Une excellente mobilité dans les conditions les plus difficiles est la caractéristique primordiale de tous les véhicules militaires. Cependant, il est beaucoup plus difficile d'y parvenir pour les véhicules blindés, mais c'est extrêmement important pour qu'ils puissent mener à bien leurs tâches
La mobilité est très importante pour les véhicules blindés, mais en même temps, elle est en concurrence avec d'autres caractéristiques critiques, telles que, par exemple, assurer la capacité de survie du véhicule et de son équipage. Et ici, cette exigence peut facilement entrer en conflit avec l'exigence de maintenir la mobilité. Cependant, il est clair que les soldats, dont la sécurité dépend de tels véhicules, ont besoin d'une perméabilité hors route accrue, d'une accélération plus rapide et d'une vitesse plus élevée, le tout sans affecter négativement la capacité de survie. Ces exigences conduisent au développement de nouveaux blocs d'alimentation et de systèmes de train de roulement afin de trouver des solutions optimales pour répondre à ces exigences souvent contradictoires. Cependant, afin de s'y conformer, une combinaison et un équilibre d'un certain nombre de paramètres de conception sont nécessaires. Il s'agit notamment des caractéristiques du système de suspension, qui affecte directement la qualité du mouvement, la surface d'appui des chenilles ou des roues, qui détermine la pression au sol, la garde au sol du véhicule et la puissance du moteur. La dernière caractéristique est considérée comme la plus importante et la plus difficile à atteindre. Cela est dû au fait que même dans la question de la génération et de la distribution de la puissance du moteur, le concepteur doit faire des compromis, allant même parfois jusqu'à marcher sur la gorge de sa propre chanson. L'augmentation de puissance dans un véhicule blindé est limitée par des facteurs tels que le volume du compartiment moteur, la nécessité de maintenir une autonomie, les restrictions de poids et la nécessité de répondre aux exigences de puissance des systèmes embarqués, par exemple, des équipements de communication, systèmes de navigation, capteurs et systèmes de protection actifs et passifs.
Une protection efficace contre les menaces en constante évolution d'aujourd'hui est impérative, en particulier celles qui imposent les plus grandes exigences au groupe motopropulseur et au train de roulement. La protection signifie presque inévitablement une armure, et l'armure ajoute du volume. Une contradiction apparaît qui nous oblige à faire des compromis peu pratiques: à mesure que le niveau de menace augmente, le niveau de protection doit également être augmenté. Une augmentation du niveau de protection, en règle générale, se traduit par un besoin de blindage supplémentaire, et une réservation supplémentaire peut contribuer à une augmentation de la masse du véhicule. Le maintien ou l'amélioration des caractéristiques de fonctionnement d'un véhicule blindé entraîne inévitablement une augmentation de la puissance du moteur et de l'efficacité de la transmission et des entraînements de puissance qui lui sont connectés. Mais la masse d'un véhicule est aussi déterminée par sa taille: plus le véhicule et la surface à blinder sont grands, plus il devient lourd. Ainsi, le nouveau groupe motopropulseur (moteur avec transmission et entraînements) doit non seulement être plus puissant, mais il doit au moins tenir dans le volume alloué ou, de préférence, avoir un volume total inférieur. Ce critère est tout d'abord absolu pour les groupes motopropulseurs destinés à moderniser les véhicules blindés existants, mais il est également hautement souhaitable pour les nouvelles plateformes.
La valeur généralement acceptée pour le niveau de mobilité fourni par un véhicule blindé est ce qu'on appelle la densité de puissance, ou le rapport de la puissance (le plus souvent en chevaux) à la masse du véhicule. Ce rapport, bien qu'il ne prenne pas en compte tous les facteurs possibles qui déterminent la mobilité, est un critère approprié, bien que grossier, et est utile à la fois comme paramètre de conception et comme outil de comparaison de différentes machines. En règle générale, plus la puissance spécifique est élevée, par exemple en ch. par tonne, meilleures seront les performances de conduite globales de la machine. Malgré le fait que lors de l'évaluation d'un véhicule, sa vitesse maximale est souvent prise en compte, pour un véhicule de combat, l'accélération ou la réponse de l'accélérateur du moteur (la capacité de passer rapidement et en douceur d'un fonctionnement stable à une puissance minimale à une puissance maximale) peut en fait être beaucoup plus important. Souvent négligée dans les performances du véhicule, la capacité d'accélérer rapidement et de se déplacer rapidement vers la sécurité en réponse à une action d'attaque est inestimable. Cela affecte directement la capacité de survie du véhicule et de son équipage. Ainsi, la puissance disponible contribue non seulement à une mobilité accrue, mais également à la capacité de survie, en particulier lorsqu'elle est utilisée en combinaison avec des mesures d'autodéfense, y compris des capteurs pour détecter un tir et une irradiation laser, ainsi que des contre-mesures passives et actives.
