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坦克之“心”红炉暖

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  互联网上一些观点说99式坦克的柴油机和德国MTU公司的MB873有惊人的相似之处,在这里我要给他们加上一个“不”字:有惊人的不相似之处!
  为什么要这样讲呢?因为作为99式主战坦克柴油机的总设计师我有责任对这个问题加以说明。我们柴油机的缸排夹角是60°,他们的是90°:我们是后传动,他们是前传动;我们的配气机构是顶置凸轮轴,他们是推挺摇:我们是小缸心距,他们是大缸心距;他们的气缸直径170毫米,我们的比它小许多;还有很多细节部分,我们的和他们都有很大区别。有了上面的比较,两者还有惊人的相似之处吗?
  顺便说一下,2008年99式曾被《简氏防务》排在世界十种先进坦克的第四位。但听说有人讲发动机是最落后的,排名没有更靠前似乎是发动机拖了后腿。与著名的德国“豹”2坦克动力MB873ka-501比较,我们的升功率比它约大12%,平均有效压力比它约大33%,本体体积功率比它约大18%,燃油消耗率比它少了约9%,单位功率质量也小了约13%。这种水平叫落后,那么什么才算先进呢?
  
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  这个栏目叫“口述历史”,那我就溯本求源,讲讲我和坦克动力的缘分以及70研究所和国产坦克柴油机的历史吧。
  1949年,我高中没毕业就投笔从戎,来到在广东番禺驻防的高射炮一团。抗美援朝战争爆发以后,部队调到中朝边界鸭绿江江桥边担负防空任务。随着引进苏式武器的增多,许多原来由骡马驮载拖曳的火炮都改由汽车牵引,部队迫切需要一大批汽车管理人才,由此我又到了哈尔滨军委炮兵摩托学校学习汽车管理。毕业后我被留校工作,从此我与车辆、发动机结下了长达半个世纪的不解之缘。1952年组织让我到北京上补习班参加高考(院校是北京工业学院即现在的北京理工大学),说是考上你就带军籍上大学,随时听候组织调遣,考不上回原单位。1952年9月,我考入北京工业学院坦克发动机专业。1957年大学毕业后,分配到60研究所。1958年60所一分为二,我随70所来到616厂。616厂是“一五”计划期间苏联援建的156个重点项目之一,专门研制生产大功率军用柴油机。70所挂靠在616厂,目的是厂所结合,尽快建立我国的军用大功率柴油机的科研生产基地。
  70所成立之初,主要任务就全套消化吸收引进的苏联B2柴油机。B2柴油机研制成功于二战前夜的1939年,以后随着不断的改进完善,特别是配装于举世闻名的T-34坦克,其优良的性能更是为各参战国所称羡。当时我国引进B2―54项目,主要是为同时引进的苏制T-54A(我国仿制型号为T-59)主战坦克提供动力。我们所到达616厂时B2-54已经完成试制,正在进行保险期考核。1959年国产59式主坦克出现在国庆10周年大庆阅兵场上,震惊了世界!
  但是科学技术进步如“逆水行舟,不进则退”。由于我们长期留恋徘徊于B2-54的“大树”下,墨守陈规,所以在研究方向上并无大的进步,而此时在西方发达国家的军用大功率柴油机则大大超过了我们。
  对于军用柴油机而言,功率大、体积小(由于安装空间限制)是主要的研究方向。要做到这一点的关键是大幅度增加在单位时间内进入柴油机内的空气,即进入的空气越多,则可以喷入更多的柴油,柴油机输出功率也就越大,这就是所谓进气增压技术。
  上世纪五十年代末到六十年代初,国际上通行两种进气增压方式:一种是苏联的机械增压,即用一个压气机通过机械传动,将新鲜空气压入气缸内使更多的燃油燃烧作功;另一种是西方国家主要是美国、西德(也搞过机械增压,如“豹”1柴油机)采用的涡轮增压技术,即在发动机排气管处安装每分钟数万转的高速涡轮机吸收废气能量,驱动压气机把空气送入气缸内与燃料混合燃烧作功。这两种增压方式各有优劣,一时间并没有谁吃掉谁的态势。
  就我们而言,仿制成功B2-54(中国型号12150L)发动机后,如何进一步提高功率?616厂在原150的基础上采用了供油强化的方法,搞出了426kW的发动机,用在69式坦克上。
