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[其它杂谈]世界科技全景百卷书 坦克的动力装置 [第214页] |
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世界科技全景百卷书: 坦克的动力装置
1.坦克动力装置的作用 坦克的动力是由发动机及其辅助系统组成的。发动机的辅助系统包括燃油供给系、空气供给系、润滑系、冷却系、加温系和起动系等。 坦克的动力装置是坦克的动力源。它主要用来产生推动坦克运动的牵引力并使坦克达到所要求的速度。该动力装置还要带动发电机发电，向车上的用电装置供电并给蓄电池充电，带动液压和气压装置运转。人们常把动力装置比作坦克的“心脏”，足见它在坦克中的地位是十分重要的。 2.现代坦克发动机的种类 坦克柴油机：自1954年5月苏T-34中型坦克上首先采用大功率柴油机至今，现代坦克绝大多数都采用高速柴油机，已很少采用汽油机。这是用为柴油机的经济性好，即携带相同容量燃油的情况下，相同功率的柴油机的最大行程是汽油机的1.3～1.6倍。而且在战场上，柴油机与汽油机比较不易起火，比较安全。据统计，现代坦克柴油机，大多是多缸（6、8、10、12）、V形 （两排汽缸夹角为60°、90°、120°）、上冲程柴油机（也有对置二冲程的）。按其冷却方式，坦克柴油机又有水冷和风冷两种。 燃气轮机：尽管燃气轮机在坦克上应用的研究进行了几十年，但目前正式采用它作为主战坦克动力装置的只有美国的M-1主战坦克。 双动力装置：在瑞典的S坦克上，采用了对置活塞二冲程水冷柴油机和燃气轮机并联的双动力装置。 3.坦克动力装置的特点 坦克是十分复杂的战斗车辆。由于坦克要南征北战，要爬山涉水，在各种地形上驰骋，条件十分艰苦，所以坦克的动力装置与汽车或其他工程动力装置相比，有如下特点： 单位体积功率大：指动力装置的最大功率与其所占体积的比，用马力/ 3米 来表示。单位体积功率越大，意味着坦克发动机在一定功率下所占坦克的体积越小，坦克具有的外形尺寸就可能小，因而，单位体积功率越大的动力装置越好。 由于现代主战坦克火力和防护性的增强，重量有所增加，所以对机动性也提出了更高的要求。不仅要求有较高的行驶速度，而且特别强调加速性，这就要求坦克有很高的吨功率，要求发动机有更大的功率。如美国M-1和西德豹Ⅱ坦克吨功率为28.5～29.3马力/吨，总功率为1500马力，这就对坦克 a发动机的体积提出了更高的要求。如西德豹Ⅰ坦克的M838C（ca）500型发 3动机的单位体积功率为480马力/米 ，而豹Ⅱ坦克MB873型发动机，单位体 3积功率高达1043马力/米 ，比豹Ⅰ的提高了两倍多。 比重量小：指动力装置的重量与其所发出的功率比，以公斤/马力来表示。比重量较小，表示动力装置较轻，较好。70年代国外研制的坦克柴油机的比重量大约为1.17～1.58公斤马力。 单位体积功率大比重量小更重要，因为发动机本身只占坦克重量的4％～5％，但占车体容积的10％，而车体占坦克总重的30％～40％。可见，发动机体积的增加会引起车体体积的增大，从而使车重大幅度增加。 转速和扭矩变化范围较大，以适应坦克行驶速度和地面阻力变化大的要求。 有较好的地区适应性，即在寒区不难起动，在热区不易过热。 现代坦克发动机能使用多种燃料，以适应战时供应和使用的要求。 4.坦克柴油机 （1）柴油机的基本结构及其功用： 柴油机是由曲轴连杆机构、驱动机构和配气机构组成的。 曲轴连杆机构包括上、下曲轴箱，汽缸盖，汽缸体，汽缸垫和气门盖等固定件和活塞组，连杆组，曲轴组等运动件。它的作用是把柴油在汽缸内燃烧时产生的能转变为机械能，使活塞在汽缸内的上、下往复运动，通过连杆变为曲轴的旋转运动。 