主戰坦克火力、機動和防護性能與主要總體尺寸的關系研究

毛明， 馬士奔， 黃詩喆

(1.中國北方車輛研究所， 北京 100072；2.長春理工大學 理學院， 吉林 長春 130022)

主戰坦克火力、機動和防護性能與主要總體尺寸的關系研究

毛明1， 馬士奔1， 黃詩喆2

(1.中國北方車輛研究所， 北京 100072；2.長春理工大學 理學院， 吉林 長春 130022)

主戰坦克總體設計的核心任務就是在不增加部件技術難度(水平)的前提下追求總體性能的“極大”和外形尺寸與質量的“極小”。通過分解火力、機動、防護性能指標參數，分析主要性能指標與總體尺寸的關系，建立主戰坦克基于主要幾何尺寸的火力、機動力和防護力綜合優化模型。得出“協調坦克火力、機動力和防護力的核心是控制高度”的技術結論，并給出了控制坦克總體高度、寬度和長度的措施與方法。

兵器科學與技術； 主戰坦克； 性能； 總體尺寸； 優化

0 引言

主戰坦克從其誕生之日起，就以其擁有強大的直射火力、卓越的越野機動性和堅固的裝甲防護能力，承擔突破敵人構筑的由火力網和堅固防御工事組成的前沿陣地使命而成為“陸戰之王”，具有一種“無堅不摧、無所畏懼”的“英雄氣慨”，是陸戰場上火力、機動、防護 3要素最協調的武器裝備，代表著陸戰裝備的技術水平和兵器科學技術的發展水平，更是一個國家常規威懾力的重要標志。

在機械化時代，主戰坦克最基本的性能是火力、機動和防護這3大性能，而最基本的總體參數是總體外形尺寸與質量，總體設計的核心任務就是在不增加部件技術難度(水平)的前提下追求總體性能的“極大”和外形尺寸與質量的“極小”。換句話說，部件的技術進步雖然能大大促進坦克性能的提高和尺寸與質量的減小，但當部件的技術水平沒有提高時，通過良好的總體設計，也能提高坦克的總體性能，減小坦克外形尺寸和質量。

主戰坦克的總體性能與總體尺寸、質量之間有著密切而復雜的關系，前人在此方面做了大量研究、探索，給出了許多總體布置與結構設計的知識、經驗[1-2]。文獻[3-7]運用智能布局技術、智能三維計算機輔助設計(CAD)工具對坦克動力艙開展了相關研究，這些研究以坦克動力艙內的主要部件簡化為規則幾何模型為基礎，以部件的相對位置關系和運動關系為基本約束，以待布置物體“定位、定序”后的總體體積最小為目標，建立了基于三維幾何尺寸的動力艙部件布局優化模型與方法，并運用于坦克動力艙的結構設計和主要部件的尺寸優化；文獻[6]借鑒組件特征模型的思想，建立了一種面向動力艙部件布局基于約束的模型，提出了基于約束的分層推理布局方法。另一方面，隨著CAD、計算機輔助工程(CAE)分析技術的進步與商用軟件工具的普及，坦克總體設計師們廣泛應用基于三維骨架模型進行總體布置和結構約束的傳遞，或應用虛擬樣機技術開展設計與仿真[8]，但這樣做也往往只能利用這些商用技術、工具進行坦克各部件的性能匹配和干涉檢查。

縱觀前人的研究可以看出，之前的研究基本還處在先進行性能設計而后校核尺寸、質量的階段，沒有給出總體性能與總體尺寸的定量關系。另一方面，前人的研究所給出的技術結論基本都是總體布置的知識經驗、規則規范；智能布局和智能概念設計方法[9]雖然為坦克復雜、緊湊動力艙的布置提供了方法，但仍然不能為總體設計人員提供明確、量化的總體性能優化策略。

本文通過分解火力、機動、防護性能指標參數，分析各性能指標與總體尺寸的關系，建立主戰坦克基于主要幾何尺寸的火力、機動力和防護力綜合優化模型，給出了控制坦克總體長度、寬度和高度的措施與方法。

