为何现在只有美国坦克用燃气轮机做动力?
燃气轮机坦克曾经是美苏共同的选择,苏联率先在T-64、T-80系列主战坦克上应用燃气轮机,美国也在M1A1坦克上使用了燃气轮机。可是如今,俄罗斯已经在T-14“阿玛塔”主战坦克和T-90M主战坦克上回归了柴油机的设计,但美国却依然坚持使用燃气轮机,这是为何呢?
图为美国M1A2 SEP V3坦克,他就装备了AGT-1500燃气轮机。
首先,当年美苏竞相使用燃气轮机作为坦克动力,和冷战时期的性能竞赛有关系。冷战时期,苏联陆军虽然重视武器的大规模制造,因此选择了一些简化版的坦克,但是却依然为了竞争坦克性能优势,研发了一些“性能极优坦克”。苏联研发成功T-64坦克后,对其进行了大规模的简化工程,换装了更为简单的自动装弹机,简化了装甲配置,更换了行走机构,使其成为T-72坦克,走大量生产道路,而T-64进一步发展,提高性能,得到的就是T-80。
图为坦克燃气轮机结构图。
T-80坦克也装备了燃气轮机,型号是GTD-1250和SG-1000,其中GTD-1250功率要稍大一些,燃气轮机解决了坦克在增加重量下的机动性问题。美国的M1A1则从一开始就装备AGT-1500燃气轮机,功率要更大,为1500匹马力。但是,苏联解体之后,T-80系列坦克在俄罗斯逐渐退居二线,俄罗斯大量升级改进T-72,得到了T-90系列坦克,放弃了燃气轮机坦克。
图为T-80主战坦克的GTD-1250燃气轮机。
燃气轮机坦克有他的优势,比如,发动机体积小、结构简单,因此为坦克节省了空间,用来配置更多的装甲和设备。再比如,燃气轮机的功率较大,输出更加直接,这样坦克的机动性更好,更加灵活,美国的M1A2坦克就因为使用燃气轮机,因此71吨的他最大速度可以超过70公里/小时,非常强大。
图为M1A2坦克更换燃气轮机。
再比如说,燃气轮机具有启动快、不挑油的特点,美国的AGT-1500可以在零下30度时直接点火启动,而且他理论上可以使用任何可以燃烧的燃油作为燃料,因此后勤保障能轻松一些。但是燃气轮机坦克的缺点也同样明显,比如,燃气轮机维修要求较高,需要配置专业的维护保障队伍,毕竟他和柴油机不是一个原理,反倒是和飞机发动机原理类似。
图为我国曾经打算研发的坦克燃气轮机。
再者,燃气轮机制造工艺难,造价高,他的热端使用涡轮叶片,需要发动机耐高温、耐磨损,如果是战斗机,在空中作战倒是没有什么干扰发动机耐久性的因素,但是在陆地战场,环境复杂,如果遇到风沙、戈壁、丛林,坦克燃气轮机很容易出现故障,到时候连维修都没有办法,只能直接更换动力。
图为T-80坦克,他也装备了燃气轮机。
当然,燃气轮机最大劣势还是耗油。虽然不挑油,但是油耗是传统柴油机的1.5-2倍,比如美国的AGT-1500燃气轮机的油耗是306g/kWh,而同样是1500匹马力的德国豹-2A6主战坦克所用的MB873Ka-501油耗却只有244g/kWh,因此,搭载400升燃油的M1A2主战坦克,在续航力方面甚至还不如搭载200升燃油的豹-2A6,这意味着,美国坦克的后勤保障需要付出双倍的努力来维持坦克部队的进攻作战。
再者,燃气轮机天生造价高昂,试想一下,飞机的涡喷发动机和坦克的柴油机,在同等功率谁更贵就明白了。不过,坦克的柴油机技术也一直在进步,俄罗斯之所以抛弃燃气轮机,一方面因为上面那些劣势,再一个因素,就是俄罗斯掌握了更加先进的坦克发动机技术。比如,T-14“阿玛塔”坦克使用的X-12型A-85-3型柴油机,就使用了独特的X型气缸布局,比传统的V型坦克发动机气缸布局更加节省空间,他的体积也很小,比传统发动机小一半,但是功率却没有减少,也有1500匹马力。
图为美国M1A2 SEP-V3坦克,他继续沿用了燃气轮机。
