《战场武器系统与技术·第1册 车辆与架桥》

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序言
杰弗里·李 [英国]  
[出自《战场武器系统与技术·第1册 车辆与架桥》] 1981-1985



  本册介绍陆军所需的军用车辆的知识,并说明在战场条件所限范围内,可能提供和使用哪种型号的车辆。读者无须事先接受技术教育,即可弄懂本册论述的装甲车辆设计与架桥方面的原理。本册可供陆军军官和所有对研究机械化作战感兴趣的人员阅读。  
  什里弗纳姆  
   1984年6月  
  杰弗里·李  


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第一章 坦克的发展
I·F·B·泰特勒 [英国]  
N·H·汤普森 [英国]  
B·E·琼斯 [英国]  
P·J·H·沃梅尔 [英国]  
C·E·S·赖利 [英国]  
[出自《战场武器系统与技术·第1册 车辆与架桥》] 1981-1985
起源
 古代历史  
 需要坦克  
 早期的发展  
 早期的解决办法  
两次大战之间坦克的发展
 英国的坦克设计  
 美国的坦克设计  
 战术的发展  
 两次大战之间各种类型的坦克  
第二次世界大战的教训
 坦克的性能  
 性能重要性的排列顺序  
战后的发展
 主战坦克的概念  
 以色列优先考虑的性能  
 苏联优先考虑的性能  
 北约国家优先考虑的性能  
相似之处和区别
自我测验题






起源  


古代历史  
   “装甲”战斗车辆的观念并不象许多人所想的那样,是从1914-1918年战争期间使用坦克以后才产生的。历史告诉我们,亚述人在公元前一千多年就成功地使用了轮式战车,发展了机动作战的艺术。公元前612年他们被米堤亚人打败后,阿查耶曼人继续发展战车,在中东地区特别是在古波斯地区发现的许多石刻,证明这种轮式战车不但是具有有限防护力的武器平台,而且还被作为快速运输工具使用。  
  古代战车对人员的保护是很有限的,而且多增加一些重量就会使机动力降低。随着骑兵和步兵战术的改进,战车走向衰落,而含铁金属的大规模发展导致采用有效的盔甲。这方面的一个突出的发展是出现身穿盔甲的中世纪骑士。这种沉重的盔甲要求配备强壮但行动缓慢的马匹和采用特殊的骑乘方法,这样一来大大降低了机动性和效能。后来就不再强调加强个人防护,因为火器穿透力的提高使穿盔甲的骑士也不能完全避免受到伤害。  
  尽管在中世纪人们已经有了制造某些机械设备的设想,但这些设想都没有实现。最有实用价值的是公元1500年莱奥纳多·达芬奇的建议,但是由于动力问题难以解决而告失败。蒸汽发动机能够为机动车辆提供能源,火车已经非常成功地应用了这种能源,但是在公路车辆上使用这种能源并不太成功,其主要原因是蒸汽机较重,而且在车辆运动时难以保持适当的蒸汽压力。直到19世纪末期,各种适用的能源才被人们所利用,而随着商业内燃机的推广,适于重量较轻的机动车辆使用的发动机便应运而生。  


需要坦克  
  起初,人们认为,内燃机只适于代替马匹在硬路面的道路上使用。实际上早期的车辆很不可靠,以致遭到对新生事物本来就不感兴趣的军事当局的反对。1910年前出现了几种主要由轿车或载重汽车底盘改装的装甲车辆。但这个发展工作被总参谋部完全否定了,因为他们最关心的仍旧是如何把大量步兵和骑兵于指定时间调往指定地点和如何最有效地利用杀伤力日益增大的炮兵。  
  在使用装甲汽车以后,战场上发生了变化,这个变化正是发明坦克的主要依据。这时世界上多数国家的军队都开始使用机枪。指挥官使机枪与大大改进了的炮兵火力配系相结合,就可以控制直到最前面的防御阵地的视界范围内的战场。武器系统中的这个变化也敲响了骑兵的丧钟,骑兵在这种环境中已不能生存了。  
  西方军队很不善于吸取美国内战的教训,在这场战争中,每当军队在战斗中处于被封锁状态时,屠杀就会达到空前的规模。所以当西方列强于1914年登上战争舞台时,他们对当时出现的堑壕战自然毫无准备。在初期的机动作战阶段结束后,一种可以进行大面积火力杀伤的新式武器迫使交战双方进入静止的堑壕战状态。用地下掩蔽部的防护手段来对付机枪和炮弹,其结果是丧失了机动力和实施机动的有利条件。  


早期的发展  
  利用某种机械装置通过泥泞和布满弹坑的战场,突破铁丝网和克服堑壕障碍,已成了头等重要的事,因此1915年人们曾为生产这样一种机械装置而作了极大的努力。在英国,越野车辆没有象在美国发展那样快,当时美国需要耕种大片的荒地,这就促使他们制造几种型式的履带车辆。开始打算生产一种“巨轮”机械,但人们很快发现,采用巨大的轮子,势必要生产一种机动性很差的庞大而笨重的车辆。  
  于是转而研制履带式车辆。一种有“脚”的轮子,例如一种被称作“迪普洛克”的轮子曾在短时间内享有盛誉,但它们结构复杂,不便维修,而且同普通的农业拖拉机的轮子相比,优越性不大。随之生产了履带式的拖拉机,此种拖拉机体现了霍恩斯贝早期的设计思想。霍恩斯贝于1912年将此项专利卖给了美国的“霍特”拖拉机公司。当时存在若干研制路线,但是最有希望的竞争者是完全由英国制造的“佩德累尔”履带式拖拉机以及美国的“基伦-斯特莱特”和“希劳克”拖拉机。  
  所有这些车辆都在不同程度上显示出能够适应对机动力的需求。问题是如何把这种农业用的拖拉机发展成为一种作战工具。  

图1.1 “基伦-斯特莱特”拖拉机


设在林肯的福斯特公司成功地利用“霍特”履带系统生产了一种能牵引数辆拖车通过起伏地和小障碍的越野拖拉机。生产一种能通过5英尺宽壕沟的车辆,这是对工程能力的一个严峻考验,但是福斯特公司显示出最有可能取得成功,因而军方与它签订了订货合同。最初的设计是采用向前滚动的“布劳克”履带,但没有获得成功,后来采用了改进的压制钢履带。使用这种履带,成功地生产出“小游民”坦克的样车。  
  当然,坦克的出现并不能归功于任何个人,但在这方面做出过贡献的人中有两个人最为突出:海军第一大臣温斯顿·丘吉尔以其特有的充沛精力鼓励由皇家海军给“陆地战舰”配备人员,促使海军对陆战施加一些影响。  
  后来当海军的兴趣开始减退时,皇家工兵的E·D·斯文顿中校(一直坚持自己的观点),得到了总参谋部的支持,因此能够更准确地判定军队的需要,而更重要的是,他能以工程师能够理解的方式阐述这种需要,并绘制出生产图纸。  
  当时福斯特公司还有两个杰出的人:总经理威廉·特里顿和陆军部派去执行特别任务的瓦尔特·威尔逊少校。他们共同负责军事装备的生产。他们认为,尽管“小游民”是一台成功的车辆,但它不能满足斯文顿提出的要求:能越过8英尺宽的壕沟,时速达到4英里,能通过5英尺高的垂直墙。  
  要求车辆能够越过8英尺宽的壕沟和突破带刺铁丝网,就必须对车辆的设计进行重新估价。因此,在第一次世界大战中出现了英国典型的菱形坦克。  
  当时存在需要保密的明显理由,经过周密考虑后认为,最好的欺骗敌人的办法是把这种新式车辆叫作“运往美索不达米亚的水柜坦克” [ 译者注:英文Tank(坦克)一词原来是指盛液体的大容器,如水柜、水槽、油箱等。 ] ,从此英文里增加了一个新词。  


早期的解决办法  
  虽然在第一次世界大战期间坦克处在继续发展过程之中,但是英国坦克的基本结构一直没有变化。早期的I型坦克装有两门长身管6磅火炮 [ 译者注:指能发射6磅炮弹的火炮。 ] ,在车体两侧的突出炮座上各装1门。这些长身管6磅火炮是经过改装的舰炮,虽然射击精度较高,但因身管较长而带来麻烦,尤其是铁路输送时要把车体两侧的突出炮座卸去,就更为不便。在以后的“雄性”坦克上,改为安装短身管的6磅火炮。“雌性”坦克只装有“刘易斯”机枪,但是鉴于坦克的主要任务是对付敌人的堑壤战,只装有1挺机枪的坦克能和装有1门6磅火炮的坦克一样,轻而易举地完成这项任务。
图1.2 英国1917年V型“雄性”坦克

 在我们研究影响现代坦克设计的各种因素以前,先研究一下1916年的坦克的性能特点是很有价值的。值得注意的第一件事是那时的履带绕过车体顶部滚动,几乎把整个车体围起来。这就直接产生两个影响:一是不可能在车体顶部安装旋转炮塔,二是履带的最前部分几乎接近车体的最高点,使车辆具有很强的爬坡能力。这种坦克的时速只有5英里,因此悬挂装置并不是必不可少的,事实上当时并没有想到要设计这样的装置。这不可避免地使车内乘员颠得厉害,再加上从150匹马力发动机散发出来的热量、噪音和烟雾,使乘员感到很不舒服。另外,车辆的装甲防护是铆在框架上的锅炉钢板,有很多缝隙,弹丸和炮弹碎片可以通过这些缝隙飞入车内。为防止这种危险,乘员不得不穿戴防护衣和面具,因而感到更加难受。  
  动力由发动机提供,它装在车体中央,驾驶员的后面。发动机动力通过离合器、主齿轮箱和差速器传至车辆两侧的转向齿轮箱,尔后通过滚动的链条把动力传至主动轮。车辆的转向,如同所有其他履带车辆一样,是通过降低一条履带的速度提高另一条履带的速度来实现的。在早期型号的坦克上,转向的方法是车长给两名方向操纵员发出加快或者降低速度的信号,使车辆驶向指定的方向。  
   II型车上的主要革新是在传动机构中采用了周转齿轮,这使驾驶员能从前面的位置完全控制车辆。车长也摆脱了控制车辆的繁琐工作,而把更多的精力用于指挥。  
   V型是第一次世界大战中制造的数量最多的坦克,它体现了所有装甲战斗车辆三个最重要的特性:火力、机动力和防护力。这些坦克是为克服西线的围攻而设计的,虽然它们的最高理论速度只有每小时4英里,行程只有40英里,但在设计上还是很成功的。因此,当1917年11月20日首次在康布雷大量集中使用坦克时,474辆坦克取得了惊人的成功。遗憾的是,这个战果没有得到扩张,其部分原因是由于英军指挥官的失误,他们忘记了诸兵种合同作战的必要性,部分原因是由于缺乏发展胜利的适当装备。控制在预备队里伺机扩大突破口的骑兵,直到所有机枪被压制了以后才发起冲击。显然,当时需要有一种轻型的快速机动坦克,用以在初期攻击结束后深入敌人后方作战。为适应这一需要,于1917年生产了A式中型坦克,即“赛犬”坦克,它的最高时速为8英里,但起初最大行程只有40英里。该车还有其他一些严重缺点:转向是靠改变两侧发动机的转速来实现的,每侧履带各连接一台发动机,这使车辆保持直线的稳定行驶极其困难。车长虽然有一名炮手作助手,但还必须负责操作固定炮塔内的4挺机枪。  
  这时已经能够看出影响未来坦克战的战术、编制和装备这三者的相互关系。最早的“母型”坦克是为了打破前线的战术对峙状态而设计的。当这种新式装备显示出它能够重新在战场上显示出机动力的时候,明显出现的一个问题是编制不适应这种新的挑战。此外,编在预备队内用于扩张战果的骑兵,无论在战术和装备上都不足以应付机械化给现代战争带来的变化。  
  其他参战国也被迫匆忙发展自己的坦克。德国生产了一种履带式的箱形车辆,其严重缺陷是机动力太差(见图1.3)。  

