双擎巨无霸——新世代8×8双发动机重型机场消防车（上）

李波灏

双擎巨无霸
——新世代8×8双发动机重型机场消防车（上）

李波灏

自进入21世纪以来，为满足日益普及的新一代大型宽体客机的救援要求，对8×8机场消防车的需求与日俱增，8×8机场消防车的重型化便成为普遍的趋势。最新一代的8×8重型机场消防车普遍采用了双发动机并列驱动的形式，以适应不断增长的整车最大允许总质量，满足相关法规对机场消防车的动力性能要求（文章分上下两期发表）。

机场消防车以其强劲的动力、酷炫的外形和全面的性能经常被比作所有消防车种类中的皇冠，而8×8机场消防车则是皇冠上那颗最耀眼的明珠。在机场消防车领域，机动灵活的4×4机场消防车常被作为机场快调消防车（RIV，又称之为先导救援消防车）使用，强调快速反应；6×6的机场消防车则以均衡的性能成为了大部分机场应急抢险的主力；而8×8机场消防车因为拥有最强大的性能和最先进的技术而成为了大型枢纽机场应急抢险综合实力的体现。进入21世纪的第二个10年，8×8机场消防车的技术发展进入了一个新的暴发期，为适应新一代大型宽体客机的应急救援需求，双发动机重型化是新一代8×8机场消防车的显著特征，涌现出了一批新型的8×8重型机场消防车型号。这些新型的8×8双发动机重型机场消防车，整车长度超过13m，最大液容量达到17000L以上，主水泵的流量可以达到8000～10000L/min，而整车的最大允许总质量（GVM）也普遍由上一代常见的36t增长到52t以上。为维持法规所要求的动力性能，上一代8×8机场消防车普遍配备1000马力级别的单一柴油机动力已经无法胜任，各大机场消防车制造商协同特种底盘供应商纷纷推出了双发动机驱动的重型8×8机场消防车，总装车功率达到1400马力甚至更高。曾经被视为顶尖技术的双发动机8×8重型机场消防车得到了大范围的普及。

8×8重型机场消防车发展回顾

图1 法恩LF1412-52V8X8机场消防车

图2 德国空军Kfz8000机场消防车

图3 德国空军Kfz7000机场消防车

图4 美国空军P2机场消防车

图5 美国空军P15机场消防车

图6 美国空军P23机场消防车

8×8重型机场消防车其实并不是近年才出现的新事物。世界上最早的8×8重型机场消防车在1970年代初问世，为了应对波音747超大型宽体喷气客机投入使用后对机场应急救援能力提出的新要求，德国特种车辆制造商法恩（FAUN）推出了LF 1412/52V 8×8机场消防车二类底盘（如图1）被西德斯（Sides）、梅茨（Metz）、克罗嫩堡（Kronenburg）、马基路斯（Magirus）等专业消防设备制造商普遍采用。法恩的这个底盘发动机后置，既可以使用单一发动机也可以采用并列双发动机的构型。例如，由法国著名消防装备制造商西德斯（Sides）改造的型号，其最大允许总质量48t，是由两台柴油机并列驱动，总功率960马力；德国消防装备生产商梅茨（Metz）基于同底盘为慕尼黑国际机场生产的2辆8×8机场消防车，采用单一的1000马力MTU 838E V10坦克柴油机作为行驶动力，水泵则由单独的柴油机驱动，其最大允许总质量达到52t，是当时世界上最大的机场消防车，专门用于加强1972年慕尼黑奥运会的机场保障；而马基路斯（Magirus）改装的型号则使用了改进的双发动机方案，可以更加灵活地切换驱动车辆和驱动水泵对发动机的输出要求。