1 主戰坦克火力、機動、防護3大性能與總體尺寸的關系

1.1 坦克3大性能與總體尺寸

坦克的基本性能包括火力、機動和防護性能[10-11]。

火力性能可以分解為打擊能力、射擊精度、反應速度和武器作戰距離、武器射界、彈藥基數等主要指標，往往分別由穿甲威力或炮口動能、首發命中率、裝彈機的裝彈速度、火控系統的反應速度、坦克炮的作戰距離、坦克炮射界、火控觀瞄系統的探測與識別距離以及主炮彈藥基數等戰術技術指標表示。

機動性能一般分為戰役機動性和戰術機動性。戰役機動性指坦克沿道路行軍和移動時的快速性、最大行程及運載適應性；戰術機動性指坦克在戰場上靈活運動和克服障礙的能力，以加速性、轉向性、制動性和通過性等為主要指標，主要由質量功率密度、最大速度、越野平均速度、0～32 km/h加速時間、原地轉向一周時間、制動減速度、接地壓力、爬坡越壕過坎參數和最大行程等戰術技術指標表示。

防護性能比較復雜，有“防什么”、“護什么”的問題。坦克在戰場上受到的威脅和敵方探測的手段多種多樣，現代主戰坦克總體設計給出的防護性能定義是“使乘員和坦克在戰斗中保持戰斗狀態的概率”[12]。這個定義看上去很科學，但很定性，不便于工程應用。工程上往往以防偵察、防探測、防命中、防擊穿、防損傷的概率來表達，但一般只給出防穿甲、防破甲的均質鋼裝甲的等效厚度指標，其余以配置的設備如激光告警裝置、光電對抗系統、主動防護裝置、三防裝置的技術性能指標表示。

坦克的總體尺寸主要指整車外形尺寸，包括：長度L、寬度Ba和高度H，如圖1所示。

坦克的長度是坦克的基本實體尺寸，一般指車體的長度L，車體長L主要由駕駛室的長度Lc、戰斗室的長度Lb和動力艙的長度Lp確定，而戰斗室的長度Lb往往由炮塔座圈的直徑dt決定。

圖1 坦克的總體尺寸示意圖Fig.1 Tank’s general dimensions

坦克的寬度是坦克的最大橫向尺寸。如果不計側屏蔽裝甲，而且戰斗室的寬度(也由炮塔座圈的直徑dt決定)不超出翼子板的寬度，則坦克的寬度Ba由履帶中心距B和履帶板寬度b決定。

坦克的高度指坦克在戰斗全質量而且懸掛保持閉鎖狀態下，停在水平堅硬地面上，地面到炮塔體頂的高度。坦克的高度H由車底距地高C、車體高Hb和炮塔體高Ht3部分組成。

1.2 坦克性能與幾何尺寸的關系

1.2.1 火力性能與幾何尺寸的關系

從1.1節關于火力性能的戰術技術指標可以看出，火力性能只與火炮、彈藥、火控、裝彈機的性能與技術水平有關，而與坦克總體尺寸沒有直接的關系。

影響坦克總體尺寸的主要是坦克炮的后坐長度和高低射界。

一般情況下坦克炮發射的穿甲彈穿甲威力越大，后坐能量越大[13]。這里，不妨假定穿甲威力與后坐能量呈線性關系，即

M=KfNf，

(1)

式中：M為坦克炮發射的穿甲彈穿甲威力；Kf為常系數；Nf為坦克炮的后坐能量。

后坐能量等于后坐長度Lr與后坐力Fr的乘積。因此，有

M=KfFrLr.

(2)

由于為滿足坦克的裝甲防護性能，坦克車體、炮塔體都有很高的剛強度，因此坦克的許用后坐力可能高達1 000 kN. 而坦克炮的后坐長度則嚴重影響炮塔的尺寸。現今坦克炮的后坐長一般在300～400 mm，如俄羅斯T90坦克的后坐長為300 mm，法國勒克萊爾坦克的后坐長為400 mm.

