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詳解中國新輕型坦克發動機 比99A引擎更先進適用高原
送交者: 嵐少爺 2018年08月27日22:06:35 於 [軍事天地] 發送悄悄話

  其實市面上關於中國的新輕坦使用有別於99A坦克150HB系列發動機的全新一代132系列坦克動力(註:150和132均指氣缸直徑)的傳言,已經流傳了很長很長的一段時間。本炮霸不才,從業餘的角度為大家解讀一下這個傳說中的中國新一代坦克動力。據傳中國新一代坦克動力,是在引進生產的道依茨1015系列基礎之上,通過改進設計和進行加強而成。

  道依茨1015系列柴油機是德國DeutzAG公司於1992年開始研製的新一代民用大功率柴油機,1994年開始生產。道依茨1015系列發動機缸徑/行程132/145mm,額定轉速1900-2100r/min。主要包括有三種機型:6缸V型布局的BF6M1015增壓柴油機、帶中冷增壓的BF6M1015C和8缸V型布局的BF8M1015C中冷增壓柴油機,其最大功率187KW-440KW。因其性能出色,一經推出之後廣受好評。

  2001年6月,我國決定引進該機型並與德國Deutz AG公司展開談判,2002年9月,雙方達成協議。2005年我國又引進了1015系列的升級版2015系列以滿足高標準排放的需求,1015和2015在基本參數上基本相同。作為一款性能優異的柴油機,1015系列在我國,除了安裝在ZBL-08系列輪式步兵戰車上之外,還有着廣泛的民間應用,比如重型卡車、工程/礦用機械、發電設備等等。

  中國的150HB系列柴油機(99A主戰坦克使用)雖然在功率上達到了1103KW(1500馬力),追平了世界先進水平,但歸根到底它是一款大排量、中等轉速、中等平均有效壓力的“老派三代坦克發動機”。就像豹II的MB873,在工業水平較差的年代,用大排量來平衡轉速和平均有效壓力指標。雖然滿足了要求,但是也是以犧牲尺寸和體積為代價的。

  MB873Ka501的長、寬、高分別為1970、1703和1100mm,而新一代的MT883Ka501(現用於韓國K2坦克)的長、寬、高則只有1676、950和824mm,兩者之差不能不說驚人。在其他相同的前提下,使用後者作為動力裝置能為坦克省下相當可觀的重量。只可惜MT883Ka501誕生之時,裝備MB873Ka501的豹II坦克已經生產了幾千輛,並且蘇聯已經解體,改裝883節省坦克重量也失去了意義。

  對於中國來說,情況稍稍有些差別。1103KW的12缸150HB發動機長、寬、高分別為1461、1020、1040mm,相比MB873來說也算小的;加上99A坦克的體型相比豹II已經足夠小,再用更新一代發動機“縮屁股”意義不大。然而對於新輕坦來說,情況就又不相同了。

  新輕坦為了突出輕,對於每一分的重量都是斤斤計較。VT-5坦克的縱置8缸150HB長、寬、高分別為1410、940、965mm,而新輕坦的縱置8缸132發動機長、寬、高分別為1200、915、970mm(推測值)。坦克底盤能減去20厘米的長度,發動機本體輕半噸,這兩項指標所帶來的性能增益,足以值得採用一種全新的發動機了。

  在我國三代坦克動力研製的初期,從坦克總體設計的角度考慮,坦克發動機不宜過長,而發動機科研方面的水平有限,平均有效壓力又上不去,只能用排量來彌補。最終我們在一個很短的長度上安排了6個150mm直徑的氣缸,這使得缸心距只有184mm。

  缸心距是指發動機兩個氣缸中心之間的距離,缸心距決定了發動機的整體強度。同期的MB873的缸心距224mm,MT883的缸心距也有195mm。在研製初期就曾經有專家質疑150HB的缸心距過小,機體強度不夠。雖然後來的結果表明這個擔憂是多餘的,但是不得不說,這個略小的缸心距還是會影響到150HB的壽命和功率的挖潛,而132發動機在這方面要比150HB改善了不少。

  新輕坦的機動性要求與99A坦克相當,也就是說噸功率達到20.05KW/噸(1103KW/55t)。將其乘以新輕坦克33噸的戰鬥全重,得出所需發動機為功率663KW(900HP),也就是說目前的132發動機的功率大概率是在663KW左右。

  看起來不算太起眼,但對於新一代132發動機,有一個重要的要求是滿足高原(4500m)及以上地區的作戰需求。眾所周知,隨着海拔的升高,空氣密度會減小,發動機的功率會受到很大的影響。

  雖然渦輪增壓發動機對抗高海拔的能力要比自然吸氣的或者機械增壓的要好,但由於4500m的高海拔空氣密度只有平原地區的65%,一般的渦輪增壓發動機也是會變的慢如牛的。要解決這一問題,唯有使用兩級渦輪順序增壓。

  在平原地區只使用一級渦輪增壓,其最大功率也就是663KW左右。當上到4500米高原時,一級和二級渦輪增壓同時開啟,用更高的壓比來對抗空氣密度降低帶來的功率損失。據傳新輕坦在平原地區的最大車速70公里/小時,在4500米高原最大車速仍然有60公里/小時。

  假如在平原地區同時開啟兩級渦輪增壓,其發動機功率是會超過735KW(1000馬力)的,當然這樣也會帶來平均有效壓力和爆發壓力的上升,從而導致發動機機體的負荷增加。因此處於發動機壽命的考慮,一般不建議在平原地區開啟兩級渦輪增壓。不過不管怎麼說,新一代的8缸132發動機已經具備了與8缸150HB一樣的功率水平。

  寫到這裡,本炮霸再給大家解釋下,從技術原型道依茨BF8M1015CP的440KW功率,到8缸132系列的663KW功率,50%多的功率提升是怎麼實現的呢?

  民用柴油機,出於壽命的考慮,通常將額定轉速限制在一個較低的水平上。以BF8M1015CP為例,其額定轉速1900r/min,活塞行程只有145mm,可以得出1015的活塞速度9.18米/秒。這個活塞速度遠小於蘇制V-2系列(蘇/俄坦克半個世紀以來的動力選擇)12米/秒的水平,因此BF8M1015CP的發動機轉速具備向上提高到2600r/min水平的潛力。所以光靠增加轉速,BF8M1015CP的功率就可以提升到526KW的水平。

  除了轉速,我們還可以提高平均有效壓力。道依茨1015有個好的地方,就是其配套使用的P型高壓單體噴油泵的噴油壓力可以達到120MPa以上,並具備達到160MPa的潛力,要將平均有效壓力從1.54MPa提高到2MPa左右,只需選一個大壓比的高效渦輪增壓裝置即可。當然平均有效壓力的提高會帶來機體負荷的增加,沒什麼好辦法,加強便是了嘛!

  前文提到,8缸的132發動機其長度已經小於1200毫米,即使在此基礎上將其缸數增加到12缸,其長度也是小於MT883的。如果後續能推出12缸版本的1103KW(1500馬力)型,那麼我國將達到與德國的MT883同樣的水平。當然我們的志向並非止步於此。

  從132發動機的公開文獻中我們可以得知,132發動機是院校和華北柴油機廠的高緊湊柴油機合作項目,而在此之外,在中國著名的坦克裝甲車輛發動機研究所還有一個“高增壓項目”。

  從一些論文中提到的參數可知,高增壓項目是一個可以比肩德國最新一代車用柴油機890系列(採用了高壓共軌供油技術、高效渦輪增壓技術、先進的發動機電控技術等當前已經成熟或者得到驗證的最新技術,水平居於世界頂級)的型號,值得期待。

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