从冷战时代到西南亚战争,美军战车平台的战场性能体现了对复杂战车折衷设计的理解和应用。艾布拉姆斯坦克和布拉德利战车,在其原始装备落后 30 多年后,仍然是陆军首屈一指的作战平台,证明了它们的适应性。在此期间,这些战斗系统进行了多次调整,成功地适应了 1970 年代车辆最初设计时未预见到的任务和环境。相比之下,美国陆军已经启动了 ASM(装甲系统现代化)、FCS(未来作战系统)和 GCV(地面作战车辆)等计划中的替换项目,但均未成功。取消的原因有两个:第一,开发这些新系统期间的运营和财务环境;第二,车辆设计方法。
了解作战车辆设计的复杂性有助于制定未来的计划要求和战略,并提高未来计划的成功率。在战车设计的案例中,作战理念驱动系统需求,系统需求驱动各种系统设计参数和性能特性的定位,进而驱动战车系统的整体成本和复杂性。成功的设计需要平衡竞争参数,最终,最终系统必须支持操作概念及其预期设计用途。
使操作概念与操作环境相匹配
清晰的操作概念是车辆设计的首要要求。战斗车辆的作用(战斗车辆、步兵运输车、支援车辆)及其使用环境将决定系统要求和设计参数的优先级。作战概念与作战环境之间的不匹配可能导致某些计划出现重大失误。
M1艾布拉姆斯坦克旨在摧毁西北欧平原上的俄罗斯装甲战车。它优先考虑保护、火力和战术机动性,同时平衡尺寸和空中部署能力。操作概念和需求优先级之间的紧密匹配导致了非常有效的设计。相比之下,布拉德利的设计挑战是平衡需求(步兵、车载作战、两栖能力、小型/轻型/快速如侦察车、摧毁重型装甲以支持纵深进攻行动),结果:“布拉德利” “虽然是一款成功的车辆,但受限于需要满足所有要求的设计妥协。作战理念与作战环境的不匹配是导致 ASM(装甲系统现代化)计划失败的一个因素,该计划试图通过 BLOCK III 坦克“十字军骑士”自身形成下一代“冷战” -推进火炮系统和未来的步兵战车。“系统。这一努力是在苏联的威胁促使美国提高其反击能力的时候来的。取消 FCS(未来战斗系统)计划的原因是它没有准备好应对9.11 事件后战略环境中出现的不对称威胁。自行火炮系统和未来的步兵战车。“系统。这一努力是在苏联的威胁促使美国提高其反击能力的时候来的。取消 FCS(未来战斗系统)计划的原因是它没有准备好应对9.11 事件后战略环境中出现的不对称威胁。自行火炮系统和未来的步兵战车。“系统。这一努力是在苏联的威胁促使美国提高其反击能力的时候来的。取消 FCS(未来战斗系统)计划的原因是它没有准备好应对9.11 事件后战略环境中出现的不对称威胁。
运营概念驱动的系统要求
操作概念驱动系统要求,包括人员配备、防护等级、火力大小、必要的机动性、易于部署等。这些要求的优先级和这些要求之间的平衡对于车辆的成功设计至关重要。操作概念和系统要求之间的不匹配可能会产生负面影响。一些设计参数,例如尺寸和重量,是从所需容量推导出来的,但也可能是设计约束;例如,如果系统有限制允许尺寸和重量的空运或铁路运输要求。
系统要求(保护、杀伤力、机动性、可部署性)的优先级将推动设计。但是,无论需求的优先级如何,一些参数都比其他参数重要得多。装甲空间(人员和部件受到保护的空间)的保护水平是战车设计中最重要的设计驱动因素。人员数量(机组人员和机组人员)以及机动部件和其他装甲任务设备将决定初始车辆保护。人员防护等级源于使用环境中所面临的威胁,决定了围绕这部分空间应用的设计。由于尚未配备完全可靠的主动保护系统,无法抵御所有威胁,
车辆的折衷设计
