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帖子主题:[原创]战车混合动力技术

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[原创]战车混合动力技术

传统的汽车、坦克和装甲车,都是由汽油机、柴油机产生动力,经过变速箱、传动轴等机械部件,再带动车轮、履带飞奔起来的,混合动力车还是由汽油机、柴油机产生动力,但带动的却是发电机,产生的电力通过电线传到电动机上,再带动车轮、履带转动,它可以少用甚至不用变速箱、传动轴,但增加了发电机、电动机机器更大的蓄电池,为什么经过这种改动就可以达到节能的效果呢?

我们可以利用能量守恒定律来分析下车辆的形式过程就明白了,装甲车行驶起来以后自然具有一定的动能,突然需要停车时,传统机械穿动车需要通过刹车装置,将动能全部转化为刹车盘上的热能,来实现减速,而混合动力车刹车的时候,带动车轮的电动机瞬间变成了发电机,因此大部分动能变成了新的电能并储存起来,当车辆需要再次启动的时候,这些电能就能再次利用,而传统的车辆只有重新消耗燃油,因此和传统车辆相比,混合动力车由于消耗在刹车、减速上的能量少,燃油消耗可减少大约1/4~1/3,千万别小看了这1/4~1/3,它将对战场产生巨大的影响,比如美国陆军在伊拉克战场每天约消耗100万加仑的燃油,如果前线的每辆坦克、装甲车省油四分之一,那每天节省下的燃油将超过20万加仑,按每加仑50美分算一年就可以节省超过30亿美元,而且油用的少还可以减少对运油车的需求,极大的缓解后勤保障压力,“省油”是各国军队梦寐以求的目标,但是对于装甲车辆而言,省油还远远不是混合动力的全部成就,它在战场至少还有两大优势。

第一个优势就是它能保证车辆更加隐蔽的行动,传统动力的坦克如果需要在某个地方潜伏时,会碰到一个尴尬局面,由于不需要运动因此没必要发动柴油机,可是车上的热像仪、电台等很多用电设备还得工作,就只能靠蓄电池,这维持不了几十分钟,因此它隔段时间就要启动一下柴油机,为蓄电池充电,这样不仅容易暴露目标,而且上千马力的电动机只带动一台数十万的发电机燃油之浪费可想而知,而混合动力的装甲车,发电机、蓄电池都要比传统坦克上的大得多,因此可以在不起动柴油机的情况下,让电台等设备连续工作几小时甚至几十小时,某些采用混合动力的轻型装甲车辆,甚至可以靠蓄电池低速行驶很远,而不起动柴油机就意味着不发出噪音,因排放废气而产生的红外信号也很少,可以更隐蔽地进行埋伏或侦察行动,混合动力的另一个优势,就是它真正与装甲车未来的火力与防护息息相关、紧密相连,从火力的角度来看,无论是激光武器、微波武器还是电磁武器,它都离不开电,那么在防护领域,现代的穿甲弹。破甲弹是越来越厉害,钢装甲甚至是爆炸反应装甲,都难以地方它们对装甲车体的伤害,于是人们研制了一系列的主动防护系统,或者是新型装甲,那么这些主动防护系统,可以自主的探测来袭的导弹或者是炮弹,然后及时地发射榴弹去摧毁它们,新型装甲,比如说电磁装甲,它是利用电磁原理,让穿甲弹的金属射流产生偏移,从而降低它们对装甲车体的攻击效果,但是无论是主动防御系统还是电磁装甲,它们的工作也离不开电,总之未来坦克装甲车辆的火力、防护都在从钢结构向电结构转变,因而需要越来越多的电力,因此混合动力将比传统方式更适应这种变化,让今后的坦克装甲车不至于因为电荒而频频跳闸。

