日本陆军增程式油电混动6轮105突击炮技术验证车

本文为新能源情报分析网原创撰写,发布于2014年早些时候。

在日本这个对混合动力车异常支持的国度,丰田的普锐斯开创了油电混动技术进入民用车市场的先河。至今,日本政府仍然保持较大力度,通过政府补贴、车厂优惠政策,引导车主购买使用混动车。不仅仅为高度依赖石油进口的日本节省大量燃料,降低自身能源依赖程度,更重要的是由此引发的混动技术变得更加成熟。笔者曾经反复强调过,最先进的技术往往都会优先应用在军事上。混动技术早就在5年前,装备在日本海军苍龙级柴电潜艇上。现在日本通过十年来的技术积累,终于将小型化且成熟的油电混动技术集成到增程式油电混动6轮驱动105突击炮技术验证车上。

近日有消息表明,日本陆军正在着手测试一款搭载由三菱重工提供柴油机、日立的轮毂电机、丰田提供锂电池并负责管控系统、最后由小松制作所完成整车合装的增程式油电混动6轮驱动105mm口径突击炮技术验证车(以下简称6轮混动105突击炮)。这款装备的105毫米口径火炮由川崎重工负责研发、部分观瞄系统的光学部分由尼康提供。

这款增程式油电混动6轮驱动105mm口径突击炮技术验证车,技战术指标完成了初步设定,日本国防部要求其具备多种打击能力。在1000米至2000米可对装甲目标进行直瞄射击,拥有通过引导发射智能弹药曲射攻击1000米至3000米或更远距离目标的能力。其中拥有精确曲射攻击能力,被看做这款混动战车与日军以往装备轮式战车打击能力质的提升最好例证。

在防护能力上,6轮混动05突击炮采用全铝合金覆盖并内装复合装甲制造,底盘全封闭并采用V型抗地雷攻击结构。整车自重不足15吨,可用美制C-130运输机(装载1台)以及日本空军自行生产的C-2运输机空运(装载2台)。利用日本在微电子科技的技术积累,进化了观瞄系统的精度,从侧面提升火力打击效率。在车族扩展上,6轮驱动的架构,可以延伸出包括基型车(105突击炮)在内,安全防护反恐车、指挥车、运兵车、后勤支援车、反坦克/舰船导弹发射车等变形车。

可以确定的是,6轮混动105突击炮采用可变高度的液汽悬架。日军这款装备在不增加整车高度,采用轮毂电机驱动同时,匹配了可以单独升高/降低幅度达23厘米之多的设定,可有效提升6轮混动105突击炮隐蔽攻击能力,并增加对复杂地形的适应性。

日军6轮混动105突击炮的后部载员座椅为独立吊挂形式固定在车顶,与V型泄压车底结构共同保证人员安全。

6轮混动105突击炮的动力总成采用发动机与电动机和轮毂电机直连模式,与目前在售的大多数混动车采用的汽油机直接传递动力至驱动桥完全不同。日军6轮混动突击炮的柴油机只负责将动力提供给电动机,在转化成电力后通过线缆输送至6个轮毂电机,经过减速后的最高车速可达130公里/小时。通过日本本土渠道获悉,日军对这款混动突击炮的驱动模式有着极为严苛的要求,首先明确柴油机只负责为电动机提供动力,电池组件不采用丰田最强的燃料电池,而是继续使用锂电池作为能量存储介质。

众所周知,丰田汽车在燃料电池上的投入巨大,目前成品的续航里程可达到500公里。但日本军部仍然坚持,6轮混动105突击炮使用由20组电池小总成(最小单体单位为PAD,4只Pad构成1套电池组)。现在,丰田与松下合作的电池工厂(Panasonic EV Energy)正在全力生产车用锂电池。可以说,丰田汽车在混动技术/电动技术从分系统生产到整车集成,拥有其他日系车乃至全球各大车厂所没有的丰富经验。对于锂电池能量密度提升层面的技术更是有着雄厚的积累。也正因为如此,日军的这款混动军车的动力电池由丰田汽车提供(包括电池控制系统)。

