坦克动力发展历程

2023-07-16 20:00 作者:Fallschirmjager1 0人读过 | 我要投稿

追溯起源

1939 年以涡轮喷气发动机为动力的飞机在德国腾空而起。1941年,喷气式飞机首次在英国进行了飞行试验。此后,短短的10多年时间里,作战飞机全部使用了燃气轮机。航空动力发展如此大的变革,其根本原因是,燃气轮机较往复活塞式发动机具有更高的单位体积功率和单位重量功率,较高的可靠性和耐久性。由于燃气轮机在飞机上展现的杰出性能,苏、英、美等国于20 世纪 50 年代开展了多种用于地面车辆燃气轮机的研究、制造和试验。1976年,以GTD-1000 燃气轮机为动力的T-80B坦克正式列装于苏军。1979 年命名为AGT1500 的美国坦克燃气轮机正式投入生产,随即装备于美军 M1主战坦克。燃气轮机的诞生及运用于坦克,让现代坦克进入了“柴油机和燃汽轮机共存阶段”。据2014年6月初媒体报道,中航工业南方1MW级微型(1 000 千瓦级)燃气轮机国产001号机试取得圆满成功，以该级别燃气轮机改装坦克的实验也取得圆满成功。为后续场地实验和高原适应性训练开了个好头。这标志着南方公司已经完成MW级燃气轮机国产化,全面掌握了 MW级燃气轮机的设计、制造、试车整个过程,为我国坦克动力家族增添了一名新成员。与坦克柴油机相比,燃气轮机的技战术优势主要是:优异的扭矩特性和起动性能;多燃料的适应性、较高的单位体积功率、单位重量功率和较高的可用性,但其也存在燃油消耗更大等缺陷。关于坦克发动机采用燃气轮机还是柴油机的争论有50余年,但至今也没有统一的结论,主要原因是两者目前都还没有完全取代对方的绝对优势。这种争论对坦克发动机的发展是有利的,也是出台正确的决策所必须,但争论应该有充分论据、客观文献和使用实践的有力支撑。中国是坦克研制和装备的大国,幅员辽阔和气候及地形的多样性决定有发展坦克燃气轮机的战术需求,燃气轮机技术的不断发展也为研制坦克燃气轮机奠定了技术基础。国产坦克用燃气轮机的试验成功,是中国坦克动力发展具有里程碑意义的事件,其不但增加了中国坦克动力的选择,而且为国产坦克提高作战能力开辟了一个新途径。以MW 燃气轮机为动力改装坦克试验也取得圆满成功,但这并不意味着未来国产新型坦克必定使用燃气轮机,而是这种技术探索和储备对于中国这个坦克大国来说是完全必要的。那么,就让我们回顾一下坦克发动机发展的历程。第一次世界大战初期,坦克使用的是功率为77千瓦的活塞汽化式汽车发动机,有时亦使用双发动机动力装置。从 1928年英国开始为坦克研制专用发动机算起,坦克动力的发展已经走过86年的历程,发展了五代。军事需求的变化和科学技术的发展,使得各个时期坦克发动机都具有不同的功能指标、性能和结构特征。第一代坦克发动机，

