為蛟龍打造強勁心臟

曹勵云

記者：張總您好，非常感謝您能接受我們的采訪。

近兩年，在俄羅斯舉辦的國際軍事比賽由于有中國軍團的參加，越來越受到國內廣大觀眾和軍迷們的注意。在比賽中，中國軍人敢打敢拼，永不言敗的精神給我們留下了深刻的印象。在比賽中，貴集團為96式坦克、05式兩棲車等主戰裝備研制的發動機表現搶眼，得到觀者的一致稱贊，成為比賽中最大的亮點之一。

為了滿足廣大讀者的要求，也為了展示我國國防工業所取得的驕人成績，我們策劃了北方通用動力集團的專題報道，向讀者介紹我國地面主戰裝備發動機發展走過的不平凡的道路。

張樹勇總師（以下簡稱“張”）：謝謝《現代兵器》為報道北方通用動力集團的產品所做的努力。

記者：我是上次參觀貴集團展館時，了解到您是我國05式兩棲裝甲戰車發動機的總設計師，這次采訪的主要目的是想請您談談這款發動機的研制情況及特點。在正式開始采訪之前，能否先請您為我們介紹一下您從事發動機研究的經歷。

張：好的。我工作的單位叫北方通用動力集團有限公司，隸屬于兵器工業集團，我主要分管科研管理工作。2016年年底被評為兵器首席科學家之后，就轉到技術系統來。我現在主要工作是為未來坦克裝甲車輛研發新一代發動機。05式兩棲裝甲戰車所用的雙功率發動機是我曾經主持開發的一個產品。

記者：我們知道，05式兩棲裝甲車前幾年一直在參加俄羅斯國際軍事比賽的“里海賽馬”項目競賽，在比賽中，05式兩棲裝甲車在水上比賽環節中表現突出，明顯超越對手，甚至因此被取消了水上成績，這引起中國讀者的關注。

張：據我了解，當時俄方修改了比賽規則，將水上競賽的距離縮短，由原來的幾公里減少為幾百米，同時增加了陸上比賽在整個比賽中的份量。05式履帶式兩棲車的水上速度快是其最大的優勢，陸上反而處于劣勢（相比于俄羅斯的BTR-80輪式裝甲車），因此也影響了比賽成績。

雙功率發動機的起源

記者：請問這種獨特的裝備為什么能夠在水上高速行駛？

張：這與它采用的發動機有關。該車的發動機水上功率可以達到1600馬力。

記者：能否先為我們簡要介紹一下這款獨特的動力系統？

張：好的。這款發動機源自我國第三代主戰坦克的發動機。后者是北方通用動力集團旗下的中國北方發動機研究所和國營616廠在三代坦克項目中研制的一款全新的動力系統，總設計師為張保中，我是副總師。后來，我們在原總裝備部支持下開展了演示驗證項目研究，目標是將這款發動機的功率從1200馬力提高到1500馬力。1995年，我們完成了該演示驗證的立項工作，到1999年完成了項目研究。05式兩棲車的發動機就是在這款發動機的基礎上通過強化供油、供氣系統而成的一款新型發動機，當然也對發動機本體結構作了大量的強化研究。

記者：據貴單位出版的《奉獻之歌》報道，“新型兩棲車動力系統的研制周期非常短，這給整機研制提出了嚴峻的考驗”。請問我們是從什么時候開始研制這種獨特的動力系統的？

張：我們在談發動機之前首先要談談05式兩棲車。該車是由國家對臺軍事斗爭準備需求牽引出來的一款裝備。2000年，臺灣地區陳水扁上臺，臺獨勢力抬頭，臺海局勢緊張。為應對臺海可能引發的沖突，提出要研制一款可以在海面上高速行駛、可快速登陸作戰的水陸兩棲裝甲突擊車。該項目于2000年開始，2005年就定型了。其中動力系統是與之同步研制的。

記者：我們當時是否有合適的發動機可以滿足上述要求？

記者：國內當時沒有現成的發動機，過去也沒有人研制過類似的發動機。軍方要求發動機水上功率1600馬力，陸上功率600馬力。國內當時正在研制的04步兵戰車的發動機，其水上功率為600馬力，陸上功率為550馬力，雖然有功率差，但沒有像這款發動機那樣有這么大的功率差。

