主战坦克火力、机动和防护性能与主要总体尺寸的关系研究

毛明， 马士奔， 黄诗喆

(1.中国北方车辆研究所， 北京 100072；2.长春理工大学 理学院， 吉林 长春 130022)

主战坦克火力、机动和防护性能与主要总体尺寸的关系研究

毛明1， 马士奔1， 黄诗喆2

(1.中国北方车辆研究所， 北京 100072；2.长春理工大学 理学院， 吉林 长春 130022)

主战坦克总体设计的核心任务就是在不增加部件技术难度(水平)的前提下追求总体性能的“极大”和外形尺寸与质量的“极小”。通过分解火力、机动、防护性能指标参数，分析主要性能指标与总体尺寸的关系，建立主战坦克基于主要几何尺寸的火力、机动力和防护力综合优化模型。得出“协调坦克火力、机动力和防护力的核心是控制高度”的技术结论，并给出了控制坦克总体高度、宽度和长度的措施与方法。

兵器科学与技术； 主战坦克； 性能； 总体尺寸； 优化

0 引言

主战坦克从其诞生之日起，就以其拥有强大的直射火力、卓越的越野机动性和坚固的装甲防护能力，承担突破敌人构筑的由火力网和坚固防御工事组成的前沿阵地使命而成为“陆战之王”，具有一种“无坚不摧、无所畏惧”的“英雄气慨”，是陆战场上火力、机动、防护 3要素最协调的武器装备，代表着陆战装备的技术水平和兵器科学技术的发展水平，更是一个国家常规威慑力的重要标志。

在机械化时代，主战坦克最基本的性能是火力、机动和防护这3大性能，而最基本的总体参数是总体外形尺寸与质量，总体设计的核心任务就是在不增加部件技术难度(水平)的前提下追求总体性能的“极大”和外形尺寸与质量的“极小”。换句话说，部件的技术进步虽然能大大促进坦克性能的提高和尺寸与质量的减小，但当部件的技术水平没有提高时，通过良好的总体设计，也能提高坦克的总体性能，减小坦克外形尺寸和质量。

主战坦克的总体性能与总体尺寸、质量之间有着密切而复杂的关系，前人在此方面做了大量研究、探索，给出了许多总体布置与结构设计的知识、经验[1-2]。文献[3-7]运用智能布局技术、智能三维计算机辅助设计(CAD)工具对坦克动力舱开展了相关研究，这些研究以坦克动力舱内的主要部件简化为规则几何模型为基础，以部件的相对位置关系和运动关系为基本约束，以待布置物体“定位、定序”后的总体体积最小为目标，建立了基于三维几何尺寸的动力舱部件布局优化模型与方法，并运用于坦克动力舱的结构设计和主要部件的尺寸优化；文献[6]借鉴组件特征模型的思想，建立了一种面向动力舱部件布局基于约束的模型，提出了基于约束的分层推理布局方法。另一方面，随着CAD、计算机辅助工程(CAE)分析技术的进步与商用软件工具的普及，坦克总体设计师们广泛应用基于三维骨架模型进行总体布置和结构约束的传递，或应用虚拟样机技术开展设计与仿真[8]，但这样做也往往只能利用这些商用技术、工具进行坦克各部件的性能匹配和干涉检查。

纵观前人的研究可以看出，之前的研究基本还处在先进行性能设计而后校核尺寸、质量的阶段，没有给出总体性能与总体尺寸的定量关系。另一方面，前人的研究所给出的技术结论基本都是总体布置的知识经验、规则规范；智能布局和智能概念设计方法[9]虽然为坦克复杂、紧凑动力舱的布置提供了方法，但仍然不能为总体设计人员提供明确、量化的总体性能优化策略。

本文通过分解火力、机动、防护性能指标参数，分析各性能指标与总体尺寸的关系，建立主战坦克基于主要几何尺寸的火力、机动力和防护力综合优化模型，给出了控制坦克总体长度、宽度和高度的措施与方法。

