【转】战车的设计--台湾科學月刊 1984年10月刊

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战车的设计
劉慶雄-----台湾科學月刊 1984年10月刊

【摘要】战车设计千头万绪，岂是区区一文可以全部涵盖！但至少可触及几种基本原则以一窥堂奥，使大家明白「陆上战舰」──战车是如何设计的。

一般见诸报章有关战车设计的文章，多墨于各式战车的简介与比较，且聚焦于动力系统（机动性）、装甲（防护性）及主要武器（火力）。然而有许多基本参数的考量，就优先顺序而言，远在上述各点之前，如车长／宽比、接地压力（ground pressure）、长限、高限及宽限等。除此之外，对于战车之各种特殊需求亦须了然于心。

时常有人开玩笑说，设计战车的第一步就是准备一张乾淨的纸。然在此之前，设计者须先了解影响战车设计的限制因素。什么是理想的战车？答桉其实很简单，符合使用者需求的战车就是理想战车。事实上，设计战车的流程乃一封闭曲线。起始于使用者，也终于使用者。工程师根据使用者的需求，绘图并试製样车，样车再经使用者反覆试用、工程师反覆改良后定型及大量生产。至此，战车设计遂告一段落。而同型第二、三代战车的研製仍须基于使用单位（人员）的意见。

基本上，每一战车乘员都希望自己的战车具备下列特点：

一、在任何战场与敌遭遇时，具一发命中摧毁目标的能力。
二、对任何角度、任何武器的攻击，可承受一击进而以前述优点报复。
三、在任何地区（形），均能「健步如飞」。

然而，就补保单位的立场而言，「理想牌战车」所应具备的条件也许是成本低、运输便捷、保养容易、耗油（弹）量少。因此，由于仁智互见，战车设计标准的拟定实非易事。在不可能满足各方需求下，战车设计遂成通盘考量以产生最佳效果的一种艺术了。

尺寸的拟定
战车「全身」上下尺寸颇多，但属车宽最具关键性。因车宽影响渡桥、机调调防及在一般公路上运动的能力。例如在第二次世界大战之贝利桥（Bailey bridges）战役中，由于M-26潘兴式（Pershing）战车较M-4薛曼式（Shermans）战车宽516毫米，使后者可轻易渡桥；而当前者过桥时，桥两边的护栏须经特殊保护以免被战车刮坏。另一与车宽有关而须于事前顾及的因素，为运输工具（飞机、铁路）所能容许的宽度。由于苏俄铁路运输的宽度限制为3,414毫米，因此，这自然成为俄製战车所能容许的最大宽度。

美国陆军设计M-1时最初宽度为3,658毫米，后又改为3,588毫米，其原因即「波恩国际铁、公路轨迹」（Berne International Gage）规定铁路运物宽度为3,150毫米，公路运物宽度为2,438毫米～2,591毫米。另外，美陆军「重装备运输具」的宽度限制为2,438毫米。当然，对运输战车而言，上述各规定应有相当允差。

总之，设计战车必须考量载具。否则，一旦战车研製成功才恍然发现无适当载具运送，不但浪费人、财、物力，延误时（空）间的争取，更严重影响战力，后果不堪设想。这就成了名符其实的「闭门造车」了。

战车宽主要来自车体（tank hull），而车体宽则受炮塔座环（turret ring）直径的影响。关于座环直径有二点要注意，其一，要有容纳主炮后膛（gun breech）向下摆动的空间，俾便主炮俯（仰）射。其二，要有足够空间使退（上）膛动作顺利。对大口径主炮言，此点更形重要。翻阅战车史，可以发现美製战车之座环直径为1,524.6毫米～2,159毫米。最小的是M-4，其主炮为75毫米或76毫米。最大是M-48巴顿Ⅱ型（Patton Ⅱ）及M-60巴顿Ⅱ型，其主炮为90毫米或105毫米。由上可知，炮塔座环直径与主炮口径成正比，表一为各式战车之座环直径与炮径比较表。


车高

影响战车总高的基本因素有三──炮塔高、车体高、离地高（ground clearance）。如众週知，战车之总车高越低，越不易为敌发现及攻击。俄式战车设计最大特点就是儘量把车高压低，并将降低车身所节省的重量用于加强车前装甲。由于正投影面积减少，也连带减少了被命中的机会。驰名世界之瑞典S战车，其无炮塔设计主要亦着眼于此。由图一知，因车高降低所造成战车在重量、车前装甲设计、正面命中机会各方面的差异十分可观。



离地高通常由使用单位（人员）决定，无一定规则可循。以M-60为例，其离地高为457毫米。车体高与二因素有关，引擎室的大小及驾驶手坐姿高度（平均约1公尺）。至于炮塔高则受主炮口径及其俯仰角的影响。炮塔塔顶（turret roof）高度的设定，需考虑装填手站姿高度及装填动作之方便。一般而言，此高度至少需要1,676毫米。综上所述，战车高度大致可由下式决定：

战车最小高度＝炮塔顶装甲厚＋炮塔高＋车体高＋车体地 板厚＋扭力杆厚（若有）＋车腹装甲厚＋离地高

或可略算如下：

战车最小高度＝离地高（457毫米）＋驾驶坐姿高（1,005毫米）＋炮塔高（660毫米）＝2,122毫米

以俄式战车为例，T-62高2,400毫米，与上式结果相去不远。

展望未来，战车高将有限度地降低。因此，低（无）炮塔设计或许会成为战车发展的趋势。当然，降低炮塔会缩小乘员活动空间。要想活动空间不受影响，唯一的办法就是限制乘员身高。假设战（装甲）车乘员均能挑选、训练身材较矮而身体灵活度一样的人员担任，则炮塔、车体、驾驶室均可相对降低，战车也可大幅缩小，而机动性、装甲也同时获得改进，可谓一举数得。若此为可行，则将使战车设计提升至一前所未有的新境界。

车长

一般而言，战车车长因素较车宽、车高不具关键性。倒是战车转向能力，受「履带宽与履带接触地面长度比」的影响。当然，车子越长，履带与地面的接触带也越长。若该比值太大，则战车将无法转向，因履带在地面的滑动将损耗动力而使前进推力（for-ward thrust）偏移。若战车使用一般传动系统且转向半径（steering radius）固定，则车长／车宽（L／W）比不宜超过1.5。若战车有较複杂之传动系统，且具可变迴转半径，则其车长／车宽可稍提高，约1.7～1.8。另外，由于战车质心的位置严重影响战车障碍超越能力，因此在设计车长时必须考虑质心的位置。就车之纵向言，质心应在履带几何中心之上，如此方可使整个战车的重量平均由各「地轮」支持。

车重与接地压力

战车的接地压力係指每单位面积「战车施与地面的压力」。换言之，即以车之战备全重除以履带与地面接触的面积。只比较车重而忽略接地面积，正如比较引擎动力而不计缸数、耗油量一样毫无意义。譬如以槌击鼓，鼓皮咚咚有声；若以针刺鼓，鼓皮却轻易破裂。前者力大而后者反轻易使鼓皮破裂，其关键端在尖针与鼓皮为点接触，而点没有面积。因此，战车的接地压力越小越好。

