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出鞘:中国坦克发动机是如何实现自主化的
2019-10-12           作者: BOOM视频
出鞘:中国坦克发动机是如何实现自主化的

 

据环球网报道,12月26日泰国皇家陆军部队接收了第二批共10辆中国制造的VT4主战坦克,用于取代其现役的美制M41A3等坦克。而在此前的12月22日,兵器工业新媒体“北方政工”也发布了一则名为《走出国门的陆战之王》的短视频,专门讲述了中国外贸主战坦克VT-4装备泰国陆军这一年来的细节。VT-4坦克动力系统采用国产的功率1300匹马力的增压柴油机,以及新研制的综合液力机械传动装置一体化动力包设计,算是我国在坦克动力发展方面的扛鼎之作。那么中国坦克在动力方面是如何发展的,又在何时能再向燃气轮机进阶。本期《出鞘》就继续从动力发展方面来谈中国坦克的。

出鞘:中国坦克发动机是如何实现自主化的

 

坦克专用发动机是在上世纪30年代由美苏德领衔开始发展,其中美国研制的为星型风冷式坦克汽油机,德国研制的是V型12缸水冷式坦克汽油机,而苏联则以法国V型12缸航空汽油机为原型,研制出了V型12缸水冷式B-2型坦克柴油机,并应用于T-34坦克上,实现率先将坦克动力由汽油机时代推进到柴油机时代的目标。虽然汽油发动机具有单位体积功率大、生产成本低和启动性能较好等优点(因此即使二战后美英等国仍继续使用汽油发动机),但汽油着火点低和燃油消耗率高等缺陷还是让柴油发动机登上了历史舞台。

出鞘:中国坦克发动机是如何实现自主化的

 

中国坦克由于一开始就使用柴油机作为动力,可以说是站在了很高的起点上。上世纪50年代中国开始生产仿制于T-54A的59式坦克时,也同步地从苏联引进了B2 -54A坦克柴油机,并仿制出12150L系列V型12缸水冷式柴油发动机。这款发动机由位于山西大同的616厂(现为山西柴油机公司)制造,功率可达520马力,行动部分则采用扭杆式独立悬挂装置。相比之下,美国也是直到1959年才研制出了专为坦克设计的AVDS-1790柴油机,标志其陆军装甲部队开始进入柴油机时代。

出鞘:中国坦克发动机是如何实现自主化的

 

当然这并不代表美国在坦克发动机方面就远远落后于中苏,而是因为其在二战后仍在一直延续着汽油发动机的思路。以AVDS-1790柴油机(D代表柴油,S代表涡轮增压)的原型AV-1790汽油机为例,该系列最大功率可达到880马力,并先后被M26、M46和M48等坦克采用。后来美国又在AVDS-1790柴油机的基础上,通过改变缸径、应用可变压缩比活塞技术和应用复合增压装置,发展出了功率可达1500马力的AVCR-1360风冷式柴油机,并差点被M1坦克采用。

出鞘:中国坦克发动机是如何实现自主化的

 

12510L型系列柴油发动机可以说是我军坦克装甲车辆的柴油发动机鼻祖,共形成了V型12缸机和直列6缸机两大系列。不过在上世纪60年代刚开始作为坦克动力时,由于当时中国的生产工艺较差,59坦克所采用的12150L型12缸水冷柴油机还是经常会出现机油管和水管破裂等问题,并造成发动机烧毁的事故。其后研制69式坦克时由于坚持能采用59坦克部件就尽量采用的原则,616厂便在12150L型柴油发动机的基础上进行了部分改进,发展出了功率可达580马力的12150L-7型。值得一提的是,这型柴油发动机也被后来在69IIA坦克基础上改进而来的79式坦克采用。

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正当中国还在拼命改进12150L系列柴油机的各种缺陷时,以美苏为首的坦克大国却早已开始了柴油发动机的涡轮增压化。美国战后转向柴油发动机,除了前面提到的优势外,还在于其相比于汽油发动机更便于采用增压技术,从而能提高发动机的单位体积功率、降低发动机的比质量和燃油消耗率,达至提高发动机紧凑性和燃油经济性的效果。涡轮增压技术从上世纪50年代开始进入坦克动力行列,最初目的是为了进一步提高柴油发动机的输出功率。70年代除了苏联T-72坦克的B-46型柴油机仍采用机械增压外,其他柴油发动机已经几乎全部采用了涡轮增压技术。

