瑞典S坦克组合动力装置
瑞典 双发动机(K60多种燃料发动机和燃气轮机)组合动力装置 Two Engines (K60 Multifuel Engine and Gas Turbin 罗尔斯-罗伊斯汽车公司(K60多种燃料发动机) Rolls-Royce Motors company,GB 波音公司(燃气轮机) Boe 罗尔斯-罗伊斯汽车公司(K60多种燃料发动机) Rolls-Royce Motors company,GB 波音公司(燃气轮机) Boei 完成生产计划 瑞典陆军S坦克
概述 20世纪50年代末博福斯公司(Bofors AB)获得瑞典陆军军械部制造两辆坦克样车的合同，而沃尔沃公司(Volvo AB)是该坦克动力装置的子承包商。1961年中期制造出的最初两辆坦克样车采用了组合动力装置，由1台燃气轮机和1台活塞式发动机组成。燃气轮机是美国波音公司502/10米A型机，活塞式发动机是罗尔斯-；罗伊斯公司B81型8缸汽油机。该坦克后被命名为Strv103，简称S坦克。1964年正式投产的S坦克仍采用组合动力，但用罗尔斯-罗伊斯公司研制的K60型2冲程对置活塞多种燃料发动机取代了B81型8缸汽油机。 以后S坦克组合动力装置用波音公司553型燃气轮机取代了原先的502/10米A燃气轮机，功率由242.6千瓦(330马力)提高到360千瓦(490马力)，使发动机总功率由419千瓦(570马力)提高到536.8千瓦(730马力)，大大提高了坦克机动性。目前瑞典陆军正在考虑用通用汽车公司底特律柴油机(General Motors Detroit diesel)分部的6V-53T型2冲程柴油机(290马力)取代K60发动机，如果计划实现，S坦克动力装置的总功率还可提高36.8千瓦(50马力)。 S坦克动力装置采用前置方案，燃气轮机位于左侧，柴油机位于右侧，这两台发动机可以单独驱动车辆，也可联合工作，以适应坦克对动力的要求。 30年来瑞典陆军始终选择组合动力作为S坦克的发动机是由于坦克对发动机有较高的多方面要求。它要求发动机具有良好的加速性能、扭矩特性、冷起动性能、燃油经济性以及其他性能。坦克发动机使用轼率范围较宽，而且坦克大部分时间是在低功率工部分下行驶，这就要求发动机具有很好的部分功率油耗特性。而无论是柴油机还是燃气轮机都不能全面地满足坦克战术使用的要求。S坦克采用组合动力，可以说是一种折衷方案。 采用组合动力，一方面利用了柴油机良好的燃油经济性，特别是它部分轼率时的低油耗特性；另一方面又利用了燃气轮机良好的加速性能、扭矩特性和冷起动性能。该组合动力两个发动机的功率分配(柴油机约占总功率的40%，燃气轮机约占60%)是充分考虑了坦克使用功率的特点而选定的。坦克在一般条件下行驶时，仅使用柴油机单机驱动；当坦克起步加速或以高功率行驶时，燃气轮机进入工作，双机联合驱动，在低温下可以利用燃气轮机起动柴油机，当柴油机发生故障时燃气轮机还可作为一个动力源。 采用组合动力可降低发动机总高度，对降低S坦克车体高度非常有利，这也是瑞典陆军选择组合动力作为S坦克发动机的一个重要因素。 但是组合动力装置的结构和控制系统比较复杂，总体积大，也较重，而且燃油经济性比单独采用柴油机要差。 结构特点 该组合动力装置由1台活塞式发动机和1台燃气轮机以及一整套传动、变速和操纵系统组成。 1.K60型2 冲程对置活塞多种燃料发动机 该机为直列式6缸机，功率为176千瓦(240马力)，转速为 2400r/min，是坦克全部行驶时间内工作的发动机。 2.沃尔沃DRH-1M三速自动变速箱 它装于K60发动机后部，与其直接相连，有前进、倒退2个变速档和1个直接档。 3.波音502/10米A燃气轮机 该机242.6千瓦(330马力)，燃烧室为2个直流筒形，压气机为一级离心式，压比4.8，压气机涡轮和动力涡轮均为一级轴流式。它不带回热器，燃油消耗率高，为568g/千瓦?h(418g/马力?h)当坦克起步加速或需要高轼率时，燃气轮机参与工作。现已由360千瓦(490马力)的波音553型燃气轮机取代。 4.