接地压力可谓对战车机动性最具影响力的因素之一。苏俄将「非活性履带」（dead track）战车（即履带不含橡胶块）的接地压力定为0.85公斤／平方公分。事实上，服役中之俄式战车没有任何一型之接地压力超过0.81公斤／平方公分，就连使用活性履带（live track）的T-64／72也不例外。表二为各式主战车之接地压力比较。一般而言，美式战车之接地压力较俄式稍高。
接地压力越小，战车之越野能力越强。举例来说，以接地压力极小（0.35公斤／平方公分）驰名世界的英製蝎型战车（Scorpion），在福岛战役中大出风头。专家分析，该岛土质鬆软，一般战斗车辆很难在其上畅通无阻。从运动力学的角度来看，履带陷入泥土越深，所受阻力越大，所需驱动战车前进的动力也越大。然鬆软泥土又较坚硬地面难产生前进推力。
直接影响接地压力的就是车重。近代战车的「体重」约36～55公吨。直觉上，战车越重意味机动性越小、运输困难、渡桥危险性增加。近代战车由于在动力系统、装甲材料方面的突破，多少抵销了战车重量的负面影响。

存活性

好的战车设计应使其被击中后不致瘫痪。当装甲被炮（飞）弹弹头贯穿时，燃烧是最大的顾虑，因其具高度危险性。举例而言，M-1战车上有7组感测器遍布车内各重要岗哨，并与自动灭火系统互通声息。可于火势发生坐大前侦测并扑灭之，使车内人员物资不致再受严重伤害。

旧式战车多用汽油引擎，这方面的顾虑更大。万一引擎附件或油箱被击中，后果不堪设想。由于汽油较柴油燃点为低，使汽油易燃且蔓延极快。再者，从油系零组件各接头处渗出之油气，也是枚不定时炸弹、无形杀手，非常可怕，因这些油气极可能造成「再爆炸」。近代战车多用柴油引擎，不但降低起火率，改善存活性，也增进了动力系统各种性能。例如使用汽油引擎之M-46，其巡弋半径为113公里；使用柴油引擎之M-60 A1则为483公里。后者之巡弋半径能远超过前者，显是拜携油量较多之赐，而M-60 A1敢于携带较多油料，自然因为柴油较安全。

火炮推进剂是另一隐忧，因其被击中后也会造成爆炸及燃烧。不过推进剂的燃烧较不严重，因为扑灭容易。补救措施大致与油料起火雷同。另加M-4及英酋长式（Chieftain）战车，将贮存推进剂处四週加上内存化学药物的边板。又如M-1使用「放气密室」（blow-off pane1s）等均甚有效。除火及爆炸的防制外，其馀提高战车存活率的方法尚包括烟雾弹发射器，或其他可产生类似掩蔽效果的装置。

若进一步分析，可从消极与积极两方面探讨提高战车存活率的问题。消极方面在于：
一、使战车不易被击中。这与闪躲性、驾驶技术、外形设计有关。
二、被击中后不致瘫痪。此与车内设计及自（补）救系统（装置）有关。积极方面在于：

一、如何使战车不易被发现。除了上述烟雾效果外，如何使战车具备电子反制，及不被敌人目视、红外线或其他声光侦测系统测知的能力，是非常重要的。专家正谋使战车具备自掘战壕的能力，必要时使战车主要部分沉入地平线以下。这有点像沙蟹遇敌即沉入沙中一般，也与古代小说中的「遁地术」有几分神似。须强调者为改进了战车不被发现的能力，亦有助于奇袭效果。
二、改进侦搜及第一发命中的能力。务必于敌尚未发现自己前将其摧毁，这须配合以高性能之射控系统及高素质之乘员。
战车配置

战车内外零附件既多且杂，而战车体积又不宜太大，因此，如何有效安排人员装备乃成重要课题。关于战车配置（tank layout ）的问题，须考量的参数非常多。但基本上仍以战场性能需求为着眼──即战车在战场上要能携带武器、弹药、各式装备、乘员，并能迅速变换位置以保障自身安全，进而歼灭敌人。至于战车的外型，基本上从T-24问世后就固定了。

战车车体通常分成三大部分，即驾驶室、炮塔、引擎室。引擎室一般与其馀二大部分隔离，以避免油系火势波及人员装备。引擎的安排分前置及后置两种，也有极少数中置，如英製MarkⅠ。引擎位置的变化可以第二次世界大战为界限。在大战（含）前的战车大都将引擎后置，传动系前置；大战后则引擎及传动系都趋向后置。比较起来，前者有几个显着的缺点：

一、动力从车后传至车前需一传动轴，这可能造成车高的增加。
二、保修困难。由于传动系前置且构造複杂，保养维护的机会非常多。因此车前必须安排舱口或可移动之装甲，使保修工作容易，但这将增加製造及保养成本。
三、车前防护力降低，尤其战车误触地雷时多在车前爆炸。反言之，若将引擎及传动系统均置车后，则有下列特点：

一、抗地雷性提高
后置引擎后方传动，主动轮在车后，车前仅一惰轮。若战车于行进时误触地雷，顶多惰轮及履带损坏，不难修复。即使一时无法完全修复，也可勉力而行。若将主动轮置于车前，一旦遇雷毁损，不但自顾不暇，还会拖累友军，影响战力及任务之达成。
二、最终传动与车前有效厚度
当传动系统置于车前时，最终传动组（final drives）必须儘量靠近车体，连带造成车前装甲斜度无法提高，进而使有效厚度降低，结果使最需防护力的车前部分反而防护力最弱。
目前服役中之各国主战车，只有二种同时将引擎及传动系置于车前，即以色列之凯旋型（Merkava）及瑞典的S战车。两者在设计理念上，均将引擎及传动系当作前装甲的一部分，以提供乘员额外的防护。另外，引擎及传动系前移后，车后位置可留给自动装填系统。对S战车而言，其目前装置柴油引擎的位置几无法改变。因S战车体积较小，车内空间有限，人员及零组件的安排必须十分紧凑，假设将引擎移至别处，不但车前装甲的斜度要改变，连主炮炮管位置亦须大幅更动。

凡事总是利弊相依，引擎及传动系前移亦然。由于热源追踪器（thermal imagers）的发展，使前置引擎在掩体中被测知的可能性大为提高，即使改良冷却系的位置及性能亦然。若冷却系置于车前上方，则冷却系所放出之大量热，将造成主炮因不均匀受热而产生热应力及变形的现象，益使节外生枝，问题更趋複杂。同时，引擎前置将使驾驶室酷热难耐，间接影响战力，而车长及射手受引擎排气、热及噪音的影响则相对减少。从另一观点来看，引擎前移则主炮及作战室（fighting compartment）可后移，如此可减低「战车／车体／主炮」的整体长度，且主炮不易触地，特别是在爬坡及超越障碍时。作战室后移还有一附带好处，即可配置较长主炮，如此可增加炮口初速，这对脱壳穿甲弹（APDS）尤其有利（见图二）。
大部分战车都将引擎及传动系后置，其目的自然是避免上述前置的诸多缺点。然而老缺点避免了，新缺点又出现了。因为驾驶手在车前，而动力及传动系却在车后，中间还夹着一个炮塔及作战室，操作起来十分不方便，同时也增加设计製造的困难。


