燃气轮机装上国产坦克.docx

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燃气轮机装上国产坦克

燃气轮机装上国产坦克

　　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。

　　燃气轮机坦克的驾驶体会

　　作为一名坦克驾驶员，我有幸参加了燃气轮机坦克的装车和在北京地区的试验工作，亲身体验了燃气轮机坦克的驾驶“乐趣”，也学到了很多的新知识。

根据笔者初步的驾驶体会，感到装有同等功率柴油机的坦克相比，装有燃气轮机的坦克具有更好的地面适应性，坦克的越野性能与转向性能也更好，燃气轮机的扭矩特性优于活塞式发动机。

1978年冬季，燃气轮机坦克曾与59式中型坦克进行了通过各种障碍的对比试验，试验证明，燃气轮机坦克比59式坦克具有更好地通过障碍的能力。

由于它具有良好的扭矩特性和地面适应性，在通过障碍的关键时刻可以把车速控制得非常低，因此通过时特别平稳，其撞击和颠簸的程度明显小于59式坦克。

众所周知，坦克在通过断崖、崖壁、梯形壕、土岭、弹坑等各种障碍时，车辆受到的冲击负荷最大，通过时坦克的运动阻力和车体姿态也在不断变化，驾驶员要根据这些随机变化的因素适时适量地加、减油和进行制动等各种操作，稍有不慎就会发生严重颠振撞击或熄火，装有燃气轮机的坦克从未发生过上述现象，比装用活塞式发动机的坦克表现要好。

　　由于燃气轮机的扭矩特性好，地面适应能力强，使得燃气轮机具有良好的转向性能。

燃气轮机比柴油机的转速范围大得多，它每分钟3万多转的转速经坦克传动装置减速后，转向时的转速仍有0～2200转／分的范围，而柴油机坦克维持转向时的转速仅为550～2000转／分，这就明显提高了燃气轮机坦克的转向性能，之所以如此，是因为燃气轮机为坦克提供了较宽的转向速度范围和较大的转向动力范围。

在北京某试验场进行水泥地面实际360度的转向试验测试时，燃气轮机坦克能以220～2200转／分的转速（发动机扭矩170～309千克?

米），完成一周的转向，而59式坦克仅能以550～2000转／分的转速（发动机扭矩187～230千克?

米）范围完成一周的转向，否则油门控制不好容易造成发动机熄火。

　　燃气轮机坦克曾与59式坦克在京郊的水泥跑道上进行了加速性的对比试验，当时外界气温为25.4摄氏度，对比试验的结果为：

燃气轮机坦克加速到44千米／小时的时间是26秒，加速距离是214米；而59式坦克加速到44千米／小时的时间是39秒，加速距离是344米。

从试验结果可以明显看出，燃气轮机坦克的加速性能优于59式坦克。

试验时，燃气轮机坦克可以直接用V档起步，而59式坦克必须用Ⅱ档起步，然后再经过三次换档才能逐级换上V档，这不仅增加了驾驶员的操作疲劳，更增大了各次换档的速度损失。

另外，据有关资料介绍，装有燃气轮机的美国M1坦克从0加速到32千米／小时的时间仅为6秒，而装用活塞式发动机的M60坦克加速到同样的速度则为26秒，这都充分说明装有燃气轮机的坦克比装用活塞式发动机的坦克加速性能要好得多。

　　1979年12月～1980年1月，燃气轮机坦克在塔河高寒地区进行了低温起动性能试验，试验过程中，燃气轮机坦克在全天平均气温零下40摄氏度、最低气温为零下49摄氏度的环境条件下，不采用保温措施，起动前不预热加温，即可直接起动，并且一次起动成功。

而装用活塞式发动机的59式坦克，当外界气温低于5摄氏度时，起动前就需用油水加温器进行加温预热，加温预热时间一般为30分钟左右。

当外界气温低于零下20摄氏度时，活塞式发动机还需要预热两次，加温时间就更长了。

这都增加了乘员的工作量和出车前的准备时间，对作战使用是很不利的。

　　由于燃气轮机结构简单、重量轻，因此便于在坦克内的安装布置，不像柴油机那样需要很大的安装支架，而是采用很轻便小巧的球形铰链结构，固定拆装方便。

而且，燃气轮机具有转速高、马力大、体积小等优点，装车后使得该车动力传动部分的多余空间比较多，不像活塞式发动机坦克动力舱那样拥挤狭窄，为乘员对坦克的检查保养带来了很多方便。

另外，燃气轮机没有水冷系统，没有水散热器和四通八达的水管及水泵等附件，这给发动机的布置、安装和平时的保养也带来很多方便。

　　坦克更理想的动力装置

　　如前所述，与活塞式发动机比较，燃气轮机具有许多独到的长处，所以很多人认为它是未来坦克理想的动力装置。

但是，燃气轮机在国内首次试装到坦克上摸底试验时发现，有时它存在着“喘振”的问题。

由于引进的ST6J-771燃气轮机不是专门为坦克设计的，加之69式坦克上更没有与燃气轮机配套的液力传动系统，利用现有的定轴式变速箱机械传动装置，在行驶过程中如果加油或减油过猛，燃气轮机就容易出现短时间的“喘振”现象。

燃气轮机的“喘振”比T-34坦克发动机临界转速时的“共振”具有更大的危险性，容易造成燃气轮机的损坏，所以必须设法避免“喘振”现象的发生。

　　为什么会出现“喘振”现象?

