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总说装甲|中国新坦克发动机被夸工业进步?西方30年前已实现


来源:总说装甲

1500马力的坦克发动机,西方早在30年前就实现了对于四代坦克究竟选用多大马力发动机的问题上,很多观点说法不一。我个人的意见还是发动机功率随着车辆总体重量变化。由于四代坦克要提高快速部署能力,轻量化是

1500马力的坦克发动机,西方早在30年前就实现了

对于四代坦克究竟选用多大马力发动机的问题上,很多观点说法不一。我个人的意见还是发动机功率随着车辆总体重量变化。由于四代坦克要提高快速部署能力,轻量化是其必然趋势,那么发动机功率随之降低也是必然发生的表面现象。

然而,中国坦克工业从1984年大换血开始,从1999年亮相的三代坦克发展至今,设计人员对于坦克动力的需要,从1000马力提高到1200马力,经过十几年的改进以后,提高到了1500马力,这样的变化在2015年被很多行业内外的专家们鼓吹为中国坦克工业技术的进步。

我个人的观点可能不太成熟,但我始终认为,在坦克单位功率达到先进水平,即24-32马力/吨之后,发动机马力再高就没有意义,而且过高功率带来的喘震、油耗等问题,都会给总体设计带来更多的难题。所以坦克发动机达到1000马力也好、1500马力也罢,仅仅只是为了保持在总体重量增加的情况下不降低机动性,而且西方国家早在30年前,即我国第三代坦克还没有正式定型的时候,就已经研制出了1500马力的发动机。

所以,对于发动机功率的提升与降低,不必过多地妄自菲薄或者尊大。

德国对于发动机的改进与提升

德国MTU公司通过采用较大功率的涡轮增压器和提高发动机转速,使单级涡轮增压的MTU883Ka501发动机输出功率从1500马力(1119千瓦)增加到2250马力(1679千瓦);通过采用包括中冷和后冷器的两级逐个布置的涡轮增压系统,使MTU883Ka501发动机的输出功率增加到2600马力(1939千瓦)。这种2600马力发动机的应用对象是美国正在为其海军陆战队研制的先进两栖突击车(AAAV)。

MTU公司当时选定MTU883基型发动机( MTU880系列发动机的一种)来提高其输出功率,是因为其外形尺寸小,功率密度高,结构先进。MTU公司曾最大限度地应用发动机电了控制与监测技术,以及采用燃油直接喷射系统来降低MTU883的油耗。AAAV对发动机的要求是很特殊的,当在陆地使用时,AAAV同普通的地面车辆一样,要求发动机在低转速下产生高的输出扭矩。

然而当在海上行驶时,AAAV不仅要求发动机的功率要达到2600马力(1939千瓦),而且还要求发动机的功率输出必须与喷水式推进器的功率吸收性能相匹配。 MTU公司曾制成一台利用现有涡轮机的试验性发动机,并于1995年2月成功地完成了在输出功率为2600马力的情况下运行100小时的北约改进型发动机试验。

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德国MTU公司装有两级进气增压系统的2600马力发动机在台架上进行演示验证

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国际转子动力公司研制的5290型5转子发动机,曾经安装于AAAV上进行试车试验

为了继续研究, MTU公司目前正在研制一种专供该发动机使用的涡轮机组。这种新型串联涡轮增压机的尺寸和重量均将小于试验性发动机中所使用的涡轮机组。串联涡轮机组的一个单级废气涡轮驱动低压涡轮和高压涡轮,低压和高压涡轮之间装有一个中冷器,三者共用一根轴。当发动机以地面运行方式工作时,将仅有一个串联涡轮机组工作;当发动机以海上运行方式工作时,将有两个串联涡轮机组工作。这能够使发动机的性能达到最佳,并能够确保发动机在低转速和高转速下均可提供足够的输出功率。

英国对发动机的改进与提升

英国珀金斯发动机公司CV系列发动机中包括有CV8、CV12和CV16发动机(其中,CV16发动机是通过将2台CV8发动机的曲轴箱栓接在一起而得到的)。CV12和CV8发动机在输出额定功率的情况下,其功率密度(升功率)为46马力/L。挑战者坦克和哈里德坦克使用的是1200马力(895千瓦)CV12发动机。而现行结构的CV12发动机的体积约为1.1立方米,输出功率为1500马力。珀金斯公司通过改进,现已将该发动机的输出功率提高到了2000马力(1492千瓦),从而使功率密度达到了77马力/升,并且该公司在不久的将来,还将在功率密度100马力/升的情况下实验这种发动机。