除了S战车，大部分战车均有一显着炮塔。S战车由于无炮塔，故其105毫米主炮从车体前方延伸而出，炮后有一自动装填系统，可使其具备15发／分的射速。另外藉一「液压气动式承载系统」（the hydropneumatic suspension）之助（见图三），可使车体前倾角改变，从而使主炮有－10°～＋12°的俯仰弹性（见图四）。S战车另有一套主炮专用的精密传动系统，可使主炮在既有的轨道上作有限度的横向偏移，其方向变换之快几与一般炮塔不相上下。





S战车的缺陷很少为人提及，但却显而易见。其一，该车主炮无法于行进中射击且死角太多。其二，因主炮可调整方位有限，若欲做大幅横向位移时，车体须随之移动。在瞬息万变的战场上，这可能丧失不少先机。而当战车移动时又可能为敌查觉，连带降低了奇袭的效果。

展望未来，乘员极可能皆坐在车体中操纵外置的主炮，现行的炮塔极可能消失无踪。虽然，部分专家认为炮塔要为战车的体积及重量负责，但炮塔的优点仍不能轻易抹煞。例如车长在炮塔中，因为视界良好，对全盘状况较易掌握，亦可对驾驶及射手有准确的指示；再加上各种观（侦）测系统之助，更有益于战车优点的发挥。若去掉炮塔而将乘员均置于车体中，则现行之观（侦）测系统可能无法胜任，必须研製更複杂、更昂贵的光学或光电系统，利弊之间值得考量。
武器装备

战车主要武器的选择受多种参数的影响，如战略（术）理论、主要敌人之战车装甲防护、消灭不同目标之需求等。在六十年代，许多人认为未来战车将配备反战车导引飞弹（anti-tank guided missles，ATGM），因此种飞弹射程既远，破坏力又强。举例而言，美M-551雪瑞敦式（Sheridan）战车及M-60A2的全车设计，就是以配合主炮发射ATGM为考量（见图五）。法国142毫米的ACRA飞弹也是为战车主炮而设计，但只试射过几次后就停止实验了。比起炮弹，飞弹的优点是射程较远，而缺点则包括射速太低、无法于行进间射击、携弹量太少、装填太慢、製造及训练成本太高。表三为各国主战车所使用之主炮及弹药比较。大约在ATGM开始发展的同时，战车炮的射控系统有很大的突破，于有效射程内之命中率也有显着的提高。因此，在可预见的未来，炮仍是战车的主要武器。





弹药

战车通常携有大量弹药，供应主炮、同轴机枪、塔顶机枪及人员随身武器所需，另外还有烟雾弹、手榴弹等，从战车史来看，主炮携弹数量的变化很大。例如一次世界大战的Mark Ⅰ携带332发57毫米炮弹，二次世界大战的T-34／76则携77发主炮炮弹。二次大战以降，各国均将战车弹量减少。目前，西方国家主战车的携炮弹量为50～60发，而苏俄则维持在40发左右。
武器弹药的体积与重量影响战车设计至钜（见表四、表五），若武器弹药过重，则战车将会在其他装备、人员及装甲防护方面均将付出代价。兹举二例说明：


一、若将M-47的携弹量从71发增至105发，则必须牺牲二挺机枪及相当一名射手的活动空间。
二、再从数字上比较，M-4的基本负载重限为875.88公斤，而每一发炮弹就有9.04公斤重。M-60A1之基本负载重限为1,116公斤，而一发105毫米炮弹就重约18.6公斤。


弹壳的处理对战车及弹药设计者形成另一棘手的问题。实验显示，战车在发射了35发炮弹后，堆积在作战室中之弹壳就会妨碍射手的操作。而发射炮弹后的烟硝味也会对战车内的乘员造成呼吸的问题。此一状况目前已引起许多国家的重视，并正谋求解法-之道。有的战车在炮塔二侧重新设计俾便补充弹药及丢弃弹壳。已往，上述动作都经装填手的特殊舱口完成。俄製T-64／72及西德豹Ⅱ型（Leopard Ⅱ）战车有别出心裁的方法，其弹壳有一段为可燃烧，该段于发射时与火药同时燃烧。酋长式战车更高明，其炮弹放弃了传统密封式底壳设计，代之以一可完全燃烧之推进剂袋（completely combustible propellant bag）。

乘员安排

乘员在战车内所能使用的空间大小是战车设计中极重要的一环，以穿上NBC（nuclear-biological-chemical）核生化全套装备后，仍能有足够空间为准，专家估算对一持坐姿者言，至少需要0.4立方公尺，装填手则需0.8立方公尺，而驾驶手需0.6立方公尺。以上只是最起码的需求，若再予每人10％的馀隙以备急需，则一辆四人战车内人员所需之活动空间，至少需2.5立方公尺。

经常有人检讨：「战车是不是非四个人不可？」近代战车由于在电子、机械方面的长足进步，已可使车长、射手同时兼顾多项工作。若使用自动装填系统，则可将乘员减为3人。有的战车则以车长兼主炮射手。未来战车的乘员仍可能维持3～4人。当然，若遇长时间作战情况，4人一车多少可分担一部分工作，而使大家的身心正常状态均可维持久一些。然而，多一个装填手必定使战车性能大打折扣，这不单是工作分配的问题，而是在分秒必争的战场上，人为装填已不敷实际情势的需要。

至于自动装填系统必然性的发展趋势，没有任何人怀疑。目前俄製战车中已有二型装配自动装填系统，该系统虽可提供极高持续射速，惜有二大缺点：

一、体积太大，几与一名装填手所占活动空间相同。从节省空间观点来看，该系统并未提供好处。
二、可靠度至今未获肯定。人为装填虽慢，但只要装填手未中弹受伤，装填工作即可进行。而装填系统若在关键时刻故障，那可真是呼天不应、唤地不灵了。

上述二点，也可说是目前世界各国发展自动装填系统的一般状况。

传统驾驶的位置在车前驾驶室内，与作战室分开。此种安排已在近代引起强烈争论。作战时，车长侦测掌握目标，射手职司射击，然驾驶却在车长最小监督下操纵车子。他们之间能否密切配合，乃成战车性能可否有效发挥的关键因素。如果驾驶技术欠佳、心情紧张或其他因素，还可能造成目标脱离射手及车长视线之外。
对战车乘员安排问题的讨论，将越来越白热化。专家已喊出1990年战车设计的口号──乘员减少即机动性之加大。

动力系统

「重量－动力比」（power-to-weight ratio）一向被公认为影响战车机动性最具关键性的因素，其单位通常为「马力／单位车重（公吨）」。二次大战期间，战车的重量动力比约为14～16：1，目前已提升至27～28：1，如西德豹Ⅱ型及美M-1即是，进步之神速实在惊人。表六为各式战车之动力－车重比。该比越高意味较佳之加速性、运动性能甚至存活率。例如一辆二次大战动力－车重比为15：1的战车，从0～16公里／小时）的加速时间为5秒，而一辆28：1的新型战车只消2.3秒。