第一次世界大战后,随着矛和盾较量的发展,世界各军事强国纷纷开展了将火炮搬上坦克的研究。由于安装火炮导致坦克重量(火炮本身和防炮弹毁伤而增加的装甲厚度重量)激增。使得已经使用到坦克上的发动机,无论从其功率、体积和重量等指标均不能适应坦克发展的要求。因此,研制坦克专用的发动机已成为各军事强国军方的必然要求。自1928年后近20年间(至1945年),苏联、德国、美国和英国各为坦克研制出多种型号的专用发动机,这些发动机被称为第一代坦克发动机。苏联早在1932年就着手坦克柴油机的研制工作。1939年,哈尔科夫机车车辆制造厂(现属乌克兰)研制的以V-2为代号的V 型 60°夹角、12缸、水冷直接喷射式高速柴油机投入了批量生产。1932年,美国大陆发动机公司研制的W670星型7缸、风冷四冲程汽油机(化油器式)和V型90°夹角、12缸、风冷汽油机。上世纪30年代初,德国马依巴赫发动机制造公司研制的V型90°夹角,12缸、水冷汽油机。随后,在此机型基础上又研制了X型16缸、涡轮增压、风冷柴油机。1941年,英国雷兰德和罗尔斯·罗伊斯发动机公司共同将“梅林”航空发动机的功率低调,研发成星型风冷四冲程汽油机，在这些坦克发动机中,除苏联选用了柴油机,其它均为汽油机。第一代坦克发动机为自然吸气、四冲程发动机,经历了第二次世界大战的严酷考验。实战检验表明,汽油机易于起火并导致二次毁伤。其点火系统产生的电磁场对坦克电台通信造成干扰且汽油的运输、储存不安全。星型发动机不适于在密闭动力舱安装,且而影响其性能的发挥。第一代坦克发动机的代表是苏联V2~34 柴油机和德国”马依巴赫“发动机,其第二次世界大战中生产和使用最多,也是世界公认的著名坦克发动机，生产量均超过了10万台。第二代坦克发动机

第二次世界大战结束后,以美国、苏联为首先后成立了北约和华约两大军事集团。冷战开始，首当其冲的是军备竞赛。增大坦克火炮口径,提升命中概率,增强装甲防护和车辆机动性而致使坦克要求研制结构紧凑,便于维修的大功率坦克柴油机成为各国军方共同的需求。苏联设计师在动力传动舱容积最小化和动力传动一体化设计理念指导下,通过对V2-34 坦克发动机附件结构和布局改进,降低发动机的高度和长度,研制出自然进气的、可横置于动力舱的V-55(1958 年)、V-62(1962 年)柴油机和机械增压的V12-6发动机(1957年)。美国在 AV1790 发动机基础上研制出了提高功率的AV1790-2 汽油机(1959 年)、AVI1790-8 汽油喷射发动机和AVDS1790涡轮增压柴油机。德国在“马依巴赫”汽油机基础上,通过扩大缸径、增加行程,研制出 MB838CaM-500 机械增压预燃室式柴油机(1962年)。英国罗尔斯·罗伊斯公司在德国的“容克”直列6缸、对置活塞发动机的基础上,研制出了直列6缸、对置活塞、直流扫气的二冲程柴油机(1965年)。除AV1790、AVI1790汽油机外,坦克发动机实现了柴油机化,采用增压技术和实现柴油机化是各国研制的第二代坦克发动机(1945~1965年)的主要特征,生产和装备数量最多的是V-62 和 AVDS1790-2。上述发动机除 V-62 装于 36吨的T-62中型坦克或者T-54/55坦克外,其它均用于重达 50吨左右的重型坦克。在冷战时期，所有发动机都经历了局部战争，如 AV1790-2、AVI1790-8 先后用于朝鲜和越南战争;AVDS1790多次用于中东战争。V-62则经历了苏联对阿富汗的战争。第三代坦克发动机