坦克的高低射界由研制總要求給定，一般在-7°～20°之間。

火線高度雖然與坦克的火力性能關系不大，但直接影響坦克的總高。

車長鏡、炮長鏡的距地高直接影響車長、炮長發現目標的概率，距地高越高，發現目標的概率越大。但車長鏡、炮長鏡的尺寸相對于坦克總體尺寸很小，坦克的高度一般只計算到炮塔體頂面。顯然，車長鏡、炮長鏡應盡量放在炮塔的最高處，并可以適當高一些。

1.2.2 機動性能與幾何尺寸的關系

表達坦克機動性能最重要的是通過性和行駛的快速性。通過性分幾何通過性和軟地面通過性。顯然，坦克的總體幾何尺寸直接關系其幾何通過性。一般情況下，幾何尺寸越大，通過性越差；當幾何尺寸超出規定的限制時將不被允許。而軟地面通過性一般用接地壓力p表示，即

(3)

式中：m為坦克的戰斗全質量；Ld為履帶接地長。

接地壓力越小，軟地面通過性越好。

坦克行駛的快速性又分為直線行駛的快速性和轉向行駛的快速性。直線行駛的快速性取決于坦克質量功率密度Dm，質量功率密度越大，最大速度、起步加速性等機動性性能指標越好。

轉向行駛的快速性既取決于質量功率密度Dm，又與轉向阻力呈反比關系，即轉向阻力越大，轉向行駛的快速性越差。而轉向阻力與Ld/B呈線性關系，因此當Dm一定時，Ld/B值越小，轉向阻力越小，轉向性能越好。

另一方面，當坦克發動機的功率一定時，質量功率密度由坦克的質量決定，而坦克質量m主要由承擔裝甲防護功能的車體炮塔體的質量ma和承擔火力、機動等功能的質量mp構成，即

m=ma+mp.

(4)

不妨假定mp只與承擔火力、機動等功能的部件技術水平有關，而與坦克總體尺寸沒有關系，那么坦克質量m就由承擔裝甲防護、結構功能的車體炮塔體的質量ma決定。ma與坦克總體尺寸的近似關系有

ma=(Df+Dr)Ba(Hb+Ht)+(Dt+Db)LBa+

2DsLHb，

(5)式中：Df、Dr、Dt、Db、Ds分別為坦克前部、后部、頂部、底部和側面的質量面密度，主要由裝甲防護材料的性能決定，可以看成是與總體尺寸無關的常系數。

1.2.3 防護性能與總體尺寸的關系

坦克總體尺寸對防護性能的影響主要體現在直瞄對抗中的防偵察、防探測和防命中的概率[14]。

坦克被命中的概率Ph與總體尺寸之間的關系[15]為

(6)

式中：X為射擊距離；Δg、Δs分別為水平向和垂直向綜合誤差；φ為被命中概率系數。由圖2車高與被命中概率的關系可以看出，在分析總體尺寸對防護性能的影響時，φ可以看成是常系數。

圖2 車高和被命中概率關系Fig.2 Relationship between tank height and hit probability

坦克一般是被雷達、紅外或可見光發現，被發現的概率計算起來十分復雜，但如果只計及與總體尺寸的關系，則坦克被發現的概率Pf有類似Ph的計算式。坦克被發現后，往往被敵方瞄準鏡進行測距和瞄準，其被探測的概率Pd也有類似Ph的計算式。

與總體尺寸有關的防護性能可以用被偵察概率、被探測概率和被命中概率乘積的倒數來表達，不妨稱為外廓防護性能系數P，即

P=(PhPfPd)-1.

(7)

1.3 坦克3大性能的綜合優化模型

1.3.1 優化目標函數

通過1.2節的分析可以看出，在各功能部件技術水平一定的條件下，坦克總體尺寸對火炮后坐能量、接地壓力、質量功率密度、防護概率等表征坦克火力、機動、防護的相關性能指標影響很大。因此，這里不妨以后坐能量最大、接地壓力最小、質量功率密度最大、轉向阻力最小和外廓防護性能系數最大為優化目標，基于坦克總體尺寸的坦克3大性能優化目標函數為

minF(x)=wf×1/M+wpp+wdma+

wsLd/B+wpr×1/P，

(8)

式中：wf、wp、wd、ws、wpr分別是后坐能量、接地壓力、質量功率密度、轉向阻力和防護系數等單項目標分別經計量單位、量級歸一化后的權系數。

1.3.2 設計變量

從1.2節的分析還可以看出，如果假定駕駛室高與動力艙高是一樣的，即假定車體頂平面水平，同時假定車體寬和炮塔體寬均近似于Ba，并忽略一些其他次要因素，影響坦克3大性能而且可以通過總體設計進行調整和優化的尺寸即設計變量有：車體高Hb、炮塔體高Ht、火線高Hf、駕駛室長Lc、戰斗室長Lb(座圈直徑dt)、動力艙長Lp、履帶中心距B、履帶板寬b和火炮后坐長Lr、履帶接地長Ld.