除了输出动力的大小之外，引擎的体积及重量对战车设计也有重大影响，此处所谓的体积及重量非指引擎本体，尚包含所有的辅助系统，如冷却、传动、油电系等。因此，为战车选择引擎时，决不可只考虑其动力输出，而忽略了整个动力系统的体积与重量。要比较不同动力系统对战车的影响，豹Ⅱ型及M-1是二个典型。此二型战车均为新型且具有代表性，M-1使用气涡轮机，而前者则使用传统柴油引擎。一般而言，气涡轮机较轻，但较耗油且体积也稍大。因此，M-1的动力系统比豹Ⅱ型轻，但前者占5.48立方公尺，后者只占5.19立方公尺。除此之外，由于推进系统不同所造成二者间最大的差异在于供油系统。气涡轮机的油箱需经特殊设计，且要放在战车上一特殊位置，如此，整个战车设计就必须牵就动力系统甚多。

若欲进一步比较二种引擎的优劣，不可忽略引擎的原始功率（gross hp）及淨功率（net hp）。原始功率为末加任何附件前引擎所发出用功率，淨功率则是在扣除驱动冷却系、发电系所需动力及其他损耗后，传到驱动系的功率。例如美M-48A1的AV-1790-5汽油引擎之原始功率高达825马力，而M-48A2的柴油引擎只有750马力。可惜在七折八扣之后，前者之淨功率只剩625马力，后者却仍有630马力。因此，已往用引擎原始功率除以车重来计算动力－车重比的方式已被废弃。而代之以主动轮处之功率除以车重，如此可谓切合实际多了。

苏俄的专家在为战车选择引擎时，考量的因素倒不是什么淨功率，也不是动力－车重比。就其重要性依序为紧凑性──即不可占用太大体积、可靠性、保养容易及拆装便捷。

未来主战车的动力系统可能将以V型柴油引擎及气涡轮机为主。至于平置引擎及迴转引擎，因输出功率在1,500马力以上时的可靠度不佳，恐怕难成大器。

一般人对引擎重量的重视程度似在体积之上，如此未免失之偏颇。因引擎若太大，将会占用较大空间，而且需要更多装甲保护，结果仍会造成使战车太重的「异曲同过」之效了。表七为各式战车动力系统型式及重要性能诸元之比较。




承载系统

众所週知，战车乃一全地形的战斗车辆。为使车内装备、成员免受颠簸之苦，必须以性能优良的承载系统吸收因崎岖造成的振动。欲达此目的，须藉助弹性媒体（springing medium），如扭力杆、涡旋弹簧、碟形弹簧或液压气动弹簧。所谓液压气动弹簧，其实就是改良型的避震器。传统的避震器，柱中只有避震器油，反应比较消极。液压气动弹簧柱中除油之外还有氢气。在压缩行程时，由于油之不可压缩性，使柱内氢气亦被压缩同时贮存位能，待伸张行程开始时，氢气可有助于弹簧的复原（见图三）。目前世界上的战车大部分仍沿用传统的避震器。

设计战车承载系的重点不在弹性媒体的选用，而在如何提供乘员舒适感及战车行驶的稳定性。这有助于主炮的平衡、各系统之可靠度及有效性。实验结果显示，人类对战车俯仰振动所能忍受的上限是4～5转／秒，最舒适的范围是0.7～0.8转／秒，此一理想状况须藉增加地轮位移量（road wheel travel）方能达成。

人事工程

一般人认为，苏俄研製战车最不顾虑人事工程（human engineering），事实不然，专家指出，苏俄在设计战车时非常重视下列因素：
一、乘员枕头物之舒适性。
二、射手、车长动作的方便性。
三、视野状况。
四、通风状况。
五、主炮发射后，有害气体能迅速除去。
六、使用膛内蒸发气（bore evacuators），有助消除炮弹发射后遗留膛内的有害气体。

除此之外，俄製战车尚有许多一般战车所没有的特点，例如在BMP、T-62上都有主炮横移警示灯，使驾驶知悉主炮的动向，更可防止主炮与驾驶舱盖碰撞。车上各监视镜均有电力式除雾及清洗装置。BMP的驾驶室内尚有灯显示后门是否关妥。于天候恶劣或特殊地区作战时，驾驶可使用特殊舱盖，上有挡风玻璃、尘（雨）括、电力除霜器等，设想十分週到。由此可知，战车设计越是巨细靡遗，作战性能越是优越。

装甲设计

战车全车装甲占战车总重之大宗。如前所述，苏俄设计战车的首要重点就是严密控制车高，其目的即在减少车身所需装甲防护的面积，这是降低车重最有效的方法。表八为常用战车装甲面积密度（areal density）之比较。面积密度之定义为在同样厚度、同样防御力的条件下（通常与传统合金钢板比较），每单位面积的装甲重量。与钢铁材料比起来，钛合金性能优异，可惜成本太高。至于铝合金，其重只及钢铁的三分之一，惜强度稍差。经实验显示，欲达同样防护力，铝合金的厚度需为钢铁的三倍。换言之，在相同的防护效果下，用二种材料做成之车体，其重量大致相等，儘管如此，铝合金仍是轻型甲车的主要装甲材料。


近来英国研製了一种最新的战车装甲材料──Chobham，其防护效果及重量比均优于现行使用的任何装甲材料（见图六）。有关Chobham的资料极少，据传係以合金钢板及铝合金板夹以陶质材料而成，英酋长式战车即由此种材料製造。比起一般钢板製造，Chobham只提高成本1～2％，而重量则无明显变化。



与材料一样重要的是装甲安排（设计）。战车装甲设计以全车各部分被击中的可能性为依据。据统计，约有70％的射击来自车前方60度的-圆弧，即所谓前弧（frontal arc）。故通常战车最厚（重）之装甲均分布该弧一线，图七为60度前弧被置于车上不同位置的情形。


固定厚度之装甲可藉斜置装甲方式增加有效厚度，以提高防护力（见图八）。然装甲板之倾斜度越大，则受炮弹破片攻击的机会也将增大。


装甲也具有抗辐射线的作用。表九为不同材料抗放射线性的比较。有一基本公式可供使用，即


式中K＝ γ活动性之程度，X＝板厚，Vp＝半值层（the half value layer，即能使辐射线强度减半之装甲厚度）。由上式可知，若38毫米厚之钢板可使放射线减半，则 76毫米厚之钢板可使放射线减为 1/4，馀类推。因此，万一在战场上不可避免地受到核子武器攻击，而战车又无特殊防核装备时，切不可掉头就跑。因战车尾部装甲较薄，且战车再快也快不过辐射线，届时可能人员物资受感染的强度会很大。应将车体正前方对准核爆点迅速倒退远离，因为车前装甲较厚。类似基本常识的具备非常重要。

虽然近年来装甲材料的研究突飞勐进，但反装甲武器也一日千里。基本上，这是矛与盾的问题。因此，战车之存活率切不可单从装甲防护方面计算。

结语
综上所述，我们可以了解战车设计是多么繁杂，那完全是一种经验的累积，而经验则必须从实作中求得。展望未来，速战速决将为必然趋势。从战争型态而言，海空军担任支援性任务。因此，陆上机动战力之培养与精练十分重要，此一目标之达成非赖性能优越之战车不可，战车设计的重要性不言可喻。

战车设计既为一整体性的工作，自需全面的参与及配合，但愿国人能群策群力，齐为「国产战车」贡献智慧与力量。
参考资料

1. G. A. Halbert, “Elements of Tnak Design”,ARMOR, Nov.～Dec., pp 35～42, 1983.
2. R. M. Ogorkiewicz,“Design And Development of Fighting Vehicles.”, Doubleddary ＆ Company Inc., Garden City, N. Y.





