CV90 är en vagn konstruerad för att vara verksam i främsta led i militära insatser, och för att vara duglig som yttersta spets ställs höga krav på kvalité och funktion. När det gäller dessa kriterier är driftsäkerhet en ytterst viktig punkt och ständiga förbättringar krävs. För att garantera en driftsäker vagn behöver alla system vara välutvecklade och tåliga för klimat och andra påfrestningar. En stor påfrestning är höga temperaturer, då det kan vara funktion- och prestandanedsättande och även skadligt för vissa system och komponenter, för att inte glömma personalens välbefinnande. Den stora värmegeneratorn är motorn av förklarliga skäl, den arbetar hårt och genererar stora mängder värme som behöver transporteras bort. Den största värmetransporten går igenom avgassystemet i form av avgaser som kan nå väldigt höga temperaturer. För att kyla motorn arbetar främst två kylsystem, vattenkylning av motorn samt luftkylning av motorutrymmet. För att skydda övriga system är
avgassystemet delvis avskilt och isolerat, men det är inte tillräckligt effektivt.
4.1 Utseende
De mest relevanta delarna för detta projekt visas övergripligt i bild 4.1 nedan med en kort beskrivning.
Bild 4.1. Bandhyllan i genomskärning från sidan.
1. Fack för materiel samt dieselvärmare. 2. Fack för materiel samt oljedunkar. 3. Fack för materiel.
4. Luftpassage från motorrum samt ingång avgasrör.
5. Luftpassage mellan avgasrörkanal och fläktrum, med vadningslucka. 6. Huvudfläkt, frånluft.
7. Ingång Scavengerkanal. 8. AC system.
4.2 Avgas- och kylningssystem
Avgassystemet går in i bandhyllan i anslutning till motorrummet, sedan följer avgasrören bandhyllan längs en kanal ända bak där den slutligen mynnar. Avgasrören har en temperatur på ca 550°C och är klädd med isolering. I mynningen är temperaturen ca 500°C.
Det operativa systemet för luftkylningen i bandhyllan är en fläkt längst bak som drar luft från motorrummet och genom hela bandhyllan. Flödet är för närvarande ca 230 l/s.
Motorkylningen är ett system med kylvatten som efter utgång ur motorn passerar längs bandhyllan. Temperaturen för kylvattnet är ungefär 100°C.
Motorns luftkylsystem är placerat fram i motorutrymmet och luftintaget ligger ovanpå motorhuven. När luften filtreras fastnar skräp och partiklar som måste blåsas bort, den fläkt som utför det arbetet heter Scavenger och blåser ut den orena luften på höger sida av vagnen.
4.3 Isolering
Avgasrören är klädda med tre lager isolering ända till bakre kröken där det endast finns ett lager isolering. Utanpå finns ett lager med aluminium. Även under utrustningsfacken finns en extramonterad isoleringsskiva som extra skydd. Isoleringen består av Zetex fibrer som är temperaturisolerande. Datablad för Zetexfibrer finns i bilaga 3.
4.4 Värme
Värmestrålningen av avgassystem och motor samt temperaturer i vissa utrymmen var viktigt att studera. Dessa temperaturer fanns att läsa genom tidigare gjorda mätningar som fanns noterade i rapporter som erhållits genom förstudien. Tabell 4.1 visar uppmätta
temperaturer vid olika varvtal och utomhustemperaturer.
Tabell 4.1. Uppmätta temperaturer °C.