1.3.3 設計約束

坦克總體尺寸設計的約束主要來自以下4個方面：必須滿足內部空間的要求；必須滿足運輸、通過性要求；必須滿足火炮射界的要求；必須滿足人因工程的要求。

1)內部空間要求。坦克內部必須有足夠的空間以布置具有一定性能水平的火炮、發動機、傳動裝置、輔助系統、電器、儀表、彈藥、油料等，并要容納必要的乘載員。如現代主戰坦克內部容積一般有12～20 m3，其中：動力艙容積一般在4～7 m3；戰斗室及駕駛室容積一般在8～13 m3；乘員占用的最小體積一般為車長0.35 m3，炮長0.5 m3，駕駛員0.8 m3. 車體兩側還需要為安裝行動系統留出足夠的空間。另一方面，車體、炮塔體等裝甲防護必須具有一定厚度。根據部位不同，各處基礎裝甲厚度不同[16]，表1為俄羅斯T72坦克和美國M1坦克的基礎裝甲配置，現代主戰坦克的基礎裝甲還有繼續擴大的趨勢。

表1 T-72和M1坦克的基礎裝甲厚度

Tab.1 Base armor thicknesses of T-72 and M1 tanks mm

為滿足以上這些需求，就要求車體高Hb、炮塔體高Ht、火線高Hf、駕駛室長Lc、戰斗室長Lb(座圈直徑dt)、動力艙長Lp、履帶中心距B等均有一個相應的下限。

2)運輸與通過性要求。坦克運輸可以是鐵路、公路、登陸艦甚至飛機，這些運輸工具都對坦克的寬度、高度甚至長度有嚴格限制。設計變量必須滿足這個要求。如歐洲鐵路運輸允許的極限寬度為3.54 m，允許的極限高度為3.55 m.

另一方面，為滿足通過性要求，接地壓力不得超過規定值(一般不得超過1 kg/cm2)。Ld/B和L/Ld值應該在一定范圍內。統計表明，現代主戰坦克Ld/B值一般在1.45～1.7之間，越小轉向機動性越好。L/Ld值一般在1.5～1.8之間。

3)火炮高低向射界要求。坦克火炮高低向射界由研制總要求確定，一般在-10°～20°之間，不能少于-5°～15°[17]，如圖3所示。

圖3 火炮射界與炮塔尺寸關系圖Fig.3 Relationship between turret size and gun firing area

為滿足高低射界的要求，炮塔高Ht、火線高Hf和高低向射界的約束關系為

Hf>C2+Lrsinαu，

(9)

Ht>C1+Lrsinαd，

(10)

式中：C1、C2為常數；αu、αd分別為火炮向上、向下射角。

4)乘員人因工程的需要。主戰坦克乘員的所有操縱動作均以坐姿完成，因此乘員艙的高度設計與乘員的身高密切相關。我國2000年對坦克乘員身高進行了采樣[18]，平均身高1 680 mm，平均坐高903 mm. 俄羅斯對坦克乘員坐姿狀態下工作位置設計高度最小值進行了規定：車長1 100 mm，炮手1 050 mm，駕駛員1 000 mm. 現代坦克設計更加重視人機工程學，在坦克駕駛室設計時考慮駕駛員操縱的有效性，普遍使用生理最佳姿態(髖關節95°～100°和膝關節105°)的概念，該姿態能保證完成規定操作時人的機體各系統都能最好地發揮作用。這些要求往往比僅滿足內部空間要求來得更嚴格一些，表現為車體高Hb、炮塔體高Ht、駕駛室長Lc、戰斗室長Lb(座圈直徑dt)的下限值更大一些。

2 從總體尺寸的角度看影響坦克總體性能的主要因素和控制方法

對目標函數(8)式的設計變量：車體高Hb、炮塔體高Ht、火線高Hf、駕駛室長Lc、戰斗室長Lb(座圈直徑dt)、動力艙長Lp、履帶中心距B、履帶板寬b和火炮后坐長Lr、履帶接地長Ld分別求偏導，并結合(2)式、(3)式、(5)式、(6)式和(7)式可以得到如下結論：