   



http://210.60.224.4/ct/content/1984/00100178/0012.htm

战车的设计
劉慶雄-----台湾科學月刊 1984年10月刊

【摘要】战车设计千头万绪，岂是区区一文可以全部涵盖！但至少可触及几种基本原则以一窥堂奥，使大家明白「陆上战舰」──战车是如何设计的。

一般见诸报章有关战车设计的文章，多墨于各式战车的简介与比较，且聚焦于动力系统（机动性）、装甲（防护性）及主要武器（火力）。然而有许多基本参数的考量，就优先顺序而言，远在上述各点之前，如车长／宽比、接地压力（ground pressure）、长限、高限及宽限等。除此之外，对于战车之各种特殊需求亦须了然于心。

时常有人开玩笑说，设计战车的第一步就是准备一张乾淨的纸。然在此之前，设计者须先了解影响战车设计的限制因素。什么是理想的战车？答桉其实很简单，符合使用者需求的战车就是理想战车。事实上，设计战车的流程乃一封闭曲线。起始于使用者，也终于使用者。工程师根据使用者的需求，绘图并试製样车，样车再经使用者反覆试用、工程师反覆改良后定型及大量生产。至此，战车设计遂告一段落。而同型第二、三代战车的研製仍须基于使用单位（人员）的意见。

基本上，每一战车乘员都希望自己的战车具备下列特点：

一、在任何战场与敌遭遇时，具一发命中摧毁目标的能力。
二、对任何角度、任何武器的攻击，可承受一击进而以前述优点报复。
三、在任何地区（形），均能「健步如飞」。

然而，就补保单位的立场而言，「理想牌战车」所应具备的条件也许是成本低、运输便捷、保养容易、耗油（弹）量少。因此，由于仁智互见，战车设计标准的拟定实非易事。在不可能满足各方需求下，战车设计遂成通盘考量以产生最佳效果的一种艺术了。

尺寸的拟定
战车「全身」上下尺寸颇多，但属车宽最具关键性。因车宽影响渡桥、机调调防及在一般公路上运动的能力。例如在第二次世界大战之贝利桥（Bailey bridges）战役中，由于M-26潘兴式（Pershing）战车较M-4薛曼式（Shermans）战车宽516毫米，使后者可轻易渡桥；而当前者过桥时，桥两边的护栏须经特殊保护以免被战车刮坏。另一与车宽有关而须于事前顾及的因素，为运输工具（飞机、铁路）所能容许的宽度。由于苏俄铁路运输的宽度限制为3,414毫米，因此，这自然成为俄製战车所能容许的最大宽度。

美国陆军设计M-1时最初宽度为3,658毫米，后又改为3,588毫米，其原因即「波恩国际铁、公路轨迹」（Berne International Gage）规定铁路运物宽度为3,150毫米，公路运物宽度为2,438毫米～2,591毫米。另外，美陆军「重装备运输具」的宽度限制为2,438毫米。当然，对运输战车而言，上述各规定应有相当允差。

总之，设计战车必须考量载具。否则，一旦战车研製成功才恍然发现无适当载具运送，不但浪费人、财、物力，延误时（空）间的争取，更严重影响战力，后果不堪设想。这就成了名符其实的「闭门造车」了。

战车宽主要来自车体（tank hull），而车体宽则受炮塔座环（turret ring）直径的影响。关于座环直径有二点要注意，其一，要有容纳主炮后膛（gun breech）向下摆动的空间，俾便主炮俯（仰）射。其二，要有足够空间使退（上）膛动作顺利。对大口径主炮言，此点更形重要。翻阅战车史，可以发现美製战车之座环直径为1,524.6毫米～2,159毫米。最小的是M-4，其主炮为75毫米或76毫米。最大是M-48巴顿Ⅱ型（Patton Ⅱ）及M-60巴顿Ⅱ型，其主炮为90毫米或105毫米。由上可知，炮塔座环直径与主炮口径成正比，表一为各式战车之座环直径与炮径比较表。


车高

影响战车总高的基本因素有三──炮塔高、车体高、离地高（ground clearance）。如众週知，战车之总车高越低，越不易为敌发现及攻击。俄式战车设计最大特点就是儘量把车高压低，并将降低车身所节省的重量用于加强车前装甲。由于正投影面积减少，也连带减少了被命中的机会。驰名世界之瑞典S战车，其无炮塔设计主要亦着眼于此。由图一知，因车高降低所造成战车在重量、车前装甲设计、正面命中机会各方面的差异十分可观。



离地高通常由使用单位（人员）决定，无一定规则可循。以M-60为例，其离地高为457毫米。车体高与二因素有关，引擎室的大小及驾驶手坐姿高度（平均约1公尺）。至于炮塔高则受主炮口径及其俯仰角的影响。炮塔塔顶（turret roof）高度的设定，需考虑装填手站姿高度及装填动作之方便。一般而言，此高度至少需要1,676毫米。综上所述，战车高度大致可由下式决定：

战车最小高度＝炮塔顶装甲厚＋炮塔高＋车体高＋车体地 板厚＋扭力杆厚（若有）＋车腹装甲厚＋离地高

或可略算如下：

战车最小高度＝离地高（457毫米）＋驾驶坐姿高（1,005毫米）＋炮塔高（660毫米）＝2,122毫米

以俄式战车为例，T-62高2,400毫米，与上式结果相去不远。

展望未来，战车高将有限度地降低。因此，低（无）炮塔设计或许会成为战车发展的趋势。当然，降低炮塔会缩小乘员活动空间。要想活动空间不受影响，唯一的办法就是限制乘员身高。假设战（装甲）车乘员均能挑选、训练身材较矮而身体灵活度一样的人员担任，则炮塔、车体、驾驶室均可相对降低，战车也可大幅缩小，而机动性、装甲也同时获得改进，可谓一举数得。若此为可行，则将使战车设计提升至一前所未有的新境界。

车长

一般而言，战车车长因素较车宽、车高不具关键性。倒是战车转向能力，受「履带宽与履带接触地面长度比」的影响。当然，车子越长，履带与地面的接触带也越长。若该比值太大，则战车将无法转向，因履带在地面的滑动将损耗动力而使前进推力（for-ward thrust）偏移。若战车使用一般传动系统且转向半径（steering radius）固定，则车长／车宽（L／W）比不宜超过1.5。若战车有较複杂之传动系统，且具可变迴转半径，则其车长／车宽可稍提高，约1.7～1.8。另外，由于战车质心的位置严重影响战车障碍超越能力，因此在设计车长时必须考虑质心的位置。就车之纵向言，质心应在履带几何中心之上，如此方可使整个战车的重量平均由各「地轮」支持。

车重与接地压力

战车的接地压力係指每单位面积「战车施与地面的压力」。换言之，即以车之战备全重除以履带与地面接触的面积。只比较车重而忽略接地面积，正如比较引擎动力而不计缸数、耗油量一样毫无意义。譬如以槌击鼓，鼓皮咚咚有声；若以针刺鼓，鼓皮却轻易破裂。前者力大而后者反轻易使鼓皮破裂，其关键端在尖针与鼓皮为点接触，而点没有面积。因此，战车的接地压力越小越好。

