das elektrische Antriebskonzept. Im Rahmen von Verträgen mit der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) wird QinetiQ beispielsweise sein Konzept von Nabenmotoren (Getriebemotoren) testen, indem es sie für Pilotversuche einrichtet. Zahlreiche Getriebe, Differenziale und Kraftantriebe werden die leistungsstarken kompakten Elektromotoren in den Rädern der Maschine ersetzen. Es ist möglich, dass dieses Konzept auch bei bestehenden gepanzerten Radfahrzeugen umgesetzt werden kann. Tatsächlich unterzeichnete BAE Systems im Juni 2017 eine Vereinbarung mit QinetiQ über die Einführung neuer elektrischer Antriebstechnologien in Kampffahrzeuge. Ein Vertreter der Firma BAE Systems sagte, dass dies "den Kunden eine bewährte kostengünstige Technologie bieten wird, die die Fähigkeiten aktueller und zukünftiger Kampffahrzeuge verbessert".
Zukünftige Herausforderungen der Macht
In den letzten zehn Jahren ist der Bedarf von Kampffahrzeugen an elektrischer Energie um ein Vielfaches gestiegen. Mark Signorelli, Head of Combat Vehicles bei BAE Systems, stellte fest, dass es "für gepanzerte Fahrzeuge in Zukunft immer schwieriger wird, den Strombedarf zu decken". Es werden Versuche unternommen, dieses wachsende Problem anzugehen. Beispielsweise wird für die M2 Bradley-Familie ein 300-A-CE-Niehof-Generator und für die neue AMPV-Plattform zwei 150-A-Generatoren in Betracht gezogen. Herr Spadaro von der MTU sagte: „Die wichtigsten Faktoren, die die Entwicklung von Lösungen für mehr Stromerzeugung beeinflusst haben und beeinflussen, sind die ständig wachsende Masse von MBT und Radfahrzeugen (vor allem aufgrund von Anforderungen an höhere Schutzniveaus) und gleichzeitig der Bedarf an mehr Strom für Bordsysteme jeglicher Art, sei es Elektronik, Schutzsysteme und Komfort für die Besatzung, zum Beispiel eine fortschrittliche Klimaanlage. Die MTU sieht sie „adressiert durch die tiefere Integration der elektrischen Komponenten in das Aggregat. Ein gutes Beispiel ist auch hier das oben erwähnte Triebwerk MTU des Panzerfahrzeugs Puma, das einen Starter/Generator mit einer Nennleistung von 170 kW umfasst, der zwei Kühlgebläse mit Strom versorgt, und einen Klimaanlagen-Kältemittelkompressor.
Die Stärke gepanzerter Fahrzeuge wirkt sich direkt auf die Kampffähigkeiten und die Überlebensfähigkeit aus. Die Hauptkriterien für das Überleben auf dem Schlachtfeld sind wie folgt: "Ergreifen Sie alle Maßnahmen, um nicht bemerkt zu werden, wenn Sie nicht gesehen werden, nicht getroffen zu werden, wenn Sie getroffen werden, um nicht getötet zu werden." Die erste wird durch die Fähigkeit erleichtert, sich dorthin zu bewegen, wo der Gegner Sie nicht erwartet. Die zweite erfordert eine schnelle Beschleunigung und eine gute Manövrierfähigkeit, um Deckung zu finden, und wird durch die Fähigkeit des feindlichen Schützen erschwert, das zu tötende Ziel effektiv zu erfassen. Und die dritte wird durch die Fähigkeit bestimmt, angemessenen passiven Schutz zu leisten und passive und aktive Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Jedes dieser Kriterien kann sich jedoch nachteilig auf andere auswirken. Beispielsweise erhöht eine zusätzliche Panzerung die Masse und damit die Beweglichkeit.
Fortschritte im Bereich der Kraftwerke für gepanzerte Fahrzeuge, neue Motoren, Getriebe und Antriebe, innovative Integrations- und Auslegungsmethoden ermöglichen es Entwicklern militärischer Ausrüstung, die kühnsten Kundenwünsche zu erfüllen. Viele der Verbesserungen, die wir auf militärischen Plattformen sehen, stammen direkt aus kommerziellen Projekten: Motoren und Bordcomputer, digitale elektronische Steuerung, automatische Überwachung des Zustands von Systemen, elektrische Antriebe und Energiespeicher und schließlich praktische Umsetzungen von Hybrid Lösungen. Herausforderungen an dieses empfindliche Gleichgewicht zwingen die Industrie jedoch, immer innovativere Lösungen zu entwickeln.