图1.3 德国“施内德”坦克


法国也生产了一种类似形状的车辆,但这种车辆也有一些缺点,因此由埃司丁上校委托雷诺设计了M17轻型坦克。该设计于1917年被美国人所采用,不过很少有人见到这种车辆在欧洲服役过。美国人还热衷于英美联合研制英国的38吨UK-VIII型坦克的计划。这种车辆实际上是最后一种菱形坦克。  


两次大战之间坦克的发展  


英国的坦克设计  
  在第一次世界大战停战时,英国军队装备的有V型菱形坦克、“赛犬”中型坦克和它们的一些变型车。曾是康布雷作战计划拟定人之一的J·F·C富勒上校,又提出充分利用新的机动力的新计划,即“1919年计划”。这个计划虽然没有实现,但它对1918年以后的装甲战思想和装备有着巨大的影响。要实现这个计划必须生产出机动力强的坦克。这种坦克必须具有骑兵的速度和能实施纵深突破的行程。  
  本世纪20和30年代曾有过各种各样的坦克设计,有些设计从未超越制图阶段,有些只造出一些样车。有些重型车辆,如维克斯公司于1924年研制的29吨“独立”坦克(见图1.4),虽然显示出某些新的特点,如装有5个旋转炮塔,但与当时的其他装备相比,其造价之高令人震惊。  

图1.4 29吨实验性重型“独立”A1坦克


 然而,维克斯公司继续探索新的先进的设计,终于研制出II型中型坦克(见图1.5)。该车具有几个新的特点,其中包括一个气冷式发动机,一个安在车体中央的旋转炮塔(炮塔内有一门只能发射反坦克弹的47毫米火炮)和一个不完善的悬挂装置。

图1.5 16吨中型II型A3坦克


尽管这些车辆从未在实战中打过一发炮弹,但是不容置疑的是,它们和同时研制的轻型坦克一起,参与了对构成未来坦克作战基础的各种战术的试验和检验。这一时期产生了一种要在尔后许多年内主宰英国坦克设计思想的观点。这个观点认为需要两种类型的坦克,一种是快速的,具有高度机动性和轻装甲防护的车辆,它将同军舰在海上互相攻击一样在战场上攻击敌人的坦克,即仅用于摧毁敌人的装甲车辆,为此它只装有打坦克的武器。另一种坦克则用于伴随步兵,因此它只需要以步兵的速度行进,但需要厚装甲的防护,车上只需要对付步兵的武器。  


美国的坦克设计  
  当欧洲各国正在研究生产轻型和重型坦克即巡逻坦克和步兵坦克的可能性时,美国人瓦尔特·克里斯蒂以他的发明天才也在进行一系列的设计,这些设计对尔后的坦克设计发生了深远而持久的影响。克里斯蒂起初打算生产一种既能用履带也能用轮子行驶的车辆,以避免当时所有履带车辆的通病——不可靠性。在研制了几台带旋转炮塔的实验车辆(包括8.6吨1928式轮履式车辆,时速26英里)之后,克里斯蒂集中力量生产一种可靠性好的快速车辆,它能保持较高的平均越野速度。  
  克里斯蒂设计的最好的一种车辆是M1931坦克,该车体现了他的单位功率高和负重轮大的思想。行动部分的防震是通过曲柄和螺旋弹簧使每个负重轮分别得到缓冲来实现的。美国人虽然购买了几辆这种坦克,但并没有认真对待这个设计。而苏联人购买了两辆以后,却把它发展成为出色的T-34坦克。

图1.6 克里斯蒂设计的实验性M1928坦克(履带式时速为26英里、轮式时速为50英里)



战术的发展  
  早在1917年就已看出,如不解决通信问题,装甲战就不可能充分发挥其潜力。旗语可帮助实施车辆之间的通信,鸽子可作为一种不大可靠的缓慢的通信手段,但是一旦交战开始时指挥官没有办法向前线下达命令。1931年有了晶体管无线电台后,指挥官便能够通过无线电发话机与散布很广的大量车辆保持联络。从此,积动作战的时代开始了。  
  对于是否需要这种变化,有人持怀疑态度,有人则反对,特别在骑兵中表现更为明显。反对情绪在英军中表现最为强烈,但在美国、法国和其他欧洲国家的军队内也同样是存在的。反对接受机动装甲战观点的另一个因素,是一些将军们感到这种装备的成本太高,为此要大大增加用于这个新兵种的陆军装备的预算比例。  
   1934年英国组建了一个由“维克斯”中型坦克和轻型坦克混编的坦克旅。该旅和第7步兵旅及第9野战机械化旅一起,于当年9月在萨里斯布利平原参加了一次大规模演习。这次演习打算显示一下混成机械化部队的作战能力,并从中吸取一些经验教训,以发展未来装甲部队的编制和战术。遗憾的是,因受当时看来是合理的因素的制约,演习指挥官对装甲部队提出一些不现实的限制,结果陆军部决定:优先解决步兵师的革新问题,其次才考虑机动装甲部队的组建和现代化问题。  
  其他国家一直密切注视这些发展动向,表现最积极的是德国人,他们很快就使这种机动部队的潜力得以发挥。德国人尽管直到1934年才组建第一个坦克营,但是到1935年年底已拥有3个坦克旅,到1939年有了6个装甲师,而英军当时只有2个不完整的师。对古德里安在1940年和巴顿在1944年所使用的战术加以研究,可以看出他们的战术和霍巴特在1934年演习中指挥其部队的方法是很相似的。  
  到1936年,即使是最乐观的人也看得一清二楚,希特勒的重新武装计划已成为严重的致命威胁。在英国,坦克的发展毫无生气,原因是缺乏开辟新途径的资金和受僵化思想的阻碍。这种僵化思想认为机械化战争不过是1918年战术的延续而已。  
  当时的形势的确不妙。于1928年装备英军的16吨A6“维克斯”坦克由于耗资过大而停止生产,但是它确实是当时很好的坦克,倘若它能继续服役并得到正常的发展,那么1939年我们的处境无疑会好得多了。
  
图1.7 A6E3“维克斯”III型中型坦克



两次大战之间各种类型的坦克  
  因为自从1918年以来关于两种平衡发展的装甲部队没有任何重大的意见冲突,所以各种不同类型的坦克相继问世,这些车辆都没有经受战斗的考验。在世界各国军队所划分的坦克类型中,首先是用来伴随步兵的轻型坦克,它起着重型步兵武器运载车的作用。法国人特别喜爱此种车型,“雷诺”FT坦克就是一个典型例子。与此并行发展的是作为侦察车使用的快速轻型坦克,这种坦克主要是由英国发展的。它与其他装甲战斗车辆相比,在机动性方面具有明显的优点,但是后来为了提高其效能而增加了装甲防护,安装了更重的武器,这样就使它的机动性优点逐渐减弱了。  
  其余两种类型都是中型坦克,其特点是快速、装甲防护薄,但武器相当好。它是作为扩张战果的车辆而设计的。为弥补此种坦克之不足,设计了对敌人火力防护力强的厚装甲步兵坦克。当然,这种坦克因装甲较重,运动速度较低;但是它只需以步行速度伴随步兵,因此速度低也不是什么缺点。  
  由于该车是以增强防护力为主设计的,其火力除了对付轻微的抵抗以外,事实上不起多少作用。英国最后一种步兵坦克是1941年生产的40吨重的“丘吉尔”坦克,它有4英寸厚的装甲防护,但只装一门40毫米火炮(见图1.9)。  


图1.8 III型巡逻坦克



图1.9 38.7吨“丘吉尔”(I型)步兵IV型A22坦克

第二次世界大战的教训  


坦克的性能  
  到第二次世界大战中期已明显看出,轻型坦克和步兵坦克在战场上是没有任何地位的。此外,中型坦克扩张战果的任务也成了问题,因为它们在扩张战果之前还要参加战斗并争取胜利,而且它们的武器也不能满足任务的要求。由于这种坦克数量有限也不可能一直把它们保留在预备队里,等到时机成熟再把它们投入战斗。  
  现在让我们来看一看装甲部队的战术对战斗车辆设计的影响。每个国家都在探索一种能使火力、机动力和防护力三者合理结合的坦克设计。当然,这三者并不代表装甲战斗车辆的全部性能,但是它们是三个最重要的性能。需要在不同程度上予以考虑的其他性能是:通信能力,可靠性,监视能力,可维修性,消音能力,持久力,成本。  


性能重要性的排列顺序  
  任何一种战斗车辆都要起运载作用,不管是运载战斗补给品还是装有火炮的炮塔。性能重要性的排列顺序以及各个性能所应占的空间和重量比例,取决于车辆所担负的任务。对侦察车来说,机动力应是优先考虑的性能。至于主战坦克,自第二次世界大战以来所有国家都倾向于把火力放在优先地位,而防护力和机动力则在火力之后居同等地位。  
  在第二次世界大战的大部分时间内,坦克经常遭受敌人反坦克火力的攻击,这种反坦克火力的基础是大口径的高射速火炮。这些火炮通常是牵引的,有的则被安装在某些机动车辆的底盘上。从技术上来说,这些火炮由于体积大,不可能安装在早期生产的常规坦克上,因为炮塔座圈直径较小。德国人在战争末期曾设法把88毫米炮安装在“虎”式坦克上,但该型坦克存在一些其他问题,致使这个尝试没有成功。  

图1.10 “虎”VI型坦克



英国“百人队长”坦克是战时出现的设计较好的坦克之一。设计工作于1943年开始,1945年向大陆送去了几台样车,但没有参战。这个设计最充分地吸取了战争中的教训,成功地在坦克上安装了一门高射速火炮。这种坦克能够对付当时战场上任何一种坦克,同时这个设计还保证坦克具有良好的防护力和适当水平的机动力。  
  第一批“百人队长”坦克装有1门76.2毫米炮和1门20毫米“波尔松”机关炮。到了1948年,“百人队长”III型装了1门配有稳定器的84毫米高速炮,从而成为一种效能很高的战斗车辆。虽然“百人队长”在后期装上了口径较大的105毫米炮,但是在其漫长而显赫的历程中,人们对它的基本看法仍然没有改变。事实上,这种坦克今天仍然在世界许多国家军队中服役,并且连续发展了13个型号。从许多方面来看,后期的“百人队长”坦克可以作为一个标准,用以衡量1960年美国M60坦克问世之前包括M60坦克在内的任何一种坦克的性能。  

图1.11 装有76.2毫米与20毫米炮的“百人队长”I型坦克



战后的发展  


主战坦克的概念  
  事实令人信服地表明,研制一种多用途的主战坦克的设想是可行的。这为尔后40年坦克的发展确立了方向,所有国家都根据本国的作战思想追求同样的基本目的,即搞出一个平衡的设计,同时对各种性能的先后顺序作不同的排列。  
  值得注意的是,1956年德国、法国和意大利开始合作研制坦克,并达成了生产一种标准主战坦克的协议。他们全都希望尽可能使坦克的重量不超过30吨,但是由于各国对不同性能的强调重点和先后顺序的看法各不相同,在实现这个要求时遇到了困难。最后,当大家明白不可能生产一种各国通用的坦克时,每个国家就决定走自己的路,德国和法国分别生产“豹”式和AMX30坦克。这两种车辆是很不相同的。“豹”式重40吨,装有1门英国105毫米炮,并有一定的防护力。而AMX30只有34吨重,防护力很有限,只安装1门中射速炮,该炮不能发射高速动能弹,只能发射化学弹。但是这两种坦克都是按照同样的初始要求发展而成的。  
  只要粗略地看一下最近正在生产的和已经生产出的各种各样的主战坦克,就会明白一个国家的军事学说对坦克性能的重要性的排列顺序会产生怎样的影响。  


以色列优先考虑的性能  
  以色列军队强调突击行动,认为装甲部队是实施这种行动的最好手段。为此,其先决条件是装甲车辆必须有高度的机动力,但是他们也承认它们必须在初战中生存下来,在突破成功以后仍有足够的兵力来实施必要的突击行动,以扩张战果。因此,他们千方百计要提高坦克的生存能力,于是56吨重的“梅卡瓦”坦克就应运而生。该坦克把防护性能放在优先地位,它对防护力的强调远远超过第二次世界大战以来除英国坦克以外的任何一种坦克。  


