装甲车辆发动机发展综述

19 9 8 年 第 1 2 卷 第 l期 装甲兵工程学院学报 J o u r n a l o f A r m o r e d F o r e e E n g in e e r in g In s rit u t e 19 9 8 v o l . 1 2 N o : 1 装甲车辆发动机发展综述 王义 马志雄 骆清国 张志远 (装甲兵工程学院发动机教研室 , 北京 1 0 00 7 2) 摘要 :介绍 了坦克装甲车辆发动机 的发展概况 , 嫦合论述 了我军断装备发动机的主要技术特 .点和第 四代坦充发动机的技术发展超势。 关扭词 : 析装备 , 发动机 ; 燎述 改革开放以来 , 我军主战坦克与装甲车辆的研制进入一个新阶段 , 二代坦克 、 86 式履带步 兵战车 、 89 式装甲运输车和 zF B 91 式装甲车相继研制成功并装备部队 , 三代坦克正在进行装 车实验 。 这些新装备提高了我军合成作战能力和武器装备的水平 , 促进了我军装备的现代化 。 1 坦克装甲车辆发动机发展概况 第二次世界大战以后的四十年中 , 国外相继发展了三代坦克 , 现在已经进入第四代的研制 阶段 。 其相应列装发动机的技术性能指标如表 1 所示 。 表 l 国外坦克发动机发展 第一代 1 9 5 0~ 19 6 0 第二代 19 6 0 ~ 1 9 8 0 第三代 ] 9 8 0 ~ 1 9 9 0 第四代 1 9 9 0~ 至令 功率 (kw ) 单位体积功率(kw / m , ) 升功率 (kw ) 比重量 (k g八w ) 平均有效压力 (MPa ) 燃油消耗率 (g / kw · h) 平均无故障时间 (h) 坦克单位功率 (kw /t ) 1 5 0~ 4 2 6 4 8 5 ~ 5 12 7 3 5 ~ 1 1 0 0 1 1 00 1 3 4 ~ 4 0 4 2 4 9 ~ 7 9 4 69 0~ 8 4 0 1 1~ 1 6 . 5 16 . 5 ~ 2 8 . 2 ] 5~ 5 1 . 2 4 0~ 60 2 . 07 ~ 2 . 6 5 2 . 1 3 ~ 4 . 1 3 2 . 5 8 ~ 1 . 5 4 . 5~ 1 . 8 2 0 . 6 6 ~ 0 。 8 9 0 . 6 9 ~ 0 . 9 5 0 . 9~ 1 . 9 5 1 4~ 3 . 2 8 2 7 5 200 2 2 5 ~ 3 1 0 2 1 0 ~ 28 8 19 5~ 2 3 5 3 00 ~ 5 00 50 0 ~ 6 00 8 . 8 ~ 1 1 . 7 9 . 7~ 1 5 . 4 ] 4 ~ 2 0 国外坦克发动机发展变化主要体现在三个方面 : 机型变化 、重大技术突破和性能提高 。 20 世纪初至 切 年代 ,坦克发动机是以汽油机为主 , 兼有柴油机 ; 50 至 70 年代坦克发动机全部采 用柴油机 ; 80 至 9 0 年代又发展到柴油机与燃气轮机同时使用 、相互竞争的局面 . 在战后四十 年中 , 坦克发动机的重大技术突破反映在增压技术的运用方面 , 20 世纪初至 40 年代 , 坦克发 动机均是活塞往复式自然进气发动机 ; 50 至 70 年代自然进气与增压发动机并存 ; 80 至 9 0 年 收稿日期 : 1 9 9 6一1 2一2 7 装甲兵工程学院学报 1 9 9 8 , 12 (l) 代增压技术进一步提高 , 坦克发动机纷纷采用增压中冷 、复合增压 、超高增压等新技术 ,超高增 压实质上是柴油机与燃气轮机技术的综合。 在四十年中 ,发动机性能明显提高 :平均有效压力 提高了近 3 倍 ;功率提高 了 1 . 5 倍 ;燃油消耗率下降 24 % ;平均无故障时间提高 2 倍 ;单位体 积功率增加了近 3 倍 ; 比重量下降 30 % ,这些发动机性能指标的提高在军事上有重要意义 , 为 现代坦克的发展创造 了条件 。 我国坦克发动机经历了一个从无到有 、从引进到 自行 , 独立 自主的发展道路 。 50 年代 从前苏联引进 B 一 5 4 发动机 , 50 年代末开始自行生产 , 70 年代后又对该机型进行改造和重新 设计 , 其发展过程可分 为四个 阶段 : 引进代 (50 年代 ) , B一 54 发动机 ; 第一代(1 9 6 4一 1 9 7 4 ) , 1 2 1 5 0 L一 7 发动机 ;第二代 (29 7 3 ~ 1 9 8 3 ) , 1 2 15 0Z L 发动机 ;第三代 (19 8 4 ~ 19 9 4 ) 。 