第四节　主战坦克的悬挂装置

一、形势与任务

主战坦克的悬挂装置经过几代的发展，目前面临“三高”的要求。

（一）高越野机动性要求

1.灵活适应各种作战地形

现代战争的不确定性所造成的战场不确定性迫切需要坦克车辆悬挂系统能适应各种战场地形的变化。作为陆军作战平台，主战坦克应适应复杂多变的战场地理地形。这就要求悬挂系统具有较广的适用范围。而现有主战坦克悬挂系统一般是针对某种特殊战场地理地形而设计的，一旦设计定型，悬挂系统的特性就固定下来，不能随着地形地貌的变化而灵活改变。为改变现状，需要使用一种能够根据地形变化方便调节的可调悬挂系统。

2.多用途作战平台

主战坦克作为陆军地面最重要的武器平台，不仅要在进攻时为陆军作战人员提供可靠的防护掩体，而且要发挥近程攻击武器的威力。随着火炮技术的发展，主战坦克的火炮口径和射程不断提高，例如，第3代主战坦克火炮口径标配是120mm或125mm；以色列“梅卡瓦”4采用口径达到140mm的滑膛炮，达到了远程火炮的口径。火炮口径和射程的增大，使坦克处于射击工况时底盘系统的负荷大大增加，如果底盘系统悬挂偏软，对提高乘坐舒适性有益，但对射击精度影响很大，降低了坦克的首发命中率，这对提高坦克的战场生存力指标是不可取的。如果坦克底盘系统的悬挂偏硬，可以提高射击精度，但是行军中会对坦克乘坐舒适性产生不良影响，恶化人机环境，这将对保持作战人员作战效能指标产生负面影响。此外，将主战坦克作为炮射导弹和防空导弹的发射平台已经成为主战坦克的基本作战要求，但是随着导弹出口射速的提高，对坦克悬挂的冲击影响也越来越大，而悬挂的性能又会对导弹的射击精度产生影响。上述矛盾对悬挂系统提出了更加严格的要求，最好的解决方案是在原有车体上安装灵活可调的悬挂系统。

3.整车重量的影响

主战坦克的高机动性，要求车辆具有高速性，需要更加强劲的动力-传动设备，而随着动力设备功率的增加，势必要求车辆结构强度增强，并带来整车重量增加；主战坦克的防护性，要求装甲厚度越来越厚，披挂反应装甲已成为主战坦克的标配，这些都直接造成坦克的总重量继续增大。例如，美国、英国、法国、德国等国家的第3代主战坦克总重量同前一代相比都有明显的增加。坦克重量的增加，必然给机动性带来负面影响，而原有的悬挂系统无法满足机动性增长的要求，必须对原有悬挂进行改进。此外，越来越多的资料显示：主战坦克小型紧凑化是今后很长时间内西方主战坦克发展的大趋势。主要减重措施可以归纳为以下几点。

①车辆电子技术尤其是车辆总线技术、先进光学技术在主战坦克上的成功应用，改变了传统光电设备体积大、重量大的局面，为车体小型化、轻质化提供了可能，使主战坦克2名乘员化成为必然。

②炮塔减重。炮塔在坦克车辆总重量中占有很大的比例，取消炮塔，或者使用无人炮塔的观点在坦克设计和制造界内的呼声越来越高。俄罗斯新规划的主战坦克已经开始使用无人炮塔设计。轻型化坦克导致车辆的比功率增加，机动性得到进一步的提升，但机动性和舒适性的矛盾重新显现。

③全新的设计理念。美军规划中的第4代陆军智能作战系统——“未来战场系统”（FCS），突破了坦克车辆的常规发展思路，彻底去除了坦克车载武器系统（炮塔）和防护装甲，利用导弹进行远程或超视距攻击，成为名副其实的“移动武器库”，将取代现代战场中的陆航武装直升机和地面主战坦克车辆以及轮式支援车辆。目前，美军已经提出了轮式车辆作战平台（FCSW）、履带式车辆作战平台（FCST）两种方案。FCS的总重量较现役的M1A1、M1A2、M1A2STEP等主战坦克有显著的降低，已经生产的FCS样车总重量控制在20～30t之间，只占现有主战坦克车辆总重量的1/3～1/2。坦克总重量的减小无疑减轻了悬挂系统的负担，为智能悬挂的实现提供了良好的物质基础。

