1500馬力的坦克發(fā)動機(jī)，西方早在30年前就實(shí)現(xiàn)了

對于四代坦克究竟選用多大馬力發(fā)動機(jī)的問題上，很多觀點(diǎn)說法不一。我個(gè)人的意見還是發(fā)動機(jī)功率隨著車輛總體重量變化。由于四代坦克要提高快速部署能力，輕量化是其必然趨勢，那么發(fā)動機(jī)功率隨之降低也是必然發(fā)生的表面現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)人員對于坦克動力的需要，從1000馬力提高到1200馬力，經(jīng)過十幾年的改進(jìn)以后，提高到了1500馬力，這樣的變化在2015年被很多行業(yè)內(nèi)外的專家們鼓吹為中國坦克工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。

然而，中國坦克工業(yè)從1984年大換血開始，從1999年亮相的三代坦克發(fā)展至今，

我個(gè)人的觀點(diǎn)可能不太成熟，但我始終認(rèn)為，在坦克單位功率達(dá)到先進(jìn)水平，即24-32馬力/噸之后，發(fā)動機(jī)馬力再高就沒有意義，而且過高功率帶來的喘震、油耗等問題，都會給總體設(shè)計(jì)帶來更多的難題。所以坦克發(fā)動機(jī)達(dá)到1000馬力也好、1500馬力也罷，僅僅只是為了保持在總體重量增加的情況下不降低機(jī)動性，而且西方國家早在30年前，即我國第三代坦克還沒有正式定型的時(shí)候，就已經(jīng)研制出了1500馬力的發(fā)動機(jī)。

所以，對于發(fā)動機(jī)功率的提升與降低，不必過多地妄自菲薄或者尊大。

德國對于發(fā)動機(jī)的改進(jìn)與提升

德國MTU公司通過采用較大功率的渦輪增壓器和提高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，使單級渦輪增壓的MTU883Ka501發(fā)動機(jī)輸出功率從1500馬力(1119千瓦)增加到2250馬力(1679千瓦);通過采用包括中冷和后冷器的兩級逐個(gè)布置的渦輪增壓系統(tǒng)，使MTU883Ka501發(fā)動機(jī)的輸出功率增加到2600馬力(1939千瓦)。這種2600馬力發(fā)動機(jī)的應(yīng)用對象是美國正在為其海軍陸戰(zhàn)隊(duì)研制的先進(jìn)兩棲突擊車(AAAV)。

MTU公司當(dāng)時(shí)選定MTU883基型發(fā)動機(jī)( MTU880系列發(fā)動機(jī)的一種)來提高其輸出功率，是因?yàn)槠渫庑纬叽缧�，功率密度高，結(jié)構(gòu)先進(jìn)。MTU公司曾最大限度地應(yīng)用發(fā)動機(jī)電了控制與監(jiān)測技術(shù)，以及采用燃油直接噴射系統(tǒng)來降低MTU883的油耗。AAAV對發(fā)動機(jī)的要求是很特殊的，當(dāng)在陸地使用時(shí)，AAAV同普通的地面車輛一樣，要求發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生高的輸出扭矩。

然而當(dāng)在海上行駛時(shí)，AAAV不僅要求發(fā)動機(jī)的功率要達(dá)到2600馬力(1939千瓦)，而且還要求發(fā)動機(jī)的功率輸出必須與噴水式推進(jìn)器的功率吸收性能相匹配。 MTU公司曾制成一臺利用現(xiàn)有渦輪機(jī)的試驗(yàn)性發(fā)動機(jī)，并于1995年2月成功地完成了在輸出功率為2600馬力的情況下運(yùn)行100小時(shí)的北約改進(jìn)型發(fā)動機(jī)試驗(yàn)。

德國MTU公司裝有兩級進(jìn)氣增壓系統(tǒng)的2600馬力發(fā)動機(jī)在臺架上進(jìn)行演示驗(yàn)證

國際轉(zhuǎn)子動力公司研制的5290型5轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)，曾經(jīng)安裝于AAAV上進(jìn)行試車試驗(yàn)