1 主战坦克火力、机动、防护3大性能与总体尺寸的关系

1.1 坦克3大性能与总体尺寸

坦克的基本性能包括火力、机动和防护性能[10-11]。

火力性能可以分解为打击能力、射击精度、反应速度和武器作战距离、武器射界、弹药基数等主要指标，往往分别由穿甲威力或炮口动能、首发命中率、装弹机的装弹速度、火控系统的反应速度、坦克炮的作战距离、坦克炮射界、火控观瞄系统的探测与识别距离以及主炮弹药基数等战术技术指标表示。

机动性能一般分为战役机动性和战术机动性。战役机动性指坦克沿道路行军和移动时的快速性、最大行程及运载适应性；战术机动性指坦克在战场上灵活运动和克服障碍的能力，以加速性、转向性、制动性和通过性等为主要指标，主要由质量功率密度、最大速度、越野平均速度、0～32 km/h加速时间、原地转向一周时间、制动减速度、接地压力、爬坡越壕过坎参数和最大行程等战术技术指标表示。

防护性能比较复杂，有“防什么”、“护什么”的问题。坦克在战场上受到的威胁和敌方探测的手段多种多样，现代主战坦克总体设计给出的防护性能定义是“使乘员和坦克在战斗中保持战斗状态的概率”[12]。这个定义看上去很科学，但很定性，不便于工程应用。工程上往往以防侦察、防探测、防命中、防击穿、防损伤的概率来表达，但一般只给出防穿甲、防破甲的均质钢装甲的等效厚度指标，其余以配置的设备如激光告警装置、光电对抗系统、主动防护装置、三防装置的技术性能指标表示。

坦克的总体尺寸主要指整车外形尺寸，包括：长度L、宽度Ba和高度H，如图1所示。

坦克的长度是坦克的基本实体尺寸，一般指车体的长度L，车体长L主要由驾驶室的长度Lc、战斗室的长度Lb和动力舱的长度Lp确定，而战斗室的长度Lb往往由炮塔座圈的直径dt决定。

图1 坦克的总体尺寸示意图Fig.1 Tank’s general dimensions

坦克的宽度是坦克的最大横向尺寸。如果不计侧屏蔽装甲，而且战斗室的宽度(也由炮塔座圈的直径dt决定)不超出翼子板的宽度，则坦克的宽度Ba由履带中心距B和履带板宽度b决定。

坦克的高度指坦克在战斗全质量而且悬挂保持闭锁状态下，停在水平坚硬地面上，地面到炮塔体顶的高度。坦克的高度H由车底距地高C、车体高Hb和炮塔体高Ht3部分组成。

1.2 坦克性能与几何尺寸的关系

1.2.1 火力性能与几何尺寸的关系

从1.1节关于火力性能的战术技术指标可以看出，火力性能只与火炮、弹药、火控、装弹机的性能与技术水平有关，而与坦克总体尺寸没有直接的关系。

影响坦克总体尺寸的主要是坦克炮的后坐长度和高低射界。

一般情况下坦克炮发射的穿甲弹穿甲威力越大，后坐能量越大[13]。这里，不妨假定穿甲威力与后坐能量呈线性关系，即

M=KfNf，

(1)

式中：M为坦克炮发射的穿甲弹穿甲威力；Kf为常系数；Nf为坦克炮的后坐能量。

后坐能量等于后坐长度Lr与后坐力Fr的乘积。因此，有

M=KfFrLr.

(2)

由于为满足坦克的装甲防护性能，坦克车体、炮塔体都有很高的刚强度，因此坦克的许用后坐力可能高达1 000 kN. 而坦克炮的后坐长度则严重影响炮塔的尺寸。现今坦克炮的后坐长一般在300～400 mm，如俄罗斯T90坦克的后坐长为300 mm，法国勒克莱尔坦克的后坐长为400 mm.