苏联优先考虑的性能  
  下面我们看看苏联的装甲战学说对他们的坦克生产设计所产生的影响。在遭受德国闪击战的打击以后,俄国人决心从中吸取教训并相应地发展他们自己的战术。他们强调进攻,以大量兵力在宽大正面上实施进攻,而令另一支完整的部队通过失去战斗力的部队的战斗队形,以增强突击力量。他们把这些奉为至高无上的信条。他们还非常强调突破的速度和纵深,以及必要时的迂回攻击。他们规定的进攻速度令人生畏。当然,他们拥有可以动员的巨大资源,只要他们仍然准备把占国民生产总值相当大的比例的资金用于生产武器,他们就能够推行大规模进攻的学说。他们的军队是从广大群众中应征入伍的,因此他们可以任意挑选坦克乘员,有选择个子较矮的乘员的充分余地,这样就可以生产车身较矮的坦克,而西方盟国在这方面则受到限制,他们必须根据95%的男性居民都是高个这样的条件来制造坦克。  
  进攻第一的原则带来两个严重后果。一个是,如果他们的坦克偶尔用作防御武器时,那么火炮俯角小(目前约为5°)就会成为明显的缺点。图3.2表明大多数北约国家的坦克火炮俯角为10°,以使他们的坦克能顺利遂行防御任务。火炮俯角小给坦克设计师提供了一些有利条件,并有助于降低坦克的高度,从而缩小目标本身的尺寸,关于这一点将在第三章里加以阐述。  
  第二个后果是,俄国人对生存能力有不同的解释。因为他们规定他们的坦克是用于进攻的,所以他们认为弹药可以存放在炮塔座圈的上方,附加的燃料箱可以放在车外后甲板上或两侧的履带护板上。这些特点使得俄国设计师比西方的同行有更大的灵活性,因为后者受到安全方面许多考虑的约束。  


北约国家优先考虑的性能  
  如果把当前英国在坦克设计和生产上的观点加以考虑的话,那么可以明显看出,投资和采用的动力装置也是有影响的因素。由于坦克越来越复杂和昂贵,要找到能维持一个生产过程的定货单位越来越困难。不可能指望用一种车型去更换半数坦克部队的车辆,而任何一种被采纳的设计必须保证该车辆至少能服役15年。  
  在“酋长”坦克上尽管火力占据主要地位,防护力也占据相当重要的地位。这不仅仅是出于对当前战场威胁的估计,而且也是出于对付未来可能威胁的需要。它的机动力明显较低,这和“豹1”与AMX30牺牲防护力来提高机动力的情况是截然不同的。自从1945年以来英国坦克机动力水平是不断提高的。“酋长”坦克也体现了这一点,当它于1964年开始服现役时,其机动力也符合英军当时所需要的机动力水平。正如在第四章中所论述的那样,装甲战斗车辆的动力装置是非常特殊的机器,而研制一台600-800制动马力的坦克发动机是一件既费钱又费时的事。目前在欧洲大陆和美国到处都有销售类似的坦克发动机的商业市场,因此专门的装甲战斗车辆发动机的生产问题是容易解决的。  
  我们已经看到,德国人和法国人已经走上以牺牲防护力来提高火力和机动力的道路。但在“豹2”坦克上我们发现德国人重又主张加强防护力,承认在未来的欧洲战场上将需要他们在进入全面的机动作战之前阻止敌人前进,并充分利用突击的效果。  
  我们对美国学说加以分析,又可以看出一些不同的问题。首先是对于一个和欧洲大陆隔离并在世界范围内承担防御义务的超级大国来说,把作为作战武器和显示实力的手段的坦克的重要作用,与对海军和空军的要求相比,显然是重视不够的。在美国,对技术的排斥和接受比在任何其他地方表现都更为突出。这会使他们相信,在任何一个具体领域内对技术的探索是要取捷径的。但也有时他们为探索某些新的途径而获得令人失望的结果。在M60系列坦克获得成功以后,美国人又在MBT70坦克上显示出自己先进的技术,但是该坦克耗资太大,过于复杂,其武器系统不适于完成自己的任务。这引起对这种53吨坦克进行重新评价,并以现实的态度规定了造价的最高限额。美国所拥有的巨大资源和最后订货合同的可能规模,使得美国陆军不惜以重金与克里斯勒公司和通用汽车公司签订了两个样车研制合同。这两个公司所提供的两种车型有许多相似之处,但在1976年宣布,军方决定与克里斯勒公司签订生产XM1(“艾布拉姆斯将军”)坦克的合同。现在服役的这种坦克是有4名乘员的常规车辆,其特点在于采用了乔巴姆复合装甲和燃气涡轮发动机。它目前装有1门 105毫米线膛炮,但在设计上也可以不太费事地安装1门120毫米的线膛或滑膛炮。  

图1.12 “艾布拉姆斯将军”坦克



相似之处和区别  
  以上的简要评述追溯了坦克自从诞生直到今天的发展历史。我们也可以在今天坦克设计的许多特点中发现一种明显相似之处。几十年的经验已经证实了坦克设计发展中的一些成功的方面,同时也指明了一些非常规的探索性设计在哪些问题上遭到了失败。这些经验教训为各国所共知,并且在近年来已经发展成为一套为大多数人所接受的设计原则。然而,国防上的优先需要和军方对这种需要的解释终将影响从生产线上下来的坦克的样式。  


自我测验题  
   1. 导致在第一次世界大战中使用坦克的客观条件是什么?  
   2. 菱形的车体和沿着车顶滚动的履带有哪些主要的优、缺点?  
   3. 20年代克里斯蒂设计的坦克的主要革新是什么?  
   4. 在两次大战之间有哪四种类型的坦克?  
   5. 英国在第二次世界大战大部分时间内所使用的是哪两种类型的坦克?  
   6. 在第二次世界大战中期每个国家都在探索一种能保持性能平衡的设计方案。需要保持平衡的三个性能是什么?  
   7. 举出其他四个方面为实现设计平衡需要考虑的性能。  
   8. 俄国人的进攻至上的原则对他们的坦克设计思想有什么影响?  
   9. 以色列人出于什么动机设计“梅卡瓦”坦克?  
   10. 在美国的“艾布拉姆斯将军”坦克上有哪些创新?  




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序言
杰弗里·李 [英国]  
[出自《战场武器系统与技术·第1册 车辆与架桥》] 1981-1985



  本册介绍陆军所需的军用车辆的知识,并说明在战场条件所限范围内,可能提供和使用哪种型号的车辆。读者无须事先接受技术教育,即可弄懂本册论述的装甲车辆设计与架桥方面的原理。本册可供陆军军官和所有对研究机械化作战感兴趣的人员阅读。  
  什里弗纳姆  
   1984年6月  
  杰弗里·李  


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第一章 坦克的发展
I·F·B·泰特勒 [英国]  
N·H·汤普森 [英国]  
B·E·琼斯 [英国]  
P·J·H·沃梅尔 [英国]  
C·E·S·赖利 [英国]  
[出自《战场武器系统与技术·第1册 车辆与架桥》] 1981-1985
起源
 古代历史  
 需要坦克  
 早期的发展  
 早期的解决办法  
两次大战之间坦克的发展
 英国的坦克设计  
 美国的坦克设计  
 战术的发展  
 两次大战之间各种类型的坦克  
第二次世界大战的教训
 坦克的性能  
 性能重要性的排列顺序  
战后的发展
 主战坦克的概念  
 以色列优先考虑的性能  
 苏联优先考虑的性能  
 北约国家优先考虑的性能  
相似之处和区别
自我测验题






起源  


古代历史  
   “装甲”战斗车辆的观念并不象许多人所想的那样,是从1914-1918年战争期间使用坦克以后才产生的。历史告诉我们,亚述人在公元前一千多年就成功地使用了轮式战车,发展了机动作战的艺术。公元前612年他们被米堤亚人打败后,阿查耶曼人继续发展战车,在中东地区特别是在古波斯地区发现的许多石刻,证明这种轮式战车不但是具有有限防护力的武器平台,而且还被作为快速运输工具使用。  
  古代战车对人员的保护是很有限的,而且多增加一些重量就会使机动力降低。随着骑兵和步兵战术的改进,战车走向衰落,而含铁金属的大规模发展导致采用有效的盔甲。这方面的一个突出的发展是出现身穿盔甲的中世纪骑士。这种沉重的盔甲要求配备强壮但行动缓慢的马匹和采用特殊的骑乘方法,这样一来大大降低了机动性和效能。后来就不再强调加强个人防护,因为火器穿透力的提高使穿盔甲的骑士也不能完全避免受到伤害。  
  尽管在中世纪人们已经有了制造某些机械设备的设想,但这些设想都没有实现。最有实用价值的是公元1500年莱奥纳多·达芬奇的建议,但是由于动力问题难以解决而告失败。蒸汽发动机能够为机动车辆提供能源,火车已经非常成功地应用了这种能源,但是在公路车辆上使用这种能源并不太成功,其主要原因是蒸汽机较重,而且在车辆运动时难以保持适当的蒸汽压力。直到19世纪末期,各种适用的能源才被人们所利用,而随着商业内燃机的推广,适于重量较轻的机动车辆使用的发动机便应运而生。  


需要坦克  
  起初,人们认为,内燃机只适于代替马匹在硬路面的道路上使用。实际上早期的车辆很不可靠,以致遭到对新生事物本来就不感兴趣的军事当局的反对。1910年前出现了几种主要由轿车或载重汽车底盘改装的装甲车辆。但这个发展工作被总参谋部完全否定了,因为他们最关心的仍旧是如何把大量步兵和骑兵于指定时间调往指定地点和如何最有效地利用杀伤力日益增大的炮兵。  
  在使用装甲汽车以后,战场上发生了变化,这个变化正是发明坦克的主要依据。这时世界上多数国家的军队都开始使用机枪。指挥官使机枪与大大改进了的炮兵火力配系相结合,就可以控制直到最前面的防御阵地的视界范围内的战场。武器系统中的这个变化也敲响了骑兵的丧钟,骑兵在这种环境中已不能生存了。  
  西方军队很不善于吸取美国内战的教训,在这场战争中,每当军队在战斗中处于被封锁状态时,屠杀就会达到空前的规模。所以当西方列强于1914年登上战争舞台时,他们对当时出现的堑壕战自然毫无准备。在初期的机动作战阶段结束后,一种可以进行大面积火力杀伤的新式武器迫使交战双方进入静止的堑壕战状态。用地下掩蔽部的防护手段来对付机枪和炮弹,其结果是丧失了机动力和实施机动的有利条件。  


早期的发展  
  利用某种机械装置通过泥泞和布满弹坑的战场,突破铁丝网和克服堑壕障碍,已成了头等重要的事,因此1915年人们曾为生产这样一种机械装置而作了极大的努力。在英国,越野车辆没有象在美国发展那样快,当时美国需要耕种大片的荒地,这就促使他们制造几种型式的履带车辆。开始打算生产一种“巨轮”机械,但人们很快发现,采用巨大的轮子,势必要生产一种机动性很差的庞大而笨重的车辆。  
  于是转而研制履带式车辆。一种有“脚”的轮子,例如一种被称作“迪普洛克”的轮子曾在短时间内享有盛誉,但它们结构复杂,不便维修,而且同普通的农业拖拉机的轮子相比,优越性不大。随之生产了履带式的拖拉机,此种拖拉机体现了霍恩斯贝早期的设计思想。霍恩斯贝于1912年将此项专利卖给了美国的“霍特”拖拉机公司。当时存在若干研制路线,但是最有希望的竞争者是完全由英国制造的“佩德累尔”履带式拖拉机以及美国的“基伦-斯特莱特”和“希劳克”拖拉机。  
  所有这些车辆都在不同程度上显示出能够适应对机动力的需求。问题是如何把这种农业用的拖拉机发展成为一种作战工具。  

