M1坦克性能全面演示

這是M1 Abrams坦克,它在啓動時的聲音像是飛機的引擎,這種坦克裝備的發動機通常用於噴氣式飛機,是爲高速運行而設計的,對於一輛重型戰鬥坦克來說這是一個違反直覺的選擇。 那麼爲什麼M1坦克會選擇這種渦輪發動機呢?這種發動機爲其提供了兩個優勢,它能比等效柴油發動機要輕得多,只有1.1噸重,同時輸出1500馬力,而挑戰者2的V12柴油發動機則只能產生1200馬力,且重達2噸。 這種緊湊性和極高的功率重量比使得M1能夠疊加更多裝甲,而不會犧牲速度。 我們可以看到渦輪發動機在較低的軸速下具有巨大的扭矩優勢,在最輕的配置下,M1重61.8噸,這相當於56輛豐田卡羅拉汽車的重量,然而這輛坦克可以在僅7秒內從0加速到32公里每小時,最高時速可達72公里。 M1主要使用柴油燃料,因爲柴油可以作爲一層額外的裝甲,液體在吸收爆炸和動能武器的能量方面非常有效,而坦克攜帶大量液體燃料,將燃料用作爆炸保護似乎是違反直覺的,但柴油燃料的易燃性並不高。 實際上,如果你把一根點燃的火柴扔進一瓶柴油中,它會熄滅火柴,柴油發動機需要巨大的壓力和持續的火焰才能點燃,因此柴油可以相對安全地用作裝甲。 然而,渦輪發動機也可以使用多種燃料類型,這在軍事後勤中是一種優勢。 在第二次世界大戰後的幾年裏,蘇聯偏愛柴油壓縮點火發動機,而美軍則使用汽油火花點火和柴油壓縮點火的混合燃料。 運輸燃料是戰爭中最大的後勤挑戰之一,需要使用多種類型的燃料,而M1可以兼容各種燃料,可使用柴油、汽油甚至煤油,這不僅使得在戰區採購燃料更容易,而且還有額外的好處,可以幫助M1在炎熱或寒冷的極端天氣條件下運行,因爲柴油燃料在低溫下會結晶,而這可以使用煤油代替。 M1的渦輪發動機與飛機的工作原理相似,但它使用的引擎仍有些區別,空氣從這裏進入引擎,被壓縮機壓縮,每個壓縮機都有單獨的渦輪級驅動,這些渦輪集由燃燒室驅動,其工作方式與飛機的燃燒室略有不同,燃燒室垂直安裝在引擎上並從引擎突出出來,這樣維護燃燒室就更加容易,只需拆下一個簡單的螺栓蓋。 引擎中有兩根傳動軸,由高壓渦輪驅動的次級傳動軸向前延伸到一個附件齒輪箱,用於驅動壓縮機、電子設備和液壓裝置,而由專用動力渦輪驅動的主傳動軸向後延伸到坦克的驅動齒輪上,這個主傳動軸和其減速器周圍被稱爲回收器,這是這種渦輪發動機和飛機噴氣式發動機之間最大的區別,工程師不希望這個發動機的熱排氣像噴氣式發動機一樣噴出來,因爲這會產生熱信號,成爲熱導導彈的 目標,向敵人暴露坦克的位置,也不希望浪費所有的熱能,回收器本質上是一個巨大的換熱器 通過它傳過來的空氣在進入燃燒室之前經過排氣加熱,從而降低排氣的熱信號,並提高燃油效率 將更多的熱能轉化回發動機,而不是散失到大氣中,然而M1仍然是一個耗油量大的機器,與柴油發動機相比 渦輪發動機每公里耗油量是其兩倍,在以每小時40公里的速度巡航時,M1A1的耗油量約爲每公里4.2升 而德國的報二每公里的耗油量爲2.2升,然而美國軍方認爲這個問題是一個值得付出代價的問題 因爲渦輪發動機提供了M1保持高加速度的能力,使其能夠攜帶大量的裝甲依然保持高機動性,M1上安裝的裝甲在過去的40年裏不斷發展和變化 關於其厚度位置材料和分層的具體細節被列爲機密 