坦克的高低射界由研制总要求给定，一般在-7°～20°之间。

火线高度虽然与坦克的火力性能关系不大，但直接影响坦克的总高。

车长镜、炮长镜的距地高直接影响车长、炮长发现目标的概率，距地高越高，发现目标的概率越大。但车长镜、炮长镜的尺寸相对于坦克总体尺寸很小，坦克的高度一般只计算到炮塔体顶面。显然，车长镜、炮长镜应尽量放在炮塔的最高处，并可以适当高一些。

1.2.2 机动性能与几何尺寸的关系

表达坦克机动性能最重要的是通过性和行驶的快速性。通过性分几何通过性和软地面通过性。显然，坦克的总体几何尺寸直接关系其几何通过性。一般情况下，几何尺寸越大，通过性越差；当几何尺寸超出规定的限制时将不被允许。而软地面通过性一般用接地压力p表示，即

(3)

式中：m为坦克的战斗全质量；Ld为履带接地长。

接地压力越小，软地面通过性越好。

坦克行驶的快速性又分为直线行驶的快速性和转向行驶的快速性。直线行驶的快速性取决于坦克质量功率密度Dm，质量功率密度越大，最大速度、起步加速性等机动性性能指标越好。

转向行驶的快速性既取决于质量功率密度Dm，又与转向阻力呈反比关系，即转向阻力越大，转向行驶的快速性越差。而转向阻力与Ld/B呈线性关系，因此当Dm一定时，Ld/B值越小，转向阻力越小，转向性能越好。

另一方面，当坦克发动机的功率一定时，质量功率密度由坦克的质量决定，而坦克质量m主要由承担装甲防护功能的车体炮塔体的质量ma和承担火力、机动等功能的质量mp构成，即

m=ma+mp.

(4)

不妨假定mp只与承担火力、机动等功能的部件技术水平有关，而与坦克总体尺寸没有关系，那么坦克质量m就由承担装甲防护、结构功能的车体炮塔体的质量ma决定。ma与坦克总体尺寸的近似关系有

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

2DsLHb，

(5)式中：Df、Dr、Dt、Db、Ds分别为坦克前部、后部、顶部、底部和侧面的质量面密度，主要由装甲防护材料的性能决定，可以看成是与总体尺寸无关的常系数。

1.2.3 防护性能与总体尺寸的关系

坦克总体尺寸对防护性能的影响主要体现在直瞄对抗中的防侦察、防探测和防命中的概率[14]。

坦克被命中的概率Ph与总体尺寸之间的关系[15]为

(6)

式中：X为射击距离；Δg、Δs分别为水平向和垂直向综合误差；φ为被命中概率系数。由图2车高与被命中概率的关系可以看出，在分析总体尺寸对防护性能的影响时，φ可以看成是常系数。

图2 车高和被命中概率关系Fig.2 Relationship between tank height and hit probability

坦克一般是被雷达、红外或可见光发现，被发现的概率计算起来十分复杂，但如果只计及与总体尺寸的关系，则坦克被发现的概率Pf有类似Ph的计算式。坦克被发现后，往往被敌方瞄准镜进行测距和瞄准，其被探测的概率Pd也有类似Ph的计算式。

与总体尺寸有关的防护性能可以用被侦察概率、被探测概率和被命中概率乘积的倒数来表达，不妨称为外廓防护性能系数P，即

P=(PhPfPd)-1.

(7)

1.3 坦克3大性能的综合优化模型

1.3.1 优化目标函数

通过1.2节的分析可以看出，在各功能部件技术水平一定的条件下，坦克总体尺寸对火炮后坐能量、接地压力、质量功率密度、防护概率等表征坦克火力、机动、防护的相关性能指标影响很大。因此，这里不妨以后坐能量最大、接地压力最小、质量功率密度最大、转向阻力最小和外廓防护性能系数最大为优化目标，基于坦克总体尺寸的坦克3大性能优化目标函数为

minF(x)=wf×1/M+wpp+wdma+

wsLd/B+wpr×1/P，

(8)

