雙節(jié)全地形履帶車輛發(fā)展探討

馮付勇， 洪萬年， 張 勇

(中國(guó)北方車輛研究所，北京100072)

全地形機(jī)動(dòng)能力是越野車輛主要設(shè)計(jì)目標(biāo)之一，但迄今為止，真正能做到全地形機(jī)動(dòng)的車輛少之又少.一般而言，履帶式車輛由于接地比壓低于輪式車輛等原因，通過性和地面適應(yīng)性強(qiáng)于輪式車輛，但傳統(tǒng)的單節(jié)履帶車輛仍然有很多無法克服的地形和地面，比如沼澤和厚積雪地帶，而鉸接式雙節(jié)履帶車輛由于結(jié)構(gòu)型式等特點(diǎn)能獲得真正的全地形機(jī)動(dòng)能力.

1 發(fā)展?fàn)顩r

最早的雙節(jié)履帶式車輛出現(xiàn)在美國(guó)裝甲車輛裝甲協(xié)會(huì)舉行的《1965～1975年間未來裝甲車輛》設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，獲得第一名的即是由加利福尼亞的福賽特兄弟——羅伯特和約翰設(shè)計(jì)的外形低矮的雙節(jié)坦克［1］.

福賽特兄弟設(shè)計(jì)的雙節(jié)坦克，第一節(jié)車廂布置有主要武器和3名乘員，駕駛員采用仰臥姿勢(shì)駕駛車輛;在第二節(jié)車廂中布置可使用多種燃油的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，有1臺(tái)交流發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)相聯(lián)，該發(fā)電機(jī)為4臺(tái)牽引電機(jī)供電;在后面的車廂中還有4名乘員，其中3名組成坦克支援小組.該坦克的戰(zhàn)斗全重為19.05 t.車載武器有1門可發(fā)射導(dǎo)彈的155 mm滑膛炮、1門20 mm自動(dòng)機(jī)關(guān)炮以及1挺7.62 mm多管機(jī)槍.用76 mm到152 mm厚的由鋼和輕合金制成的裝甲板進(jìn)行裝甲防護(hù).行程儲(chǔ)備為320～480 km，具體行程視道路條件而定.

1982年瑞典研制出了一款試驗(yàn)型雙節(jié)坦克UDESXX20.該車戰(zhàn)斗全重為20 t.裝備有兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī):功率為176 kW的柴油機(jī)和功率為360 kW的燃?xì)廨啓C(jī).兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)均被布置在第二節(jié)車廂中，可保證坦克的單位功率為26.8 kW/t.在第一節(jié)車廂上裝有1門120 mm的滑膛炮.雪地最大行駛速度為60 km/h.由于UDESXX20的試驗(yàn)非常成功，瑞典在此基礎(chǔ)上，又研制出Bv206S和BvS10兩種雙節(jié)輸送車.Bv206系列車輛已經(jīng)生產(chǎn)約11 000輛，全世界有超過40個(gè)國(guó)家在操作使用.Bv206S全地形車非常靈活，同時(shí)有可靠的防護(hù)能力，因此適用范圍非常廣泛，大量用于人員運(yùn)送車、運(yùn)輸車、戰(zhàn)場(chǎng)救護(hù)車、防空導(dǎo)彈車、反坦克導(dǎo)彈車、迫擊炮車、雷達(dá)車、戰(zhàn)地指揮車和救援車，是世界上使用最廣泛的履帶式裝甲全地形車.

