研判:无人作战车辆轴间/轮边/轮毂电机散热策略

近日,航天科工三元电视台在社交媒体发布一条《“地鳗”无人作战单元》的动画演示视频。在这条动画演示视频中则展示了1套,首次发布于2022年珠海航展,“地鳗”无人作战单元中的轻型\中型8轮驱动无人作战车辆的部分技战术状态。

新能源情报分析网评测组,在2022年珠海航展重点对包括“地鳗”无人作战单元(的轻型战斗车辆和中型无人作战车辆),不同品牌、不同载荷、不同驱动形式的EV\REEV类无人作作战车辆,进行了评测。

对于军用无人作车辆,EV架构适用于微小型侦查类轮履系统,REEV架构适用于中大型侦查与打击类轮履系统。而决定军用无人作战车辆的至关重要技战术的关键,则与驱动电机相关联。而决定驱动电机可靠性和技术优势的关键,与其适用的驱动结构和散热策略息息相关。

本文将以“地鳗”无人作战单元为参照,对无人作战车辆常用的轴间电机、轮边电机和轮毂电机使用的自冷(主动\被动风冷)和液冷(包括油冷)散热策略,展开全向研读和判定。

备注:文中全部设计的技术和参数,以厂家发布的最终信息为准

在视频中展现的“地鳗”无人作战单元编组,由蓝色箭头所指的轻型无人侦查平台(轻型无人平台+侦查打击载荷)、黄色箭头所指的中型无人火力打击平台(中型无人平台+远程火力载荷)以及红色箭头所指的有人远程指挥控制终端构成。

地鳗”无人作战单元中的轻型地面无人作战平台,在遂行侦查定位、目标识别、引导攻击等战术任务同时,还可以遂行直接打击任务。

“地鳗”无人作战单元中的中型地面无人作战平台,利用己方打击载荷、对前沿标注的多种目标遂行远程火力投送的同时,具备快速更换多种火力攻击模块的技术。

当然,或可以根据作战任务实际需求,“地鳗”无人作战单元编组可以对轻型侦查、远程打击以及有人指挥车辆的配属数量与规模进行再次编组。

而“地鳗”无人作战单元的打击模式,既可以“单兵”遂行,也可以“集群”攻击。最重要的是,利用“地鳗”无人作战单元的消灭敌有生力量同时,可以最大程度降提升己方人员生存几率。

需要注意的是(1),对于电子侦察和火力打击的无人战斗系统,从整车设计需求层面就要将更多的空间,并将更多的载荷让位给战斗模块,而无人驾驶所需的动力和传动系统所需的空间和载荷,需要尽可能的被压缩。

以“地鳗”无人作战单元中的中型无人作战车辆为例:

载具端的车身焊接(红色区域),将更多的空间用于REEV动力和动力电池系统同时,还要保障火力打击上装模块稳定供电需求,和其他附属分系统的容纳。

如果采用轴间电机+传动半轴的驱动模式,和轮边电机+传动半轴的驱动模式,载具端用于战斗系统的空间占比会不同程度削减,无人作战效能以及续航里程会相应受限。

如果采用轮毂电机(黄色区域)的没有任何传动组件的驱动模式,载具端全部空间都将会用于续航和战斗,无人作战效能和续航里程将会被最大程度的提升。

不过,轴间电机、轮边电机、轮毂电机的驱动模式应用在无人作战车辆时,不仅要考虑战斗效率,还要将散热模式进行全系统考虑。

1、REEV架构+液冷轴间电机组成的8x8电八驱方案:

以2022年珠海航展出现的一款基于REEV架构的中型无人驾驶车辆比对看,4组轴间电机对应4个驱动桥,每组驱动桥设定2条传动半轴,用于扭矩分配至轮端。结构简单,对于轴间电机的自身性能要求相对较低,可以轻松采用自身液冷散热策略,以满足全负载运输主要任务的需求。

红色区域:轴间电机

红色箭头:传动半轴

2、EV架构+自冷轮毂电机组成的6x6电六驱方案:

以2022年珠海航展出现的一款基于EV架构的轻型无人战斗车辆比对看,6组小尺寸轮毂电机直接固定在轮圈内侧,载具内的空间最大程度让位给打击系统。不过,轮毂电机没有适配液冷散热系统,而是采用最简单可靠的自冷散热策略。

红色区域:轮毂电机

3、REEV架构+液冷轮毂电机组成的6x6电六驱系统:

以2022年珠海航展出现的一款基于REEV架构的中型无人战斗车辆比对看,6组大尺寸轮毂电机与车身焊接由双A型摆臂关联。意味着这款主打高机动性的超级无人战斗车辆设计需求,将高机动性与复杂路况通过性,和真实战场环境火力打击能力进行高度的平衡。

鉴于战斗全重、战斗能力、作战半径以及高机动性等综合参数比对,采用与整车层面一体化的液冷散热策略,是保障载具端可靠性的必要条件之一;

鉴于频繁加速、频繁制动以及复杂路况垂向动作的影响,为轮毂电机进行液冷散热的管路密封性能,决定了载具端战斗勤务周期保障的关键条件之一;

红色区域:轮毂电机

黄色箭头:冷却液管路与轮毂电机的接口

需要注意的是(2),某款无人作战轮式装备一旦采用轮毂电机技术,就意味着用电来解决的高机动性指标,系统预设的重要参数并决定了战术优势。与此同时,设计团队就需要综合考量及其苛刻的作战环境,轮毂电机液冷散热策略的可靠性,战场环境快速维修更换等各方面技术达成能力。

轴间电机+液冷散热策略:可以普遍应用在各型EV\REEV架构的有人\无人作战轮式装备,只不过过多的占用车内空间,对战斗效能有所影响;

轮边电机+液冷散热策略:相对轴间电机方案占据车内空间更小、液冷散热策略简单,可以有效对各轮端扭矩进行试试调整,高机动性和战斗效能可以达成较为均衡状态;

轮毂电机+液冷散热策略:占据车内空间最小、液冷散热策略复杂,不过战斗效能相对占优;

轮毂电机+自冷散热策略:占据车内空间最小、自冷散热策略极其简单可靠,综合战斗效能最高,不过对电机的诸多技术要求最高;

上图为迈吉易威制造的一款“3合1”轮毂电机总成技术状态特写:

红色箭头:全铝材质的壳体,

蓝色箭头:打孔的制动盘

迈吉易威的研发团队通过优化电磁设计、提高电磁效率,降低系统损耗;根据规划的导热路径调整电磁损耗分布;通过探索新材料的应用,提高壳体及散热系统比热容;通过优化导热路径,降低电机的系统热阻。

综合考量,使用自冷散热策略+X组轮毂电机构成的驱动方案,是可以满足轻型和中型无人车辆遂行多种战术需求。

我们的征途是星辰大海!

目前美军、德军和日军都在依托所属国的整车厂商和分系统供应商,推出一系列基于EV\REEV架构的有人和无人作战装备,以及包括潜艇在内的多款军用装备。轴间电机、轮边电机和轮毂电机应用在不同类型的地面载具,都有这不同类别的技术优势,支持不同类型的战术优势。

根据作战需求不同,为电动化驱动系统提供液冷和自冷散热策略,就需要电机系统供应商拥有强大的技术储备和应用经验的前提下,充分考虑装备战术特点,平衡一系列的技术长短板,展现出最优架构的集成方案。

新能源情报分析网评测组出品

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