刊名: 教育研究
Educational
Research
主办: 中国教育科学研究院
周期: 月刊
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 16开
ISSN: 1002-5731
CN: 11-1281/G4
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2-277
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历史沿革:
现用刊名:教育研究
创刊时间:1979
该刊被以下数据库收录:
中国人文社会科学引文数据库(CHSSCD—2004)
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车辆动力系统发展研究
【作者】 崔庆广
【机构】 装甲兵工程学院
【摘要】动力系统是车辆的重要组成部分,它决定了一个车辆行驶的机动性。对各个时期的动力源进行了研究,并且探讨了新兴的能源利用技术给动力系统带来的变革。本文对今后车辆动力的发展及机动性能的进一步提升,起到了借鉴作用。【关键词】 发动机;混合动力;燃气轮机;新技术
1.引言
动力与能源技术是国家建设的重要基础和关键技术,涉及多个高新技术领域。先进的动力与能源技术可以提升车辆的机动能力,为车辆的行动系统提供足够的能量和安全可靠的性能。车辆动力系统的优劣决定了车辆机动性能的好坏,动力系统还是提供给车辆行动支撑的核心。车辆动力系统的重要组成部分,就是动力舱,它的布局、尺寸大小直接影响着车辆的总体性能。发动机及传动装置,以及汽车中滤清器和冷却装置等都是车辆动力舱的主要部分。
2.主要动力系统的发展现状
2.1柴油机的发展现状
当今世界范围内,增压柴油发动机是工程车辆普遍采用的动力类型,目前柴油机最大功率达到1103 kW。随着可变几何涡轮增压器、可变压缩比活塞、超高增压旁通补燃系统、电子控制、高压燃油喷射以及低散热技术的应用,柴油机性能不断提高,未来柴油机技术的发展潜力巨大,特别是高功率密度发动机技术的不断发展,都有效的提高了其比功率、比重量、功率密度、燃油消耗率等性能指标。
限制柴油机使用的客观因素比较少,因此使得汽车的行动特别方便。由于用电当作能源还不是特别多。因此车辆最开始的动力多使用汽油机,汽油机具有单位体积功率大、比质量轻、生产成本低以及启动性能好的优点,但是汽油机着火点低、燃油消耗率高等劣势使得很多工程车辆上开始使用柴油机。由于苏联的军工行业发展比较快,所以他们研制柴油机也比较早,他们在20 世纪30 年代后期就在军用履带车辆上使用了柴油机。美国在20世纪60年代初,才将燃油缸内直喷式汽油机演变为柴油机,并引领了当时动力柴油机化的发展趋势。在上世纪80年代初,美国开始将燃气轮机用作动力源之前,柴油机一直是唯一的动力。我国在从苏联引进了柴油机工艺,并且在于1959 年研发出了第一台军用发动机,随着科技的不断进步,现在研发的柴油机趋向于功率大、体积小等特点。我国的科研部门经过几十年的不断努力,已经成功制造出了多种型号的发动机,功率型号范围很广,基本可以满足车辆对动力系统的要求。
2.2燃气轮机的发展现状
现在很多国家的工程车辆上出现了燃气轮机。燃气轮机是国家重大装备制造业水平的体现,是拥有高技术的重要标志之一。如今世界上能研制燃气轮机的国家仅仅有美、俄、法、日等。上述的国家借助自己所拥有的工业基础,研制了功率层次很多的燃气轮机,在用于民用的同时也引进到了军事领域。
由于车辆市场对动力的要求越来越高,国外著名的汽车发动机生产商将航空发动机改变了型号,然后研制了几款轻型燃气轮机。他们研制了这些燃气轮机后,如今的一些工程车辆收到了投资少、周期短、见效快、效率高、经济性好、可靠性高、使用维护方便的效果。如今一些工程车辆动力研发公司以大型航空涡扇发动机为基础,采用航空发动机积累的各种新技术,吸取前期航改燃气轮机的使用经验,取得了“可靠性更高、维修性更好、污染更低、功率范围更宽广、应用前景更广阔”的效果。
3.混合动力技术的发展现状
混合动力是以一台主发动机作为主要动力源,带动发电机工作,发动机再将能量供给高速电动机。混合动力按其能量混合方式可以分为串联式、并联式和混联式。混合动力系统包括如下几个主要部件:向车辆提供所需平均功率的发电机;带有交流/直流、直流/交流换流器和直流/直流变频器,通过共用直流总线向车内车外所有电器提供电能的动力回路电器设备;管理所有动力传动系统功能的电子管理系统;满足瞬时峰值功率需求的电能存储设备(典型的是电池组);驱动电机。混合动力系统的关键技术主要包括:向车辆提供所需平均功率的发电机技术、驱动车辆行驶的驱动电机技术、驱动电机控制技术、满足瞬时峰值功率需求的储能电池技术、能量管理技术等。
4.动力系统的前景
4.1新能源驱动技术
面对石油资源短缺的现状,世界各国均掀起探索新能源和新型驱动技术的热潮。在未来长时期内,混合动力及燃料电池技术将成为汽车动力发展的关键技术。混合动力及电传动技术的研究和应用,是实现全电车辆工程化的基础,对促进车辆早日实现自动化、信息化和无人化有着重要的作用。同电化学电池相比,燃料电池的显著优点为:燃料电池车辆可达到燃油车辆一样的行驶里程,其行驶里程仅与燃料箱中的燃料多少有关,而与燃料电池的尺寸无关。而且,燃料电池的燃料加料时间远远短于电化学电池的充电时间(机械充电式电池除外),使用寿命长于电化学电池,并且电池维护工作量更小。燃料电池最初主要用于民用领域,随着燃料电池技术的逐渐成熟,国外开始进行燃料电池在军用领域应用的研究。燃料电池装甲车辆不仅有优化的人机环境,燃料电池技术的关键技术主要包括燃料电池材料与制备工艺技术、水热平衡技术以及燃料存储技术等,其中燃料电池材料与制备工艺技术是燃料电池技术的核心技术。
4.2高功率密度发动机技术
高功率密度发动机是最早应用于装甲车辆的高性能柴油机,代表了先进装甲战斗车辆柴油机发展的最高水平。柴油机在目前和可预见的未来是装甲车辆动力推进系统的首选原动力,而装甲车辆轻量化的未来发展趋势对动力推进系统提出了更高要求,动力推进系统不会一味地追求高功率,而是向高功率密度、高紧凑性发展。高功率密度发动机是装甲车辆动力传动系统的核心,采用了当前现代化柴油机上探索并得到验证的各种高新技术,如总体集成技术、高压共轨技术、高温冷却技术和高增压技术等。
5.总结
未来随着人们生活水平的提高,对车辆的机动性和操纵都有了很高的要求。机动性要求车辆具有良好快速行动能力,车辆将向轻量化、快速化方向发展,因此对动力传动系统提出更高的要求,要求动力传动系统结构紧凑、质量小、噪声小、功率密度大、可靠性高,因此未来车辆动力将朝着提高功率密度、集成动力传动系统、开发新型动力源以及继续混合动力技术研究的方向发展。与此同时,由于石油供应日益紧缺,为了确保战时能源供应,各国都在寻求新的能源替代传统能源,开发新能源已成为各国竞相研发的重点。
参考文献:
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