記者：研制05式兩棲車的最大難題是什么？

張：科研人員在研制該車時面臨的最大難題是，如何讓車輛在水上的速度達到25千米/時。傳統的兩棲車一般采用排水型車體結構，如我國當時裝備的63式水陸兩棲坦克，這種車的車體大部分沉在水中，受水的阻力限制，水中行駛速度緩慢。科研人員通過水動力計算得知，排水型的車輛在水中的時速不會超過15千米/時，而采用滑水型車體結構的車輛可以借助一些特殊的結構如首、尾滑板等上浮。車體浮在水面上行進，水中的阻力就會大幅減小，非常有利于車輛進一步提高行駛速度。

當時05式兩棲車項目列出了6項關鍵技術，其中發動機技術被列為關鍵技術之首。我們對動力系統提出的要求是：首先水上功率必須足夠大;其次可以適應水上和陸上不同的使用要求。經過計算和權衡，發動機的水上功率被定在了1600馬力，陸上功率為600馬力，后者可以滿足20噸級的05式兩棲車陸上最大行駛速度64千米/時的要求。

記者：我們采取了哪些方法來滿足這一獨特要求？

張：滿足兩棲車輛的雙功率需求主要有兩種方式：

第一，采用兩臺發動機，一臺用于陸上，水上時將兩臺發動機并機使用。

第二，采用單臺發動機設計，可同時滿足車輛陸上和水上的功率需求。當時美國已經為海軍陸戰隊研制出了一款類似的兩棲車，即AAAV，后來改名為EFV。該車的動力部分由德國MTU歐洲動力集團研制，型號為MT883Ka524。該發動機陸上功率為800馬力，海上功率達到了2700馬力，可滿足該車水陸的不同功率要求，使其水上速度接近50千米/時。endprint

記者：據說，在05式兩棲車動力系統最初的選型過程中，我們面對兵器和船舶多家廠所的競爭，請介紹一下當時競標的情況。

張：當時有多家企業提出了自己的發動機方案，兵器集團內有2家參與競標，即兵科院牽頭、我們參與，提出了單機發動機方案;為降低發動機研制風險，北方車輛研究所提出了雙發動機并機方案，也用我們的發動機。另外，行業外有1家單位競標，即船舶的某廠也提出了雙發動機并機方案。

之所以提出了這么多方案實際上也表明，當時大家對單機方案能否實現雙功率輸出心中沒底。

記者：請詳細介紹一下我們的方案特點。

張：我們的發動機方案是在發動機結構不做任何改動的情況下，通過控制發動機的燃油供給特性，實現發動機的不同工作特性。

我們事先設定好了1600馬力水上工況、600馬力陸上工況以及水陸過渡工況三條不同的工作曲線，并將其固化到發動機的控制系統中。發動機通過電控系統控制供油量，在水上工況，就多給油;到了陸上以后，就少給油;過渡工況，則介于兩者之間。

對于搞柴油機的人來說，這種調節方法不是什么大的創新，主要難點是如何實現。以前發動機使用的是機械調速器，不好實現這種雙功率模式。現在有了電子調速器，實現起來相對容易了。發動機通過ECU電控系統控制供油齒桿，進而調節供油量，實現水上、陸上、水陸行走時的不同功率輸出需求。

記者：我們在研制這種發動機的過程中是否遇到難題，又是如何克服的呢？

張：05式兩棲戰車發動機的供油系統的研制難度比較大。要研制05式兩棲戰車，就必須研制出雙功率發動機，而要想研制成功雙功率發動機，供油系統的研制是必須要邁過的檻，這是一項核心技術。

2000年剛開始時，我們研究所從俄羅斯買了幾個樣泵和噴油器。同期616廠也從俄羅斯引進了這套系統的及技術資料。當時它還只是樣品階段。在此后將近4年的時間里，我們不間斷地對其結構和材料進行技術攻關。

該噴油泵柱塞套使用的材料為25Cr5Mo合金鋼，而國內并沒有這個牌號的鋼，我們首先通過國防科工局民口配套的渠道，在太鋼煉制了50噸的這種鋼。

該噴油泵在試驗過程中，曾發生泵體空泡穴蝕、裂紋，凸輪型面點蝕、剝落，柱塞卡滯等等問題。我們廠所密切配合，從設計到工藝，對里面的幾乎所有零件都進行了改動，最終用了3年多時間完成了這項攻關任務。

