摘 要：以當(dāng)前坦克裝甲車輛動力系統(tǒng)領(lǐng)域的柴油機與燃氣輪機之爭為切入點，分別闡述了柴油機、燃氣輪機、液力傳動、機械傳動、電傳動等技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用及未來發(fā)展趨勢?？紤]到坦克裝甲車輛的戰(zhàn)略地位，針對相關(guān)技術(shù)的開發(fā)可有效改善坦克的整車動力性能及作戰(zhàn)能力，對陸地武備力量的提升有著顯著功效與現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：坦克;裝甲車輛;柴油機;燃氣輪機;電傳動

0? ? 引言

在坦克裝甲車輛動力裝置領(lǐng)域，柴油機長期占有主導(dǎo)地位，其主要競爭對手是燃氣輪機。但由于柴油機和燃氣輪機各有優(yōu)勢及劣勢，二者競爭的局面將會長期持續(xù)下去[1-4]。不可否認(rèn)的是，增加動力裝置的比功率和減少動力艙的體積，是為提高坦克機動性而長期有待實現(xiàn)的目標(biāo)[5-6]。

1? ? 采用新技術(shù)提高柴油機性能

柴油機設(shè)計技術(shù)非常成熟，現(xiàn)已研制的一系列機型具有同燃氣輪機相競爭的實力。例如，德國MTU公司發(fā)展的MT880系列柴油機，其中883型功率已達到1 200 kW，其體積比MB873型柴油機減少35%，重量減輕15%，燃油消耗量降低12%，冷卻系耗功減少20%，功率密度卻提高一倍。同現(xiàn)裝備坦克的柴油機相比，耗油量降低30%，體積減小40%，重量減輕40%。

1.1? ? 柴油機增壓技術(shù)

美國海軍陸戰(zhàn)隊曾對先進兩棲突擊車的柴油機提出苛刻的使用要求：陸上行駛時能輸出低速大扭矩，水上行駛時能發(fā)出4倍于陸上行駛的功率。為此，MTU公司采用高增壓技術(shù)，為MT883 Ka-523型柴油機設(shè)計了4個體積小、重量輕的渦輪增壓器，由同軸安裝的單級排氣渦輪驅(qū)動低壓渦輪和高壓渦輪，在低壓渦輪和高壓渦輪之間裝有中冷器，從而使該機的額定功率達到1 911 kW。4個渦輪增壓器分為兩組，陸上行駛時一組增壓器工作，水上行駛時兩組同時工作。

1.2? ? 采用二沖程機型

在追求高功率柴油機方面，法國Melchior技術(shù)公司選擇二沖程機型。該公司研制的MT135二沖程柴油機，在氣缸蓋內(nèi)采用相互垂直的提動式進氣門，從而形成封閉式換氣系統(tǒng)。采用一根凸輪軸控制多個凸輪方式改變供油角、供氣角和壓比，使得該機具有良好的低負(fù)載運轉(zhuǎn)性能和冷啟動性能。該柴油機還可以采取中冷措施，使進氣壓力約提高3倍，達到1.5～2.0 MPa，燃燒壓力達到30 MPa。通過安裝渦輪增壓器，從排氣中回收部分功率，最終使只有1 m3體積的柴油機輸出1 139 kW功率，升功率達到147 kW/L。

1.3? ? 柴油機隔熱技術(shù)

柴油機的“隔熱”，是指采用耐高溫材料隔離柴油機的燃燒室、氣缸頭、氣缸套和活塞，以使燃燒室在很少或幾乎不向柴油機機體散發(fā)熱量的工況下工作，最大限度地降低柴油機的摩擦功，同時利用排氣管中的排氣能量推動渦輪增壓器和動力渦輪，從排氣中回收部分能量。由于排氣能量的大量回收及冷卻系統(tǒng)功率消耗的大幅減少，柴油機的燃油經(jīng)濟性得到改善。未來有望實現(xiàn)使燃油消耗量降低30%、體積減小40%、重量減輕40%的目標(biāo)。