Measuring point 30 °C 2000rpm 49 °C 2000rpm 30 °C 2150rpm 49 °C 2150rpm Top value Exhaust inlet 549,9 526,8 555,5 497,4 555,5 Exhaust outlet 523,3 491,1 527,2 468,3 527,2 Driver 28,5 39,2 27,2 35 39,2 Gunner 24,2 34,9 22,3 31,3 34,9 Commander 25,1 35 22,9 31,5 35 Squad 21,4 34,2 20,7 29,6 34,2
Engine comp. topcenter 132,4 126,2 126,4 124,2 132,4
Engine comp. topright 78,6 90,3 86,2 91,8 91,8
Denna tabell visar främst att avgaserna som passerar genom bandhyllan kan uppnå en temperatur på över 550°C. Luften i motorrummet närmast högra bandhyllan kan uppnå över 90°C i varmt klimat, men bandhyllans tillluftstemperatur approximeras till 75°C enligt en existerande rapport som anger detta. Det befintliga systemet där värmeenergin överförs mellan avgassystem och bandhylla fungerar som en värmeväxlare.
Värmesignatur
I strid är det viktigt att inte avge en tydlig värmesignatur för att inte avslöja sin position för fiendens värmekameror. Speciellt i mörker används värmekameror för att förflytta sig utan att utstråla synligt ljus. För att vara så diskret som möjligt finns kravet att avgaserna ska mynna längst bak, det på grund av att temperaturen kan avslöja vagnens position.
Klimat
För att kunna verka i extrema temperaturer är CV90 vagnarna utrustade med AC system och dieselvärmare. AC systemet är placerat bak i höger bandhylla och upptar mycket utrymme, även dieselvärmaren är placerad i höger bandhylla. Enligt klimatkraven ska en CV90 kunna verka i temperaturer från -40°C upp till +49°C.
4.5 Vadning
En CV90 behöver vara expert på att ta sig förbi hinder, och vatten är ett vanligt naturligt hinder som förekommer överallt i varierad omfattning. För att ta sig över vattendrag kan en CV90 vada med vatten upp till tornet. Det ställer krav på vissa system, t.ex. kan den bakre luftventilen förslutas manuellt för att inte ta in vatten vid djup vadning.
4.6 Vitala delar och utrustning
För att inte vagnen ska oskadliggöras helt vid träff finns krav på vitala delar, de ska vara skyddade så att vagnen inte tappar all mobilitet vid skada. Motorns kylvattenledningar och vissa hydraulikledningar går i höger bandhylla, dessa är vitala delar som i nuläget skyddas av en 15 millimeters pansarplåt som finns mellan dessa ledningar och avgasrören.
I den övre delen i bandhyllan finns tre fack för att hålla oljedunkar och besättningens utrustning. Facken finns alldeles ovanför avgasrören och blir därför väldigt varma, över 200°C.
4.7 Dimensioner
För att få en bild av storlekar och förhållande mellan komponenter och utrymmen var det viktigt att ta mått på dessa. Bandhyllansdimensioner finns illustrerade i bilaga 1.
4.8 Lufttryck
Luftflödet beror på lufttrycksskillnader som i sin tur styrs av undertryckskällor och
övertryckskällor. Den bakre fläkten i detta fall agerar undertryckskälla då den drar luften ut ur bandhyllan och skapar ett undertryck i luftdepån, i detta fall motorrummet. Men
undertrycket i motorrummet beror även på att det inte sker en tillräcklig lufttillströmmning för att kompensera undertrycket, vilket regleras av luftintag och ventilation. Undertrycket i motorrummet är konstant och bör hållas konstant vid ca 770 Pa.
4.9 Förutsättningar
Som en förutsättning för detta arbete kommer bandhyllans yttre dimensioner samt AC systemets interface att hållas intakt. Den blåa ytan i bild 1.2 nedan representerar AC systemets utbredning i bandhyllan.
5. Problemanalys
Identifieringen av problemen påbörjades redan i nulägesbeskrivningsfasen där förståelsen för uppbyggnaden och funktionaliteten även ledde till förståelse för problematik i designen. Den befintliga situationen kan klassas som en värmeväxlare och med hjälp av den insikten kunde problemen med värmeenergin lätt illustreras. Graf 5.1 visar en schematisk bild av värmeväxlarsystemet och energiöverföringen i den befintliga utformningen.
