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浅析“阿玛塔”主战坦克(4)- 动力与信息化系统

时间:2019-02-01 14:00:54

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浅析“阿玛塔”主战坦克(4)- 动力与信息化系统

动力系统

谈到俄罗斯的坦克发动机,很多人都是非常不屑的,认为技术老旧、水平低下。不可否认俄罗斯的工业底子比西方发达国家要薄很多,前苏联的整个发动机、汽车工业基本上都是二战前在美国、西欧的援助下建立起来的。以液力传动、自动档、1500马力级发动机等标准来看,俄式动力系统确实要落后西方以上。

俄系坦克发动机就像波音737的起落架舱门一样数十年如一日始终不改。从1939年投产的B2(500马力 -T-34/85)开始,B-55(580马力 -T-55)、B-46(780马力 -T-72)到B-99(1200马力 - T-90M),B2系列发动机(B为俄文,对应英文字母V,因而也常写为V2系列)一直保持了4冲程、水冷、12缸V型气缸、小缸心距、大活塞行程的技术特点,循序渐进、小步快跑。

> T-72的B-46-6发动机

B2系列在60年代以前处于世界领先水平,但因为俄式坦克严格的体积限制(俄式坦克动力舱体积在3米³左右,豹2为6.9米³,M1A2为6.8米³),也缺乏两级涡轮增压、中间冷却、旁通补燃等先进柴油机技术,逐渐被西方坦克发动机甩在了身后,1200马力的B-99已经是它发展的极限。

>动力舱体积对比

而另一支科技树上的5DTF/6DTF系列柴油机(T-64)和GTD-1000/GTD-1200燃气轮机(T-80)技术水平要更高一筹,但可靠性较差,而且生产厂家哈尔科夫马雷舍夫运输机械制造厂已归属乌克兰。

> T-64的6DTF水平横置二冲程发动机

当俄罗斯开始研制新一代主战坦克的时候,终于放弃了潜力耗尽的B2系列,另起炉灶开发了12H360(A-85-3A)型柴油发动机。该机由车里雅宾斯克拖拉机工厂生产(也是B2系列的主生产厂),采用了现役主战坦克中绝无仅有的X构型,就像是把两台V6发动机一正一反叠加在一起,气缸呈X型布置。

有不少媒体在介绍这台发动机的时候都说“X型发动机并不是T-14坦克的首创,早在二战中德国虎式坦克采用的雪米林16缸增压柴油机就是X型的”。这个说法不知从何而来,“虎”式和“黑豹”、“虎王”采用的的都是迈巴赫HL230 P45 V12水冷汽油机,最大功率700马力。确实有不少国家试验过X型发动机,但还没有成功量产的先例,T-14又是第一个吃螃蟹的。

> 老虎的心脏:迈巴赫V12发动机,英国多塞特坦克博物馆藏品

12H360的缸径仍然是B2系列的150毫米,行程从180毫米缩短到160毫米,排量也从38.88升缩小到34.6升,但转速提高到2000RMP,标准输出功率1500马力,单位功率达到31.25马力/吨,令俄罗斯坦克终于也进入了1500马力时代。99A的单位功率约为27马力/吨,M1A2 SEP为23.6马力/吨,豹2A6为24.2马力/吨,T-14优势明显。

据说它的超压最大输出功能达到惊人的2200马力(也有说2000马力的),还可以调低到1200-1350马力以延长使用寿命。(上篇就有不少读者对文中的超高指标提出疑问,再次注明一下:因为关于“阿玛塔”的消息大部分都来自俄罗斯媒体和厂家宣传,并非官方发布,俄罗斯的舆论环境可信度也不是特别高,所以就产生了很多据说。我只是引述俄方的数据,并不是要证实或者支持其的观点,大家可以自行分析判断)

12H360在1500马力时的使用寿命为2000小时,降低到1200马力后则高达1万小时(M1系列的AGT 1500燃气轮机改进后的寿命为1400小时)。该发动机曾搭载于T95上在就通过了高海拔、非标准燃料等多项测试。

>12H360的侧面,一排3个气缸使其长度比一排6个气缸的V12发动机短了一半,机体表面处理、管线布置都还显得相当粗糙

采用独特的X构型令发动机结构非常紧凑,动力舱容积仅为3米³,和T-90基本相同,发动机功率却增大了50%。T-14乘员舱在车体内,车体高度本来就比较大,增加的发动机高度并不影响整体布局,这样的设计还是非常成功的。