  此时世界坦克动力早已进入增压时代,性能有大幅度提高,我们则相去甚远。因此采用增压以及采用何种增压技术就是一个迫切需要解决的问题。为此我们也进行了各种有益的探索,但由于苏联的影响和技术条件所限,最终还是决定采用机械增压方式改进12150L柴油机。这一改进过程约历经8年,发动机功率达到了552千瓦(B2-54原为382千瓦),装于111重型坦克上,后来因故下马。这一机型虽然没有步入涡轮增压这一世界技术发展的潮流,但它对后来150系列柴油机的进步发展,特别是在采用涡轮增压技术方面还是起了直接或间接的作用,为第二、第三代国产坦克发动机的进步做了扎实的技术准备,老一辈科技工作者的心血并没有白费。
  
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  面对飞速发展的国外先进发动机及国产改型坦克对动力的迫切需要,不下决心提高性能是不行的。对此,从高层到基层都是很急切的,这种思变的心情从发动机研发的“多方案”中可见一斑,形成齐抓共上,大搞会战,可谓是“方向不明决心大,心中无数办法多”。一时间,二冲程、四冲程:单轴机、多轴机:8缸机、12缸机;大缸径,小缸径;增压、非增压,各种方案纷纷推出,反映了那时的真实局面,但是直到上世纪七十年代初还是没有适用的发动机可供使用。为了解决这一问题,上级召开了311会议(1973年),重点解决坦克的“心脏”问题。会前确定了对部队提出的12150非增压强化、8V150增压、150螺杆泵增压、对置活塞二冲程、12V165非增压等五种柴油机作为预选方案讨论。可能由于我不够“档次”,没有当上与会代表,是叶慧英同志主动把她的列席代表名额让给了我,我才得以参会。
  在此之前12V150-478千瓦涡轮增压发动机经636、617厂、总字215部队、北京工业学院、70所等单位研制出样机后,曾试运行过262小时,性能基本良好,但是未能解决加装增压器后发动机长度增加无法使用的问题。装车试验时,只好把空气滤清器移到顶甲板上,前上装甲右侧还加了59坦克的机油散热器,有人戏称其为“前有鸡窝,后有茅楼”,不像一个坦克的样子,加上试车中出了事故,导致孙二云同志不幸牺牲,采用涡轮增压的事也就不了了之。苏联人一贯认为涡轮增压发动机不能实施潜渡、无法用废气抽尘等观点,对年轻的坦克研发人员也带来了负面的影响。但是,涡轮增压作为大势所趋是无法扭转了。在311会议上我以列席代表提出“民间意见”,建议重新研制涡轮增压发动机,并在十几个论证方案中选取了一个简单易行的方案提出。
  这个“民间意见”得到617厂科研所副所长王启槐(现已故)和众多专家领导 的大力支持,认为切实可行。并随后下达了研制计划,要求来年进行夏季试车。616厂、70所联手于1974年6月26目制成样机,并顺利通过50小时台架试车和各种预定的试验项目,投入装车测试,表现优异。前面我讲过苏联传统认为涡轮增压柴油机的坦克不适于潜渡,如不解决这一问题,涡轮增压在我国还是过不了关的。潜渡试验是在槐树岭的潜渡池中搞的,第一次驾驶员将坦克开到水池中后,按试验要求要进行关机3分钟后启动开车,但只见水面冒了几个水泡,咕噜几下,他就报告说,柴油机开不了车,要求紧急上浮。这时我和617厂的杜惠昌同志简短交谈以后,认为水下起动不了是操作问题,决定一同跟车下水考察。我们两个和驾驶员钻进坦克重新进入水池,并对驾驶员说:“你别怕,有我们陪着你,你按起动规范操作保险成功。”结果顺利启动,运行距离达到规范要求的133%,首次超额实现了我国涡轮增压发动机深水潜渡,水下起动,并对战斗室空气进行了取样化验。以后多次水下停车起动都顺利成功。
  经过在“68革”(59式的改型,是国产二代坦克的前身)车上的大量试验,发动机性能优越,试验车性能突出。1977年,经国务院、中央军委常规装备发展领导小组批复,确定12V150涡轮增压柴油机作为“69改”主战坦克的动力。但好事多磨,到1978年,由于众所周知的原因,又被迫下马了。但我们认准了这一方向,并未气馁,继续完善这一机型。1981年8月,总参和国防科工委、装甲兵以及五机部召开了“69改”工作会议,明确将装用12V150涡轮增压的“69改”坦克升格为国家重点型号,鉴于坦克改变很大。重新出来主持工作的张爱萍副总参谋长将它命名为“80式”坦克。涡轮增压的发动机在上级机关和各参研单位的精诚合作下终于成为我国生产装备和外销量最大的第二代坦克的制式动力,开创了我国坦克采用涡轮增压的新时代。
  