而且,X-12型A-85-3柴油机还能够进一步使用涡轮增压,把功率释放到2200匹马力,比美国的AGT-1500燃气轮机功率还更大。这种柴油机技术十分复杂,他的发动机气缸由于使用X布局,因此发动机下部的气缸需要克服重力等各种不利影响,发动机活塞内部用料也更加强调耐久性,因此一般国家还不能加工制造。
图为俄罗斯的X-12型A-85-3型柴油机。
再比如,我国的150HB柴油机,也就是99A2使用的发动机,也有1500匹马力的功率,在全球一流坦克都达到1500匹马力功率的情况下,燃气轮机的功率优势逐渐被抵消,因此使用越来越少,到现在,也就只剩下美国一家还在努力发展坦克燃气轮机了,要不,怎么体现人家超级大国的气概呢。
为何现在只有美国坦克用燃气轮机做动力?
因为世界其他国家的技术达不到美国的水平,这跟说为什么世界上只有美国装备大型核动力航空母舰是一样的问题。美国的艾布拉姆斯主战坦克(M1A2)是世界上装备燃气轮机作为动力的主战坦克,而前苏联也曾经在T-80上应用,可是效果并不好。从这一点也说明其技术成熟度还是不如美国,那么我们看看为啥美国的M1坦克的燃气轮机会那么好。艾布拉姆斯主战坦克
美国M1A2坦克装备的AGT1500燃气轮机,主要有以下几个优点,首先,发动燃气轮机只需要1分钟,甚至在零下30度的低温环境中,也可以快速启动。基本不需要预热,这就大大加快了采用燃气轮机坦克的反应能力。而采用柴油发动机首先就得预热,然后根据惯例还需要30分钟才能起动。夏季还好一点,这要是在严寒的冬季就得需要更多的时间对机体的预热,这是一个很影响战斗力的诟病,但是没办法,柴油机就是这样。
第二,燃气轮机相对体积小,功率大。ATG-1500燃气轮机拥有1103千瓦的功率,也就是1500马力。它与同样为1500马力柴油发动机比较,燃气轮机比柴油机体积小了许多,这就使得M1可以采用ATG1500燃气轮机可以横向布置,而发动机舱能够减少1/3的空间。美军更换ATG1500燃气轮机
第三,加速性能好,ATG1500燃气轮机可以从0-32公里/小时只用7秒钟,这是柴油机根本做不到的。而采用燃气轮机的T-80U坦克的速度比T-90坦克超出10千米/小时,这在战场上对坦克来说是非常有利的;
第四,燃气轮机可减少后勤保障,可使用多种燃料,毕竟战场是上的后勤油料补给未必那么及时,尤其是对后勤油料要求较高的柴油机来说,就更麻烦一点。而AGT1500不但可使用柴油,还可以使用汽油,甚至使用航空煤油,这在战场上可以直接使用敌方的任何燃料,也是是极为实用的性能。燃气轮机结构模型
第五,燃气轮机既不需要散热器,也不需要使用水、防冻液或者其他冷却剂,因此,也就省去了笨重而复杂的冷却剂供给装置,给发动机启动带来了快速反应能力。而且根据苏联人的经验,装备燃气轮机T-80U在泥泞道路中行驶时,或在通过垂直障碍时燃气轮机不会熄火,而柴油机很难做到这一点。
当然燃气轮机的缺点也是显而易见的,那就是费油。M1坦克要是行驶500公里(实际是498公里)的路程,必须装载1907升燃料,这与行驶500公里,重量55吨,却只使用1200升燃料的豹2坦克相比,M1几乎是后者的1.6倍。虽然燃气轮机的耗油量比柴油机高出约20%—30%,但是停车的燃气轮机不需要预热,也同样不需要耗费更多的燃料。在同样的油耗下,根据俄罗斯的对比,燃气轮机的输出功率也比柴油发动机的高,最多可高出250马力。ATG1500燃气轮机
燃气轮机的最大难点就是对技术要求比较高,尤其是加工工艺和耐高温材料。说白了,坦克燃气轮机就有点类似于航空发动机一样。而这样的高端技术目前只有美俄所掌握,而我们国家最近也获得了突破,只是还没有得到应用。好东西谁都想拥有,只是问题在于能够掌握并且制造出来。而目前是美国掌握了,并且得到了成熟的作用,其他国家基本都在门外看着呢!