接地压力可谓对战车机动性最具影响力的因素之一。苏俄将「非活性履带」（dead track）战车（即履带不含橡胶块）的接地压力定为0.85公斤／平方公分。事实上，服役中之俄式战车没有任何一型之接地压力超过0.81公斤／平方公分，就连使用活性履带（live track）的T-64／72也不例外。表二为各式主战车之接地压力比较。一般而言，美式战车之接地压力较俄式稍高。
接地压力越小，战车之越野能力越强。举例来说，以接地压力极小（0.35公斤／平方公分）驰名世界的英製蝎型战车（Scorpion），在福岛战役中大出风头。专家分析，该岛土质鬆软，一般战斗车辆很难在其上畅通无阻。从运动力学的角度来看，履带陷入泥土越深，所受阻力越大，所需驱动战车前进的动力也越大。然鬆软泥土又较坚硬地面难产生前进推力。
直接影响接地压力的就是车重。近代战车的「体重」约36～55公吨。直觉上，战车越重意味机动性越小、运输困难、渡桥危险性增加。近代战车由于在动力系统、装甲材料方面的突破，多少抵销了战车重量的负面影响。

存活性

好的战车设计应使其被击中后不致瘫痪。当装甲被炮（飞）弹弹头贯穿时，燃烧是最大的顾虑，因其具高度危险性。举例而言，M-1战车上有7组感测器遍布车内各重要岗哨，并与自动灭火系统互通声息。可于火势发生坐大前侦测并扑灭之，使车内人员物资不致再受严重伤害。

旧式战车多用汽油引擎，这方面的顾虑更大。万一引擎附件或油箱被击中，后果不堪设想。由于汽油较柴油燃点为低，使汽油易燃且蔓延极快。再者，从油系零组件各接头处渗出之油气，也是枚不定时炸弹、无形杀手，非常可怕，因这些油气极可能造成「再爆炸」。近代战车多用柴油引擎，不但降低起火率，改善存活性，也增进了动力系统各种性能。例如使用汽油引擎之M-46，其巡弋半径为113公里；使用柴油引擎之M-60 A1则为483公里。后者之巡弋半径能远超过前者，显是拜携油量较多之赐，而M-60 A1敢于携带较多油料，自然因为柴油较安全。

火炮推进剂是另一隐忧，因其被击中后也会造成爆炸及燃烧。不过推进剂的燃烧较不严重，因为扑灭容易。补救措施大致与油料起火雷同。另加M-4及英酋长式（Chieftain）战车，将贮存推进剂处四週加上内存化学药物的边板。又如M-1使用「放气密室」（blow-off pane1s）等均甚有效。除火及爆炸的防制外，其馀提高战车存活率的方法尚包括烟雾弹发射器，或其他可产生类似掩蔽效果的装置。

若进一步分析，可从消极与积极两方面探讨提高战车存活率的问题。消极方面在于：
一、使战车不易被击中。这与闪躲性、驾驶技术、外形设计有关。
二、被击中后不致瘫痪。此与车内设计及自（补）救系统（装置）有关。积极方面在于：

一、如何使战车不易被发现。除了上述烟雾效果外，如何使战车具备电子反制，及不被敌人目视、红外线或其他声光侦测系统测知的能力，是非常重要的。专家正谋使战车具备自掘战壕的能力，必要时使战车主要部分沉入地平线以下。这有点像沙蟹遇敌即沉入沙中一般，也与古代小说中的「遁地术」有几分神似。须强调者为改进了战车不被发现的能力，亦有助于奇袭效果。
二、改进侦搜及第一发命中的能力。务必于敌尚未发现自己前将其摧毁，这须配合以高性能之射控系统及高素质之乘员。
战车配置

战车内外零附件既多且杂，而战车体积又不宜太大，因此，如何有效安排人员装备乃成重要课题。关于战车配置（tank layout ）的问题，须考量的参数非常多。但基本上仍以战场性能需求为着眼──即战车在战场上要能携带武器、弹药、各式装备、乘员，并能迅速变换位置以保障自身安全，进而歼灭敌人。至于战车的外型，基本上从T-24问世后就固定了。

战车车体通常分成三大部分，即驾驶室、炮塔、引擎室。引擎室一般与其馀二大部分隔离，以避免油系火势波及人员装备。引擎的安排分前置及后置两种，也有极少数中置，如英製MarkⅠ。引擎位置的变化可以第二次世界大战为界限。在大战（含）前的战车大都将引擎后置，传动系前置；大战后则引擎及传动系都趋向后置。比较起来，前者有几个显着的缺点：

一、动力从车后传至车前需一传动轴，这可能造成车高的增加。
二、保修困难。由于传动系前置且构造複杂，保养维护的机会非常多。因此车前必须安排舱口或可移动之装甲，使保修工作容易，但这将增加製造及保养成本。
三、车前防护力降低，尤其战车误触地雷时多在车前爆炸。反言之，若将引擎及传动系统均置车后，则有下列特点：

一、抗地雷性提高
后置引擎后方传动，主动轮在车后，车前仅一惰轮。若战车于行进时误触地雷，顶多惰轮及履带损坏，不难修复。即使一时无法完全修复，也可勉力而行。若将主动轮置于车前，一旦遇雷毁损，不但自顾不暇，还会拖累友军，影响战力及任务之达成。
二、最终传动与车前有效厚度
当传动系统置于车前时，最终传动组（final drives）必须儘量靠近车体，连带造成车前装甲斜度无法提高，进而使有效厚度降低，结果使最需防护力的车前部分反而防护力最弱。
目前服役中之各国主战车，只有二种同时将引擎及传动系置于车前，即以色列之凯旋型（Merkava）及瑞典的S战车。两者在设计理念上，均将引擎及传动系当作前装甲的一部分，以提供乘员额外的防护。另外，引擎及传动系前移后，车后位置可留给自动装填系统。对S战车而言，其目前装置柴油引擎的位置几无法改变。因S战车体积较小，车内空间有限，人员及零组件的安排必须十分紧凑，假设将引擎移至别处，不但车前装甲的斜度要改变，连主炮炮管位置亦须大幅更动。

凡事总是利弊相依，引擎及传动系前移亦然。由于热源追踪器（thermal imagers）的发展，使前置引擎在掩体中被测知的可能性大为提高，即使改良冷却系的位置及性能亦然。若冷却系置于车前上方，则冷却系所放出之大量热，将造成主炮因不均匀受热而产生热应力及变形的现象，益使节外生枝，问题更趋複杂。同时，引擎前置将使驾驶室酷热难耐，间接影响战力，而车长及射手受引擎排气、热及噪音的影响则相对减少。从另一观点来看，引擎前移则主炮及作战室（fighting compartment）可后移，如此可减低「战车／车体／主炮」的整体长度，且主炮不易触地，特别是在爬坡及超越障碍时。作战室后移还有一附带好处，即可配置较长主炮，如此可增加炮口初速，这对脱壳穿甲弹（APDS）尤其有利（见图二）。
大部分战车都将引擎及传动系后置，其目的自然是避免上述前置的诸多缺点。然而老缺点避免了，新缺点又出现了。因为驾驶手在车前，而动力及传动系却在车后，中间还夹着一个炮塔及作战室，操作起来十分不方便，同时也增加设计製造的困难。


