美國AGT-1500坦克燃氣輪機

1965年6月美國陸軍提出坦克和重型車輛用1103kW(1500馬力)燃氣輪機發展計畫。1965年10月陸軍選定阿夫柯·萊卡明（現改為達信-萊卡明）公司的以直升機渦輪螺旋槳發動機為基礎的設計方案，並簽定30台樣機的研製契約，該機定名為AGT-1500

基本介紹

• 中文名：美國AGT-1500坦克燃氣輪機
• 國別：美國
• 名稱：AGT-1500燃氣輪機
• 裝備情況：美國M1系列主戰坦克及其搶救車

基本信息

名稱：AGT-1500燃氣輪機 AGT-1500 Gas Turbine Engine

研製單位：阿夫柯-萊卡明公司 AVCO-Lycoming CO.,US

生產單位：達信·萊卡明公司 Textron Lycoming,US

歷史沿革

1965年6月美國陸軍提出坦克和重型車輛用1103kW(1500馬力)燃氣輪機發展計畫。1965年10月陸軍選定阿夫柯·萊卡明(現改為達信-萊卡明)公司的以直升機渦輪螺旋槳發動機為基礎的設計方

案 ，並簽定30台樣機的研製契約，該機定名為AGT-1500。

1967年1月樣機開始進行台架試驗。1968年初，在2個M48坦克底盤上進行裝車試驗。至1972年春，完成了5000h的實驗室運轉和600多公司里的裝車試驗，其中一半里程，坦克是在多塵地區行駛的。

1973年陸軍分別與克萊斯勒(Chrysler)公司和通用汽車公司(GMC)簽訂研製MX-1坦克樣車的契約，克萊斯勒公司的樣車採用AGT-1500燃氣輪機，通用汽車公司的樣車採用AVCR-1360-2型可變壓縮比柴油機。1975年2月阿夫柯-萊卡明公司將經過改進的AGT-1500燃氣輪機交付克萊斯勒公司。

1976年兩台XM-1坦克樣車在阿伯丁(Aberdeen)試驗場進行對比試驗。陸軍根據試驗結果，權衡利弊得失，儘管燃氣輪機的燃油消耗率高於柴油機，特別是低軾率工況的油耗量相當高，最後還是決定選擇裝有AGT-1500燃 氣輪機的克萊斯勒公司的樣車。至此，該燃氣輪機累計進行了9000多小時台架試驗和24000km裝車試驗。

1979年底，萊卡明公司向克萊斯勒公司交付了第一台生產型AGT-1500燃氣輪機。

與該燃氣輪機配套的空氣濾清器在坦克機動車輛局監督下專門進行研製。在1974和1975財政年度，陸軍坦克機動車輛局與唐納遜等公司(Donaldson Co.)簽訂契約，研製該機的空氣濾清系統，1982～1984年試驗並鑑定了新型自淨式空氣濾清器，同時著手研製新的脈衝噴射式空氣濾清器。

在XM-1樣車和生產型樣車試驗中，該燃氣輪機由於多次出現故障而受到責難。在樣車對比試驗中，該機的壓氣機和回熱器出現結構問題。1978 年2月克萊勒公司向陸軍交付11輛生產型樣車，在試驗中有7輛坦克出現發動機故障，試驗被迫暫停。絕大多數的發動機故障是由於進入塵土和發動機質量控制問題而引起的。

在對這11台燃氣輪機修改設計並改進進氣系統的密封結構之後，1978年9月恢復了試驗。克萊斯勒公司將最初在布利斯堡試驗過的3輛樣車從1979年11月至12月分別進行3200km(2000英 里)行駛試驗，五角大樓的一個"藍綬帶小組"根據這次試驗結果於1980年2月宣稱，M1坦克已全部達到設計目標。

然而，在1982年M1坦克的繼續試驗中，5輛坦克中又有3輛損壞，未能通過持久性試驗。這與發動機的故障和質量控制有關，而且回熱器有明顯的焊接缺陷。為改進該燃氣輪機，陸軍繼續投資。1983年4月8日至4月27日，初生產型M1坦克第一次成功地完成了行駛9600km的耐久性模擬試驗，平均每天行駛20h，沒有出現任何故障。這次試驗後，該燃氣輪機滿足了新的發動機驗收試驗規範的要求。

