全球軍武大賞 M1坦克號稱油老虎？除了美軍都養不起？發動機用了40年依舊領先世界 #M1艾伯拉姆斯 #坦克

坦克的發動機作為其動力的來源 其重要性不言而喻 同樣配置的坦克 其發動機性能的好壞 直接影響到坦克的可靠性與作戰能力 然而美軍的M1艾布拉姆斯坦克 作為一款服役40多年的老將 自始至終都沒有更換過動力系統 今天大兵就來聊一聊 M1採用的燃氣輪機 為何可以用40多年不更新 要想弄清楚美軍為什麼可以 將一款發動機用40年 我們先來簡單說一說啥是燃氣輪機 自從坦克誕生以來 已經有100多年的歷史了 發動機也從汽油機轉變為柴油機 以及柴燃共存時代 這麼一個過程 而燃氣輪機與柴油機相比 主要通過葉輪的旋轉獲得動能 由啟動速度快 功率密度高 結構簡單 附加功率損失小等優點 而柴油機就不一樣了 它是網復式機械 通過連桿在氣缸中 做網復運動產生動能 所以兩者在機械能產生的方式上 完全不相同 兩者的轉速也相差甚遠 目前世界上的大多數的坦克 動力基本上採用的都是大功率柴油機 只有美國的M1坦克 和俄羅斯的T-80坦克 使用燃氣輪機作為動力 而俄羅斯的T-80 無論是發動機的可靠性 性能數據 以及實際實戰表現 都沒有M1優秀 因此M1坦克就成了世界上唯一 可靠耐用的 並採用燃氣輪機的坦克 M1坦克之所以選用燃氣輪機作為動力 其實與當時美軍在坦克技術上 要求的發展有著很大的關系 因為M1坦克早期設計時 剛好是美國坦克動力系統 發展到第三代階段 而在此之前 每支坦克發動機 佔用的車內體積 一直呈逐年增加的趨勢 所以就直接導致車輛體積增加 總體重量隨之增加 因此美軍為了扭轉這一局勢 便要求從研製第三代坦克動力系統開始 發動機必須減小尺寸 在重量要求上可以適當放寬 按照當時計劃的新型坦克總體重量 達到55噸的目標計算 坦克發動機本身重量 將控制在總體重量的5%左右 因此美軍在上世紀60年代 對軍工企業提出了硬性指標 新研製的主戰坦克單位功率 必須達到每噸18到22千瓦 那麼發動機最大功率將達到1100千瓦 根據米質馬力換算 大約為1500馬力 這樣的要求在當時 可以說是幾乎無法完成的任務 不過軍方似乎也知道 自己提出的硬性要求 很有可能無法實現 所以在研製之初就做了兩手準備 同時批准了燃氣輪機和柴油機 兩種動力方案 其中燃氣輪機作為高指標方案 一旦研製成功 將會改變世界主戰坦克動力系統的格局 而柴油機的技術就相對比較保守了 也成了保底方案 從而確保新型主戰坦克 能夠在規定期限內完成設計定型 1968年整個研發計劃順利啟動 當時的設計人員準備使用 最大功率高達1474馬力的 AVCR-1100型柴油機 通過改造並進一步提升這款發動機的性能 從而達到新型坦克 超過1500馬力的動力要求 雖然這款柴油機的性能已經很不錯了 但設計人員的改造方式有一些粗糙 他們在發動機氣缸距離不變的情況下 增加了每一個氣缸的缸徑 結果導致氣缸之間的距離縮短 最終生產出來的樣機在實驗中 出現了點火困難 扭矩低等缺點 這樣的結果讓美軍是大失所望 不過設計人員在這款即將宣告失敗的發動機上 增加了一部壓起機 並在原有發動機的渦輪增壓器實現串聯 使得改造後發動機的轉速 達到原發動機的70%時 就可以提供幾乎相同的扭矩 總功率超過了1500馬力 點火慢此類缺點也得到了解決 經過美軍400小時臺架試驗後 這架新型發動機被定名為 AVCR-13602 不過這款性能出色 質量可靠的發動機 最終卻沒有成為M1坦克的主要動力 當然了 並不是說它不好 而是無法做到大批量生產 如果當時美國的軍工企業 