但我們對其裝甲的科學和性質仍有些瞭解,早期的M1型號使用了複合陶瓷裝甲 它主要通過一層極硬又輕的陶瓷層來提高其抗彈性能 在材料科學中,硬度是衡量材料抵抗局部變形能力的指標,鑽石的硬度非常高 因此工業上會將鑽石塗附在切削工具上,以幫助它們在不被侵蝕的情況下切割材料 硬的材料可以刮擦和侵蝕較軟的材料,硬度可以通過維持硬度測試來測量 該測試將一個金字塔形狀的鑽石推入材料中 然後通過將施加的力處以形成的壓痕的表面積來計算硬度 二戰時的亞制軍制裝甲鋼在維氏硬度測試中的硬度爲380,高碳鋼約爲550 而像碳化硅這樣的陶瓷材料則提供了高達2500的硬度,是鋼材的5倍之多 同時比鋼材要輕得多,使其成爲優秀的裝甲材料候選者 然而任何摔過餐盤的人都知道 陶瓷非常脆弱,輕微的力量就會使其破碎成無數碎片 但這對於坦克來說可以變爲優勢 當陶瓷結合更堅韌的金屬背板時,陶瓷被放置在金屬板的外側 當一發彈藥擊中這個組合時,陶瓷塗層的抗壓強度和硬度使彈藥斷裂並分解 同時陶瓷塗層開始破碎成碎片,將衝擊能量擴散到更大的區域 然後被更堅韌的金屬背板吸收 進一步的研究和實驗發現,當陶瓷裝甲處於壓縮狀態時,其表現更好 只需添加一個面板並將兩個部件螺栓固定在一起即可實現這種壓縮狀態 這顯著改變了衝擊的動力學並有利於對抗穿甲炮彈的動能攻擊 這些彈藥是專門設計用於反裝甲武器的 它們是細長的飛鏢狀炮彈 它們通常由高密度材料製成,具有薄的流線形形狀和高密度 這些武器具有極高的彈道係數,使其能夠以高速撞擊目標 壓縮陶瓷裝甲可以抵禦這些動能炮彈 當長彈炮彈擊中面板時,它會產生一個穿透陶瓷的壓力波 粉碎陶瓷並增加其體積 這在實質上創造了一個由極硬和鋒利顆粒構成的磨砂陣 炮彈穿過這些顆粒時被進行磨削以減弱威力 在這些金屬和陶瓷層的頂部,通常還有一個非常密實的內襯 稱爲SPAR襯墊 彈藥並不一定需要穿透所有的裝甲層才能具有致命性 如果它們以足夠的力量擊中 動能可以像波浪一樣穿過材料 導致坦克內部的材料破碎並變成致命的彈片 這被稱爲箭射 一些彈藥專門設計用於引發這種效果 例如高爆擊壓彈頭由軟塑性炸藥製成 可以在裝甲表面上擴散開來 通過增加撞擊表面裝甲爆炸 並將大量能量傳遞到裝甲的背部 它通過將壓縮衝擊波傳遞到材料中 並在材料內反射和彈回 產生高硬力區域 從而破裂裝甲 SPOIL襯墊是一種具有延展性和高密度的材料 可以限制箭射 對於早期的M1坦克 這一層通常由鉛組成 但從1988年開始 某些M1A1開始升級爲含有平化的SPOIL襯墊 這種襯墊比鉛更勵使 而所有新的M1A2都配備了平化油襯墊 然而現代複合裝甲使衝擊波很難在材料中傳導 而一個帶有空隙的空間層 可以完全擊敗這種箭射效應 還可以在M1的外部增加反應裝甲瓦片 反應裝甲對空心裝藥破甲彈特別有效 這種破甲彈由具有空心凹槽的藥劑充填 內襯有嚴性金屬襯墊 當藥劑爆炸時 形成金屬襯墊後方的壓力波 使其變形並將金屬加速成尖鋒狀的顆粒流 破甲彈在點射距離內有效地創造了一個高超音速射流有效穿透裝甲 反應裝甲的工作原理是在兩個金屬板之間放置一個爆炸藥劑 當破甲彈的噴流擊中上層金屬板時 它引爆內部的炸藥 你可能會認爲這可能會對坦克造成損害 但坦克的下層裝甲完全能夠應對反應裝甲爆炸產生的相對頓的壓力 