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图1.1 “基伦-斯特莱特”拖拉机

设在林肯的福斯特公司成功地利用“霍特”履带系统生产了一种能牵引数辆拖车通过起伏地和小障碍的越野拖拉机。生产一种能通过5英尺宽壕沟的车辆,这是对工程能力的一个严峻考验,但是福斯特公司显示出最有可能取得成功,因而军方与它签订了订货合同。最初的设计是采用向前滚动的“布劳克”履带,但没有获得成功,后来采用了改进的压制钢履带。使用这种履带,成功地生产出“小游民”坦克的样车。  
  当然,坦克的出现并不能归功于任何个人,但在这方面做出过贡献的人中有两个人最为突出:海军第一大臣温斯顿·丘吉尔以其特有的充沛精力鼓励由皇家海军给“陆地战舰”配备人员,促使海军对陆战施加一些影响。  
  后来当海军的兴趣开始减退时,皇家工兵的E·D·斯文顿中校(一直坚持自己的观点),得到了总参谋部的支持,因此能够更准确地判定军队的需要,而更重要的是,他能以工程师能够理解的方式阐述这种需要,并绘制出生产图纸。  
  当时福斯特公司还有两个杰出的人:总经理威廉·特里顿和陆军部派去执行特别任务的瓦尔特·威尔逊少校。他们共同负责军事装备的生产。他们认为,尽管“小游民”是一台成功的车辆,但它不能满足斯文顿提出的要求:能越过8英尺宽的壕沟,时速达到4英里,能通过5英尺高的垂直墙。  
  要求车辆能够越过8英尺宽的壕沟和突破带刺铁丝网,就必须对车辆的设计进行重新估价。因此,在第一次世界大战中出现了英国典型的菱形坦克。  
  当时存在需要保密的明显理由,经过周密考虑后认为,最好的欺骗敌人的办法是把这种新式车辆叫作“运往美索不达米亚的水柜坦克” [ 译者注:英文Tank(坦克)一词原来是指盛液体的大容器,如水柜、水槽、油箱等。 ] ,从此英文里增加了一个新词。  


早期的解决办法  
  虽然在第一次世界大战期间坦克处在继续发展过程之中,但是英国坦克的基本结构一直没有变化。早期的I型坦克装有两门长身管6磅火炮 [ 译者注:指能发射6磅炮弹的火炮。 ] ,在车体两侧的突出炮座上各装1门。这些长身管6磅火炮是经过改装的舰炮,虽然射击精度较高,但因身管较长而带来麻烦,尤其是铁路输送时要把车体两侧的突出炮座卸去,就更为不便。在以后的“雄性”坦克上,改为安装短身管的6磅火炮。“雌性”坦克只装有“刘易斯”机枪,但是鉴于坦克的主要任务是对付敌人的堑壤战,只装有1挺机枪的坦克能和装有1门6磅火炮的坦克一样,轻而易举地完成这项任务。

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图1.2 英国1917年V型“雄性”坦克

2012-2-26 21:48 上传

图1.2 英国1917年V型“雄性”坦克
 在我们研究影响现代坦克设计的各种因素以前,先研究一下1916年的坦克的性能特点是很有价值的。值得注意的第一件事是那时的履带绕过车体顶部滚动,几乎把整个车体围起来。这就直接产生两个影响:一是不可能在车体顶部安装旋转炮塔,二是履带的最前部分几乎接近车体的最高点,使车辆具有很强的爬坡能力。这种坦克的时速只有5英里,因此悬挂装置并不是必不可少的,事实上当时并没有想到要设计这样的装置。这不可避免地使车内乘员颠得厉害,再加上从150匹马力发动机散发出来的热量、噪音和烟雾,使乘员感到很不舒服。另外,车辆的装甲防护是铆在框架上的锅炉钢板,有很多缝隙,弹丸和炮弹碎片可以通过这些缝隙飞入车内。为防止这种危险,乘员不得不穿戴防护衣和面具,因而感到更加难受。  
  动力由发动机提供,它装在车体中央,驾驶员的后面。发动机动力通过离合器、主齿轮箱和差速器传至车辆两侧的转向齿轮箱,尔后通过滚动的链条把动力传至主动轮。车辆的转向,如同所有其他履带车辆一样,是通过降低一条履带的速度提高另一条履带的速度来实现的。在早期型号的坦克上,转向的方法是车长给两名方向操纵员发出加快或者降低速度的信号,使车辆驶向指定的方向。  
   II型车上的主要革新是在传动机构中采用了周转齿轮,这使驾驶员能从前面的位置完全控制车辆。车长也摆脱了控制车辆的繁琐工作,而把更多的精力用于指挥。  
   V型是第一次世界大战中制造的数量最多的坦克,它体现了所有装甲战斗车辆三个最重要的特性:火力、机动力和防护力。这些坦克是为克服西线的围攻而设计的,虽然它们的最高理论速度只有每小时4英里,行程只有40英里,但在设计上还是很成功的。因此,当1917年11月20日首次在康布雷大量集中使用坦克时,474辆坦克取得了惊人的成功。遗憾的是,这个战果没有得到扩张,其部分原因是由于英军指挥官的失误,他们忘记了诸兵种合同作战的必要性,部分原因是由于缺乏发展胜利的适当装备。控制在预备队里伺机扩大突破口的骑兵,直到所有机枪被压制了以后才发起冲击。显然,当时需要有一种轻型的快速机动坦克,用以在初期攻击结束后深入敌人后方作战。为适应这一需要,于1917年生产了A式中型坦克,即“赛犬”坦克,它的最高时速为8英里,但起初最大行程只有40英里。该车还有其他一些严重缺点:转向是靠改变两侧发动机的转速来实现的,每侧履带各连接一台发动机,这使车辆保持直线的稳定行驶极其困难。车长虽然有一名炮手作助手,但还必须负责操作固定炮塔内的4挺机枪。  
  这时已经能够看出影响未来坦克战的战术、编制和装备这三者的相互关系。最早的“母型”坦克是为了打破前线的战术对峙状态而设计的。当这种新式装备显示出它能够重新在战场上显示出机动力的时候,明显出现的一个问题是编制不适应这种新的挑战。此外,编在预备队内用于扩张战果的骑兵,无论在战术和装备上都不足以应付机械化给现代战争带来的变化。  
  其他参战国也被迫匆忙发展自己的坦克。德国生产了一种履带式的箱形车辆,其严重缺陷是机动力太差(见图1.3)。  

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图1.3 德国“施内德”坦克

2012-2-26 21:48 上传


图1.3 德国“施内德”坦克

法国也生产了一种类似形状的车辆,但这种车辆也有一些缺点,因此由埃司丁上校委托雷诺设计了M17轻型坦克。该设计于1917年被美国人所采用,不过很少有人见到这种车辆在欧洲服役过。美国人还热衷于英美联合研制英国的38吨UK-VIII型坦克的计划。这种车辆实际上是最后一种菱形坦克。  


两次大战之间坦克的发展  


英国的坦克设计  
  在第一次世界大战停战时,英国军队装备的有V型菱形坦克、“赛犬”中型坦克和它们的一些变型车。曾是康布雷作战计划拟定人之一的J·F·C富勒上校,又提出充分利用新的机动力的新计划,即“1919年计划”。这个计划虽然没有实现,但它对1918年以后的装甲战思想和装备有着巨大的影响。要实现这个计划必须生产出机动力强的坦克。这种坦克必须具有骑兵的速度和能实施纵深突破的行程。  
  本世纪20和30年代曾有过各种各样的坦克设计,有些设计从未超越制图阶段,有些只造出一些样车。有些重型车辆,如维克斯公司于1924年研制的29吨“独立”坦克(见图1.4),虽然显示出某些新的特点,如装有5个旋转炮塔,但与当时的其他装备相比,其造价之高令人震惊。  

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图1.4 29吨实验性重型“独立”A1坦克

2012-2-26 21:48 上传


图1.4 29吨实验性重型“独立”A1坦克

 然而,维克斯公司继续探索新的先进的设计,终于研制出II型中型坦克(见图1.5)。该车具有几个新的特点,其中包括一个气冷式发动机,一个安在车体中央的旋转炮塔(炮塔内有一门只能发射反坦克弹的47毫米火炮)和一个不完善的悬挂装置。

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图1.5 16吨中型II型A3坦克

2012-2-26 21:48 上传


图1.5 16吨中型II型A3坦克

尽管这些车辆从未在实战中打过一发炮弹,但是不容置疑的是,它们和同时研制的轻型坦克一起,参与了对构成未来坦克作战基础的各种战术的试验和检验。这一时期产生了一种要在尔后许多年内主宰英国坦克设计思想的观点。这个观点认为需要两种类型的坦克,一种是快速的,具有高度机动性和轻装甲防护的车辆,它将同军舰在海上互相攻击一样在战场上攻击敌人的坦克,即仅用于摧毁敌人的装甲车辆,为此它只装有打坦克的武器。另一种坦克则用于伴随步兵,因此它只需要以步兵的速度行进,但需要厚装甲的防护,车上只需要对付步兵的武器。  


美国的坦克设计  
  当欧洲各国正在研究生产轻型和重型坦克即巡逻坦克和步兵坦克的可能性时,美国人瓦尔特·克里斯蒂以他的发明天才也在进行一系列的设计,这些设计对尔后的坦克设计发生了深远而持久的影响。克里斯蒂起初打算生产一种既能用履带也能用轮子行驶的车辆,以避免当时所有履带车辆的通病——不可靠性。在研制了几台带旋转炮塔的实验车辆(包括8.6吨1928式轮履式车辆,时速26英里)之后,克里斯蒂集中力量生产一种可靠性好的快速车辆,它能保持较高的平均越野速度。  
  克里斯蒂设计的最好的一种车辆是M1931坦克,该车体现了他的单位功率高和负重轮大的思想。行动部分的防震是通过曲柄和螺旋弹簧使每个负重轮分别得到缓冲来实现的。美国人虽然购买了几辆这种坦克,但并没有认真对待这个设计。而苏联人购买了两辆以后,却把它发展成为出色的T-34坦克。

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图1.6 克里斯蒂设计的实验性M1928坦克(履带式时速为26英里、轮式时速为50英里)

2012-2-26 21:48 上传


图1.6 克里斯蒂设计的实验性M1928坦克(履带式时速为26英里、轮式时速为50英里)


战术的发展  
  早在1917年就已看出,如不解决通信问题,装甲战就不可能充分发挥其潜力。旗语可帮助实施车辆之间的通信,鸽子可作为一种不大可靠的缓慢的通信手段,但是一旦交战开始时指挥官没有办法向前线下达命令。1931年有了晶体管无线电台后,指挥官便能够通过无线电发话机与散布很广的大量车辆保持联络。从此,积动作战的时代开始了。  
  对于是否需要这种变化,有人持怀疑态度,有人则反对,特别在骑兵中表现更为明显。反对情绪在英军中表现最为强烈,但在美国、法国和其他欧洲国家的军队内也同样是存在的。反对接受机动装甲战观点的另一个因素,是一些将军们感到这种装备的成本太高,为此要大大增加用于这个新兵种的陆军装备的预算比例。  
   1934年英国组建了一个由“维克斯”中型坦克和轻型坦克混编的坦克旅。该旅和第7步兵旅及第9野战机械化旅一起,于当年9月在萨里斯布利平原参加了一次大规模演习。这次演习打算显示一下混成机械化部队的作战能力,并从中吸取一些经验教训,以发展未来装甲部队的编制和战术。遗憾的是,因受当时看来是合理的因素的制约,演习指挥官对装甲部队提出一些不现实的限制,结果陆军部决定:优先解决步兵师的革新问题,其次才考虑机动装甲部队的组建和现代化问题。  
  其他国家一直密切注视这些发展动向,表现最积极的是德国人,他们很快就使这种机动部队的潜力得以发挥。德国人尽管直到1934年才组建第一个坦克营,但是到1935年年底已拥有3个坦克旅,到1939年有了6个装甲师,而英军当时只有2个不完整的师。对古德里安在1940年和巴顿在1944年所使用的战术加以研究,可以看出他们的战术和霍巴特在1934年演习中指挥其部队的方法是很相似的。  
  到1936年,即使是最乐观的人也看得一清二楚,希特勒的重新武装计划已成为严重的致命威胁。在英国,坦克的发展毫无生气,原因是缺乏开辟新途径的资金和受僵化思想的阻碍。这种僵化思想认为机械化战争不过是1918年战术的延续而已。  
  当时的形势的确不妙。于1928年装备英军的16吨A6“维克斯”坦克由于耗资过大而停止生产,但是它确实是当时很好的坦克,倘若它能继续服役并得到正常的发展,那么1939年我们的处境无疑会好得多了。

