不惧风雨砥砺前行意思_风雨前行　M1主战坦克AGT-1500燃气轮机发展始末

　　美国第三代主战坦克M1“艾布拉姆斯”的出现，不仅因其生存力较M60坦克有显著的提高而令人瞩目，更由于它第一次采用燃气轮机作动力装置而震撼了全世界。1976年，克莱斯勒公司在与通用汽车公司的竞争中获胜，美国陆军选择了该公司的M1坦克样车，阿维科・莱卡明公司研制的AGT-1500燃气轮机也随之成为世界第一种坦克燃气轮机。
　　不过，几十年来，人们对燃气轮机作为M1坦克动力是否合适的争论却从未停止过。这种争论遍及国际军工企业问、美国国会与美国陆军间、美国国会内部、美国陆军内部、甚至各国发展军用车辆的决策者间……可以说，从1965年陆军投资开始研制以来，AGT-1500燃气轮机始终经历着不平坦的历程，在风雨中坎坷前进。
　　
　　燃气轮机的优势
　　
　　早在20世纪50年代初期，英国和法国就开始军用燃气轮机的研究，据罗尔斯・罗依斯公司的技术人员透露，英国军方当时曾研制1000千瓦的燃气轮机。苏联在60年代开始燃气轮机的装车试验，70年代初期研制的燃气轮机坦克曾在乌克兰哈尔科夫野外试验中心进行试验，但是该项目最终下马了。据报道，当时苏联最新的T-80坦克进行了功率约为1000马力燃气轮机装车试验。日本在70年代也开始了坦克燃气轮机的研制，曾将直升机用的T-53燃气轮机安装在M4A3坦克上进行试验。所有这些，说明燃气轮机具有种种优点，吸引人们把它应用于战斗车辆。但是，它却具有油耗高(特别在部分负荷时)、空气滤清量大、制造成本和使用周期成本高等主要缺点，这些问题是影响燃气轮机在坦克上使用的障碍。
　　1965年，阿维科・莱卡明公司根据美国陆军坦克机动车局的合同开始研制AGT-1500燃气轮机。虽然起步的时间不算早，但美国却成第一个装备燃气轮机坦克的国家。
　　总的来看，燃气轮机具有很多优点，首先是加速性好，有较多的功率作用在主动轮上，因而50多吨的坦克从静止加速到32千米／小时只需要6.1秒，从空载到最大功率也只需要2.5秒，比柴油机快2～3倍，提高了坦克的机动性；其次燃气轮机的功率密度高，一台柴油机约占坦克总重量的4％，而燃气轮机只占2％。从M1坦克样车和“豹”2坦克动力装置的比较可以看出，在同等功率下，燃气轮机的功率重量比为1.36，而柴油机为0.566，燃气轮机体积功率比为0.00073，柴油机则为0.00096。这样，在同等功率条件下，燃气轮机所占体积小，给坦克增加其他装备或燃料创造了条件；第三，使用燃气轮机还能够改善坦克的隐蔽性，它的排气温度低、噪音低、排气干净、热隐蔽性好，机组噪音在车内比柴油机低20％，在车外低55％，这一点在战场上尤其是夜间作战时很重要。另外燃气轮机还具有启动方便、能够使用多种燃料、自身消耗功率低、维护性好、全寿命周期成本低、扭矩特性好等众多优点。
　　
　　MBT70的遗产
　　
　　上世纪60年代中期，美国和联邦德国联合研制MBT70坦克，阿维科・莱卡明公司负责研制AGT-1500燃气轮机作为MBTT0坦克的候选动力装置。后来由于一系列原因，MBT70坦克的计划告吹，但燃气轮机的研制仍继续进行。因为美国面临大量M60坦克更新换代的需要，而且美国又开始第三代主战坦克XM1的研制计划，AGT-1500燃气轮机和AVCR 1360柴油机成为备选动力系统。
　　1973～1976年间，克莱斯勒公司对安装AGT-1500燃气轮机的样车进行了紧张的试验和鉴定，这些试验针对80～90年代的使用要求进行，结果表明，样车在火炮性能、机动性、装甲防护等性能方而，较M60坦克均有较大提高。1976年11月，美国陆军验收了克莱斯勒的坦克样车并与之筏订了XMl主战坦克研制合同，从此AGT-1500燃气轮机就打破了柴油机一统坦克动力的局面。