2? ? 研制新型燃氣輪機

燃氣輪機因其重量輕、體積小、噪聲低、振動小、冷啟動性能好、可以使用多種燃料等優(yōu)勢，已成功地應(yīng)用于美國的M1坦克和俄羅斯的T-80坦克。然而，燃氣輪機的燃油消耗量高、采購費用昂貴，致使未能廣泛使用。

LV100燃氣輪機是AGT1500燃氣輪機的后繼機型，在設(shè)計時除了首先考慮緊湊性和利用熱交換器加熱進氣外，還利用軸向壓氣機和動力渦輪提高燃氣輪機的熱效率，使得該機的油耗特性特別是部分負(fù)荷時的耗油特性得到明顯改善。按照計劃，LV100燃氣輪機有望達到210 g/kWh的燃油消耗指標(biāo)，輸出功率達到1 008 kW，仍有再提高20%功率的技術(shù)潛能。

燃氣輪機搭配電傳動方式，既能發(fā)揮燃氣輪機扭矩特性佳、外特性狀態(tài)下工作燃油經(jīng)濟性好的優(yōu)點，還能為坦克總體設(shè)計帶來更優(yōu)越的靈活性[7-8]。

3? ? 改善綜合式液力機械傳動和機械傳動性能

綜合式液力機械傳動集液力傳動和機械傳動優(yōu)點于一體，還可以通過閉鎖變矩器、減少變矩器工作時間以及增加排擋數(shù)量提高傳動裝置的效率，當(dāng)轉(zhuǎn)向功率從變矩器前輸出時更有利于提高整個傳動系的總效率，使用液力減速制動器時還有助于提高車輛的制動性能。具有功率傳遞、變速、轉(zhuǎn)向、制動和操縱等5種功能的綜合式液力機械傳動，既適合與燃氣輪機構(gòu)成先進整體式驅(qū)動系統(tǒng)，又適合與柴油機構(gòu)成先進整體式驅(qū)動系統(tǒng)，是與柴油機相匹配的最佳傳動形式之一。

機械傳動雖是較為傳統(tǒng)的坦克裝甲車輛傳動形式，但其以高傳動效率一直廣受關(guān)注。隨著微機換擋操縱技術(shù)的發(fā)展，增加排擋數(shù)目不僅已成為現(xiàn)實，而且成為改善傳動品質(zhì)的途徑之一。如果能繼續(xù)保持機械傳動效率高的優(yōu)點，同時又能達到像液力傳動、液壓傳動一樣的傳動性能，且不會給駕駛員帶來操作負(fù)擔(dān)，那么機械傳動將具有更為廣闊的應(yīng)用前景。

4? ? 推廣裝甲車輛電傳動技術(shù)

“全電坦克”概念的出現(xiàn)，再次引起了對坦克電傳動技術(shù)的關(guān)注。電傳動的大容量發(fā)電機可以輸出電能，除供電機驅(qū)動車輛行駛外，可為電炮提供所需電能，同時電裝甲也需消耗電能，所以，電傳動是發(fā)展全電坦克的基礎(chǔ)[9]。

早期，由于尚不成熟的電傳動技術(shù)導(dǎo)致傳動裝置體積龐大、重量過大，電傳動的優(yōu)點未能充分發(fā)揮，因此各國一直致力于發(fā)展體積小、重量輕的新型電機與控制器的研究開發(fā)工作。

電傳動具有諸多優(yōu)勢，能實現(xiàn)無級變速，具有較好加速性，制動能量可以回收利用，更重要的是其總體布置上的靈活性，為坦克方案設(shè)計創(chuàng)造了有利條件。對輪式戰(zhàn)車而言，電機可以布置在車輪輪轂里，不僅可以有效節(jié)省裝甲戰(zhàn)車的車內(nèi)空間，而且便于實現(xiàn)“全輪驅(qū)動”。