自1970年代后期开始，8×8重型机场消防车开始在军用领域得到广泛应用。1976年，联邦德国和北约空军装备了最大允许总质量32t、双发动机驱动的FL Kfz8000型8×8机场消防车（如图2），该车使用法恩LF 40.30×2/48V 8×8重型军用越野车底盘，上装由荷兰克罗嫩堡（Kronenburg）提供。受当时的技术所限，尽管装备了两台道依茨V6风冷柴油机，该车的总装车功率也仅仅只有640马力。FL Kfz8000的后继车型是克罗嫩堡于1990年基于MAN SX36.1000底盘发展的FL Kfz7000（如图3），使用单一1000马力MAN D2842 V12柴油机，动力性能非常出色。然而，由于克罗嫩堡于1992年被卢森宝亚收购，此车并未大规模装备。美国空军早在1962年就装备了以FWD 8×8底盘为基础的豪士科（Oshkosh）P-2型机场消防车（如图4），但是按照当今标准，该车显然并不能达到“重型”的级别；1977年豪士科公司为美国空军新装备的洛克希德C-5A“银河”巨型战略运输机专门设计了P-15型8×8重型机场消防车（如图5），其最大允许总质量超过59t，配备2台底特律柴油机8V92T二冲程V8柴油机，总装车功率达到了990马力。该车虽然是双发动机构型，但整车的单位功率仍然偏低，动力性能和同时期的4×4或6×6机场消防车相比差距很大。而且该车的2台发动机为一前一后布置，和后来并列布置的双发动机8×8机场消防车也存在较大区别。1994年，美国空军列装了由泰里达因（Teledyne）研发、E-ONE生产的P-23型8×8机场消防车（如图6）。此车采用爱尔兰著名特种车辆底盘供应商蒂摩尼（Timony）提供的带有独立悬架的专用底盘，但是在使用过程中却遇到了轴头断裂的质量问题，被要求只能低速行驶。后虽然转由豪士科代工生产，仍不能彻底地解决问题。2003年，EOne与荷兰Plastisol合作为荷兰皇家空军提供泰坦HPR-G 8×8机场消防车（如图7），由E-One提供底盘、荷兰Plastisol制造上装，匹配一台1005马力V12柴油机，车身和水罐全面使用了当时领先的GRP（玻璃纤维增强塑料）材料制造技术。

在民用航空领域，1985年面世的奥地利卢森宝亚“雄狮”（Rosenbauer Simba）8×8机场消防车（如图8）是一个里程碑式的产品，为后世双引擎8×8重型机场消防车奠定了技术标杆。雄狮8×8是专门为德国法兰克福国际机场量身定做的，使用了泰坦T44-1250型8×8特种底盘（如图9），在后部并列配置了2台利勃海尔V8柴油机，总装车功率达到了1250马力。“雄狮”8×8的最大允许总质量达到45t，凭借近28马力/t的单位功率获得了超强的动力性能：0～80km/h加速时间25秒，最高车速超过125km/h；这在当时是非常令人瞩目的。然而，这种重型8×8机场消防车价格昂贵，只有大型枢纽机场才装备得起，限制了其使用范围。“雄狮”8×8尽管性能优异，却只少量装备了法兰克福机场。在此后很长一段时间里，虽然市场上也出现过类似Colet“美洲虎”K/40（如图10）以及卢森宝亚/豪士科DA-1500“蝰蛇”（如图11）等个别前卫且另类的8×8重型机场消防车，但总的来说8×8重型机场消防车并没有在民用航空领域获得大规模的应用。

图7 E-One“泰坦”HPR-G

图8 卢森宝亚“雄狮”8X8

图9 泰坦T44.1250 8X8X底盘

图10 Colet“美洲虎” K40

图11 卢森宝亚-豪士科“蝰蛇”

进入21世纪，随着更多点对点直达国际航线的开通，以波音777和空客A330等双发动机大型宽体客机的应用得到了进一步扩散。与之对应，装备单一发动机的8×8机场消防车开始逐渐在各个大型民用枢纽机场获得了广泛应用，各个主要机场消防车制造商都推出了相应的型号。不过这个时期的欧洲典型8×8机场消防车如卢森宝亚的第1～3代“美洲豹”8×8和第1～3代齐格勒Z8普遍采用源自德国MAN SX系列高机动性军用卡车三类底盘演化而来的专用机场消防车底盘，受欧洲公路法规对轴重的限制，典型的最大允许总质量为36t、使用单一1000马力级V12柴油机作为动力装置，发动机既可以后置也可以中置。而很多规模较小的机场消防车生产商的8×8机场消防车产品都选择了美国KME的ACT系列或者意大利弗雷西亚（Fresia）的F800系列机场消防车专用二类底盘，此两种底盘均能提供8×8衍生型号。这些中小品牌机场消防车上装制造商由于产销规模较小，普遍采用了KME或弗雷西亚附随底盘提供的驾驶室，因此在外观上相似程度很高。爱尔兰蒂摩尼（Timony）的8X8独立悬架机场消防车底盘除了供应美国空军不甚成功的P23机场消防车外，也少量供应英国机场消防车制造商卡麦可（Carmichael）用于制造“美洲狮”（Cougar）8X8机场消防车（如图12）。