反坦克导弹和武装直升机装备部队,给坦克在战场上的生存能力带来巨大挑战,从而导致对新型坦克的火力、防护力和机动性能提出更高的需求。实现这些需求均与提高发动机功能指标有关。各国军方更强调坦克应具备最好的加速性能,以达可规避导弹攻击的能力。(什么WT行为)根据美、苏等国军方实验结果,单位功率在18.38-20 千瓦/吨时,坦克可获得最高的加速性能。从而对新型坦克发动机需求的功率大幅度增至735~1 119千瓦。各国军方根据坦克的作战和使用,对发动机的可靠性,可维修性和耐久性也提出了具体要求。例如,苏军要求发动机的保险期为350-500小时,首次大修时间为1 000小时。美国陆军要求发动机平均故障间隔时间为400-450小时,并提出模块设计和附件易接近的布局原则。苏联设计师在动力传动一体化设计理念的指导下,控制动力舱容积为2.8-3.4米’,以V12-6机械增压柴油机为基础,研制出横置于动力舱的V-46机械增压柴油机(1974年)。以研制的航空二冲程发动机为基础,研制出横置于动力舱的5TDF复合增压柴油机(1966 年)。克里莫夫航空发动机厂研制出三轴、无回热循环的GTD-1000T(1978年)，GTD-1100T坦克燃气轮机(1986年)。美国军方在尽量采用先进技术的思想指导下,同时开展同功率的两种坦克发动机研制。大陆发动机公司在AV1790发动机的基础上研制成功了可变压缩比活塞、可变截面涡轮增压的AVCR1360-2柴油机(1976年)。莱卡明发动机公司以T-50直升机用燃气轮机为基础,研制成功了三轴带回热循环、电子模拟控制的AGT1500燃气轮机(1978年)。德国马依巴赫发动机制造公司MB838Ca-500 发动机的基础上研制成功了涡轮增压、水-空中冷 MB873Ka-501 柴油机(1977年)。英国罗尔斯·罗伊斯公司以其“鹰”式柴油机为基础,研制成功了V 型12缸、60°夹角、水冷直接喷射式、涡轮增压、空-空中冷的电控喷油的CV12TCA-1200 柴油机。日本三菱公司成功研制了V型90°夹角、10缸、二冲程、风冷复合增压中冷的10ZF22WT(1974年)柴油机。此间,二冲程复合增压柴油机和燃气轮机加入了坦克发动机的行列。第三代坦克发动机(1965~1980 年)均安装在性能得以全面提升的重量在43~60吨的主战坦克上。据资料报道，它们装备的数量是:AGT1500(含 ACT1500A 型)11 000台，V-46约9 700台,GTD-1000(含1 100 型)4 500台,5TDF约4300台和MB873Ka-501 约4 000 台。10ZF22WT约900台,且至今仍在服役。这一代坦克发动机,除5TDF，10ZF22WT外，都先后经历了两次伊拉克战争、阿富汗战争和车臣战争。第四代坦克发动机

1981年8月,美国陆军提出研制新一代的坦克先进集成推进系统(AIPS),要求动力舱的容积比刚列装的M1 主战坦克动力舱容积(7.8米’)减小1/3。为此,要求保持发动机功率不变。研制新的动力传动集成为一体,且控制动力舱容积为4.8米'。德国列装的“豹”2坦克的动力舱容积为8米’,亦存在减小容积的同样需求。因此,研制新的横置于动力舱发动机,成为美、德两国共同的需求。根据军事需求,美国康明斯发动机公司研制了V型12 缸 60°夹角、可横置于动力舱的油冷、可变截面涡轮增压中冷、低散热、功率1 081千瓦的柴油机。由于可靠性、燃油消耗率等指标未达军方要求于 1993 年终止研制。通用电器航空发动机制造厂研制的双轴带回热循环的LV100燃气轮机于 1995年完成设计定型。该机型比AGT1500 零部件数目少且油耗大大降低。其横置于动力舱并与传动装置一体化设计,使动力舱的容积降至4.75米’。德国MTU 公司在其MB873Ka-501 发动机基础上，通过减少排量,缩小外廓尺寸,提高平均有效压力和转速。采用电子控制的单体泵喷油和高压共轨喷油系统，研制出了MT883Ka-500 和 MT883Ka-501 新一代涡轮增压水-空中冷却柴油机:它们横置于动力舱与传动装置构成动力舱容积为5.12米’。俄罗斯以V-46、5TDF和GTD-1000 三种机型为基础,研制出横置于动力舱的V-92S2 涡轮增压柴油机、6TD-1复合增压二冲程柴油机和 GTD-1250TF(1990年)、CTD-1450 燃气轮机。日本三菱重工研制出 V型10 缸、90°夹角、水冷、二冲程、涡轮增压加扫气泵的二级增压中冷柴油机(10ZG32wT)。法国 UNI 柴油机公司成功研制了V型8缸、90°夹角的四冲程、超高增压(压比为8)旁通补燃发动机(UDV8X1500)。由于日本的102G32 采用了水冷,俄罗斯的V-9252采用了涡轮增压技术,而使得第四代坦克发动机(1980-1995 年)中的柴油机全部实现了水冷和涡轮增压。 LV100坦克燃气轮机在涡轮叶片材料、回热等技术取得的成就,使其燃油消耗率和负荷特性都达到现代柴油机的水平。由德国 MT883ka-500/501 发动机横向布局并构成的欧洲动力装置可装于M1、“豹"2坦克,并使动力舱长度分别缩短950毫米、1 000 毫米。21 世纪初它又成功装于M1A2和“挑战者”2主战坦克。目前,欧洲动力装置已正式装备于阿曼的"豹"2、阿联酋的“勒克莱尔”和以色列的“梅卡瓦”4坦克,数量约900台。安装 GTD-1250 燃气轮机的T-80U 坦克曾参加车臣战争。GTD-1450 燃气轮机则装于“黑鹰”主战坦克样车并曾参加国际装备展览。第五代坦克发动机