記者：請介紹一下早期發動機選型情況？相比于對手的方案，我們的發動機方案有哪些特點和優勢？

張：05式兩棲車發動機選型的時候，原總裝備部陸裝科訂部付鎮國副部長來到大同看我們的方案，我們當時已經在原理樣機上實現了水陸工況轉換功能。

我們向部長作了匯報，部長表示憑感覺理解不了這款發動機，要求實際操作一下。部長是坦克兵出身，熟悉坦克的操作，我們就把手動油門改為油門踏板，由部長親自操作。與此同時我們將操縱間的隔音門打開，讓部長可以直接感受發動機的工作情況，并看到測功器上的顯示。

開始時，發動機以陸上工況工作，過了一會兒，我們告訴部長，發動機將轉至水上工況。隨著我們將轉換旋鈕旋到“水上工況”位置，發動機頓時咆哮了起來，功率數值顯示達到了1600馬力。隨后我們又將轉換旋鈕旋回到“陸上工況”位置，發動機的聲音立刻小了很多，功率輸出也隨之降低。

這款發動機給部長留下了很深的印象，也向其證明了我們有能力實現單機雙功率發動機設計。相比于對手的雙機并機方案，我們的方案體積較小、控制相對簡單。當05式兩棲裝甲車進入到初樣車階段時，我們的方案終被選定為這種兩棲車的動力方案。

記者：外界有批評認為，這款發動機陸上油耗大，請問該發動機的陸況性能是否因為兼顧水況性能而受到影響？

張：05式兩棲車的發動機的水上和陸上工況差異非常大，這對發動機的供油和供氣系統設計提出很高的要求，如何實現兩者的最佳匹配是設計上的難點。

05式兩棲車發動機只配了兩臺渦輪增壓器（05式兩棲車的發動機為V型12缸發動機，氣缸呈90°夾角兩排布置，每排6個缸，每排有1個渦輪增壓器，共2個）。我們對該系統沒有進行專門的控制，它可以根據不同的工況自適應地調整自己的進氣量。

在設計發動機的供油供氣系統時，我們優先關注的是05式兩棲車水上性能，因此水上工況特性就按照發動機工作最優的狀態設計，兩者的匹配達到最佳。陸上時，隨著功率降低，進氣系統的進氣量也減小。進氣系統根據空氣流量-廢氣流量平衡點自己適應600匹馬力這條工作線。

渦輪增壓器為葉片機，其特點是單點的工作效率很高，但脫離這一匹配點以后，效率就會降低。05式兩棲車發動機在陸上時，渦輪增壓器并不在高效區工作，所以效率較低。同時由于噴油泵和噴油器的設計也是優先于水上功率的實現，對于陸上工作而言，存在泵端壓力低，噴孔直徑大的缺點，直接導致噴油霧化品質差的問題。因此05式兩棲車的發動機客觀上存在陸上燃燒品質不好，煙霧大，耗油高的不足。

記者：能否介紹一下該發動機在陸上的耗油情況？

張：可以。以比油耗來算，即發動機每千瓦時消耗的燃油量，陸上為253克，水上為220克。從中可以看出，做同樣的功，發動機在陸上耗油較大。

記者：這種情況是否有辦法改善？

張：有。改善的辦法主要有：

第一，增壓器做切換。現在有一種可調節增壓器，通過調節渦輪的喉口大小，來調節壓氣機進氣流量。因為這種發動機的功率跨度太大了，它只能盡量讓發動機的工作范圍偏離增壓器高效區少一些。endprint

第二，采用兩套增壓器設計。在美國EFV項目中，德國人為Ka524發動機設計了兩組渦輪增壓器（共4個），一組（2個）大的在水上工況時使用，另一組（2個）尺寸小一些的在陸上工況時使用。這是最徹底的解決辦法，但是需要為兩套系統設計專門的轉換裝置，結構較為復雜。

第三，采用高壓共軌系統。我們的發動機現在使用的噴油泵為直列式噴油泵，屬于第一代產品，只能被動地適應，如水上噴油壓力為950個大氣壓，陸上只有500個大氣壓。目前，國際上已經發展出了第三代產品——高壓共軌系統，它是將高壓油輸送、存儲在共軌管中，其陸上和水上壓力基本接近，如Ka524發動機水陸都可達到1800個大氣壓。另外，高壓共軌系統也可以通過切換工作缸，讓一排缸或幾個缸輪流工作，以便更經濟地輸出更小的功率。