想要達到生產這款柴油機的能力 至少需要數年的準備時間 這點就無法滿足美軍對M1坦克 儘快定型並裝備部隊的要求 再加上燃氣輪機正好符合當時 美軍在裝備發展方面 極力追求的技術先進的思想 然而燃氣輪機在研發上非常順利 整體性能也比柴油機更強 兩者之間最大區別 是燃氣輪機採用了旋轉式葉片 而柴油機是往覆式活塞 再加上燃氣輪機 進氣壓縮燃燒膨脹的工作過程 都在葉片機中進行 與機體並不發生接觸 有些部件之間甚至還是氣動結構 不僅降低了部件的摩擦 還提高了連續工作的效能 而這些設計上的優勢 使得燃氣輪機的轉速 能達到柴油機的10倍以上 所以燃氣輪機在所有方面 基本上是碾壓柴油機 曾在1976年 兩輛XM1坦克樣車 分別搭載AVCR-13602柴油機 和AGT-1500燃氣輪機 在阿布丁實驗場進行了比較測試 在各項測試中 有一項是0到32公里的加速度實驗 從這項測試名字就能看出 其實與汽車零百加速差不多 而坦克需要這樣測試的原因 在於當時各國都在研發 劣肩式火空系統 因此美軍根據當時以及下一階段 坦克火空系統可能達到的指標來計算 如果坦克能在12秒內 從0加速到每小時32公里 那麼就可以完全擺脫 敵方坦克火空系統的瞄準了 在這項測試中 雖然搭載了AVCR-13602柴油機的樣車 也能達標 但是搭載AGT-1500燃氣輪機的樣車 加速只需要6.1秒 所以生不逢時的AVCR-13602柴油機 最終在1976年 被AGT-1500燃氣輪機取代了 1965年10月 美國斯特拉特福陸軍發動機廠 與康萊明渦輪發動機公司合作 拿出了直升機採用的T-53型燃氣輪機 作為即將誕生的 AGT-1500燃氣輪機的樣本 而這款燃氣輪機的設計思路中 研發人員將模塊化作為設計思路 在這60年代中期 是十分難得的 整個發動機由機頭組件 機尾組件 輸出模塊和附架模塊 四大部分組成 機頭組件包括了進氣口 低壓壓起機 高壓壓起機 燃燒室和高壓渦輪 機尾組件中 則包含了低壓渦輪 高壓渦輪和一部回熱器 輸出模塊主要是一部行星減速器 最後將液壓泵 燃燒控制器 啟動器 機油泵 機油濾清器等部件 通過一個綜合齒輪箱連接 集中安裝在機頭組件下端 而研發人員為了能進一步提高 發動機的最佳轉速區間 動力渦輪進氣口風扇的葉片 採用了可調節式的設計 在發動機工作時 燃油調節器的調節壓力油 會進入油箱 再通過槓桿操縱一個環形齒條 扇葉頭部有一個連接桿 與齒條捏合連接 這一套機械裝置 使動力渦輪風扇的扇葉 實現了30度的可調式結構 這種複雜的機械設計 不僅確保葉片能夠靈活轉動 同時還降低了漏氣量 值得一提的是 扇葉連接桿 與這套設備之間的縫隙 最大隻有0.08毫米 要達到這樣的加工精度 在當時是十分困難的 並且會提高整個發動機的製造成本 一般的國家 即使有錢也玩不轉 不過 只有強大的發動機還不行 還需一套先進可靠 並且與發動機相匹配的傳動系統 將巨大的馬力轉化為超強的機動能力 當時美軍根據多國發展坦克的實際經驗 得出了一個結論 由於傳動系統的機械結構比較複雜 且部件加工和組裝生產難度大 如果研發過程不順利 會導致坦克定型的時間大大增加 為此為了讓傳動系統 不拖延M1坦克的後腿 美軍在動力單元採用了兩種方案並進的同時 傳動方案也分別衍生出了 適應柴油機的3A 和適應燃氣輪機的3B兩種方案 這兩種方案採用的都是 液力機械式全自動變速箱 共有四個前進檔和兩個倒檔 由液力變矩器 行星變速裝置 液力泵 液壓馬達 液壓制動器 五個部分組成 其中液壓泵和液力馬達 負責控制車輛的轉向 這種雙流傳動的設計 