伍賽特

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司，上海 200438）

0 引言

坦克是現(xiàn)代陸地作戰(zhàn)的主要武器之一，是一種具備強(qiáng)大火力、完備裝甲防護(hù)力及高度機(jī)動(dòng)性的履帶式裝甲戰(zhàn)斗車輛。坦克主要由武器系統(tǒng)、火控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、裝甲車體及動(dòng)力系統(tǒng)組成[1]。為保證坦克的作戰(zhàn)能力，除了直觀意義上的武器系統(tǒng)及防護(hù)能力之外，其動(dòng)力裝置的重要性也可謂不言而喻。

1 坦克動(dòng)力裝置的技術(shù)要求

坦克動(dòng)力裝置通常有著如下技術(shù)要求：

（1）有著較好的可靠性與耐久性，以此可確保坦克在運(yùn)行及作戰(zhàn)時(shí)的機(jī)動(dòng)性。

（2）具備較好的適應(yīng)性，在寒區(qū)易于啟動(dòng)[2]，在高溫區(qū)不易過熱，因地制宜，同時(shí)可適應(yīng)多種燃料。

（3）單位體積功率大，單位體積功率越大，意味著動(dòng)力裝置在一定功率下在坦克內(nèi)部所占的體積就越小，坦克的外形尺寸也可能越小，降低了車體被炮火擊中的可能性。

（4）比重量小，通常比重量越小，則意味著動(dòng)力裝置自身較輕，可確保坦克自身的機(jī)動(dòng)性，在戰(zhàn)時(shí)有著較好的加速性能。

（5）有著寬廣的轉(zhuǎn)速及扭矩變化范圍[3，4]，可滿足坦克的動(dòng)力性需求。

2 坦克用燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀

燃?xì)廨啓C(jī)是一類連續(xù)燃燒的高速旋轉(zhuǎn)式熱力渦輪機(jī)械，于20世紀(jì)40年代末在航空領(lǐng)域得以運(yùn)用，并取得了重大成功[5]，逐漸促成了發(fā)達(dá)國(guó)家將燃?xì)廨啓C(jī)作為坦克動(dòng)力裝置的研究、設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)工作。

目前燃?xì)廨啓C(jī)在坦克動(dòng)力裝置領(lǐng)域的應(yīng)用可分為兩類，第一類為采用燃?xì)廨啓C(jī)作為單一動(dòng)力裝置，如美國(guó)的M1坦克；第二類是采用柴油機(jī)+燃?xì)廨啓C(jī)的組合式雙動(dòng)力裝置，如瑞典的Strv103型坦克。

2.1 單一燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置

1976年12月，美國(guó)陸軍將AGT-1500燃?xì)廨啓C(jī)用作XM-1型主戰(zhàn)坦克的動(dòng)力裝置，1978年，XM-1型坦克開始進(jìn)行可靠性及耐久性試驗(yàn)，并于1979年正式投產(chǎn)[6，7]。

該款A(yù)GT-1500型燃?xì)廨啓C(jī)為三軸式結(jié)構(gòu)，帶有固定回?zé)崞?，采用模塊化設(shè)計(jì)，并應(yīng)用了電子控制裝置、燃油控制裝置、壓氣機(jī)進(jìn)口和動(dòng)力渦輪進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)向葉片等相關(guān)技術(shù)，后續(xù)的M1、M1A1、M1A2都使用AGT-1500燃?xì)廨啓C(jī)的改進(jìn)型動(dòng)力。

2.2 組合式雙動(dòng)力裝置

瑞典Strv103型坦克動(dòng)力裝置采用前置方案，燃?xì)廨啓C(jī)位于左側(cè)，柴油機(jī)位于右側(cè)，該兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)車輛，也可聯(lián)合工作，以適應(yīng)坦克對(duì)動(dòng)力的需求[8]。

該雙動(dòng)力裝置具備顯著的優(yōu)勢(shì)，有著較好的加速性能、扭矩特性、冷啟動(dòng)性能、燃油經(jīng)濟(jì)性及其他性能，并且使用功率范圍較寬。一方面利用了柴油機(jī)良好的部分功率油耗特性，一方面又利用了燃?xì)廨啓C(jī)優(yōu)秀的加速性能、扭矩特性及冷啟動(dòng)性能，并且也可降低發(fā)動(dòng)機(jī)與車體的總高度。

3 坦克用燃?xì)廨啓C(jī)的優(yōu)勢(shì)