Puissance en petit
Malgré des cas individuels d'utilisation de moteurs à turbine à gaz, comme dans la famille des chars de combat principaux (MBT) General Dynamics M1 Abrams, le moteur le plus populaire pour les véhicules blindés continue d'être un moteur diesel ou, plus précisément, un moteur diesel multicarburant. L'un des leaders dans la production de groupes motopropulseurs est la société allemande MTU. Son approche intégrée est que dans une seule "unité de puissance" comprend non seulement le moteur, la transmission et les entraînements de puissance, mais également les sous-systèmes d'alimentation en air et sa filtration, refroidissement, production d'énergie et autres. Chacun des composants du groupe motopropulseur est soigneusement conçu et assemblé afin d'obtenir la solution la plus compacte et la plus efficace. MTU reconnaît que pour un concepteur et intégrateur de véhicules de combat, le rapport puissance/volume est essentiel. Giovanni Spadaro, responsable des entreprises d'État chez MTU, a expliqué que pour eux « l'intégration de tous les composants dans un seul système est très importante, nous développons sans relâche notre philosophie de développement symbiotique de toutes les parties de la solution développée. Pour nous, cela signifie que littéralement tout, architecture, concept, logiciel et tous les paramètres, vise à améliorer les caractéristiques de l'unité de puissance complète finale. " L'impact de cette approche sur la plate-forme finale est énorme, étant donné l'étroite collaboration avec les principaux constructeurs de véhicules militaires tels que Krause-Mafei Wegmann (KMW), Nexter, BAE Systems et General Dynamics. Un porte-parole de General Dynamics Land Systems a expliqué: "En ce qui concerne le groupe motopropulseur, plus de puissance est meilleure, une taille plus petite est meilleure, moins cher est généralement excellent, mais avec l'augmentation obligatoire des niveaux de sécurité, de fiabilité, de silence et de facilité d'entretien."
MTU a démontré que l'adaptation et la modification à des fins militaires des groupes motopropulseurs commerciaux conviennent aux véhicules blindés légers et moyens, par exemple, le véhicule blindé de combat à quatre essieux ARTEC Boxer, qui est équipé d'un moteur diesel MTU 8V199 TE20. Cependant, pour les véhicules blindés et les chars plus lourds, leurs propres moteurs sont nécessaires, comme, par exemple, les moteurs des séries 880 et 890, conçus spécifiquement pour être installés dans des plates-formes militaires lourdes. Les capacités des unités de puissance modernes sont démontrées dans le véhicule de combat d'infanterie à chenilles Puma. Spadaro a déclaré que «l'unité d'alimentation MTU pour le Puma comprend la boîte de vitesses, le démarreur / le générateur et les systèmes de refroidissement et de purification de l'air. Le moteur diesel MTU 10V 890 est connu pour sa très haute densité de puissance et ses dimensions compactes. Par rapport à d'autres moteurs militaires de la même classe de puissance, le poids et le volume ont été réduits d'environ 60 pour cent. » Le directeur des moteurs spécialisés de MTU a déclaré que "Cette unité est plus compacte que n'importe quelle unité de puissance précédente." Les avantages des moteurs MTU sont particulièrement évidents lors de l'installation d'unités de puissance dans les générations de machines précédentes. Ses moteurs de la gamme EuroPowerPack ont été utilisés par la société française GIAT (aujourd'hui Nexter) pour remplacer les moteurs des chars Leclerc-EAU pour les Emirats Arabes Unis. Des moteurs de cette famille sont également installés sur le Challenger-2E MBT, tandis que d'importantes économies de volume ont été réalisées tout en augmentant l'autonomie grâce à une consommation de carburant réduite.
Réputé pour ses équipements de construction lourds, Caterpillar est devenu un fournisseur de premier plan de moteurs pour véhicules tactiques et blindés. Ses offres à l'armée sont basées sur des systèmes commerciaux prêts à l'emploi utilisés dans le monde entier. D'où les avantages significatifs - coût réduit associé aux volumes de production et disponibilité du support technique. Néanmoins, les développements de l'entreprise sont connus pour un usage militaire, par exemple le moteur C9.3 avec une puissance spécifique augmentée de 600 ch. Cependant, la véritable innovation est que le C9.3 est capable de faire varier sa puissance. Afin de répondre aux exigences strictes d'émissions européennes Euro-III, il passe à un mode réduit à 525 ch. Puissance. Caterpillar note que « l'avantage est que l'utilisateur peut choisir le mode de fonctionnement. Il est possible d'atteindre des performances maximales lors d'une opération active sur le terrain, mais lors d'un entraînement ou lorsque vous travaillez dans des zones avec une population civile, vous pouvez passer en mode de contrôle des émissions. En fait, ce « commutateur » est ancré dans les technologies développées par Caterpillar pour les systèmes commerciaux.
