航空電源車動力傳輸系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展

朱逸天，趙徐成，王旭昆，凌 軍

（1．空軍勤務(wù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000；2.沈空裝備部航材處，遼寧 沈陽 110000）

電源車動力傳輸系統(tǒng)是將電源車發(fā)動機(jī)輸出動力傳遞給發(fā)電機(jī)實現(xiàn)電源車發(fā)電功能的動力銜接與傳遞系統(tǒng)。世界各主要軍事強(qiáng)國、航空大國都針對本國飛機(jī)用電需求與航空地面電源保障模式，因地制宜的開發(fā)了種類繁多的航空地面電源裝備，其動力供給模式及動力傳輸技術(shù)也都有各自的特點(diǎn)。由于以往飛機(jī)用電需求、環(huán)境適應(yīng)性需求、作戰(zhàn)保障性需求預(yù)估較為保守等多方面原因，各國對電源車動力傳輸系統(tǒng)的研究也一直處于邊緣的地位，本文主要對美軍、俄軍與我軍的研究現(xiàn)狀做對比分析研究，以期從中得出未來航空電源車動力及其傳輸模式的發(fā)展方向。

1 外軍研究現(xiàn)狀

1.1 美軍研究現(xiàn)狀

美國國內(nèi)并沒有高海拔空軍基地，近年來的海外軍事行動也沒有將野戰(zhàn)基地建立在高海拔地區(qū)的需求，因此目前美軍并沒有針對高原環(huán)境對航空地面電源裝備進(jìn)行系統(tǒng)的研究。美軍航空地面電源保障采用定點(diǎn)保障模式[1]，對裝備機(jī)動性沒有特殊要求，其多代GPU地面電源都沒有對裝備的機(jī)動性進(jìn)行專門設(shè)計；電源車大都是沒有機(jī)動行駛功能的拖車；少量針對特殊作戰(zhàn)需求而生產(chǎn)的自行式電源車數(shù)量少、功率低、保障功能簡單。由阿姆斯特朗后勤研究實驗室（AL/HRG）最新推出的MASS系統(tǒng)為目前美軍應(yīng)用較多的地面保障裝備。

MASS模塊化保障裝備的布局體現(xiàn)了動力集成設(shè)計思想。多種功能模塊的保障功能都是在一臺柴油發(fā)電機(jī)通用電能動力模塊（如圖1所示）的動力支持下，采用動力分時使用的模式實現(xiàn)的。各功能模塊與動力模塊之間以電能的方式進(jìn)行動力傳輸，其電源保障功能亦是由該模塊與航空電力轉(zhuǎn)換模塊（如圖2所示）聯(lián)合實現(xiàn)。

圖1 MASS系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組通用電能動力模塊圖

圖2 MASS系統(tǒng)航空電力轉(zhuǎn)換模塊圖

MASS系統(tǒng)的設(shè)計主要有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：

（1）MASS系統(tǒng)的動力集成設(shè)計將多種傳統(tǒng)航空地面保障功能模塊動力源集成為一體，大大提高了保障裝備的可靠性與可維修性[2]；

（2）獨(dú)立電力轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計使裝備對未來新型戰(zhàn)機(jī)用電新要求具有較高性能升級與延展的可塑性；

（3）基于動力集成的裝備模塊化設(shè)計大幅降低了保障裝備體積與重量，方便運(yùn)輸，提高了裝備展開性與靈活性[3]。

MASS系統(tǒng)針對不同軍種及其飛機(jī)機(jī)型研制了不同功能的模塊組合拖車作為載體，而拖車自身并不帶動力，因此這種設(shè)計有以下兩個缺陷：

一是，提高裝備投送與展開能力的同時，犧牲了裝備的越野機(jī)動能力；

二是，該系統(tǒng)以交流電進(jìn)行動力傳輸，使交流供電品質(zhì)受污染較重，供電品質(zhì)提升受動力源限制較大。

1.2 俄軍研究現(xiàn)狀

俄羅斯飛行保障模式與我軍相近。在長期的戰(zhàn)備競爭與局部戰(zhàn)爭背景下，其電源車歷來強(qiáng)調(diào)高機(jī)動性與高戰(zhàn)場防護(hù)能力以應(yīng)對突發(fā)的機(jī)動伴隨與轉(zhuǎn)場保障需求[4]。我軍在引入俄制三代戰(zhàn)機(jī)的前期，配套訂購了其地面電源保障車輛。主要有АПА-5Ⅱ綜合型電源車與АПА-35-2М直流型電源車。

АПА-5Ⅱ型電源車采用了動力集成的設(shè)計。該裝備以底盤發(fā)動機(jī)作為發(fā)電機(jī)動力源；采用直軸齒輪傳動作為動力傳輸方式；在動力輸出軸上剛性串聯(lián)交流與直流兩臺獨(dú)立發(fā)電機(jī)以實現(xiàn)交、直流雙流發(fā)電。

該裝備動力傳輸系統(tǒng)依靠剛性硬接觸構(gòu)件進(jìn)行傳動，具有較高的傳動準(zhǔn)確性與傳動效率，但是大載荷下的剛性動力傳輸系統(tǒng)承受了極高的應(yīng)力作用。該裝備的動力傳輸系統(tǒng)在實際使用過程中暴露出了以下缺陷：