到1986年底，該燃氣輪機累計生產約4100台。1987年3月陸軍與阿夫柯-萊卡明公司簽訂14億美元的契約購買3229台燃氣輪機及備件，以裝備陸軍計畫在1991年前要求購買的7467輛M1和M1A1坦克。

該燃氣輪機的製造成本較高，約為坦克柴油機造價的兩倍，1987年的價格約為31萬美元。萊卡明公司指出，該機的維修費用低於柴油機。

為了節省坦克內部空間，M1坦克正在 考慮採用發動機橫置方案。由於該燃氣輪機長度較短，可以橫向布置。橫置方案取消傳動裝置前部的動力輸入組件，在左側增加可接受發動機動力的功率輸入端，利用置於發動機動力輸出端的簡單的直齒圓柱齒輪實現發動機到傳動裝置的動力傳遞。M1坦克在採用發動機橫置方案後的動力艙可以節省約1/3的空間。

美國陸軍採用該燃氣輪機作為M1主戰坦克的動力裝置是由於燃氣輪機具有以下優點：

輪機優點

1.結構簡單

燃氣輪機結構簡單，總零件數比柴油機少30%，運動件只有柴油機的1/5，軸承數是柴油機的1/3，密封件和齒輪數是柴油機的一半。該燃氣輪機的重量約為AVCR-1360-2可變壓縮比發動機或豹2坦克MB873柴油機的一半；本體尺寸小，但與之匹配的空氣濾清器尺寸較大，因此，體積小的優越性不明顯。

2.維修簡便

該燃氣輪機採用模組化設計方法，且便於從上面接近，附屬檔案的修理和更換無需拆卸發動機，2/3的維修工作不需挪動發動機；吊裝方便，1h內可以取出發動機並重新安裝好；機油消耗量僅為柴油機的1/10，不需定期更換機油和機油濾清器。

3.冷起動性能好

燃氣輪機摩擦件少，起動力矩較小，可以使用軾率較小的起動電機。該燃氣輪機在-31℃的低溫下不需預熱即可起動；豹2坦克MB873柴油機在-18℃條件下需要預熱才能起動。

4.負荷反應快

燃氣輪機從惰轉達到全功率運轉的時間短，只要燃料建立起穩定的燃燒，部件就可達到工作溫度，很快就可輸出全功率，因而可提高坦克加速性。該燃氣輪機從惰轉到輸出全功率只需2.5s，而柴油機需要2～3倍的時間。

5.扭矩特性好

燃氣輪機(雙軸或三軸結構)的扭矩隨動力渦輪的轉速降低而增大，具有良好的越野性能。因扭矩儲備係數大，可以簡化傳動裝置。對於液力機械傳動而言，可以減少使用液力變矩器的時間，因而可減少傳動裝置的散熱量和提高傳動裝置的效率。

6.多種燃料性能好

該燃氣輪機常用的燃料是1號、2號柴油和4號、5號噴氣機燃料，急需時可使用汽油、煤油。如需改變燃料，只需根據燃料的比重轉動駕駛室中的刻度盤，操作很方便。

7.排煙少、振動小、噪聲低

這些特點可以減少坦克上戰場上被發現而遭到攻擊的可能性，從而提高坦克的生存力。

該燃氣輪機存在的主要缺點是燃油消耗率高。在1982財政年度陸軍完成了提高該機燃油經濟性的改進計畫。試驗表明，油耗有所下降，燃油經濟性提高了10%。但與柴油機相比，油耗仍較高。

該燃氣輪機將繼續進行改進，技術發展工作包括在渦輪噴嘴、渦輪葉片和重新設計的燃燒室表面上噴塗各種隔熱塗層，以改善燃油經濟性。

結構特點

該機系回熱循環、雙轉子、三軸結構的燃氣輪機。濾清的空氣(37.8℃)經壓氣機增壓後14.5大氣壓，474℃)，通過回熱器，溫度升高到567℃。然後在燃燒室與燃油混合，燃燒後的燃氣進入高壓壓氣機渦輪，溫度為1193℃，渦輪葉片利用從壓氣機引出的空氣進行冷卻。燃氣經過高壓壓氣機渦輪、低壓壓氣機渦輪、動力渦輪膨脹作功後，溫度降到590℃。廢氣在排向大氣之前先經過回熱器，溫度降低到520℃最後從回熱器頂部排向車外。動力渦輪的轉速為22500r/min，通過減速齒輪，轉速降到3000r/min，然後功率輸送到傳動裝置。

