Przyszłość wozów bojowych. Jak napęd hybrydowy zmieni wojsko

Mobilność w wojskach lądowych podąża ścieżką, którą wytycza cywilny przemysł motoryzacyjny. Coraz więcej wozów bojowych na świecie jest wyposażanych w hybrydowe zespoły napędowe, w których silnik wysokoprężny otrzymuje wsparcie od niewielkiego motoru elektrycznego. W stosunku do klasycznych form napędu takie rozwiązania mają mnóstwo zalet, które nie ograniczają się do redukcji zużycia paliwa ani emisji spalin. Można przekonać się o tym, zasiadając za kierownicą samochodu osobowego wyposażonego w tzw. miękki układ hybrydowy (ang. mild hybrid).

W Polsce jednym z wiodących podmiotów w tej dziedzinie jest przedsiębiorstwo Radiotechnika Marketing. Historia układów hybrydowych w firmie z Pietrzykowic zaczęła się od budowy szczególnych kompetencji w dziedzinie systemów zasilania, w tym do pojazdów wojskowych. Kilka lat temu Radiotechnika otrzymała dofinansowanie z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju na budowę hybrydowego zespołu napędowego przeznaczonego do bezzałogowych statków powietrznych. Teraz inżynierowie z Dolnego Śląska przenoszą te doświadczenia na ląd, do pojazdów wojskowych.

Polski pojazd hybrydowy

Rosnące kompetencje konstruktorów Radiotechniki można było dostrzec gołym okiem na XXXIV Międzynarodowym Salonie Przemysłu Obronnego. Centralnym punktem stoiska firmy na Targach Kielce był interaktywny diagram hybrydowego zespołu napędowego przeznaczonego do wozów bojowych. Jedynymi elementami pokazanymi na schemacie, których nie opracowali polscy inżynierowie, są akumulatory niskiego napięcia oraz dwa silniki: główna jednostka napędowa (dostarczana wraz z pojazdem) i motor spalinowy z pomocniczej jednostki prądotwórczej (która jest integrowana w kompletne urządzenie właśnie w Radiotechnice).

Kluczowe podzespoły napędu hybrydowego, jak starter-generator (inaczej prądnico-rozrusznik), skrzynka rozdziału mocy z falownikami, przetwornice, sterowniki czy układy zarządzania baterią akumulatorów (ang. battery management system, BMS), to wyroby Radiotechniki Marketing. To oznacza, że przedsiębiorstwo może dostarczyć producentowi pojazdu opancerzonego w pełni zintegrowany system, który stanowi całkowicie polską własność intelektualną. Dzięki temu podzespoły można bez kłopotu dostosować do wymagań użytkownika, a z czasem poddać modernizacji, nie oglądając się na zgodę od zagranicznego dostawcy.

Masa, energia, sygnatury

W opinii autora postawienie na rozwój hybrydowych zespołów napędowych w Radiotechnice Marketing jest przysłowiowym strzałem w dziesiątkę, a przy tym doskonałym pomysłem na zagwarantowanie długoterminowego rozwoju firmy. Wpływ na to przekonanie mają trzy czynniki: raptowny wzrost masy wozów bojowych, stopniowo rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną w związku z wdrażaniem prądożernego wyposażenia, a także coraz wyraźniejsze dążenie do redukcji sygnatur fizycznych, w tym akustycznej i termicznej, w związku z „przezroczystością” współczesnego pola walki.

Żeby zilustrować, jak przybierają na masie pojazdy wojskowe, możemy posłużyć się przykładem z krajowego podwórka. Bazowy kołowy transporter opancerzony SKOT, który wdrożono w Wojsku Polskim w latach 60., ważył około 13 ton. Masa jego następcy, produkowanego od ponad dwóch dekad Rosomaka, wynosi ponad 20 ton. Dziś wiele wozów tej klasy przekracza próg 30 ton. Najcięższy wariant niemieckiego transportera Boxer waży aż 39 ton. Co oczywiste, taki wzrost masy ma negatywne skutki dla mobilności pojazdu o trakcji kołowej, a także zużycia paliwa.