然後外層金屬板向外飛出 以擾亂來襲的噴流 而爆炸產生的衝擊波也會分解接近坦克的金屬流 當然最好的防禦是根本不被擊中 M1坦克在需要時可以製造煙霧幕來掩蓋自己 一種方法是簡單地向引擎排氣中噴射燃料 燃料會蒸發並在坦克後方形成一個大而不透明的煙霧雲 然而駕駛員非常重要的一點是要記住坦克使用的是哪種燃料 對柴油燃料有效 但如果使用汽油或煤油則無法掩蓋M1 反而會使其起火 第二種系統使用安裝在炮塔外部的榴彈發射器有兩個版本 M1使用8個發射筒的M257煙霧榴彈 通常用於美國海軍陸戰隊的M1 以及更常見的6個發射筒的M250 這些發射器由坦克指揮官座位上的按鈕控制 按下一個按鈕會從左側發射3個榴彈 從右側發射3個榴彈 同時按下兩個按鈕會發射所有12個榴彈 將它們發射到離坦克約30米的位置 提供一個遮掩的煙霧帷幄來隱藏坦克的行動 M1的工程師儘可能使M1的生存能力最大化 保護坦克內部的機組人員 M1沒有像許多現代坦克那樣的自動裝填器 而是有一個專門的裝填手 炮彈自動裝填器是現代俄羅斯坦克的特點 然而美國認爲自動裝填器是一個不必要的複雜機構 會影響M1的可靠性 美軍認爲擁有多配置一名裝填手同時能夠保持觀察 維護車輛並在緊急情況下接管職責 這是一種優勢而不是劣勢 裝填手通過炮塔艙口進入坦克 坐在主炮左側可以接觸到背後的彈藥箱 炮手坐在右側 負責使用日間和熱成像夜視瞄準距以及激光測距以瞄準目標 並將目標距離輸入彈道計算機 當坦克指揮官坐在炮手後方時 裝填手會用膝蓋按下一個開關 打開他們身後的液壓裝甲門 坦克指揮官會告知需要的彈藥類型 裝填手會取出彈藥 裝入炮塘 關閉炮塘 然後將安全手柄移至武裝位置 這個過程會一直重複 直到坦克指揮官下令停火 彈藥存取門只有在裝填時纔會打開 這對於M1的生存能力至關重要 如果一枚彈藥穿透了彈藥箱 可能會導致存放在內部的彈藥致命爆炸 而這個裝甲門能夠承受這樣的爆炸 這時坦克頂部的爆炸板可以破碎 將壓力和熱量向上和遠離機組成員方向引導 這些炮彈從M1的120毫米炮管中發射 早期的M1裝備了105毫米炮管 主要是爲了實現105毫米炮彈和零件的共用 以便與上一代M60坦克共用 隨着平油彈藥的發展 美軍認爲這種炮管足以應對敵方裝甲 後來然而德國一些國家轉向使用120毫米炮管 北約對彈藥標準化以優化後勤的統一供給問題 它們的彈藥工廠生產相同的彈藥 這確保了彈藥不僅可以共用 而且可以儘可能靠近前線生產 M1A1和M1A2隨之採用的120毫米炮管 實際上是德國的Raymetal RH120型炮管對美國授權生產 這是一門5.3米長 3.3噸重的滑膛炮 炮管中間的凸起部分被設計爲每次射擊後排出火藥氣體 一旦炮彈發射離開炮管 氣壓就會阻止氣體排出 這種潛在有害的炮彈尾氣可能進入坦克內部 炮管排氣器是其解決方案 其中的孔允許氣體在炮彈通過時進入排氣器 這就像一個壓力儲存器一樣 當一個炮彈離開炮管時 壓力通過排氣器遠端的正面孔釋放 推動剩餘的氣體向外擴散 M1使用的兩種主要炮彈是M829瓶油彈 這是一種穿甲動能彈 以及M83011熱彈藥 儘管它的名稱中有熱 但它的攻擊方式並不涉及熱能 而是使用了動能成型裝藥 M1坦克的工程師添加了很多重量 