該燃氣輪機由壓氣機、壓氣機渦輪、動力渦輪、燃燒室、回熱器、減速齒輪箱、燃油系統、附屬檔案傳動箱、起動電機等組成。

進氣

進入軸向進氣管道的空氣由單級唐納遜(Donaldson)"緊密薄片"慣性分離式濾清器和V-Pac屏障濾清器進行濾清。

壓氣機

由低壓級和高壓級組成，結構特點為套軸式，高壓級的管軸套裝在低壓級的實心軸上，兩則的旋轉方向相反。低壓級是5級軸流，高壓級是4級軸流和1級離心。空氣由離心引導到徑向擴壓器，壓氣機的總壓比為14.5:1。壓氣機進口前裝有可變進氣導向葉片。

回熱器

為固定式橫流熱交換器，由液壓成形的多層A286不鏽鋼板焊接而成，外形呈圓柱形。軸向流動的空氣與橫向流動的廢氣在回熱器中交叉傳熱進行熱交換，60%功率時的回熱效率為72%。回熱器的中心部分是空的，其中放置了渦輪排氣擴壓器和減速齒輪箱。如果在戰鬥中回熱器損壞，有1個可旋轉的碟形閥可以使增壓後的空氣不經過回熱器而直接進入燃燒室廢氣則通過1個擴張的通道排向車外。

燃燒室

單管，切向渦管形。

壓氣機渦輪

由高壓級和低壓級組成，兩者均為一級軸流。高壓級渦輪通過套管軸驅動高壓壓氣機，速為43500r/min。低壓級渦輪通過實心軸驅動低壓壓氣機，轉速為33500r/min。高壓級輪葉片由從壓氣機引出的1股空氣進行冷卻，渦輪進口溫度為1193℃。

動力渦輪

二級軸流，輸出轉速為22500r/min。採用可調噴嘴，以控制動力渦輪的輸出功率。葉輪外周有環形圈。為了減振，每隔5個葉片與9個葉片交替地在環形圈上切槽。

排氣

廢氣經過回熱器後從發動機後部向上排出。

減速齒輪箱

一級行星齒輪排，由動力渦輪輸入的轉速為22500r/min，輸出轉速為3000r/min。

燃油系統

整體式齒輪泵，液力機械式燃油調速器，帶有程式起動和控制動力渦輪速度的電控裝置。過熱或超音速情況下，電控裝置還能使發動機斷油，時間僅需50μs。完全開啟動力渦輪的嘴只需100μs。傳統系統的監測裝置監測壓氣機的出口壓力，用以精確估計可利用的功率，後調節動力渦輪的扭矩，使油耗達到最低。

起動電機

1個12V起動電機通過附屬檔案傳動鏈起動燃氣輪機。備有1個附加驅動座以利用輔助起動器。

附屬檔案傳動箱

由壓氣機高壓級套管軸驅動，驅動全部附屬檔案消耗的功率是25.7～73.5kW(35～100馬力)。

變型機

TF15燃氣輪機
1983年初阿夫柯宣布該公司提供了AGT-1500燃氣輪機的變型機--工業型和船用型燃氣輪機，命名為TF15。發動機在輸出轉速3000r/min的標定功率為1103kW(1500馬力)。該機的結構與AGT-1500相同，採用1個多片固定式回熱器以降低全部功率範圍的燃油消耗率，重量只有相同功率的工業/船用型柴油機的一半。可燃用多種等級的柴油和航空煤油，優點是沒有煙跡。美國海軍在1984年考慮將該燃氣輪機用作新的巡邏艇推進裝置的動力，並作為新的艦船用發電裝置的基本動力。

性能數據

型號AGT-1500
燃氣輪機循環 回熱循環
標定功率1103kW(1500馬力)
標定轉速3000r/min
燃油消耗率(標定) 306kg/kW·h(225g/馬力·h)
燃油消耗率(80%功率) 292g/kW·h(21 5g/馬力·h)
空氣消耗率57.5kg/kW·h(42.3kg/馬力·h)
外形尺寸
長1600mm
寬1016mm
高711mm
體 積 1.156m3
單位體積功率 954.2kW/m3(1297.6馬力/m3)
重 量 1120kg
比重量1.015kg/kW(0.747kg/馬力)