出鞘:中国坦克发动机是如何实现自主化的

 

于是在七十年代初期,中国也开始尝试在12150L柴油机上应用涡轮增压技术。1974年第一台初样机研制成功,其后又经过10多年的试验和结构改进,最终采用涡轮增压的12150ZL柴油机于1987年生产定型,功率可达730马力,并被用作80式主战坦克的动力。这款发动机后来被一直沿用到96A坦克,甚至还参加了2014年俄罗斯举办的“坦克两项”。当时我军听说俄方派出的是T-72坦克,赛前对96A机动性的问题还没有多在意。等到参赛后,我方才了解到原来俄方派出的是T-72系列的最新改进型T-72B3M,而且该坦克已经换装了1130马力的V-93柴油发动机,最终吃了一次大闷亏。

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等到2016年“坦克两项”时,中国痛定思改派出已换装150HB型8缸柴油发动机(功率可达1000马力)的96B坦克参赛。150HB型柴油发动机最初是作为我国第三代主战坦克配套动力系统而研制的,基准型号采用V形12缸结构,功率可达1200马力。但由于要延续96系列的底盘结构设计,尤其是要适应不足3立方米的动力舱空间,所以96B坦克只能选用150HB系列的V形8缸结构的型号,而不是像99式坦克那样装备V形12缸结构的型号。

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谈到150HB柴油发动机,就难免要再搬出德国。上世纪80年代,面对苏联大规模装甲集群在北面的战略压力,中国陆军无论在坦克数量还是质量上都无法与之相抗衡。而当时世界上能抵抗苏军T-80和T-72坦克的,几乎就只剩德国的豹2了。其中最主要的原因之一便是豹2拥有一台1500马力的873的柴油机。这让豹2不但可以承载大口径的120毫米滑膛炮,还跑得特别快。考虑到873柴油机的研制本来就是为了应对咄咄逼人的苏联装甲集群的威胁,中国于是也想引进并将其应用于本国坦克。只不过因为种种原因,德国最终没有向中国转让873柴油发动机的技术。

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除了中国外,其实美国也曾有机会为其M1坦克装上这款柴油机。当初美国联合德国共同开发MBT-70坦克时,就曾计划选用873型12缸V型水冷式柴油机作为发动机,但该发动机在1967年通过北约坦克发动机400小时耐久试验后,却因为两国作战要求的不同而最终没能被美国采用。美国人的目标很清晰,那就是要从第三代坦克开始扭转发动机占用的车内体积一直呈逐渐增加的趋势,这就要求坦克发动机必须减小尺寸,但在重量要求上可以适当放宽。因此美军新一代的主战坦克单位功率要达到18-22千瓦/吨的标准,那么发动机的最大功率也必须要达到1500马力的水平。

出鞘:中国坦克发动机是如何实现自主化的

 

从美德两国的经验来看,1500马力的发动机无疑是新一代主战坦克获得火力、防护力和机动力三大性能良好综合的关键之一。于是在购买873柴油发动机失败后,中国又继续尝试并从德国拿到了另一款设计理念与873相近的396柴油机(作为客运列车空调机动力引进)。当然德国人开发396柴油机的目的并不是拿来给中国人做空调车的,而是船用。山柴在引进这款柴油发动机后,一方面不断提高国产化水平,另一方面也开始向海军推销,比如目前中国海军新一代水面舰艇上的发电机组,就大多使用的是山柴国产化的396柴油机。

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由于396的设计思路与873是基本相同的,山柴原本可以直接在掌握396的基础上逆向仿制出豹2所采用的873柴油发动机。但由于祝榆生为99式坦克所确立的发展思路与豹2大不相同,山柴最终决定在396的基础上,沿用老150发动机的气缸直径,重新设计出了一种150毫米缸径的柴油发动机。这也就是今天我们所知道的性能接近于883的150HB柴油发动机。应该说在当时的技术条件下敢直接研发150HB发动机,很大程度上在于山柴的确摸透了396柴油发动机的设计思路。

出鞘:中国坦克发动机是如何实现自主化的

 

150HB通过增减气缸数量,发展出了不同功率的柴油发动机,而且目前已经装备04式步兵战车、05式两栖战车和05式155毫米榴弹炮等多款战车,其中99A式坦克装备的更是150HB系列功率最大的12缸1500马力的柴油发动机。虽然此前99A式坦克的总师毛明曾在2015年表示150HB发动机可靠性相比国际先进水平还有差距,但从近几年99A式坦克的演训表现来看,品质还是不错的。除了99A式坦克之外,96B式坦克也是目前150HB系列柴油发动机的一大用户。正如前面提到的,从2016年开始,我96B坦克便一直搭载150HB系列的8缸1000马力柴油发动机参加“坦克两项”。

