双节全地形履带车辆发展探讨

2011-04-01冯付勇洪万年

车辆与动力技术 2011年3期

冯付勇，洪万年，张勇

(中国北方车辆研究所，北京100072)

全地形机动能力是越野车辆主要设计目标之一，但迄今为止，真正能做到全地形机动的车辆少之又少.一般而言，履带式车辆由于接地比压低于轮式车辆等原因，通过性和地面适应性强于轮式车辆，但传统的单节履带车辆仍然有很多无法克服的地形和地面，比如沼泽和厚积雪地带，而铰接式双节履带车辆由于结构型式等特点能获得真正的全地形机动能力.

1 发展状况

最早的双节履带式车辆出现在美国装甲车辆装甲协会举行的《1965～1975年间未来装甲车辆》设计竞赛中，获得第一名的即是由加利福尼亚的福赛特兄弟——罗伯特和约翰设计的外形低矮的双节坦克［1］.

福赛特兄弟设计的双节坦克，第一节车厢布置有主要武器和3名乘员，驾驶员采用仰卧姿势驾驶车辆;在第二节车厢中布置可使用多种燃油的柴油发动机，有1台交流发电机与发动机相联，该发电机为4台牵引电机供电;在后面的车厢中还有4名乘员，其中3名组成坦克支援小组.该坦克的战斗全重为19.05 t.车载武器有1门可发射导弹的155 mm滑膛炮、1门20 mm自动机关炮以及1挺7.62 mm多管机枪.用76 mm到152 mm厚的由钢和轻合金制成的装甲板进行装甲防护.行程储备为320～480 km，具体行程视道路条件而定.

1982年瑞典研制出了一款试验型双节坦克UDESXX20.该车战斗全重为20 t.装备有两台发动机:功率为176 kW的柴油机和功率为360 kW的燃气轮机.两台发动机均被布置在第二节车厢中，可保证坦克的单位功率为26.8 kW/t.在第一节车厢上装有1门120 mm的滑膛炮.雪地最大行驶速度为60 km/h.由于UDESXX20的试验非常成功，瑞典在此基础上，又研制出Bv206S和BvS10两种双节输送车.Bv206系列车辆已经生产约11 000辆，全世界有超过40个国家在操作使用.Bv206S全地形车非常灵活，同时有可靠的防护能力，因此适用范围非常广泛，大量用于人员运送车、运输车、战场救护车、防空导弹车、反坦克导弹车、迫击炮车、雷达车、战地指挥车和救援车，是世界上使用最广泛的履带式装甲全地形车.

俄军装备的“勇士”系列履带式牵引运输车族(为两栖双节履带式车辆)为保持其突出的运输能力，没有采取军用标准进行防护设计，其中，30 t级的“勇士”车(自重30 t)具备30 t的载重能力.俄军方称此型车辆用于极恶劣道路和天气条件下的物资和人员输送.该车的发动机与液力机械传动装置一同被布置在第一节车厢的车体内.借助于专门的传动装置，发动机的一部分功率被传送至第二节车厢的履带.宽度为1.1 m的4条弹性履带可确保很小的接地压力(29.4 kPa)，并能与各种路面很好地接合.布置在两节车厢连接部位的传动牵引装置和液压动力缸能够保证在驾驶舱实现两节车厢相互间大角度的水平向扭转和垂直向错位.因而，该车能够很好地适应起伏地形，并且能够实现陆上和水上的灵活行驶.

新加坡技术动力公司以其经过实践检验的“野马”(Bronco)履带式全地形运输车为基础，研制了主动铰接式车辆(AAV)的演示车.AAV主动铰接式车辆概念的开发始于2003年初，演示车在2003年底进行首次跑车试验.主动铰接型车辆概念的第一个主要优点是可以迅速改变“角色”.利用这种概念，可以把多个前舱和后舱组合在一起，从而使车辆能够胜任更多类型的任务.在作战期间利用这种方便的“插上即可使用”的能力，可以将常规后勤车辆及部队运输车转变为大负载、多用途和多平台的系统.这将使铰接式车辆能够根据具体任务来加以使用，车辆不仅可以担负后勤车辆的角色，而且还可以担负武器平台、探测平台和架桥平台的角色.

