中国的装甲车辆柴油发动机虽然远不如世界第一,但也是世界第二

24.8w+ 浏览
21 评论
2018-06-04 12:44:44
12018-06-04 12:44
如果我们驱车前往山西大同的云冈石窟参观,会在盘山路上看到这样的场景——在一座军营的大门里,赫然有一辆5对轮安放在高高的基座上。千百年来,北方游牧民族一旦强盛起来,就从草原呼啸而下,在大同——也就是云州,和中原政权展开惨烈的铁骑对冲。如果不能取胜,中原政权的防线就要向南数百里,一直退到雁门关下,战略上极为被动。这辆五对轮的存在,意味着历史从来没有中断。






  大同这座城市与铁骑的渊源,实际上要深厚得多。中国唯一的坦克发动机研究所和坦克发动机制造厂都坐落在这里。在宁静的西花园发生的故事,不但改变了世界陆军力量对比,也续写着中国人金戈铁马的传奇。



  80年代初期,苏联对中国的压力越来越大。当时的苏联陆军,无论在坦克数量还是质量上,都遥遥领先于世界先进水平。在精锐T80和无数T72面前,整个世界上只有德国豹2还可堪一战。其中主要的原因,就是豹2拥有一台1500马力的发动机,不但可以承载大口径的120毫米滑膛炮,还跑得快、爬得动。这台叫做的柴油机,也成了中国坦克工业梦寐以求的对象。但是因为诸多因素的影响——其中包括价格问题和技术封锁政策,德国MTU没有向中国转让MB873的技术。



  虽然没有买到873,但作为中国唯一的坦克柴油机生产企业,山西柴油机公司却捡了个漏,MTU提出,如果山柴可以帮MTU出售200台396型柴油机,就可以全面转让396的技术。



  396的气缸结构和MB873非常接近,396的气缸直径是165毫米、活塞行程是185毫米,而873分别是170毫米和175毫米。重要的是,这两者是同一个时代的产品,使用了相同的设计理念和工作模式。学会了396,873就学会了一半。山柴毫不犹豫地签下了合同。



  合同的前面一半执行得空前顺畅,这离不开铁老大的帮忙。就在那几年,全国铁路客车全面推行空调化,为了给十几列客车供应冷气,必须有一台强大的空调机。396体积小、功率大、故障率低、噪音小、价格合理,成为最理想的选择。一年之内,山柴就代理出售了500台以上的396。MTU也很高兴,如约提供了396的全套技术资料。不过MTU留了一手,发动机各部件的材料和尺寸是给了,怎么造出来却死活不说。一切要靠中国人自己摸索。



  习惯了苏联式制造的山柴,一开始的确对396这种精密的大机器无从下手。无论零件公差还是装配条件,都高到了让人抓狂的程度。在好几年的时间里,396的制造都极为艰难,用进口零件装配的产品还算说得过去。只要换成国产零件,性能立刻下降到了让人掉眼泪的程度。最主要的指标——发动机功率,怎么也无法达到。



  但是,山柴没有退路。



  396不仅仅是拿来做空调车的。在MTU的产品名录上,396最主要的用途是船用。畅销世界的212潜艇,装的就是两台396柴油机。中国的海军建设,同样迫切呼唤着山柴尽早拿出合格的国产化396产品。在纠结之中,9958事件彻底改变了国家的国防工业政策。大笔技术改造资金注入了军工行业。山柴作为骨干企业,第一批得到了支持,大批先进制造和测量测试设备换掉了老掉牙的家伙。






  新一代海军水面舰艇上的发电机组,多数使用山柴的396柴油机



  所谓工欲善其事必先利其器,山柴很快就解决了396制造中的各种工业问题,不但制造出了不亚于德国原装的396空调机,还研制出了用于高速导弹艇和新一代潜艇的动力系统。MTU回访山柴的时候,看到合格的船用396产品,大惊失色之下终于说了真话。他们向不少企业转让了396技术,其中最看好的是南非企业。没想到这些企业全都造不出来,反而是1989年之后遭到西方技术禁运的中国首先突破了。