式中：wf、wp、wd、ws、wpr分别是后坐能量、接地压力、质量功率密度、转向阻力和防护系数等单项目标分别经计量单位、量级归一化后的权系数。

1.3.2 设计变量

从1.2节的分析还可以看出，如果假定驾驶室高与动力舱高是一样的，即假定车体顶平面水平，同时假定车体宽和炮塔体宽均近似于Ba，并忽略一些其他次要因素，影响坦克3大性能而且可以通过总体设计进行调整和优化的尺寸即设计变量有：车体高Hb、炮塔体高Ht、火线高Hf、驾驶室长Lc、战斗室长Lb(座圈直径dt)、动力舱长Lp、履带中心距B、履带板宽b和火炮后坐长Lr、履带接地长Ld.

1.3.3 设计约束

坦克总体尺寸设计的约束主要来自以下4个方面：必须满足内部空间的要求；必须满足运输、通过性要求；必须满足火炮射界的要求；必须满足人因工程的要求。

1)内部空间要求。坦克内部必须有足够的空间以布置具有一定性能水平的火炮、发动机、传动装置、辅助系统、电器、仪表、弹药、油料等，并要容纳必要的乘载员。如现代主战坦克内部容积一般有12～20 m3，其中：动力舱容积一般在4～7 m3；战斗室及驾驶室容积一般在8～13 m3；乘员占用的最小体积一般为车长0.35 m3，炮长0.5 m3，驾驶员0.8 m3. 车体两侧还需要为安装行动系统留出足够的空间。另一方面，车体、炮塔体等装甲防护必须具有一定厚度。根据部位不同，各处基础装甲厚度不同[16]，表1为俄罗斯T72坦克和美国M1坦克的基础装甲配置，现代主战坦克的基础装甲还有继续扩大的趋势。

表1 T-72和M1坦克的基础装甲厚度

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

为满足以上这些需求，就要求车体高Hb、炮塔体高Ht、火线高Hf、驾驶室长Lc、战斗室长Lb(座圈直径dt)、动力舱长Lp、履带中心距B等均有一个相应的下限。

2)运输与通过性要求。坦克运输可以是铁路、公路、登陆舰甚至飞机，这些运输工具都对坦克的宽度、高度甚至长度有严格限制。设计变量必须满足这个要求。如欧洲铁路运输允许的极限宽度为3.54 m，允许的极限高度为3.55 m.

另一方面，为满足通过性要求，接地压力不得超过规定值(一般不得超过1 kg/cm2)。Ld/B和L/Ld值应该在一定范围内。统计表明，现代主战坦克Ld/B值一般在1.45～1.7之间，越小转向机动性越好。L/Ld值一般在1.5～1.8之间。

3)火炮高低向射界要求。坦克火炮高低向射界由研制总要求确定，一般在-10°～20°之间，不能少于-5°～15°[17]，如图3所示。

图3 火炮射界与炮塔尺寸关系图Fig.3 Relationship between turret size and gun firing area

为满足高低射界的要求，炮塔高Ht、火线高Hf和高低向射界的约束关系为

Hf>C2+Lrsinαu，

(9)

Ht>C1+Lrsinαd，

(10)

式中：C1、C2为常数；αu、αd分别为火炮向上、向下射角。

4)乘员人因工程的需要。主战坦克乘员的所有操纵动作均以坐姿完成，因此乘员舱的高度设计与乘员的身高密切相关。我国2000年对坦克乘员身高进行了采样[18]，平均身高1 680 mm，平均坐高903 mm. 俄罗斯对坦克乘员坐姿状态下工作位置设计高度最小值进行了规定：车长1 100 mm，炮手1 050 mm，驾驶员1 000 mm. 现代坦克设计更加重视人机工程学，在坦克驾驶室设计时考虑驾驶员操纵的有效性，普遍使用生理最佳姿态(髋关节95°～100°和膝关节105°)的概念，该姿态能保证完成规定操作时人的机体各系统都能最好地发挥作用。这些要求往往比仅满足内部空间要求来得更严格一些，表现为车体高Hb、炮塔体高Ht、驾驶室长Lc、战斗室长Lb(座圈直径dt)的下限值更大一些。

