美國下一代戰車先進整體式推進系統

美國下一代戰車先進整體式推進系統是美國為了滿足下一代重型戰鬥車輛需要，有美國陸軍於1982年開始執行一項重型戰車的先進整體式推進系統規劃(AIPS)。

基本介紹

• 中文名：美國下一代戰車先進整體式推進系統
• 外文名：The next generation vehicles advanced integrated propulsion system
• 目的：下一代重型戰鬥車輛需要
• 時間：1982年開

概述

為滿足美國下一代重型戰鬥車輛需要，美國陸軍於1982年開始執行一項重型戰車的先進整體式推進系統規劃(AIPS)。當時由美國陸軍坦克機動車輛局(TACOM)向美國工業界宣布了規劃的技術要求，有14家公司作出反應，投標爭取獲得為期1年的"紙面"研究合。TACOM從中選擇了6家公司並分別簽訂了價值50萬美元的研究契約，開始第一階段的研究工作--方案分析。

在AIPS規劃中，對推進系統提出的技術要求不是針對某一車輛的。在確定技術要求的定量指標時，TACOM認為M1坦克是當代具有先進技術水平的代表性戰車，要求每一個主要技術指標必需達到或超過M1坦克動力裝置的水平，尤其是推進系統的外形尺寸、油耗和重量方面應有較大改善。幾個主要技術要求是：

(1)在30℃環境溫度和150m海拔高度下，發動機功率達1103kW(1500馬力)，並確保車輛主動輪功率達772kW(1050馬力)。驅動電氣和液壓附屬檔案的功率約需55盪kW(75馬力)。提出的依據是，驅動60～65t重的坦克，並保持坦克最高行駛速度為74km/h左右。

(2)在攜帶1個戰鬥日所需燃料的情況下，推進系統的體積比M1的小35%左右。推進系統的高度不應超過1143mm，長度應儘可能縮短。

(3)提高燃油經濟性，實際使用的油耗應比現裝備的M1坦克減少40～50%。

(4)車輛速度從0到32km/h所需的加速時間應小於7s。

(5)提高可靠性、可使用性、維護性和耐久性(RAM-D)，具體指標是：

推進系統每工作1h所需的人均維護保養時間為0.12h；

兩次故障間平均行駛公里數(MKBF)為1000km；

戰鬥任務中兩次故障間平均行駛公里數為11500km。

(6)具有多種燃料性能。

此外，要求降低壽命周期費用、減少重量，對故障具有診斷、預測和維修能力、減少聲、熱、煙霧特徵、有三防裝置、能連續下坡制動等。還特彆強調冷卻系統的基本性能和尺寸要保證在氣溫為約50℃沙漠環境條件下使車輛能以最高速度最大負荷工作。

AIPS規劃的研製方法是：

(1)進行整體化設計 推進系統的整體化設計就是在設計時，不是把系統中的各部件孤立起來考慮，而是作為一個整體來對待，提出整體綜合技術指標。發動機只是推進系統中的一個主要部件，它的結構和性能，應從屬於整體式推進系統的技術要求。在AIPS規劃中，推進系統內包括的裝置有發動機、傳動裝置、操縱、制動、空氣濾清器、側傳動、冷卻系統、液壓系統、診斷預測和維修、特徵(紅外、噪聲、煙霧)抑制裝置以及蓄電池、燃油箱等。

TACOM採用整體化設計的原因一是出於提高可靠性的需要，他們認為現役戰車推進系統存在的可靠性問題，根源在於發動機、傳動裝置、冷卻系統、空氣濾清器等是單獨分開設計的，沒有顧及部件間協高載作的性能和相互的空間和重量要求；二是出於提高推進系統單位體積功率的需要，整體化設計十分有利於減小整車尺寸和重量。此外，通過整體化設計形成的推進系統在戰場條件下還便於整體吊裝，這咱模組化結構也便於裝拆和維修。

(2)沒有"目標"車輛 在AIPS規劃中，根據戰車技術要求先行研製推進系統，推進系統的要求不是根據某一具體車輛提出的，相反，車輛的總布置將按推進系統設計。

(3)重視部件研製 在AIPS規劃中，各部件的研製根據推進系統的技術要求進行。研究發動機的通用電氣公司和康明斯發動機公司作為主承包商負責將各部件總裝為推進系統，他們的責任是提供滿足技術要求的整體式推進系統而不僅僅是發動機。如此得到的總成的結構、性能、尺寸能夠滿足總要求，儘管每個部件本身未必是最優的。