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  相对于世界发达国家涡轮增压柴油机技术的飞速发展,我们总是慢半拍,在跟别人屁股后面追。当我们还在以美国的M60坦克所用的AVDS-1790涡轮增压柴油机(功率为551千瓦)为目标奋力追赶时,西方国家已经搞出了882-1103千瓦的坦克用涡轮增压柴油机。严酷的现实再一次向我们提出了挑战,必须开拓思路大胆创新,赶上世界先进水平。
  经过认真的技术准备,在1982年的一次会议上,我们所正式提出采用涡轮增压中冷技术,改造原有旧“150”系列柴油机,开发150HB发动机的建议,此建议顺利通过,并很快付诸实施。
  我们设想中的150HB是一台“高紧凑、高可靠、高经济、低散热”的具有世界先进水平的柴油发动机。它与当时我们正在攻关用于外贸的“风暴”坦克上使用的12150-800柴油机相比,水平有巨大的提高,它要在西方发动机所没有的小缸心距结构下,达到苏联发动机所未能达到的高性能,并在性能结构上留有一定裕度,为日后发展打好基础,搭一个好架子,以便做到持续发展。这次决策高层把它作为国家重点项目,无疑是对我们极大地鼓舞和支持。要追赶就要有具体目标,我们暗暗选定西德(当时两德尚未统一)MTU公司为“豹”2坦克研制的MB873ka-501柴油机为追赶对象。
  理想目标的实观是需要付出艰苦努力的。150HB是在老150的基础上做重大改进后搞的,对原有机型的一些优点如体积小、重量轻、起动性能好等则加以保留并发扬,例如采用后传动方式使整机长度缩短到了1320毫米。以前我们习惯于以“画、加、试”的陈旧模式研发新机型,即经过简单计算之后,画出图纸,投入加工,然后试验,出现故障以后,再来一遍“画、加、试”,如此反复进行,结果出现故障后往往久攻不下,费工费时,浪费了经费,到头来是“小姑娘熬成老太婆”,新技术也成了“处理品”。这次我们下定心,事先周密统筹考虑,每一个零件、部件设计之初就要求做到最好、最优,力争做到一次成功,避免走冤枉路,花冤枉钱。我们制订了“以V型12缸为主机型,采用中等缸径增压中冷,选取国内外先进适用技术,在预研的基础上设计”的技术路线。这种思想和作法在当时的设计界是很独特的,因此在150HB研制方案评审会上,专家在对方案深表赞赏的同时,也表示了善意的担心:“这是高水平,高难度的艰巨任务,我们对70所勇挑重担的胆略表示钦佩,同时请领导部门对该任务的艰巨程度有必要的估计,予以重视和全力支持。”
  在主要零部件预先研究方面我们重点做了以下工作。
  讲到这里,张总喝了口茶水,加重了语气:“下面我讲的对于你们杂志的读者来讲,可能比较不熟悉,但是不讲这些就不足以说明150HB柴油机怎么就能达到世界先进水平的!”
  (1)机体、气缸盖进行了有限元分析计算以及表面应力以及三维光弹性研究、超载30%动态模拟疲劳试验。曲轴、连杆也进行了类似的预先研究。
  (2)活塞、连杆、轴瓦和衬套进行了500小时满负荷试验。
  (3)配气机构零部件进行了500小时模拟试验。
  (4)附件驱动机构进行了70小时台架模拟试验。
  (5)喷油泵进行了模拟计算,并与调速器一起进行了350小时结构考核试验。
  (6)水泵、机油泵、柴油泵、分别进行了350小时结构考核试验。
  (7)涡轮增压器叶片进行了激光全息振动测试,超速破坏试验。
  (8)进行单缸性能的全面试验研究和精确计算分析等等。
  正是由于有了这些前期科学认真严肃的预研基础,150HB新机研制过程技术上没有出现大的问题。样机设计、试制完成之后,总体性能很快达标,燃油消耗比预计指标低9.5%,最高燃烧压力也比预计值小了6.5%。回过头来看,150HB比二代机跨越了一大步,又有了比较扎实的预先研究,尽管出现一些非技术性的干扰,但是在总装备部和上级领导的坚定支持和信任下,全体参研人员积极努力,日夜奋战,排除干扰,克服困难,终于挺了过来,以高出向国外咨询动力的20%功率,完成了设计定型,交付部队使用,为我国第三代主战坦克安上了一颗“健康、有力、真正由我们中国人设计、制造的心脏”。我们终于有了自己的坦克发动机!我们终于有了装载着我们自己发动机的世界先进坦克!