Graf 5.1. Graf som illustrerar energiöverföringen i värmeväxlarsystemet.
Den övre kurvan visar avgasernas energinivå vilken minskar då energin överförs till den nedre kurvan, bandhyllans energinivå. Eftersom värmeenergiöverföringen mellan avgaserna och bandhyllan är ett problem så finns behovet av att minska överföringen betydligt. Målet är att få dessa kurvor att ligga horisontellt, d.v.s. eliminera all värmeenergiöverföring. Ytterligare ett problem som denna modell illustrerar är att vid en fullständig eliminering av värmeöverföringen så hamnar temperaturen i bandhyllan som minst på 75˚C, det finns ett önskemål på <70˚C. För att minska temperaturen ytterligare behövs en konstant sänkas, d.v.s. tillufttemperaturen. Det skall understrykas att en fullständig eliminering av
värmeöverföringen inte är möjlig, inte utan en omfattande konstruktion som kräver en omdefiniering av kravspecifikationen och avgränsningarna vilket inte är aktuellt. Men värmeenergiöverföringen kan minskas drastiskt med mindre omfattande medel, men för att öka förutsättningarna borde temperaturen på tilluften minskas.
Detta resonemang medför en belysningspunkt på isoleringens målsättning, den bör ha en isoleringsförmåga som minskar värmeavgivningen från avgassystemet med nära 100 %. Men kraven på isoleringen kan minskas om temperaturen på tilluften minskas vilket är att
5.1 Luftflöde
Först och främst noterades flödets förutsättningar i systemet, vilket ledde till anmärkningar kring lufttillförsel och undertryck i motorrum. Då undertrycket bör vara konstant behöver intag och utlopp vara dimensionerade relativt varandra på så sätt att undertrycket
balanseras upp på rätt nivå.
5.2 Isolering
Isoleringen är uppbyggd med ett flertal lager av Zetexfiberpläd, vilket skapar ett
sammanhängande lager. Svaga punkter finns där isoleringen är skarvad. Isoleringen har ingen optimal reflektionsförmåga, d.v.s. strålningsvärmemotståndet kan förbättras. Värmen överförs till störst del genom konduktion och strålning, det sistnämnda är ett problem med den befintliga isoleringen.Enligt Jan Dahl, professor vid LTU bör den första ansatsen ange den procentuella fördelningen mellan strålning och konduktion/konvektion till 50% vardera. Det är en generell uppskattning och fördelningen kan variera mellan olika typer av
isolering/material, temperaturer etc.
5.3 Aerodynamik
Först gjordes en analysering av utformningen m.h.a CAD bilder för att identifiera problemområden. De problemområden som upptäcktes var.
1. Luftpassage fram mellan motorrum och bandhylla
De problem med konstruktionen som identifierades var en kantig och relativt liten öppning, en smal öppning mellan vägg och fästplatta samt att fästplattan bromsar luftflödet. Bild 5.2 visar den främre luftpassagen.
2. Luftpassage bak mellan bandhylla och AC utrymme
De problem med konstruktionen som identifierades var en kantig och relativt liten öppning, vadningsluckan bromsar luftflöde samt det är en väldig snäv luftväg innan passering. Bild 5.3 och 5.4 visar luftpassagen bak.
3. Trångt i luftkanalen.
De problem med konstruktionen som identifierades var trånga utrymmen mellan isolering och kanalväggar.
5.4 Slutsats problemanalys
Enligt problemanalysen finns det tre konceptinriktningar att utreda och generera
lösningskoncept kring, det var isolering, luftflöde och aerodynamisk optimering. Isoleringen bör vara så effektiv som möjligt för att ha goda chanser att uppfylla kravet. Även ett behov av sänkt tillufttemperatur finns för att avlasta kraven på isoleringen. För att det slutgiltiga resultatet ska klara av att uppfylla de satta kraven bör samtliga koncept utnyttjas och anpassas till ett gemensamt slutgiltigt lösningsförslag.