坦克装甲车辆动力装置的演进历程

1.汽油机最早作为坦克动力

最早在1916年出现在欧洲战场上的第一辆英国Ⅰ型坦克使用的是直列6缸汽油机（77 kW，1 000 r/min）。由于汽油机具有单位体积功率大、比质量轻、生产成本低以及启动性能好等优点，直到第二次世界大战后一段时间，美、英、法等国的动力装置还使用汽油机。由于汽油机有着火点低、易发生火灾和燃油消耗率高等缺点，妨碍了它在坦克装甲车上的继续使用，最后被性能优越的柴油机取代。

2.柴油机取代汽油机并得到广泛应用

与汽油机相比，柴油机具有多方面的突出优点。

（1）柴油机的压缩比高，做功行程的气体膨胀比较充分，能量利用率高，燃油消耗率比汽油机一般低30%～40%。

（2）由于柴油机的燃油消耗率低以及柴油密度大，在相同容积油箱的情况下，坦克装甲车辆采用柴油机的最大行驶里程为采用汽油机的1.3～1.6倍。

（3）柴油不易蒸发、着火点高，不易发生火灾，易于储存和运输，可以减少坦克装甲车辆作战中的火灾危险性。

（4）柴油机易于改装成多种燃料发动机。

（5）柴油机易于采用增压技术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，从而提高发动机的紧凑性和燃油经济性。

前苏联最早将柴油机装备到坦克装甲车辆上，在1932～1933年开始研制坦克用柴油机，1936年试制成功的БД-2柴油机是一种四冲程12缸水冷柴油机（294 kW，2 000 r/min），对该机改进后，于1939年正式诞生了B2柴油机，装备在BT-7M坦克上。与当时的甚至20世纪50年代末其他国家的柴油机相比，B2柴油机在单位体积功率、比质量等主要技术指标方面都是出类拔萃的。美国直到1959年才将专为坦克设计的AV1-1790燃油缸内直喷式汽油机演变为AVDS-1790柴油机。该柴油机的使用标志了当时世界上坦克装甲车辆动力柴油机化的发展趋势。第二次世界大战后，装备坦克装甲车辆的柴油机越来越多，至20世纪80年代初美国在M1坦克上装用AGT-1500燃气轮机之前，柴油机是坦克装甲车辆的唯一动力。

随着技术发展，各国在继续对柴油机组织更完善的燃烧过程进行强化的同时，都集中精力发展增压中冷的四冲程或二冲程柴油机来达到高升功率和高体积功率的目的。

随着新能源技术的飞速发展，各国也对柴电传动系统开展了相关研究。如采用MTU公司的第四代高功率密度4R890发动机的Gefas装甲车，该车动力模块由所有动力生成设备组成，包括柴油机、冷却、过滤和电力生成与电力管理装备、燃油和排放。4R890柴油机采用共轨燃油喷射系统，通过电控系统控制喷油压力、启动和喷油持续时间，其排量超过4 L，输出功率为410 kW，功率密度是相同排量的普通发动机的2倍，使得车辆的最大公路速度为80 km/h，最大行程为700 km。启动电机、冷却系统、空气过滤系统和车载供电设备等由ESW公司提供。由于采用柴电混合电传动系统，去除了传统的机械传动系统，所有部件通过电、气、液力相连，减小了转动系统占用车内容积。发动机作为一个独立模块，在发动机出现故障时，易于快速更换，随后故障发动机模块送入仓库进行维修，提供了系统可靠性。

3.新兴的燃气轮机成为柴油机的强劲竞争对手

与柴油机相比，虽然燃气轮机有燃油消耗率偏高、耗气量大、空气滤清器体积大、研制成本高和系列化难度大等缺点，但是它具有结构简单、质量轻、体积相对较小、振动小等许多优点，越来越引起人们的重视，美、俄两国已率先将其装备为主战坦克的动力。

美国陆军于1965年提出坦克和重型车辆用1 103 kW燃气轮机的发展计划，1979年底，莱卡明公司交付第一台生产型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，现已大量装备为美国M1主战坦克的动力。(www.xing528.com)

美国陆军执行的重型战车的先进整体式推进系统（AIPS）计划中，由美国通用电气公司负责研制的以GP-1A燃气轮机（1 103～1 920 kW）为动力的LV-100推进系统，GP-1A燃气轮机于1987年第一次运转，1989年LV-100系统已成功地通过了冷启动实验和自净式进气系统的严格实验。

为延长坦克燃气轮机的寿命，美国陆军提出发动机延寿计划（TIGER计划），用以对M1系列主战坦克的AGT-1500涡轮燃气发动机实施延寿改造。针对此项改进计划，霍尼韦尔公司将与美陆军重型旅级战斗队项目经理、坦克机动车辆司令部（TACOM）下属的寿命周期管理部门和安尼斯顿陆军军械库进行长期合作。改进的大部分工作均由安尼斯顿陆军军械库完成，霍尼韦尔公司将作为合同的主承包商，并提供工程保障、耐久性设计改良、综合保障链管理、战地维修保障、大修数据以及实况维修等。