4.车辆行驶速度继续提高

大量的陆航直升机、各种高速轮式反坦克车辆和各种单兵便携式反坦克导弹武器的使用，使得主战坦克在现代战争中所面临的危险有增无减。这就需要坦克具有很高的越野速度和很强的突击能力，能灵活机动地摆脱来自各个方向的威胁，能越野长途奔袭敌人和迅速占领战略要地。

基于以上事实，各国主要致力于寻求提高主战坦克行驶速度、大幅度提高越野机动能力的途径。例如，规划中的美军主战坦克的速度要求：在公路上行驶最高速度为120km/h，最高越野速度为100km/h。提高车辆机动性的传统方法是提高车辆的动力性，而提高动力性主要靠使用大功率发动机（目前世界各国3代坦克发动机功率均达到甚至超过1103kW）。但大量的试验数据表明，在没有改进悬挂装置的情况下，提高发动机功率只能提高车辆在良好路面的行驶速度和加速性能，并不能有效地提高车辆的越野行驶速度。而被动悬挂的固有缺陷，不能从根本上解决车辆高速行驶所带来的乘坐舒适性和结构可靠性等一系列问题。

（二）高乘坐舒适性要求

坦克乘员的舒适性在很大程度上是由车辆悬挂系统所决定的，来自车外的各种冲击和振动都是通过悬挂系统进行传递和衰减的。从人体工程学的角度，最大行驶车速与其说是受动力性的限制，不如说是受乘坐舒适性的限制。如果采用先进的悬挂技术，使得行驶平稳，那么驾驶员就能够充分利用车辆的动力性，高度发挥车辆的机动性和灵活性，使主战坦克在战场上起到更大的作用。

传统被动悬挂系统的设计方法是根据车辆主要行驶路面状况，按照需要的减振效果和动、静行程的要求选择一个折中方案来确定悬挂参数和部件的。这种设计方法具有明显的局限性，主要表现在其静、动态特性是固定不变的，悬挂系统参数一旦设计好，在车辆行驶过程中就无法随工况改变，从而影响了行驶平顺性和乘坐舒适性的进一步提高。

为此，人们尝试了很多方法，例如采用非线性渐变刚度弹簧和车体高度调节装置，取得了一定的效果，但是这仍然不能够从根本上消除上述缺陷。被动悬挂系统的性能面临更高要求，受到极大挑战。从20世纪60年代起各国开始了智能悬挂的研究［2］。智能悬挂理论的提出以及在民用车辆上的成功应用为坦克车辆悬挂设计提供了依据。智能悬挂可以根据车辆行驶工况和路况的变化对悬挂参数进行调节，有效改善乘坐舒适性，提高乘员的战斗效能。例如，美军在布拉德利（Bradley）M2系列步兵战车改装半主动悬挂项目中，建立了专门的机动技术试验平台（MTTB），道路试验结果表明，同被动悬挂相比，半主动悬挂明显提高了车辆的乘坐舒适性，平均降低车身垂直振动加速度26％；俯仰角加速度30％；侧倾角振动也达8％。此外在越障试验中，半主动悬挂的极限行驶速度也有显著提高，比装有被动悬挂的车辆平均提高14％，最大提高68％。半主动悬挂在很大程度上提高了车辆的乘坐舒适性和越野机动性能，具有很好的应用前景。

（三）高可靠性要求

被动悬挂系统因为结构简单、价格低廉、可靠性高等优点在陆军机动作战车辆中得到了广泛应用，但是存在故障隐患不可知的显著缺点，定期保养或维修不仅浪费了大量的人力物力，而且一旦在战场发生故障，将造成严重的后果。智能悬挂引入了复杂的液压管路和测试、电控环节、故障自诊断系统，可以在故障发生之前进行故障诊断和分析，对故障隐患部件进行维修，提高了悬挂系统的可靠性和可维护性以及故障的可预见性。例如，使用被动悬挂（“扭杆+减振器”式）的车辆在采用半主动悬挂后，一旦半主动控制系统失灵，整个悬挂系统转为被动悬挂工作，车辆整体悬挂性能可能会下降，但仍然可以保持车辆的有效行驶。