2 从总体尺寸的角度看影响坦克总体性能的主要因素和控制方法

对目标函数(8)式的设计变量：车体高Hb、炮塔体高Ht、火线高Hf、驾驶室长Lc、战斗室长Lb(座圈直径dt)、动力舱长Lp、履带中心距B、履带板宽b和火炮后坐长Lr、履带接地长Ld分别求偏导，并结合(2)式、(3)式、(5)式、(6)式和(7)式可以得到如下结论：

1)车体高Hb、炮塔体高Ht、火线高Hf以及履带中心距B对坦克总体性能的影响是非线性的，远大于包括驾驶室长Lc、动力舱长Lp在内的其他设计变量的影响。高度和宽度方面的设计变量不仅通过影响坦克车体、炮塔体的质量而严重影响坦克的机动性，而且通过影响坦克的外廓防护性能系数对坦克的防护性能产生重大影响。高度与宽度越小，坦克的质量越小，外廓防护系数越大。但宽度对坦克转向机动性有影响，过小会大大增加转向阻力。另一方面，高度对坦克质量的影响远大于宽度的影响，往往达到2～3倍。

2)驾驶室长Lc、战斗室长Lb、动力舱长Lp对坦克总体性能的影响是线性的，通过影响坦克车体、炮塔体的质量而严重影响坦克的机动性。长度的增加往往还会导致履带接地长度增加，将增大转向阻力。因此，长度越小，机动性越好。另一方面，长度对坦克质量的影响远小于宽度和高度的影响，往往只有宽度的1/3～1/2.

3)火炮后坐长度Lr的增加有助于增大火炮威力，但Lr的增大将线性增大坦克高度和宽度。

综上所述，可以得出：从总体尺寸的角度看，坦克的高度是影响坦克总体性能的核心因素。

2.1 影响坦克高度的主要因素与控制方法

坦克总体高度和车底距地高、驾驶室、战斗室和动力舱高度密切相关。

2.1.1 车底距地高

车底距地高表征了坦克克服各种突出于地面上障碍物的能力，由研制总要求确定，总体设计时，车底距地高不得小于规定值。为保证通过性，现代主战坦克的车底距地高一般为0.4～0.55 m. 随着可调油气悬挂逐渐在主战坦克上的应用，车底距地高可以按通过性要求实时调整，一般具备±200 mm的调节量。因此，可调油气悬挂的应用可以在保证坦克通过性的前提下，通过降低车高而大幅提高外廓防护性能系数。

2.1.2 驾驶室高

驾驶室高和动力舱高决定了车体高。驾驶室高由人因工程确定。从总体角度控制驾驶室高可以采用驾驶舱盖局部突出的办法，这样既满足人因工程的需要，也可以为尽可能降低车体高做出贡献。带来的问题是局部影响射击俯角和火控系统的水平向调炮。当然，为控制驾驶室的高度，也可以适当规定驾驶员的身高。

也有研究表明驾驶员采用半卧姿操作车辆时，车辆的振动影响最小，这种半卧姿态下，躯干相对垂直面倾斜10°～30°，座椅靠背的倾斜角为30°～45°. 这种情况下，驾驶员半卧姿态时的工作位置最小高度就可以有所降低。M1坦克就采用这种布置[19]，如图4所示。

图4 M1坦克的驾驶坐姿Fig.4 Driving posture of M1 tank

2.1.3 动力舱高

动力舱高度主要受限于发动机高度、传动装置的高度和风扇传动以及冷却系统、进排气系统等辅助装置的布置，与总体设计关系极大。动力舱高度的控制最能体现总体设计的水平。俄罗斯坦克采用双侧变速箱的总体结构将动力舱高度控制在1 000 mm以下；北约国家坦克采用综合传动装置，动力舱高度则超过1 200 mm，甚至达到1 400 mm. 表2为典型主战坦克动力舱的相关技术数据[20]。

