航空電源車動力傳輸系統研究現狀及發展

朱逸天，趙徐成，王旭昆，凌 軍

（1．空軍勤務學院，江蘇 徐州 221000；2.沈空裝備部航材處，遼寧 沈陽 110000）

電源車動力傳輸系統是將電源車發動機輸出動力傳遞給發電機實現電源車發電功能的動力銜接與傳遞系統。世界各主要軍事強國、航空大國都針對本國飛機用電需求與航空地面電源保障模式，因地制宜的開發了種類繁多的航空地面電源裝備，其動力供給模式及動力傳輸技術也都有各自的特點。由于以往飛機用電需求、環境適應性需求、作戰保障性需求預估較為保守等多方面原因，各國對電源車動力傳輸系統的研究也一直處于邊緣的地位，本文主要對美軍、俄軍與我軍的研究現狀做對比分析研究，以期從中得出未來航空電源車動力及其傳輸模式的發展方向。

1 外軍研究現狀

1.1 美軍研究現狀

美國國內并沒有高海拔空軍基地，近年來的海外軍事行動也沒有將野戰基地建立在高海拔地區的需求，因此目前美軍并沒有針對高原環境對航空地面電源裝備進行系統的研究。美軍航空地面電源保障采用定點保障模式[1]，對裝備機動性沒有特殊要求，其多代GPU地面電源都沒有對裝備的機動性進行專門設計；電源車大都是沒有機動行駛功能的拖車；少量針對特殊作戰需求而生產的自行式電源車數量少、功率低、保障功能簡單。由阿姆斯特朗后勤研究實驗室（AL/HRG）最新推出的MASS系統為目前美軍應用較多的地面保障裝備。

MASS模塊化保障裝備的布局體現了動力集成設計思想。多種功能模塊的保障功能都是在一臺柴油發電機通用電能動力模塊（如圖1所示）的動力支持下，采用動力分時使用的模式實現的。各功能模塊與動力模塊之間以電能的方式進行動力傳輸，其電源保障功能亦是由該模塊與航空電力轉換模塊（如圖2所示）聯合實現。

圖1 MASS系統發電機組通用電能動力模塊圖

圖2 MASS系統航空電力轉換模塊圖

MASS系統的設計主要有以下幾個優點：

（1）MASS系統的動力集成設計將多種傳統航空地面保障功能模塊動力源集成為一體，大大提高了保障裝備的可靠性與可維修性[2]；

（2）獨立電力轉換模塊的設計使裝備對未來新型戰機用電新要求具有較高性能升級與延展的可塑性；

（3）基于動力集成的裝備模塊化設計大幅降低了保障裝備體積與重量，方便運輸，提高了裝備展開性與靈活性[3]。

MASS系統針對不同軍種及其飛機機型研制了不同功能的模塊組合拖車作為載體，而拖車自身并不帶動力，因此這種設計有以下兩個缺陷：

一是，提高裝備投送與展開能力的同時，犧牲了裝備的越野機動能力；

二是，該系統以交流電進行動力傳輸，使交流供電品質受污染較重，供電品質提升受動力源限制較大。

1.2 俄軍研究現狀

俄羅斯飛行保障模式與我軍相近。在長期的戰備競爭與局部戰爭背景下，其電源車歷來強調高機動性與高戰場防護能力以應對突發的機動伴隨與轉場保障需求[4]。我軍在引入俄制三代戰機的前期，配套訂購了其地面電源保障車輛。主要有АПА-5Ⅱ綜合型電源車與АПА-35-2М直流型電源車。

АПА-5Ⅱ型電源車采用了動力集成的設計。該裝備以底盤發動機作為發電機動力源；采用直軸齒輪傳動作為動力傳輸方式；在動力輸出軸上剛性串聯交流與直流兩臺獨立發電機以實現交、直流雙流發電。

該裝備動力傳輸系統依靠剛性硬接觸構件進行傳動，具有較高的傳動準確性與傳動效率，但是大載荷下的剛性動力傳輸系統承受了極高的應力作用。該裝備的動力傳輸系統在實際使用過程中暴露出了以下缺陷：

