美軍艾布拉莫斯X和韓國K-3，都要啟用混合動力模式！ 近些年來

近幾年 全球各大汽車廠商都開始將傳動燃油發動機與電動機或者是氫燃料電池等技術組合在一起 來發展不同的混合動力技術解決方案 以美國的Iblams-X與韓國K-3為代表的多個下一代主戰坦克項 都表明要啟用混動技術來增強坦克的未來作戰能力 那麼混動技術對坦克性能究竟有哪些增益 又是哪種混動技術最適合坦克呢 今天我們就來聊一聊這個話題 所謂的混動技術就是指使用兩種以上的能源來產生動能驅動載具的技術 因此驅動系統也可以多套並存 但一般來說都是用一組化石燃料驅動系統 再外加一組新能源驅動 例如汽油柴油液化石油氣與電池燃料電池太陽能的組合 也就是將內燃機與電動機和渦輪機等技術組合在一起 混動技術剛出現時人們常常會關注環保意義 但其之所以吸引各國軍方注意 主要還是因為混動技術帶來的作戰潛在優勢 首先混動技術可以減少坦克同等行駛距離下的燃料消耗 降低軍隊後勤補給的壓力增強坦克的續航性能 並且電動機的存在也能使坦克的動力更充沛 其次混動技術賦予了坦克在必要時關閉發動機 用純電動模式隱祕接近目標的能力 當發動機處於關閉狀態 不論是熱輻射信號還是噪音的釋放都會大大降低 這樣的特性非常符合坦克衍生化的潮流 但在分析究竟哪種混動技術最適合坦克這樣的軍車時 我們還是要做一個區分 那就是軍車對於動力的偏好 與一般的民用汽車相比還是要比較大的區別的 首先軍車對動力系統的確存在高性能的要求 但這種高性能主要側重於扭矩水平與前期加速響應性能方面 至於行駛最高速度和最大輸出功率方面則沒有那麼高的需求 所謂扭矩就是能使物體轉動的力矩 是衡量發動機轉動力量的物理量 簡單來說扭矩大的發動機不一定會讓車輛跑得更快 但一定會讓車輛在爬坡與負重時表現得更加從容 能夠更加輕易的克服惡劣地形脫離坑窪困境 以目前各國的主戰坦克為例 其發動機扭矩輸出水平基本上都明顯高於功率輸出水平 德國鮑爾坦克使用的KA501 12缸柴油發動機 最大輸出功率1103千瓦約合1500馬力 但扭矩輸出高達470牛米 在發動機轉速達到1600轉時就可以實現了 美軍的M1A1使用的是AGT1500型燃氣輪機 最大扭矩輸出可達3730牛米 即使處在轉速較低的狀態也能輸出高達904牛米的扭矩 而即使我們不看這兩款坦克的具體動力參數 只看它們的動力裝置類型 也能發現坦克對於扭矩參數的看重 鮑爾裝載的柴油發動機與用汽油驅動的普通發動機相比 在扭矩輸出方面就具有先天的優勢 這是因為柴油的能量密度比汽油高 在同等燃料燃燒過程中能夠釋放出更多能量 以產生更大的扭矩 這就使得柴油發動機在特種車輛市場中受到廣泛歡迎 從軍用的坦克、裝甲車到民用的挖掘機、推土機 都偏向用於柴油發動機 而美軍M1系列坦克使用的AGT-1500燃氣輪機 同樣也是一種大扭矩輸出的設備 並且結構更簡單,使用壽命也會更長 在坦克所看重的前期加速響應能力方面 AGT-1500燃氣輪機的表現同樣出色 其能讓M1坦克在7秒之內完成0到32公里每小時的前期加速 保障了坦克隨停隨走的能力 但扭矩輸出大,加速響應快 同樣也是電動機的物理特性 既然如此,目前市面上的哪種混動方式纔是最適合坦克使用呢? 我們接下來就一起來看看 就目前各個汽車廠商公開的混動技術解決方案來看 坦克能選擇的混動技術主要可以分為三大類 也就是串並聯混動、增程式混動和功率分流式混動 當然,各個廠商在開發自家混動技術時 又會在各三大類型中做專門優化 衍生出來的名稱也是五花八門 我們首先來看串並聯混動模式 該模式主要是由發動機、發電機和驅動電機這三大動力單元構成 在該工作模式下,載具能夠在低速行駛時實現純電驅動 全部依靠電池組供電驅動電機工作 若是遇到低電量模式,還能啟用串聯模式 讓發動機帶動發電機發電,來確保驅動電機正常工作 此時發動機並不參與載具驅動 但如果載具需要高速巡航或者需要進行極加速等性能操作時 也可以進入並聯模式 讓發動機和驅動電機共同工作,以實現載具動力輸出的最大化 目前大部分插電式混動解決方案都使用過這種技術框架下的相關設計 