进入21世纪的第二个10年后，随着空客A380、波音747-8、波音787、空客A350XWB等新一代大型宽体客机的逐步服役，对重型机场消防车的需求与日俱增。为应对超大型客机的救援需求，卢森宝亚“美洲豹”8×8和齐格勒Z8都进化出了最大允许总质量38t、40t甚至45t的型号，已经突破了法规对公路用车轴重的限制并且达到了MAN SX底盘的承载极限；考虑到日益严格的排放法规要求，1000马力级别的发动机已经是民用市场上可以找到的最大级别的可用发动机了，不能满足日益上升的整车最大允许总质量和法规要求的最低单位功率之间的矛盾，而市面上技术规格相近的另两种主流美系8×8机场消防车E-One泰坦（如图13）和豪士科第1代“打击者”4500（如图14）的最大允许总质量分别有42t和56t，发动机功率则分别为710马力（可选990马力）和950马力，单位功率明显偏低，动力性能和欧洲同级别相比更是处于明显的劣势。

图12 卡麦可“美洲狮”8X8

图13 E-ONE“泰坦”8x8

新世代8×8双发动机重型机场消防车

为了适应法规对新一代重型化的8×8机场消防车动力性的要求，双发动机并列驱动成为了很多机场消防车制造商共同的解决方案。用两套完全相同的动力总成（包含发动机和变速箱）共同组成双联动力包。这种设计的优点很明显：首先，双发动机的动力可以达到1300～1400马力级别甚至更高，完全满足法规对整车动力性的要求；其次，单套动力总成中的发动机可以取自普通公路卡车用柴油机的成熟货架产品，其输出功率在550～700马力级别，与之前1000马力级别的特种用途V12柴油机相比，技术成熟可靠、运行成本低廉、备件保障充分；再次，使用普通卡车的发动机可以满足日益严格的排放法规要求，这对于原先的1000马力级别非公路车用柴油机来说实现起来有一定的挑战性；最后，双发动机构型可以实现更灵活的动力输出分配，在奔赴事故现场的过程中双发动机同时满负荷输出以驱动车辆全速冲刺；在到达事故现场后仅通过一台发动机驱动车辆，另一台发动机则从驱动系统中断开，直接驱动大功率水泵为高流量的水炮供水，即所谓的“行进间喷射（Pump and Roll）”功能。传统的单引擎机场消防车要实现同样的功能，需要配备一台额外的驱动水泵的专用大功率发动机，这增加了系统复杂度和燃油消耗，也会占据消防车上宝贵的空间，影响水罐的储量；如果只使用发动机取力器从单一发动机获得水泵驱动动力则会在“行进间喷射”的最高行驶速度上受到一定的限制。相比之下，双发动机构型因为可以实现驱动动力和水泵动力的解耦，因此其“行进间喷射”的速度范围比较宽泛，最高可以达到40～60km/h，动力输出分配的灵活性较高；同时相比加装专用水泵驱动发动机的方案又可以减少系统复杂度、改善油耗、降低采购和后期维护成本。

1.底盘选择

德国特种车辆制造商泰坦旗下的T52.1300型8×8机场消防车专用底盘可以被视为新一代双发动机构型的8×8重型机场消防车底盘的技术标杆（如图15）。该底盘在结构上延续了当年用于卢森宝亚“雄狮”8×8机场消防车的泰坦T44-1250底盘的基本架构，采用后置并联双发动机布置，四根车桥分为前后两个轮组，轮组之间的轴距有4.05m和5.05m两种，对应的整车长度分别约为12m和13m。每个轮组的两个车桥以等轴距的形式分布。发动机使用了2台现代化的梅赛德斯-奔驰OM502LA商用卡车柴油机替代了过去的利勃海尔非公路型柴油机。悬架系统采用凯斯勒提供的转向驱动桥匹配大行程螺旋弹簧和双联液压减振器的非独立悬架，这也是除豪士科外大部分主流机场消防车制造商采用的标准设计。变速箱方面，2台艾里逊的4800SP型行星齿轮7速自动变速器分别对应2台发动机，两路动力汇流后输出给各个车轴。值得注意的是此前艾里逊4000系列行星齿轮7速自动变速器和Twin Disc TD61系列动力换挡平行轴齿轮6速自动变速器基本瓜分了机场消防车市场，但在双发动机构型时代，艾里逊4000系列正逐渐显现出压倒性的市场份额。转向系统标配为前两轴转向，可选第4轴随动转向；制动系统则选用了带ABS的大型气动盘式制动器。尽管卢森宝亚、马基路斯等主流机场消防车制造商开始越来越多地使用自己设计制造的双发动机专用底盘，但这些底盘在结构和规格上与泰坦系列专用底盘非常相似，只是在动力总成的选择和细节设计上有所不同。另外颇受中小型机场消防车制造商青睐的KME ACT和弗雷西亚F800系列底盘也进化出了相应的双发动机构型，但是在承载能力上略有差距。豪士科自行研制的机场消防车底盘相对来说比较特别，全系标配了豪士科独家的TAK-4独立悬架（如图16），并且在最大允许总质量方面具有更高的潜力。