為了繼續(xù)研究， MTU公司目前正在研制一種專供該發(fā)動機(jī)使用的渦輪機(jī)組。這種新型串聯(lián)渦輪增壓機(jī)的尺寸和重量均將小于試驗(yàn)性發(fā)動機(jī)中所使用的渦輪機(jī)組。串聯(lián)渦輪機(jī)組的一個(gè)單級廢氣渦輪驅(qū)動低壓渦輪和高壓渦輪，低壓和高壓渦輪之間裝有一個(gè)中冷器，三者共用一根軸。當(dāng)發(fā)動機(jī)以地面運(yùn)行方式工作時(shí)，將僅有一個(gè)串聯(lián)渦輪機(jī)組工作;當(dāng)發(fā)動機(jī)以海上運(yùn)行方式工作時(shí)，將有兩個(gè)串聯(lián)渦輪機(jī)組工作。這能夠使發(fā)動機(jī)的性能達(dá)到最佳，并能夠確保發(fā)動機(jī)在低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速下均可提供足夠的輸出功率。

英國對發(fā)動機(jī)的改進(jìn)與提升

英國珀金斯發(fā)動機(jī)公司CV系列發(fā)動機(jī)中包括有CV8、CV12和CV16發(fā)動機(jī)(其中，CV16發(fā)動機(jī)是通過將2臺CV8發(fā)動機(jī)的曲軸箱栓接在一起而得到的)。CV12和CV8發(fā)動機(jī)在輸出額定功率的情況下，其功率密度(升功率)為46馬力/L。挑戰(zhàn)者坦克和哈里德坦克使用的是1200馬力(895千瓦)CV12發(fā)動機(jī)。而現(xiàn)行結(jié)構(gòu)的CV12發(fā)動機(jī)的體積約為1.1立方米，輸出功率為1500馬力。珀金斯公司通過改進(jìn)，現(xiàn)已將該發(fā)動機(jī)的輸出功率提高到了2000馬力(1492千瓦)，從而使功率密度達(dá)到了77馬力/升,并且該公司在不久的將來，還將在功率密度100馬力/升的情況下實(shí)驗(yàn)這種發(fā)動機(jī)。

英國鉑金斯公司的CV16發(fā)動機(jī)，總體結(jié)構(gòu)是兩臺8缸發(fā)動機(jī)串聯(lián)而成，功率達(dá)到1750馬力

為了獲得上述的較高的輸出功率，需要對發(fā)動機(jī)的渦輪增壓器、后冷卻器及燃油供給系進(jìn)行改進(jìn)，以給發(fā)動機(jī)提供合適的油/氣混合比。這種CV12發(fā)動機(jī)使用了一種全權(quán)電子控制的發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)除了起發(fā)動機(jī)調(diào)速器的作用之外，還利用圍繞發(fā)動機(jī)布置的許多傳感器，對發(fā)動機(jī)的故障進(jìn)行識別和診斷。為了獲得結(jié)構(gòu)緊湊的最終產(chǎn)品，除了通過燃油噴射壓力和燃油噴射正時(shí)控制燃燒過程以獲得最佳的燃燒過程之外，還改進(jìn)了氣流控制和發(fā)動機(jī)的材料。

除改進(jìn)型發(fā)動機(jī)之外，目前還出現(xiàn)了多種全新結(jié)構(gòu)的發(fā)動機(jī)，其功率密度和輸出功率均達(dá)到了新的、更高的水平。新結(jié)構(gòu)發(fā)動機(jī)包括法國梅爾基奧爾(Melchior)技術(shù)公司的獨(dú)特的一沖程柴油發(fā)動機(jī)和美國轉(zhuǎn)子動力國際(RPI)公司的轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)。

法國的二沖程發(fā)動機(jī)

法國梅爾基奧爾公司經(jīng)柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)公司(Diesel Propulsion)的特許正在研制一種大功率、高功率密度的柴油發(fā)動機(jī)。在軍用和船用領(lǐng)域，目前普遍使用四沖程發(fā)動機(jī)。為了滿足對外形尺寸小但功率大的發(fā)動機(jī)的需求，梅爾基奧爾公司選擇了研制標(biāo)準(zhǔn)組件式結(jié)構(gòu)的二沖程發(fā)動機(jī)，因?yàn)樵诮o定轉(zhuǎn)速下，二沖程發(fā)動機(jī)的做功行程是四沖程發(fā)動機(jī)的兩倍，因此，二沖程發(fā)動機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)。但是，二沖程發(fā)動機(jī)也存在一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)。用普通的氣口式氣缸不能實(shí)現(xiàn)二沖程發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣的最佳正時(shí)。此外，由于二沖程發(fā)動機(jī)很難實(shí)現(xiàn)高效掃氣，因此，進(jìn)人氣缸的新鮮可燃混合氣體總混有廢氣。另外，二沖程發(fā)動機(jī)的掃氣泵也要消耗一部分附加功率。