6轮混动突击炮的轮毂电机为日本东芝公司提供(减速器),从2014年日本防伪技术研究会放出的资料来看,这款自重在50公斤-70公斤的轮毂电机直径在0.6米,可承受的动力输出扭矩范围在0-340牛米。在日本各大车厂中,东芝和捷泰林格生产的轮毂电机性能最为突出。捷泰林格的产品更多的倾向于小型车(自重不超过2吨)与商用特种载具。而东芝的产品则主打中型叉车以及自卸车。东芝为日军6轮混动突击炮匹配的轮毂电机,将动力线束的固定方案、电机散热效率、推进比等关键技术参数上作出重大改进。东芝生产的轮毂电机的高强度合金多转子轮毂轴承由NGK提供。

6轮混动突击炮标配的可变高度液汽减震,则采用来自10式主战坦克的相关技术。整车6套驱动桥各自拥有一支可变高度达23厘米的悬架,使得这款突击炮拥有完成复杂战术动作的能力。

采用轮毂电机最大的好处是,动力输出至轮边直接转换为动能驱动整车前行,省去了变速器、分动器、传动轴甚至H型转向拉杆总成等部件。而不足之处则是对轮毂电机的自重不能过大,电机转子和定子的工作效率有着严格要求,最重要的是轮毂电机的散热与红外信号特征的抑制必须符合军用标准。

目前各大车厂(包括国内万向和比亚迪)均可以制造民用轮毂电机,但是在推进比(自重与功率)以及散热方案上或多或少存在着不足。要么通过外置散热鳍片提升自重换取可靠性,要么通过外置水冷散热系统降低自重提升推进效率,但无论哪种方案都存在着不足。进而影响轮毂电机军用化是热辐射信号过高,导致整车隐蔽性能不能满足军方标准。日军6轮混动105突击炮的轮毂电机,通过采用轻量化的外壳,电机加装外置鳍片与超导散热相结合的冷却系统并涂抹复合涂层,最终使得轮毂电机在自身重量、轮边功效、散热系统的可靠性与整车辐射抑制能力上满足日军的要求。

最终整套系统在标准配置下(搭载低后座105突击炮,4人战斗小组,标准32发弹药基数)可以混动状态行驶超840公里,纯电状态综合续航里程超50公里。对于自重15吨的装甲突击兵器来说,这个行驶里程标准放在各国陆军兵器中都是超然领先的。

采用全新研发的超低后座105毫米口径反坦克炮,这对日军是一个全新的考验。为什么说是考验?在综合考量这套6轮混动载具不超过15吨前提下,搭载105毫米反坦克炮,这就意味着在3点钟、9点钟方向射击时,车体会被强大的火炮后座力掀翻。载具的混动系统性能和尺寸被严格的限定,那么就要在火炮的自身上寻求突破。

这具“双后座”105毫米口径反坦克炮,为了降低缓冲后座力对车身的冲击,增加了大约50只零件后,拥有了可以水平以及垂直(确切的说拥有跟随火炮发射仰角相同)方向的两段式后座缓冲装置。采用小尺寸的无人炮塔结构,减重效果是明显的,但随之而来的是装弹机的布置,以及低后座105跑的弹药势必也要重新开发。

现在,日本陆军90式以及10式坦克使用的120毫米口径坦克炮,在根源上来自德国莱茵钢铁公司为德军豹式系列坦克匹配Rh120-L44型120毫米口径滑膛炮以及配属弹药。在日军90式坦克炮国产化的过程并不顺利,最终还是以莱茵钢铁授权的方式进行了国产化生产。

2013年日军自行研发的8轮重型坦克战车搭载的105毫米口径反坦克炮,在某些工艺上仍然来自莱茵钢铁。由此推断,这台经过“双后座”改进且匹配自行装弹机的反坦克炮仍然“流淌着汉斯的体液”。

从上图可以辨认出,日军对这款6轮混动105突击炮采用模块化的研发模式。在首先制定好计划书后,各分包商在责任内根据研发手册对火炮、车身、动力、驱动等分系统进行同步研发。在研发完毕由小松制作所合装。虽然模块化的研发模式已经不再有太大难度,但是对于一款采用多项全新技术的军用车辆,油电混合的动力总成、轮毂电机这种颠覆传统的驱动系统,势必对整车布局起到了至关重要的影响。省去了变速器、分动器、传动轴以及大量的拉杆的空间,可以提升整车空间利用率,但是在车重配比上,很少有借鉴以往经验可用。

每套分系统预先设定的技术指标,既要与以往有所突破,又要在日本各企业技术积累范围内,在生产上还要严格恪守技术手册规定的各项体积上的参数。从整套武器研发与生产模式看,日本的汽车、机械、光学、电子、重工业等跨行业协作能力已经走在世界最前端。