苏联解体,世界形成了美国独大的后冷战时期。此间(1995年至今),坦克的动力、火力、防护和指挥控制等技术取得了长足的进步和发展。从而导致对动力传动提出了更高的需求指标。60 吨级战斗车辆需求功率为1 119千瓦,发动机的升功率为68千瓦/升,且具有可接受的排气烟度值和起动性能。发动机的散热量不大于25.57 千焦/千瓦•分。24小时战斗中发动机燃油消耗量为890升。发动机体积减少35%,动力舱容积减小22%,即控制在3.8米’。火力、防护等新技术需求的功率:电磁炮(相当口径120毫米火炮)为1 119~1 493千瓦;电热化学炮为448-597千瓦;行动部分主动悬挂为74.63~111.9千瓦;三防系统为37.3~74.6千瓦。依据上述需求,美国陆军与德国MTU动力公司于1997 年开始了升功率为92千瓦的高功率密度发动机(HPD)方案研究。2010年,已研制成功 6VMT890、10VMT892 和直列 4 缸4LMT897 柴油机。2005 年 LV100 坦克燃气轮机完成了从通用电器航空发动机制造厂转至莱卡明公司批量生产。2007年后,其产品 LV100-5 已作为M1 系列坦克的更换机型。俄罗斯在V-9252基础上,发展了 V-92S2F 并完成了涡轮增压中冷的V-99 柴油机的研制。新研制的X型2V 系列(8.12和16缸)涡轮增压、直接喷射式燃烧室、水冷柴油机,12缸机型为A-85-3涡轮增压空-空中冷发动机,共研制出 16台样机。其中2台完成了1 704小时台架试验,其余用于可靠性、高原和装车行驶试验。该型发动机可安装到T-90坦克的动力舱。 20 世纪90年代中期,以降低燃油消耗量,提高功率并控制动力舱容积在 3.8 米’为主要目标。俄罗斯政府决定研制由2级混流式压气机,2级轴流涡轮组成的单轴涡轮压气机转子和由2级轴流涡轮组成的动力涡轮转子的双轴、带回热循环功率为1 327~1 471 千瓦,燃油消耗率为231~280 克/(千瓦·时)的坦克燃气轮机。乌克兰以6TD-1复合增压二冲程发动机为基础,通过将增压装置的压气机改为2级压缩,先后成功研制了功率为 883千瓦的6TD-2和功率为1 103千瓦的6ITD-3 柴油机。日本放弃了风冷、二冲程和复合增压等技术,于21 世纪初研制了四冲程、V型8 缸、90°夹角、涡轮增压中冷、共轨喷油带电控管理系统的8VA34WT 柴油机。高功率密度发动机MT890 系列机型可匹配机械传动、综合传动装置,而更引为关注的是匹配了集交流发电机、起动电机为一体并带可自动解脱离合器的混合动力装置,这可为坦克装甲车辆提供高性能、紧凑和经济的新动力模式。混合动力装置的价值在于能够为特殊运用提供巨大的改进潜力,主要由1台内燃机和1 台电动机并联混合组成,通过用串联式混合动力或1台传统燃料发动机给电池充电。除新研制的机型 12VMT893、A-85-3和俄罗斯的双轴、带回热循环的燃气轮机外,其它均已列装使用,其中V-92S2F和6TD-2已装备约800台,8VA34WT已装备约70台。