驱动机构包括喷油泵和配气凸轮轴的传动分支，发动机转速表及发电机传动分支，机油泵、水泵、输油泵等传动分支等。它的功用是把曲轴的一部分功率传递给配气机构和喷油泵，以保证向汽缸供给空气和柴油；使转速表工作；带动发电机发电；使机油泵、水泵工作，保证发动机的润滑和冷却；带动低压柴油泵以保证燃油供给等。 配气机构主要包括气门组和凸轮轴组。它的功用是按柴油机各汽缸的工作顺序，定时地开、闭气门，保证汽缸及时地排气和进气。 （2）四冲程柴油机的简单工作原理 四冲程柴油机每作一次功，每个汽缸都有进气、压缩、作功和排气四个连续过程。 进气行程：汽缸的排气门关闭，进气门开启。活塞自上死点下行，空气由进气门进入汽缸。活塞行至汽缸下死点时，进气门关闭，进气行程结束。 压缩行程：进、排气门关闭。活塞由下列点上行并压缩空气，空气受压缩后，压力、温度增高。活塞接近上死点时，开始喷柴油，柴油与汽缸内高温、高压的空气合并在高温下自行点燃而燃烧。由于柴油机的燃烧是因压缩空气产生高压、高温而燃烧的，所以又称这种发动机为压燃式发动机。 作功行程：柴油燃烧后，汽缸内压力、温度急剧升高，活塞在气体压力作用下，由上死点下行，活塞下行时通过连杆而带动曲轴旋转，这样就把柴油燃烧产生的能转变为机械能而工作。活塞行至下死点时，作功行程结束。 排气行程：作功结束后，汽缸的排气门开启，活塞由下死点上行。在活塞推动下，燃烧后的废气以高速从排气门排出。活塞行至上死点时，排气结束，排气门关闭。 由上可见，每作一次功，活塞在汽缸内上、下各两次，使曲轴旋转两圈。多缸发动机的各汽缸都按一定的工作顺序重复上述过程，发动机就连续不断地工作。 （3）柴油机的辅助系统 燃油供给系用来把燃油按汽缸的工作顺序供给各汽缸燃烧。柴油机工作时，燃油箱的燃油在低压柴油泵的作用下，经柴油粗滤清器、低压柴油泵进入柴油精滤清器，精滤后的柴油进入高压泵，高压泵按各汽缸的工作顺序通过喷油器将燃油喷入汽缸内燃烧。 空气供给系用来保证供给发动机各汽缸新鲜而清洁的空气，并将汽缸中燃烧后的废气排到车外。由于外界空气中含有大量灰尘和水分，所以在进入汽缸前必须经过滤清器进行滤清。滤清器中的积尘和水分则利用废气排出时造成的真空度，随废气一道排到车外。西方坦克也有用油浴式滤清器的，其滤清效率一般较干式滤清器效率高。 冷却系用来散发汽缸燃烧时传给发动机各机件的热量。柴油机工作时，柴油燃烧产生大量的热，从而使机件的温度增高。如不及时冷却，就会使机件温度超过一定限度而不能工作。只有进行冷却，才能保证柴油机在正常温度范围内工作。风冷发动机是靠汽缸外表面附加的散热片和强大的空气流来直接冷却。水冷发动机则以水作为介质来进行冷却，即水冷发动机工作时，通过驱动机构带动水泵，水泵将水泵入汽缸水套、水在水套中带走热量并进入水散热器，由风扇或废气引射造成的冷却气流再将水散热器的热量带到车外。经散热器冷却后的水又回到水泵，如此循环而使发动机得到冷却。 润滑系用来将润滑油不断地供给发动机各运动件的摩擦表面，以减少摩损。同时润滑油循环时带走因摩擦而产生的热，降低机件的工作温度，从而改善了机构件的工作条件，保证发动机的正常工作。润滑系的工作一般是通过驱动机构来带动机油泵，油泵的送油齿轮组将机油从机油箱中吸出，泵到机油滤清器滤清后，进入发动机的分油盖，然后分路去润滑曲轴轴承、曲轴与连杆连接轴颈，进、排气门凸轮轴等摩擦面并带走热量，然后流到下曲轴箱，经机油泵回油齿轮组泵至散热器。在散热器中，与风扇或废气弓射造成的冷却气流进行热交换。经散热器冷却后的润滑油再流回油箱。然后继续上述循环。 加温系用来加温冷却液和润滑油。