除了S战车，大部分战车均有一显着炮塔。S战车由于无炮塔，故其105毫米主炮从车体前方延伸而出，炮后有一自动装填系统，可使其具备15发／分的射速。另外藉一「液压气动式承载系统」（the hydropneumatic suspension）之助（见图三），可使车体前倾角改变，从而使主炮有－10°～＋12°的俯仰弹性（见图四）。S战车另有一套主炮专用的精密传动系统，可使主炮在既有的轨道上作有限度的横向偏移，其方向变换之快几与一般炮塔不相上下。





S战车的缺陷很少为人提及，但却显而易见。其一，该车主炮无法于行进中射击且死角太多。其二，因主炮可调整方位有限，若欲做大幅横向位移时，车体须随之移动。在瞬息万变的战场上，这可能丧失不少先机。而当战车移动时又可能为敌查觉，连带降低了奇袭的效果。

展望未来，乘员极可能皆坐在车体中操纵外置的主炮，现行的炮塔极可能消失无踪。虽然，部分专家认为炮塔要为战车的体积及重量负责，但炮塔的优点仍不能轻易抹煞。例如车长在炮塔中，因为视界良好，对全盘状况较易掌握，亦可对驾驶及射手有准确的指示；再加上各种观（侦）测系统之助，更有益于战车优点的发挥。若去掉炮塔而将乘员均置于车体中，则现行之观（侦）测系统可能无法胜任，必须研製更複杂、更昂贵的光学或光电系统，利弊之间值得考量。
武器装备

战车主要武器的选择受多种参数的影响，如战略（术）理论、主要敌人之战车装甲防护、消灭不同目标之需求等。在六十年代，许多人认为未来战车将配备反战车导引飞弹（anti-tank guided missles，ATGM），因此种飞弹射程既远，破坏力又强。举例而言，美M-551雪瑞敦式（Sheridan）战车及M-60A2的全车设计，就是以配合主炮发射ATGM为考量（见图五）。法国142毫米的ACRA飞弹也是为战车主炮而设计，但只试射过几次后就停止实验了。比起炮弹，飞弹的优点是射程较远，而缺点则包括射速太低、无法于行进间射击、携弹量太少、装填太慢、製造及训练成本太高。表三为各国主战车所使用之主炮及弹药比较。大约在ATGM开始发展的同时，战车炮的射控系统有很大的突破，于有效射程内之命中率也有显着的提高。因此，在可预见的未来，炮仍是战车的主要武器。





弹药

战车通常携有大量弹药，供应主炮、同轴机枪、塔顶机枪及人员随身武器所需，另外还有烟雾弹、手榴弹等，从战车史来看，主炮携弹数量的变化很大。例如一次世界大战的Mark Ⅰ携带332发57毫米炮弹，二次世界大战的T-34／76则携77发主炮炮弹。二次大战以降，各国均将战车弹量减少。目前，西方国家主战车的携炮弹量为50～60发，而苏俄则维持在40发左右。
武器弹药的体积与重量影响战车设计至钜（见表四、表五），若武器弹药过重，则战车将会在其他装备、人员及装甲防护方面均将付出代价。兹举二例说明：


一、若将M-47的携弹量从71发增至105发，则必须牺牲二挺机枪及相当一名射手的活动空间。
二、再从数字上比较，M-4的基本负载重限为875.88公斤，而每一发炮弹就有9.04公斤重。M-60A1之基本负载重限为1,116公斤，而一发105毫米炮弹就重约18.6公斤。


弹壳的处理对战车及弹药设计者形成另一棘手的问题。实验显示，战车在发射了35发炮弹后，堆积在作战室中之弹壳就会妨碍射手的操作。而发射炮弹后的烟硝味也会对战车内的乘员造成呼吸的问题。此一状况目前已引起许多国家的重视，并正谋求解法-之道。有的战车在炮塔二侧重新设计俾便补充弹药及丢弃弹壳。已往，上述动作都经装填手的特殊舱口完成。俄製T-64／72及西德豹Ⅱ型（Leopard Ⅱ）战车有别出心裁的方法，其弹壳有一段为可燃烧，该段于发射时与火药同时燃烧。酋长式战车更高明，其炮弹放弃了传统密封式底壳设计，代之以一可完全燃烧之推进剂袋（completely combustible propellant bag）。

乘员安排

乘员在战车内所能使用的空间大小是战车设计中极重要的一环，以穿上NBC（nuclear-biological-chemical）核生化全套装备后，仍能有足够空间为准，专家估算对一持坐姿者言，至少需要0.4立方公尺，装填手则需0.8立方公尺，而驾驶手需0.6立方公尺。以上只是最起码的需求，若再予每人10％的馀隙以备急需，则一辆四人战车内人员所需之活动空间，至少需2.5立方公尺。

经常有人检讨：「战车是不是非四个人不可？」近代战车由于在电子、机械方面的长足进步，已可使车长、射手同时兼顾多项工作。若使用自动装填系统，则可将乘员减为3人。有的战车则以车长兼主炮射手。未来战车的乘员仍可能维持3～4人。当然，若遇长时间作战情况，4人一车多少可分担一部分工作，而使大家的身心正常状态均可维持久一些。然而，多一个装填手必定使战车性能大打折扣，这不单是工作分配的问题，而是在分秒必争的战场上，人为装填已不敷实际情势的需要。

至于自动装填系统必然性的发展趋势，没有任何人怀疑。目前俄製战车中已有二型装配自动装填系统，该系统虽可提供极高持续射速，惜有二大缺点：

一、体积太大，几与一名装填手所占活动空间相同。从节省空间观点来看，该系统并未提供好处。
二、可靠度至今未获肯定。人为装填虽慢，但只要装填手未中弹受伤，装填工作即可进行。而装填系统若在关键时刻故障，那可真是呼天不应、唤地不灵了。

上述二点，也可说是目前世界各国发展自动装填系统的一般状况。

传统驾驶的位置在车前驾驶室内，与作战室分开。此种安排已在近代引起强烈争论。作战时，车长侦测掌握目标，射手职司射击，然驾驶却在车长最小监督下操纵车子。他们之间能否密切配合，乃成战车性能可否有效发挥的关键因素。如果驾驶技术欠佳、心情紧张或其他因素，还可能造成目标脱离射手及车长视线之外。
对战车乘员安排问题的讨论，将越来越白热化。专家已喊出1990年战车设计的口号──乘员减少即机动性之加大。

动力系统

「重量－动力比」（power-to-weight ratio）一向被公认为影响战车机动性最具关键性的因素，其单位通常为「马力／单位车重（公吨）」。二次大战期间，战车的重量动力比约为14～16：1，目前已提升至27～28：1，如西德豹Ⅱ型及美M-1即是，进步之神速实在惊人。表六为各式战车之动力－车重比。该比越高意味较佳之加速性、运动性能甚至存活率。例如一辆二次大战动力－车重比为15：1的战车，从0～16公里／小时）的加速时间为5秒，而一辆28：1的新型战车只消2.3秒。