二、主战坦克悬挂装置的特点

（一）现代坦克悬挂装置的特点

许多第二、三代坦克都采用了扭杆悬挂，由于新高强度钢研制成功。可以在保证重量轻及可靠性的同时，产生很大的抗扭力，并可以增大负重轮的行程（负重轮的上下运动）。

采用扭杆悬挂形式的坦克有T-72、T-80、“豹”2和M1A1等。

“豹”2坦克是通过提高悬挂装置的性能而提高越野机动性的典型坦克。

“豹”2坦克的负重轮行程比“豹”1提高了30％，因此在高度为500mm的起伏路面上行驶时，其速度可达“豹”1的2倍。

这样，负重轮行程大，就提高了越野时的行驶速度和提高机动性标准（见图1-59）最后，将各国的主战坦克的负重轮行程按时代比较一下，如图1-60所示。

现在可以很清楚地看到，负重轮行程明显增大，悬挂特性也得到改善。同时，随着发动机功率提高，负重轮行程仍有增大的趋势。

（二）油气悬挂装置

从第二代到第三代坦克，引人注目的另一点是油气悬挂的出现。

坦克上使用的油气悬挂的研究是1957年在德国开始的，1961年在标准坦克B的样车和1962年在新装甲人员输送车的样车上都采用过该装置。而且于1964年实现了575mm的负重轮行程，并通过严格的试验，其高性能得到了公认。但由于构造复杂，并存在发热和机械方面的问题而未能被采用。

尽管这样，美国和德国在从1965年开始共同研制的MBT70中，对这种悬挂方式进行了更系统地研究，还在“豹”2的两辆样车上使用过。结果没能达到扭杆所具有的性能稳定性和寿命可靠性。

在这样的技术水平下，将油气悬挂付诸实用的只有瑞典的S坦克和日本的74式坦克。其着眼点均不是为了获得越野行驶的高速度，主要在于车姿的控制，但工作压力低［最大工作压力为300bar（1bar=105Pa）］，还由于安装在车体内部，因而减少了车内容积，还有诸如使装置复杂化等种种不利因素。

但是，安装了油气悬挂的74式坦克，在日本的使用条件下，车体不必全部暴露便可射击目标，在生存能力和隐蔽性方面具有很大的意义，作为同时代的高技术坦克，受到了国际上很高的评价。

近年来，各国广泛研制了高压式（800～900bar）的车外安装的独立式悬挂装置。通过高压，使悬挂装置小型化，不占用车内空间，隐蔽地安装在负重轮的内侧，从而对于来自侧面的袭击，也增强了抗弹能力。而且，有在损坏后易于更换的优点。在美国通用汽车公司的XM1样车上，在第1、2及6负重轮上采用油气悬挂，其他负重轮则用扭杆式复合悬挂系统，这从发挥各种悬挂的特长及减少费用的观点来看，是比较有前途的解决办法。

油气悬挂在维修性、可靠性方面不如扭杆式悬挂，和普通的扭杆悬挂方式相比，在越野时的平均行驶速度为后者的2倍以上。

通过改善悬挂性能，也能提高行进间的命中率如图1-61所示，扭杆式悬挂在时速为16km/h时，对1000m远的目标射击时的命中率为84％，与此相比，采用油气悬挂装置后，对同一目标的命中率提高到98°。

如上所述，扭杆式悬挂和油气式悬挂各有优点。在评价悬挂特性时，除了考虑越野时的高速性外，还要注意射击时的稳定性。车的纵倾运动也是必须考虑到的一大要素。这样一来，就没有必要从第1负重轮到最后一个负重轮的全部负重轮的悬挂采用统一的形式。不用说，第1和第2负重轮在接近和克服障碍物时，有必要特别加大其负重轮的行程。考虑到这个原因，坦克的悬挂装置未必一定要用油气悬挂取代之，应根据各个负重轮的不同的作用来确定其该用的悬挂形式。也就是在第1、2负重轮或者最后一个负重轮上采用油气悬挂和高性能的阻尼器以及限制器。在中间的负重轮上采用构造较简单的扭杆，这样一种混合方式也会更合理。