1)車體高Hb、炮塔體高Ht、火線高Hf以及履帶中心距B對坦克總體性能的影響是非線性的，遠大于包括駕駛室長Lc、動力艙長Lp在內的其他設計變量的影響。高度和寬度方面的設計變量不僅通過影響坦克車體、炮塔體的質量而嚴重影響坦克的機動性，而且通過影響坦克的外廓防護性能系數對坦克的防護性能產生重大影響。高度與寬度越小，坦克的質量越小，外廓防護系數越大。但寬度對坦克轉向機動性有影響，過小會大大增加轉向阻力。另一方面，高度對坦克質量的影響遠大于寬度的影響，往往達到2～3倍。

2)駕駛室長Lc、戰斗室長Lb、動力艙長Lp對坦克總體性能的影響是線性的，通過影響坦克車體、炮塔體的質量而嚴重影響坦克的機動性。長度的增加往往還會導致履帶接地長度增加，將增大轉向阻力。因此，長度越小，機動性越好。另一方面，長度對坦克質量的影響遠小于寬度和高度的影響，往往只有寬度的1/3～1/2.

3)火炮后坐長度Lr的增加有助于增大火炮威力，但Lr的增大將線性增大坦克高度和寬度。

綜上所述，可以得出：從總體尺寸的角度看，坦克的高度是影響坦克總體性能的核心因素。

2.1 影響坦克高度的主要因素與控制方法

坦克總體高度和車底距地高、駕駛室、戰斗室和動力艙高度密切相關。

2.1.1 車底距地高

車底距地高表征了坦克克服各種突出于地面上障礙物的能力，由研制總要求確定，總體設計時，車底距地高不得小于規定值。為保證通過性，現代主戰坦克的車底距地高一般為0.4～0.55 m. 隨著可調油氣懸掛逐漸在主戰坦克上的應用，車底距地高可以按通過性要求實時調整，一般具備±200 mm的調節量。因此，可調油氣懸掛的應用可以在保證坦克通過性的前提下，通過降低車高而大幅提高外廓防護性能系數。

2.1.2 駕駛室高

駕駛室高和動力艙高決定了車體高。駕駛室高由人因工程確定。從總體角度控制駕駛室高可以采用駕駛艙蓋局部突出的辦法，這樣既滿足人因工程的需要，也可以為盡可能降低車體高做出貢獻。帶來的問題是局部影響射擊俯角和火控系統的水平向調炮。當然，為控制駕駛室的高度，也可以適當規定駕駛員的身高。

也有研究表明駕駛員采用半臥姿操作車輛時，車輛的振動影響最小，這種半臥姿態下，軀干相對垂直面傾斜10°～30°，座椅靠背的傾斜角為30°～45°. 這種情況下，駕駛員半臥姿態時的工作位置最小高度就可以有所降低。M1坦克就采用這種布置[19]，如圖4所示。

圖4 M1坦克的駕駛坐姿Fig.4 Driving posture of M1 tank

2.1.3 動力艙高

動力艙高度主要受限于發動機高度、傳動裝置的高度和風扇傳動以及冷卻系統、進排氣系統等輔助裝置的布置，與總體設計關系極大。動力艙高度的控制最能體現總體設計的水平。俄羅斯坦克采用雙側變速箱的總體結構將動力艙高度控制在1 000 mm以下；北約國家坦克采用綜合傳動裝置，動力艙高度則超過1 200 mm，甚至達到1 400 mm. 表2為典型主戰坦克動力艙的相關技術數據[20]。

表2 典型主戰坦克動力艙技術數據

通過總體設計可以協調、控制動力艙高度的措施包括：

1)采用動力傳動、輔助系統一體化設計的思想，通過智能布局的方法，分別從發動機縱置、橫置兩個方案中精心安排動力、傳動、前傳動、風扇傳動、散熱器、風道、空氣濾、增壓器、中冷器、潤滑油箱、排氣管等主要部件的位置，在確保爬坡過坎越壕要求幾何尺寸的前提下，精心設計動力傳遞主軸線的高度。