05式兩棲車的研制是一個政治任務，時間只有5年，有些方法沒有來得及用在上面，現在來看，雖有遺憾，但當時也只能這樣了。

記者：兩棲車對動力系統還有什么其他特殊的要求？

張：第一、05式兩棲車動力的水上空氣濾系統與陸上空濾系統不一樣。水上空氣濾系統的進氣量比較大，并能適應潮濕空氣，甚至少量水的進入;陸上空氣濾系統的進氣量較小，但空氣中灰塵比較大，因此使用兩級空氣過濾系統，增加抽塵裝置。

第二、兩種工況使用的冷卻系統也不同。水上的冷卻系統靠外來水（海水或河水）冷卻，陸上的冷卻系統靠風扇散熱。

第三、對重心和浮心的要求比較高。如果重心和浮心設計的不好的話，兩棲車入水后會發生傾斜、歪斜的現象，車在行駛時會偏離航線并影響速度。

記者：05式兩棲車的動力系統是否是我們研制的第一款海上用動力系統？

張：不是，我們在研制04步兵戰車時就已經實現了動力系統的防鹽霧設計。05式兩棲車整車的設計師系統對防腐蝕、防鹽霧有一個設計指導，我們就是按這個指導原則，進行動力系統的相關設計。

我們當時采取的主要措施是，為發動機噴涂防海水腐蝕的涂料，后者由兵器某材料所研制;另外，我們在中冷器中使用抗海水腐蝕的銅材做散熱器芯。最后，我們在發動機中使用由石油化學科學研究院研制的專門的潤滑油，分水性好。

作戰使用

記者：05式兩棲步兵戰車是如何從登陸艦下水？如何航渡？又是如何完成登陸的？發動機的工況是如何轉換的？能否具體描述三種工況的轉化過程？

張：05式兩棲車在駕駛員位置設有水上和陸上工況轉換操控按鈕，在海上時，發動機在水上工況下工作，兩棲車只有螺旋槳工作;陸上時，發動機在陸上工況下工作，只有履帶工作。除此之外，05式兩棲車在兩者之間設有過渡工況，即在由水向陸或者由登陸艇到水時，兩棲車的螺旋槳剛剛露出水面，履帶剛要著地時，此時兩者同時工作，可以保證兩棲車能夠快速靠岸或下水。

記者：是否會發生工況轉換時燒毀發動機的事故？

張：不會。傳動箱中有分動箱，可實現發動機與車輛在水上和陸上以及水陸過渡期間的不同工作狀態的協調工作。

記者：張總，讀者有一個非常感興趣的問題，即我們的兩棲車在水上飆出的最大速度是多少？

張：05式兩棲突擊車采用鋼裝甲，重量加大，最大速度接近25千米/時;輸送車采用鋁裝甲，重量較輕，最大速度接近30千米/時。

記者：請問05式兩棲步兵戰車在水上高速行駛時，如何避免發動機進水？又如何避免發動機在水上行駛時的熄火？

張：我們為發動機的進氣系統設計了一個體積較大的隔離裝置，當有水隨空氣通過車體進氣管進入時，由于慣性作用，水被甩入進氣管下方的腔體內，不會進入發動機。

其實，我們更多關注的是，車輛到了水上，發動機不能熄火。要做到這點，首先要保證控制系統始終能夠正常工作，控制系統的電纜、插頭、電瓶等要保持正常;其次，燃油系統要正常，在設計上要保證海水不能進入燃油系統中;最后，還要保證操作時要嚴格按照操作規范來，我們對乘員進行了很多的培訓，包括為他們提供簡易的操作手冊等。

