在坦克装甲车辆上,发动机是动力之源,其重要性不仅在于提供驱动功率,决定车辆的机动性,而且在于它的外形尺寸、燃油经济性以及在车辆上的安装位置与战车的生存力有着密切的关系。自坦克诞生以来,各军事大国都集中力量优先发展战斗车辆的高性能发动机,战车的发动机基本上经过了汽油机、柴油机、燃气轮机的发展历程。中国坦克发动机的发展经历了修理、仿制、改进和自行设计研制阶段,从无到有逐步建立了比较完整的坦克发动机科研、生产、管理体系,不仅有了相当规模的军用发动机制造厂,而且还有了研究测试手段比较先进的专业研究所,其中尤其是中国燃气轮机的发展更为引人关注。
燃气轮机装上国产坦克
对于国内车辆,特别是对坦克装甲车辆来说,燃气轮机是一种全新的动力装置。但是在国外,它与活塞式发动机一样,已被广泛应用干船舶、航空、机车、发电和坦克装甲车辆上。尽
管燃气轮机到上世纪80年代初才首次装备在美国的M1坦克,但其研究工作很多年前就已开始。第二次世界大战结束后联邦德国就进行了坦克燃气轮机的研究,法国率先在坦克上安装燃气轮机进行了试验。英国在1954年举办的一个军事技术装备样品展览会上展出了一辆安装有帕森斯公司研制的735千瓦燃气轮机的试验型重型坦克。1948年,苏联已开始军用履带式车辆燃气轮机的研制工作。20世纪60年代,苏联进行了燃气轮机的装车试验,70年代初研制的燃气轮机坦克曾在乌克兰哈尔科夫野外试验中心试验。1984年装备的T-80坦克采用了约735千瓦的燃气轮机。1997年,俄罗斯又研制了功率为1103千瓦的燃气轮机,作为新型“黑鹰”主战坦克的动力。美国于1965年提出坦克和重型车辆用1103千瓦燃气轮机的发展计划,1979年底,莱卡明公司交付了第一台生产型AGT-1500燃气轮机,1983年该燃气轮机达到新发动机验收规范的要求,现已大量装备美国的M1主战坦克。继M1坦克用的AGT-1500燃气轮机以后,美国还研制了几种车用燃气轮机,如LV100燃气轮机推进系统是美国为研制第四代主战坦克动力装置的先进整体式推进系统(AIPS)规划的一部分。
我国从上世纪70年代起,对从国外引进的燃气轮机进行了装车试验,以研究燃气轮机在坦克上的应用前途及存在的问题。1974~1977年,科研人员开始研究燃气轮机装车的相关技术问题,并于1977~1978年进行了摸拟装车系统的台架试验。在这个基础上,1978年2月,
确定了燃气轮机试验坦克的总体方案,即将ST6J-771燃气轮机横置于69式中型坦克上,作为该坦克的动力装置。为此,专门设计了传动箱、起动电机传动箱、超速离合器、起动控制装置、进气装置、燃油供给系统、润滑系统、排气系统等。同年9月底试制成了我国第一台燃气轮机试验坦克。
我国坦克燃气轮机的试验
燃气轮机首次作为我国坦克的动力装置,存在着一系列技术难题。为此,我国科研人员克服各种困难,突破了一个个技术难关。在ST6J-771燃气轮机装车之前,先进行了模拟装车系统的台架摸底试验,在此基础上,成功地设计出了燃气轮机坦克的总体方案。总结起来,科研人员的技术攻关主要包括以下方面:
发动机的长度 ST6J-771燃气轮机长1700毫米左右,圆体直径500毫米左右,为保持试验坦克总体方案的合理性,唯有采用发动机的横置方案。但是这样长的机型在坦克内很难布置,
为了解决这一难题,科研人员重新设计了起动机的传动箱,使起动机移位并改变了安装方向,有效地压缩了整机的长度约100毫米左右,才满足了发动机横置的方案要求。
发动机的反力矩 坦克是进攻性的武器装备,经常爬山涉水,使用环境特别复杂,当坦克下坡时,由于运动阻力的突然减小,会使传动机件的转速高于发动机输出轴的转速,于是在发动机的输出轴上产生反力矩,对发动机会带来损害。为了解决这一问题,在传动箱与主离合器之间设计安装了超速离合器,在下坡行驶中或突然减油时,若出现主离合器的转速超过传动箱转速的情况,超速离合器就自行分离不反向传递动力,避免了反力矩的产生对发动机的损害。在试验过程中,经过1000千米左右的行驶试验,证明其工作是可靠的。
发动机的换档超速 ST6J-771为双轴式燃气轮机,与69式坦克带有同步器换档机构的机械式固定轴式变速箱相配,存在换档超速的问题。如能在换档过程中对发动机输出轴施加适当的制动负荷,则可减少或避免换档时的超速问题。为此,经过反复试验,科研人员选择了一种小直径风扇作为换档时发动机输出轴的负荷,解决了换档时发动机的超速问题。
进、排气 因为燃气轮机上没有往复运动件,都是旋转件,所以它的转速特别高(高达30000多转/分),工作时的用气量也很大,在额定工况时需要的气量为2.68千克/秒,为同
功率活塞发动机的4~5倍。如此大的进气量,必然使空气滤清器及其管道非常庞大,科研人员经过精心的分析研究,终于设计出了两级滤清的空气滤清器,它的进气量和阻抗各项指标都保证了发动机的正常工作。
起动控制 燃气轮机对起动装置要求比较严格,为此专门设计了起动控制系统(停车―起动―点火―供油―供气―正常运转的起动程序),它可保证发动机正常、安全地工作,万一自动起动控制系统失灵时,还有手动应急按钮控制发动机熄火停车。此外,只要当发动机动力涡轮出现转速过高、润滑油的压力过小或润滑油的温度过高的三种情况出现一种时,控制系统即能命令发动机立即熄火。当发动机负荷过重和温度偏高时,控制系统还可以自动减小供油量,从而降低涡轮温度和扭矩,保证发动机正常工作而不受损害。
1978年10月至1980年11月,燃气轮机坦克与59式坦克进行了总体性能对比试验,试验的环境温度从北京夏季的34.5摄氏度至塔河地区的零下49摄氏度,试验的内容包括坦克的起步性、加速性、最大速度、转向性、越野性、爬坡和通过障碍的能力、砂石路面的平均速度和油耗、起伏土路的平均速度和油耗、低温起动性能等项目,试验发动机熄火200多个摩托小时,行驶1000千米左右,获得了比较系统的总体性能试验数据,科研人员了解到燃气轮机在坦克上应
用需解决的技术问题与它对传动及辅助装置的要求,为下一步进行深入的专题试验研究打下了有力的基础。
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