2 技术特点

双节全地形履带车辆由于自身的特殊结构形式，具有以下主要技术特点.

1)拥有极低的接地比压.

双节全地形履带车辆的最大特点就是拥有极低的接地比压(低于40 kPa).在车辆总重相同的情况下，由于双节铰接式履带车辆拥有超宽的履带和比单节车辆长的多的接地长，因此其接地比压要小得多，这就使双节铰接式履带车辆具有全地形通过能力，即能够通过雪地、沼泽地、林地、沙漠、丘陵、永冻土等其它车辆难以通过的地带.

2)能实现特殊的机动动作.

双节全地形履带车辆的第二个特点是特殊的铰接装置带来俯仰、蛇形扭动等单节履带车无法完成的战术技术动作，起伏路面上的平顺性、跨壕宽、过垂直墙高的指标均超过单节车辆.

双节车铰接机构采用多组液压油缸实现铰接和作动.当车辆在普通连续起伏路面行驶时，可以让铰接液压油缸闭锁，前后车厢形成刚性整体，此时若路面起伏波长小于前后节总长的一半(3～4 m)，车辆基本可以以自身最大速度通过这些路段，同时产生较小的颠簸，这对单节履带车辆来说是很难实现的.当然，这一特性还让双节车辆拥有很大的跨壕宽度.另外，当通过液压油缸的动作实现车辆的俯仰动作时，车辆过垂直墙的能力也远超单节车辆.

3)布置灵活，有效空间利用率高.

双节全地形履带车辆的总体布置方案，随动力装置的数量、型号、布置位置、功率及其它参数的不同而有很大差别.一种布置方案是只有一套动力装置，即将动力装置布置在第一节或第二节车厢，在这种情况下，无论发动机在那一节车厢，都将其部分功率传送至另一节车厢的履带.显然，没布置动力装置的那节车厢近乎所有空间都是有效利用空间.

另一种布置方案是，每节车厢都装备各自的动力装置，其功率视需要而定.这种方案，一方面提高了坦克的生存能力，因为不论哪台动力装置因何原因受损都不会使车辆丧失行动能力;另一方面，必要时可以将两节车厢分开，使每一节车厢都能独立行动.此时，存在主辅动力装置之分.在正常行驶时，主机驱动前后两节车厢，辅机可以用来发电和实现其他特殊功能.当断开铰接装置时，辅机也能独立驱动本节车厢缓慢运动，不至于完全丧失机动能力.

无论哪种布置方案，车内空间大都是双节铰接式履带车辆的优点.对于军用车辆来说，车内空间大可优化武器、设备、乘员及总体布置.面对日益增强的空中威胁，履带式铰接车辆甚至拥有足够的空间来装备防空武器及弹药，这对于单节车辆来说，是很难做到的.

4)转向灵活性稍差.

双节全地形履带车辆的第四个特点是转向灵活性稍差，这也是其不足之处.

首先，由于双节全地形履带车辆的履带接地长与履带中心距之比(L/B)相对单节履带车辆要大，致使其转向灵活性不足.另外，当利用铰接装置采用扭腰转向时，双节履带车的转向能力取决于铰接装置中传动轴可偏转角度和前后车体间能扭转的角度，这两个角度中的最小值决定双节车辆的最小转向半径.不管是铰接装置中传动轴可偏转角度，还是前后车体间可扭转角度，由于结构尺寸等因素相对于单节车辆转向角度均要小.

其次，不管是一套动力系统、还是两节各自都有动力，双节铰接式履带车辆都无法实现原位转向功能.

当然，如果传动装置也采用综合变速箱，保留单节车辆传动系左右履带差速功能，再加上扭腰转向，此时，双节坦克的转向形式既可以是运动转向，也可以是动力转向.双节履带车辆能够强制“形成”两节车厢相互间大角度的水平方向扭转和垂直方向错位，因而减小了转向半径，其转向性能也能得到一定弥补.

5)防护性能稍弱.

