第四代坦克搭載的傳動(dòng)系統(tǒng)需滿足哪些要求?

        科普中國(guó)-軍事科技前沿 2021-02-25 17:45:14

        坦克傳動(dòng)系統(tǒng)可以根據(jù)能量傳遞形式的不同,分為機(jī)械傳動(dòng)、液力傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)等。其中,機(jī)械傳動(dòng)是一種出現(xiàn)較早、技術(shù)最為成熟、結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的傳動(dòng)方式,在第一代、第二代坦克中被廣泛采用。最顯著的特點(diǎn)就是駕駛員需要根據(jù)路面情況,通過(guò)操縱桿反復(fù)切換檔位,起步性能較差且工作強(qiáng)度太大,如果在6月份的南部地區(qū)駕駛坦克,體重75-85千克的駕駛員兩個(gè)小時(shí)排出的汗液平均超過(guò)3千克。

        圖注:坦克動(dòng)力艙占據(jù)了車體內(nèi)較多體積,隨著無(wú)人炮塔逐漸被各國(guó)接受,乘員艙全部布置在車體內(nèi)后,減小動(dòng)力系統(tǒng)體積就顯得更為迫切。

        目前主流的坦克液力傳動(dòng)系統(tǒng)采用綜合液力變矩器,它的工作原理是:發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的機(jī)械能通過(guò)液力變矩器轉(zhuǎn)化為液體的動(dòng)能,然后再變成機(jī)械能傳遞給工作部分。由于液力傳動(dòng)裝置在多數(shù)不同路面形成的阻力變化范圍內(nèi)具有自適應(yīng)性,因此可以簡(jiǎn)化變速機(jī)構(gòu),防止發(fā)動(dòng)機(jī)熄火,同時(shí)采用液體作為傳動(dòng)介質(zhì)的液力變矩器,可有效地降低傳動(dòng)裝置的沖擊載荷,提高發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置壽命,這就是我們常說(shuō)的“無(wú)級(jí)變速”。因此,液力傳動(dòng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于輕型坦克裝甲車輛傳動(dòng)系統(tǒng)中,但液力傳動(dòng)的致命缺點(diǎn)是傳輸效率較低,因此,采用液力變矩器的坦克裝甲車輛往往需要額提升加發(fā)動(dòng)機(jī)功率,以滿足高機(jī)動(dòng)性的需求。

        圖注:生產(chǎn)坦克液力傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于工藝要求極高,我國(guó)曾在60-70年代進(jìn)行過(guò)相關(guān)技術(shù)探索嘗試但沒(méi)有成功。