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图1.7 A6E3“维克斯”III型中型坦克

2012-2-26 21:48 上传

  
图1.7 A6E3“维克斯”III型中型坦克


两次大战之间各种类型的坦克  
  因为自从1918年以来关于两种平衡发展的装甲部队没有任何重大的意见冲突,所以各种不同类型的坦克相继问世,这些车辆都没有经受战斗的考验。在世界各国军队所划分的坦克类型中,首先是用来伴随步兵的轻型坦克,它起着重型步兵武器运载车的作用。法国人特别喜爱此种车型,“雷诺”FT坦克就是一个典型例子。与此并行发展的是作为侦察车使用的快速轻型坦克,这种坦克主要是由英国发展的。它与其他装甲战斗车辆相比,在机动性方面具有明显的优点,但是后来为了提高其效能而增加了装甲防护,安装了更重的武器,这样就使它的机动性优点逐渐减弱了。  
  其余两种类型都是中型坦克,其特点是快速、装甲防护薄,但武器相当好。它是作为扩张战果的车辆而设计的。为弥补此种坦克之不足,设计了对敌人火力防护力强的厚装甲步兵坦克。当然,这种坦克因装甲较重,运动速度较低;但是它只需以步行速度伴随步兵,因此速度低也不是什么缺点。  
  由于该车是以增强防护力为主设计的,其火力除了对付轻微的抵抗以外,事实上不起多少作用。英国最后一种步兵坦克是1941年生产的40吨重的“丘吉尔”坦克,它有4英寸厚的装甲防护,但只装一门40毫米火炮(见图1.9)。  

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图1.8 III型巡逻坦克

2012-2-26 21:48 上传


图1.8 III型巡逻坦克

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图1.9 38.7吨“丘吉尔”(I型)步兵IV型A22坦克

2012-2-26 21:48 上传


图1.9 38.7吨“丘吉尔”(I型)步兵IV型A22坦克
第二次世界大战的教训  


坦克的性能  
  到第二次世界大战中期已明显看出,轻型坦克和步兵坦克在战场上是没有任何地位的。此外,中型坦克扩张战果的任务也成了问题,因为它们在扩张战果之前还要参加战斗并争取胜利,而且它们的武器也不能满足任务的要求。由于这种坦克数量有限也不可能一直把它们保留在预备队里,等到时机成熟再把它们投入战斗。  
  现在让我们来看一看装甲部队的战术对战斗车辆设计的影响。每个国家都在探索一种能使火力、机动力和防护力三者合理结合的坦克设计。当然,这三者并不代表装甲战斗车辆的全部性能,但是它们是三个最重要的性能。需要在不同程度上予以考虑的其他性能是:通信能力,可靠性,监视能力,可维修性,消音能力,持久力,成本。  


性能重要性的排列顺序  
  任何一种战斗车辆都要起运载作用,不管是运载战斗补给品还是装有火炮的炮塔。性能重要性的排列顺序以及各个性能所应占的空间和重量比例,取决于车辆所担负的任务。对侦察车来说,机动力应是优先考虑的性能。至于主战坦克,自第二次世界大战以来所有国家都倾向于把火力放在优先地位,而防护力和机动力则在火力之后居同等地位。  
  在第二次世界大战的大部分时间内,坦克经常遭受敌人反坦克火力的攻击,这种反坦克火力的基础是大口径的高射速火炮。这些火炮通常是牵引的,有的则被安装在某些机动车辆的底盘上。从技术上来说,这些火炮由于体积大,不可能安装在早期生产的常规坦克上,因为炮塔座圈直径较小。德国人在战争末期曾设法把88毫米炮安装在“虎”式坦克上,但该型坦克存在一些其他问题,致使这个尝试没有成功。  

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图1.10 “虎”VI型坦克

2012-2-26 21:48 上传


图1.10 “虎”VI型坦克


英国“百人队长”坦克是战时出现的设计较好的坦克之一。设计工作于1943年开始,1945年向大陆送去了几台样车,但没有参战。这个设计最充分地吸取了战争中的教训,成功地在坦克上安装了一门高射速火炮。这种坦克能够对付当时战场上任何一种坦克,同时这个设计还保证坦克具有良好的防护力和适当水平的机动力。  
  第一批“百人队长”坦克装有1门76.2毫米炮和1门20毫米“波尔松”机关炮。到了1948年,“百人队长”III型装了1门配有稳定器的84毫米高速炮,从而成为一种效能很高的战斗车辆。虽然“百人队长”在后期装上了口径较大的105毫米炮,但是在其漫长而显赫的历程中,人们对它的基本看法仍然没有改变。事实上,这种坦克今天仍然在世界许多国家军队中服役,并且连续发展了13个型号。从许多方面来看,后期的“百人队长”坦克可以作为一个标准,用以衡量1960年美国M60坦克问世之前包括M60坦克在内的任何一种坦克的性能。  

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图1.11 装有76.2毫米与20毫米炮的“百人队长”I型坦克

2012-2-26 21:49 上传


图1.11 装有76.2毫米与20毫米炮的“百人队长”I型坦克


战后的发展  


主战坦克的概念  
  事实令人信服地表明,研制一种多用途的主战坦克的设想是可行的。这为尔后40年坦克的发展确立了方向,所有国家都根据本国的作战思想追求同样的基本目的,即搞出一个平衡的设计,同时对各种性能的先后顺序作不同的排列。  
  值得注意的是,1956年德国、法国和意大利开始合作研制坦克,并达成了生产一种标准主战坦克的协议。他们全都希望尽可能使坦克的重量不超过30吨,但是由于各国对不同性能的强调重点和先后顺序的看法各不相同,在实现这个要求时遇到了困难。最后,当大家明白不可能生产一种各国通用的坦克时,每个国家就决定走自己的路,德国和法国分别生产“豹”式和AMX30坦克。这两种车辆是很不相同的。“豹”式重40吨,装有1门英国105毫米炮,并有一定的防护力。而AMX30只有34吨重,防护力很有限,只安装1门中射速炮,该炮不能发射高速动能弹,只能发射化学弹。但是这两种坦克都是按照同样的初始要求发展而成的。  
  只要粗略地看一下最近正在生产的和已经生产出的各种各样的主战坦克,就会明白一个国家的军事学说对坦克性能的重要性的排列顺序会产生怎样的影响。  


以色列优先考虑的性能  
  以色列军队强调突击行动,认为装甲部队是实施这种行动的最好手段。为此,其先决条件是装甲车辆必须有高度的机动力,但是他们也承认它们必须在初战中生存下来,在突破成功以后仍有足够的兵力来实施必要的突击行动,以扩张战果。因此,他们千方百计要提高坦克的生存能力,于是56吨重的“梅卡瓦”坦克就应运而生。该坦克把防护性能放在优先地位,它对防护力的强调远远超过第二次世界大战以来除英国坦克以外的任何一种坦克。  


苏联优先考虑的性能  
  下面我们看看苏联的装甲战学说对他们的坦克生产设计所产生的影响。在遭受德国闪击战的打击以后,俄国人决心从中吸取教训并相应地发展他们自己的战术。他们强调进攻,以大量兵力在宽大正面上实施进攻,而令另一支完整的部队通过失去战斗力的部队的战斗队形,以增强突击力量。他们把这些奉为至高无上的信条。他们还非常强调突破的速度和纵深,以及必要时的迂回攻击。他们规定的进攻速度令人生畏。当然,他们拥有可以动员的巨大资源,只要他们仍然准备把占国民生产总值相当大的比例的资金用于生产武器,他们就能够推行大规模进攻的学说。他们的军队是从广大群众中应征入伍的,因此他们可以任意挑选坦克乘员,有选择个子较矮的乘员的充分余地,这样就可以生产车身较矮的坦克,而西方盟国在这方面则受到限制,他们必须根据95%的男性居民都是高个这样的条件来制造坦克。  
  进攻第一的原则带来两个严重后果。一个是,如果他们的坦克偶尔用作防御武器时,那么火炮俯角小(目前约为5°)就会成为明显的缺点。图3.2表明大多数北约国家的坦克火炮俯角为10°,以使他们的坦克能顺利遂行防御任务。火炮俯角小给坦克设计师提供了一些有利条件,并有助于降低坦克的高度,从而缩小目标本身的尺寸,关于这一点将在第三章里加以阐述。  
  第二个后果是,俄国人对生存能力有不同的解释。因为他们规定他们的坦克是用于进攻的,所以他们认为弹药可以存放在炮塔座圈的上方,附加的燃料箱可以放在车外后甲板上或两侧的履带护板上。这些特点使得俄国设计师比西方的同行有更大的灵活性,因为后者受到安全方面许多考虑的约束。  


北约国家优先考虑的性能  
  如果把当前英国在坦克设计和生产上的观点加以考虑的话,那么可以明显看出,投资和采用的动力装置也是有影响的因素。由于坦克越来越复杂和昂贵,要找到能维持一个生产过程的定货单位越来越困难。不可能指望用一种车型去更换半数坦克部队的车辆,而任何一种被采纳的设计必须保证该车辆至少能服役15年。  
  在“酋长”坦克上尽管火力占据主要地位,防护力也占据相当重要的地位。这不仅仅是出于对当前战场威胁的估计,而且也是出于对付未来可能威胁的需要。它的机动力明显较低,这和“豹1”与AMX30牺牲防护力来提高机动力的情况是截然不同的。自从1945年以来英国坦克机动力水平是不断提高的。“酋长”坦克也体现了这一点,当它于1964年开始服现役时,其机动力也符合英军当时所需要的机动力水平。正如在第四章中所论述的那样,装甲战斗车辆的动力装置是非常特殊的机器,而研制一台600-800制动马力的坦克发动机是一件既费钱又费时的事。目前在欧洲大陆和美国到处都有销售类似的坦克发动机的商业市场,因此专门的装甲战斗车辆发动机的生产问题是容易解决的。  
  我们已经看到,德国人和法国人已经走上以牺牲防护力来提高火力和机动力的道路。但在“豹2”坦克上我们发现德国人重又主张加强防护力,承认在未来的欧洲战场上将需要他们在进入全面的机动作战之前阻止敌人前进,并充分利用突击的效果。  
  我们对美国学说加以分析,又可以看出一些不同的问题。首先是对于一个和欧洲大陆隔离并在世界范围内承担防御义务的超级大国来说,把作为作战武器和显示实力的手段的坦克的重要作用,与对海军和空军的要求相比,显然是重视不够的。在美国,对技术的排斥和接受比在任何其他地方表现都更为突出。这会使他们相信,在任何一个具体领域内对技术的探索是要取捷径的。但也有时他们为探索某些新的途径而获得令人失望的结果。在M60系列坦克获得成功以后,美国人又在MBT70坦克上显示出自己先进的技术,但是该坦克耗资太大,过于复杂,其武器系统不适于完成自己的任务。这引起对这种53吨坦克进行重新评价,并以现实的态度规定了造价的最高限额。美国所拥有的巨大资源和最后订货合同的可能规模,使得美国陆军不惜以重金与克里斯勒公司和通用汽车公司签订了两个样车研制合同。这两个公司所提供的两种车型有许多相似之处,但在1976年宣布,军方决定与克里斯勒公司签订生产XM1(“艾布拉姆斯将军”)坦克的合同。现在服役的这种坦克是有4名乘员的常规车辆,其特点在于采用了乔巴姆复合装甲和燃气涡轮发动机。它目前装有1门 105毫米线膛炮,但在设计上也可以不太费事地安装1门120毫米的线膛或滑膛炮。  

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图1.12 “艾布拉姆斯将军”坦克

2012-2-26 21:49 上传


图1.12 “艾布拉姆斯将军”坦克


相似之处和区别  
  以上的简要评述追溯了坦克自从诞生直到今天的发展历史。我们也可以在今天坦克设计的许多特点中发现一种明显相似之处。几十年的经验已经证实了坦克设计发展中的一些成功的方面,同时也指明了一些非常规的探索性设计在哪些问题上遭到了失败。这些经验教训为各国所共知,并且在近年来已经发展成为一套为大多数人所接受的设计原则。然而,国防上的优先需要和军方对这种需要的解释终将影响从生产线上下来的坦克的样式。  


自我测验题  
   1. 导致在第一次世界大战中使用坦克的客观条件是什么?  
   2. 菱形的车体和沿着车顶滚动的履带有哪些主要的优、缺点?  
   3. 20年代克里斯蒂设计的坦克的主要革新是什么?  
   4. 在两次大战之间有哪四种类型的坦克?  
   5. 英国在第二次世界大战大部分时间内所使用的是哪两种类型的坦克?  
   6. 在第二次世界大战中期每个国家都在探索一种能保持性能平衡的设计方案。需要保持平衡的三个性能是什么?  
   7. 举出其他四个方面为实现设计平衡需要考虑的性能。  
   8. 俄国人的进攻至上的原则对他们的坦克设计思想有什么影响?  
   9. 以色列人出于什么动机设计“梅卡瓦”坦克?  
   10. 在美国的“艾布拉姆斯将军”坦克上有哪些创新?  