既然混合动车有这么多好处,那为什么知道现在,我们在战场上看到的还都是传统的机械传动装甲车呢?其实世界上第一辆混合动力坦克“圣沙蒙”,早在1917年也就是坦克出现后仅仅一年,就已经在法国诞生了,它由一台90马力的汽油机带动一台直流发电机发电,然后由车体左右两台直流电动机带动履带前进,这种传动与当时的变速箱比起来,结构简单、行驶安静,但是它也存在着一个致命的缺点,那就是它两侧的电动机的转速总会有一点差别,档坦克快速行驶的时候,甚至无法保证它能够直线前进,结果混合动力因为控制难题,就此进入了一个漫长的冬眠期,这一歇就是几十年,这几十年间一些新技术的不断涌现和普及,包括半导体、可控硅、永磁材料、计算机控制和高性效蓄电池等等,正是有了这些技术基础,电传动才一步步地赶了上来,而且大有超越机械传动主宰未来战场的趋势,早期的电传动都采用直流发电、输电和直流发动机,这种直流系统虽然比甲流设备动力性好,启动、制动迅速、调速性好,但结构复杂、成本高、易损坏,而且交流发电机与发动机之间,还需要十分庞大的变压、变频设备,因此直到可控硅、整流器技术,发展并成熟以后人们才制造出实用的交流-直流-交流传动系统,这是电传动追赶机械传动关键的第一步,电机里需要磁场才能工作,但天然磁铁的磁性不高,因此用它制造电机效率很低,知道20世纪中期,人们才陆续建造出磁性比较高的钐钴永、钕铁硼等永磁材料,可靠有效的永磁体,是混合动力发展关键进程的第二部,有了交流控制和永磁材料,混合动力车辆终于摆脱了体积、重量、成本、效率方面的劣势,因而迅速引起了各国军方的注意。

1988年,德国改造了一辆黄鼠狼步兵战车,拆下变速箱由440千瓦柴油机驱动永磁发电机,经过整流、传输、逆变后送到两台永磁发动机,最后驱动两条履带,它的行驶性能和机械传动的黄鼠狼相当,但是用电线、变压器等电气设备,代替变速箱、传动轴以后,可以节省下来很多空间,方便了整车布局1998年德国又为鼬鼠空降战车改装了电传动系统,把永磁发动机安放在轮毂中,因为不需要任何机械式驱动轴,大大节省了车内空间,轮毂电机也成为混合动力车上的一个技术亮点,为轮式车辆的设计带来了革命性变化,在这段时间,人们对混合动力车的研制有了更多了解,逐渐总结出一些技术特征,比如在电动装甲车辆上每侧电动机的功率不能简单地认为只有需要发电技术处功率的一半,而必须超过100%甚至达到170%,这是因为车辆在转弯时,内侧履带要制动减速,它的电动机就变成了发电机,发出的电要送到外侧履带的电动机上,这在专业上被称之为“再生功率”,假如外侧的电机没有足够的功率赋予的话,是没有办法接纳这些再生功率的,进入新世纪后,军用型的动力车的研制工作更是热火朝天,2001年,美国完成了给予M-113装甲车的20吨级混合动力演示样车的研究,它的发动机功率只有原来的92%,但是最大速度提高到150%,0~56千米/小时的加速时间只有原来的1/3,除了交流控制、永磁材料和轮毂电机,电池技术上的进步,也让混合动力车拥有了一些传统车辆无法具备的优点,美国通用动力的RST-V试验车就是一种带蓄电池的4*4轮式混合动力车,它可以靠电池安静地跑32千米,同时还为武器等设备提供60千瓦的电力,2002年通用动力公司又完成了20吨级的AHED先进混合动力电传动演示车的研制工作,为了充分利用节省下来的空间,人们还重新探索了电传动车辆的总体设计,虽然交流感应电机、永磁电机已经比过去的直流电机小多了,但还需要降低重量和体积,内燃机和发电机要联合工作,怎样既然内燃机燃油消耗最少,又不影响发电机输出的电压平稳,如何桁架聪明地把发出的电力分哦诶给轮胎、蓄电池、电台呢?等等,等等。

随着研究的深入,混合动力车的性能正在飞速进步,由此我们可以断言,混合动力车必将飞快地奔向未来战场,那时发动机的轰鸣声将不再是最可怕的攻击信号,代替它的将是那些悄无声息,但更加势不可挡的装甲洪流。

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      2016/2/26 17:36:02

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      • 军衔:陆军上士
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      传统内燃机驱动方式是发动机~变速箱~传动系统~行走装置。

      楼主的说法就是发动机~发电机~电动机~传动系统~行走装置。

      谁更复杂一目了然。

      该帖子发自铁血军事Android手机客户端[请参与手机体验]
      2016/2/27 15:24:06
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      觉得军用技术储备不够,不成熟军用得抗造。

      该帖子发自铁血军事Android手机客户端[请参与手机体验]
      2016/2/27 14:48:34
      • 军衔:海军上尉
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      • 工分:15433
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      成熟可靠就管用,否则再高精尖到了战场都是废料

      2016/2/27 14:11:39

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