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坦克发动机历史发展及未来发展趋势

已有 2460 次阅读 2019-7-13 12:49 |个人分类:科普集锦|系统分类:科普集锦| 坦克, 发动机, 柴油机, 燃气轮机, 发展趋势

坦克发动机历史发展及未来发展趋势

伍赛特

 

0 引言

凡是将热能转变为机械能的机器统称为热机,蒸汽机、汽轮机、内燃机、燃气轮机和火箭发动机等都属于热机。18世纪60年代开始了以蒸汽机广泛使用为主要标志的工业革命,这是人类历史上在使用铁器之后的第一次技术革命。到了19世纪60年代,又发明了一种比蒸汽机更为轻便和效率更高的动力机械——内燃机。

一般所说的内燃机都是指往复活塞式内燃机,其基本特点是燃料在汽缸内直接燃烧,推动活塞往复运动而作功。习惯上又把内燃机称为发动机。内燃机广泛应用于各种军用战斗车辆上,其最新技术水平往往体现在坦克发动机上。

 

1 国外坦克发动机的历史发展

坦克是在第一次世界大战以后迅速发展起来的一种武器。在坦克发展的初期,都直接选用汽车、拖拉机等车辆上的汽油机作为动力装置,功率范围为66298 kW。例如,1916年英国生产的第一批I型坦克是选用大型拖拉机用的直列六缸汽油机,功率为77kW;法国坦克采用的是直列四缸水冷汽车用汽油机。第一次世界大战后的若干年内,各国研制、生产了多种坦克,使得各种类型发动机竞相在坦克上得到采用,但除少数柴油机外,主要的应用对象还是汽油机。

随着对坦克发动机性能要求的提高,选用的发动机,不论在功率范围、结构型式,还是在车内总体布置上,已不能满足坦克的要求。因此,一些国家开始研制专用的坦克发动机。美国在1932年研制了星形七缸风冷坦克汽油机,1940年研制了12缸风冷坦克汽油机(AV17902);20世纪40年代,苏联开始设计专门的B2型坦克用柴油机,功率为367 kW,安装在著名的T-34坦克上。但其他国家仍采用汽油机作为坦克动力,功率范围为88515 kW,且型号繁杂。

第二次世界大战后的1015年间,坦克主要使用V12缸四冲程水冷柴油机或风冷汽油机。但由于柴油机的燃料消耗率低,相同的油箱容积,坦克的行程储备大,柴油运输、储存均比汽油安全等因素,故其他国家也开始进行从汽油机向柴油机的过渡。20世纪50年代后,基本实现了柴油机化,功率范围为176598kW

20世纪50年代,苏联和德国开始研制机械增压柴油机,至60年代初,废气涡轮增压技术日趋成熟,并在柴油机上得到广泛应用。具有代表性的是美国AVDS 17902涡轮增压风冷坦克柴油机,功率为562kW,安装在M60坦克上。

20世纪70年代,废气涡轮增压技术继续得到发展,增压压比不断提高。中冷技术的应用,更使功率得到大幅度提高。德国的MB873Ka501坦克柴油机,增压压比高达2.5,功率为1 103 kW,安装在豹-Ⅱ坦克上。到了80年代,随着微电子控制技术、高压燃油喷射技术、涡轮截面可调技术的应用,使发动机的性能又有了突破性的进展。英国的CV 2TCA增压、中冷柴油机,增压压比高达3.0,汽缸容积仅26.16 L,功率达883 kW,该机首次装有高灵敏度的电子调速器和电子伺服控制装置,安装在“挑战者”主战坦克上。在此期间,法国的超高增压技术也有了很大的发展。

20世纪90年代后,坦克发动机不再大幅度提高功率,而是朝着缩小体积、提高可靠性、维修性,以增加单位体积功率、延长大修间隔期、缩短维修时间为主要目标。法国的带有超高增压、旁通补燃的UDV8X1500柴油机,汽缸排量为16.47L,功率达1 103 kW,单位体积功率为689 kW/m3,达到了一个新的水平,安装在“勒克莱尔”主战坦克上,于20世纪90年代初装备部队。而德国研制的MT883Ka-500柴油机,单位体积功率更高达1 144 kW/m3

 

2 我国坦克发动机的历史发展

我国从1956年开始建立自己的坦克工业。通过引进苏联的B2柴油机生产设备和工艺,1958年生产出第一台大功率12缸坦克柴油机,功率为382kW,型号为12 150L,安装在某中型坦克上,并逐渐形成了150系列,通过调整功率、转速,分别安装在轻型坦克、水陆坦克上;其六缸机安装在装甲输送车上。

经过多年对废气涡轮增压技术的研究,以及对性能、结构可靠性、装车适应性等采取的多种试验,20世纪80年代大功率废气涡轮增压柴油机通过技术鉴定,功率为537 kW,型号为12V150ZL