2012-2-26 22:21 上传


图2.8 尾翼稳定脱壳穿甲弹

火控领域里最巨大的发展可能性即将出现,在这方面发展的可能性看来是不可限量的。在该领域中技术发展如此之快,对此项设备的投资是否合理日益成为一项管理决策。光电技术和火控设备费用在新型主战坦克的总费用中是一直增长的部分。同时,由于应用先进技术可获得较高的初速,使命中率增大到接近理论最大值,所以这种先进设备的造价问题必然要加以慎重考虑。  
  采用了计算机控制的瞄准系统之后,对运动目标的命中率大幅度的提高,这说明,如果坦克要能在战场上生存,必须安装这种火控系统,否则就称不上是新型坦克。因此,很可能现有的“指向式”火控系统数目将增多,这种火控系统是与24小时热成像瞄准系统相连接的。在双方对峙的战场环境中光电装置灵敏度的日益提高,必然导致防护措施的改进,也就是说采用更简便、暴露更少的装置,或者是加强装甲或采用更重型的坦克。  


自我测验题  
   1. 坦克的主要任务是什么,次要任务是什么?  
   2. 什么是近射程、中射程和远射程?  
   3. 确定“毁伤”含义的四种方法是什么?  
   4. 三种主要的弹头效应是什么?  
   5. 碎甲弹的主要优点是什么?  
   6. 列举通常用来分析误差源的五组误差。  
   7. 判定距离可能使用哪几种方法?  
   8. 什么是耳轴倾斜?  
   9. 为什么需用辅助武器?  
   10. 计算机控制的火控装置可提供什么方便?  
可以考虑做个PDF看着方便,也可以收藏。  

虽然有点老,但确实是好文
2012-2-27 17:40 上传



图3.9 重量螺旋式上升
2012-2-27 18:03 上传



图4.20 废气循环
  总之,压燃式发动机是装甲战斗车辆的一种可靠的推进机构,其性能是众所周知的。其本质上的最大弱点在于体积大,尽管有明显的进展,这仍然是一个问题。压燃式发动机的未来必须要依赖于前所未有的高增压,从而导致与燃气轮机的“结合”。  




燃气轮机  


部件与特点  
  在活塞式发动机上,压缩、燃烧和膨胀都在同一空间内按顺序一个接一个地进行,而在燃气轮机上,这三个行程却都在燃气轮机的不同部分连续地同时进行。这需要单独的压气机、燃烧室和涡轮机(见图4.21)。压气机和涡轮机可以是经流机,如图4.14中的涡轮增压器,或者是轴流机(见图4.22)。图4.22示出一种轴流压气机。轴流涡轮机在外观上与轴流压气机相似,但其叶片的排数可能要少得多。  

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图4.21 单轴式燃气轮机


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图4.22 轴流压气机

  在概念上,这样一种机器是简单的,但在实际上,这种系统要保证涡轮机膨胀功率高于压缩功率却比活塞式发动机要困难得多。因此,这种发动机对设计上的缺陷和不利的环境条件非常敏感。因为没有活门,气流是连续的,对于发动机体积来说,通过的空气流量是大的。通过的空气流量与输出的功成比例。因此,这种发动机就其功率而言,结构是紧凑的。此外,没有活门则意味着燃烧压力没有上升,这与活塞式发动机不同。发动机的最大压力仅仅是通过压缩而取得的压力,因此结构要比活塞式发动机轻。这种发动机就其功率而言是一种重量轻的发动机。  
  因为气流和燃烧是连续不断的,所以有些机件必须经受与最大燃气温度相差无几的温度;在断续燃烧的活塞式发动机上,机件的温度要比燃气最高温度低得多。现有的叶片材料把燃气轮机温度限制到1350大卡 [ 松鼠妖注:原文如此,应该是度 ] ,大约是活塞式发动机温度的一半。燃烧的燃料是相似的。因此,燃气轮机的空气/燃料比要大得多,通常约为55比1,而压燃式发动机的空气/燃料比则为20比1。所以,就一定的功率而言,通过的空气流量是大的。有鉴于此,再加上对不利条件的敏感,就需要有体积大、低压损耗空气滤清器和进气/排气导管。可是,因机内采用空气冷却,燃气轮机就不需要外部的冷却系统,而活塞式发动机则需要外部的冷却系统。  


双轴发动机  
  假如负荷引起活塞式发动机的输出转速下降,那么获得的压缩就不会受到影响;它是发动机几何结构的一个函数。可是,要是涡轮增压器和燃气轮机使用的空气动力压气机,压缩就对转速非常敏感。如果压气机和输出轴是机械联结,输出转速下降将导致压缩的损失。这会使此循环无效。因此,图4.21所示的那种发动机的输出功率在转速不得不下降的条件下就会陡然降低,如图4.23所示。  


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图4.23 功率/转速曲线


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图4.24 双轴燃气轮机

  但是,如果单一涡轮机为二台在机械上互不相联的涡轮机所取代,并且其中的一台高压涡轮机仅驱动压气机,另一台低压涡轮机则驱动负荷(见图4.24),功率/转速曲线就会发生变化。即使输出转速因负荷而快要下降到零时,压气机或燃气发生器的涡轮也能继续运转,其转速稍有下降,从而提供了有效的燃气循环。因此,在转速下降时,也会良好地维持功率(见图4.23)。这种双轴发动机用在自动车上,其功率/转速曲线要优于活塞式发动机,大多数自动车用涡轮机正是以此系统为基础的。  
  简单的燃气轮机作为没有附加设备的发动机,能够保证极紧凑的结构和极轻的重量。其附加的气管和滤清器的体积比活塞式发动机的要大。但是,燃气轮机没有外部冷却系统,也不需损耗因驱动冷却系统所需要的动力,上述缺点可被此优点所抵销。双轴式燃气轮机具有一种有吸引力的功率/转速特性。相对而言,没有活塞,也就没有磨擦。因此,它们在低温下容易起动,能够具有良好的冷起动性能。因为燃气轮机的燃烧是连续不断的,它们适应的燃油种类比火花塞式或压燃式发动机都要多得多。  
  可是,它们的最大缺点却是在其耗油率上。在各种负荷条件下,燃气轮机要比同功率的活塞式发动机消耗更多的燃油,在低负荷条件下尤其是这样。在地面车辆大部分时间运转的四分之一负荷条件下,简单的燃气轮机的耗油量为同功率压燃式发动机的三倍。详见图4.25。  

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图4.25 耗油率的比较



热交换  
  飞机界的要求是在接近全负荷时的经济性,把高压比和材料技术允许的最高燃气温度相结合的发动机能满足这个要求。但这些都不属于我们讨论的范围。要达到部分负荷时的经济性,就必须采取不同的方法。  
  一台效率低的发动机必须设法排除其燃料的能量,或排入其冷却液中,或排入其废气中。燃气轮机没有冷却系,因此效率低就反映在热的废气上。如果这种能量被用来进行压缩机以后的部分加热过程,那么靠燃料完成的加热过程就减少了,从而耗油量也会下降。这就称为热交换(见图4.26)。  
  从压气机来的空气通过与涡轮的热排气相接触来提高温度。热交换器可以有两种形式,一种是同流换热器,一种是再生器。同流换热器没有运动件。汽车的散热器就是一种热水-空气同流换热器的例子。这样就容易设想出一种利用热排气和压缩空气工作的类似装置。而再生器却有运动件(见图4.27)。一个允许空气气流和排气气流通过的多孔盘以其一边置于空气气流中,另一边则置于热气流中,并低速转动。这块多孔盘连续受到热排气加热,而后转入空气气流中,把其热量释放给空气气流。  

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图4.27 再生式燃气轮机

  这两种系统都有自己的优、缺点。在燃气轮机方面,至今尚无足够的实践经验能在它们之间作出坚定不移的选择。回流换热器一般体积大,在长期使用中难以保持清洁。而再生器的材料则必须经受温度时高时低的连续变化;陶瓷是适当的材料。在再生器材料的表面上必须配有耐磨的密封件,以防止高压空气在大气压力下直接进入排气导管。实际上,无论是哪一种热交换器都容易使简单的燃气轮机明显地失去其结构紧凑的优点。  


可变的几何形状  
  燃气轮机的高效率依赖于工作循环中尽可能高的燃气温度。为了研制出现在可以用来经受这种高温的合金,人们已经作出了重大努力,现在仍在继续努力研制能够耐受更高温度的有效的陶瓷部件。可是,当发动机低负荷运转时,输入的燃油量不可避免地会减少,结果会使最高温度下降,这对部分负荷时的经济性具有不利的影响。通过热交换回收余热肯定有所帮助,可是在部分负荷时真正需要的却是体积较小的发动机。尔后,这种发动机才有可能继续以高温和高频率全负荷运转。  
  用另一种方法,则有可能在发动机运转中调整发动机的“尺寸”,这种调整方法就被称之为可变几何形状(见图4.28)。汽车用燃气轮机大都把这种方法应用在其第二个涡轮,即低压或自由功率涡轮上。  

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图4.28 可变几何形状

  在一个由一排定子叶片和一排转子叶片组成的轴流涡轮上,定子叶片均绕枢轴转动,它们又通过齿轮连接同时运动。随着叶片的转动,它们之间通过的燃气流量减少,见图中的A到D,从而有效地使涡轮“变小”。随着负荷的减小,叶片就按程序改变几何形状。当燃油流量减小时,空气流量也随之减小。燃气温度的下降就不象具有固定几何形状的发动机那样厉害,这有助于保持良好的部分负荷经济性。此外,如果叶片绕枢轴旋转到状态E,它们就吹动转子反转。这就提供了发动机制动。不然的话,燃气轮机就存在不足。  


现在的水平  
  大多数车用燃气轮机的样机都采用热交换,并且至少在其动力涡轮上采用可变几何形状。但现在,它们在经济性上仍然不能与压燃式发动机相比,如图4.29所示。所以,现在仍不可能购买这种发动机以供民用。但就驱动主战坦克来说,与结构紧凑相比,经济性还是次要的,美国人已经决定在其M1“艾布拉姆斯将军”主战坦克上采用燃气轮机。这种发动机既采用了回流换热器,也采用了可变几何形状。无论按那种标准来衡量,它都是一种结构紧凑得合理的发动机。不带辅助设备时,这种发动机的功率-体积比约为1000千瓦/立方米,而最好的军用压燃式发动机的功率-体积比则大约为800千瓦/米3。此外,这种发动机没有外部冷却系统来增大体积,也不必损耗相应的动力来驱动风扇(压燃式发动机用以驱动风扇所损耗的功率占其净功率的8-10%)。但是,它的耗油量仍要大于压燃式发动机。当评定整个动力传动装置(其中包括保证一定行程所需的燃料)的体积时,这两种发动机之间的区别就不明显了。按照现在的技术发展水平,作出主战坦克使用燃气轮机比使用压燃式发动机有利的判断是有疑义的。两者之间的根本区别很小,这些区别不足以说明发展某一特定机型所具有的优点。

