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美国陆军战车现代化战略(四)——战车平台的设计「2」

 梦想童年594 2022-02-17

士兵的身材尺寸对设定总的车辆空间也有要求,身材尺寸还影响多个参数,例如车辆的重量、防护要求、机动性要求等。

空间、重量、动力、冷却系统的未来发展,为战车的未来设计提出挑战。因此,部件必须进行余量设计,以应对未来的重量增长;动力系统必须具有动力储备;内部空间必须考虑到未来发展的空间需要

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其他的设计属性也不同程度地影响战车的设计。可部署性和可运输性是战车设计的约束因素。美国陆军现在主要通过海运来运输大型战车编队,在这种情况下,车辆重量并不是一个主要的可部署性设计因素,但车辆尺寸和重量会影响通过空中和铁路部署这些作战系统的能力,而且会影响战术机动性。如果车辆必须用一个具体型号的飞机来空运部署,这即设定了车辆不能超过的最大重量和体积。车辆的尺寸和重量增长一定程度后,会对以下方面构成挑战:在世界的一些地方因为隧道通过能力所造成的铁路运输问题;当通过车辆运输时的桥梁通过问题。此外,车辆的桥梁通过性也提出额外的尺寸和重量约束。虽然20吨以下的车辆能够通过世界公路网的97%,但对于30~40吨车辆,只能通过世界公路网的81~97%;对于60吨级别的车辆,通过能力下降到81~95%。尺寸和重量还影响车辆的战术机动性,它们限制车辆在城市环境中街道和小巷内的机动性,此外,还影响越野机动性。

系统的后勤保障性随设计而变,而且与其他设计参数相关。较大、较重的车辆往往燃油经济性较低,而且较大、较重的备件会提高后勤负担。技术解决方案能够提高燃料经济性,提高可靠性来降低备件需求。但是,这些变化并不足以给较大重量级别的车辆提供较小重量级别车辆的性能水平。例如,40吨车辆的高燃油经济性就是针对40吨车辆而言,但不能达到优于20吨车辆的水平。较小重量级别的车辆使用较小和较轻的部件,从而可更多地使用商用部件,而且可简化维修。

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车辆能够针对一定的可靠性水平进行设计,而与重量级别无关。可靠性能够在车辆寿命期间内提高,或在其他约束条件被放松时提高。例如,“斯特赖克”双V形车体即在放弃车辆可用C-130运输机空运的要求时获得可靠性的提高,因为允许使用更为坚固的部件。但是,当车辆增加重量和能力时,如果没有采取保持可靠性的行动,车辆的可靠性通常是降低的。

费用和进度

还有两个源于设计要求的其他参数影响美国陆军采购战车的能力,即费用和进度。费用是最大的驱动因素;一个完美的系统但费用的不可负担并不能给部队提供能力。可负担性是造成ASM、FCS和GCV计划流产的首要或次要因素,控制费用是战车设计尤为重要的。

为了简单起见,将战车费用分为3个方面,其构成车辆系统的总费用:研制费用、采购费用和使用与支持费用。在具体工程设计开始之前,在进行设计折衷时,系统总费用的大约70%即被确定这是因为作战概念和系统要求进行设计折衷,而且在设计开始之后保持相对固定。战车的研制费用是采购费用的小部分,而采购费用又是使用与支持费用的小部分

系统的复杂性和研制时间影响研制费用。研制费用的最大部分是人员工资(支付给进行具体设计和负责项目管理的人员)。复杂性越高,需要的人员就越多;研制时间越长,支付工资的时间就越长在研制费用方面,第二大驱动因素是样车数量和试验数量,这是因为:样车通常非常昂贵(相对于最终生产型车辆);需要的试验决定了总的研制时间

车辆设计的复杂性和在一个具体时间段内的系统采购总数,很大程度上影响采购费用。持续生产较多数量的作战系统,会使成本下降;提高生产速度,可降低长期运行生产设施相关的维持费用,从而降低生产成本。例如,“布雷德利”A3的造价在其生产期间内,随着采购总数从588台提高到2 561台以及年生产速度在生产高峰时提高到接近700台,降低了25%的费用。因此,一些采购费用能够在系统生产期间降低,但降低多少取决于系统的最初采购费用

采购费用取决于战车系统的复杂性,这由系统的尺寸、重量及系统所需能力等确定因为较大、较重的系统需要更多的材料、更大/更坚固/更贵的子系统、更为复杂的制造技术以及更大型/更高能力的生产设备,因此,提高的尺寸、重量与提高的系统费用直接相关。战车设计、生存力系统、动力系统、传动系统、车体结构等与系统尺寸和重量直接相关,与费用成正比。其他费用源自车辆能力(探测器、火控装置、武器等)。

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初始的系统设计决定支持费用,而支持费用随系统使用需求(燃料、其他消耗品)、系统使用数量、系统可靠性、系统能力水平而变。高性能部件代表备件昂贵。最初即为实现高可靠性和低故障率而进行设计的系统,势必研制时间延长且研制与采购费用提高。如果实现良好均衡,这些初始费用可转变为寿命周期费用的节省。如果系统可靠性在服役期间提高,虽然支持费用会降低,但通常不会比最初设计时降低很多。如果系统在役时间较长的话,系统耐用性和使用频率即变得较为重要,因为这些参数决定大修间隔和程度。随着时间的推移,电子系统的复杂性会进一步提高支持费用,这是因为电子部件会变逐渐过时,如果车辆服役时间长,则需要重新设计和更换。

车辆从概念到生产所经历的时间,随系统复杂性和过程要求而变。与较简单、能力较少的系统相比,高能力复杂系统不仅需要更为先进的部件,而且需要更多的设计和集成时间。与改进设计相比,新设计通常需要更多的设计时间,但这仅在一定程度的改进上是如此。对现有车辆进行大改,甚至需要比新设计车辆更多的设计时间,因为现代化改进必须适应现有车辆的极限。更多的能力转变为提高的试验要求,因为每一种能力都要针对系统要求进行试验和评估。

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对于战车而言,试验时间是最大的单项进度因素,主要是需要累计足够的运行时间,借助适当程度的统计确定来评定车辆的耐用性和可靠性以预测车辆在装备时的表现。降低试验要求或生产更多样车来进行并行试验(后者会带来费用的提高),能够缩短试验时间。

旨在满足设计要求和均衡竞争性设计优先项的具体技术选择,影响车辆的费用和性能。应用高新技术解决方案可使设计均衡空间更大,而且可以提高能力,但经常费用也大幅度提高。例如,GCV计划曾考虑采用先进装甲材料,可降低系统重量最高8吨,但每降低1吨,单车价格会提高100万美元。最终,GCV被迫返回到采用较重的传统材料来满足其可负担性约束条件。获得的经验教训是,应用高技术解决方案将不能使负担不起的系统变为负担得起的系统,但技术能够帮助解决其他方面的不相容要求或提高能力来满足未来的目标要求。

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