因为燃气轮机作为坦克的动力装置，不可能像它作为飞机、气垫船、扫雪车或发电设备等的动力装置那样，经常在较为稳定的工况条件下运转。

坦克越野行驶的地面条件非常复杂，交变负荷变化幅度很大，坦克驾驶员要根据行驶路面的需要，经常做加、减油的动作，致使燃气轮机上的压气机的基本参数（如空气的流量、压比、机器的转速和效率等）也随之变化，当流进压气机的空气容积流量减少到某一数值时，流经压气机工作叶片的气流会产生严重分离现象，使压气机不能稳定地工作，这时在压气机中的空气流会强烈地脉动，空气流量忽大忽小，压比随之上下波动，压力时高时低，甚至有时会出现气流从压气机倒流到大气中的现象，于是就出现了“喘振”现象。

每当喘振出现时，在排气管附近的人，有时会感到有一股交变脉冲波作用在脸上、耳膜上和帽子上（特别是戴单帽时更为明显），同时燃气轮机伴有一种低频的狂风股的吼叫声，使压气机的工作叶片和整机产生强烈的振动，严重时可能损坏压气机的叶片。

我们相信，随着我国坦克用燃气轮机的问世和与之配套的坦克传动系统的发展，肯定会彻底解决“喘振”的问题。

　　笔者通过实际驾驶装有ST6J-771燃气轮机的试验坦克，觉得该车发生“喘振”现象的时机包括：

燃气轮机由低速向中速加速时、由高速急剧减油时等。

另外，在起动过程中人为加油时，也容易产生“喘振”现象。

为防止“喘振”发生，我们采取了如下的做法：

起动燃气轮机前，将手加油齿杆推到停止给油位置，起动时不要踏加油踏板，以保证燃气轮机用惰转起动；为防止从低速加速至中速过程中的“喘振”现象，待燃气轮机起动1分钟后，再将压气机的转速用手加油齿杆固定在65％～70％的位置上，在此基础上再加速提高发动机的转速；高转速运转时，不要急剧地大幅度减油；使用中按时清洗空气滤清器，并且检查压气机通流部分污染情况，必要时进行清除。

　　坦克下陡坡时完全松开加油踏板，活塞式发动机都能对坦克实施制动，即下陡坡时发动机不仅不产生动力，而是通过坦克行动部分和传动装置带动发动机曲轴旋转，发动机变成了一个纯粹的制动机器，而且档排越低制动力越大，这就是所谓的发动机制动。

在下陡坡进行发动机制动，效果很好，因为这种制动方法特别平稳，不会引起履带横滑，安全实用，下陡坡时再适当地配合使用脚制动器对坦克进行制动，能很好地预防车辆事故。

由于双轴式燃气轮机的牵引涡轮与压气机涡轮无机械联结，所以坦克下陡坡时，燃气轮机不能对坦克实施制动，这对坦克下陡坡时的操作非常不利，造成下陡坡时操作困难且易发生事故。

如果用燃气轮机作为坦克的动力装置，这是必须解决的问题之一。

随着坦克液力传动装置的上马，这个问题就迎刃而解了。

例如，美国M48A3坦克的CD-850型综合液力机械传动装置，为提高下陡坡时发动机的制动力，坦克下陡坡时（27～31度），驾驶员可以用挂倒档的方法通过，而且油门越大制动力也越大，当油门大到一定程度时，坦克下陡坡的速度则明显减速，乃至能停在陡坡之上，如果再继续加大油门，坦克则开始用倒档向上爬坡了，通过笔者多次驾驶该型坦克，觉得它的这种下陡坡时的制动方法是可取的。

　　在我们对燃气轮机进行装车试验时，还发现燃气轮机的油耗高于活塞式柴油机，但是我们相信，随着回热器和可调喷嘴等技术的进一步发展，油耗偏大的问题会得到彻底解决。

另外，燃气轮机工作时需要的空气量也很大，如ST6J-771燃气轮机在额定工况时需要的气量为2.68千克／秒，为同等功率活塞机的4～5倍，因此空气滤清器及其进气系统的尺寸比较大，但是气耗大比油耗大好解决得多，况且地球上的气源是取之不尽而且不用花钱的!

　　燃气轮机作为坦克的动力装置，也和宇宙与人世间的任何新生事物一样，在它破土而生逐渐“成长”的时候，必然存在这样那样的不足，但是经过初步的装车行驶试验，我们能明显体会出其光明的应用前途，因为它与活塞式发动机比较，有着某些独到的优点和长处，所以燃气轮机必然也会像活塞式发动机那样，在坦克和其它车辆上得到广泛应用。

　　由于T-80主战坦克的GDT-1250燃气轮机并不成功，所以苏联在T-64坦克所使用的5TDF发动机基础上发展了6TD，装备了后期的各型T-B0。

据称最新的6TD-2的输出功率已经达到1500马力。