俄軍裝備的“勇士”系列履帶式牽引運(yùn)輸車族(為兩棲雙節(jié)履帶式車輛)為保持其突出的運(yùn)輸能力，沒有采取軍用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)，其中，30 t級(jí)的“勇士”車(自重30 t)具備30 t的載重能力.俄軍方稱此型車輛用于極惡劣道路和天氣條件下的物資和人員輸送.該車的發(fā)動(dòng)機(jī)與液力機(jī)械傳動(dòng)裝置一同被布置在第一節(jié)車廂的車體內(nèi).借助于專門的傳動(dòng)裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分功率被傳送至第二節(jié)車廂的履帶.寬度為1.1 m的4條彈性履帶可確保很小的接地壓力(29.4 kPa)，并能與各種路面很好地接合.布置在兩節(jié)車廂連接部位的傳動(dòng)牽引裝置和液壓動(dòng)力缸能夠保證在駕駛艙實(shí)現(xiàn)兩節(jié)車廂相互間大角度的水平向扭轉(zhuǎn)和垂直向錯(cuò)位.因而，該車能夠很好地適應(yīng)起伏地形，并且能夠?qū)崿F(xiàn)陸上和水上的靈活行駛.

新加坡技術(shù)動(dòng)力公司以其經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的“野馬”(Bronco)履帶式全地形運(yùn)輸車為基礎(chǔ)，研制了主動(dòng)鉸接式車輛(AAV)的演示車.AAV主動(dòng)鉸接式車輛概念的開發(fā)始于2003年初，演示車在2003年底進(jìn)行首次跑車試驗(yàn).主動(dòng)鉸接型車輛概念的第一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是可以迅速改變“角色”.利用這種概念，可以把多個(gè)前艙和后艙組合在一起，從而使車輛能夠勝任更多類型的任務(wù).在作戰(zhàn)期間利用這種方便的“插上即可使用”的能力，可以將常規(guī)后勤車輛及部隊(duì)運(yùn)輸車轉(zhuǎn)變?yōu)榇筘?fù)載、多用途和多平臺(tái)的系統(tǒng).這將使鉸接式車輛能夠根據(jù)具體任務(wù)來加以使用，車輛不僅可以擔(dān)負(fù)后勤車輛的角色，而且還可以擔(dān)負(fù)武器平臺(tái)、探測(cè)平臺(tái)和架橋平臺(tái)的角色.

2 技術(shù)特點(diǎn)

雙節(jié)全地形履帶車輛由于自身的特殊結(jié)構(gòu)形式，具有以下主要技術(shù)特點(diǎn).

1)擁有極低的接地比壓.

雙節(jié)全地形履帶車輛的最大特點(diǎn)就是擁有極低的接地比壓(低于40 kPa).在車輛總重相同的情況下，由于雙節(jié)鉸接式履帶車輛擁有超寬的履帶和比單節(jié)車輛長(zhǎng)的多的接地長(zhǎng)，因此其接地比壓要小得多，這就使雙節(jié)鉸接式履帶車輛具有全地形通過能力，即能夠通過雪地、沼澤地、林地、沙漠、丘陵、永凍土等其它車輛難以通過的地帶.

2)能實(shí)現(xiàn)特殊的機(jī)動(dòng)動(dòng)作.

雙節(jié)全地形履帶車輛的第二個(gè)特點(diǎn)是特殊的鉸接裝置帶來俯仰、蛇形扭動(dòng)等單節(jié)履帶車無法完成的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)動(dòng)作，起伏路面上的平順性、跨壕寬、過垂直墻高的指標(biāo)均超過單節(jié)車輛.

雙節(jié)車鉸接機(jī)構(gòu)采用多組液壓油缸實(shí)現(xiàn)鉸接和作動(dòng).當(dāng)車輛在普通連續(xù)起伏路面行駛時(shí)，可以讓鉸接液壓油缸閉鎖，前后車廂形成剛性整體，此時(shí)若路面起伏波長(zhǎng)小于前后節(jié)總長(zhǎng)的一半(3～4 m)，車輛基本可以以自身最大速度通過這些路段，同時(shí)產(chǎn)生較小的顛簸，這對(duì)單節(jié)履帶車輛來說是很難實(shí)現(xiàn)的.當(dāng)然，這一特性還讓雙節(jié)車輛擁有很大的跨壕寬度.另外，當(dāng)通過液壓油缸的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)車輛的俯仰動(dòng)作時(shí)，車輛過垂直墻的能力也遠(yuǎn)超單節(jié)車輛.