从俄罗斯媒体拍摄的发动机安装场景可以看出T-14的发动机是纵置布局,2侧的红色箱体是空气过滤器。

当然X型发动机也有一定的缺陷,一是结构复杂,维护勤务性变差;二是活塞顶和燃烧室热负荷过大,散热不好的情况下发动机壳体和缸套容易开裂。全新的动力和传动结构对坦克兵的操纵、维修和培训也提出了更高的要求。红场阅兵式之前的彩排上,T-14就曾掉链子在红场上当众抛锚,不得不调坦克抢修车来拖带,结果780马力的BREM-1型装甲抢救车居然没拖动。

于是任劳任怨的伏尔加纤夫只好再次出场(上一次拖的是冒黑烟的“库兹涅佐夫”号):

事后调查发现是驾驶员培训不足,换档装置操作失误造成的,15分钟后该坦克自行发动驶离现场。

和发动机相比,俄罗斯坦克更落后的是传动装置,直到T-90仍然采用陈旧的双侧行星变速箱。T-14终于为X型发动机配备了综合液力机械自动变速箱,拥有12个档位!!(老毛子想干吗,飙坦克?F1赛车也不过10档)可以实现零半径原地转圈。整个动力传动系统采用一体化动力包设计,可以整体吊装,在1小时内完成发动机的更换,可维护性得到了极大提高。相比之下,T-80的燃气轮机需4小时,T-90和T-72的老式柴油发动机更是长达6-8小时,而豹2更换动力包仅需35分钟。

> 整体吊装中的豹2A6动力包

因为车体很长,T-14在俄式坦克中少见地配备了7对负重轮,直径700毫米,外观非常西化。液气、扭杆混合的半主动悬挂系统除了常规的扭杆外,在第1、2、7对负重轮上还装有液气减震器。据说该半主动悬挂系统可以扫描车辆前方,根据道路起伏情况自动调整悬挂的设定,有效减少高速越野时的颠簸。

凭借1500马力发动机、液力传动和半主动悬挂系统,俄罗斯声称48吨重的T-14最大公路速度可达90公里/时,最大越野速度70公里/时,作战行程500公里,机动性在当代主战坦克中可谓出类拔萃。

同样配备1500马力150HB-2型发动机、CH-1000型液力机械综合自动传动装置、重58吨的99A主战坦克,最大公路速度80公里/时,越野速度60公里/时,作战行程600公里。62吨的豹2A6最大公路速度只有68公里/小时,越野速度40公里/时。

东西方坦克设计的理念不同,俄式坦克就是战争消耗品,不追求过高的可靠性和耐用性,而是把单位功率推到了极致。俄罗斯设计师在工业基础薄弱的条件下设计出油耗低、尺寸小、扭矩高的坦克发动机,让俄式坦克满场飞,机动性丝毫不弱于西方坦克。B2系列的巅峰B-92S2F已足以在屈指可数的世界顶尖坦克发动机中占据一席之地了,仍显神秘的12H360发动机则真正达到了一流水平(至少在指标上看),并且具备很大的发展潜力。

> 会飞的T-90

信息化系统

T-14采用无人遥控炮塔,观瞄、武器装置都和乘员分离隔绝,所有光学、红外图像都要转换为电子信号由电缆传输到乘员舱内的中央计算机,这对全车的信息管理系统提出了远超常规坦克的高要求。另一方面,观瞄设备的安装位置不受炮塔内乘员坐席和光路的限制,可以布置在最优化的位置。

T-14炮塔上最引人注目的就是高大的车长周视镜。周视镜本身的体积和主流坦克上的差不多,高度主要来自底下的遥控武器站的基座。T-14炮塔前部是厚厚的反应装甲块,以增强正面和顶部的防护,车长周视镜转塔被布置在炮塔右后侧,为了保证足够的前向视野,只好把它加高一层。站得高看得远,这样的布置客观上也扩大了车长的观察范围。

在第一篇浅析“阿玛塔”主战坦克(1)- 总体布局开头贴出的两张豹2A7和M1A2 SEPV3的照片,可以看到新增加的遥控武器站上也装有大型光学观瞄设备,高度也增加了很多。这已经成为新型坦克的一股潮流,适当放宽高度限制以获取更好的战场事态感知能力,力争先敌发现、先敌开火。

车长周视镜的光学窗口等分为左右两部分,分别是白光/激光测距和热成像通道。埋在炮塔正面凹穴内的炮长主瞄准镜和车长周视镜的配置几乎一样,只是增加了光学直瞄通道和激光指示器,用于发射炮射导弹。

而目前广泛装备T-72B3和T-90S/M的SOSNA-U炮长瞄准镜左右两个光学通道是不一样宽的,右侧的热像仪要占到宽度的2/3,而且外面的护罩玻璃是平面的,没有凸起的折角。