        在三代坦克技術(shù)逐漸普及的今天,世界部分坦克技術(shù)強(qiáng)國(guó)開(kāi)始了對(duì)于地四代坦克技術(shù)的探索,在四代坦克研制總體要求中,動(dòng)力系統(tǒng)整體降噪和提升單位體積功率被多數(shù)國(guó)家認(rèn)為是未來(lái)技術(shù)的主要突破方向。傳動(dòng)系統(tǒng)作為比發(fā)動(dòng)機(jī)更加復(fù)雜的坦克子系統(tǒng),如果能改變其工作原理,將有望使動(dòng)力艙內(nèi)的空間布置更加合理。因此,電傳動(dòng)技術(shù)由于其工作原理是將傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式“以零部件的剛性連接”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙阅芰康娜嵝赃B接”,即將發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能通過(guò)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能,再通過(guò)電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出到主動(dòng)輪,這種以能量作為動(dòng)力傳輸介質(zhì)的工作原理在設(shè)計(jì)時(shí)受空間局限小,因此具備自適應(yīng)性好的特點(diǎn)。然而在目前階段,電傳動(dòng)的生產(chǎn)成本較高,這主要是對(duì)有色金屬等稀有材料的消耗過(guò)大,不利于戰(zhàn)時(shí)快速生產(chǎn)。而且電傳動(dòng)技術(shù)在目前階段的電氣設(shè)備十分復(fù)雜,轉(zhuǎn)化效率低。我們?cè)?jīng)做過(guò)一項(xiàng)試驗(yàn),在一輛設(shè)計(jì)戰(zhàn)斗全重55噸的履帶式車輛上改裝電傳動(dòng)系統(tǒng),只有當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率達(dá)到2583馬力時(shí),坦克才能正常轉(zhuǎn)向,這相當(dāng)于我國(guó)99A主戰(zhàn)坦克發(fā)動(dòng)機(jī)功率的1.72倍。發(fā)動(dòng)機(jī)功率過(guò)大,不僅造成油耗增加,為了保證達(dá)到行駛里程,需要浪費(fèi)大量的空間裝在燃油,而且發(fā)動(dòng)機(jī)喘震也會(huì)增大,對(duì)全車各個(gè)系統(tǒng)的壽命造成影響。如此來(lái)看,電傳動(dòng)系統(tǒng)雖然在理論上能夠使空間設(shè)計(jì)更加合理、并且噪音遠(yuǎn)低于機(jī)械傳動(dòng),但附加成本太高,有些得不償失。因此,我個(gè)人的觀點(diǎn)是:電傳動(dòng)技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)介質(zhì)從機(jī)械為主到能量為主,為將來(lái)提升四代坦克空間利用效率提供了一種全新的原理思路,但就現(xiàn)階段而言,電傳動(dòng)技術(shù)仍然要在試驗(yàn)臺(tái)加上等候周邊技術(shù)進(jìn)步,才能再有取得重大進(jìn)展的希望。

        圖注:中國(guó)和俄羅斯的坦克普遍采用V型12缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)

        坦克傳動(dòng)系統(tǒng)按功率傳遞路線的不同,可分為單功率流傳動(dòng)和雙功率流傳動(dòng)裝置。

        根據(jù)變速箱的布置方式,單功率流傳動(dòng)裝置還可分為單變速箱和雙側(cè)變速箱。在單功率流傳動(dòng)裝置中,它的功率從發(fā)動(dòng)機(jī)輸出后,依次經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、離合器、齒輪變速箱,然后再經(jīng)轉(zhuǎn)向機(jī)、分配到兩側(cè)的側(cè)減速器,最后傳至主動(dòng)輪。單功率流傳動(dòng)裝置的變速機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用串聯(lián)式設(shè)計(jì)。工作過(guò)程中最明顯的缺點(diǎn)是在轉(zhuǎn)向時(shí)消耗的功率較大,轉(zhuǎn)向性能較差。

        在雙流傳動(dòng)裝置中,發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的功率要分別通過(guò)變速和轉(zhuǎn)向兩個(gè)功率流轉(zhuǎn)分路同時(shí)傳遞到車體兩側(cè)的主動(dòng)輪上,這兩條相互獨(dú)立的分路也就被稱為變速分路和轉(zhuǎn)向分路最終將功率傳遞給主動(dòng)輪,這是由于這種并聯(lián)式的設(shè)計(jì),車輛行駛性能和轉(zhuǎn)向性能不僅不會(huì)相互干涉,而且還能夠相互配合,使車輛具有較好的機(jī)動(dòng)性。

        劉曉峰:裝備專家,長(zhǎng)期從事武器裝備論證、預(yù)研制工作,主持軍工企業(yè)省部級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng),為國(guó)防裝備建設(shè)提供決策性重要參考1項(xiàng),參與新一代裝備關(guān)重件試制工作2項(xiàng),為裝備研制和使用部門(mén)提供重要建設(shè)性改進(jìn)意見(jiàn)并得到采納2項(xiàng),擁有行業(yè)內(nèi)著作1部,在《坦克裝甲車輛理事會(huì)論文集》發(fā)表裝備發(fā)展規(guī)劃論文1篇。

        出品:科普中國(guó)

        作者:劉曉峰

        策劃:金赫

        監(jiān)制:光明網(wǎng)科普事業(yè)部

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