我国自行为新型主战坦克研制的、更大功率的废气涡轮增压、中冷柴油机,功率达883 kW,型号为C12V150ZAL。在此基础上,又成功研制了功率为441 kWB6V150ZAL柴油机和水上功率为1  176kWD12V150ZALL等高性能柴油机。

经过40多年的发展,我国的坦克发动机工业早已从测绘仿制为主过渡到自行研究设计为主的阶段。有着较为完善的研究所和制造厂,具备了自行开发新型号的能力。

 

3 坦克发动机的技术特点

坦克是陆军的主要突击力量,它有强大的火力、坚固的防护和灵活的机动性。坦克发动机则对其机动性有最直接的影响。

 

3.1 大功率

对一定吨位的坦克,发动机功率愈大,则其机动性愈好。现代坦克的总功率已高达1 103 kW,甚至更高,而其吨功率也达22kW/t以上。

 

3.2 体积小,高度低

坦克发动机体积的大小,直接影响坦克的总体布置。减小发动机的体积,可相应减小坦克的外形尺寸,还有利于减小坦克的质量,提高其机动性;或相应增大战斗部分的空间,增加弹药或燃料的数量。特别是降低发动机高度,有利于降低坦克的高度,提高坦克的战场生存能力。

 

3.3 比油耗低

比油耗低不仅具有经济意义,而且在油箱容积一定的条件下,可提高坦克的行驶半径,增强其战技性能;或在坦克行驶半径一定的条件下,减小油箱体积。

 

3.4 起动性好

坦克是战斗车辆,发动机起动性能的好坏,直接影响坦克投入战斗准备时间的长短,因此要求坦克发动机能在任何条件下,迅速可靠起动。

 

3.5 工作可靠,维护简便

坦克发动机的工作条件恶劣,环境变化较大。因此,应保证在各种外界条件下可靠地工作,减少故障的发生。同时,由于经常需要在野外进行维护保养工作,工作条件较差,因此维护保养工作量应尽量减小,而且方便易行。

 

4 坦克用燃气轮机

除了往复活塞式内燃机外,从20世纪60年代开始,苏联和美国分别进行了坦克燃气轮机的研制。

1976年,经过激烈的争论和技术评定,美军陆军正式宣布选定燃气轮机为其主战坦克的动力装置。1979年命名为AGT 1500的坦克燃气轮机正式投人生产,功率为1 119 kW,安装于M1主战坦克上。1982年美国开始对第四代坦克推进系统的论证,1984年作为第四代推进系统动力装置方案之一的LV100燃气轮机开始研制。

1978年,苏联完成了GTD-1000燃气轮机的研制,功率为809kW,安装于T-80主战坦克上。此后,经不断的改进,由GTD-1000GTD-1250,功率提高至920 kW,安装于T-80y主战坦克上。

 

5 坦克发动机的发展趋势

尽管现在已有坦克采用燃气轮机作为动力装置,但坦克柴油机仍将在今后相当长一段时间内是坦克的主要动力装置。当然,它自身也会不断地发展。

 

5.1 主要技术发展

增压技术方面:在增压系统的研究方面,超高增压系统、复合增压系统的研制,都有可能取得较大的进展,以提高发动机的功率密度;在涡轮增压器部件方面,可调截面涡轮增压器的应用,也将大大提高增压柴油机的性能。

电控技术方面:电子调速器、电控喷油装置等部件的应用,将大大改善增压柴油机的性能;整机的电子控制技术也将得到迅速的发展。

低散热技术方面:高温冷却技术、零部件隔热技术等的应用,将有利于提高柴油机的经济性和减小辅助系统体积。

 

5.2辅助系统主要部件研制

1)高风压、大流量、高效率和结构紧凑的风扇;

2)流量大、体积小的空气滤清器;

3)高效率的滤清元件和散热元件;

4)陶瓷材料、隔热材料的应用等。

总之,坦克发动机今后将朝着高的功率密度、良好的扭矩特性、低的燃油消耗率、高的可靠性和寿命、良好的维修性方向发展。在总体结构上,发动机的辅助系统以及传动装置将与发动机本体朝着集成化、模块式机组方向发展,以进一步减小体积、减少质量和使拆装简捷。

 

参考文献

[1] 伍赛特.主战坦克用柴油机应用前景展望及技术发展趋势研究[J].内燃机,2019(02):51-54.

[2] 伍赛特.主战坦克动力装置展望研究[J].机电技术,2018(06):118-120.

[3] 伍赛特.内燃机与燃气轮机的差异对比[J].内燃机,2018(04):10-13.

[4] 骆清国. 车用动力装置[M]. 北京:兵器工业出版社, 2005.12:2-5.



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