采用燃?xì)廨啓C(jī)作為坦克動(dòng)力裝置，具有一系列的顯著優(yōu)勢(shì)[9]。

3.1 加速性好

燃?xì)廨啓C(jī)可以輸出較高的功率作用于主動(dòng)輪，可使50～60t的坦克從靜止加速至32km/h僅需6.1s，從空載至最大功率也僅需2.5s，比柴油機(jī)快2～3倍，提升了坦克的機(jī)動(dòng)性。

3.2 功率密度高

通常而言，一臺(tái)柴油機(jī)約占坦克總質(zhì)量的4%，而燃?xì)廨啓C(jī)僅占坦克總質(zhì)量的2%。燃?xì)廨啓C(jī)比柴油機(jī)更為輕小，同樣情況下節(jié)省了車內(nèi)空間。

3.3 啟動(dòng)方便

燃?xì)廨啓C(jī)可在-35℃的低溫下啟動(dòng)，并且無需任何輔助加溫系統(tǒng)，并于數(shù)分鐘內(nèi)達(dá)到最大功率。而柴油機(jī)在-16℃以下即需進(jìn)行預(yù)熱，并需經(jīng)相當(dāng)時(shí)間的溫車方可以全功率進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.4 隱蔽性高

燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度低、噪聲低、排煙紅外特征較弱，具備更強(qiáng)的隱蔽性、減少了被敵方偵測(cè)到的可能性，該特點(diǎn)在夜間作戰(zhàn)時(shí)尤為必要。

3.5 燃料適應(yīng)性強(qiáng)

燃?xì)廨啓C(jī)可采用多種燃料維持運(yùn)轉(zhuǎn)，包括汽油、煤油、柴油等，就其燃料適應(yīng)性而言，明顯優(yōu)于柴油機(jī)。

3.6 自身消耗功率較低

燃?xì)廨啓C(jī)內(nèi)部摩擦副較少，無需水冷卻系統(tǒng)，煤油大型散熱器及消耗功率較多的冷卻風(fēng)扇，可以采用煤油變矩器的傳動(dòng)裝置，燃?xì)廨啓C(jī)輔助動(dòng)力裝置消耗功率較少。

3.7 維護(hù)性好

燃?xì)廨啓C(jī)采用單元體模塊化結(jié)構(gòu)，便于檢測(cè)及換件修理，維修簡(jiǎn)便。維護(hù)保養(yǎng)所需時(shí)間僅為柴油機(jī)的1/4～1/2。同樣其輔助設(shè)備亦相對(duì)簡(jiǎn)易，維護(hù)工作量也相對(duì)較低。

3.8 扭矩特性好

由于燃?xì)廨啓C(jī)的燃?xì)獍l(fā)生器及動(dòng)力渦輪采用兩個(gè)轉(zhuǎn)子（燃?xì)獍l(fā)生器渦輪+自由渦輪）[10]，動(dòng)力渦輪隨負(fù)荷不同變化影響燃?xì)獍l(fā)生器的工作并不顯著，因此其扭矩特性較為出色。當(dāng)外界負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，可由動(dòng)力渦輪吸收負(fù)荷并且進(jìn)行制動(dòng)，并不會(huì)像柴油機(jī)一般由于超載而導(dǎo)致熄火。

3.9 功率高

坦克用燃?xì)廨啓C(jī)的性能除了燃油消耗率高于柴油機(jī)之外，其余各項(xiàng)均優(yōu)于柴油機(jī)[11，12]，從表1中所示，以燃?xì)廨啓C(jī)為動(dòng)力的推進(jìn)系統(tǒng)的綜合性能顯著優(yōu)于柴油機(jī)。

表1 坦克用燃?xì)廨啓C(jī)與坦克用渦輪增壓中冷柴油機(jī)單機(jī)性能對(duì)比

4 坦克用燃?xì)廨啓C(jī)的劣勢(shì)

4.1 燃油消耗率高

燃?xì)廨啓C(jī)尤其是處于低轉(zhuǎn)速、部分負(fù)荷時(shí)，熱效率低、油耗更高。行駛同樣的里程，燃?xì)廨啓C(jī)將耗油更多，以燃?xì)廨啓C(jī)為動(dòng)力的坦克作戰(zhàn)半徑會(huì)明顯更小[13]。