本文图片来源于网络!
为何现在只有美国坦克用燃气轮机做动力?
怎么说呢?这其实是无奈之举,美国人的柴油机方面成就一直都不高,远远落后于苏联和德国,而当时的苏联拥有几万辆坦克,总有一种轻而易举就能横扫欧洲的感觉,美国压力也很大。而燃气轮机技术美国人冠绝世界,没有任何国家能与其相比,利用自身优势在坦克上弄出燃气轮机也就不足为奇了。
霍尼韦尔AGT 1500发动机去掉上部排烟散热部分的构造
为什么说美国人没有好的柴油机呢?在M1诞生以前,美国坦克动力不足已经是一个老大难问题了,比如美国的M48重达44吨,却仅仅采用650匹马力的柴油发动机,单位功率仅仅12.4千瓦,就连最老版本的T55坦克都不如,人家单位功率都已经达到14.4千瓦/吨了,M48的机动性差距可想而知,而且参加越南战争的M48经常因为动力不足而困入泥地不能自拔,苦不堪言。
M48陷入泥地
而到了第二代的M60坦克动力仍然是一个老大难问题,虽然此时换了一个大100马力发动机,但重量随之也上升到50多吨,单位功率一点没进步,还是12.4千瓦/吨,曾经美国人的坦克动力就和今天我们的航空发动机一样,反正对着他乱喷保准没问题。
到了上世纪60年代的时候,苏联搞出了二代坦克的天花板T62坦克,紧随着先进的三代T64也诞生了,尤其是T64的复合装甲堪称坦克发展的一次革命性进步,这一下美国和西德就坐不住了,当时美国M60动力太差劲,而西德有好发动机可装甲太薄(自己搞复合装甲有没有太大的信心),于是两者一拍即合搞了个非常高大上的MBT-70。
MBT-70
MBT-70的单位功率达到了29.2千瓦/每吨,接近M60的三倍,如果将各项性能单独拿出来比较,这款坦克冠绝全球,但由于使用新技术实在太多而了,于是产生的各种问题不断,解决了这个问题又冒出另一个问题,最后出来的产品成本高到了天花板,最终因为资金严重超支就下马了。两国倒是没有放弃,而且回去反思了一下,都分别舍弃了一些不成熟技术,最终美国搞出来了M1,西德这边是豹2。这个过程中德国人本身自家的柴油机就冠绝全球,自然就顺理成章地用柴油机了。而美国呢?美国人柴油机不行啊。
M1的最初型号
很多人会说你直接购买西德的柴油机不就行了,要不购买欧洲其他国家的柴油机也行,虽然性能是赶不上西德产品。可要知道当时的情况是面临苏联几万辆坦克,在苏联人的推演中就是要赶在美军救援前占领推到西大西洋海边去,西德能撑住1周吗?欧洲能撑住半个月至1个月吗?即使能撑住,美国敢赌博吗?赌输了怎么办?一旦战争来临,德国和欧洲的工业会全部停摆,甚至被全部占领,到时候美国人的M1岂不是面临打一辆少一辆的尴尬境地,战争打的就是资源,现在美国坦克主要资源没了,那仗还怎么打?