除了输出动力的大小之外，引擎的体积及重量对战车设计也有重大影响，此处所谓的体积及重量非指引擎本体，尚包含所有的辅助系统，如冷却、传动、油电系等。因此，为战车选择引擎时，决不可只考虑其动力输出，而忽略了整个动力系统的体积与重量。要比较不同动力系统对战车的影响，豹Ⅱ型及M-1是二个典型。此二型战车均为新型且具有代表性，M-1使用气涡轮机，而前者则使用传统柴油引擎。一般而言，气涡轮机较轻，但较耗油且体积也稍大。因此，M-1的动力系统比豹Ⅱ型轻，但前者占5.48立方公尺，后者只占5.19立方公尺。除此之外，由于推进系统不同所造成二者间最大的差异在于供油系统。气涡轮机的油箱需经特殊设计，且要放在战车上一特殊位置，如此，整个战车设计就必须牵就动力系统甚多。

若欲进一步比较二种引擎的优劣，不可忽略引擎的原始功率（gross hp）及淨功率（net hp）。原始功率为末加任何附件前引擎所发出用功率，淨功率则是在扣除驱动冷却系、发电系所需动力及其他损耗后，传到驱动系的功率。例如美M-48A1的AV-1790-5汽油引擎之原始功率高达825马力，而M-48A2的柴油引擎只有750马力。可惜在七折八扣之后，前者之淨功率只剩625马力，后者却仍有630马力。因此，已往用引擎原始功率除以车重来计算动力－车重比的方式已被废弃。而代之以主动轮处之功率除以车重，如此可谓切合实际多了。

苏俄的专家在为战车选择引擎时，考量的因素倒不是什么淨功率，也不是动力－车重比。就其重要性依序为紧凑性──即不可占用太大体积、可靠性、保养容易及拆装便捷。

未来主战车的动力系统可能将以V型柴油引擎及气涡轮机为主。至于平置引擎及迴转引擎，因输出功率在1,500马力以上时的可靠度不佳，恐怕难成大器。

一般人对引擎重量的重视程度似在体积之上，如此未免失之偏颇。因引擎若太大，将会占用较大空间，而且需要更多装甲保护，结果仍会造成使战车太重的「异曲同过」之效了。表七为各式战车动力系统型式及重要性能诸元之比较。




承载系统

众所週知，战车乃一全地形的战斗车辆。为使车内装备、成员免受颠簸之苦，必须以性能优良的承载系统吸收因崎岖造成的振动。欲达此目的，须藉助弹性媒体（springing medium），如扭力杆、涡旋弹簧、碟形弹簧或液压气动弹簧。所谓液压气动弹簧，其实就是改良型的避震器。传统的避震器，柱中只有避震器油，反应比较消极。液压气动弹簧柱中除油之外还有氢气。在压缩行程时，由于油之不可压缩性，使柱内氢气亦被压缩同时贮存位能，待伸张行程开始时，氢气可有助于弹簧的复原（见图三）。目前世界上的战车大部分仍沿用传统的避震器。

设计战车承载系的重点不在弹性媒体的选用，而在如何提供乘员舒适感及战车行驶的稳定性。这有助于主炮的平衡、各系统之可靠度及有效性。实验结果显示，人类对战车俯仰振动所能忍受的上限是4～5转／秒，最舒适的范围是0.7～0.8转／秒，此一理想状况须藉增加地轮位移量（road wheel travel）方能达成。

人事工程

一般人认为，苏俄研製战车最不顾虑人事工程（human engineering），事实不然，专家指出，苏俄在设计战车时非常重视下列因素：
一、乘员枕头物之舒适性。
二、射手、车长动作的方便性。
三、视野状况。
四、通风状况。
五、主炮发射后，有害气体能迅速除去。
六、使用膛内蒸发气（bore evacuators），有助消除炮弹发射后遗留膛内的有害气体。

除此之外，俄製战车尚有许多一般战车所没有的特点，例如在BMP、T-62上都有主炮横移警示灯，使驾驶知悉主炮的动向，更可防止主炮与驾驶舱盖碰撞。车上各监视镜均有电力式除雾及清洗装置。BMP的驾驶室内尚有灯显示后门是否关妥。于天候恶劣或特殊地区作战时，驾驶可使用特殊舱盖，上有挡风玻璃、尘（雨）括、电力除霜器等，设想十分週到。由此可知，战车设计越是巨细靡遗，作战性能越是优越。

装甲设计

战车全车装甲占战车总重之大宗。如前所述，苏俄设计战车的首要重点就是严密控制车高，其目的即在减少车身所需装甲防护的面积，这是降低车重最有效的方法。表八为常用战车装甲面积密度（areal density）之比较。面积密度之定义为在同样厚度、同样防御力的条件下（通常与传统合金钢板比较），每单位面积的装甲重量。与钢铁材料比起来，钛合金性能优异，可惜成本太高。至于铝合金，其重只及钢铁的三分之一，惜强度稍差。经实验显示，欲达同样防护力，铝合金的厚度需为钢铁的三倍。换言之，在相同的防护效果下，用二种材料做成之车体，其重量大致相等，儘管如此，铝合金仍是轻型甲车的主要装甲材料。


近来英国研製了一种最新的战车装甲材料──Chobham，其防护效果及重量比均优于现行使用的任何装甲材料（见图六）。有关Chobham的资料极少，据传係以合金钢板及铝合金板夹以陶质材料而成，英酋长式战车即由此种材料製造。比起一般钢板製造，Chobham只提高成本1～2％，而重量则无明显变化。



与材料一样重要的是装甲安排（设计）。战车装甲设计以全车各部分被击中的可能性为依据。据统计，约有70％的射击来自车前方60度的-圆弧，即所谓前弧（frontal arc）。故通常战车最厚（重）之装甲均分布该弧一线，图七为60度前弧被置于车上不同位置的情形。


固定厚度之装甲可藉斜置装甲方式增加有效厚度，以提高防护力（见图八）。然装甲板之倾斜度越大，则受炮弹破片攻击的机会也将增大。


装甲也具有抗辐射线的作用。表九为不同材料抗放射线性的比较。有一基本公式可供使用，即


式中K＝ γ活动性之程度，X＝板厚，Vp＝半值层（the half value layer，即能使辐射线强度减半之装甲厚度）。由上式可知，若38毫米厚之钢板可使放射线减半，则 76毫米厚之钢板可使放射线减为 1/4，馀类推。因此，万一在战场上不可避免地受到核子武器攻击，而战车又无特殊防核装备时，切不可掉头就跑。因战车尾部装甲较薄，且战车再快也快不过辐射线，届时可能人员物资受感染的强度会很大。应将车体正前方对准核爆点迅速倒退远离，因为车前装甲较厚。类似基本常识的具备非常重要。

虽然近年来装甲材料的研究突飞勐进，但反装甲武器也一日千里。基本上，这是矛与盾的问题。因此，战车之存活率切不可单从装甲防护方面计算。

结语
综上所述，我们可以了解战车设计是多么繁杂，那完全是一种经验的累积，而经验则必须从实作中求得。展望未来，速战速决将为必然趋势。从战争型态而言，海空军担任支援性任务。因此，陆上机动战力之培养与精练十分重要，此一目标之达成非赖性能优越之战车不可，战车设计的重要性不言可喻。

战车设计既为一整体性的工作，自需全面的参与及配合，但愿国人能群策群力，齐为「国产战车」贡献智慧与力量。
参考资料

1. G. A. Halbert, “Elements of Tnak Design”,ARMOR, Nov.～Dec., pp 35～42, 1983.
2. R. M. Ogorkiewicz,“Design And Development of Fighting Vehicles.”, Doubleddary ＆ Company Inc., Garden City, N. Y.