在发动机整机系统的组成上 , 第一代发动机与前苏联 B 一 54 发动机相同 , 都是自然进气发 动机 ;第二代和第三代发动机分别为增压发动机和增压中冷发动机 , 发动机总体性能指标有很 大提高 。 装甲车辆发动机一般与坦克发动机同步发展 , 但装甲车辆发动机的功率较小 , 要求相对较 低 。 采用坦克发动机同系列其它机型或选择优秀民用机的较多 , 在设计和选型方面也有较大的 灵活性 , 但是在坦克装甲车辆发动机技术发展上不具有主导地位 。 改革开放以后 , 我国装甲车 辆的研制工作进入一个新的阶段 , 86 式履带步兵战车 、 89 式装甲运输车和 z FB 91 式装甲车相 继研制成功并装备部队 。 2 新装备发动机的主要技术特点 2 . 1 我军新装备发动机 新装备发动机包括 : 二代坦克 1 2 150 z L 发动机 、 86 式履带步兵战车一 6v 1 50 发动机 、 89 式 装甲运输车一BP SL 4 1 3 F 发动机和 z FB 91 式装甲车一B F 6L9 1 3c 一 Q 发动机 。 二代坦克所安装的 12 v l5 Oz L 发动机 , 是在 1 2 1 5 0L 发动机的基础上 , 保持四大结构参数 不变 、额定转速不变 , 对本体和系统进行改进 , 采用了废气涡轮增压技术 , 提高了发动机整体水 平 。 86 式履带步兵战车 6 v l50 发动机与 1 2 1 5 0L 发动机虽然同属 15 0 系列 , 但在结构上有较 大区别 , 最突出的区别是机体左右排缸 v 型夹角为 120 度 , 比我军使用的 v 型 15 0 发动机左 右排缸夹角大 30 度 。 夹角内布置有喷油泵 、调速器 、机油和柴油滤清器很多机件 , 因此该机高 度明显降低 。 该机是新装备发动机中是唯一的非增压发动机 。 8 9 式装甲运输车一BF SL 4 1 3F 发动机和 z FB gl 式装甲车一BP 6Lg l3c 一 Q 发动机是德国道 依茨公司的专利产品 。 我国于 1 9 7 9 年引进生产许可证 , 现已批量生产 。 其代号含义为 : B 一增 压 ; F一车用四行程高速 ; 8 和 6 一缸数 ; L 一 风冷 ; 4 和 9 一系列号 ; 13 一行程 ; F一 加大缸径改 型 ; c 一中冷 ; Q一轮式车辆 。 两种发动机都是增压中冷柴油机 。 2 . 2 新装备发动机的主要技术特点 装 甲车辆发动机与现装备发动机相比 , 除了在结构和性能方面有所不同 , 最主要的差别和 最大的变化是由单一的水冷发动机发展为水冷和风冷发动机并用 , 并且除了 6 v 1 50 发动机以 外均采用了增压或者增压中冷技术 。 因此风冷和增压中冷是 目前我军新装备发动机最突出的 技术特点 。为了进一步减小发动机体积和重量 , 优化工作过程 , 保证发动机功率 , 强化后的工作 第 l 期 王书义等 : 装甲车辆发动机发展综述 可靠性还采用了一些其它技术 , 或者对结构进行改造 , 提高零件的刚度和强度 , 也有些特点是 由原机型带来的 , 与现装备有较大差别 。 这些技术的使用 , 一方面说明部队装备在技术上有了 较大的进步 , 同时也给部队装备的使用 、维修和管理带来了一些新的课题 。 2 . 2 . 1 增压中冷 增压是通过提高进气密度来提高发动机功率 , 它是 目前提高发动机功率的最有效的途径 之一 。 发动机进气压力的增加是靠压气机实现的 , 根据压气机使用能量来源的不同 ,分为机械 增压和废气涡轮增压 : 前者用发动机曲轴带动 ;后者利用发动机排出的废气能量驱动涡轮来带 动压气机工作 。 装甲车辆发动机采用的是废气涡轮增压 。 按照增压程度又可分为低增压 、中增 压 、高增压和超高增压 , 我国二代坦克为中增压 。 中冷是进一步提高发动机增压度的一项辅助 措施 。在增压程度较高的发动机中 , 为进一步改善增压效果 , 同时降低发动机零件热负荷 , 一般 采用中间冷却器使增压后的空气先降温 , 然后再送入气缸 , 这样不仅提高了进气密度 , 同时降 低了发动机热负荷 。 89 式装甲运输车和 z FB 91 式装甲车发动机都采用了中冷技术 。 增压技术的采用也给使用带来一些新的课题 。