三、研究进展和发展趋势

（一）研究现状

1.扭杆悬挂和油气悬挂竞相发展

增大坦克车辆悬挂动行程以改善其越野机动性能，已经成为改进车辆被动悬挂性能的一种趋势。

当前，世界上许多主战坦克采用扭杆悬挂，其中美国M1A1和德国“豹”2坦克已发展到较高水平。扭杆悬挂具有结构简单、安装空间小、成本低等优点。但是，存在以下难以克服的缺陷。

①固有频率高。扭杆是一种刚性较高的弹性元件，负重轮运行时，扭杆将很大的力传到车体，形成了较高的固有频率，且难以达到最佳水平。

②可靠性低。液压减振器或者摩擦式减振器的使用寿命都比较短，通常因为过热、漏油或者机械磨损而引起损坏或失效，但是这种失效并没有引起人们足够的重视，导致车体俯仰振动更加趋向恶化。

③冲击负荷过大。负重轮运动至行程终点时，扭杆弹簧不能充分减轻冲击负荷。

随着科技的进步和机械加工水平的提高，长期困扰油气悬挂的瓶颈问题，如机械加工精度、密封技术和高性能液压工作介质技术等已有很大进步，加快了油气悬挂技术的实用化和普及化。

2.采用智能悬挂技术

智能悬挂技术主要包括主动和半主动悬挂技术。它们采用先进的控制策略和执行机构，实现车辆悬挂特性的最优化或次优化，最大限度降低车体振动，改善了车辆平顺性和安全性。

主动悬挂的概念最早由美国的Federspiel-La-brose教授在1955年提出，在民用车辆领域已经取得很多研究成果。军用车辆主动悬挂的研究最早开始于英国国防研究机构（DRA）在蝎式坦克上的成功应用。经过主动悬挂改装后的车辆的道路试验表明，该项技术取得了令人满意的效果，显示了主动悬挂技术在提高车辆悬挂性能上的优越性。但是，在坦克车辆上采用主动悬挂技术目前还不是很成熟，主要是受一些技术瓶颈的限制，例如，主动悬挂需要安装复杂的液压管路，成本高、可靠性低；体积庞大，增加了车辆总重量；要消耗大量的发动机功率等。如果这些难题能够得到解决，主动悬挂技术将成为主战坦克悬挂系统的理想选择。

半主动悬挂理论的研究最早开始于1973年，由D.A.Crosbyh和D.C.Karnopp最先提出，即通过调节悬挂系统阻尼元件的阻尼值和（或）弹性元件的刚度达到调节悬挂特性、保持悬挂特性最优或次优的目的。半主动悬挂是一种介于主动悬挂和被动悬挂之间的智能悬挂技术，采用半主动悬挂系统可以改善悬挂系统性能，提高乘坐舒适性，改善操纵稳定性。由于半主动悬挂具有耗能少、可靠性高和价格低等优点，一些大的汽车公司已经推出了装有半主动悬挂的样车。半主动悬挂技术是一项比较成熟的技术，实现其从民用到军用的技术转化方案是可行的。美国、英国、德国、俄罗斯、日本、韩国等国家已经推出了采用半主动悬挂技术的原理样机。

（二）发展趋势

①智能化程度更高。坦克车辆悬挂系统要求能自动适应不同的车辆工况和行驶路况，可以根据战场地理地形进行自动调节。例如，既可以适应山地作战，也可以在平原和沼泽地形发挥战斗力。这就需要悬挂系统的高度智能化。

②从悬挂的结构形式上来看，油气悬挂将会打破扭杆悬挂的局面，而且会出现更多的混合式悬挂方案，具有车姿调整、液压闭锁等功能的可控油气悬挂已经成为油气悬挂发展的重要方向。例如，美国已经开始了M1A2试装肘内式复合油气悬挂的研究。

③更加数字化。车辆总线技术的成熟及其在民用车辆上的应用，为其在军用车辆上的使用奠定了基础，美国的M1A2和法国的勒克来尔，以及日本的90式坦克均采用了全数字化设计。可以预见随着总线技术和微机技术的发展，悬挂系统也将进入数字化时代。

④高可靠性。这是智能悬挂的一个亟待解决的问题，需要对其进行深入研究，以进一步提高可靠性。