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英国铂金斯公司的CV16发动机,总体结构是两台8缸发动机串联而成,功率达到1750马力

为了获得上述的较高的输出功率,需要对发动机的涡轮增压器、后冷却器及燃油供给系进行改进,以给发动机提供合适的油/气混合比。这种CV12发动机使用了一种全权电子控制的发动机管理系统。该管理系统除了起发动机调速器的作用之外,还利用围绕发动机布置的许多传感器,对发动机的故障进行识别和诊断。为了获得结构紧凑的最终产品,除了通过燃油喷射压力和燃油喷射正时控制燃烧过程以获得最佳的燃烧过程之外,还改进了气流控制和发动机的材料。

除改进型发动机之外,目前还出现了多种全新结构的发动机,其功率密度和输出功率均达到了新的、更高的水平。新结构发动机包括法国梅尔基奥尔(Melchior)技术公司的独特的一冲程柴油发动机和美国转子动力国际(RPI)公司的转子发动机。

法国的二冲程发动机

法国梅尔基奥尔公司经柴油机推进系统公司(Diesel Propulsion)的特许正在研制一种大功率、高功率密度的柴油发动机。在军用和船用领域,目前普遍使用四冲程发动机。为了满足对外形尺寸小但功率大的发动机的需求,梅尔基奥尔公司选择了研制标准组件式结构的二冲程发动机,因为在给定转速下,二冲程发动机的做功行程是四冲程发动机的两倍,因此,二冲程发动机具有结构紧凑的优点。但是,二冲程发动机也存在一些严重的缺点。用普通的气口式气缸不能实现二冲程发动机的进、排气的最佳正时。此外,由于二冲程发动机很难实现高效扫气,因此,进人气缸的新鲜可燃混合气体总混有废气。另外,二冲程发动机的扫气泵也要消耗一部分附加功率。

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梅尔基奥尔公司的MT135二冲程发动机,简洁的外形体现出法国坦克工业高超的设计水平

尽管二冲程发动机有上述缺点,但由于二冲程发动机原理先天地有助于提高发动机的功率密度和气缸内的工作压力,因此,梅尔基奥尔公司坚持采用二冲程方式。在其MT135型二冲程柴油发动机中,梅尔基奥尔公司并没有采用孔口式气门,而是在气缸盖上设置了多个彼此垂直的菌状气门。这使得环形扫气成为可能。

此外,该发动机采用了由一根单凸轮轴控制的可变凸轮正时。可变凸轮正时和可变压缩比有益于提高发动机低负载和冷起动性能。可变压缩比还使发动机能在整个转速范围内的扭矩曲线变得平缓。由于发动机气缸内的工作压力对于功率密度极为重要,因此,MT135发动机采用后冷、三级涡轮增压,使进气压力达到了15-20兆帕。与它比较,一般增压柴油发动机的进气压力仅为3-4兆帕。 MT135发动机的最大爆发压力约为300兆帕,这几乎是大多数柴油发动机的两倍。

梅尔基奥尔公司计划对MT135发动机采取的另一项措施,是采用废气涡轮复合技术,通过在排气系统内设置一个废气涡轮将废气中的一部分热能转换为有用功率。预计这可将MT135发动机的输出功率提高500马力(373千瓦)。废气涡轮复合技术可将发动机的性能提高25% MT135发动机的研制工作得到了法国政府和美国TRADEC的支持。1995年5月, MT135发动机成功地向美国TRADEC进行了输出功率为1000马力(746千瓦)的演示试验。在此之前,梅尔基奥尔公司还曾用这种体积约为1立方米的发动机进行过输出工率高达1550马力(1156千瓦)的试验,这也就是说,在这种情况下,发动机的升功率超过200马力(149千瓦)/ L。

梅尔基奥尔公司目前继续用Mark2气门调节系统改进该发动机,这种气门调节系统可提高发动机的进、排气能力并且允许将气缸缸径从135毫米提高到160毫米。梅尔基奥尔公司所获得的这种高的功率密度是非常值得注意的,它使人们看到了未来的希望。

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某型坦克的动力包

综上所述,我们看到,西方国家在90年代中后期,对于坦克发动机的改进和性能的提升十分重视,而这些改进往往集中在部件的技术升级和改进设计方面,并没有太多革命性的变化。于是,一些技术仅达到国际先进水平的国家,就可以抓住这一机遇,在已经掌握和拥有的技术储备上,通过自行研制、测绘仿制等方法,沿着已经形成的科研思路,实现比较高的技术指标。

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