在冬季，发动机的运动件与固定配合间隙的润滑机油因温度降低而变稠，从而使发动机起动阻力增大，起动困难。所以一般在气温低于5℃时，起动发动机前要利用加温器。通常水冷柴油机的加温器是燃烧柴油时产生热量来加温冷却液，加温后的冷却液在水泵的作用下，分别进入发动机汽缸水套、机油箱加温水管、水散热器等并对其加温，然后经水泵再回到加温器。如此循环以提高发动机冷却液和机油的温度直至温度为40℃以上时，才起动发动机。一般加温的时间约为15～25分钟。风冷发动机是直接将热气喷到发动机汽缸和曲轴箱上进行加温的。 起动系用来起动发动机。一般柴油机有电起动机起动和高压空气起动两种方法。有的车辆具有这两种起动能力，在起动困难的情况下，可用电、气联合起动。 对现代主战坦克，不仅要求有较高的行驶速度，而且要求有较好的加速性。这就要求坦克有很高的吨功率，即在坦克重量已定的条件下，发动机有更大的输出功率。并且要求发动机体积小、重量轻。为此，坦克柴油机一般采用下述三种方法：强化调整，即用加大发动机喷油量来提高发动机功率；增压法，即用机构方法或用排出废气的余压，带动涡轮以增加发动机的进气压力，来提高发动机功率，可提高功率30～50％；采用高增压（或超高增压）加中冷的方法，即对增压的空气在进入汽缸前进行冷却，可以提高功率一倍以上。例如，法国对AMX坦克动力装置采用超高增压技术可使功率提高为原 3机的2～5倍，单位体积功率高达1000马力/米 。美大陆汽车公司在AVCR-750、AVCR-1100、AVCR-1360柴油机中使用可变压缩比活塞，使发动机的功率和单位体积功率都得到了很大的提高。前西德 MTU公司采用中等缸径 （D=140毫米）、短行程（S=136毫米）、提高活塞平均运动速度，增压中冷， 3使豹Ⅱ坦克所用的MB873型柴油机单位体积功率高达1043马力/米 ，总功率为1500马力，因而是比较理想的。 6.坦克用燃气轮机 （1）坦克用燃气轮机的简单工作原理 经过空气滤清器的空气由燃气轮机空气入口进入，经压气机可调叶片进入轴流—离心混合式压气机 （压气机由低压压气机和高压压气机组成，分别由低压涡轮和高压涡轮驱动），经过压缩的高温高压气体经扩压段进一步升压并转90°进入回热器，在回热器中，气体由于吸收了废气的热量，使温度进一步提高，然后再进入单管燃烧室内与燃油混合并燃烧。燃烧产生的高达1200℃左右的燃气进入高压涡轮与低压涡轮。并由于膨胀作功，以驱动高、低压气机，然后进入动力涡轮，继续膨胀作功并经减速器而将动力输出。最后废气经回热器而排到车外。 （2）燃气轮机的优缺点 与柴油机比，燃气轮机的单位体积功率高，扭距变化范围大，低温不难起动，环境适应性、加速性、运动平稳性、维修方便性都好。并能使用柴油、汽油、煤油等多种燃料，消耗的润滑机油少。由于燃气轮机有这些优点，所以这是坦克的一种有发展前途的动力装置。目前瑞典的S型坦克的双动力装置和美国的M-1主战坦克都已采用燃气轮机。但是，燃气轮机也有一些缺点：比耗油率高，经济性差，需要用昂贵的材料，故成本高；坦克下坡制动、涉渡、潜渡困难。 7.转子发动机 美国和英国在过去10～15年都曾致力研究旋转活塞式发动机（又称汪克尔转子发动机）。这种发动机的单位体积功率大，结构简单，运行平稳，经济性比燃气轮机好。但是研制中结构上出现了较多问题，且不易解决。所以很难在坦克上应用。 8.绝热发动机 美国寇明斯公司正在研制绝热发动机。绝热发动机的燃烧室、活塞、阀门等高温零件是用陶瓷材料制作的，因而不需要冷却系统。它的效率高、燃油消耗低，重量和体积可比柴油机小40％。看来，它可能是未来坦克的一种较好的动力装置。 |
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