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图4.29 燃料消耗率

  总之,燃气轮机的技术基础是在飞机界,而活塞式发动机的发展中心却在地面车辆工业界。按照今天的技术,燃气轮机的制造成本的确较高。但是,重要的是,从事燃气轮机发展的人大都有飞机工业的背景。所以,他们对成本的认识有很大的不同。从这样一种背景中产生出来的任何技术类型的发动机,都会是成本很高的。  
  在相同功率的基础上来比较,以飞机工业为基础的燃气轮机,其成本大约是标准民用车辆压燃式发动机的五倍。而产量有限的军用压燃式发动机的成本则大约是其民用机型的二倍到二倍半。按照相同功率的基础来比较,民用压燃式发动机的成本又大约是汽车用火花塞式发动机的五倍。这种成本上的差别不仅反映了复杂程度的不同和制造标准的不同,而且反映了各种发动机生产数量的不同。  
  正如前面所强调指出的那样,大型军用发动机必须是“专用”的,可是它们的购置费用却较高。在具体设计上,必须有别于民用发动机。但是,我们却恰恰不能出钱来着手发展那些在原理上有别于民用机型的发动机。  


未来的发动机  


绝热发动机与复合发动机  
  燃气轮机和压燃式发动机都仍然有相当大的发展潜力。就燃气轮机而言,其进一步发展的关键几乎肯定在于燃烧室和涡轮陶瓷部件的发展。这些陶瓷部件能比金属部件在更高的温度下运转,从而导致发动机效率的提高以及燃料消耗率的下降。压燃式发动机使用类似材料,就可以取消部分的、甚至是整个的冷却系统。这样产生的发动机就被称之为绝热发动机。这本身并不会使发动机显著提高效率。因无冷却液而省下来的热量,大部分不是作为额外功,而是作为更热的排气输出的。但是,它却省掉了冷却系统所占的体积和用以驱动风扇所需的动力,并允许发动机接受更高的增压。  
  随着压燃式发动机涡轮增压强度的增大,用来驱动涡轮的废气动力开始明显地超过驱动压气机所需的动力。即使按照现在的增压水平,也可能会发现在较高的发动机转速时必须通过溢流阀排除废气能量,以使发动机保持无故障工作状态。随着能够耐受更高增压的发动机的发展,也许有可能回收废气中的全部有效能量。除了把必须的部分能量用来驱动压气机以外,把剩下的能量全部供给输出轴——这就是复合发动机,如图4.30所示。  


[align]
图4.30 活塞-涡轮复合发动机

  这个概念并不是新东西,但是它现在似乎还没有最后达到有可能供民用的程度。这种想法适合于与绝热发动机相结合。这样,后者释放的多余的废气能量就有可能被涡轮回收。这种发动机经过全面发展以后,其比油耗理应比现在最好的压燃式发动机低约18%。的确,它代表着按照我们现在的技术水平可以设想的、最经济的车用发动机。此外,它还应表明其功率-体积比要优于目前最好的压燃式发动机,并在逐步向燃气轮机靠近。但是,现在还不应期望这种发动机会在本世纪末以前问世。  
  将来,用来推进军用地面车辆的发动机会是压燃式发动机(如果是增压式活塞发动机的话)、燃气轮机或复合发动机。石油将会用完,但是,我们可以用人工合成代用燃料。不过,只有使用人工合成代用燃料比较经济时,我们才能使用它。  


附录A 分析例题  
  在地球上,1千克的质量有9.81牛顿的力(重力)。而在月球上,1千克质量的力则较小,约为1.5牛顿,因为月球上的引力作用较小。  
  例如,一辆具有55吨质量的主战坦克,其重力为540千牛顿。  
  根据经验,2千瓦/千牛顿的单位功率所包含的意思是,最大公路速度约为80千米/小时;按照这个速度,公路上的比滚动阻力大约是8%。  
  所以,滚动阻力=重力×比滚动阻力=540千牛顿×0.08=43.2千牛顿  
  对于一辆装甲战斗车辆来说,空气阻力是可以略去不计的。  
  当公路有小坡时,例如1%或0.57°:  
  坡度阻力=Wsinθ=540千牛顿×0.01=5.4千牛顿  
  所以,公路负荷=滚动阻力+空气阻力+坡度阻力=48.6千牛顿  
  并且,牵引力=公路负荷……以保持匀速运动。  
  因为公路动力=牵引力×公路速度,并且给定的公路动力为1080千瓦,1千瓦=1千牛顿·米/秒,所以公路动力=1080千牛顿·米/秒。  
  那么,1080千牛顿·米/秒=48.6千牛顿×公路速度。  
  设,高速挡最大功率时的公路速度=22.2米/秒,而1米/秒=3.6千米/小时,所以  
  高速档最大功率时的公路速度=80千米/小时。  
  假如一辆同样的车辆爬38°的坡,比滚动阻力为10%:  
  公路负荷=540千牛顿×(sin38°+0.1)=386千牛顿。  
  因此,低速挡最大功率时的公路速度=1080千牛顿·米/秒÷386千牛顿=2.8米/秒  
  又因为发动机最大功率是与发动机最大转速相一致的,所以  
  低速挡最大公路速度=2.8米/秒=10千米/小时  
  参见图4.11,图上所示的压燃式发动机,在最大功率500千瓦时和在1/4负荷时的比油耗是多少?一台最大功率为1500千瓦的更大的压燃式发动机,其比油耗与图4.11所示的发动机相同,它在全负荷时的耗油率会是多少?  
  参见图4.11,在500千瓦时的耗油率=110千克/小时。  
  因此,比油耗=110千克/小时÷500千瓦=0.22千克/千瓦·小时。  
  同样,在1/4负荷时,比油耗:0.36千克/千瓦·小时。  
  对于比油耗为0.22千克/千瓦·小时的1500千瓦的发动机来说,其耗油率=330千克/小时。  


燃气轮机  


部件与特点  
  在活塞式发动机上,压缩、燃烧和膨胀都在同一空间内按顺序一个接一个地进行,而在燃气轮机上,这三个行程却都在燃气轮机的不同部分连续地同时进行。这需要单独的压气机、燃烧室和涡轮机(见图4.21)。压气机和涡轮机可以是经流机,如图4.14中的涡轮增压器,或者是轴流机(见图4.22)。图4.22示出一种轴流压气机。轴流涡轮机在外观上与轴流压气机相似,但其叶片的排数可能要少得多。  

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图4.21 单轴式燃气轮机

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图4.22 轴流压气机
  在概念上,这样一种机器是简单的,但在实际上,这种系统要保证涡轮机膨胀功率高于压缩功率却比活塞式发动机要困难得多。因此,这种发动机对设计上的缺陷和不利的环境条件非常敏感。因为没有活门,气流是连续的,对于发动机体积来说,通过的空气流量是大的。通过的空气流量与输出的功成比例。因此,这种发动机就其功率而言,结构是紧凑的。此外,没有活门则意味着燃烧压力没有上升,这与活塞式发动机不同。发动机的最大压力仅仅是通过压缩而取得的压力,因此结构要比活塞式发动机轻。这种发动机就其功率而言是一种重量轻的发动机。  
  因为气流和燃烧是连续不断的,所以有些机件必须经受与最大燃气温度相差无几的温度;在断续燃烧的活塞式发动机上,机件的温度要比燃气最高温度低得多。现有的叶片材料把燃气轮机温度限制到1350大卡 [ 松鼠妖注:原文如此,应该是度 ] ,大约是活塞式发动机温度的一半。燃烧的燃料是相似的。因此,燃气轮机的空气/燃料比要大得多,通常约为55比1,而压燃式发动机的空气/燃料比则为20比1。所以,就一定的功率而言,通过的空气流量是大的。有鉴于此,再加上对不利条件的敏感,就需要有体积大、低压损耗空气滤清器和进气/排气导管。可是,因机内采用空气冷却,燃气轮机就不需要外部的冷却系统,而活塞式发动机则需要外部的冷却系统。  


双轴发动机  
  假如负荷引起活塞式发动机的输出转速下降,那么获得的压缩就不会受到影响;它是发动机几何结构的一个函数。可是,要是涡轮增压器和燃气轮机使用的空气动力压气机,压缩就对转速非常敏感。如果压气机和输出轴是机械联结,输出转速下降将导致压缩的损失。这会使此循环无效。因此,图4.21所示的那种发动机的输出功率在转速不得不下降的条件下就会陡然降低,如图4.23所示。  


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图4.23 功率/转速曲线

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图4.24 双轴燃气轮机
  但是,如果单一涡轮机为二台在机械上互不相联的涡轮机所取代,并且其中的一台高压涡轮机仅驱动压气机,另一台低压涡轮机则驱动负荷(见图4.24),功率/转速曲线就会发生变化。即使输出转速因负荷而快要下降到零时,压气机或燃气发生器的涡轮也能继续运转,其转速稍有下降,从而提供了有效的燃气循环。因此,在转速下降时,也会良好地维持功率(见图4.23)。这种双轴发动机用在自动车上,其功率/转速曲线要优于活塞式发动机,大多数自动车用涡轮机正是以此系统为基础的。  
  简单的燃气轮机作为没有附加设备的发动机,能够保证极紧凑的结构和极轻的重量。其附加的气管和滤清器的体积比活塞式发动机的要大。但是,燃气轮机没有外部冷却系统,也不需损耗因驱动冷却系统所需要的动力,上述缺点可被此优点所抵销。双轴式燃气轮机具有一种有吸引力的功率/转速特性。相对而言,没有活塞,也就没有磨擦。因此,它们在低温下容易起动,能够具有良好的冷起动性能。因为燃气轮机的燃烧是连续不断的,它们适应的燃油种类比火花塞式或压燃式发动机都要多得多。  
  可是,它们的最大缺点却是在其耗油率上。在各种负荷条件下,燃气轮机要比同功率的活塞式发动机消耗更多的燃油,在低负荷条件下尤其是这样。在地面车辆大部分时间运转的四分之一负荷条件下,简单的燃气轮机的耗油量为同功率压燃式发动机的三倍。详见图4.25。  

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图4.25 耗油率的比较


热交换  
  飞机界的要求是在接近全负荷时的经济性,把高压比和材料技术允许的最高燃气温度相结合的发动机能满足这个要求。但这些都不属于我们讨论的范围。要达到部分负荷时的经济性,就必须采取不同的方法。  
  一台效率低的发动机必须设法排除其燃料的能量,或排入其冷却液中,或排入其废气中。燃气轮机没有冷却系,因此效率低就反映在热的废气上。如果这种能量被用来进行压缩机以后的部分加热过程,那么靠燃料完成的加热过程就减少了,从而耗油量也会下降。这就称为热交换(见图4.26)。  
  从压气机来的空气通过与涡轮的热排气相接触来提高温度。热交换器可以有两种形式,一种是同流换热器,一种是再生器。同流换热器没有运动件。汽车的散热器就是一种热水-空气同流换热器的例子。这样就容易设想出一种利用热排气和压缩空气工作的类似装置。而再生器却有运动件(见图4.27)。一个允许空气气流和排气气流通过的多孔盘以其一边置于空气气流中,另一边则置于热气流中,并低速转动。这块多孔盘连续受到热排气加热,而后转入空气气流中,把其热量释放给空气气流。  

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图4.27 再生式燃气轮机
  这两种系统都有自己的优、缺点。在燃气轮机方面,至今尚无足够的实践经验能在它们之间作出坚定不移的选择。回流换热器一般体积大,在长期使用中难以保持清洁。而再生器的材料则必须经受温度时高时低的连续变化;陶瓷是适当的材料。在再生器材料的表面上必须配有耐磨的密封件,以防止高压空气在大气压力下直接进入排气导管。实际上,无论是哪一种热交换器都容易使简单的燃气轮机明显地失去其结构紧凑的优点。  


可变的几何形状  
  燃气轮机的高效率依赖于工作循环中尽可能高的燃气温度。为了研制出现在可以用来经受这种高温的合金,人们已经作出了重大努力,现在仍在继续努力研制能够耐受更高温度的有效的陶瓷部件。可是,当发动机低负荷运转时,输入的燃油量不可避免地会减少,结果会使最高温度下降,这对部分负荷时的经济性具有不利的影响。通过热交换回收余热肯定有所帮助,可是在部分负荷时真正需要的却是体积较小的发动机。尔后,这种发动机才有可能继续以高温和高频率全负荷运转。  
  用另一种方法,则有可能在发动机运转中调整发动机的“尺寸”,这种调整方法就被称之为可变几何形状(见图4.28)。汽车用燃气轮机大都把这种方法应用在其第二个涡轮,即低压或自由功率涡轮上。  

