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坦克装甲车辆用发动机的选择原则

已有 850 次阅读 2019-11-19 11:33 |个人分类:科普集锦|系统分类:科普集锦| 坦克, 装甲车辆, 发动机, 内燃机, 柴油机

坦克装甲车辆用发动机的选择原则

伍赛特

 

1 发动机类型的选择

一般车辆可供考虑的动力大体有电气能源和热机两类。电气能源指各种蓄电池电动机系统。热机可有多种分类,如内燃或外燃、连续或间断燃烧、开式或闭式循环、压燃或火花点火、均匀供气或层供气等。车辆动力的选择不同于固定动力甚至船舶的动力,首先应以轻小为前提,从单位动力装置质量所能提供的功率和能量来考察。

目前装甲车辆上以内燃机(汽油机、柴油机)和燃气轮机为主,随着技术的发展,电气动力和混合动力会逐渐应用到装甲车辆上。

战斗车辆应采用汽油机还是柴油机,从20世纪20年代起就有争论。苏联在第二次世界大战时已选定专用柴油机,西方直到20世纪50年代才统一使用柴油机。尽管柴油机的比质量和比体积大于汽油机,但在具有同样容量的燃料时,车辆最大行程是汽油机的1.31.6倍,在战场上被击中后也不易着火,且没有电火花影响通信和电子装置。同时实践证明,因经济原因而方便地采用现成的航空、汽车发动机或其他民用大功率发动机都不合适。20世纪60年代以来发展成功的专用发动机,大多是适用多种燃料的高速柴油机,即在必要时也可以喷射煤油、汽油甚至机油等。不过,在拥有大量汽车的一些炮兵或步兵部队中,为了后勤简便且与汽车通用,又欢迎在他们的数量较少的装甲车辆上采用汽油机。有的轻型轮式车辆也采用大量生产的民用发动机。

20世纪60年代的装甲车辆上就已经开始应用燃气轮机,与柴油机相比,虽然燃气轮机有燃油消耗率偏高、耗气量大、空气滤清器体积大、研制成本高和系列化难度大等缺点,但是它具有结构简单、质量小、体积相对较小、振动和噪声小等许多优点,特别是具有较大的转矩变化范围,可改善车辆的牵引特性,诚少排挡数目,越来越引起人们的重视。

当前世界装甲车辆发动机的装备和研制现状是:柴油机仍然处于统治地位,通过基本结构、燃烧系统、冷却系统、涡轮增压、中冷等新技术的应用,柴油机在继续发展,还具有强大的生命力;燃气轮机实现了突破,20世纪70年代末首次作为主动力系统进入装甲车辆发动机行列,20世纪80年代初功率就达到了1103 kW

20世纪80年代以来,国外研制的高比功率柴油机先后付诸装备并进行了诸多改进和新的研发。德国MTU公司的880系列和美国康明斯公司的AIPS(先进整体式推进系统)代表当前装甲车辆柴油机的最先进水平。目前发达国家坦克柴油机的比功率已经达到70 kW/L以上,新研制产品HPD(高功率密度柴油机)高达92 kW/L

我国装甲车辆用柴油机主要经历了类比、改进和创新三个阶段。经过半个世纪的发展,取得了很大进步,尤其是单一功率指标方面已接近国际先进水平。目前,主战坦克柴油机功率可达1176 kW,功率密度达34.6 kW/L,但从总体性能上看,与国际先进水平还有一定差距。

 

2 柴油机冲程数的选择

现在多数装甲车辆采用四冲程发动机,有少数采用二冲程发动机。二冲程发动机的单位体积功率比四冲程发动机高得多,但燃料经济性不好,低速特性差,影响最大行程,不适于在困难路面上行驶。当采用增压器以后,这些缺点相应得到改善。

 

3 气缸排列形式的选择

发动机的气缸排列形式中,直列气缸在一般缸径时的功率不够大,缸数过多会使机体过长。星形和ⅹ形排列的发动机高度大,曲轴中心过高,不便于连接传动部分,保养接近向下方的一些气缸有困难。对置活塞发动机的活塞顶和燃烧室的热负荷大,导致壳体和缸套易裂。立式对置活塞发动机的高度影响车体高度,卧式对置发动机影响车体的宽度或长度,它们都难以继续加大功率。20世纪70年代以来所研制的主战坦克发动机几乎都采用V形结构的气缸排列形式,包括许多轻型装甲车辆也如此,V形结构夹角一般为90°或60°,气缸数多为12缸,也有8缸的。

现在的发展趋势是,发动机不但与传动装置组装为一体,冷却装置和空气滤清器等也都固定为一体,这样可取得最紧凑的空间和工作可靠性,整体拆裝和调整所需时间也大幅度地减少90%以上。

 

4 动力机组

用两台以上发动机来组成动力机组,可以获得分别工作和联合工作的不同功率及最低的油耗,但得到所需功率所占用的体积和质量大,并且不必要地具有多份附属装置和连接结构。现代装甲车辆要求发动机的主要指标是:单位体积功率为350 kW/m3以上,比质量为2kg/kW以下,额定燃油消耗率不大于245 g/kW·h),大修前的使用寿命在500h以上。在发动机尺寸指标中,比质量指标更重要。因为发动机本身占坦克质量的4%5%,占车体容积的10%,而车体却占坦克总重30%40%,因此加大发动机体积会引起车体容积特别是车重的迅速增加。目前研制的装甲车辆发动机,单位体积功率有的已高达700 kW/m3

 

参考文献

[1] 闫清东,张连第,赵毓芹. 坦克构造与设计 [M]. 北京:北京理工大学出版社, 2006.05.

[2] 项昌乐,马彪. 坦克设计[M]. 北京:北京理工大学出版社, 1994.06.

[3] 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.




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2 郑永军 王安良

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