3)布置靈活，有效空間利用率高.

雙節(jié)全地形履帶車輛的總體布置方案，隨動(dòng)力裝置的數(shù)量、型號(hào)、布置位置、功率及其它參數(shù)的不同而有很大差別.一種布置方案是只有一套動(dòng)力裝置，即將動(dòng)力裝置布置在第一節(jié)或第二節(jié)車廂，在這種情況下，無論發(fā)動(dòng)機(jī)在那一節(jié)車廂，都將其部分功率傳送至另一節(jié)車廂的履帶.顯然，沒布置動(dòng)力裝置的那節(jié)車廂近乎所有空間都是有效利用空間.

另一種布置方案是，每節(jié)車廂都裝備各自的動(dòng)力裝置，其功率視需要而定.這種方案，一方面提高了坦克的生存能力，因?yàn)椴徽撃呐_(tái)動(dòng)力裝置因何原因受損都不會(huì)使車輛喪失行動(dòng)能力;另一方面，必要時(shí)可以將兩節(jié)車廂分開，使每一節(jié)車廂都能獨(dú)立行動(dòng).此時(shí)，存在主輔動(dòng)力裝置之分.在正常行駛時(shí)，主機(jī)驅(qū)動(dòng)前后兩節(jié)車廂，輔機(jī)可以用來發(fā)電和實(shí)現(xiàn)其他特殊功能.當(dāng)斷開鉸接裝置時(shí)，輔機(jī)也能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)本節(jié)車廂緩慢運(yùn)動(dòng)，不至于完全喪失機(jī)動(dòng)能力.

無論哪種布置方案，車內(nèi)空間大都是雙節(jié)鉸接式履帶車輛的優(yōu)點(diǎn).對(duì)于軍用車輛來說，車內(nèi)空間大可優(yōu)化武器、設(shè)備、乘員及總體布置.面對(duì)日益增強(qiáng)的空中威脅，履帶式鉸接車輛甚至擁有足夠的空間來裝備防空武器及彈藥，這對(duì)于單節(jié)車輛來說，是很難做到的.

4)轉(zhuǎn)向靈活性稍差.

雙節(jié)全地形履帶車輛的第四個(gè)特點(diǎn)是轉(zhuǎn)向靈活性稍差，這也是其不足之處.

首先，由于雙節(jié)全地形履帶車輛的履帶接地長(zhǎng)與履帶中心距之比(L/B)相對(duì)單節(jié)履帶車輛要大，致使其轉(zhuǎn)向靈活性不足.另外，當(dāng)利用鉸接裝置采用扭腰轉(zhuǎn)向時(shí)，雙節(jié)履帶車的轉(zhuǎn)向能力取決于鉸接裝置中傳動(dòng)軸可偏轉(zhuǎn)角度和前后車體間能扭轉(zhuǎn)的角度，這兩個(gè)角度中的最小值決定雙節(jié)車輛的最小轉(zhuǎn)向半徑.不管是鉸接裝置中傳動(dòng)軸可偏轉(zhuǎn)角度，還是前后車體間可扭轉(zhuǎn)角度，由于結(jié)構(gòu)尺寸等因素相對(duì)于單節(jié)車輛轉(zhuǎn)向角度均要小.

其次，不管是一套動(dòng)力系統(tǒng)、還是兩節(jié)各自都有動(dòng)力，雙節(jié)鉸接式履帶車輛都無法實(shí)現(xiàn)原位轉(zhuǎn)向功能.