梅爾基奧爾公司的MT135二沖程發(fā)動機(jī)，簡潔的外形體現(xiàn)出法國坦克工業(yè)高超的設(shè)計(jì)水平

盡管二沖程發(fā)動機(jī)有上述缺點(diǎn)，但由于二沖程發(fā)動機(jī)原理先天地有助于提高發(fā)動機(jī)的功率密度和氣缸內(nèi)的工作壓力，因此，梅爾基奧爾公司堅(jiān)持采用二沖程方式。在其MT135型二沖程柴油發(fā)動機(jī)中，梅爾基奧爾公司并沒有采用孔口式氣門，而是在氣缸蓋上設(shè)置了多個(gè)彼此垂直的菌狀氣門。這使得環(huán)形掃氣成為可能。

此外，該發(fā)動機(jī)采用了由一根單凸輪軸控制的可變凸輪正時(shí)。可變凸輪正時(shí)和可變壓縮比有益于提高發(fā)動機(jī)低負(fù)載和冷起動性能�？勺儔嚎s比還使發(fā)動機(jī)能在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的扭矩曲線變得平緩。由于發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的工作壓力對于功率密度極為重要，因此，MT135發(fā)動機(jī)采用后冷、三級渦輪增壓，使進(jìn)氣壓力達(dá)到了15-20兆帕。與它比較，一般增壓柴油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣壓力僅為3-4兆帕。 MT135發(fā)動機(jī)的最大爆發(fā)壓力約為300兆帕，這幾乎是大多數(shù)柴油發(fā)動機(jī)的兩倍。

梅爾基奧爾公司計(jì)劃對MT135發(fā)動機(jī)采取的另一項(xiàng)措施，是采用廢氣渦輪復(fù)合技術(shù)，通過在排氣系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置一個(gè)廢氣渦輪將廢氣中的一部分熱能轉(zhuǎn)換為有用功率。預(yù)計(jì)這可將MT135發(fā)動機(jī)的輸出功率提高500馬力(373千瓦)。廢氣渦輪復(fù)合技術(shù)可將發(fā)動機(jī)的性能提高25% MT135發(fā)動機(jī)的研制工作得到了法國政府和美國TRADEC的支持。1995年5月， MT135發(fā)動機(jī)成功地向美國TRADEC進(jìn)行了輸出功率為1000馬力(746千瓦)的演示試驗(yàn)。在此之前，梅爾基奧爾公司還曾用這種體積約為1立方米的發(fā)動機(jī)進(jìn)行過輸出工率高達(dá)1550馬力(1156千瓦)的試驗(yàn)，這也就是說，在這種情況下，發(fā)動機(jī)的升功率超過200馬力(149千瓦)/ L。

梅爾基奧爾公司目前繼續(xù)用Mark2氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)改進(jìn)該發(fā)動機(jī)，這種氣門調(diào)節(jié)系統(tǒng)可提高發(fā)動機(jī)的進(jìn)、排氣能力并且允許將氣缸缸徑從135毫米提高到160毫米。梅爾基奧爾公司所獲得的這種高的功率密度是非常值得注意的，它使人們看到了未來的希望。

某型坦克的動力包

綜上所述，我們看到，西方國家在90年代中后期，對于坦克發(fā)動機(jī)的改進(jìn)和性能的提升十分重視，而這些改進(jìn)往往集中在部件的技術(shù)升級和改進(jìn)設(shè)計(jì)方面，并沒有太多革命性的變化。于是，一些技術(shù)僅達(dá)到國際先進(jìn)水平的國家，就可以抓住這一機(jī)遇，在已經(jīng)掌握和擁有的技術(shù)儲備上，通過自行研制、測繪仿制等方法，沿著已經(jīng)形成的科研思路，實(shí)現(xiàn)比較高的技術(shù)指標(biāo)。