Wsparcie dla silnika Diesla

W układzie hybrydowym Radiotechniki pierwsze skrzypce gra wspomniany prądnico-rozrusznik, który jest ulokowany pomiędzy silnikiem wysokoprężnym a przekładnią główną. Maszyny elektryczne charakteryzuje zdolność do generowania bardzo wysokiego momentu obrotowego w stosunku do gabarytów urządzenia. To stanowi dogodne uzupełnienie dla silnika wysokoprężnego, w którym dostępność momentu obrotowego jest uzależniona od obrotów silnika. Dla ciężkiego pojazdu wojskowego dodatkowe źródło napędu może stanowić wydatną pomoc w pokonaniu przeszkody terenowej lub wspinaczce po stromym wzniesieniu.

Jednak starter-generator przydaje się nie tylko wtedy, gdy wóz przyspiesza. Gdy kierowca zdejmuje nogę z pedału gazu, prądnico-rozrusznik odzyskuje energię elektryczną, by skierować ją do baterii akumulatorów lub urządzeń wysokiego napięcia. Wówczas urządzenie pełni funkcję zbliżoną do hydraulicznego retardera stosowanego w samochodach ciężarowych, wspomagając działanie układu hamulcowego. Ta właściwość jest szczególnie przydatna w sprzęcie tak ciężkim jak nowoczesne wozy bojowe, gdzie hamulce znajdują się pod bardzo dużym obciążeniem przez masę pojazdu i trudne warunki pracy.

Sprawność i zasilanie

Wyższa sprawność zespołu napędowego przekłada się nie tylko na poprawę parametrów trakcyjnych pojazdu, ale też na redukcję zużycia paliwa. Ten czynnik ma walny wpływ na koszty eksploatacji wozu oraz realną autonomiczność na polu walki. Z kolei zwiększona generacja energii elektrycznej umożliwia zasilenie wielu urządzeń, które są coraz częściej stosowane w wozach bojowych, jak choćby aktywnych systemów ochrony pojazdu czy klimatyzacji. W przyszłości zwiększenie tego zapasu będzie niezbędne, by zaopatrzyć w energię elektryczną broń laserową i mikrofalową.

Wóz dysponujący odpowiednio dużym zapasem energii w baterii akumulatorów może długotrwale czuwać z włączonymi urządzeniami pokładowymi, na przykład przyrządami obserwacyjno-celowniczymi lub systemami samoobrony, zanim konieczne stanie się uruchomienie pomocniczej jednostki zasilającej (APU). W ten sposób sygnatura akustyczna i termiczna wozu jest redukowana do minimum, znacznie utrudniając jego wykrycie. Ta właściwość ma szczególne znaczenie wobec powszechności stosowania kamer termowizyjnych na bezzałogowych statkach powietrznych.

Nacisk na bezpieczeństwo

Wydatną zaletą układu hybrydowego opracowanego przez Radiotechnikę Marketing jest niewielki zakres zmian, które należy wprowadzić w istniejącym wozie bojowym, by uczynić z niego pojazd z napędem spalinowo-elektrycznym. Co więcej, taki układ jest bezpieczny dla użytkownika. W przedziale załogi występuje jedynie niskie napięcie (28 V), a układ wysokiego napięcia (750 V), zasilający np. klimatyzację, ulokowano w całości w komorze silnika, z dala od załogi wozu. Kolejnym czynnikiem zwiększającym bezpieczeństwo jest brak akumulatorów wysokiego napięcia.

Dzięki niebagatelnym kompetencjom firmy z Pietrzykowic napęd hybrydowy może stanowić część kompletnego, w pełni zintegrowanego, gruntownie przetestowanego, wyprodukowanego w Polsce układu zasilania w energię elektryczną, który jest dostarczany wraz z wozem bojowym. To nie tylko zwiększa bezpieczeństwo dostaw, ale też stanowi dużą wartość dodaną dla użytkownika końcowego, który otrzymuje układ bezpieczny, charakteryzujący się niskimi sygnaturami i w pełni kompatybilny elektromagnetycznie z wyposażeniem pojazdu.

Artykuł sponsorowany. Partnerem materiału jest Radiotechnika Marketing Sp. z o.o.