  我们在前面说到,396的气缸结构和873是基本相同的。换言之,这时候的山柴,想造出873来也不是不可以。然而中国的坦克不需要那么大的发动机。祝榆生为99坦克确立的发展思路,决定了99的体积不会有豹2那么大。于是,中国北方发动机研究所和山柴决定,在396基础上,沿用老150发动机的气缸直径,重新设计一种150毫米缸径的坦克柴油机,而且功率不能下降。实际上,这是直接跳过MB873,研制接近于MB883的新一代发动机150HB。总设计师张保中在回忆录中,讨论了新150HB发动机的研制历程。然而,国内敢于进军150HB,很大程度上是摸透了396的设计思路和工艺方法,对150HB心中有底。






  VT4坦克的动力包,和99A同款的12缸150HB发动机藏在各种管道和散热器的里面



  150HB很快搞定,应用在新一代陆军装备上。包括04式步兵战车、05式155毫米榴弹炮、05式两栖突击车。其中王冠上的明珠,当然还是用在99A坦克上的12缸型号。






  99A的发动机排气声雄浑有力却不刺耳



  老150到150HB的跨越,是历史性的。如果有人在2009年和2015年两次站在北京街头,亲历参加阅兵的装甲纵队进出北京市区,就能清晰地感受到差异。2009年参加国庆阅兵的99式坦克依然在使用老150柴机,尖利的排气声就像几十个大汉在用铁锤敲打钢板。2015年胜利日阅兵上的99A已经改用了150HB,低沉而雄浑的排气声甚至压不过人群的惊呼。这是从110分贝到96分贝的噪音降低,意味着发动机性能的跨越性提高。






  俄罗斯靠黑哨的帮助才勉强胜过96B一头



  150HB的跨越还在于动力曲线的优化,这在阅兵的时候很难有所体现。但历史总是在不经意间把机会送上门来。2016年,中国军队携带着全新的96B主战坦克来到俄罗斯。在她的动力舱里是一台1000马力的8缸150HB发动机,着成了150HB作为坦克发动机的国际首秀。在赛场上,96B启停灵活、动作机敏,在自动变速箱的协同下,把多数对手远远甩在后面。俄方只能出动黑哨兵团,才勉强把冠军奖杯留在了自己麾下。要知道,96B只不过是中国坦克生产线上的低端产品,1500马力的99A还没有出现在赛场上呢。






  工艺精湛的MB883用在了出口型勒克莱尔、韩国K2、土耳其阿尔泰等型号上



  当然,突破高端柴油机的道路没有这么顺利。即使在99A服役之后,150HB虽然在功率上达到了MB873的水平,但可靠性和寿命差距相当大。99A总设计师毛明在2015年的公开讲座中,强调指出了这个问题。此后又经过几年的攻关,150HB的寿命得到了有效提高,缩短了差距,但还是没有抵达胜利的终点,战斗正未有穷期。






  在150HB基础上开发的民用电站柴油机



  MB873只是MTU公司在上世纪60年代末研制成功的,大规模要等到1979年。而MB883在1976年开始研制,到1980年代初期研制成功。MB883参数的缸径缩小到了144毫米,活塞行程缩小到了140毫米,加上伦克HSWL295TM变速箱,形成了著名的“欧洲动力包”。这是MTU独步全球的核心产品之一。这样算来,中国现役坦克柴油机基本上达到了MTU公司上世纪70年代的水平,差距几乎有40年。



  看到这个吓人的数字,人们是不是心头一阵寒风吹过呢?然而放眼世界,在追赶MTU的道路上,中国其实是跑在最前面的。



  美国陆军第一个放弃了治疗,不愿意付出代价去突破这样艰难的技术,转向了美国具有优势的燃气轮机方案。即使如此,作为M1A2的主承包商,通用动力地面系统部为了打开台湾市场,尝试着把一套“欧洲动力包”塞进了M1A2的动力舱里。



  英国人直到1993年,才开发出了1200马力的帕金斯CV-12,用在挑战者2坦克上,从此驻足不前。



  日本90式坦克为了实现1500马力的指标,选择了有严重缺陷的两冲程方案,历经20多年之后,被迫在10式坦克上回到了四冲程方案,但功率只实现了1200马力。



  法国的勒克莱尔坦克为了实现1500马力指标和紧凑性要求,在V8X-1500型8缸柴油机的前端加装了一台透博卡姆TM 307B微型燃气轮机,实现了柴油机的超高增压和功率指标。但带来的结果却是使用成本的高涨。当财大气粗的阿联酋陆军准备购买勒克莱尔,面对着维护保养收费表露出了目瞪口呆的表情。他们决定,坦克可以买,但要把高冷的V8X-1500换成“欧洲动力包”,否则用不起。法国陆军自己的办法更有效一些——能不用坦克的时候就坚决不用。