双节全地形履带车辆的第五个特点是顶部、底部和侧面车体的表面积较大，对防护而言是一个较大的缺点.这些部位的车体，一方面就其厚度来说是最为薄弱的防护环节，另一方面又是各类武器集中攻击的部位.但如果加装爆炸式反应装甲和主动防护系统的话，这一缺陷多多少少是可以弥补的.而且，与其它战车不同的是，履带式铰接车辆的车体内有足够的空间可以用来布置辅助防御系统的电子系统.总之，任何车型都有其优缺点，关键是看需要其完成何种任务，对其优缺点作何种取舍.

3 关键技术

针对双节全地形履带车辆自身所具有的独特的技术特点，应着重解决以下关键技术:

1)铰接装置与转向液压控制系统.

双节履带车辆采用的是扭腰转向技术，而不用单节车辆的差速转向技术.这在给车辆的传动装置设计带来巨大的便利的同时，也要求多设计一套复杂的铰接装置及控制系统，以保障其转向功能的实现.

双节车辆的转向应做到一节车厢相对于另一节车厢必须能够在横向-纵向、垂直向-纵向具有一定的自由位移，这个位移是靠铰接装置和液压控制系统主动实现的，同时还要依靠它们实现转向功能和对转向角度的精确控制，以保证车辆的操纵灵活性和通过性，这对铰接装置设计提出了较高的设计要求.此外，该铰接装置还必须能实现前后节间动力的传递，这是另一个设计要求.

2)车辆的轻量化和防护技术.

如前所述，双节车辆不可避免的具有车辆外廓尺寸长，顶部、底部和侧面表面积大，再加上需要保证相应的刚强度、防护性能要求，必然带来车辆重量的增加，正好与接地比压低、全地形通过性好所要求的车辆重量轻相矛盾.因此，如何保证车辆在具有合理重量的前提下，具有符合要求的接地比压、全地形通过能力和良好的防护性能，就成为双节履带式车辆的关键技术之一.此项关键技术只能在结构和材料方面解决，尤其是新材料技术在近年来的迅猛发展，比如钛合金、复合材料等为解决此矛盾提供了突破口，应该是我们积极关注的方向.

3)高速橡胶履带与悬挂装置.

为保证高的全地形通过性和良好的机动性，双节全地形履带车辆应装备特殊结构的行动装置.首先，行动装置应具有足够大的负重轮动行程，并能够根据行驶环境来调节车底距地高.其次，悬挂装置的弹性元件应具有很强的减振能力，在车辆以较高的平均速度行驶时能保证所要求的行驶平顺性.另外，为保证车辆实现高速行驶和全地形通过能力，要求履带最好是高速橡胶履带，同时具有较好的韧性和较高的强度;为减小维修保障难度，还应能实现四条履带的便捷整体更换和互换.符合上述要求的橡胶履带目前还处于起步阶段，其强度和可靠性还较差，需进一步改善和提高.

4 用途分析

我国国土辽阔、地形地貌复杂多样，尤其山地面积占国土面积的四分之三.西藏、新疆等地有较多的高山积雪地区，基本没有适用的运输设备和机动平台.所需物质大多靠人力步行和畜力运输物质装备，个别紧急设备靠空运和空投来满足要求.

现有的轮式和履带式机动平台，由于接地比压大多在60 kPa以上，无法在积雪、沼泽、乱泥地带通行，有着较多的任务局限性.而铰接式全地形车拥有独特的四履带全驱的全新行走机构、接地比压能控制在40 kPa左右，完全拥有积雪、沼泽等特殊地带通行能力.同时铰接式全地形车由于独特的铰接装置和扭腰转向特性，除具备通过能力强、越障高、跨壕宽、爬坡度大、载重大等优点，并且还可以实现俯仰、蛇形扭动等单节履带车无法完成的动作，断开后还能满足空运空投的需求.铰接式全地形车符合和满足高山、雪地、沼泽等特殊地形下的各种使用需要.

双节履带车辆除可用于非战斗行动(当作特殊地形的专用运输工具)外，经适当改进也可用于低强度战斗行动，即根据用户的特殊要求进行变形设计来满足不同的需求，如挖掘、吊重、推土、消淤、消防、医疗、消防、供电、焊接维修乃至低强度作战等特种功能，可以用做人员运送车、运输车、救护车、指挥车、维修车和救援车等各种类型的车辆.