有消息说T-14配备的是全新的第四代观瞄设备,对坦克大小目标的发现距离,可见光昼间为7500米,热成像夜间约3500米。核心的热像仪非常类似法国泰利斯研制的Catherine-XP - 俄罗斯曾在向法国进口了100台上一代的Catherine-FC热像仪装备T-90A,两国签署协议在俄罗斯组装Catherine-XP。所以不要再嘲笑俄式热像仪落后,它可是带有法兰西血统的,至少能达到挑战者2和勒克莱尔的水平。

> 俄罗斯展出的热像仪,左侧绿色的用于“回旋镖”、“库尔干”人等装甲车辆,右侧白色的热像仪外观和Catherine-XP相似度很高,展板上注明用于“阿玛塔”

下面来看一看大家最感好奇的乘员舱,也就是这些观瞄信号最终呈现的地方。

从外部正面看,车长在右侧,有一扇向右翻起的舱门,舱门座圈上配有3具潜望镜;炮长在中线稍偏右的位置,没有自己的舱门,只在头顶上有一具潜望镜;驾驶员在左侧,有一扇水平旋转打开的舱门。首上装甲中部装有驾驶员前视红外夜视仪,光学窗口有装甲口盖防护。

换个角度俯视,根据图中潜望镜的位置可以看出“排排坐”的三名乘员在车内的坐姿并不在一条直线上:车长和炮长并排,驾驶员的4具固定式潜望镜位于舱门后面,闭舱驾驶时驾驶员将向后躺倒相当大的角度和距离。T-14的车体宽度为3.5米,粗略测量换算一下,乘员舱的宽度约1.97米,塞进3个坦克兵还是相当挤的,每个乘员之间也就一个拳头的距离。

进乘员舱内部看一看,下图是在车长席用广角镜头拍摄的全景,正面并排4具多功能显示屏:左边1具由炮长操作,中间1具(底下带一排白色按钮)为车长、炮长共用,右边2具由车长操作。

车长可以通过分布在车身四周的4台全景摄像机得到360°环视视场,类似F-35的EODAS光电系统(当然没有那顶40万美金的头盔显示器,参见细品F-35A)。这可不少自家轿车上那种简单的倒车摄像头,它的精度很高,功能强大。下图是坦克车尾摄像头的动态图像截屏,红圈圈出的4个光标显示系统检测出了面包车旁那位女性的头部运动,篮圈则检测出了前面男性的脚部运动,可谓是明察秋毫。借助高科技光电探测系统,T-14的战场感知能力比传统有人炮塔坦克更强大。

在传统布局的坦克中,车组乘员各自待在幽闭狭小的独立空间内操作,互不接触。而T-14的3名车组并肩作战,每个乘员的操作动作、身体状况、精神状态都一目了然,就像F-111和苏-34的并列座舱一样,相互之间的支持、照应与鼓励对提高团队士气非常重要。尤其是车长和炮长之间交流与协作非常方便,关键时刻一个默契的眼神或手势都可以大幅度提高作战效率。

> 从炮长席向右看车长席(2个屏幕下方的控制盒尚未安装),座椅向前翻起后车长可以踩在椅背上探身出车外

>炮长席控制面板特写(左侧屏幕下方的控制盒尚未安装)

> 驾驶员坐席

T-14没有使用常规的驾驶杆或者方向盘,而是类似于摩托的2只握把,既可以左右推动又可以沿轴向旋转握把,形式新颖。驾驶仪表全部数字化,没有常规的机械备份仪表。

在显示器上方有空调出风口,再也看不到俄式坦克内部常见的胶皮小风扇了。

> 坐满3人时从驾驶员坐席向右看的情形,身材高大的技术和媒体人员坐在里面稍显压抑

闭舱操作舱内显得相当科幻(星球大战既视感),四块大尺寸多功能屏幕全部都是彩色触摸屏,虚拟按钮尺寸很大,图标显示直观,操作方便。

>换上身材较矮的专业坦克车组后,乘员头部还留下一个拳头的空间

车长和炮长面前各有一个完全相同的控制盒,两侧安装有控制手柄,可左右旋转控制盒、上下转动手柄进行操炮,调整方位角和高低角、放大缩小画面、锁定目标、射击等功能全都集成在这个控制盒上,类似于战斗机的“手不离杆”操作,传统坦克战电影中高喊命令、紧张旋转各种开关、摇柄的作战方式变成了打电子游戏般的轻触屏幕、按动手柄。