使M1的轉彎半徑連續變化 實現了以坦克中心點為軸的 原地中樞轉向 不過在當時 這種獨特的轉向方式還是第一次出現 因此也成了M1坦克的絕活 而在操縱方式上 M1坦克也是一大創新 採用了類似於摩托車的T型操縱桿 駕駛員在駕駛時 通過扭動手中的把手 就能控制坦克兩個履帶行駛方向和速度 當駕駛員需要中樞轉向時 只需要反方向擰動兩個握把 坦克就會在原地旋轉 在實用性上 這種T型操縱桿用起來 也要比方向盤靈活得多 但它的基本原理 其實和擋桿式操縱桿差不多 只不過是把扳動擋桿的動作 變成了扭動把手 不過這個看似無關緊要的小改動 卻讓坦克的駕駛變得十分容易了 很大程度上節省了駕駛員的體力 讓駕駛員能夠把精力 集中於觀察周圍情況 對坦克的作戰能力有著很明顯的提升 整體來說 M1坦克的動力系統 在發動機動力集成設計領域 開創了成功的先例 截止目前都是坦克中標杆性的存在 因為集成式的設計 能使發動機和傳動兩大單元 從結構繼承和性能匹配上 形成一個整體 每個部件都是整個系統的一部分 而不是追求某一個功能 或者某一項指標的單獨提升 動力包的設計思路 也將過去以單個動力部件為主 變成了以動力系統為基礎 從而提高整車的性能 就比如發動機系統中的 劍臂式回熱器 它是提高燃氣輪機能量轉換的關鍵部件 由外部殼體和內部芯體組成 其中芯體是由600片 經過沖壓加工形成的波形板片組成 每個板片的厚度在0.153到0.2毫米之間 每兩個為一組 通過激光焊接 形成一個外徑680毫米 內徑370毫米 長度580毫米的整體 這個部件最難的部分 是波形板片的形狀與尺寸 因為不僅要兼顧整體的散熱效率 同時又要考慮到使用效率 根據當時美軍的實驗 發動機使用的功率越低 回熱器就會越省油 不過這並不是無限量的降低 最多能達到40%的省油率 隨著發動機工作的功率逐漸加大 省油的效果也會逐漸下降 而在AGT-1500燃氣輪機達到1500馬力峯值時 回熱器的省油效率將不足10% 雖然這樣的部件 在坦克高速行駛時作用不大 但如果將其整合到M1坦克整車環境中 進行綜合考慮 回熱器將會是一個非常實用的神器 因為在坦克啟動時 發動機本身和業力傳動系統的工作特點 怠速或者緩慢行駛時 會產生很大的油耗 而堅壁式回熱器的使用 就成了降低油耗 提升坦克整體性能的合理部件 所以AGT-1500燃氣輪機和傳動系統的結合 不僅使M1A1坦克順利定型 同時也為美軍燃氣輪機動力系統技術 奠定了一個非常紮實的基礎 綜合M1坦克動力系統的研發過程 設計特點來看 以AGT-1500燃氣輪機作為主要動力 搭配業力傳動的集成化動力方案 形成了美國首套具有集成化設計理念的 M1A1動力系統 同時也是符合美軍對於 研製一款新型主戰坦克需求的正確選擇 最後不得不提一下 都說燃氣輪機是油老虎 但大兵卻不認同 首先M1坦克油耗高是沒錯 但這是跟它的體重和性能相匹配的油耗 並不是燃氣輪機本身油耗就高 我們如果以同時代主戰坦克做橫向對比 會發現M1的油耗一點也不高 而且還很省油 比如M1的百公里油耗大約為380升 相同重量級的挑戰者 百公里油耗就高達近400升 那纔是真正的油老虎 由此可見M1的燃氣輪機 油耗其實並不算高 而燃氣輪機提供的機動性和燃油適應性 也是其他坦克望塵莫及的 簡單來說M1坦克採用的燃氣輪機 在動力方面足以碾壓其他柴油機坦克 這也就是為什麼M1能服役40多年 還不更換動力包的原因 目前的燃氣輪機還沒有被完全開發 未來還有很大的提升空間 好了各位今天的視頻就到這裡 大家還想看哪些裝備解析 歡迎留言討論 我是大斌 我們下期視頻再見