2)協調發動機的高度。發動機的高度和氣缸布置關系很大。氣缸夾角越大，發動機的高度越低，但寬度會相應加大。俄羅斯在設計BMP3步兵戰車時，為降低動力艙的高度將發動機的夾角調整為144°. 烏克蘭6TD-2對置二沖程發動機的高度僅有550 mm左右。德國MTU的890系列發動機高度降低至590 mm. 最新的“阿瑪塔”T-14坦克更是采用了“X”型的氣缸布置，大幅減小了發動機的寬度。

3)協調綜合傳動裝置的高度。俄羅斯雙側變速箱的總體結構設計雖然能大幅降低動力艙的高度，但由于不能實現無級轉向而使坦克的機動性受到嚴重影響。現代先進坦克大多數都采用液力機械綜合傳動裝置，這種傳動裝置有2個功率傳遞軸線，一個是直駛的主軸，另一個是轉向的零軸。綜合傳動裝置設計時，理論上零軸可以按總體設計的要求在主軸360°的任何方向上。零軸和主軸的相對位置關系極大地影響著綜合傳動裝置的高度和長度：當零軸與主軸處于鉛垂面時，高度最大而長度最小；而當零軸與主軸處于水平面時，長度最大，而高度最小。

2.1.4 戰斗室高度

影響炮塔高度的主要因素為火線高、后坐長和火炮高低向射界。要精心設計火炮耳軸的位置，耳軸位置的確定既要使耳軸后的炮尾盡量短，而且要盡量降低火線高。包括美國M1坦克在內的北約坦克往往由于耳軸位置處理不當，造成炮塔高過大[1]。火炮后坐長對炮塔高度的影響是線性的。坦克車體外形確定后，火炮俯仰時應保證身管與車體前后端及炮尾裝置與炮塔頂部和座圈無干涉。因此，增加火炮高低向射界必然帶來炮塔火線和炮塔體高度增加。

以色列梅卡瓦系列坦克的“狹長炮塔”大幅降低了火炮兩側的高度，瑞典S型坦克以“高度、質量和火力”作為核心設計參數而采用固定炮塔，最新出現的俄羅斯“阿瑪塔”T-14坦克采用無人炮塔，這些方案均是在努力降低戰斗室的高度。

2.2 影響坦克寬度的主要因素與控制方法

影響坦克寬度的因素主要是戰斗室的寬度和動力艙的寬度。

戰斗室寬度需能保證火炮安裝及各個旋轉角度的正常俯仰射擊，同時還要保證塔內乘員的操作空間及舒適度。如果通過采用自動裝彈機等措施而減少塔內乘員或將車長、炮長設置到乘員艙而成為無人炮塔，則能極大地減小炮塔的寬度，減小暴露面積的同時也能大幅降低炮塔的質量。

發動機縱置還是橫置嚴重影響動力艙的長度和寬度。一般情況下，發動機橫置能減小動力艙的長度，并減小動力艙的體積，但如果發動機過長，往往會使得寬度方向的空間不能滿足發動機本體和前傳動、側傳動和制動器的需要。

2.3 影響坦克長度的主要因素與控制方法

前已述及，坦克長度由駕駛室長度、戰斗室長度和動力艙長度組成。但總體設計能調整的余地主要集中在動力艙。一般情況下，發動機縱置會加大車體的長度，發動機以及綜合傳動裝置對車體長度的影響前面已經論述，這里不再贅述。

駕駛室、戰斗室、動力艙的總體布置完成后，需要總體精心設計誘導輪軸和動力輸出軸線的位置關系，在確保爬坡過坎越壕幾何尺寸要求的前提下，協調履帶接地長，既能實現良好的軟地面通過性，又能減小轉向阻力，并盡量降低車體長度。

3 結論

主戰坦克是攻防兼備，火力、機動、防護最協調的武器裝備，同時也是多方面復雜矛盾的綜合體，需要總體設計人員抓住主要矛盾進行精心設計。本文通過分解火力、機動、防護性能指標參數，分析各性能指標與總體尺寸的關系，建立了主戰坦克基于幾何尺寸的火力、機動力和防護力綜合優化模型，提出了控制坦克總體長度、寬度和高度的措施和方法，得出如下結論：