4.2 空氣消耗率大

燃?xì)廨啓C(jī)的空氣消耗率通常比柴油機(jī)高2倍以上，一定程度上加大了空氣濾清器濾清空氣的難度。

4.3 制造成本高

燃?xì)廨啓C(jī)制造成本約為柴油機(jī)的2倍，加工難度及精度要求均較高、需要采用高檔次的多軸數(shù)控機(jī)床加工設(shè)備。

4.4 制動(dòng)困難

由于燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)及動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速均較高（20000～50000 r/min），具有較大的慣性，制動(dòng)困難，因此如采用燃?xì)廨啓C(jī)需配備有效的制動(dòng)器。但由于制動(dòng)裝置的機(jī)械負(fù)荷及熱負(fù)荷較高，會(huì)影響到其可靠性。

5 坦克用燃?xì)廨啓C(jī)面臨的相關(guān)技術(shù)問題

5.1 燃油經(jīng)濟(jì)性問題

如上文所述，坦克用燃?xì)廨啓C(jī)盡管優(yōu)勢(shì)明顯，但仍存在著一定的劣勢(shì)。油耗高是其目前面臨的最大問題，影響到其作戰(zhàn)半徑，因此降低油耗是目前正在不斷研發(fā)的目標(biāo)。目前為了改善該問題，可采用如下措施：

（1）加裝回?zé)崞?，并提高回?zé)崞鞯幕責(zé)嵝省?/p>

（2）提高渦輪進(jìn)口速度。

（3）提高壓氣機(jī)壓比。

（4）提高壓氣機(jī)和渦輪的熱效率，尤其是在低轉(zhuǎn)速、部分負(fù)荷工況下。

目前影響坦克用燃?xì)廨啓C(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的主要有如下幾大因素：

（1）燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)效率。

（2）燃?xì)廨啓C(jī)的工作負(fù)荷狀態(tài)。

（3）輔助裝置的傳動(dòng)效率。

（4）輔助裝置的功率消耗。

（5）油耗需要考慮到全程，包括戰(zhàn)斗狀態(tài)及待機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

盡管燃?xì)廨啓C(jī)額定工況下的油耗通常高于柴油機(jī)，但考慮到坦克用燃?xì)廨啓C(jī)大部分時(shí)間處于惰轉(zhuǎn)狀態(tài)，待機(jī)時(shí)間是大部分?？紤]到戰(zhàn)斗全程，其實(shí)際油耗并沒比柴油機(jī)高出太多。在當(dāng)前的后勤保障條件下，尚可完成燃料供給。

5.2 空氣過濾問題

燃?xì)廨啓C(jī)的空氣消耗較大，但通常只對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行過濾，對(duì)冷卻空氣則并無過濾要求。燃?xì)廨啓C(jī)采用的慣性濾清器空氣流量較高，但其尺寸、體積較小，一定程度上可彌補(bǔ)燃?xì)廨啓C(jī)需要大空氣流量的要求。同時(shí)而慣性濾清器沉積的塵土大部分時(shí)候可以采用電泵除塵的方式派出車外，具備自清潔的功能[14]。

5.3 潛渡問題

考慮到復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)地形，坦克有時(shí)需潛渡過河，對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)排氣具有一定影響。但潛渡并非坦克的主要戰(zhàn)術(shù)需求，現(xiàn)役坦克的大部分作戰(zhàn)任務(wù)在陸地上開展，跨越江河可采用舟渡，跨越溝渠可采用橋渡，因此該類問題繼而可得以有效解決。

5.4 生產(chǎn)制造成本問題

坦克用燃?xì)廨啓C(jī)的制作由于需要昂貴的耐高溫合金，其工藝精度要求較高，需增設(shè)精度較高的柔性加工設(shè)備，用以滿足復(fù)雜及嚴(yán)格的工藝流程，投資較高，會(huì)導(dǎo)致采購費(fèi)用較高。但由于此類高精度的加工設(shè)備與航空燃?xì)廨啓C(jī)基本相同，對(duì)擁有航空燃?xì)廨啓C(jī)制造能力的國(guó)家并不存在重復(fù)購置問題。

6 坦克用燃?xì)廨啓C(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

坦克用燃?xì)廨啓C(jī)目前的主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)如下：

高參數(shù)、高性能：不斷提升坦克用燃?xì)廨啓C(jī)的相關(guān)熱力參數(shù)，以相應(yīng)提升其動(dòng)力性能。

采用耐高溫材料：為適應(yīng)越來越高的渦輪前氣體溫度，目前趨向于采用非金屬耐高溫材料，如陶瓷等復(fù)合材料作為熱端部件。

先進(jìn)葉輪設(shè)計(jì)、制造技術(shù)：坦克用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)致力于提升增壓比，改進(jìn)葉型設(shè)計(jì)方法；渦輪則致力于高效率、大焓降、耐高溫的技術(shù)趨勢(shì)。