  意大利人做得比英国人略好一点,依维柯公司老老实实地开发了一种25.8升排量的涡轮增压柴油机,在“公羊”坦克上实现了1250马力的功率。



  以上就是世界上所有的先进主战坦克发动机了,如果有人一定要讨论俄罗斯和乌克兰。那么可以负责任地说,他们全都走在邪路上。乌克兰马雷舍夫厂曾经设法推销1500马力的6TD3,但毫无悬念地,这是一种两冲程发动机。俄罗斯的选择更加令人掩面——四组汽缸X型排列的柴油机,只有航空发动机才可以选择如此不利于散热的方案。



  事实上,如果我们来到任意一次国际军展的现场,都会发现这样的事实:MTU是唯一展销先进坦克发动机的厂家,所以其他柴油机企业——包括卡特皮勒——都已经放弃,转进到轮式车辆市场了。



  换句话说,中国兵器工业集团有限公司是MTU之外唯一还在研制先进坦克柴油机的企业。在这个世界上,依然在正确道路上孜孜不懈追赶MTU的,也许只剩下中国人了。



  那么,我们追得上吗?



  在开发和完善150HB的同时,中国兵器的柴油机科研生产部门也没有忘记跟踪MTU当下最先进的MB890,有关样机已经投入科研试验。然而MTU公司发现,按照人类当下拥有的材料和工艺,890基本上是军用柴油发动机的极限,想要达到更高的热效率和单位功率,几乎已经不可能了。如果北方发动机所和山柴制造出了相当于890的型号,就只能和MTU一起,在华山之巅分享这份寂寞。如果兵器工业保持当前的研发速度,那么这一天可能在2030年之前来到。



  当然,这只是工程师的寂寞。对于国家来说,坦克和装甲车辆柴油机的领先,意味着在决定陆军作战能力的诸多要素中,取得了一项关键性的领先。



回想中华民族的辉煌历史,中原王朝铁骑强盛的时刻,都是纵横塞北的岁月,是驰骋西域的岁月,是万邦来朝的岁月,是光荣的岁月。
22018-06-04 12:46
150HB与MB873ka—501之比较



区别:

150:缸排夹角60°,后传动,顶置凸轮轴,小缸心距,汽缸直径小许多

873:缸排夹角90°,前传动,推挺摇,大缸心距,汽缸直径170mm



150比873

升功率大12%,平均有效压力大约33%,本体体积功率大约18%,燃油消耗率少约9%,单位功率质量小约13%



1982年正式提出采用涡轮增压中冷技术,改造旧150系列柴油机,开发150HB的建议,建议顺利通过并实施

当时选定MB873ka—501为追赶对象



制定“以V型12缸为主机型,采用中等缸径增压中冷,选取国内外先进适用技术,在预研的基础上设计”的技术路线



主要零部件预研工作

1,机体,缸盖进行有限元分析计算以及表面应力以及三维光弹性研究、超载30%动态模拟疲劳试验。

曲轴、连杆也进行了类似的预研

2,活塞、连杆、轴瓦和衬套进行了500小时满负荷试验

3,配气机构零部件500小时模拟试验

4,附件驱动机构70小时台架模拟试验

5,喷油泵模拟计算,与调速器一起350小时结构考核试验

6,水泵,机油泵,柴油泵分别350小时结构考核试验

7,涡轮增压器叶片进行激光全息振动测试,超速破坏试验

8,进行单缸性能的全面试验研究和精确计算分析



150HB燃油消耗比预计指标低9.5%,最高燃烧压力比预计值小6.5%

十几年过去,150HB又有了改进提高



——张保中口述历史



附录:



MB873Ka-501型发动机,它是一种4冲程12缸V型90°夹角水冷预燃室式增压中冷柴油机,在2600r/min时,功率为1103千瓦(1500马力)。

现在MTU公司批量生产的豹2坦克动力MB873Ka-501发动机是为提高发动机加速性,改进燃烧过程而于1977年在MB873Ka-500发动机基础上的改进型。在结构上,除了缸径从165mm增加到170mm、行程从155mm增加到175mm外,这两种发动机全然相同。

發 動 機:MTU公司研製的MB873Ka-501型4沖程12缸V型90°夾角水冷預燃室式增壓中冷柴油機,是目前世界上最好的柴油發動機之一。發動機功率:1100千瓦(1500馬力)最大行程:550公里.