當(dāng)然，如果傳動(dòng)裝置也采用綜合變速箱，保留單節(jié)車輛傳動(dòng)系左右履帶差速功能，再加上扭腰轉(zhuǎn)向，此時(shí)，雙節(jié)坦克的轉(zhuǎn)向形式既可以是運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向，也可以是動(dòng)力轉(zhuǎn)向.雙節(jié)履帶車輛能夠強(qiáng)制“形成”兩節(jié)車廂相互間大角度的水平方向扭轉(zhuǎn)和垂直方向錯(cuò)位，因而減小了轉(zhuǎn)向半徑，其轉(zhuǎn)向性能也能得到一定彌補(bǔ).

5)防護(hù)性能稍弱.

雙節(jié)全地形履帶車輛的第五個(gè)特點(diǎn)是頂部、底部和側(cè)面車體的表面積較大，對(duì)防護(hù)而言是一個(gè)較大的缺點(diǎn).這些部位的車體，一方面就其厚度來說是最為薄弱的防護(hù)環(huán)節(jié)，另一方面又是各類武器集中攻擊的部位.但如果加裝爆炸式反應(yīng)裝甲和主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的話，這一缺陷多多少少是可以彌補(bǔ)的.而且，與其它戰(zhàn)車不同的是，履帶式鉸接車輛的車體內(nèi)有足夠的空間可以用來布置輔助防御系統(tǒng)的電子系統(tǒng).總之，任何車型都有其優(yōu)缺點(diǎn)，關(guān)鍵是看需要其完成何種任務(wù)，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)作何種取舍.

3 關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)雙節(jié)全地形履帶車輛自身所具有的獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，應(yīng)著重解決以下關(guān)鍵技術(shù):

1)鉸接裝置與轉(zhuǎn)向液壓控制系統(tǒng).

雙節(jié)履帶車輛采用的是扭腰轉(zhuǎn)向技術(shù)，而不用單節(jié)車輛的差速轉(zhuǎn)向技術(shù).這在給車輛的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)帶來巨大的便利的同時(shí)，也要求多設(shè)計(jì)一套復(fù)雜的鉸接裝置及控制系統(tǒng)，以保障其轉(zhuǎn)向功能的實(shí)現(xiàn).

雙節(jié)車輛的轉(zhuǎn)向應(yīng)做到一節(jié)車廂相對(duì)于另一節(jié)車廂必須能夠在橫向-縱向、垂直向-縱向具有一定的自由位移，這個(gè)位移是靠鉸接裝置和液壓控制系統(tǒng)主動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)還要依靠它們實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能和對(duì)轉(zhuǎn)向角度的精確控制，以保證車輛的操縱靈活性和通過性，這對(duì)鉸接裝置設(shè)計(jì)提出了較高的設(shè)計(jì)要求.此外，該鉸接裝置還必須能實(shí)現(xiàn)前后節(jié)間動(dòng)力的傳遞，這是另一個(gè)設(shè)計(jì)要求.

2)車輛的輕量化和防護(hù)技術(shù).

如前所述，雙節(jié)車輛不可避免的具有車輛外廓尺寸長(zhǎng)，頂部、底部和側(cè)面表面積大，再加上需要保證相應(yīng)的剛強(qiáng)度、防護(hù)性能要求，必然帶來車輛重量的增加，正好與接地比壓低、全地形通過性好所要求的車輛重量輕相矛盾.因此，如何保證車輛在具有合理重量的前提下，具有符合要求的接地比壓、全地形通過能力和良好的防護(hù)性能，就成為雙節(jié)履帶式車輛的關(guān)鍵技術(shù)之一.此項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)只能在結(jié)構(gòu)和材料方面解決，尤其是新材料技術(shù)在近年來的迅猛發(fā)展，比如鈦合金、復(fù)合材料等為解決此矛盾提供了突破口，應(yīng)該是我們積極關(guān)注的方向.

3)高速橡膠履帶與懸掛裝置.