表2 典型主战坦克动力舱技术数据

通过总体设计可以协调、控制动力舱高度的措施包括：

1)采用动力传动、辅助系统一体化设计的思想，通过智能布局的方法，分别从发动机纵置、横置两个方案中精心安排动力、传动、前传动、风扇传动、散热器、风道、空气滤、增压器、中冷器、润滑油箱、排气管等主要部件的位置，在确保爬坡过坎越壕要求几何尺寸的前提下，精心设计动力传递主轴线的高度。

2)协调发动机的高度。发动机的高度和气缸布置关系很大。气缸夹角越大，发动机的高度越低，但宽度会相应加大。俄罗斯在设计BMP3步兵战车时，为降低动力舱的高度将发动机的夹角调整为144°. 乌克兰6TD-2对置二冲程发动机的高度仅有550 mm左右。德国MTU的890系列发动机高度降低至590 mm. 最新的“阿玛塔”T-14坦克更是采用了“X”型的气缸布置，大幅减小了发动机的宽度。

3)协调综合传动装置的高度。俄罗斯双侧变速箱的总体结构设计虽然能大幅降低动力舱的高度，但由于不能实现无级转向而使坦克的机动性受到严重影响。现代先进坦克大多数都采用液力机械综合传动装置，这种传动装置有2个功率传递轴线，一个是直驶的主轴，另一个是转向的零轴。综合传动装置设计时，理论上零轴可以按总体设计的要求在主轴360°的任何方向上。零轴和主轴的相对位置关系极大地影响着综合传动装置的高度和长度：当零轴与主轴处于铅垂面时，高度最大而长度最小；而当零轴与主轴处于水平面时，长度最大，而高度最小。

2.1.4 战斗室高度

影响炮塔高度的主要因素为火线高、后坐长和火炮高低向射界。要精心设计火炮耳轴的位置，耳轴位置的确定既要使耳轴后的炮尾尽量短，而且要尽量降低火线高。包括美国M1坦克在内的北约坦克往往由于耳轴位置处理不当，造成炮塔高过大[1]。火炮后坐长对炮塔高度的影响是线性的。坦克车体外形确定后，火炮俯仰时应保证身管与车体前后端及炮尾装置与炮塔顶部和座圈无干涉。因此，增加火炮高低向射界必然带来炮塔火线和炮塔体高度增加。

以色列梅卡瓦系列坦克的“狭长炮塔”大幅降低了火炮两侧的高度，瑞典S型坦克以“高度、质量和火力”作为核心设计参数而采用固定炮塔，最新出现的俄罗斯“阿玛塔”T-14坦克采用无人炮塔，这些方案均是在努力降低战斗室的高度。

2.2 影响坦克宽度的主要因素与控制方法

影响坦克宽度的因素主要是战斗室的宽度和动力舱的宽度。

战斗室宽度需能保证火炮安装及各个旋转角度的正常俯仰射击，同时还要保证塔内乘员的操作空间及舒适度。如果通过采用自动装弹机等措施而减少塔内乘员或将车长、炮长设置到乘员舱而成为无人炮塔，则能极大地减小炮塔的宽度，减小暴露面积的同时也能大幅降低炮塔的质量。

发动机纵置还是横置严重影响动力舱的长度和宽度。一般情况下，发动机横置能减小动力舱的长度，并减小动力舱的体积，但如果发动机过长，往往会使得宽度方向的空间不能满足发动机本体和前传动、侧传动和制动器的需要。

2.3 影响坦克长度的主要因素与控制方法

前已述及，坦克长度由驾驶室长度、战斗室长度和动力舱长度组成。但总体设计能调整的余地主要集中在动力舱。一般情况下，发动机纵置会加大车体的长度，发动机以及综合传动装置对车体长度的影响前面已经论述，这里不再赘述。