最大速度:72公里/小時。具有比較好的加速性能,從零加速到32公里/小時僅需6秒。



结构特点

1.总体布置

在缸径、缸心距、气缸排列等方面,基本上保持了上一代MB837系列发动机的总体布置特征。在V型夹角内,装有喷油泵、进气管、气门传动机构。发动机左侧装有水泵、起动电机、机油滤清器和机油散热器。右侧装有发电机、机油泵。通过总体布置使每一部件合理安置,保持发动机外形呈紧凑的矩形。整个动力装置总成在野战条件下更换所需时间仅15min。

2.燃烧室

采用该公司传统的预燃室。发动机工作较柔和,气缸最高爆发压力较低,发动机压缩比较高,燃烧室面容比(25%)比较合理。预燃室顶部温度较高,有利于惰转和起动性能。



3.气缸盖

采用一缸一盖型式,气缸盖由铝合金浇铸而成。气缸盖高度较低,刚性较高。预燃室在缸盖中央,室内有预热塞,周围有2个进气门和2个排气门。

4.箱体

铝合金曲轴箱和气缸体铸成一体。气缸套是湿式的。机油散热器外壳铸在气缸体侧面形成一整体。发动机自由端有与曲轴箱铸成一体的传动箱,箱内安装有11个圆柱斜齿轮。

5.曲柄连杆 机构

采用锻钢曲轴,曲轴上有平衡块,表面全部经过机械加工并进行感应淬火。曲轴在箱体上有7个支点。采用薄壁多层滑动轴承。曲轴自由端装有硅油减振器。采用锻钢制成的并列连杆。为使连杆易于从气缸孔内取出,其大头端与连杆盖以斜切口结合,结合面呈锯齿形。

活塞用可铸可锻硅铝合金锻造,装有3个气环、2个油环。顶部有4个气门凹坑。通过箱体上的油管对活塞进行喷油冷却。



6.配气机构

结构比较简单,在发动机全部工况下有较高的容积效率。凸轮轴在气缸排V型夹角内,推杆较短,摇臂刚性较好。凸轮轴由传动箱内一惰轮带动。

7.供油系统

MB873Ka-500和MB873Ka-501分别采用波许(Bosch)型直列式和V型喷油泵。这两种发动机都有自动喷油定时装置,喷油提前角随发动机转速变化。

8.进排气系统

空气滤清器刚性地固定在机体上,从而简化了进气管道。空气滤清器由旋风式尘土预分离器(粗滤)和纸滤(清滤)两部分组成,保养周期为50h。保养条件是在平均功率为最大功率的60%时,含尘量不多于1g/m3SAE细粒。空气流量在标定功率时为6300m3/h在100km行驶距离内滤尘量为27kg。空气滤清器体积占动力装置体积的9%。长期使用后对灰粒的吸收率仍可达到99.9%。排气管在发动机V型夹角外侧,每3缸共1管,有4根排气管。

9.涡轮增压系统

涡轮增压器装有可调喷嘴,涡轮与压气机在全部负荷和转速范围内匹配良好,从而提高发动机加速性。



10.冷却系统

冷却系统颇具特色,主要是体现了紧凑性。发动机在38℃环境温度下能在全负荷工况下持续工作。采用一种环形散热器,中心装有吸风式离心风扇,热交换器部分由轻合金材料制成。为了保证空气能均匀流入环形散热器,减少压力损失,风扇叶轮周围有导向叶片环。冷却风扇的分离或结合由液压装置控制,液体流量通过1个冷却水温度传感器调节,从而控制风扇离合,保证不同工况下需要的冷却空气量。豹2坦克冷却装置总体积约为0.926m3,重量约为525kg。

MB873Ka-501和MB873Ka-500发动机的冷却水最高温度可达110℃,前者安装了电子调节装置和监控装置。通过限制功率和使发动机加速过程最佳化来防止发动机过热。但这种冷却系统的缺点是消耗功率较大,在标定功率时风扇消耗功率达162kW(220马力)。