1)車體高、炮塔體高對坦克總體性能的影響遠大于車體寬度、長度的影響，坦克總體設計要優先降低高度，其次降低寬度和長度；在論證坦克研制總要求中的一些次要要求時，也應考慮這一原則。

2)動力艙的一體化設計，包括動力裝置的總體尺寸協調、傳動裝置的總體尺寸協調和動力傳動及輔助裝置的一體化布置都要在“優先降低動力艙高度”的原則下進行。

3)坦克主炮反后坐裝置的設計、炮耳軸和火線高的安排嚴重影響炮塔的高度，對坦克總體性能產生嚴重影響。火炮后坐長以及火炮高低射界的確定最好不要額外增加車體高和炮塔高。

References)

[1] 閆清東, 張連第, 趙毓芹. 坦克構造與設計[M]. 北京：北京理工大學出版社, 2007. YAN Qing-dong, ZHANG Lian-di, ZHAO Yu-qin. Tank structure and design[M]. Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 2007. (in Chinese)

[2] 張聲濤, 熊克芳, 李惠友, 等. 坦克系統總體設計與研究[J]. 兵工學報：坦克裝甲車與發動機分冊, 1995(4):1-5. ZHANG Sheng-tao, XIONG Ke-fang, LI Hui-you, et al. The study and design of the tank system architecture[J]. Acta Armamentarii:Section of Tank and Armored Vehicle and Engine, 1995(4):1-5. (in Chinese)

[3] 王延龍. 智能布局理論與方法及其在坦克裝甲車輛動力艙布置中的應用研究[D], 北京:中國北方車輛研究所, 2004:37-52. WANG Yan-long. Study on tank and armored vehicle power-pack layout base intelligent layout theory and method[D]. Beijing: China North Vehicle Research Institute , 2004:37-52.(in Chinese)

[4] 曾威, 史彥軍, 騰弘飛. 支持坦克總體布局裝配的人機交互協同設計與仿真方法研究[C]∥2005年全國博士生學術論壇. 北京:北京理工大學, 2005. ZENG Wei, SHI Yan-jun, TENG Hong-fei. Research on human-computer interaction collaborative design and simulation for tank layout and assembly[C]∥2005 Doctoral Forum of China. Beijing: Beijing Institute of Technology , 2005. (in Chinese)

[5] Wang Y L, Mao M, Lu Y P, et al. Intelligent layout method of the powerhouse for tank & armored vehicles based on 3-dimensional rectangular packing theory[J]. Journal of China Ordance Society, 2005, 1(1):17-24.

[6] 馬士奔. 坦克裝甲車輛動力艙方案設計研究[D]. 北京:中國北方車輛研究所, 2005:45-55. MA Shi-ben. Study on conceptual design of tank and armored vehicle power-house[D]. Beijing: China North Vehicle Research Institute, 2005:45-55. (in Chinese)

[7] 王彩紅, 查建中, 陸一平, 等. 裝甲車輛動力艙智能布置設計研究[J]. 兵工學報, 2007, 28(6):641-645. WANG Cai-hong, ZHA Jian-zhong, LU Yi-ping, et al. Study of armor power cabin intelligent layout[J]. Acta Armamentarii, 2007, 28(6):641-645. (in Chinese)

[8] 毛明. 設計模式創新與知識管理[C]∥兵器科學家論壇. 北京:中國兵器工業集團公司, 2013. MAO Ming. Design pattern innovation and knowledge management[C]∥Weapon Scientists Forum. Beijing:China North Industries Group Corporation, 2013. (in Chinese)

[9] 羊柳, 錢林方, 丁晟春, 等. 面向自行火炮變型設計問題的混合案例推理技術研究[J]. 兵工學報, 2015, 36(11):2190-2195. YAN Liu, QIAN Lin-fang, DING Sheng-chun, et al. Research on hybrid case-based reasoning technique for self-propelled artillery variant design[J]. Acta Armamentarii,2015, 36(11):2190-2195. (in Chinese)

[10] 張聲濤, 熊克芳, 張洪圖, 等. 坦克戰技性能指標概念發展研究[J]. 兵工學報:坦克裝甲車與發動機分冊, 1995(2):1-8. ZHANG Sheng-tao, XIONG Ke-fang, ZHANG Hong-tu, et al. Concept development study of tank specification[J]. Acta Armamentarii:Section of Tank and Armored Vehicle and Engine, 1995(2):1-8. (in Chinese)

[11] Mao M, Xie F, Hu J J, et al. Analysis of workload of tank crew under the conditions of informatization[J]. Defence Technology, 2014, 10(1):17-21.