　　1974年，美国和联邦德国就两国坦克标准化可行性问题签署谅解备忘录，其中规定：美国最终选中的XMl坦克样车要与联邦德国的Ⅱ坦克进行比较性鉴定，以研究这两种坦克的标准化问题。1976年经研究，两国同意对火炮、发动机等一些部件进行标准化，AGT-1500曾被确定为新坦克动力装置。虽然联邦德国最终还是以柴油机为动力，但这一事实至少说明当时参加标准化研究的两国人员对AGT-1500燃气轮机作为坦克动力是肯定的。
　　
　　在风雨中前行
　　
　　我们把视线转回AGT－1500的研制，1978年2月，克莱斯勒向美国陆军交付了11辆样车供其进行试验。在试验中，先后有7辆坦克发生发动机故障，迫使试验暂停，这一事故导致1978年夏天M1坦克的进展严重受挫。经过检修，绝大多数的发动机故障是由于尘土腐蚀(空气吸入系统的故障)和质量控制而引起的，一个故障是因压气机设计不合理而引起。就此问题，阿维科・莱卡明公司对AGT-1500进行了设计修改，主要改进了空气吸入系统的密封结构，防止因密封不良导致尘土腐蚀。
　　1978年，美国参院拨款委员会和众议院拨款委员会又建议美国陆军继续完成AVCR1360柴油机的研制工作，以便以这款柴油机作为AGT-1500燃气轮机的后备发动机。他们认为AGT-1500不是一种经过实际检验的“成熟”的发动机。
　　11辆样车中最先交付的3辆，住布利斯堡试验后退回克莱斯勒公司，经必要的修改调整后，于1979年6月送到诺克斯堡进行补充试验。在诺克斯堡进行补充试验的同时，布利斯堡的第4辆样车在严重的尘土情况下运行了1920千米以上，证实了发动机的空气滤清系统已经得到改善。在诺克斯堡试验后，克莱斯勒公司又作了进一步修改调整，并从1979年11～12月进行了3200千米的运行试验。五角大楼的一个“蓝绶带小组”根据这次试验的结果，于1980年2月宣布M1坦克已经全部达到设计指标。1980年3月，承包商接受352辆坦克的订货。
　　1982年，在解决了阿维科・莱卡明公司发动机生产能力不足的问题后，M1坦克又继续进行试验。这一次，由于坦克不能通过持久性试验，AGT-1500又一次受到了责难。在9600千米持久性试验刚刚开始不久，5辆样车中的3辆就损坏了。据报道，这与发动机的故障与质量控制有关，而且发动机回热器有明显的焊接缺陷。为解决质量控制问题，陆军投资了2.83亿美元改善工厂设备，同时工厂内部生产线也作了适当调整。
　　除了对于AGT-1500燃气轮机自身现存问题的改进，美陆军还投资继续进行燃气发动机的中远期改进规划，主要针对提高燃油经济性和改善空气滤清问题。1974和1975 财政年度，美陆军授权唐纳逊公司和美国空气滤清器公司进行空气滤清系统和燃气轮机应用的燃油范围研究，至1984年，陆续试验并鉴定了新的自净式空气滤清器，并着手研制新型脉冲喷射式空气滤清器；同时，通过1982年进行的燃气轮机试验表明，AGT－1500的燃油经济性提高了40％；对于压气机、涡轮叶片、回热器等发动机零部件，阿维科・菜卡明公司也进行了研究和改进。
　　70年代末期，克莱斯勒公司由于汽车销售降低而濒于破产，为挽救危机，该公司被迫于1982年3月将防务生产分部出售给通用动力公司，此后，M1坦克由通用动力公司地面系统分部进行生产，管理上的改变，对M1坦克生产并未带来影响。
　　1983年4月8－27日，M1坦克成功完成9 600千米持久性运行模拟试验，整个试验过程中没有发生任何故障，每天平均运行20小时。
　　在批量生产初期，由于阿维科莱卡明公司不能交付足够数量的合格发动机满足生产需要，因此陆军提出开辟AGT-1500第二生产源的问题。1982年秋，陆军向工业界发出采购申请，要求在1986～1989年间第二生产源提供1083台燃气轮机，通用汽车公司阿里逊分部、伽莱特公司、通用电气公司等都对此做出了反应，结果选中了伽莱特公司。