5? ? 動力艙整體化設(shè)計

動力艙包括動力裝置、傳動裝置及各種輔助系統(tǒng)。動力艙整體化設(shè)計是將上述部件作為一個整體進行的設(shè)計。由于設(shè)計時是從整個系統(tǒng)考慮各部件的設(shè)計，強調(diào)的是系統(tǒng)性能達到最佳以及部件間的協(xié)調(diào)匹配，因而設(shè)計出的動力艙占用車內(nèi)空間最小，重量最輕，功率利用效率最高。

6? ? 開展液氣懸掛和主動懸掛的研究與應(yīng)用

液氣懸掛的特性呈雙曲線，可有效滿足裝甲車輛的行駛需求，在公路行駛狀態(tài)下可確保乘員的舒適感，越野行駛時能有效避免剛性沖擊，同時也可減輕乘員的操作強度并保護機件的安全。液氣懸掛便于控制車體距地高度，實現(xiàn)車輛姿態(tài)的調(diào)整，在要求調(diào)節(jié)姿態(tài)的車輛上已獲得應(yīng)用，同時也為主動和半主動懸掛奠定了基礎(chǔ)。

電子器件和數(shù)字式信號處理設(shè)備體積的減小以及液壓技術(shù)的發(fā)展，為主動懸掛系統(tǒng)應(yīng)用創(chuàng)造了條件。相關(guān)試驗結(jié)果表明，主動懸掛系統(tǒng)的懸掛高度可由計算機進行動態(tài)控制，既能提高車輛越野行駛速度和改善乘員乘坐舒適性，又能為武器提供更加平穩(wěn)的射擊平臺，代表著未來戰(zhàn)車懸掛的發(fā)展方向。然而，主動懸掛裝置需要耗功，成本高、結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，限制了其在裝甲車輛上的應(yīng)用。簡化的半主動懸掛，由于不需要外加動力，較容易實現(xiàn)裝車使用。

7? ? 結(jié)論及展望

坦克作為陸地武備力量的重要組成部分之一，其在紛繁多變的未來陸地戰(zhàn)場中依然保有一席之地。在該前提下，不斷改良及優(yōu)化坦克動力及傳動裝置的技術(shù)水平，依然有著重要的現(xiàn)實意義。

[參考文獻]

[1] 伍賽特.主戰(zhàn)坦克動力裝置展望研究[J].機電技術(shù)，2018（6）：118-120.

[2] 伍賽特.主戰(zhàn)坦克用柴油機應(yīng)用前景展望及技術(shù)發(fā)展趨勢研究[J].內(nèi)燃機，2019（2）：51-54.

[3] 伍賽特.燃氣輪機的應(yīng)用可行性研究綜述[J].輕工科技，2019，35（12）：52-54.

[4] 伍賽特.燃氣輪機應(yīng)用于坦克動力裝置的前景展望[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2018，31（6）：54-56.

[5] 伍賽特.裝甲車輛動力傳動技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢展望[J].傳動技術(shù)，2019，33（2）：44-50.

[6] 伍賽特.裝甲車輛動力系統(tǒng)設(shè)計過程研究綜述[J].機電信息，2019（27）：146-147.

[7] 伍賽特.坦克裝甲車輛電傳動技術(shù)研究綜述[J].自動化應(yīng)用，2019（1）：34-35.

[8] 伍賽特.燃料電池應(yīng)用于坦克動力裝置的前景展望[J].裝備制造技術(shù)，2018（12）：91-94.

[9] 鄭慕僑，馮崇植，藍祖佑.坦克裝甲車輛[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2003.

收稿日期：2020-01-20

作者簡介：伍賽特（1990—），男，湖南邵陽人，工學(xué)碩士，助理工程師，研究方向：內(nèi)燃機與動力裝置。