L'entreprise est invariablement choisie pour les programmes de remplacement et de modernisation de flottes de véhicules blindés existantes. Par exemple, son moteur CV8 est actuellement installé sur les véhicules de combat d'infanterie à chenilles British Army Warrior. Ces travaux sont réalisés dans le cadre d'un contrat avec Lockheed Martin pour mettre le véhicule à niveau au standard WCSP (Warrior Capability Sustainment Program), ce qui prolongera l'exploitation des véhicules jusqu'en 2040. Caterpillar modifie également le moteur de la famille de véhicules blindés Stryker de l'armée américaine d'une capacité de 350 ch. pour le moteur C9 d'une capacité de 450 ch. Le nouveau moteur "s'insère" dans le volume occupé par le moteur précédent. Le remplacement fait partie de la proposition de General Dynamics pour un changement technique ECP-1, qui comprend un alternateur de 910 ampères, des mises à niveau de suspension et d'autres améliorations.
Actionneurs électriques
Traditionnellement, la puissance du moteur est transmise mécaniquement aux roues ou aux chenilles. Les entraînements électriques remplacent cette connexion physique par des moteurs électriques logés dans des roues motrices ou des pignons. L'énergie nécessaire au fonctionnement de ces moteurs électriques peut provenir de batteries, d'un moteur à combustion interne ou des deux. L'approche « hybride » utilise soit un moteur diesel, soit un moteur à turbine à gaz qui, sans connexion mécanique, peut désormais être installé n'importe où dans le châssis, offrant aux concepteurs une plus grande liberté de conception. Il est également possible d'installer deux moteurs, ce qui a été mis en œuvre par BAE Systems dans son banc d'essai mobile HED (Hybrid Electric Drive). Le porte-parole de BAE Systems, Deepak Bazaz, a remarqué que deux moteurs HED sont connectés à des générateurs et des batteries, ce qui lui permet de fonctionner dans différents modes: un moteur fonctionne en mode ralenti, économisant du carburant, deux moteurs fonctionnent lorsque plus de puissance est nécessaire, ou en mode d'observation silencieuse. Fonctionne uniquement sur piles rechargeables. Le concept HED est mis en œuvre sur la plate-forme AMPV (véhicule blindé polyvalent) à chenilles, mais il est prévu pour être évolutif et utilisé sur un véhicule de toute catégorie de poids, à la fois à roues et à chenilles. La centrale expérimentale HED a été modifiée par BAE Systems pour un concept hybride par Northrop Grumman dans le cadre de sa proposition de véhicule de combat terrestre de l'armée américaine GCV (Ground Combat Vehicle).
Dans un article de l'Organisation de recherche technologique de l'OTAN, « les véhicules électriques hybrides sont supérieurs en termes de vitesse, d'accélération, de montée et de silence aux véhicules à moteur … tandis que les économies de carburant peuvent aller de 20 à 30 %. » Les moteurs électriques offrent également une accélération presque instantanée, une bonne réponse de l'accélérateur et une meilleure traction. Cette dernière dépend directement de l'amélioration du couple inhérente aux moteurs électriques. Pour les véhicules de combat, cela signifie plusieurs avantages: moins de temps de réaction pour se mettre à couvert, plus de difficulté à entrer et une meilleure capacité de cross-country. L'unité HED est alimentée par deux moteurs six cylindres, une transmission QinetiQ conçue sur mesure et des batteries lithium-ion de 600 volts.