AIPS規劃的進展情況為：

AIPS規劃的實施分為方案分析、硬體研製和整體技術論證、預先研製3個階段。第二階段的工作於1984年開始執行。由通用電氣公司航空發動機部和康明斯發動機公司為主承包商。前者負責論證以GP-1A燃氣輪機為動力的LV100推進系統；後者負責論證以CAV-28發動機為動力的CAP-1000推進系統。

兩種推進系統預定於1990年進行"決賽"試驗，獲勝的公司將得到全面研製契約，從而進入預先研製階段，將歷時5年，此後的20年內將陸續生產入選的整體式推進系統。

兩種推進系統正在按要求進行研製。通用電氣公司研製的GP-1A燃氣輪機於1987年9月第一次運轉。1989年10月LV100已成功地通過冷起動試驗和自清洗進氣系統的嚴格試驗。康明斯公司1986年決定研製XAV-28型4衝程油冷渦輪增壓中冷低散熱發動機，單缸機於1986年2月開始試驗，整機於1987年11月運轉，1988年8月XAP-1000進行全面試驗，1988年10月在美國陸軍展覽會上公開展出。

XAP-1000和M1坦克燃氣輪機動力裝置與M1坦克A GT-1500橫置方案(TMEPS)的體積、油耗比較如下：

AGT-1500TMEPSXAP-1000

使用油耗L/戰鬥日 2650 21201260

體積m38.5 6.514.39

XAP-1000的採購費用較AGT-1500燃氣輪機動力裝置低20%，壽命周期費用低50%，於1989年6月裝車試驗，在主動輪上的功率已達到551kW(為目標功率的71%)，已被選為TACOM的部件先進技術試驗車(CATTB)推進系統。

結構特點

1.LV100推進系統

為保證裝備的及時性和工作可靠性，推進系統採用的技術都是低風險的。但是，在現有技術基礎上採用了如下一些新結構以滿足提高燃油經濟性和減小體積等主要要求：

可變截面壓氣機和渦輪，保證在部分負荷下有良好的燃油經濟性；

改進的回熱器，採用橢圓形截面的熱交換管而不用圓形截面管，以增大管的表面面積，從而提高傳熱效率；

高冷卻能力的油冷系統，易於散熱，超過了TACOM對冷卻系統的要求，從而能防止高溫過熱。

自動傳動裝置，有6個前進檔2個倒檔，變矩器在低速下使用，在一檔以上速度，變矩器閉鎖，傳動裝置內還有1個液力制動器，從而具有連續制動能力而不會導致制動器過分磨損。

2.XAP-1000推進系統

XAV-28柴油機的結構特點可歸納為：

(1)採用低散熱技術以提高燃油經濟性和減小冷卻系統體積。利用VTA-903T柴油機上低散熱的研製成果，採用空氣隙或陶瓷塗層隔熱方法。此外，不用傳統的水冷系統而用滑油作冷卻劑進行高溫冷卻以減少散熱量。

(2)採用高增壓技術以提高柴油機單位體積功率，並採用電子控制的可 變截面渦輪增壓器以使發動機在低負荷工況下有較高燃油經濟性。

(3)採用電子控制噴油系統，保證高噴油壓力，有利於提高燃油經濟性。機載計算機可以將診斷和預測數據傳遞給乘員，提高了裝置的可靠性、可使用性、維護性和耐久性。

(4)採用發動機與傳動裝置並列布置的方案。它們相對於車輛都為橫置，發動機與傳動裝置之間有一傳動箱連線，這咱布置可縮短動力艙長度。總體布置十分緊湊，形成了一個部件密集的長方體。

性能數據

(XAV-28低散熱發動機)

型號XAV-28

類型

衝程4

缸數及排列12V60°

冷卻方式油冷

燃燒室型式直接噴射式

燃料種類可燃用多種燃料

增壓方式渦輪增壓

壓比3.8

有無中冷有

缸徑/行程150mm/130mm

總排量27.56L

壓縮比15

標定功率1066kW

標定轉速2600r/min

缸心距～184mm

平均有效壓力1.79MPa

活塞平均速度11.27m/s

升功率38.68kW/L

燃油消耗率212g/kW·h

外形尺寸

長1750mm

寬778mm

高947mm

單位體積功率827kW/m3

重量(乾重)1895kg

比重量1.78kg/kw

冷起動性能

-32℃環境溫度下無輔助裝置即可起動

-54℃環境溫度下，用極地預熱裝置，可在0.5h內起動