总的来说T-14的这个玻璃化乘员舱布局合理、整洁干练、人机工效很高,一改过去俄式坦克内部杂乱逼仄的氛围,让人耳目一新。

不过西方观察家质疑得最多的也正是炮塔无人化之后带来的观瞄、火控问题。过去坦克车长和炮长都坐在炮塔吊篮内,通过观瞄仪器的光学目镜直接搜索、跟踪、瞄准。

> 美国第11海军陆战远征队所属陆战1师第2登陆营坦克排M1A1的车长(上)和炮长(下)各自用瞄准具观察目标

而乘员坐在封闭的乘员舱内也就切断了这样的光学链路,对外观察完全依赖电子线路传输、显示器显示,是否会产生图像延迟、抖动等问题,精度是否能达到直接光学观察的水平呢?

> 俄罗斯电视台拍摄的T-14火炮试射的画面

其实这个问题西方自己就可以回答。M1A2加装的车长周视镜,因为炮塔布局的限制,只能装在左侧装填手前方的预留位置,其热成像红外图像被转换为数字信号传输到车长席的CITV - 车长独立热成像显示器上,也不是直接的光学通道。

下图M1A2的车长席相比T-14就要杂乱很多,①是CITV车长独立热成像显示器,②是战术显示器(C4I终端,显示数字地图和敌我态势),③是车长光学瞄准镜,可以超越炮长直接瞄准射击。经过3代改进从基型升级到SEPV3,屏幕越来越大,显示的信息越来越丰富、直观。

M1A2是1990年投产的,近30年后的今天俄罗斯早已在T-72B3、T-90M、苏-35、苏-57上应用了类似的光电传感技术,所以对T-14来说并不存在任何技术难题。

按照俄罗斯的宣传,T-14是世界上首辆完全按照“网络中心战”思想设计的主战坦克。这似乎有点时空错乱的感觉啊,“网络中心战”不是美国三军最爱喊的口号吗?美国陆军早在2000年就开始对M1A2、“布莱德雷”步兵战车、M-109A6自行火炮等冷战时代研制的主战装备进行数字化改造,但从全世界范围看在研发阶段就把网络战思维融入整体设计中的主战坦克,T-14确实是第一位,谁让它的对手都生得太早呢。

通过车际数据链,一个战术集群内所有“阿玛塔”平台的作战车辆(包括T-14坦克、T-15步兵战车、2S35“联盟-SV”自行火炮等)以及配属的武装直升机都能实时获取各个车辆节点提供的作战态势信息,自动为火控系统计算弹道数据,协调一致发起攻击。

T-14的主动相控阵雷达和热像仪除了为其自身提供来袭预警和战场侦察,还可以发挥多重功效,包括:

炮兵校射 -前沿部署时,T-14的相控阵雷达可以测定10公里范围内的炮弹落点,车长周视镜上的热像仪也可以标定高精度的目标方位,向本方炮兵提供校射。

反炮兵侦察 -相控阵雷达同样也可以像炮兵侦察雷达一样探测敌方来袭炮弹的轨迹,自动计算出敌方坦克、火炮阵地的坐标,自动分发给己方火力迅速对其实施还击。

防空-向己方轻型野战防空系统提供低速飞机和直升机目标的精确角坐标,也可以向重型的“铠甲-S1”弹炮合一防空系统提供目标指示,令后者在雷达关机的情况下攻击空中目标。

协同交战-向作战群内的T-90MS提供雷达目标指示,由后者通过自身的热像仪完成瞄准射击。类似于美国海军的CEC协调交战,由高价值的T-14发现目标,装备数量更多的T-90MS发动打击,提高多目标交战能力。

同样装备毫米波雷达,以色列和美国的类似系统仅仅为坦克自身的主动防御系统服务,T-14则将其整合到作战系统和整个作战网络中,立意自然要高出很多,今后也可以像手机操作系统下的APP一样增加更多的应用场景。

网络中心战的基础是数据传输,T-14据说采用了受到严密保护的多重通信手段,除了无线电体制的数据链外,还有车际红外通信系统,以红外光波作为载波传输加密的数字信号,联通T-14坦克群和各通信节点。

与99A上的全向激光通信/敌我识别系统类似,采用不可见光通信体制可以避免电磁干扰,保密程度高,通信容量大。不同的是该通信系统不是全向的,具有指向性,安装在炮塔尾部外观就像2盏红外探照灯,平时朝向后方,从结构上看应该能够旋转,但前向视野会受到车长周视镜和旋转发射塔的阻挡。

如何评价T-14

写了4篇T-14,大家可能有这样一个疑问,我是不是把T-14夸得太好了,真的有俄方说的这么猛吗?积弱多时的俄罗斯坦克怎么可能一夜之间就弯道超车了?它到底算不算第一种四代坦克。