沃尔沃组合传动变速箱 它包括下列组件： 新型齿轮组合传动装置，通过弹性联轴器和联锁自由转轮连接2台发动机； 高速行星变速箱，具有2个前进档和2个倒档； 斜齿轮传动装置，带有2个相同转速的输出轴，通过离合器与车辆的侧传动装置相连接。 5.支承整个动力装置的支架 它有3个支承点，安装在车辆上，用以支承整个动力装置，并用来支承附件、导管、软管、电线和操纵连接杆等。 6.冷却系统 它包括： 2个串联在一起的空气-机油和空气-水组合的散热器，前者用来冷却车辆液力传动系统的用油。 2个高速风扇，每个风扇冷却1个散热器，它们由淮压马达通过齿轮来驱动。 1个双热电偶调节装置，它可控制机油和水的温度。 1个由4组水冷机油散热器组成的冷却系统，用来冷却活塞式发动机、自动变速箱、燃气轮机和变速传动系统。 1个和散热器连通的水箱，可放泄蒸汽和流通空气，并通过文托里管连接到水泵进口，而水泵又与伺服传动系统和扫气泵系统直接相连接，活塞式发动机单独运转或与燃气轮机联合运转时，都通过液压传动来驱动水泵。 7.进、排气系统 活塞式发动机从进气口吸入的空气须通过旋风筒和布滤组合的空气滤清器滤清。排气系统带有排气自动抽尘装置。燃气轮机从1个单独进气口吸气，进气管内带有导向叶片，以避免压气机发生喘振，并可减少压力损失。压气机进口处装有圆锥形的滤网，以保护压气机叶片和叶轮不受砂粒侵蚀。 8.连接杆和操纵系统 其作用如下： (1)联动操纵 2台发动机的油门系统的油门系统都是用1个连接杆系进行操纵的。操纵连接杆可控制组合动力装置的工作：当活塞式发动机接近全功率时，燃气轮机才开始运转并输出功率。 (2)起动和停车控制 燃气轮机用按钮起动。起动、点火、供油、起动完毕和点火结束等程序完全是自动控制的。活塞式发动机也是用按钮起动，但发动机起动后可以松开按钮，不需要自动控制。2台发动机都可通过按钮各自停车。 (3)紧急操纵 紧急情况时可临时用按钮操纵电磁铁，切断最大油门，停止最大功率输出。 (4)自由转轮联锁 在通常运转时2个自由转轮处于松开状态，但如需利用燃气轮机起动柴油机时可以用手动锁紧。 组合动力装置的运转方式如下： 1.柴油机单独运转 柴油机单机运转时通过自动变速箱进行传动，实现了驾驶操纵自动化。自动变速箱有3个变速档，其中2个变速档通过液力变矩器可在5:1范围内无级变化扭矩，直接档变速比为1:1。辅助行星齿轮变速箱的减速比为3:1和1：1，倒速比为3：1和1：1。这样，总扭矩比是低速15：1，高速5：1。 液力变矩器的扭矩吸收特性随着转速的增加而升高，因此，在高速时使用第三(直接)档传动具有较好的经济性。 由于采用自动变速箱，换档过程从一档变换到二档时，输出轴转速几乎不变；从二档变换到三档时，只有很小的变动。因此，车辆行驶非常平稳，没有任何跳动，这有利于提高发动机、变速箱和传动部件的使用寿命。 2.燃气轮机单独运转 双轴式燃气轮机具有自动无级变化扭矩比的特点，最大扭矩比可达到2.5:1，不通过变速机构传动时，虽然扭矩仅相当于柴油机-液力变矩器机组扭矩的1/2，但因它的直接输出功率较大(约大25%)，不足的扭矩比因而可以得到补偿。 3.双机联合运转 这是越野和作战时的运转状况。由于柴油机有良好的燃油经济性，所以是供给主要附件和行动系统所需功率的基本发动机。在惰转和低功率行驶时柴油机单机工作，坦克发动机大部分时间是这种工况。只有当坦克需要发动机输出较高轼率时双机才联合运转。由于2台发动机都是全部自动操纵的，而且输出特性也是相似的，故联合运行不会有任何问题。 性能数据 该组合动力装置的活塞式发动机性能数据见英国K系列发动机。 组合动力装置的燃气轮机主要性能数据如下： 型号??????Boeing502/10米A 燃气轮机循环??简单开式循环 标定功率????242.6千瓦(330马力) 输出轴转速???3400r/min 燃油消耗率???568g/千瓦?h(418g/马力?h) 空气流量????1.48kg/s 涡轮进气温度??900℃ 外形尺寸 ?长??????1070mm ?宽??????610mm ?高??????610mm 体积??????0.4m3 单位体积功率??607千瓦/m3(825马力/m3) 重量??????152kg 比重量?????0.62kg/千瓦(0.46kg/马力)
