坦克发动机的方方面面(上)

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人们常说：坦克发动机是“坦克的心脏”。这个比喻很恰当，也很形象。坦克发动机经历了怎样的发展历程?为什么坦克柴油机能够长盛不衰?柴油的标号和汽油的标号有什么不同?为什么要用摩托小时来衡量坦克的寿命?坦克发动机的空气滤清器有什么特点?冬季起动难在什么地方?夏天发动机容易过热又是怎么一回事?本文试图用较浅显的语言来回答这些问题。

发动机是个“能量转换器”

发动机是什么?不同的人可能给出不同的答案。在我们看来，发动机实质上是一个“能量转换器”。你看!它把燃油中蕴藏的化学能通过燃烧转化为热能，再通过燃气的膨胀做功推动活塞上下运动一曲轴的旋转一变速箱中齿轮的旋转一主动轮旋转一履带绕转一坦克前进。不用说，后面这几个过程便是机械能之间的转换了。在发动机这个“魔盒”中，通过一系列约束条件，完成了“化学能一热能一直线运动机械能一旋转运动机械能”的转变。

这个“能量转换器”是伟大的。没有发动机，便没有汽车，没有坦克，没有飞机，没有舰船，没有火车，没有拖拉机……一句话，就没有人类的现代文明。

常常有人说，现代战争多是为了争夺石油的战争。有一定的道理。可是，若是没有发动机，你要那黑糊糊的石油又有何用?从战争的角度讲，如果没有石油和发动机，即使有了热兵器，最多也只能是步枪、马刀、弓箭等称雄疆场。从这个意义上讲，有了发动机，才使战争进入了机械化战争的新时代。

发动机有许多种，本文介绍的是最主要的一种发动机――内燃机，特别是坦克用的内燃机。除特别注明外，我们所说的坦克发动机，均为坦克用的内燃机。

发动机能量的“三分天下”

从“能量转换器”的角度讲，燃油燃烧的化学能转变成发动机对外做功的机械能，大体上是“三分天下”，即：①、冷却水(对水冷式而言)或散热片(对气冷式而言)带走的热量，大约占三分之一；②、发动机排出废气带走的热量，同样大约占三分之一；③、转化为做有用功的能量，大约占到25％～30％的样子。此外，还有不到5％的热量为：通过发动机的汽缸壁等以传热的方式散出的能量；以噪声的声能的形式发出的能量，或者是燃料燃烧不完全所损失的能量。不难看出，超过三分之二的燃油能量都白白浪费掉了，甚是可惜。不过，在热力机械中，还算是热效率比较高的了，像老式火车用的烧煤的蒸汽机(注意!为外燃机)，热效率只有7％～8％，煤灰、粉尘、大烟囱里冒着黑烟和白汽……除了热效率极低外，还是名副其实的污染大户。像这种蒸汽机车火车头，50岁以上的人可能还记忆犹新，40岁以下的人们恐怕拿它当“老古董”了。

为了提高发动机的能量转换效率，科学家和工程师们绞尽了脑汁，发展了许多发动机的新技术，如发动机增压和超高增压技术、旁通补燃技术、绝热材料发动机技术、废气利用技术等，使发动机的热效率提高了一大截，但是，再往上提高的难度相当大。随着低碳时代的即将来临，人们必定会使发动机的热效率提高再提高，哪怕再提高5％～10％也是好的。

坦克发动机发展“三部曲”

人们常说，坦克发动机的发展经历了三个阶段，形象点说，就是坦克发动机发展的“三部曲”――序曲：汽油机化；主旋律：柴油机化；高潮：柴燃争雄。让我们简要地回顾一下坦克发动机发展这三个阶段吧!

在坦克诞生之初，坦克上的动力装置为选用现成的民用汽油机，不仅个头大，功率也极低。不过，它毕竟使坦克有了强大的动力，成为“下山的猛虎”。20世纪20年代后期，一些国家开始研制专用的坦克发动机，使得坦克用的汽油机体积更加紧凑，功率更加提高。这期间，虽然有的国家曾试制过装蒸汽机的坦克，但仅停留在样车研制阶段，汽机油成了绝对主流的坦克动力装置。随着坦克在战争中的大量应用，汽油容易着火的弊端暴露无遗，有时候，即使是一颗机枪子弹射穿汽油箱，立马会使坦克变成一片火海，坦克乘员很难逃生。残酷的血的教训，使坦克设计师们把目标转向安全性较高的柴油机上。

20世纪30年代初期，苏联、日本、波兰等国先后设计出坦克用的柴油机。其中最成功的当属苏联设计的V-2坦克高速柴油机，装在著名的T-34坦克上。不过，在二战期间，占主流的坦克动力装置还是汽油机。二战过后至50年代，各国坦克动力装置的主要趋势是柴油机化。到了60年代后期，坦克动力装置已经全部柴油机化。柴油机的燃油消耗率比汽油机低29％～30％，相同的燃料容积，可使坦克的储备行程更大，再加上柴油的运输、储存和使用的安全性高，火灾的危险性小，使得柴油机代替汽油机，成为历史的必然。时至今日，坦克的动力装置，“唱主角”的仍然是柴油机，这是很耐人寻味的事。