燃气轮机的构造
于是美国只能另谋出路,柴油机的路走不通于是美国就用航空发动机来改,主要就是航空发动机燃烧室后面喷出的高温高压气体不再直接喷出产生动力了,而是利用机械方式转换成动能为坦克提供动力,这便成了燃气轮机了,这一下动力问题不就 解决了。
美国在高科技领域创新和思维能力确实让人不得不佩服,他们敢想而且还真敢干,于是很快霍尼韦尔AGT 1500引擎诞生,这台燃气轮机达到1500马力,可以让M1接近66吨的重量开到每小时67公里最大速度,而且燃气轮机爆发性更强,加速快,性能足,而且冰天雪地也不需要预热直接启动,这些都是非常好的优点。
霍尼韦尔AGT 1500发动力包
当然坦克用燃气轮机被人诟病的主要就是太费油的问题,这方面确实如此,但其实就是更烧钱而已,并不影响M1坦克的最大行程。M1的动力包体积和尺寸比豹2坦克小了1/3左右,这使得M1可以采用ATG1500燃气轮机可以横向布置,而节约的1/3的空间就可以用来装更多的燃油,以保证一次加油的最大行程,因此M1A1坦克内部足足可以满装1900升燃油,续行距离约460公里,日后更重的M1A2降低至420公里左右。但是与同样采用1500马力的豹2比起来,人家一次只携带1200升燃油却可以跑550公里,不得不说燃气轮机确实是更大的油老虎,美只能说美国坦克的发动机牺牲性价比将性能追赶了上来,如果考虑爆发性的话,恐怕M1动力甚至还略微压制豹2一头。
使用燃气轮机的T-80坦克
当然也不仅仅只有美国人才搞燃气轮机坦克,苏联看到美国这边这么玩,自己也得跟上不是,于是在T-80上也玩过燃气轮机,只是后来不知道是因为性价比不高,还是苏联没钱玩不下不了,又或者是技术上就达不到美国那种水平,总之苏联没能坚持下来,到今天大部分的T-80已经重新换装了柴油机动力包。另外瑞典的stridsvagn 103无炮塔坦克同样采用了燃气轮机,甚至这款坦克比M1坦克更早服役,严格来说这就是第一款采用燃气轮机的坦克,因此只有美国使用燃气轮机坦克这个话题其实不成立!
瑞典stridsvagn 103无炮塔坦克
为何现在只有美国坦克用燃气轮机做动力?
拿航空发动机给坦克用,也算得上是美利坚的一个传统艺能了。早在二战期间,美国人就把一款活塞式发动机装到了M4谢尔曼坦克上。而冷战后期M1坦克,虽然不是简单粗暴的把喷气式发动机直接装到坦克发动机舱里,但其使用的AGT1500燃气轮机【1】也的的确确是一款航改燃发动机,其核心机可能来自UH-1直升机使用的T53涡轴发动机。
二战的时候美国就把R-975“旋风”航空发动机直接塞进M4谢尔曼里用,所以说美国人拿航空发动机给坦克用是有传统的
M1艾布拉姆斯坦克使用的霍尼韦尔 AGT1500燃气轮机,核心机与T53涡轴同源
正在更换动力包的M1坦克
使用燃气轮机的坦克动力包紧凑,启动性能好,这是无与伦比的优势。美国的M1A2坦克使用的怠速到全功率输出只需要3秒钟时间,柴油动力包则需要2倍以上的时间。在低温启动方面,燃气轮机根本不需要预热就可以启动,而柴油发动机则需要预热到一定温度才能启动,非常不利于高纬度高寒地区的作战(尤其是和苏联作战)。而且柴油机需要附带笨重的液冷设备,液冷设备的工作本身就消耗掉了一部分功率。而燃气轮机只需空气冷却就可以。因此在重量功率比上燃气轮机有巨大优势。那说了这么多,为啥只有美国把燃气轮机用到今天,曾经使用过燃气轮机的而乌克兰和俄罗斯则纷纷采用柴油机替代呢?
