燃气轮机对装甲车辆牵引性计算与分析

于洪雨

摘 要：本文首先对燃气轮机在国内外坦克上的应用现状进行分析，而后以我国某型号坦克为研究平台，将其动力装置改装俄罗斯ГТД-1250燃气轮机，并对其进行结构匹配和动力性分析，结果表明燃气轮机应用在国产坦克上是可行的。

关键词：燃气轮机;坦克;动力性

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

0 引言

燃气轮机是以连续流动的气体作为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，燃气轮机结构主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，具体的结构形式分为单轴、双轴、三轴等，车用燃气轮机多采用双轴和三轴结构，图1为三轴燃气轮机结构方案图。

1 燃气轮机作为我国坦克动力装置的性能分析与计算

1.1 燃气轮机外特性与改装坦克动力舱布置分析

ГТД-1250燃气轮机外特性输出轴转速功率曲线见图2。由图可见在燃气轮机输出轴转速为65%～100%时，功率近似相等（略有凸起）。图3为燃气轮机外特性输出轴转速燃油消耗率曲线。由图可见同样输出轴转速为65%～100%的区间内近似看做等油耗区。以上两点是燃气轮机优于柴油机输出特性之处。图4为燃气轮机+15°时的扭矩特性曲线。

1.2 牵引特性分析

传动箱通过行星变速机构实现变速，发动机动力通过弹性联轴器、前传动输入，一路功率流（直驶流）经液力变矩器，从涡轮轴传至行星变速机构，再经主轴传至两侧汇流排齿圈;另一路功率流（转向流）由前传动分别传至两侧汇流排太阳轮。直驶时，零轴制动，主轴动力经汇流排框架输出至两侧侧减速器及主动轮。液力变矩器闭锁时，传动箱为机械传动工况，此时的传动箱传动效率最高。

坦克Ⅰ传动比计算公式：

其中，ic为传动箱传动比，ij为侧减速器传动比。

其中，iq为前传动传动比，ib为行星变速机构传动比，ih为传动箱汇流行星排传动比。

坦克的传动效率为动力装置效率、传动装置效率和行动装置效率乘积。

坦克的理论车速就是指接地段无滑转、滑移时履带的相对速度。

式中：rz为主动轮半径，ne为发动机输出轴转速，ic为坦克总的传动比。

发动机在外特性工况下，坦克以不同排挡行驶时，计算牵引力Fj和坦克车速v之间的关系，称之为牵引特性。牵引特性可以评价坦克不同排挡时的牵引力、车速以及克服的行驶阻力。

式中，Te为发动机输出轴扭矩。

计算牵引力Fj和空气阻力Fk之差与坦克战斗全重G之比叫做动力因数，以D表示。动力因数能评价、比较不同车重坦克的动力性。

根据以上公式可以画出坦克Ⅰ的动力特性曲线，如图5所示。

1.3 燃油消耗量分析

燃气轮机的比油耗be为其发出每kW有效功率时每小时所消耗的燃油量，單位g/kW?h。燃气轮机运转一个小时所消耗的燃油量，称之为小时燃油消耗量。用GT表示，单位kg/h。

式中：Pe发动机的输出功率。

燃气轮机的燃油消耗量可以用以下公式计算：

式中：v为坦克的速度，ρ为燃油的密度，图6显示了坦克Ⅰ的燃油消耗量。

由于ГТД-1250燃气轮机燃油消耗为306g/kW?h，由于没有采用回热装置，故比油耗高于同等功率的柴油机。但是伴随着回热器的采用和叶片机械的发展，坦克燃气轮机的燃油消耗率已经达到当前柴油机的水平。比如ГТД-1500燃气轮机的燃油消耗率就比ГТД-1250燃气轮机小得多。

2 总结

通过对燃气轮机应用在我国坦克上的计算与分析得出，燃气轮机坦克具有良好的扭矩特性，其扭矩储备系数值为1.5～2.2，而一般增压柴油机为1.05～1.15。因此，在车辆的行驶工况下，与柴油机相比，燃气轮机能给车辆主动轮提供更高的扭矩值，从而提高坦克的加速性和平均行驶速度，并减少换挡的次数及功率损失。燃气轮机与综合传动箱匹配得出的动力特性曲线在很大程度上接近理想的动力特性曲线，使得坦克在行驶换挡的冲击较小，换挡的速度间断性大大降低。并且也可以减少液力工况的使用，可以提高坦克功率的传递效率。

但是，燃气轮机坦克也有一些不足。燃气轮机的燃油消耗率较大，但是通过采用回热装置大大减小燃油的消耗量。并且燃气轮机对于空气的流量要求很大，大约为柴油机的两倍，较大的空气消耗量影响车辆动力舱顶甲板的开窗尺寸，直接影响着车辆顶部的防护能力。

未来的主战坦克，要求更高的战场生存能力，因此，需要进一步减少坦克外形尺寸，并且采用火力更强的电磁炮、电热炮。这些对于发动机的尺寸和功率就提出了更高的要求;因此，燃气轮机的优势就显得更加的突出。

参考文献：

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[2]张钧享等.高机动性运载车辆动力系统[M].北京：中国科学技术出版社，2000（02）.

[3]毕小平，王普凯.坦克动力-传动装置性能匹配与优化[M].北京：国防工业出版社，2004（11）.

作者简介：于洪雨（1988-），男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向：车辆工程。