驾驶室、战斗室、动力舱的总体布置完成后，需要总体精心设计诱导轮轴和动力输出轴线的位置关系，在确保爬坡过坎越壕几何尺寸要求的前提下，协调履带接地长，既能实现良好的软地面通过性，又能减小转向阻力，并尽量降低车体长度。

3 结论

主战坦克是攻防兼备，火力、机动、防护最协调的武器装备，同时也是多方面复杂矛盾的综合体，需要总体设计人员抓住主要矛盾进行精心设计。本文通过分解火力、机动、防护性能指标参数，分析各性能指标与总体尺寸的关系，建立了主战坦克基于几何尺寸的火力、机动力和防护力综合优化模型，提出了控制坦克总体长度、宽度和高度的措施和方法，得出如下结论：

1)车体高、炮塔体高对坦克总体性能的影响远大于车体宽度、长度的影响，坦克总体设计要优先降低高度，其次降低宽度和长度；在论证坦克研制总要求中的一些次要要求时，也应考虑这一原则。

2)动力舱的一体化设计，包括动力装置的总体尺寸协调、传动装置的总体尺寸协调和动力传动及辅助装置的一体化布置都要在“优先降低动力舱高度”的原则下进行。

3)坦克主炮反后坐装置的设计、炮耳轴和火线高的安排严重影响炮塔的高度，对坦克总体性能产生严重影响。火炮后坐长以及火炮高低射界的确定最好不要额外增加车体高和炮塔高。

References)

[1] 闫清东, 张连第, 赵毓芹. 坦克构造与设计[M]. 北京：北京理工大学出版社, 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] 张声涛, 熊克芳, 李惠友, 等. 坦克系统总体设计与研究[J]. 兵工学报：坦克装甲车与发动机分册, 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] 王延龙. 智能布局理论与方法及其在坦克装甲车辆动力舱布置中的应用研究[D], 北京:中国北方车辆研究所, 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, 史彦军, 腾弘飞. 支持坦克总体布局装配的人机交互协同设计与仿真方法研究[C]∥2005年全国博士生学术论坛. 北京:北京理工大学, 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] 马士奔. 坦克装甲车辆动力舱方案设计研究[D]. 北京:中国北方车辆研究所, 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] 王彩红, 查建中, 陆一平, 等. 装甲车辆动力舱智能布置设计研究[J]. 兵工学报, 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. 设计模式创新与知识管理[C]∥兵器科学家论坛. 北京:中国兵器工业集团公司, 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, 钱林方, 丁晟春, 等. 面向自行火炮变型设计问题的混合案例推理技术研究[J]. 兵工学报, 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] 张声涛, 熊克芳, 张洪图, 等. 坦克战技性能指标概念发展研究[J]. 兵工学报:坦克装甲车与发动机分册, 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] 曹贺全, 张广明, 张素杰, 等. 装甲车辆防护技术研究现状与发展[J]. 兵工学报, 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] 张相炎, 郑建国, 杨军荣. 火炮设计理论[M]. 北京: 北京理工大学出版社, 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] 张海军, 王建斌, 谢强, 等. 坦克火力系统单发命中概率的几种计算方法[J]. 火力与指挥控制, 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] 赵建国, 吕新, 朱英贵. 基于ADC模型的坦克炮射击效能评估[J]. 火力与指挥控制, 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] 张自强, 赵宝荣, 张锐生, 等. 装甲防护技术基础[M]. 北京:兵器工业出版社, 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. 车载式火炮武器总体技术研究[D]. 南京:南京理工大学, 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] 吴圣钰. 装甲车辆乘员体型选拔标准的研究[J]. 人民军医, 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. 新型坦克设计概论[M]. 北京:化学工业出版社, 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

国家国防科技工业局技术基础科研项目(C0920110001)

毛明(1962—), 男, 研究员，博士生导师。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