以西方标准来看,T-14无论是火炮、装甲、动力还是火控,每个子系统上都没有跨代的突破,公布的性能数据可能比欧美坦克高出一点,但是按多年来俄罗斯宣传的夸大习惯打个折扣之后,最多也就达到M1A2 SEP和豹2A6的水平。大家认知中四代坦克将采用的全电驱动、电磁炮或者电热化学炮、电装甲、2人制车组等新概念全都看不到踪影,因此它只是个如同苏-57那样的伪四代。

从俄罗斯的角度看,T-14完全跳出了过去俄式坦克发展的桎梏,立足现有科技,大胆创新,作战效能提高幅度之大可谓是跨越式的发展,因此称之为俄式四代坦克。

但是俄罗斯并未大规模生产T-14,过去曾经宣布从开始采购2300辆全面换装,调整为仅试生产100辆,7月俄国防部签署合同购买32辆T-14和100辆T-15,头12辆将在今年底交付完毕。采购数量被砍剩下一个零头,有可能是技术尚未完善,更多的则是经济问题。据说目前版本的T-14单价超过2.5亿卢布,约386万美元,T-90MS的国际报价则是425万美元,还要高出一截,但俄罗斯持续采购的却是T-72B3和T-90MS。目前的T-14可能还是阅兵工程样车,完整版的实际采购价格或许会贵很多。

我个人的观点,在坦克与反坦克技术发展都进入一个瓶颈阶段,矛和盾势均力敌的今天,T-14在整体布局、火力、防护、机动性、人机工效、信息化等各个方面都带来很多新意。姑且不论这些技术是否已经实用化,也不论是否夸大了它们的效能,单是俄罗斯坦克设计师采用这些独具见解的创造性设计,就可以看出俄国对坦克发展的深刻洞见,是当今江河日下的坦克业界中的一股清流。以轻10-15吨的车重实现M1A2 SEP、豹2A6、99A三巨头的作战效能,这本身就是一种超越。

T-14可以说是一辆披着科幻外壳、拥有下一代架构、采用现有技术的准四代坦克。它的思路是网络中心战,骨架是无人炮塔的全新布局,这两点都是所有坦克设计师在思考规划下一代坦克的时候梦寐以求的软、硬件基础架构。

现在的T-14或许确实像很多人所说不过如此,但它最大的优势就是前文多次强调的潜力:无人炮塔的大空间提供了升级到152毫米坦克炮的潜力,竖式自动装弹机提供了更大长径比分装弹药的潜力,超压输出功率达到2200马力的发动机提供了大功率电力供应的潜力,整合式主动防御系统提供了免疫未来出现的新式反坦克弹药的潜力,巨大的车体空间提供了将来升级装甲或者全电设备的潜力,主动相控阵雷达为主的新型观瞄设备提供了战场单向透明的潜力……

乌拉尔设计局声称按照“网络中心战”思想设计的T-14下一阶段将把乘员减少到2人,最终将实现无人化,完全没有乘员。坦克遥控操作员下达概略的战术任务,人工智能化的无人T-14自主作战。其实目前采用全自动遥控炮塔、所有观瞄信号数字化传输的T-14理论上已经可以由乘员在车外遥控作战。

或许目前俄罗斯的科技和工业水平还不能把这些潜力全部发挥出来,但凭借这样一个极具前瞻性的系统架构,今后升级将非常方便。而其它现役主战坦克要进行上述任何一项改进,要么在现有基础上打补丁,要么就得进行脱胎换骨式地大手术。

换一个说法,让美国、中国、德国的坦克设计师全新设计一辆下一代坦克,他们设计出来的基础架构很可能和T-14非常相似,因为这已经接近理想状态。或者把T-14交到他们手上,换上各国最先进的火炮、弹药和电子设备,“攒”出来的杂交产品整体性能将远超任何现役或者正在升级的主战坦克,这就是潜力。

如果说1979年服役的豹2定义了第三代坦克,那么自美国取消FCS“未来战斗系统”后,未来主战坦克的发展道路已经变得模糊不清,大多数陆军大国都选择了观望和改进现有装备。

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T-14的出现给坦克发展带来了很多启示,也给西方陆军带来了很大压力。德国迅速推出130毫米炮,德法联合研制欧洲主战坦克EMBT,美国加速部署M1A2 SEPV3,研发新式战场侦察设备,在东欧部署更多重装部队,以抵消T-14的“技术威胁”。

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T-14,或许正在开创坦克世界的新纪元。

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