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图4.28 可变几何形状
  在一个由一排定子叶片和一排转子叶片组成的轴流涡轮上,定子叶片均绕枢轴转动,它们又通过齿轮连接同时运动。随着叶片的转动,它们之间通过的燃气流量减少,见图中的A到D,从而有效地使涡轮“变小”。随着负荷的减小,叶片就按程序改变几何形状。当燃油流量减小时,空气流量也随之减小。燃气温度的下降就不象具有固定几何形状的发动机那样厉害,这有助于保持良好的部分负荷经济性。此外,如果叶片绕枢轴旋转到状态E,它们就吹动转子反转。这就提供了发动机制动。不然的话,燃气轮机就存在不足。  


现在的水平  
  大多数车用燃气轮机的样机都采用热交换,并且至少在其动力涡轮上采用可变几何形状。但现在,它们在经济性上仍然不能与压燃式发动机相比,如图4.29所示。所以,现在仍不可能购买这种发动机以供民用。但就驱动主战坦克来说,与结构紧凑相比,经济性还是次要的,美国人已经决定在其M1“艾布拉姆斯将军”主战坦克上采用燃气轮机。这种发动机既采用了回流换热器,也采用了可变几何形状。无论按那种标准来衡量,它都是一种结构紧凑得合理的发动机。不带辅助设备时,这种发动机的功率-体积比约为1000千瓦/立方米,而最好的军用压燃式发动机的功率-体积比则大约为800千瓦/米3。此外,这种发动机没有外部冷却系统来增大体积,也不必损耗相应的动力来驱动风扇(压燃式发动机用以驱动风扇所损耗的功率占其净功率的8-10%)。但是,它的耗油量仍要大于压燃式发动机。当评定整个动力传动装置(其中包括保证一定行程所需的燃料)的体积时,这两种发动机之间的区别就不明显了。按照现在的技术发展水平,作出主战坦克使用燃气轮机比使用压燃式发动机有利的判断是有疑义的。两者之间的根本区别很小,这些区别不足以说明发展某一特定机型所具有的优点。

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图4.29 燃料消耗率
  总之,燃气轮机的技术基础是在飞机界,而活塞式发动机的发展中心却在地面车辆工业界。按照今天的技术,燃气轮机的制造成本的确较高。但是,重要的是,从事燃气轮机发展的人大都有飞机工业的背景。所以,他们对成本的认识有很大的不同。从这样一种背景中产生出来的任何技术类型的发动机,都会是成本很高的。  
  在相同功率的基础上来比较,以飞机工业为基础的燃气轮机,其成本大约是标准民用车辆压燃式发动机的五倍。而产量有限的军用压燃式发动机的成本则大约是其民用机型的二倍到二倍半。按照相同功率的基础来比较,民用压燃式发动机的成本又大约是汽车用火花塞式发动机的五倍。这种成本上的差别不仅反映了复杂程度的不同和制造标准的不同,而且反映了各种发动机生产数量的不同。  
  正如前面所强调指出的那样,大型军用发动机必须是“专用”的,可是它们的购置费用却较高。在具体设计上,必须有别于民用发动机。但是,我们却恰恰不能出钱来着手发展那些在原理上有别于民用机型的发动机。  


未来的发动机  


绝热发动机与复合发动机  
  燃气轮机和压燃式发动机都仍然有相当大的发展潜力。就燃气轮机而言,其进一步发展的关键几乎肯定在于燃烧室和涡轮陶瓷部件的发展。这些陶瓷部件能比金属部件在更高的温度下运转,从而导致发动机效率的提高以及燃料消耗率的下降。压燃式发动机使用类似材料,就可以取消部分的、甚至是整个的冷却系统。这样产生的发动机就被称之为绝热发动机。这本身并不会使发动机显著提高效率。因无冷却液而省下来的热量,大部分不是作为额外功,而是作为更热的排气输出的。但是,它却省掉了冷却系统所占的体积和用以驱动风扇所需的动力,并允许发动机接受更高的增压。  
  随着压燃式发动机涡轮增压强度的增大,用来驱动涡轮的废气动力开始明显地超过驱动压气机所需的动力。即使按照现在的增压水平,也可能会发现在较高的发动机转速时必须通过溢流阀排除废气能量,以使发动机保持无故障工作状态。随着能够耐受更高增压的发动机的发展,也许有可能回收废气中的全部有效能量。除了把必须的部分能量用来驱动压气机以外,把剩下的能量全部供给输出轴——这就是复合发动机,如图4.30所示。  


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图4.30 活塞-涡轮复合发动机
  这个概念并不是新东西,但是它现在似乎还没有最后达到有可能供民用的程度。这种想法适合于与绝热发动机相结合。这样,后者释放的多余的废气能量就有可能被涡轮回收。这种发动机经过全面发展以后,其比油耗理应比现在最好的压燃式发动机低约18%。的确,它代表着按照我们现在的技术水平可以设想的、最经济的车用发动机。此外,它还应表明其功率-体积比要优于目前最好的压燃式发动机,并在逐步向燃气轮机靠近。但是,现在还不应期望这种发动机会在本世纪末以前问世。  
  将来,用来推进军用地面车辆的发动机会是压燃式发动机(如果是增压式活塞发动机的话)、燃气轮机或复合发动机。石油将会用完,但是,我们可以用人工合成代用燃料。不过,只有使用人工合成代用燃料比较经济时,我们才能使用它。  


附录A 分析例题  
  在地球上,1千克的质量有9.81牛顿的力(重力)。而在月球上,1千克质量的力则较小,约为1.5牛顿,因为月球上的引力作用较小。  
  例如,一辆具有55吨质量的主战坦克,其重力为540千牛顿。  
  根据经验,2千瓦/千牛顿的单位功率所包含的意思是,最大公路速度约为80千米/小时;按照这个速度,公路上的比滚动阻力大约是8%。  
  所以,滚动阻力=重力×比滚动阻力=540千牛顿×0.08=43.2千牛顿  
  对于一辆装甲战斗车辆来说,空气阻力是可以略去不计的。  
  当公路有小坡时,例如1%或0.57°:  
  坡度阻力=Wsinθ=540千牛顿×0.01=5.4千牛顿  
  所以,公路负荷=滚动阻力+空气阻力+坡度阻力=48.6千牛顿  
  并且,牵引力=公路负荷……以保持匀速运动。  
  因为公路动力=牵引力×公路速度,并且给定的公路动力为1080千瓦,1千瓦=1千牛顿·米/秒,所以公路动力=1080千牛顿·米/秒。  
  那么,1080千牛顿·米/秒=48.6千牛顿×公路速度。  
  设,高速挡最大功率时的公路速度=22.2米/秒,而1米/秒=3.6千米/小时,所以  
  高速档最大功率时的公路速度=80千米/小时。  
  假如一辆同样的车辆爬38°的坡,比滚动阻力为10%:  
  公路负荷=540千牛顿×(sin38°+0.1)=386千牛顿。  
  因此,低速挡最大功率时的公路速度=1080千牛顿·米/秒÷386千牛顿=2.8米/秒  
  又因为发动机最大功率是与发动机最大转速相一致的,所以  
  低速挡最大公路速度=2.8米/秒=10千米/小时  
  参见图4.11,图上所示的压燃式发动机,在最大功率500千瓦时和在1/4负荷时的比油耗是多少?一台最大功率为1500千瓦的更大的压燃式发动机,其比油耗与图4.11所示的发动机相同,它在全负荷时的耗油率会是多少?  
  参见图4.11,在500千瓦时的耗油率=110千克/小时。  
  因此,比油耗=110千克/小时÷500千瓦=0.22千克/千瓦·小时。  
  同样,在1/4负荷时,比油耗:0.36千克/千瓦·小时。  
  对于比油耗为0.22千克/千瓦·小时的1500千瓦的发动机来说,其耗油率=330千克/小时。  
2012-2-28 12:48 上传



图5.10 联轴器/变矩器(照片)



     实际上,汽车变矩器能够把输出扭矩增大到高达输入扭矩的二倍或二倍半。出现这种情况是在输出轴停止旋转、车辆静止和发动机猛力运转的时候。当车辆开始行驶和输出转速开始向输入转速提高时,输出扭矩和输入扭矩就开始趋于相等。这时,定子就不需要了。因此,定子通常被安装在单向离合器或自由轮上。在输出转速低时,定子被锁止在壳体上,以便增大输出扭矩。这一整个系统就象一个变矩器那样工作。当转速提高时,定子就在油流中空转;这时,定子是不起作用的,整个系统就像一个流体联轴器那样工作。  
  这样,变矩器既能在静止起动时起自动离合器的作用,又能在不换挡的情况下自动使所用排挡“降低”。就后一个作用而言,它大致相当于在变速箱内增加了1.5个排挡。若得到充分冷却,它还能允许连续低速行驶。通常,它与一自动变速行星变速箱结合在一起,可能还有手动超越控制装置。这种结合为驾驶提供了很大便利。然而,除了前面提到的行星变速箱内的功率损耗外,它在打滑时,还会使传动装置的功率损耗大大增加。这种损耗不仅降低了用以推进车辆的实际有效主动轮功率,而且增大了来自散热器、中冷器等的热负荷,不得不将其从车体排出。因此,装甲战斗车辆越发迫切地需要可靠的顶装甲板。鉴于这些原因,当车辆在较高排挡行驶中,变矩器就经常实施机械闭锁。这样,当车辆静止起动时,尤其在陡坡上,以及在低速行驶时,变矩器就能自由地发挥它在低速挡时的最大作用。  


  


2012-2-28 13:02 上传



图5.22 静液双重差速转向系统




结论  
  许多第二次世界大战时期的坦克,曾把一台航空发动机或一二台大型卡车发动机与一台公路车辆用变速箱结合使用。然后,通过增加一些离合器或制动器,或者在后面增装非常简单的转向齿轮箱,这些坦克就获得了一种可靠的动力传动机组,其性能在当时也被认为是合格的。可是,这已经是过去的事情了。  
  现在,坦克发动机以其独特方式的发展,业已超过了民用车辆。现代的转向齿轮箱也是复杂的综合机构,是在任何其他地方也都找不到的专用设备。现在,在研制车辆的总成本中,动力传动机组占有较大的比例,可能达15-20%。  


自我测验题  
   1. 参照“附录A”(第4章)所述的主战坦克,现决定缩小低速挡和二挡之间的间隔,以保证驾驶员能在二挡速度降低到足以把有效功率减小到最大功率的80%的条件下挂上低速挡。发动机具有图4.4中之活塞式发动机的性能曲线。问,二挡最大速度是多少?  
   2. 若把第一个问题中的同一指标运用于所有挡位间隔,那么需要的排挡数是多少?  
   3. 问题1、2中所述的主战坦克准备改装一台燃气轮机。这种新式发动机具有与活塞式发动机相同的最大功率1080千瓦,其功率/速度曲线与图4.4中之燃气轮机相同。这时需要有多少排挡?  
   4. 问题1、2中所述的主战坦克准备把功率增大50%,但其功率/速度曲线的“形状”将不变。这会影响所需的挡位数量吗?如果会影响,又是怎样影响的呢?  
   5. 参照图5.5,如果驱动太阳齿轮顺时针方向旋转,框架反时针方向旋转,那么齿圈会按哪一个方向旋转?  
   6. 使用简单的行星齿轮排有可能达到增速的目的吗?  
   7. 现有重量相同的三辆车,它们的发动机和变速箱也都相同。第一辆车安装有一个普通的磨擦离合器,第二辆有一个离心式离合器,第三辆则安装有变矩器。试比较它们的坡上起动能力。  
   8. 在公路行驶中,离合器-制动器转向机构有胜过双重差速转向机构的优点吗?  
   9. 配备有“麦里特”双重差速转向系统的车辆在任何条件下都能进行原地转向吗?  
   10. 在倒车中,一辆安装有“麦里特”双重差速转向系统的车辆在转向时可能会出现什么奇特的现象?  





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