　　但是，随着阿维科・莱卡明公司在生产、质量和交货形势方面的全面好转，在1983～1984财政年度，经多次争论后，众议院武装部队委员会又否定了建立AGT-1500第二生产源的方案。因为开辟第二生产源会使燃气轮机的初始成本过高。
　　虽然在此后的国会听证会上，第二生产源的问题也曾多次被提起，但终没有通过。1987年3月末，陆军投资14亿美元与阿维科・莱卡明公司签订合同，购买3229台AGT-1500燃气轮机及备件。M1坦克需要的发动机全部由阿维科・莱卡明公司提供。
　　
　　在应用中不断改进
　　
　　自AGT－1500装备以来，由于燃气轮机固有的缺点，加之设计、工艺上的缺陷以及生产材料、设备供应不及时，使得AGT-1500历经挫折，在美国国内一再遭到否定。而在其他国家，AGT-1500也引起了不同反响。围绕M1坦克应用燃气轮机争论较多的是油耗和成本两个问题。对于燃气轮机和柴油机，只比较单个发动机在试验台上的油耗数据是没有多大意义的，它们在车辆上工作所需要的冷却系统消耗的功率是不同的，所以通过用传递到车辆主动轮上的功率来比较油耗是较合理的。根据相关数据，全负荷时，AGT-1500的油耗较柴油机多30％～60％；部分负荷时，AGT-1500的油耗就大得多了。所以总的来说，燃气轮机驱动的M1坦克的总油耗比柴油机驱动的坦克高一倍，同时AGT-1500的成本也大致是同功率柴油机的两倍。
　　当时，M1坦克除了装备美陆军外，美海军陆战队也要求采购660辆M1坦克，并计划进一步降低油耗，提高可维护性，在车上提供辅助动力装置，同时将燃气轮机改为横置，这样可以节省1.3立方米的空间。这样大小的空间足够储存10枚120毫米炮弹、75加仑燃油或其他辅助系统。但这些改进最终没有进行，虽然海军陆战队依然采购了大量的M1坦克，也只是根据陆战队需要进行了一些不大的改进。AGT-1500燃气轮机的技术发展工作还将涉及在涡轮喷嘴，涡轮叶片和燃烧室上喷涂各种隔热涂层。当时外刊认为，阿维科-莱卡明公司对AGT-1500的继续发展工作似乎给出了一种启示，那就是第二代燃气轮机可能会有较好的燃油经济性。
　　
　　AGT－1500燃气轮机的结构
　　
　　AGT-1500燃气轮机系回热循环、双转子、三轴结构的燃气轮机。滤清的空气经压气机增压后，通过回热器，温度升高到567摄氏度。然后在燃烧室与燃油混合，燃烧后的燃气进入高压压气机涡轮，温度升为1193摄氏度，涡轮叶片利用从压气机引出的空气进行冷却。燃气经过高压压气机涡轮、低压压气机涡轮、动力涡轮膨胀做功后，温度降到590摄氏度。废气在排向大气之前先经过回热器，温度降低到520摄氏度最后从回热器顶部排向车外。动力涡轮的转速为22500转／分钟，通过减速齿轮，转速降到3000转／分钟，然后功率输送到传动装置。
　　该燃气轮机由压气机、压气机涡轮、动力涡轮、燃烧室、回热器、减速齿轮箱、燃油系统、附件传动箱、起动电机等组成。
　　进气 进气系统是保障燃气轮机正常工作的关键，为了避免沙尘的影响，进入轴向进气管道的空气由单级唐纳逊“紧密薄片”惯性分离式滤清器和V-Pac屏障滤清器进行滤清。
　　压气机　采用了相对复杂的高、低压分离结构，由同轴的低压级和高压级组成，高压级的管轴套装在低压级的实心轴上，两则的旋转方向相反，这样可以使得低压压气机和高压压气机分别工作在合适的转速下，提高压气机效率。低压级是5级轴流，高压级是4级轴流和1级离心。空气由离心引导到径向扩压器，压气机的总压比为14.5:1。压气机进口前装有可变进气导向叶片。