通过整车技术研判,日军6轮混动105突击炮拥有可应对地雷与爆炸装置的车体结构,6轮独立运作的优势,可以精准曲射攻击远距离的105毫米口径反坦克炮,以纯电模式推进50公里的“零”噪音行驶能力,可扩展多达6款变形车的车族扩展性,似的这款武器系统拥有绝对优势的攻击行驶隐蔽的综合性能。

那么这款武器的攻击目标,使用环境如何呢?综合近2年日本军队装备的几乎都是进攻性的武器,日本政府对中日战争,南京大屠杀等等问题上的全盘否定的态度来看,日本政府与军队已经达成了对中国进行决战的态度,日向号航母,苍龙潜艇,风神攻击机再加上10式坦克以及6轮混动105突击炮这些进攻武器的技战术标定,都剑指我人民解放军各型装备。

曾经将硕大广告牌悬挂在北京建国门长富宫酒店外的小松制作所,在矿山机械与日军现役重型军用装备生产和制造上有着丰富经验。

笔者有话说:

日军这套研发周期将被限定在22个月的6轮混动105突击炮,在结构上是一款全新的武器,但是其使用的各项技术,却都是在日本各大车企、工业会社的技术储备内。在日军需要的时候,将以往研发的技术成果根据设定的技战术框架进行简单修改,然后通过高度工业化标准化的加工手段,进行“无缝连接”似的总装,用很短时间进行调试就可完成整套全新装备的研发与合装工序。规则其实很简单,但实行起来却很难。

三菱重工、富士重工、川崎造船等日本知名车企都是日本海陆空军装备供应商。

纵观日本汽车工业发展,从日本明治维新开始,对西方工业强国进行全方位学习,二战中三菱、中岛(富士)、川崎等重工业基地,为日军入侵中国提供了全部武器弹药。日本战败投降后,仍然靠自身强大技术储备和严谨的工作作风完成了复兴。

不可否认,现代日本的汽车和重型机械的技术与质量仍然位于世界前列。尤其是新能源车辆技术与整车制造有着独到之处。最先进的技术势必首先军用化,日本丰田、松下、三菱等车厂在新能源技术的研发靠政府扶植,市场认可,民众支持,有了继续研发的大环境。最终日本政府在对新技术投入的资本中获得了军事上领先的回报。

各款丰田普锐斯混动车至今已售出超过300万台,丰田积累的新能源技术最终将成为为日军装备提供相关技术的最中坚力量。

自主车厂比亚迪研发的混动四驱唐的即将上市,将被看作可控的自主车厂研发四驱混动车最为成功的一款产品,那么在其后的发展中,采用轮毂电机多驱动桥技术的加入,将会对我军新能源装备的研发提供绝佳参照。

比亚迪唐的混动四驱系统,前驱动桥为油电混动,后两轮采用由轴间电机推动纯电驱动系统。这样的配制,稍加改进完全可已成为,近乎日军6轮混动105突击炮驱动系统的民用验证车。传统汽油机只负责为电动机提供动力,产生的电力为电池蓄能,并输出值前后轴间电机/四轮轮边电机。在笔者以往的稿件中,已经对这样的配置有所暗示。

现在来看,比亚迪目前主推的混动SUV四驱技术,更多的是为日后采用四轮轮边电机推进的混动车进行技术验证。而此类被比亚迪掌握全部知识产权,全部研发与生产能力的技术形式,只要稍加改进就完全可以成为符合解放军军标技术储备。从某种成来看,比亚迪的电动车发展技术以及成品的发展路线,完全符合由简入繁的可续发展原则。在中国目前普遍车辆制造能力与设计水平来看,也只有比亚迪掌握的相关电动/混动技术才能与丰田进行抗衡。

反观我国目前新能源汽车与推广的境界,中央政府的态度已经明显,各大车厂抱着不同的心态参与进来,比亚迪和北汽投入重金甚至整个身家性命担负起应尽的责任。而有的车厂为了应付差事不舍得传统车市场的高额利润“磨洋工”。不过然笔者感到欣慰的是,一些负责任的整车制造厂和分系统供应商,已经了制造出符合我军新能源装备各项指标的铁电池、轮毂电机以及驱动车桥的成品。

明日继续发布日本陆海军新能源技术军用化系列稿件。

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