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当然在继续完善150HB柴油发动机的同时,中国也在积极跟踪德国MTU公司目前最先进的890柴油发动机。这款柴油发动机是德国MTU公司为了美洲狮步兵战车和豹2A7坦克所研制的,也是该公司研制的第四代柴油发动机,功率在550马力-1600马力之间可调。由于该柴油发动机尺寸较小,能够保证坦克和战车有增加装甲防护的余地,因此可应用于不同种类的坦克装甲车辆。890柴油发动机按照目前的技术水平来讲,也基本上是军用柴油发动机发展的极限,如果想要使坦克动力装置能达到更高的热效率和单位功率,那就几乎必然要转向燃气轮机了。

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世界上最先采用燃气轮机作为动力的是苏/俄的T-80坦克,其初始型号采用了功率达1000马力的GTD-1000T燃气轮机,实现了27.1马力/吨的功重比。这时其对手美军的M1坦克则装备了功率为1500马力的AGT-1500燃气轮机,虽然在功率上超过了T-80坦克,但由于M1坦克自身超过60吨的庞大身躯,导致其功重比反而下降到24.5马力/吨,并不如T-80那般动力充沛。后来T-80升级为功率更高的GTD-1250燃气轮机后,美苏主战坦克之间的差距就更大了,这种情况一直延续到M1A2坦克采用LV100-5燃气轮机。

出鞘:中国坦克发动机是如何实现自主化的

 

但同样作为拥有世界上最强陆军之一的中国,却长期缺席美俄两国在坦克专用燃气轮机上的竞争,而且在柴油发动机方面也要落后于美俄不少。中国在99式早期型号采用的柴油发动机,功率只有1200匹马力,直到后来99A式坦克改进成了150HB-2柴油机,功率也飙升到了1500匹马力后,中国主战坦克的动力水准才勉强跟上。此时虽然在战术指标上达到了与美国M1A2采用的燃气发动机相同的水准,但是99A式的柴油机尺寸和体积却比美军燃气轮机大了许多,维护难度和换装复杂度也增加了不少。

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但这并不代表中国在99系列坦克上继续坚持柴油发动机的选择就错了。燃气发动机最佳功耗往往是在全速冲击的时候,但大多数时间里坦克的燃气发动机是工作在低速或者原地怠速待机状态,这就导致装备了燃气发动机的主战坦克,在作战中要么附近就可以快速得到油料补给,要不就尽快高速接近目标后一炮毙敌、速战速决。总之就是要避免低速行进和怠速静止状态的出现,比如俄军在进行第一次车臣战争时,T-80坦克就因为在格罗尼兹城内长时间原地待命时,观瞄和火控系统将燃气轮机的燃料消耗殆尽,并最终导致坦克沦为车臣武装RPG的活靶子。这种情况对于中国来说,显然是无法接受的。

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当然兵贵神速,尽管燃气轮机还有这样那样的不足,但在未来进一步完善设计后还是大有希望取代柴油机的。比如在冲击效果上,俄军T-80U主战坦克的平均速度就要超出T-90主战坦克大概10km/h。而美军也曾在200米的冲击距离上做过实验,装备燃气轮机的坦克完成时间为19秒,而装备柴油机的坦克却需26秒。中国目前在坦克用燃气轮机方面也有相当大进展,比如2014年中航工业南方MW燃气轮机(国产001号)就试车成功,并在之后又交付给了装甲兵学院进行相关的动力改装试验。相信不久的将来,换装国产燃气发动机的99式改进型主战坦克就将出现在我们面前。

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从近百年的坦克动力发展历程来看,一个国家想要设计和制造先进的坦克发动机,并不断在技术方面实现推陈出新,一方面要善于把握坦克动力的整体布局,实现装甲车辆动力装置在不同性能标准上的梯次配置,另一方面也要重视坦克动力装置在技术工艺和制造设备方面的不断更迭,形成一条完整的发动机研发、改进和试验的人才队伍,这也是德国坦克用柴油发动机给中国发动机工业的最重要经验之一。那么本期《出鞘》就到这里,我们下期再见。

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