个人防护空间需要妥协。例如,防止起落架攻击的保护“支撑”一辆重型车辆,其底部尽可能远离威胁,以在冲击波影响车辆乘员之前消散尽可能多的能量。这需要内部空间允许人员和座椅在发生车辆爆炸时移动,而不会撞到车辆顶部或因地板变形而造成伤害。车底保护需要更大的人员空间和更高的离地间隙,导致车辆轮廓更大,进而使车辆更大,更容易受到直接火灾的影响。
避免直接攻击需要车辆具有较小的轮廓以避免被发现、攻击和撞击,这需要较低的车辆底部到地面的高度。但是,如果车辆被击中,则需要更多装甲以避免通过偏转或禁用来袭威胁来穿透乘员舱,从而驱动更大、更重的装甲。使用主动保护来减轻车辆重量会增加车辆对车身底部攻击的脆弱性。
装甲下的人员空间和最终车辆重量等级,针对系统的机动性要求,关于动力总成和悬架的驱动决策,例如轮式或履带式,发动机和变速箱规格等。作战车辆需要较大的地面接触面积以减少地面压力,以促进车辆在松软和潮湿的土壤上机动;在较重的车辆上,这支持履带式系统。但是,较大的地面接触面积将使车辆在高速公路上行驶更加困难。接触面积较小的轮式系统往往更有效地进行远程、高速、战斗级机动。转向半径、垂直壁高度和沟宽要求通常有利于履带式系统,但取决于最终车辆设计;具有适当平衡的轮式系统,还可以实现更小的转弯半径或更高的越障能力。对于越野和软地机动性,目前的技术重点是使用履带式车辆,用于20至30吨重量的车辆。
动力总成放置在战车的装甲下,以避免因系统损坏而丧失机动性。这意味着必须将装甲下的装甲延伸到包含动力传动系统的范围内,从而增加车辆的尺寸和重量。为了将车辆尺寸保持在最小,战车动力系统寻求实现高功率密度。这意味着商用发动机和变速器并不是一个好的解决方案。军用战车使用定制的、小型的、昂贵的动力系统。
配备动力总成,车辆具有一定的机动性。然后,为车辆添加其他设备,例如武器、探测器、通信和态势感知配件。火力系统需要结构来支持武器系统和减少后坐力,还需要一定程度的保护。武器及其支撑部件所需的弹药空间和防护等级会影响车辆装甲下方空间的空间和重量要求,从而导致尺寸和重量的增加。尺寸和重量的增加增加了动力和悬挂要求。一个探测器要达到杀伤力,不仅需要一定的装甲防护空间,还要有足够的功率保证探测器正常工作。网络和通信设备、态势感知系统和显示器、CBRN(化学、
电气系统会产生热量,从而增加车辆的冷却负荷。冷却系统不佳会降低战斗性能并通过增加热特征来增加车辆的脆弱性。子系统运行所需的电力和冷却子系统所需的电力来自车辆电源。高电力负载需要产生更多电力,这反过来又需要更高的车辆功率。这种功率要求反过来又需要更多空间用于更大的动力总成及其冷却系统。不同的动力总成选项,例如混合动力驱动系统,能够在某些条件下产生更多的电力。车辆的总发电要求包括车辆的机动性要求、其他电气系统的要求、以及运行冷却系统以减少相关热量输出所需的能量总和。提高功率和热效率或降低基本功率要求可以降低总体功率要求。
炮塔形式的设计体现了尺寸和重量的明显折衷。炮塔有 3 种基本类型:有人驾驶炮塔,炮塔乘员随武器系统旋转;无人炮塔,可远程控制以保持一定程度的武器装甲保护,并且可由车辆内的人员进行维修或操作;遥控武器站,通常不受保护,无法从车辆内部进行操作。载人炮塔对车辆结构设计和防护有更高的要求,“消耗”防护空间美国陆军战车标志,从而增加了车辆的尺寸和重量。然而,载人炮塔便于机组人员观察和操纵武器系统。与载人炮塔相比,无人炮塔具有减轻重量和系统集成的优势,通常可以节省一些保护,但更难以从车辆内部进行维修和操作。远程武器站经常“牺牲”武器系统的保护,并且经常需要操作员从外部重新装载或维修武器。因为不需要保护任何乘员美国陆军战车标志,RWS 对结构和重量的影响最小。