其中裝甲 炮管 發動機和彈藥使它成爲一輛集中的車輛 重量在52到68噸之間 具體取決於坦克的配置 它需要一套能夠承受這個重量的履帶和懸掛系統 首先它們的最大行程受到特定負載的限制 螺旋彈簧會被壓縮到極限 這對坦克成員帶來極不舒適的行駛體驗 爲了應對更重的車輛 工程師需要增加彈簧線圈直徑 佔據越來越多的空間 這對於二戰時期的坦克是一個問題 M4謝爾曼坦克選擇使用螺旋彈簧 這是一種能夠裝纏得更小的錐形彈簧 可以將壓縮尺寸縮小得多 然而大多數現代坦克採用扭杆彈簧 它們在坦克內佔據很小的空間 雖然會顯著提高坦克的高度 M1的扭杆彈簧位於這裏 由於它們位於車體內部 使整個高度增加了150毫米 倒輪連接在一個可以上下移動的槓桿上 這個槓桿與扭杆彈簧相連 當槓桿上下移動時扭杆彈簧扭轉 彈力來自於扭杆對扭轉的阻力 早期的坦克扭杆的行程有限 M1的前身M60的輪子顛簸高度爲20釐米 在M1的開發過程中 這兩種坦克進行了比較 M1受益於20年來材料科學的進展 其最大顛簸高度達到了38釐米 在以32公里每小時的速度 在一條路上通過一系列30釐米拖起測試時 M60的前輪斷裂失去控制 並且使駕駛人的手臂骨折 M1的扭杆彈簧沿着車體的寬度延伸 使它們相當重 工程師希望扭杆彈簧儘可能長 以承載更大的顛簸高度 扭杆彈簧系統的一個有趣的特點是 像M1一樣的典型設計 意味着兩側的輪子無法對齊 不能將相對倒輪的槓桿地 連接到同一個扭杆彈簧上 因爲它們會頻繁同時行進 不會產生扭轉力 扭杆的遠端需要堅固地安裝在坦克車體上 以產生彈力 因此需要在一起安裝兩根扭杆 從而在履帶的兩側產生距離的偏移 M1的兩側不對稱這帶來了一些缺點 前導倒輪會首先碰到障礙物 這意味着它會吸收比後方倒輪更多的力量 增加了前方扭杆彈簧的磨損 導致更頻繁地更換 扭杆彈簧在沒有損壞的情況下更換起來很容易 但如果扭杆彎曲 粉碎或者坦克車體彎曲 就很難將長的扭杆彈簧拔出 現代坦克越來越多地採用液壓氣體懸掛系統 倒輪連接有一個附加的軸承臂 反過來驅動驅餅和聯擋活塞 這個活塞連接到一個液壓氣體懸掛缸 第一腔充滿了液體 通常是油 油是相對不可壓縮的 因此提供了邊緣的彈力 但是這個腔室有一個阻尼閥 用於限制這個腔室和下一個腔室之間的液體傳輸 下一個腔室包含一個浮動活塞 上面是壓縮的氮氣 這提供了彈力 以確保倒輪始終與地面接觸同時減震 這個系統比扭杆彈簧的體積小 重量輕易於維修 同時降低了坦克的高度 降低了它的輪廓 使其更難被擊中 而且每個獨立的懸掛 都可以通過改變氣體壓力進行遠程調整 在M1的開發過程中 液壓氣體懸掛曾被考慮過 但那時它是一種相對較新的技術 所以選擇了扭杆彈簧 M1在過去的40年中進行了增量改進 有三個主要版本 M1 M1A1和M1A2 還有更多的專門改進型號之間的差異 配備了更新的傳感器和控制系統 如M1A2 SCP系統增強包上的CROSS-R 這增加了坦克指揮官的額外熱視覺瞄準器 和輔助動力單元 可以在不運行耗油發動機的情況下運行電子設備 以及CROSS-R控制器 這是一個遠程控制設備 可以讓坦克指揮官在炮塔內安全地操作炮管 儘管M1是美軍中服役時間最長的坦克 已經有40多年的歷史 但它仍然具有較強的戰鬥力