图14 豪士科第一代“打击者”4500

图15 泰坦T52.1300底盘

图16 豪士科TAK-4独立悬架

2.车身和上装

新一代8×8重型机场消防车在外观设计上普遍追随了卢森宝亚“美洲豹”系列机场消防车开创的、极具科技感和未来感的趋势，在功能上优先保证乘员的优良视野、人机工程和进出方便性。新一代机场消防车的玻璃面积得以进一步扩大，以满足在驾驶室内遥控操作水炮的法规要求。驾驶员位置以中置或中偏置居多，以便为驾驶员提供接近全向无死角的视野。驾驶室车门可以90°大角度开启并提供气动外摆门作为选装。在车身材料方面，由于机场消防车对耐腐蚀性要求非常高，因此目前铝合金和GRP仍然是主流，其中GRP因为制作工艺简单因而获得了很多产销规模较小的制造商的青睐。

3.单一供应商策略

目前，大部分新一代8×8重型机场消防车制造商都对整车的各种装车设备实施单一供应商策略（one-source），以保证最优化的匹配性能和更简化的备件保障；一些厂商的车载设备甚至只使用本公司自己的产品。对于诸如高喷延伸臂炮塔（HRET）、机身刺穿探针及喷头、远射程大流量遥控水炮等大型复杂消防设备，各大主流机场消防车也都能提供独家的产品打包作为完整的解决方案。在双发动机时代，大部分制造商都取消了独立的专用水泵驱动发动机，主水泵由单台主发动机通过动力分流装置直接驱动，其流量也增长到了8000～10000L/min的高水平。

4.先进车辆电子

在车辆电子领域，新一代8×8重型机场消防车普遍运用了CAN总线技术，实现各种车载设备的无缝集成、集中控制和故障诊断。各种车载设备的工作状态和健康状况可以通过驾驶室内的大型液晶触摸屏显示器实时监控。新一代机场消防车还引入了很多先进电子设备辅助驾驶和救援，比如全景影像系统、CCD摄像机和红外热像仪等。在可以预见的未来，机场消防车的车载电子设备会越来越复杂和先进。

5.极大地降低了侧翻风险性

大量案例表明，侧翻是机场消防车最常见的事故。据不完全统计，自1977～2002年期间美国共发生了48起有记录的机场消防车侧翻事故，其中27起发生在1995年之后。机场消防车具有高整备质量、高质心高度、高行驶车速的“三高”特性，同时在典型救援任务中涉及急加速、急减速、高速小半径急转弯等可以引起轴荷、惯性力大幅度转移的机动动作，再加上在事故救援过程中救援人员不可避免地紧张心态，极易诱发车辆失稳侧翻。新一代重型机场消防车在设计上除了降低质心、强化底盘侧倾稳定性设计以外，还普遍运用了多种最新的高科技主被动安全措施。主动安全方面，新一代的电子控制制动系统、胎压检测系统、侧倾稳定系统等先进底盘电子技术得到了大规模的应用，可以有效降低机场消防车在赶赴事故现场期间发生事故的风险，一些车型还能提供实时的侧向加速度数据并在加速度达到临界值之前对驾驶员发出警告；而在被动安全方面，除了满足ECE R29法规要求的驾驶室正面冲击和顶压、后围板挤压要求之外，诸如预紧限力安全带、正/侧面安全气囊、头部气帘等很多以前只有轿车才有的约束系统安全配置，目前在新一代机场消防车上也得到了普及。尤其是头部气帘的装备，可以有效地减少侧翻事故对乘员头部的伤害。总之，新一代重型机场消防车的侧翻风险更小、安全性更高，使救援人员可以实现一定程度的无忧操作，将注意力集中在事故救援上面。

（下期待续）

2017-10-01