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造好戰車的「腿」,美國靠材料,俄羅斯靠設計,中國靠紅燒雞翅!

在上一屆珠海航展上,中國兵器工業集團拿出了很多地面裝備進行動態展示。其中關注度比較高的是VT-4(也被稱為96式某種改型,其實是一款車)和VT-5的發動機。一些軍事愛好者還將目光延伸到發動機功率、扭矩與車重的關係上來。

坦克的液氣懸掛裝置示意圖

不過,真正的專家在看動態演示的時候,望遠鏡鎖定的位置是坦克懸掛裝置。西方有專家認為,坦克發動機功率任何較大程度的提高,都需要輔之以懸掛裝置的改進。否則就不能實現在起伏地上提高機動性的願望。

這樣的理論不是沒有科學依據,如果單位功率高的坦克不注重懸掛裝置的選用,即便將單位功率做到69馬力/噸,最後的機動效果可能只與15馬力/噸的坦克相當。由此可以推斷,當設計者想要實現高機動性的時候,就會提高單位功率,而對於懸掛扭桿和固定座裝置的要求也就越高。

印度「阿瓊」坦克失敗的原因之一是懸架可靠性沒有解決,導致車輛遲遲不能通過驗收

於是,履帶式底盤在一百多年的演變過程中,經歷了形形色色的懸掛裝置。有一種「板簧」懸架曾經作為美軍二戰初期坦克的主要部件,它主要的特點是製造簡單、成本低。在一些民營企業生產的裝甲車上,仍然能夠見到這種懸架。

「豹」2A5坦克的懸掛裝置的平衡肘和彈性緩衝器

當今坦克和履帶式裝甲車最常用的懸架分為比較普及的彈簧扭桿懸架和以空氣作為彈性介質的的液氣懸架。液氣懸架曾經在70年代被很多坦克強國當作先進坦克的標誌性零部件,但是除了美國外,其他國家都因為加工技術不過關,液壓缸經常出現漏液。

液氣懸掛有先天不足——它不能承受除了上下以外第三個方向的力,為了彌補這一不足,西方坦克設計者們將液氣懸架與扭桿結構相結合,扭桿和液壓缸下端固定在一起,頂端分別固定在這輛底盤上,形成一個三角,負重輪的運動隨著扭桿轉動方向變化,液壓缸始終受到來自扭桿下端傳過來的力。一般坦克需要使用12至14個液壓缸,以坦克全重60噸計算,每個液壓缸將承受4到5噸的重量。

美國早期坦克彈簧懸架內側。當坦克重量一定時,負重輪尺寸越小,剎車時前後擺動就越明顯

液氣懸架從設計之初,目的就是提高車輛的行駛平順性及抗衝擊能力。與彈簧相比,在平順路面行駛過程中,彈簧和液壓缸都在剛性較小的區段工作,從而使地面傳遞給車體的動載較小,液氣懸掛的優勢尚不明顯;但到了起伏較大的顛簸路面時,隨著負重輪擺動的行程增大,彈簧的承受能力容易出現非線性變化。說白了,就是彈簧太軟了不起作用,太硬了舒適性太差,跟沒安裝懸架一樣。

相對的,液氣懸掛的最大特點,是以空氣作為彈性介質時,允許懸掛裝置吸收與貯存更多的衝擊與振動能量,能夠為乘員提供更好的舒適性。而且可以避免負重輪或平衡肘與車體的剛性撞擊。

T-90坦克的懸掛裝置和履帶示意圖

除了對複雜路面的適應性優於彈簧懸架,在技術發展方面,液氣懸架也具有獨特的優勢。經過長期發展,液氣懸架將彈性元件與減振器(有專業書籍上稱之為「阻尼元件」)合二為一,這對於車輛總體設計來說十分有利。而且油氣懸掛佔用車內空間較少並且拆裝和維修也十分方便。

在使用過程中,中央充放氣系統可以通過改變氣缸內充氣壓力的大小,這樣做的主要目的是改變液壓缸的彈性應力曲線。坦克在裝滿炮彈和空駛的兩種狀態下,對於懸架軟硬度的需求是不一樣的。在掌握了中央充放氣技術後,蘇聯在步兵戰車上設計了一款能夠反覆沖入和放出液壓缸內油液的懸掛裝置,安裝這種懸架後,車體可以整體上升或者下降,並在一定角度範圍內做出前俯、後仰、左傾、右傾等姿態調整。使用彈簧懸掛的裝甲車空駛的時候,車輛高度會適當提升,這不利於車輛的隱蔽性和爬坡的安全性,但液氣懸掛就可以通過姿態調整,使車輛能夠適應更多的路面,這種懸掛裝置後來也被稱為可調式液氣懸掛。

液氣懸掛可不是誰都能玩得轉。由於技術要求比較高,一般國家往往高攀不起。我國在上世紀80年代研製輪式裝甲車時,也曾選用液氣懸掛系統。與坦克用的液氣懸掛不同的是,裝甲車的液氣懸掛每個液壓缸的直徑更粗,在試驗過程中,漏油的現象也不是沒有。經過分析,漏油最嚴重的是搭載第一對車輪的液壓缸,原因在於第一對車輪缸體只能按照鏈接軸做前後擺動,沒有能力應對來自兩側的力。這個故障甚至影響了車輛能否按期定型。

WZ551步兵戰車,也就是日後經典的92式輪式步戰車

為此,負責懸掛部分的設計師周英戰在定型前一個月,向型號辦立下軍令狀,下決心解決故障。在查閱了很多國外資料後,發現當時各國的裝甲車都或多或少存在這些問題,解決的辦法只有兩條路,一個是靠材料升級,盡量減緩漏油現象;另一個辦法是乾脆撇去油氣懸掛,該用麥弗遜或其它彈簧懸掛裝置。、

正在周英戰為懸掛設計感到苦惱的時候,他卻從當天晚飯的雞翅上得到了靈感——雞翅膀雖然是上下煽動,但雞翅各個部位都是以球形關節連接。如果把液壓缸與車輛連接部位改成球形連接,在車輛受到不同方向力的時候,球頭連接軸會依靠慣性自動調整到合適的方向,液壓缸僅受上下方向的力。

中國的設計師能夠從本土菜系中獲得設計靈感,解決了車輛故障,也是一個了不起的創舉

沒想到一隻雞翅竟在某種程度上影響了我國裝備發展的進程。周英戰放下碗筷後,趕回辦公室。接下來的幾天里,他連夜將設計思路落實到圖紙上,拿到工廠去加工。在軍令狀期限的最後時刻,帶有球頭鏈接的液氣懸掛被安裝到測試車輛上,順利通過了各種路面的測試,這便是後來大名鼎鼎的WZ551步兵戰車。

經過30多年的努力和探索,液氣懸掛已經從當初的概念部件成為了現狀的標準部件,由液氣懸掛技術衍生出的液壓缸也被用於車輛和艦船的導彈發射架上。但老一輩軍工科研工作者們為我們國家液氣懸掛艱難探索的歷程永遠值得我們銘記


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