Un autre aspect intéressant de la propulsion électrique est sa capacité à générer des niveaux d'énergie électrique plus efficaces et plus élevés. La centrale électrique de la plate-forme Northrop Grumman / BAE Systems GCV sera en mesure de fournir 1 100 kilowatts, bien qu'elle soit nettement plus petite et plus légère que les unités de puissance traditionnelles. Cependant, étant donné que le stockage d'énergie est une partie importante de la propulsion électrique hybride, l'inadéquation des batteries devient un problème majeur. Par conséquent, plusieurs types de batteries avancées avec une densité énergétique plus élevée sont actuellement envisagés pour les véhicules hybrides, notamment le lithium-ion, l'hydrure métallique de nickel, le chlorure de sodium et de nickel et le polymère de lithium. Cependant, tous sont encore au stade du développement de la technologie et présentent certains inconvénients qui doivent être résolus avant qu'ils ne soient reconnus comme adaptés à une utilisation dans des applications militaires. Un autre domaine de travail qui doit être développé pour que les entraînements hybrides puissent être installés massivement sur les véhicules blindés est la suppression des contraintes de conception des moteurs de traction modernes. Bien qu'intégrés avec succès dans des prototypes de démonstration de type HED, ces systèmes ont des limites en termes de taille, de poids et de refroidissement. Tant que ces problèmes ne seront pas résolus, tous les circuits électriques, malgré leurs avantages, resteront une illusion pour les véhicules blindés.
Cependant, de nombreux organismes de recherche restent intéressés par le concept d'entraînement électrique. Par exemple, dans le cadre de contrats de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), QinetiQ testera son concept de moteurs de moyeu (motoréducteurs) en les installant pour des essais pilotes sur maquette. De nombreux réducteurs, différentiels et motorisations remplaceront les puissants moteurs électriques compacts des roues de la machine. Il est possible que ce concept puisse également être mis en œuvre sur des véhicules blindés à roues existants. En fait, en juin 2017, BAE Systems a signé un accord avec QinetiQ pour introduire une nouvelle technologie d'entraînement électrique dans les véhicules de combat. Un représentant de la société BAE Systems a déclaré que cela "offrira aux clients une technologie éprouvée à faible coût qui améliorera les capacités des véhicules de combat actuels et futurs".
Les futurs défis du pouvoir
Au cours de la dernière décennie, les besoins en énergie électrique des véhicules de combat ont augmenté à plusieurs reprises. Mark Signorelli, responsable des véhicules de combat chez BAE Systems, a noté qu'"à l'avenir, il sera de plus en plus difficile pour les véhicules blindés de répondre aux besoins en électricité". Des tentatives sont en cours pour résoudre ce problème croissant. Par exemple, un générateur CE Niehof de 300 ampères est envisagé pour la famille M2 Bradley et deux générateurs de 150 ampères pour la nouvelle plate-forme AMPV. M. Spadaro de MTU a déclaré que « les facteurs clés qui ont influencé et influencent le développement de solutions pour générer plus de puissance sont la masse sans cesse croissante des MBT et des véhicules à roues (principalement en raison des exigences de niveaux de protection plus élevés) et à en même temps le besoin de plus d'électricité pour les systèmes embarqués de tout type, qu'il s'agisse d'électronique, de systèmes de protection et de confort pour l'équipage, par exemple, un système de climatisation avancé. » MTU estime qu'« ils sont résolus par une intégration plus poussée des composants électriques dans l'unité de puissance. Un bon exemple est ici encore le groupe motopropulseur MTU susmentionné du véhicule blindé Puma, qui comprend un démarreur/générateur d'une puissance nominale de 170 kW, alimentant en courant deux ventilateurs de refroidissement, et un compresseur frigorifique de climatisation.
La puissance des véhicules blindés affecte directement les capacités de combat et la capacité de survie. Les principaux critères de survie sur le champ de bataille sont les suivants: "prendre toutes les mesures pour ne pas être remarqué, s'il est vu, pour ne pas être touché, si vous êtes touché, pour ne pas être tué." La première est facilitée par la possibilité de se déplacer là où l'adversaire ne vous attend pas. La seconde nécessite une accélération rapide et une bonne maniabilité pour se mettre à couvert et est compliquée par la capacité du tireur ennemi à capturer efficacement la cible à tuer. Et le troisième est déterminé par la capacité de prendre une protection passive appropriée et d'employer des contre-mesures passives et actives. Cependant, chacun de ces critères peut nuire aux autres. Par exemple, une armure supplémentaire augmente la masse et, par conséquent, la mobilité.
Les avancées dans le domaine des centrales électriques pour véhicules blindés, les nouveaux moteurs, transmissions et motorisations, les méthodes innovantes d'intégration et d'agencement permettent aux développeurs d'équipements militaires de satisfaire les souhaits les plus audacieux des clients. Bon nombre des améliorations que nous constatons sur les plates-formes militaires sont directement issues de projets commerciaux: moteurs et ordinateurs de bord, contrôle électronique numérique, surveillance automatique de l'état des systèmes, entraînements électriques et stockage d'énergie, et, enfin, mises en œuvre pratiques de l'hybride solutions. Cependant, les défis à cet équilibre délicat obligent l'industrie à développer des solutions de plus en plus innovantes.