M1系列主战坦克AGT-1500燃气轮机的维修正转变为基于状态维修的视情维修。这种维修方式将根据发动机战场记录、性能趋向和返回至仓库的拆卸分析进行目标维修，省去了标准常规维修流程，避免数百台发动机返回仓库和安尼斯顿陆军军械库，战场保障工程师得以在TIGER修理车间成功修理，返回仓库大修后的发动机测试成功率提高至40%多，同时用于提高发动机耐久性的21项设计改良正在开发、测试或者实施，从而可显著节省维修成本。

1948年，前苏联已开始军用履带车辆实验燃气轮机的研制工作，1976年三轴不带回热器的ГТД-1000燃气轮机正式装备在T-80主战坦克上。1990年前苏联进一步强化的ГТД-1250型燃气轮机（功率920 kW）装备于T-80у主战坦克。1997年，俄罗斯又研制了功率为1 103 kW的燃气轮机，作为新型“黑鹰”主战坦克（T-80уM）的动力。

4.未来外燃机的军事应用可能

外燃机以旋风动力技术公司研发的“旋风”（cyclone）外燃机较为知名，其热效率高、成本较低，便于维修保养。“旋风”外燃机热效率接近目前市场上柴油机的最高热效率，通过热量回收、采用超临界流体、高度紧凑结构等方法提高热效率。通常汽油发动机升功率为30.6 kW/L，而“旋风”外燃机升功率为114.8 kW/L。

其工作原理是：将燃料和空气泵入圆形的燃烧室，使其像旋风一样形成旋涡并在1 100℃高温下燃烧。燃烧后的气体通过一个热交换器，在1 450 kgf的压力下将离子化的水（经严格过滤去除了杂质的水）加热到650℃成为水蒸气（在高压下仍呈液态）。高压水蒸气通过气门进入气缸后迅速膨胀驱动活塞。当活塞运动到气缸远端时，水蒸气从排气口排出气缸进入另一个热交换器，在这里热量被回收并循环送回燃烧室。冷却后的水蒸气离开热交换器，进入由空气冷却的冷凝器，重新变成水并被泵入第一个热交换器，而后重新开始整个循环过程。

旋风动力技术公司希望用外燃机取代当前使用的多数以汽油或柴油为燃料的内燃机。与内燃机相比，“旋风”外燃机具有可用任何可燃物作为燃料、经济性好、排放更清洁、无须润滑剂等优点。传统的汽油机或柴油机在气缸内点燃高压混合气，需要精确的空燃比。而“旋风”外燃机与此完全不同，是在外部的燃烧室燃烧燃料，产生的热量将水转化为蒸汽驱动发动机。由于燃烧是在大气压力下在外部燃烧室进行的，因而所用燃料非常灵活，在燃烧试验中曾使用从橘子皮、棕榈和鸡肉脂肪中得到的燃料。丙烷、乙醇、生物燃料、煤、市政垃圾和工业废料甚至是从曲轴箱中排出的污油等都可以使发动机工作。

由于“旋风”外燃机可以使用100%的生物燃料（没有最低15%的石化燃料要求），因而可以真正提供石化燃料的替代方案。燃料和空气在燃烧室内以类似旋风的涡流形式混合，燃烧比较完全，废气中除了二氧化碳之外其他产物很少。另外它无须散热器、控制燃油混合的计算机和催化排气净化器等，因此重量更轻，尺寸更小，结构更简单。相比内燃机燃烧会产生超声波，需要消音器系统，“旋风”外燃机的排气是无噪声的，工作时也更安静。“旋风”外燃机的唯一润滑剂是水，没有废机油需要更换、处理或泄漏到地面，有利于保护环境，由于不需要昂贵和复杂的尾气处理装置如催化式排气净化器。“旋风”外燃机的出现为缓解传统内燃机造成的环境污染问题提供一种新的选择。

美军对其表现出浓厚兴趣，陆军希望用它来实现高效发电，海军则希望用于推进鱼雷。在军事应用方面，由于可利用多种燃料，“旋风”外燃机可解决为各种不同车辆、发电机和其他内燃机提供多种专用级别与类型的燃料而带来的巨大后勤负担问题，具有良好的军事应用前景。目前，美陆军坦克-机动车辆研发与工程中心正研究将小型“旋风”外燃机（300 mm×30 mm×430 mm）装在“艾布拉姆斯”主战坦克、“斯特赖克”和“布雷德利”等装甲车辆内，在车辆主发动机关机时，用其驱动发电机发电，以维持车载用电设备的运行，从而大幅降低燃油消耗。

美国国防高级研究计划局正在研究利用以广泛多样的天然资源作为燃料的“旋风”外燃机驱动机器人执行工作时间较长的军事任务。这种机器人被称作“能量充沛的自主战术机器人”（EATR），能自主寻找木头、草、纸或其他生物物质作为“旋风”外燃机的燃料，驱动发电机发电，以使机器人长时间工作。

旋风动力技术公司目前正在开发的“旋风”发动机主要型号如表5-1所示。

表5-1　旋风动力技术公司目前正在开发的“旋风”发动机主要型号