[12] 曹賀全, 張廣明, 張素杰, 等. 裝甲車輛防護技術研究現狀與發展[J]. 兵工學報, 2012, 33(12):1549-1554. CAO He-quan, ZHANG Guang-ming, ZHANG Su-jie, et al. Research status and development of protection technology for armored vehicle[J]. Acta Armamentarii, 2012, 33(12): 1549-1554. (in Chinese)

[13] 張相炎, 鄭建國, 楊軍榮. 火炮設計理論[M]. 北京: 北京理工大學出版社, 2005. ZHANG Xiang-yan, ZHENG Jian-guo, YANG Jun-rong. The theory of gun design [M]. Beijing: Beijing Institute of Technology Press, 2005. (in Chinese)

[14] 張海軍, 王建斌, 謝強, 等. 坦克火力系統單發命中概率的幾種計算方法[J]. 火力與指揮控制, 2012, 37(8):152-154. ZHANG Hai-jun, WANG Jian-bin, XIE Qiang, et al. Calculations for hit probability of single firing in tank fire system[J]. Fire Control and Command Control, 2012, 37(8):152-154. (in Chinese)

[15] 趙建國, 呂新, 朱英貴. 基于ADC模型的坦克炮射擊效能評估[J]. 火力與指揮控制, 2011, 36(11):130-131. ZHAO Jian-guo, LYU Xin, ZHU Ying-gui. Fire effectiveness evaluation of tank gun based on ADC model[J]. Fire Control & Command Control, 2011, 36(11):130-131. (in Chinese)

[16] 張自強, 趙寶榮, 張銳生, 等. 裝甲防護技術基礎[M]. 北京:兵器工業出版社, 2000. ZHANG Zi-qiang, ZHAO Bao-rong, ZHANG Rui-sheng, et al. Technology of armor protection[M]. Beijing: Publishing House of Ordnance Industry, 2000. (in Chinese)

[17] 于子平. 車載式火炮武器總體技術研究[D]. 南京:南京理工大學, 2006:51-53. YU Zi-ping. Overall technology research of vehicle mounted gun[D]. Nanjing: Nanjing University of Science and Technology, 2006:51-53.(in Chinese)

[18] 吳圣鈺. 裝甲車輛乘員體型選拔標準的研究[J]. 人民軍醫, 2002, 45(3):130-132. WU Sheng-yu. Research on the standard of body type selection for armored vehicle[J]. People’s Military Surgeon, 2002, 45(3):130-132. (in Chinese)

[19] Viana A. A comparison of engagement ranges from the M1A2 early users test and experimentation to the Janus(A) combat simulation model[D]. Monterey,CA,US:Naval Post Graduate School, 1992.

[20] 曾毅, 李春明. 新型坦克設計概論[M]. 北京:化學工業出版社, 2012. ZENG Yi, LI Chun-ming. New tank design[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2012. (in Chinese)

Research on Relationship among Firepower, Mobility, Protection Performance and General Dimensions of Main Battle Tank

MAO Ming1， MA Shi-ben1， HUANG Shi-zhe2

(1.China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China； 2.School of Science，Changchun University of Science and Technology，Changchun 130022，Jilin，China)

The core task of tank overall design is to get the best overall performance, minimum size and minimum weight without increasing the technical difficulty of parts. Relationship among the three main performances and the general dimensions of main battle tank (MBT) is analyzed by decomposing the specifications of firepower, mobility and protection. An optimization model is established for MBT’s firepower, mobility and protection performance based on physical dimension. Restraining the height of tank is the key to coordinate the firepower, mobility and protection performance of tank. Approaches to restrain the height, width and length of tank are proposed.

ordnance science and technology; main battle tank; performance; general dimension; optimization

2016-12-20

國家國防科技工業局技術基礎科研項目(C0920110001)

毛明(1962—), 男, 研究員，博士生導師。E-mail: ming_mao@noveri.com.cn

TJ811+.2

A

1000-1093(2017)07-1443-08

10.3969/j.issn.1000-1093.2017.07.024