為保證高的全地形通過性和良好的機(jī)動(dòng)性，雙節(jié)全地形履帶車輛應(yīng)裝備特殊結(jié)構(gòu)的行動(dòng)裝置.首先，行動(dòng)裝置應(yīng)具有足夠大的負(fù)重輪動(dòng)行程，并能夠根據(jù)行駛環(huán)境來調(diào)節(jié)車底距地高.其次，懸掛裝置的彈性元件應(yīng)具有很強(qiáng)的減振能力，在車輛以較高的平均速度行駛時(shí)能保證所要求的行駛平順性.另外，為保證車輛實(shí)現(xiàn)高速行駛和全地形通過能力，要求履帶最好是高速橡膠履帶，同時(shí)具有較好的韌性和較高的強(qiáng)度;為減小維修保障難度，還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)四條履帶的便捷整體更換和互換.符合上述要求的橡膠履帶目前還處于起步階段，其強(qiáng)度和可靠性還較差，需進(jìn)一步改善和提高.

4 用途分析

我國(guó)國(guó)土遼闊、地形地貌復(fù)雜多樣，尤其山地面積占國(guó)土面積的四分之三.西藏、新疆等地有較多的高山積雪地區(qū)，基本沒有適用的運(yùn)輸設(shè)備和機(jī)動(dòng)平臺(tái).所需物質(zhì)大多靠人力步行和畜力運(yùn)輸物質(zhì)裝備，個(gè)別緊急設(shè)備靠空運(yùn)和空投來滿足要求.

現(xiàn)有的輪式和履帶式機(jī)動(dòng)平臺(tái)，由于接地比壓大多在60 kPa以上，無法在積雪、沼澤、亂泥地帶通行，有著較多的任務(wù)局限性.而鉸接式全地形車擁有獨(dú)特的四履帶全驅(qū)的全新行走機(jī)構(gòu)、接地比壓能控制在40 kPa左右，完全擁有積雪、沼澤等特殊地帶通行能力.同時(shí)鉸接式全地形車由于獨(dú)特的鉸接裝置和扭腰轉(zhuǎn)向特性，除具備通過能力強(qiáng)、越障高、跨壕寬、爬坡度大、載重大等優(yōu)點(diǎn)，并且還可以實(shí)現(xiàn)俯仰、蛇形扭動(dòng)等單節(jié)履帶車無法完成的動(dòng)作，斷開后還能滿足空運(yùn)空投的需求.鉸接式全地形車符合和滿足高山、雪地、沼澤等特殊地形下的各種使用需要.

雙節(jié)履帶車輛除可用于非戰(zhàn)斗行動(dòng)(當(dāng)作特殊地形的專用運(yùn)輸工具)外，經(jīng)適當(dāng)改進(jìn)也可用于低強(qiáng)度戰(zhàn)斗行動(dòng)，即根據(jù)用戶的特殊要求進(jìn)行變形設(shè)計(jì)來滿足不同的需求，如挖掘、吊重、推土、消淤、消防、醫(yī)療、消防、供電、焊接維修乃至低強(qiáng)度作戰(zhàn)等特種功能，可以用做人員運(yùn)送車、運(yùn)輸車、救護(hù)車、指揮車、維修車和救援車等各種類型的車輛.

5 結(jié)束語

由以上各方面分析不難看出雙節(jié)全地形履帶車輛在部分機(jī)動(dòng)性能，尤其全地形通過能力、可用空間等方面確實(shí)擁有單節(jié)車輛無法比擬的優(yōu)勢(shì).開展雙節(jié)全地形履帶車輛的研制，對(duì)完善和補(bǔ)充車輛型譜、提高特殊地形下的機(jī)動(dòng)能力具有重要的意義.

［1］ Алексей Смепанов，Рем улонов，О ДВУХЗВЕННЫЙ ТАНКАХ И ТЯЖЕЛЫХ БОЕВЫХ МАШИНАХ ПЕХОТЫ，ТЕХНИКА И ВООРУЖЕНИЕ［J］. Сентябрь 2003г，Русский.