（1）采用配合精度要求高的直軸齒輪傳動方式，容錯能力較低，曾出現斷軸事故；

（2）齒輪潤滑油工作溫度超過80℃，對潤滑油壽命影響較大，易造成齒輪磨損、失效；

（3）動力傳輸系統重量大，整車重量達到了11噸，在一定程度上影響了裝備的機動越野性。

2 我軍研究現狀

目前我軍尚無對電源車動力傳輸系統進行系統的專門性研究的先例，航空地面電源裝備的升級換代也主要針對飛機用電需求對電氣系統相關技術進行研究。一般情況下，柴油機帶動發電機進行發電的工況，較多采用軸傳動、皮帶傳動、齒輪傳動等常規傳動技術，簡單可靠地實現柴油機與發電機的動力銜接。

我軍現役電源車，都是采用獨立柴油機帶動發電機發電，傳動空間及工作環境對動力傳輸沒有特殊要求，加上計算機信息技術在四站裝備設計研制過程中，特別是有成熟標準可以依據的機械設計中應用較少，我軍對電源車動力傳輸系統的研究與設計并沒有形成系統的技術思路。

在我軍航空電源車發展的歷史上已有動力集成設計的先例，如上世紀60-70年代研制的某型電源車。受早期國家工業技術不發達等條件的限制，裝備制造技術水平難以支撐動力集成設計技術方案，導致早期我軍采用動力集成框架結構的電源車可靠性與保障性能都較低。因此該型電源車并未批量生產，主要是由于其采用的底盤功率過低，動力源品質不高，不能兼顧行車與發電，供電品質存在嚴重問題。隨著我軍新型戰機的陸續裝備部隊，這種電源車難以適應日益提高的保障需求，因此現役電源車主要改用獨立柴油機帶動發電機發電的非動力集成模式。

目前我軍電源車動力及其傳輸系統的設計，主要存在以下幾個方面的問題：

（1）動力分散導致裝備底盤過載、可靠性低、可維修性差；

（2）采用剛性連接傳動方式噪音大、容錯能力弱、可靠性低；

（3）采用普通柔性皮帶傳動方式滑移率高、易打滑，影響交流電頻率穩定性[5]；

（4）沒有針對高原環境特點進行系統研究與設計，難以適應高原保障需求。

3 外軍研究對我軍的啟示

通過對美軍、俄軍以及我軍現役主力航空電源車動力傳輸系統技術特點的對比分析，可以看出：

（1）美軍MASS系統依據其保障模式需求，在追求裝備可靠性與可維修性、性能升級與延展的可塑性、裝備展開性與靈活性、提高裝備投送與展開能力的同時，犧牲了裝備的越野機動能力并限制了供電品質的提升。與我軍保障模式的兼容性低，更不能解決我軍航空地面電源高原保障暴露出的機動越野性差的問題。

（2）俄軍АПА-5Д型電源車動力集成發電的框架設計對我軍高原電源車的設計具有較高的參考價值，該型裝備應用動力集成發電的設計思路降低了裝備重量，提高了裝備機動性的同時，對裝備可靠性、可維修性與經費可承受性都具有積極的意義。

（3）從美軍與俄軍航空地面電源裝備的性能表現與軍事效能來看，集成化的動力設計將是未來航空地面電源保障裝備動力系統發展的趨勢。尤其是針對我軍高原環境下的航空地面電源保障需求，進行基于動力集成的動力傳輸問題研究，拓展動力布局模式新思路、開發新的動力傳輸系統將具有重大的軍事效益。

4 結束語

動力集成技術以其高可靠性、高經濟性、低維護量、低成本等諸多優點在現代動力設計中得到了廣泛的應用，結合我軍飛行保障對航空地面電源保障裝備的需求在電源車的動力框架設計中應用該技術前景廣闊。通過本文對各主要航空大國航空電源車動力布置模式及其傳輸系統技術特點的對比研究，可以得出動力集成模式是未來航空電源車動力及其傳輸系統的發展趨勢的結論。

[1]廖汝耕，王紅星.21世紀美國空軍后勤研究[M].北京：解放軍出版社，2006：137-138.

[2]李忠光，吳秀鵬，顧雪峰，等.美軍裝備保障力量模塊化研究及啟示[J].軍事交通學院學報，2011，13（8）：84-87.

[3]于魁龍，李 軍，張 宇，等.基于模糊聚類的保障裝備模塊化設計[J].裝甲兵工程學院學報，2015，29（1）：18-24.

[4]李 暢，李 霖，張保忠.中俄聯合演習俄軍裝備保障特點及啟示[J].裝備指揮技術學院學報，2012，23（1）：53-56.

[5]吳建寧.皮帶傳動式柴油發電機組發電頻率不穩的原因分析[J].漳州技術學院學報，2009，（1）：8-11.