  在150HB柴油机的鉴定会上,由22个单位的50名专家对该机的技术文件、性能复试、装车运行录像进行了科学严谨的审查之后,做出如下结论:150HB大功率柴油机是我国自行设计制造的新型动力,设计和研制技术路线正确。经过台架和装车试验证明整机达到国际先进水平。作为总设计师看到同事们殚精竭虑研制的柴油机在新型坦克上的优异表现,我的心中充满了自豪感。它证明了中国人民有志气,有能力,一定能够赶上和超过世界先进水平。
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  十几年过去了,150HB又有了改进提高。我可以自豪地讲,它的性能已经达到世界先进水平。对于这一点,外国人也是承认的。
  记者此次远赴羊城拜访张总的中心意思,就是想问一下99坦克的柴油机是不是引进老外的,在听了张总的精辟讲解后,打消了心中的疑问。“但是在70所研制各种新机型的时候,真的一点也没借助外力吗?”张总听了记者的追问,翻一下记事本,给记者念了以下几句话。
  “你们作了一个雄心很大的设想,这肯定是一台世界上第一流的柴油机!”“这将是一个非常大的项目,它将是世界最高比功率柴油机的代表,工作量非常大,也非常费钱,工作要很久”“美国的AVCR发动机已经研制20多年,发表论文多篇,但问题还是很多”“发动机改进的要求是难以达到的,在现阶段不可能提出肯定方案”。
  这都是我们请国外一些著名公司帮助我们设计新发动机时他们的答复。实际上我们向他们提出的输出功率,比我们自主设计的还小20%。他们先给我们“戴高帽”,然后“卖关子”,最后要高价。有这样的答复你还能指望他们能真心实意地帮助你们吗?所以甭指望洋人能把先进的东西给你。即便是他们已经淘汰的机型你要买,他们也是推三阻四要大价钱。不过这话也要说回来,研制生产一型新的发动机,即使各种客观条件都能满足的话,也需要个十年八年的时间,人家搞出点东西也是费了很大心血的。压力变动力,我们决心自己搞,结果怎么样呢?国庆50周年和60周年天安门阅兵已经做了最好的回答!
  至于你说的借助外力问题,在我看,无论国内国外现有技术都是在前人的基础上搞成的。
  
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  柴油机研制虽属传统工业范畴,但是随着现代科技飞速发展,高新技术层出不穷,我们也不能停留在原地踏步不前。德国MTU公司最近公布说他们的柴油机升功率已经达到100千瓦,把传统的四冲程柴油机(现在国内外军、民用柴油机大都属于四冲程柴油机)的性能发挥到了极致,相比之下我们有很大差距,想要赶超需要有重大的突破和提高,必须付出加倍的艰辛和努力。由于二冲程在理论上的升功率比四冲程柴油机可提高一倍,因而近年来又被世界各国重视起来。总之,如果要迎头赶上国外先进水平,就要开阔思路,开拓创新,不能老是跟在别人后边跑。我想,也许搞个两击活塞柴油机可能是一种不错的选择,它比)中程的升功率又可提高一倍。当然,也许还有更好的办法实现我们的赶超愿望。总之摆在我们面前的路还很长,不可能是一蹴而就的,需要几代人不懈的奋斗,顽强拼搏。
  自从参加工作,我和柴油机打交道几十年,经历过许多失败和成功。现在退居二线,静心想一想总结了这么几条;必须打好基础,才能上高水平,基础多厚,水平就有多高。我们的工业产品质量之所以长期上不去,最关键的就是基础薄弱,这个基础包括硬件(设备)和软件(人才),缺一不可}研究院所必须有自己的中间试制手段,不能什么都依靠外头制造。国际上所有的著名机型几乎全部都经历了不断完善发展的过程,我们原有的那种“一遇到问题就下马,推倒重来”的做法必须改正。研制工作“业精于始”,第一步是至关重要的。要诚心诚意地尊重知识,尊重人才。还有最重要的一条就是既要有雄心壮志,更要有扎实努力的工作,要练真本事,要洋为中用,不崇洋媚外,外国人也不总是对的,也会有错误,不能盲目相信。有一次我们去国外一家著名发动机公司考察,他们很得意地向我们展示计算机绘图(当时国内还都是手工绘图),可我扫一眼就发现了他们图纸的错误,当我指出来时,开始他们还不相信,但细一核查,果然是他们搞错了。
  99坦克副总设计师傅宝玉先生为本文的采访提供了很大帮助,在此谨致谢意!
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