05式兩棲車這些年來，沒有因為發動機的緣故出事故。

記者：最近幾年，中國海軍陸戰隊遠赴東北寒區和新疆高海拔地區，進行全域作戰訓練，請問05式兩棲車在這些高強度訓練中都經受哪些考驗？在此過程中是否發現問題？

張：05式兩棲車原研制目標是在沿海地區使用，要求在零下10℃的情況下可以啟動發動機。這款發動機在中冷器中增加了進氣加溫裝置（PTC電加熱陶瓷元件），可以保證能夠在零下15℃情況下正常啟動。2016年05式兩棲車在內蒙訓練時，當時氣溫達到零下30℃以下，裝備出現了無法啟動的情況。士兵不得不將裝備放在帳篷里，用熱風扇吹，不讓車的溫度降下來。很顯然，05式兩棲車當前還無法在低溫環境下使用。

記者：我們是否做了有針對性的改進？

張：出現以上問題的原因是，我們在設計該動力系統時沒有為其安裝水加溫系統。不過，加溫系統技術成熟，該車的動力艙又有很大的空間，如果需要完全可以進行改進。我們國家目前已經有多個陸軍部隊轉隸海軍陸戰隊，如果下一步國家需要打造一支全地域海軍陸戰隊的話，05式兩棲車就必須進行改進。

未來改進

記者：美國的EFV戰車雖然研制成功，但最終沒有裝備部隊，請問是什么原因導致了這種情況？是因為成本太高嗎？

張：不是。美國用了10年的時間研制試驗成功該車，原計劃大量裝備。但美國最終沒有裝備這種車輛，我想最主要的原因是：美國在究竟如何作戰，用EFV打什么仗的問題上發生了變化。

美國自上世紀90年代開始研制這種車輛，當時可能有渡海登陸作戰需求，但后來的情況發生了變化。美國時任國防部長拉姆斯菲爾德力主發展未來戰斗系統——FCS，將武器平臺戰轉為網絡中心戰，即裝備都是該作戰系統鏈路上的一個節點，陸、海、空將協同作戰，陸軍發現的目標可能交空軍摧毀，也可能交海軍打。雖然該計劃后來下馬了，但拉姆斯菲爾德的這一思想卻保留下來了。EFV在這個網絡體系中的貢獻率如何，是美國國防部考慮的重點。部隊如果要登島或上岸，大可以用直升機運兵，或用船運坦克也行。EFV沒有裝備部隊表明，美軍目前的作戰已經不再迫切需要這樣的裝備了。

記者：請問05式兩棲車在我軍裝備體系中貢獻率如何呢？

張：當初發展05式兩棲車主要是以裝備數量保證戰勝質量。但從今天的作戰角度來看，對島嶼的占領與奪控都是在制空權、制海權、制電磁權完全做到了以后進行的，在此情況下，我們部隊登陸會有很多其他辦法。

記者：05式的發展潛力如何？

張：未來，一型裝備是否進一步發展，應該是從軍事需求角度進行評估，看這種裝備對體系的貢獻率有多大，而不應該僅從技術發展的角度來看待。05式兩棲車是特殊歷史時期下產生的一款應急裝備。今天的臺海局勢與昨天已經大不同，大陸的軍事實力已經對臺灣形成壓倒性優勢，將來可能都不用這個裝備上了。

記者：雙功率發動機還會發展嗎？

張：目前，兩種功率體系動力始終是存在的，但是這種需求一般不通過一個主機來實現，而是通過另外增加一個功率較小的APU輔機電站來實現的。例如坦克，俄羅斯為其裝備有APU，為其提供生活、維修、戰斗執勤等用電。這樣做有利于保護主發動機（避免消耗發動機摩托小時），也有利于戰場隱蔽。

國內當前的坦克均沒有配備APU。未來，隨著機電一體化體系的采用，坦克等本身攜帶電池，所提供的電力足夠滿足裝備的用電需求，這樣也就不再需要APU了。

另外，隨著高壓共軌控制以及渦輪增壓器技術的發展，可以很方便地實現不同功率的輸出，這些技術已經應用在了民用裝備上，相信軍用裝備在不久的將來也會用到這些技術。

雙功率發動機目前只是在動力系統功率差很大的兩棲車上使用，如果未來不再開發這種裝備了，專門開發這樣的發動機也沒有什么必要了。

記者：請問05式兩棲車是否還有未來發展計劃？

張：我們正在做預先研究，主要是將這款發動機的功率進一步大幅度提高，但還沒有生產計劃。

記者：再次感謝張總能抽出時間接受我們的采訪。

（攝影/廖志勇、吳蘇琳 編輯/萬歷）endprint