不斷提升可靠性：智能燃?xì)廨啓C(jī)的控制技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，并采用視情維修方式，燃?xì)廨啓C(jī)的可靠性、可用性及耐久性將會(huì)進(jìn)一步得以改善。

7 未來坦克用燃?xì)廨啓C(jī)的前景展望

7.1 燃?xì)廨啓C(jī)+柴油機(jī)的雙動(dòng)力裝置

瑞典Strv103型坦克使用的雙動(dòng)力裝置可謂別具一格，其使用功能類似于水面艦艇聯(lián)合動(dòng)力裝置中的柴油機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合動(dòng)力裝置 （Combined Diesel Engines and Gas Turbine，CODAG），可有效解決平時(shí)巡航工況下的低油耗要求與戰(zhàn)時(shí)高機(jī)動(dòng)性的矛盾。該動(dòng)力裝置的具體應(yīng)用與瑞典當(dāng)?shù)氐母吆畾夂蚣岸嗪凑訚傻牡乩憝h(huán)境存在千絲萬縷的聯(lián)系。

盡管該動(dòng)力裝置綜合而言，性能較為均衡，但由于將柴油機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)兩類運(yùn)行特征存在一定差異的動(dòng)力裝置直接進(jìn)行聯(lián)合，會(huì)導(dǎo)致齒輪箱等相關(guān)部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響到其傳動(dòng)效率及操控效果，同時(shí)其可靠性及耐久性亦難以得到保障，油耗亦高于單一柴油機(jī)動(dòng)力裝置。因此該類動(dòng)力裝置目前并未得以大規(guī)模推廣，前景相比傳統(tǒng)的單一坦克動(dòng)力裝置而言，則較為有限。

7.2 單一燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置

如上文所述，相比于傳統(tǒng)柴油機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)在動(dòng)力性、啟動(dòng)性、適應(yīng)性等方面具備顯著優(yōu)勢(shì)，其劣勢(shì)主要存在于燃油經(jīng)濟(jì)性及制造成本方面?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，武備力量的重要性不言而喻，因此不同于公路運(yùn)輸領(lǐng)域，軍用車輛對(duì)于的動(dòng)力性的要求一定程度上并不亞于經(jīng)濟(jì)性。換言之，經(jīng)濟(jì)性方面的劣勢(shì)可通過加強(qiáng)后勤保障運(yùn)營(yíng)來實(shí)現(xiàn)，但動(dòng)力裝置自身動(dòng)力性能的缺陷導(dǎo)致的戰(zhàn)斗劣勢(shì)則無從補(bǔ)償，因此坦克用燃?xì)廨啓C(jī)尚無法為坦克用柴油機(jī)所全面取代。由此可見，盡管目前坦克用燃?xì)廨啓C(jī)的目前應(yīng)用廣泛程度相比坦克用柴油機(jī)而言并不具備優(yōu)勢(shì)，但隨著燃?xì)廨啓C(jī)相關(guān)技術(shù)的不斷完善，坦克用燃?xì)廨啓C(jī)仍在未來的陸地戰(zhàn)場(chǎng)上有著一定的應(yīng)用前景。

8 結(jié)論

目前采用柴油機(jī)+燃?xì)廨啓C(jī)雙動(dòng)力裝置盡管性能較為均衡，可有效解決平時(shí)巡航工況下的低油耗要求與戰(zhàn)時(shí)高機(jī)動(dòng)性的矛盾，但由于仍存在著可靠性較低及操控復(fù)雜等方面的問題，其應(yīng)用前景尚不如單一動(dòng)力裝置的形式。

盡管目前柴油機(jī)在主戰(zhàn)坦克動(dòng)力裝置領(lǐng)域的應(yīng)用中仍有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但燃?xì)廨啓C(jī)仍有著在動(dòng)力性、啟動(dòng)性、適應(yīng)性等方面不可取代的優(yōu)勢(shì)，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展以及后勤保障措施的不斷完善，其在坦克動(dòng)力裝置領(lǐng)域仍有著一定的應(yīng)用前景。