燃?xì)廨啓C(jī)對裝甲車輛牽引性計(jì)算與分析

于洪雨

摘 要：本文首先對燃?xì)廨啓C(jī)在國內(nèi)外坦克上的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，而后以我國某型號坦克為研究平臺，將其動(dòng)力裝置改裝俄羅斯ГТД-1250燃?xì)廨啓C(jī)，并對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)匹配和動(dòng)力性分析，結(jié)果表明燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用在國產(chǎn)坦克上是可行的。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);坦克;動(dòng)力性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.035

0 引言

燃?xì)廨啓C(jī)是以連續(xù)流動(dòng)的氣體作為工質(zhì)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，將燃料的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ膬?nèi)燃式動(dòng)力機(jī)械，燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)主要由壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪三大部分組成，具體的結(jié)構(gòu)形式分為單軸、雙軸、三軸等，車用燃?xì)廨啓C(jī)多采用雙軸和三軸結(jié)構(gòu)，圖1為三軸燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)方案圖。

1 燃?xì)廨啓C(jī)作為我國坦克動(dòng)力裝置的性能分析與計(jì)算

1.1 燃?xì)廨啓C(jī)外特性與改裝坦克動(dòng)力艙布置分析

ГТД-1250燃?xì)廨啓C(jī)外特性輸出軸轉(zhuǎn)速功率曲線見圖2。由圖可見在燃?xì)廨啓C(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速為65%～100%時(shí)，功率近似相等（略有凸起）。圖3為燃?xì)廨啓C(jī)外特性輸出軸轉(zhuǎn)速燃油消耗率曲線。由圖可見同樣輸出軸轉(zhuǎn)速為65%～100%的區(qū)間內(nèi)近似看做等油耗區(qū)。以上兩點(diǎn)是燃?xì)廨啓C(jī)優(yōu)于柴油機(jī)輸出特性之處。圖4為燃?xì)廨啓C(jī)+15°時(shí)的扭矩特性曲線。

1.2 牽引特性分析

傳動(dòng)箱通過行星變速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變速，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力通過彈性聯(lián)軸器、前傳動(dòng)輸入，一路功率流（直駛流）經(jīng)液力變矩器，從渦輪軸傳至行星變速機(jī)構(gòu)，再經(jīng)主軸傳至兩側(cè)匯流排齒圈;另一路功率流（轉(zhuǎn)向流）由前傳動(dòng)分別傳至兩側(cè)匯流排太陽輪。直駛時(shí)，零軸制動(dòng)，主軸動(dòng)力經(jīng)匯流排框架輸出至兩側(cè)側(cè)減速器及主動(dòng)輪。液力變矩器閉鎖時(shí)，傳動(dòng)箱為機(jī)械傳動(dòng)工況，此時(shí)的傳動(dòng)箱傳動(dòng)效率最高。

坦克Ⅰ傳動(dòng)比計(jì)算公式：

其中，ic為傳動(dòng)箱傳動(dòng)比，ij為側(cè)減速器傳動(dòng)比。

其中，iq為前傳動(dòng)傳動(dòng)比，ib為行星變速機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比，ih為傳動(dòng)箱匯流行星排傳動(dòng)比。

坦克的傳動(dòng)效率為動(dòng)力裝置效率、傳動(dòng)裝置效率和行動(dòng)裝置效率乘積。

坦克的理論車速就是指接地段無滑轉(zhuǎn)、滑移時(shí)履帶的相對速度。

式中：rz為主動(dòng)輪半徑，ne為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速，ic為坦克總的傳動(dòng)比。

發(fā)動(dòng)機(jī)在外特性工況下，坦克以不同排擋行駛時(shí)，計(jì)算牽引力Fj和坦克車速v之間的關(guān)系，稱之為牽引特性。牽引特性可以評價(jià)坦克不同排擋時(shí)的牽引力、車速以及克服的行駛阻力。

式中，Te為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸扭矩。

計(jì)算牽引力Fj和空氣阻力Fk之差與坦克戰(zhàn)斗全重G之比叫做動(dòng)力因數(shù)，以D表示。動(dòng)力因數(shù)能評價(jià)、比較不同車重坦克的動(dòng)力性。

根據(jù)以上公式可以畫出坦克Ⅰ的動(dòng)力特性曲線，如圖5所示。

1.3 燃油消耗量分析

燃?xì)廨啓C(jī)的比油耗be為其發(fā)出每kW有效功率時(shí)每小時(shí)所消耗的燃油量，單位g/kW?h。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)小時(shí)所消耗的燃油量，稱之為小時(shí)燃油消耗量。用GT表示，單位kg/h。

式中：Pe發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

燃?xì)廨啓C(jī)的燃油消耗量可以用以下公式計(jì)算：

式中：v為坦克的速度，ρ為燃油的密度，圖6顯示了坦克Ⅰ的燃油消耗量。

由于ГТД-1250燃?xì)廨啓C(jī)燃油消耗為306g/kW?h，由于沒有采用回?zé)嵫b置，故比油耗高于同等功率的柴油機(jī)。但是伴隨著回?zé)崞鞯牟捎煤腿~片機(jī)械的發(fā)展，坦克燃?xì)廨啓C(jī)的燃油消耗率已經(jīng)達(dá)到當(dāng)前柴油機(jī)的水平。比如ГТД-1500燃?xì)廨啓C(jī)的燃油消耗率就比ГТД-1250燃?xì)廨啓C(jī)小得多。

2 總結(jié)

通過對燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用在我國坦克上的計(jì)算與分析得出，燃?xì)廨啓C(jī)坦克具有良好的扭矩特性，其扭矩儲(chǔ)備系數(shù)值為1.5～2.2，而一般增壓柴油機(jī)為1.05～1.15。因此，在車輛的行駛工況下，與柴油機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)能給車輛主動(dòng)輪提供更高的扭矩值，從而提高坦克的加速性和平均行駛速度，并減少換擋的次數(shù)及功率損失。燃?xì)廨啓C(jī)與綜合傳動(dòng)箱匹配得出的動(dòng)力特性曲線在很大程度上接近理想的動(dòng)力特性曲線，使得坦克在行駛換擋的沖擊較小，換擋的速度間斷性大大降低。并且也可以減少液力工況的使用，可以提高坦克功率的傳遞效率。

但是，燃?xì)廨啓C(jī)坦克也有一些不足。燃?xì)廨啓C(jī)的燃油消耗率較大，但是通過采用回?zé)嵫b置大大減小燃油的消耗量。并且燃?xì)廨啓C(jī)對于空氣的流量要求很大，大約為柴油機(jī)的兩倍，較大的空氣消耗量影響車輛動(dòng)力艙頂甲板的開窗尺寸，直接影響著車輛頂部的防護(hù)能力。

未來的主戰(zhàn)坦克，要求更高的戰(zhàn)場生存能力，因此，需要進(jìn)一步減少坦克外形尺寸，并且采用火力更強(qiáng)的電磁炮、電熱炮。這些對于發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸和功率就提出了更高的要求;因此，燃?xì)廨啓C(jī)的優(yōu)勢就顯得更加的突出。

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作者簡介：于洪雨（1988-），男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，研究方向：車輛工程。