随着坦克柴油机的转速越来越高，作往复运动的活塞一连杆机构的惯性力也越来越大，再进一步提高单位体积功率的难度同样也越来越大。在这种情况下，坦克发动机的设计师们敏锐地将目光投向燃气轮机。燃气轮机，可以说是“结构复杂、材料高级、但原理简单”的内燃机。其能量转换方式为，燃料燃烧的热能膨胀做功，推动涡轮的叶片高速旋转，转换为旋转机械能。由于燃气轮机的工作温度极高，要采用高级的耐热合金材料，各机件只有旋转运动，没有往复运动，故可使动力涡轮达到极高的转速(22000转／分钟以上)，输出的功率相当高。燃气轮机的突出优点是功率密度大(体积小、重量轻)、加速性和扭矩特性好、冷起动能力强、维修性好、可采用多种燃料。它的突出缺点是“费油”和“费气”。所谓“费油”，用一句行话说，就是燃油经济性差，形象点说，燃气轮机是一只“油老虎”。尽管现代的坦克用燃气轮机的燃油消耗率已经大大降低，但仍然要比发展一个世纪多的、技术成熟的柴油机的燃油消耗率要高一些；所谓“费气”，用一句行话说，就是其空气过量系数a比柴油机的要高得多，所需的空气滤清器的体积自然也要大得多，这样就部分抵消了燃气轮机体积小的优势。正因为如此，尽管“燃柴争雄”已有三十年的光景，但至今仅有美国的M1主战坦克和苏联／俄罗斯的T-80主战坦克上装上了燃气轮机。燃气轮机仍然没有撼动柴油机为坦克动力装置的主导地位。不过，坦克用柴油机的潜力似乎已经挖掘殆尽。我们可以大胆地预计，再过一二十年，坦克的动力装置将是燃气轮机和柴油机“争奇斗妍，平起平坐”的局面；再之后，燃气轮机将逐渐占据坦克动力装置的主流地位。

坦克发动机和奥林匹克精神

坦克发动机和奥林匹克精神，似乎是风马牛不相及的两件事。但是，坦克发动机的发展趋势，竟然和奥林匹克精神有着惊人的相似性。奥林匹克精神是“更高、更快、更强”，

而坦克发动机的发展历程和发展趋势同样是“更高、更快、更强”。

坦克发动机的“更高”表现在：发动机发出的功率更高，单位体积功率更高，增压比也更高。早期的英国I型过顶履带式坦克上，一辆28吨重的坦克只用150马力的汽油机，单位功率只有5.36马力／吨，只相当于当今先进的主战坦克的单位功率的五分之一!难怪I型坦克的最大速度只有6千米／小时，跟牛车差不多。今天，主战坦克的吨位比起I型坦克来也就提高了一倍多一点，但发动机的功率却提高了10倍!达到l 500马力，这才使60吨级的主战坦克能以超过50千米／小时的高速度在荒野上疾驶如飞。单位体积功率是一个综合指标，它的数值越高，表明发动机越强劲。早期坦克上用的发动机的单位体积功率不到100马力／立方米，而当代先进的坦克发动机已达到1300马力／立方米以上，提高了10多倍。至于增压技术，早期的坦克上的发动机没有采用增压技术，如今，增压技术已是非常成熟的技术，增压比不断提高，法国的“勒克莱尔”坦克上的发动机采用了超高增压技术，增压比更是达到了惊人的7.5!打一个形象一点的比喻，增压，好比是“让一个人吃几个人的饭，干几个人的话”，技术上是很先进的；而且，增压方式中以涡轮增压器为主，充分利用了废气能量，提高了发动机的热能利用率。当代先进的主战坦克上的柴油机体积只有1.1立方米，而同样发出1500马力的民用柴油机足足要占用一个小房间，二者的体积相差10多倍!说明坦克发动机的强化程度相当高。

坦克发动机的“更快”表现在：发动机的转速更快。早期坦克上用的发动机，最高转速也就是1000转／分钟多一点，而现代的坦克装甲车辆上用的汽油机转速在4000转／分钟以上；坦克柴油机的最高转速也在2600转／分钟以上。转速越高，意味着单位时间内发出的功率越高。

坦克发动机的“更强”表现在：发动机更强劲，更结实，寿命更长。就拿发动机的寿命来说吧!发动机的寿命以大修间隔期来衡量。二战期间，坦克发动机的寿命也就是400-500摩托小时的样子。现在，坦克发动机的寿命已经提高到1000摩托小时以上，提高了一倍多，相当于一台发动机顶两台发动机用。顺便说一句，坦克的大修期也往往拿摩托小时来计算。这正好说明坦克发动机的重要性。发动机要大修，坦克也就“趴窝”了。

当然，坦克发动机“更高、更快、更强”的结果，是其价格的“更高”。一台坦克发动机的出厂价格超过100万元已不稀罕。(未完待续)