11.润滑系统

采用干式油底壳,高度较低,发动机曲轴中心线以下的尺寸比豹1坦克发动机械减少约60mm。油底壳内有2个回油泵、1个压油泵。当车辆在与纵向成35°和横向成25°倾斜位置时,润滑系统还能保证发动机正常工作。机油流量约为27.2 L/kW·h°,样机试验时使用S-1号机油。

MB873Ka-501发动机的活塞平均速度为15.2 m/s,已超过一般活塞平均速度设计上限,这除了说明该发动机的气缸活塞环摩擦副的结构和设计是很成功外,MTU公司的油冷活塞润滑技术也是卓越的。

12.起动系统

MB873Ka-501发动机用18kW、24V起动电机起动,有预热辅助装置,在-30℃时不需其他辅助装置即可起动;在-18℃时不需预热即可起动,但是在-40°时需用辅助加温装置方可起动。

该发动机的发电机功率为20kW,电压为28V,由主发动机通过法兰盘连接加以驱动。在豹2坦克上还有1个9kW辅助发电机,由功率为16.2kW(22马力)的MWM4冲程双缸多种燃料发动机驱动。在豹2坦克上有8个蓄电池,每个电池容量为125Ah,12V。



型号演变和系列化

60年代中期设想的MB870系列发动机至今付诸实现的只有MB873Ka-500、MB873Ka- 501和MB871Ka-501,功率指标还未达到每缸110.3kW(150马力)的要求。MTU公司曾研制了MB8 73Ka-502发动机,功率达1324kW(1800马力),而且已达到可进行生产水平。供南朝鲜88式坦克用的MB871Ka-501(V型8缸机,缸径170mm,行程175mm)涡轮增压中冷发动机的最大输出功率已增加到882kW(1200马力)。最初,该机全部在联邦德国装配,随着88式坦克生产进展,发动机装配工作已转移到南朝鲜,联邦德国MTU公司只控制南朝鲜制造零部件的增长数。

在军用870系列发动机成功的基础上,MTU公司又发展了民用MB331系列发动机(有6、8、12缸涡轮增压和涡轮增压中冷多种机型)。这两种系列发动机不仅单缸排量完全相同,而且基础结构和总体布置型式也几乎一样。它们的主要区别仅在于MB331采用浅圆柱形直接喷射式燃烧室;气缸盖、箱体采用铸铁材料;采用湿式油底壳;MB331发动机寿命较长,用于重型牵引车、自卸车的寿命为18000~24000h,而MB870系列发动机大修期为600~1000h。这种先发展军用发动机,然后再进一步发展民用发动机系列的设计方法,无论从满足军民用车辆使用要求或降低设计、生产、使用成本来看,确实是一种有效的途径。



性能数据

型号&MB873Ka-501&MB873Ka-500

冲程&4&4

缸数及排列&12V90°&12V90°

冷却方式&水冷&水冷

燃烧室形式&多种燃料&多种燃料

增压方式&涡轮增压&涡轮增压

压比&2.5

有无中冷&有&有



缸径/行程

&170mm/175mm&165mm/155mm

总排量&47.64L&39.7L

压缩比&18&20.5

标定功率&1103KW&1103KW

标定转速&2600r/min&2600r/min

最大扭矩&4709N·m&4316N·m

最大扭矩转速&1600r/min&1600r/min

平均有效压&1.07MPa&1.28MPa

活塞平均速度&15.2m/s&13.43m/s

升功率&23.2kW·h&27.8kW·h

燃油消耗率(标定)

&244.8g/kW·h&244.8g/kW·h

燃油消耗率(最低)

&288.5g/kW·h?233.9g/kW·h



外形尺寸

长&1703mm&1640mm

宽&1970mm&1950mm

高&1100mm&883mm

单位体积功率

&299kW/m3&391kW/m3

重量(干重)&2250kg&1940kg

比重量&2.04kg/kW&1.76kg/kW

动力装置*重量&5125kg&5130kg

动力装置体积&4.05**m3&4.03m3



*动力装置包括发动机、冷却系统、空

气滤清器、传动装置、润滑油和冷却

水;**为估算值。
友情链接 热门信息