由于采用增压技术 , 发动机的机械负荷和热 负荷都相应增加 , 进一步增加了保障其可靠性的难度 ;发动机动 力装置热辐射的增加和排气温 度的提高 , 进一步增加了红外隐蔽的难度 ; 目前使用的增压发动机都没有压气机及涡轮的调节 和控制机构 , 瞬态响应和瞬态排放特性将受到影响 , 前者影响加速性 , 后者影响车辆作战时的 隐蔽性 ;军用车辆可能在任何地理条件下和各种气候条件下使用 , 增压器与发动机的匹配问题 也将是不得不关注的问题 。 2 . 2 . 2 风冷 由于原理和结构上的差别 , 在使用方面 , 风冷发动机与水冷发动机相 比 , 有如下主要优点 : (l) 风冷发动机可以在沙漠缺水的地方使用 ; (2) 适宜高温使用 ; (3) 热容量小 , 起动加温容易 ; (的风冷发动机没有水散热器 、水泵和水管等零件 , 发动机结构简单 , 减少维修保养的工作量 ; (5) 风冷发动机局部被弹片击穿后 , 仍然能继续工作 。 两者相比 , 风冷发动机的缺点是 : 冷却均匀性差 ;发动机的热负荷较高 ; 容易发生活塞擦 伤 ,气缸垫漏气 , 气缸热变形 , 气门间隙变大 , 喷油嘴烧损 , 机油变质 ; 以及热起动不良等现象 。 除了上面的一些主要变化以外 , 发动机的行程缸径比与 1 2 15 0L 发动机普遍下降 , 活塞行 程减小 , 可以降低发动机高度 , 减少发动机重量 。 在降低热负荷技术方面采用活塞阳极氧化处 理 , 喷油冷却活塞等措施 ;在优化结构设计方面 , 采用减少活塞环 , 油环采用组合环 , 采用主油 道结构 , 并列连杆等措施 ;增加了检测 、报警和控制功能 ; 6v 1 50 发动机采用高温冷却方法 。 3 第四代坦克发动机的主要技术发展趋势 海湾战争以后 , 世界各国加快了第四代坦克发动机的研制步伐 。 目前 , 国外为新一代主战 坦克 , 即第四代坦克研制的几种动力装置均已通过论证工作 , 有些进入车辆试验阶段 , 有些已 经列装 。从预研开始时间和能够真正进入部队服役的时间来看 , 我国三代坦克发动机应与这些 发动机相当 。 具有代表性的第四代坦克发动机有美国的 Lv l00 燃气轮机 、美国的 x A v 一 28 涡 轮增压中冷柴油机 、德国的 MT 8 83 涡轮增压中冷柴油机 、法国的 U D v sx 1 5 0 0 超高增压中冷柴 油机 、 日本的 lozG 3 2v lo 二级涡轮增压中冷柴油机和俄国的 r饥一 一 12 5 0 涡轮增压中冷柴 油机 。 其功率均在 1 0 0 0 ~ 11 00 kw 左右 ,这些发动机采用的技术体现了坦克装 甲车辆发动机 装甲兵工程学院学报 1 9 9 8 , 12 (l ) 技术的主要发展趋势 。 3 . 1 增压技术 在第三代坦克发动机中普遍采用的是单级涡轮增压或单级涡轮和机橄增压相结合的复合 增压技术 , 而第四代坦克发动机的增压技术比第三代坦克发动机要复杂褥多 , 如MT 883 采用 了可变高压比涡轮增压器 (V G T ) , vG T 具有可调喷嘴 , 可以改变发动机部分负荷和加速时的 发动机特性 。 同时采用了 BKs 燃烧系统 , BK S 系统使用辅助燃烧室为增压器提供附加能量 , 从 而 增加进气 。 B Ks 燃烧系统只在需要极高加速能 力的时侯才起动 , 以便节省能量 . 日本 1 0 z G 32 v lo 发动机采用二级涡轮增压 。 第四代坦克采用涡轮复合增压 , 发动机已由原来的简 单的本体结构发展为一个复杂技术系统 。 法国的超高增压发动机 , 采用了Hy pe rba r 系统 , 即超 高增压旁通补燃技术 , 相当把柴油机和燃气轮机组成新的复合动力装置 。这项技术是近二十年 来发动机增压技术最大的创新 , 采用更复杂 、更先进的增压技术的目的是继续提高发动机的功 率密度和降低发动机的比重量 . MT U 公司为德国下一代 K Pz 一 2 0 0 0 主战坦克 (豹 3) 私营投资 研制的 MT 88 3 发动机技术性能优越 , 功率密度 已达 84 0 kw /砰 ;法国 sA CM 柴油机公司为 Le cle rc 主战坦克研制的 UDv sx l5 0。超高增压中冷柴油机采用超高增压系统 , 即 H y妙 rba r 系 统 , 同样气缸排量 , 发动机功率提高 50 % ~ 1 50 % , 已于 1 9 9 2 年装备部队 。 sx 1 5 o o 发动机升功 率达到 “ . 