　　回热器　为固定式横流热交换器，由液压成形的多层A286不锈钢板焊接而成，外形呈圆柱形。轴向流动的空气与横向流动的废气在回热器中交叉传热进行热交换，60％功率时的回热效率为72％。回热器的中心部分是空的，其中放置了涡轮排气扩压器和减速齿轮箱。如果在战斗中回热器损坏，有1个可旋转的碟形阀可以使增压后的空气不经过回热器而直接进入燃烧室废气则通过1个扩张的通道排向车外。
　　燃烧室 由于坦克发动机舱有严格的尺寸限制，为此采用了尺寸较小的单管、切向涡管形燃烧室。
　　压气机涡轮 由高压级和低压级组成，两者均为一级轴流。高压级涡轮通过套管轴驱动高压压气机，速为43500转／分钟。低压级涡轮通过实心轴驱动低压压气机，转速为33500转／分钟。高压级轮叶片由从压气机引出的一股空气进行冷却，涡轮进口温度为1193摄氏度。
　　动力涡轮 二级轴流，输出转速为22500转／分钟。采用可调喷嘴，以控制动力涡轮的输出功率。叶轮外周有环形圈。为了减振，每隔5个叶片与9个叶片交替地在环形圈上切槽。
　　减速齿轮箱　一级行星齿轮排，由动力涡轮输入的转速为22 500转／分钟，输出转速为3000转／分钟。
　　燃油系统 整体式齿轮泵，液力机械式燃油调速器，带有程序起动和控制动力涡轮速度的电控装置。过热或超音速情况下，电控装置还能使发动机断油，时间仅需50微秒。完全开启动力涡轮的嘴只需100微秒。传统系统的监测装置监测压气机的出口压力，用以精确估计可利用的功率，后调节动力涡轮的扭矩， 使油耗达到最低。
　　起动电机　1个12伏起动电机通过附件传动链起动燃气轮机。备有1个附加驱动座以利用辅助起动器。
　　附件传动箱 由压气机高压级套管轴驱动，驱动全部附件消耗的功率是25.7～73.5千瓦(35～100马力)。
　　
　　并不明朗的未来
　　
　　迄今为止，M1(含M1A1及M1A2)坦克已经生产了8000多辆，T-80坦克产量也超过了5000辆，两种燃气轮机累计工作小时已经超过200万小时，两种坦克在战地和野外的行使里程也达到数千万千米，积累了大量技术数据，使燃气轮机的设计、制造工艺和应用技术不断完善，人们对坦克燃气轮机的认识也逐渐深化。国外现在已经很少讨论燃气轮机与柴油机孰优孰劣，而是探讨哪一型发动机综合性能更好。
　　近年来国外燃气轮机的研究动向可供借鉴，他们从战略战术角度分析如何改善轮机综合性能，以充分发挥坦克在战场上的作用。按照美国陆军原本的计划，随着AGT-1500的不断改进，最终可能会与LV100燃气轮机同时使用。LV100燃气轮机是美国第二代坦克燃气轮机，通用电气公司负责研制，该机研制规划是美国陆军先进的整体式推进系统(A1PS)规划的重要组成部分。通用电气公司发言人称，LV100将避免AGT-1500燃气轮机所带来的问题，根据规定的发展目标，要求LV100燃气轮机的操作成本将降低50％，动力装置体积将减少50％，燃油经济性会大幅提高；其体积也将从7.3立方米减小至3.3立方米，结构布局更加紧凑，采用耐高温材料，涡轮进口温度达到1500摄氏度，是更高水平的燃气轮机，可惜LV-100由于各种原因最终还是下马了。
　　不久前，美国霍尼韦尔国际公司对外宣布，该公司从美国陆军获得了一份价值2，55亿美元约定固定价格合同，为美国陆军M1的AGT-1500升级改进。升级后的AGT-1500将伴随M1服役至2027年，这也就意味着，AGT-1500将一直伴随M1坦克，直到它光荣退役。与此同时，美国AAAV先进两栖突击车和FCS未来战斗系统均使用了MTU柴油机，由此看来，在未来10年内美国陆军和海军陆战队装甲战车的动力系统将会转回到柴油机上。燃气发动机是否会从此退出装甲战车的动力舞台，今后的发展究竟如何，我们将拭目以待。