（1）采用配合精度要求高的直軸齒輪傳動方式，容錯能力較低，曾出現(xiàn)斷軸事故；

（2）齒輪潤滑油工作溫度超過80℃，對潤滑油壽命影響較大，易造成齒輪磨損、失效；

（3）動力傳輸系統(tǒng)重量大，整車重量達(dá)到了11噸，在一定程度上影響了裝備的機(jī)動越野性。

2 我軍研究現(xiàn)狀

目前我軍尚無對電源車動力傳輸系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的專門性研究的先例，航空地面電源裝備的升級換代也主要針對飛機(jī)用電需求對電氣系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究。一般情況下，柴油機(jī)帶動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電的工況，較多采用軸傳動、皮帶傳動、齒輪傳動等常規(guī)傳動技術(shù)，簡單可靠地實現(xiàn)柴油機(jī)與發(fā)電機(jī)的動力銜接。

我軍現(xiàn)役電源車，都是采用獨(dú)立柴油機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，傳動空間及工作環(huán)境對動力傳輸沒有特殊要求，加上計算機(jī)信息技術(shù)在四站裝備設(shè)計研制過程中，特別是有成熟標(biāo)準(zhǔn)可以依據(jù)的機(jī)械設(shè)計中應(yīng)用較少，我軍對電源車動力傳輸系統(tǒng)的研究與設(shè)計并沒有形成系統(tǒng)的技術(shù)思路。

在我軍航空電源車發(fā)展的歷史上已有動力集成設(shè)計的先例，如上世紀(jì)60-70年代研制的某型電源車。受早期國家工業(yè)技術(shù)不發(fā)達(dá)等條件的限制，裝備制造技術(shù)水平難以支撐動力集成設(shè)計技術(shù)方案，導(dǎo)致早期我軍采用動力集成框架結(jié)構(gòu)的電源車可靠性與保障性能都較低。因此該型電源車并未批量生產(chǎn)，主要是由于其采用的底盤功率過低，動力源品質(zhì)不高，不能兼顧行車與發(fā)電，供電品質(zhì)存在嚴(yán)重問題。隨著我軍新型戰(zhàn)機(jī)的陸續(xù)裝備部隊，這種電源車難以適應(yīng)日益提高的保障需求，因此現(xiàn)役電源車主要改用獨(dú)立柴油機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的非動力集成模式。

目前我軍電源車動力及其傳輸系統(tǒng)的設(shè)計，主要存在以下幾個方面的問題：

（1）動力分散導(dǎo)致裝備底盤過載、可靠性低、可維修性差；

（2）采用剛性連接傳動方式噪音大、容錯能力弱、可靠性低；

（3）采用普通柔性皮帶傳動方式滑移率高、易打滑，影響交流電頻率穩(wěn)定性[5]；

（4）沒有針對高原環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)研究與設(shè)計，難以適應(yīng)高原保障需求。

3 外軍研究對我軍的啟示

通過對美軍、俄軍以及我軍現(xiàn)役主力航空電源車動力傳輸系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)的對比分析，可以看出：

（1）美軍MASS系統(tǒng)依據(jù)其保障模式需求，在追求裝備可靠性與可維修性、性能升級與延展的可塑性、裝備展開性與靈活性、提高裝備投送與展開能力的同時，犧牲了裝備的越野機(jī)動能力并限制了供電品質(zhì)的提升。與我軍保障模式的兼容性低，更不能解決我軍航空地面電源高原保障暴露出的機(jī)動越野性差的問題。

（2）俄軍АПА-5Д型電源車動力集成發(fā)電的框架設(shè)計對我軍高原電源車的設(shè)計具有較高的參考價值，該型裝備應(yīng)用動力集成發(fā)電的設(shè)計思路降低了裝備重量，提高了裝備機(jī)動性的同時，對裝備可靠性、可維修性與經(jīng)費(fèi)可承受性都具有積極的意義。

（3）從美軍與俄軍航空地面電源裝備的性能表現(xiàn)與軍事效能來看，集成化的動力設(shè)計將是未來航空地面電源保障裝備動力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。尤其是針對我軍高原環(huán)境下的航空地面電源保障需求，進(jìn)行基于動力集成的動力傳輸問題研究，拓展動力布局模式新思路、開發(fā)新的動力傳輸系統(tǒng)將具有重大的軍事效益。

4 結(jié)束語

動力集成技術(shù)以其高可靠性、高經(jīng)濟(jì)性、低維護(hù)量、低成本等諸多優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代動力設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用，結(jié)合我軍飛行保障對航空地面電源保障裝備的需求在電源車的動力框架設(shè)計中應(yīng)用該技術(shù)前景廣闊。通過本文對各主要航空大國航空電源車動力布置模式及其傳輸系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)的對比研究，可以得出動力集成模式是未來航空電源車動力及其傳輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢的結(jié)論。

[1]廖汝耕，王紅星.21世紀(jì)美國空軍后勤研究[M].北京：解放軍出版社，2006：137-138.

[2]李忠光，吳秀鵬，顧雪峰，等.美軍裝備保障力量模塊化研究及啟示[J].軍事交通學(xué)院學(xué)報，2011，13（8）：84-87.

[3]于魁龍，李 軍，張 宇，等.基于模糊聚類的保障裝備模塊化設(shè)計[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報，2015，29（1）：18-24.

[4]李 暢，李 霖，張保忠.中俄聯(lián)合演習(xí)俄軍裝備保障特點(diǎn)及啟示[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2012，23（1）：53-56.

[5]吳建寧.皮帶傳動式柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電頻率不穩(wěn)的原因分析[J].漳州技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009，（1）：8-11.