97 kw , 是其它高增压发动机同一指标的 2 ~ 3 倍 。 3 . 2 集成化设计 集成化设计技术的应用 , 一方面是为了提高发动机的总体性能 ; 另一方面是考虑到与之相 关的传动装置 、发动机辅助系统 , 以及红外抑制等要求 , 打破部件分割的概念 , 把有关的部件尽 可能地兼容在一起 , 以达到总体优化 , 减化设计 , 减少机件 , 提高可靠性和维修性的目的 。 发展先进的大功率 、整体式推进系统提高坦克机动性是目前坦克设计的一个主要发展方 向 , 整体式推进系统即把发动机 、传动系统和辅助系统合为一体 。 这样做的结果一方面可减小 推进系统的质量和体积 ; 另一方面可整体吊装和拆卸 , 便于战时更换动力装置 . 美国 Bl oc k 3 主 战坦克采用了整体式推进系统 (A IPs ) , 德国 K Pz 一 2 0 0 0 主战坦克也准备采用整体式推进系 统 , 或者采用电传动 。 3 . 3 电子控制和技术诊断 电子控制和技术诊断是提高发动机性能 , 保障经济安全运行和正确使用发动机的重要手 段 , 也是车辆数字化指挥和管理的一项基本内容 。 目前英国 R 一 R 公司研制的 c on d or v 12 一 1 2 0 0 A 的柴油机是挑战者 2 坦克的动力 , 该机突出的特点就是采用了 Lu cas CA v 公司的电子 控制系统 , 该系统可以对发动机和传动装置的多种参数进行调整 , 使发动机具有良好的低速扭 矩特性和燃料消耗率 。美国 x A v 一 28 柴油机以及日本的第四代坦克发动机也都采用了电子控 制喷射系统 . 坦克车辆数字化对发动机的管理虽然尚未见到报导 , 但是这项技术已经应用到工 程车辆的指挥管理和遥测维修方面 . 除了上述主要发展趋向以外 , 其它先进技术也不断采用 , 如低散热技术采用新材料等 。 总之 , 新一代坦克发动机与已经列装的一代发动机相比 , 增压技术越来越复杂 , 采用的新 结构 、新技术 、新概念越来越多 ,功率强化程度越来越高 , 技术性能指标越来越先进 。 第 l 期 王书义等 : 装甲车辆发动机发展综述 4 结论 (l) 自改革开放以来 , 我军主战坦克与装甲车辆发动机的研制进入一个新阶段 , 发动机技 术性能有很大提高 , 有利于我军装甲兵的建设 , 但是与国外先进技术相比仍然有一定差距 , 需 要加紧建设 。 (2) 装备在技术上有了较大的进步 , 同时也给部队装备的使用 、维修和管理带来了一些新 的课题 , 应及时了解和普及这些知识 , 以使新装备和高新技术尽快转变成战斗力 . 参 考 文 献 P . w . 肠tt . 坦克发动机设计的未来趋势 . 国外坦克 , 1 989 . 12 国外车用发动机资料汇编 . 大同 :七零研究所 , , 9 88 国外轻型军用车辆动力调研 . 大同 :七零研究所 , 19 92 张均享 . 现代军用高机动性车辆动力 . 车用发动机 , 19洲 . ] 张然志 . 90 年代国外主战坦克动力技术发展研究 . 车用发动机 , 199 5 . 】 S u m m a riz a tio n o f D e v elo Pm e n ts o f A rm o re d V eh ie le E n g in es W a n g S h u yi M a Zh i x io n g L u o Q in g su o Z ha n g Z h iy u a n A bs tra e t : T h is Pa Pe r in trod u ees th e d e v e loP m e n ts o f a rm o red v ehiele e n gi n es , a n d s u r v eys th e m a in te eh n ica l eh a ra ete r is tics o f the n ew ly e q u iPPed e n g in es a n d th e de v elo Pm e n t tre n d s of th e e n g in e s fo r th e fo u rth se n e ra tio n ta n ks · Ke yw o rds : n ew e q u iPm e n t ; e n gi n e ; ‘u m m a r iza tio n