對於軍用坦克來說,串並聯技術的最大優點就是實現動力輸出的最大化 讓坦克在加速、爬坡以及搶佔有利位置時獲得優勢 至於動力模式轉換頓挫對於舒適性的影響 在軍用場景下並不算什麼大問題 真要說缺點,還是相對複雜的動力總成結構 可能會增大坦克的維護成本,影響坦克的作戰穩定性 並且該模式還要求一定的電池體積 坦克要如何在將體積較大的電池內置於坦克車身中 並做好電池防暴,車廂安全優化會是一個潛在的風險 因為坦克畢竟是要去戰區作戰的 如果給車組帶來更多的使用痛點 那不如不上這種技術 並且串並聯技術在坦克等軍用車輛領域的應用前景 還是要看電池技術在未來十年是否能取得關鍵突破 如果電池的能量密度可以進一步提高 或者防暴性能獲得提升 那麼電池的體積和重量就可以做得更小 安全性與穩定也會更高 串並聯混動模式也就會更適合坦克選用 並且更好的電池對於增程式混動和功率分流式混動同樣會有一定幫助 我們下面就來看看這兩種混動解決方案是否適合坦克裝載使用 增程式混動方案本質上是將串並聯模式中的串聯模式單獨提取出來 雖然動力系統中也存在發動機 但發動機始終都不會直接驅動載具 而更像是一個移動的發電機 與現代軍艦使用的全電推進技術有異曲同工之妙 所有動力來源的最終歸屬都是驅動電動機工作 不過坦克就算使用增程式解決方案也依舊會存在兩種工作狀態 一種是當動力電池電量充足時 完全由電池輸出電能驅動電動機工作 推動載具前進 車載發動機此時則完全不需要工作 直到載具電池電量不足了 發動機才會啟動 開始帶動車載發電機發電 驅動電機繼續工作 發動機並不直接介入動力系統 產生的電能主要還是為電池充電來延長載具的持續行駛里程 通用公司應在雪佛蘭和別克上的VELT技術 就可以歸納在增程式技術下 日本日產或者是尼桑公司之前推出的EPOWER技術 也帶有增程式的影子 但其車載內燃機還是可以間歇性的直接驅動車輪 因此在技術上還是有區別的 但從整體上來看 增程解決方案如果要應用在坦克等軍用載具上 還是存在一定缺陷 本來增程式最大優點 就是不存在動力切換時的頓挫感 具備較高的動力平順性 但這種舒適性改善對於坦克和裝甲車來說 其實是無關緊要的 並且增程方案下載具發動機 僅僅被用來充當移動發電機的角色 從能量轉換效率上來看 似乎是有些浪費了 與軍艦使用全電推的情況還是很不一樣的 軍艦畢竟尺寸夠大 能夠搭載大燃氣輪機、大電機 燃料儲存空間也比較多 而下一代主戰坦克都在追求減重 都在朝著70噸以下的重量設計 不太可能去裝載一臺只用來發電的引擎 更何況增程式解決方案的系統結構 同樣較為複雜 或許也不太適合坦克簡單可靠的需求 而以豐田THS技術為代表的 功率分流式混動技術 與前面提到的這兩種技術相比 主打的就是一個運行可靠性 目前持有該方案的技術的車廠 主要是豐田和福特 福特的Power Split技術 也是遵照豐田THS技術路線 這種方案不會將動力轉化成純電來驅動 而是將功率輸出做分配 一部分走機械傳動 一部分走電力傳動 這樣不論載具形式狀態如何 發動機都會盡可能在更高的效率區間來進行運轉 也正是因為發動機 不用因為行駛狀態變化 來頻繁改變自身的轉速區間 載具發動機在低效工況下的運行時間 也得以降低 這就減少了零部件之間的磨損 有利於提升動力系統的耐用性和可靠性 比較符合坦克動力系統簡單耐用的追求 並且功率分流式混動技術 與其他混動方案相比 也並不需要體積和重量那麼大的電池 這對於坦克內部的空間設計和裝置排布來說 顯然是一個好消息 一塊更小的電池也意味著更低的損傷概率 當然功率分流式技術 同樣也存在自身固有的問題 例如高速性能不佳 純電續航里程較低 不過這兩個缺點對於坦克來說 還不算什麼硬傷 畢竟坦克使用混動技術 看重的還是電機帶來的高扭矩 以及順時加速反應能力 但也正是因為這個原因 功率分流式模式中 電機功率相對較小 性能釋放不夠激進的特性 可能也會讓軍方客戶不太滿意 至於未來的坦克究竟會以哪一種混動技術為主 又是否會走向純電動化的方向 也歡迎大家在評論區發表各自看法 我是大斌 我們下期節目再見