苏联在T-80上使用过的GTD-1000T燃气轮机
第一,涡轮热端技术,美国最为成熟,因此AGT1500的故障率控制在了较好的水准,而别的国家爱都做不到这一水平。M1坦克的AGT1500平均故障间隔已经达到了750小时【3】,全寿命达到1400小时【2】,比大多数柴油发动机都要强。在1991年的海湾战争中,在100小时的地面战中,第7军团与第18空降军团的M1A1妥善率高达90%, 其中第七军团的第三装甲师300余辆M1A1在一个晚上推进200km,但没有发生任何故障。其他国家的燃气轮机技术,包括苏联的GTD-1000T燃气轮机都远远无法与之相比。
《Amy Logistics》杂志上对AGT1500平均故障间隔时间的披露
第二,燃气轮机油耗巨大,比柴油机高出50%,这主要是因为燃气轮机有最小转速的限制,因此功率可调范围低,导致其怠速油耗率高。这样就对地面作战部队的后勤要求非常高,绝大多数国家的军队这方面的能力都有欠缺。当年苏联也大量使用燃气轮机的T-80,服役数量达到数千辆,那是因为苏联敢于把15%左右的国内生产总值拿来当国防预算,自然是不差钱;但是解体后俄罗斯立马无法承受这样爱坏的油老虎了,所以才拿T-80U的火控和T-72BU的车体搞了个T-90出来。要说世界上有比苏联红军还财大气粗的军事存在,那必然就是美军了。这样的效费比也使得其他技术强国轻易不敢跟进。不过由于AGT-1500燃气轮机获得的巨大成功,美国可能会在后续的M1A3改进上使用十字军项目上使用过的LV100-5燃气轮机,这种发动机比AGT-1500少43%的零部件,制造成本和维护成本都要更低,油耗率也更低。
参考资料:
【1】.AGT1500,
https://en.wikipedia.org/wiki/Honeywell_AGT1500
【2】Army Logistician,
https://books.google.com/books?id=vgIuAAAAYAAJ&pg=RA1-PA3&lpg=RA1-PA3&dq=AGT1500+MTBF&source=bl&ots=ra2f3ODKOZ&sig=ACfU3U2gUrhdhH8LSO9dg-1qANFGKcbbhQ&hl=zh-CN&sa=X&ved=2ahUKEwjUrpiM0vXlAhWUMt4KHQGQBdQQ6AEwAnoECAcQAQ#v=onepage&q=AGT1500%20MTBF&f=false
【3】.Honeywell AGT1500 - Archived 3/2009,https://www.forecastinternational.com/archive/disp_pdf.cfm?DACH_RECNO=180
为何现在只有美国坦克用燃气轮机做动力?
现代主战坦克的动力系统大多使用大功率柴油机,比如我国的99式坦克,德国的豹2系列,俄罗斯的T90等,但美国的M1艾布拉姆斯坦克却独出心裁的使用了燃气轮机,美国为何会对燃气轮机情有独钟呢?燃气轮机相比于柴油机来说是有其独特优势的,以美国M1坦克装备的AGT1500燃气轮机来说,主要有以下几个优点,一是体积小,同样为1500马力发动机,燃气轮机比柴油机体积小了许多,这就使得M1可以采用发动机横向布置,从而使发动机舱减少了三分之一的空间。第二是结构简单,第三维修方便,第四冷启动性能好,AGT1500可在零下31的低温环境中直接启动,而不需要预热,第五可使用多种燃料,AGT1500不但可使用柴油,也可以使用航空煤油,甚至可以使用汽油,这在战场上是极为实用的,还有重要的一点就是AGT1500的加速性好,从零加速到32公里只需6秒,这是柴油机说什么也无法做到的。正是燃气轮机有这么多的优点,美国才会对燃气轮机情有独钟,虽然燃气轮机的综合油耗比柴油机大不少,但相比其他优势来说,油耗高点也是可以接受的。目前世界上的主战坦克装备燃气轮机的只有美国的M1和俄罗斯的T80,但T80的燃气轮机在技术上明显比美国的AGT1500差了许多,这说明燃气轮机的门槛还是很高的,许多国家还没有掌握这一技术。
为何现在只有美国坦克用燃气轮机做动力?
