燃氣輪機對裝甲車輛牽引性計算與分析

于洪雨

摘 要：本文首先對燃氣輪機在國內外坦克上的應用現狀進行分析，而后以我國某型號坦克為研究平臺，將其動力裝置改裝俄羅斯ГТД-1250燃氣輪機，并對其進行結構匹配和動力性分析，結果表明燃氣輪機應用在國產坦克上是可行的。

關鍵詞：燃氣輪機;坦克;動力性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.035

0 引言

燃氣輪機是以連續流動的氣體作為工質帶動葉輪高速旋轉，將燃料的能量轉變為有用功的內燃式動力機械，燃氣輪機結構主要由壓氣機、燃燒室、渦輪三大部分組成，具體的結構形式分為單軸、雙軸、三軸等，車用燃氣輪機多采用雙軸和三軸結構，圖1為三軸燃氣輪機結構方案圖。

1 燃氣輪機作為我國坦克動力裝置的性能分析與計算

1.1 燃氣輪機外特性與改裝坦克動力艙布置分析

ГТД-1250燃氣輪機外特性輸出軸轉速功率曲線見圖2。由圖可見在燃氣輪機輸出軸轉速為65%～100%時，功率近似相等（略有凸起）。圖3為燃氣輪機外特性輸出軸轉速燃油消耗率曲線。由圖可見同樣輸出軸轉速為65%～100%的區間內近似看做等油耗區。以上兩點是燃氣輪機優于柴油機輸出特性之處。圖4為燃氣輪機+15°時的扭矩特性曲線。

1.2 牽引特性分析

傳動箱通過行星變速機構實現變速，發動機動力通過彈性聯軸器、前傳動輸入，一路功率流（直駛流）經液力變矩器，從渦輪軸傳至行星變速機構，再經主軸傳至兩側匯流排齒圈;另一路功率流（轉向流）由前傳動分別傳至兩側匯流排太陽輪。直駛時，零軸制動，主軸動力經匯流排框架輸出至兩側側減速器及主動輪。液力變矩器閉鎖時，傳動箱為機械傳動工況，此時的傳動箱傳動效率最高。

坦克Ⅰ傳動比計算公式：

其中，ic為傳動箱傳動比，ij為側減速器傳動比。

其中，iq為前傳動傳動比，ib為行星變速機構傳動比，ih為傳動箱匯流行星排傳動比。

坦克的傳動效率為動力裝置效率、傳動裝置效率和行動裝置效率乘積。

坦克的理論車速就是指接地段無滑轉、滑移時履帶的相對速度。

式中：rz為主動輪半徑，ne為發動機輸出軸轉速，ic為坦克總的傳動比。

發動機在外特性工況下，坦克以不同排擋行駛時，計算牽引力Fj和坦克車速v之間的關系，稱之為牽引特性。牽引特性可以評價坦克不同排擋時的牽引力、車速以及克服的行駛阻力。

式中，Te為發動機輸出軸扭矩。

計算牽引力Fj和空氣阻力Fk之差與坦克戰斗全重G之比叫做動力因數，以D表示。動力因數能評價、比較不同車重坦克的動力性。

根據以上公式可以畫出坦克Ⅰ的動力特性曲線，如圖5所示。

1.3 燃油消耗量分析

燃氣輪機的比油耗be為其發出每kW有效功率時每小時所消耗的燃油量，單位g/kW?h。燃氣輪機運轉一個小時所消耗的燃油量，稱之為小時燃油消耗量。用GT表示，單位kg/h。

式中：Pe發動機的輸出功率。

燃氣輪機的燃油消耗量可以用以下公式計算：

式中：v為坦克的速度，ρ為燃油的密度，圖6顯示了坦克Ⅰ的燃油消耗量。

由于ГТД-1250燃氣輪機燃油消耗為306g/kW?h，由于沒有采用回熱裝置，故比油耗高于同等功率的柴油機。但是伴隨著回熱器的采用和葉片機械的發展，坦克燃氣輪機的燃油消耗率已經達到當前柴油機的水平。比如ГТД-1500燃氣輪機的燃油消耗率就比ГТД-1250燃氣輪機小得多。

2 總結

通過對燃氣輪機應用在我國坦克上的計算與分析得出，燃氣輪機坦克具有良好的扭矩特性，其扭矩儲備系數值為1.5～2.2，而一般增壓柴油機為1.05～1.15。因此，在車輛的行駛工況下，與柴油機相比，燃氣輪機能給車輛主動輪提供更高的扭矩值，從而提高坦克的加速性和平均行駛速度，并減少換擋的次數及功率損失。燃氣輪機與綜合傳動箱匹配得出的動力特性曲線在很大程度上接近理想的動力特性曲線，使得坦克在行駛換擋的沖擊較小，換擋的速度間斷性大大降低。并且也可以減少液力工況的使用，可以提高坦克功率的傳遞效率。

但是，燃氣輪機坦克也有一些不足。燃氣輪機的燃油消耗率較大，但是通過采用回熱裝置大大減小燃油的消耗量。并且燃氣輪機對于空氣的流量要求很大，大約為柴油機的兩倍，較大的空氣消耗量影響車輛動力艙頂甲板的開窗尺寸，直接影響著車輛頂部的防護能力。

未來的主戰坦克，要求更高的戰場生存能力，因此，需要進一步減少坦克外形尺寸，并且采用火力更強的電磁炮、電熱炮。這些對于發動機的尺寸和功率就提出了更高的要求;因此，燃氣輪機的優勢就顯得更加的突出。

參考文獻：

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作者簡介：于洪雨（1988-），男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，研究方向：車輛工程。