历史小挖客说:首先,美国是没办法才用燃气轮机的;其次,燃气轮机有自己的独到之处;然后,燃气轮机有好多坑所以别国不用;还有,不是只有美国用燃气轮机,还有苏联T-80;最后,燃气轮机未来可能卷土——啊不能卷土,卷土它就不行了——可能还会杀回来的!
美国大功率柴油机技术不过关60年代初,美德合作搞上图MBT-70坦克时,就给动力系统定下了25马力/吨的指标,美方雄心勃勃地拿出了“大陆”AVRD-1100型柴油机,1500马力,上了很多先进技术,但是跟MBT-70坦克一样,步子太大,扯到了关键部位陷入了泥潭:可靠性差,功率不达标。工程师们奋力改进,结果新技术过多,这个问题改好那个问题又冒出来。
期间又经历了MBT-70坦克失败,大陆的工程师还在奋斗,等到改得差不多了,上图的燃气轮机已经出来了!1976年,装柴油机的XM1坦克原型车和另一辆装燃气轮机的进行了对比测试,柴油机还是性能不敌,于是燃气轮机成了M1坦克的标配。
燃气轮机测试性能优异早在MBT-70坦克时代,美国陆军就那被那几辆样车折磨得够呛,但又甘心采用别国的技术用在自己的主战兵器上,于是开始尝试把直升机用涡轴发动机搬过来。飞机发动机搬到坦克上是很常见的做法,二战时英国人就把“喷火”上用的“默林”发动机搬到坦克上,后来成为战后英国坦克动力的中坚!
美国结果这一试,效果还很不错,燃气轮机能用多种燃料(柴油、汽油和煤油!)、结构简单(零件数少了30%)、震动噪音小(没有往复的活塞,只有平稳的旋转)、故障少好维修(之前吃亏太大)、扭矩特性好响应速度快……对比测试的结果也很满意,美国人好高兴,立刻开始大规模应用到新坦克上!
实际应用坑太多M1坦克服役以后,首先暴露出的动力系统问题,就是油耗太高!这本来对财大气粗的美国人不算啥问题,美国车也一样嘛!事先也有思想准备。但没想到燃气轮机低速下仍然是个油老虎,这就麻烦了!坦克和汽车不一样,常常停下来还不能熄火,电子设备、炮塔这些都还要动力要用电,往往在准备出击和警戒时,就烧了一半油!没办法,到M1A2时,专门配了上图的APU辅助动力装置,主机停车,APU供电。题外说一句,上图这个东西,居然被头条好多人当成是空调,哈哈哈!
到了“沙漠风暴”行动时,燃气轮机的另一个毛病暴露出来了:空气用量太大,空气滤清器很快就被沙尘给堵塞了。这可累坏了美国大兵,每天清理滤清器的任务非常繁重。后勤也抱怨,滤清器三天两头就要更换,太麻烦了!庞大的滤清器还造成动力总成体积庞大,很多人说体积小,是没考虑过这个因素吧!
这些问题,直接导致了M1系列坦克的销量远远不如柴油动力的豹2坦克,也是别国不用燃气轮机的原因!
苏联的燃气轮机不光美国佬入了燃气轮机的坑,苏联曾经的中坚T-80坦克也入了坑,如上图。事实证明,因为坦克太紧凑,苏联的燃气轮机比美国货更加不堪,早早就换回柴油机,宁可功率小一些也不用它了。
将来如何?将来陆军车辆动力很可能会学舰船上的综合全电推进系统,也进化到所谓电转动阶段,如果是这样,燃气轮机能稳定工作在恒定工况下,耗油的缺点基本没有了,那么可以推想,在这种情况下,燃气轮机比柴油机更具备优势,让我们拭目以待!
内容仅供参考,如果您需解决具体问题(尤其法律、医学等领域),建议您详细咨询相关领域专业人士。
版权声明:文章内容来源于网络,版权归原作者所有,如有侵权请与我们联系,我们将及时删除。