军用车辆战时燃用航空煤油研究现状与分析

姚广涛，刘伍权，刘宏威

(军事交通学院 军用车辆系，天津300161)

高技术条件下作战，物资保障的种类多、消耗量巨大，保障难度大。燃料是现代战争中消耗量最大的战略物资，战时如何减少军用动力装备燃料保障种类，对于有效提高战时后勤保障能力，打赢现代战争至关重要。这就要求军车动力装置具有良好的燃料适应能力。

军用车辆实现战时燃用航空煤油，可以大大简化我军军用车辆战时后勤保障系统，实现在大联勤体制下三军油料统一保障，提高后勤保障效率［1］。

1 外军研究现状

为了提高军用车辆战时燃料适应能力，外军军用车辆动力装置不仅可以燃用传统燃料柴油，还可以燃用航空煤油、生物柴油等燃料，为实现战时油料统一保障奠定了基础，提高了作战后勤保障与应急能力［2］。

从20 世纪五六十年代开始，为了提高军用车辆多种燃料的适应能力，美军、前西德开发了多燃料发动机，可以实现军用车辆发动机燃用汽油、柴油、煤油、重油等多种燃料。其中，美军在2.5 吨级6 ×6型M35 系列、5 吨级8 ×8 型M656 系列、5吨级6 ×6 型M54 系列分别采用了104 kW 的6 缸直列多燃料发动机和149 kW 的6 缸水冷多燃料发动机。德军在多款军用汽车上也采用了多燃料发动机，如5 吨级4 ×4 型MAN630 系列采用97 kW 的6 缸水冷多燃料发动机，5 吨级4 ×4 型Mercedes Benz LG315/46 采用108 kW 的6 缸水冷多燃料发动机［3］。

1999 年1 月，俄罗斯卡马汽车制造厂的“穆斯塔克”多用途军用汽车问世，该系列军车包括“KamAZ-4350”型、“KamAZ-5350”型和“KamAZ-6350”型。该系列汽车的越野性能尤为出色，载质量为4 ～10 t，发动机功率为179 ～268 kW，可以使用多种燃料［4-5］。

进入20 世纪90 年代后，美军继续实施“军用汽车现代化计划”，HMMWV(高机动多用途轮式汽车)、FMTV(中型战术汽车)、HEMTT(重型高机动战术汽车)发动机均适应多种燃料(见表1)［6］。

表1 美军战术轮式车辆发动机参数

1998 年，美军展出了第1 辆混合燃料发动机的HMMWV 样车，该车由AMG 公司与PEI 电子技术有限公司联合研制。此外，1998 年，多家公司联合研制出混合燃料发动机的FMTV 中型战术试验车［7］。

二战中，美军装备使用汽油、煤油、柴油等多种不同的燃料。因不同品种的燃料不能相混，因此，不得不采用各种不同的专用设施储存、不同的方式运输、不同的装备加注，从而给油料补给工作带来很大困难。特别是在越南战场上，由于美军装备使用多种燃料，油料补给跟不上而导致作战失利的战例很多。战后，美军深刻吸取战争中血的教训，于20 世纪60 年代开始实行由装备使用多种燃料向“单一化”方向发展的战略转变［8］。所谓战场单一燃料是指在战场环境下，所有的地面车辆装备和航空装备均使用同一种燃料［9］。

美陆军为寻求代用燃料，从20 世纪60 年代起就开始了用喷气燃料JP-5 作为柴油机燃料的可行性研究，通过征求柴油机和喷油泵制造厂、油料厂和政府职能部门等意见，开始在各种柴油发动机上进行各种性能考察试验［1］。

1975 年，美国陆军建议把JP-8 作为陆军柴油发动机和地面燃气轮机燃料，取代了柴油、JP-4 燃料及其他燃料。

1981 年，针对使用F-54(北约标准柴油燃料)的M1 和其他燃气轮机动力装置遇到严寒气候燃料结蜡问题进行了研究，发现将JP-8 或JP-5混合在柴油中可降低凝点。北约后来采取此防冻措施，取得了很大成功，并将其列入北约标准NQF-65［10］。

1987 年1 月5 日公布的美军标AR-703-l，将JP-8 从应急燃料升级为柴油车辆和装备的代用燃料。美国防部于1988 年3 月l 日公布的4140.43 号命令，指定海外陆基飞机和地面装备的基本燃料支持供应JP-8 和JP-5。几乎就在同时，美军装备部开始实施计划，要求正式确定认可在所有使用柴油的地面装备中使用JP-8［11］。

1989 年2 月，经陆军Belvoir 研究、开发，其工程中心开始在德克萨斯州发起了大规模应用试验，使用2 875 台柴油车辆装备，燃用1.779 ×107L JP-8，行驶里程4.22 ×106km，至1991 年9 月试验结束。使用得到如下结论［11］:未出现JP-8不可克服的问题，也就是说没有出现安全方面的问题;使用者都非常称道JP-8，因而JP-8 在布利斯堡地区被广泛使用;车辆和装备的燃油消耗率没有明显的变化;在几个重要的演习中，没有发生与JP-8 有关的问题;陆军对使用过的润滑油进行分析后认为，润滑油的推荐更换期可以延长一定时间。

海湾战争中，美军就已经对参战的坦克、地面车辆、飞机和部分舰船使用了单一品种航空燃料。使用航空煤油的车辆和装备出现了一些问题，如过滤器堵塞和油泵失灵等。美国的一个专家组专门调查此事，发现大部分问题都发生在有3 个特殊燃油泵的轮式车辆和发电机系统中。后来的调查发现，没有足够证据证明以上问题是由于使用航空燃料造成的。最后证实许多问题都是由“非燃料性因素”造成的，如高温、污物的积聚和过渡使用。后来在阿富汗战争以及海地维和任务中，美军和北约均以航空煤油作为单一燃料［12-13］。

Alvarez［14］使用柴油和JP-8 在M998 高机动多用途轮式车(HMMWV)和M 977 重型高机动战术卡车(HEMTT)上开展对比试验表明，缩短了加速时间，但燃油消耗率上升。

美军于1992 年制定“先进燃料”研究计划，于2 年后成功研制JP-8 + l00。在原JP-8 基础上研制的新配方添加剂包JP-8 +100，将JP-8 的热安定性提高了38 ℃，吸热能力提高了50%。美空军在所有的战斗机和训练机上换用JP-8 +100燃料。美陆军进行了JP-8 +100 燃料对装备中橡胶密封件的影响、对装备其他性能的短期影响的评定，及经济效益分析等问题的研究、试验，结果认为，JP-8 +100 燃料在陆军车辆和装备上可以使用［15-17］。

2 我军研究现状

目前，国内对活塞式发动机燃烧煤油研究文献较少。1988 年，工程院院士、天津大学史绍熙先生，在采用复合式燃烧系统的X2105 柴油机上进行了燃用汽油及汽油、柴油混合油的试验研究。试验表明:在原机结构基本不变(只改动燃油系统)的情况下，燃用汽油时发动机工作柔和，经济指标和动力指标都接近燃用柴油时的水平;燃油消耗率比普通汽油机低25%左右，排放气体中的有害成分HC、CO 比汽油机低得多［18］。

2000 年，后勤指挥学院和吉珍等撰文，介绍了美军自20 世纪80 年代开始推广应用JP-8 战场单一燃料。研究表明，经过十几年的实践和改进，美军的JP-8技术性能日趋完善，不仅在空军，而且在陆军的大量军事装备中都得到了广泛应用，取得了良好的军事、经济效益［19］。

2008 年，总后油料研究所任连岭，综述了美军战场燃料单一化的实施过程和最新研究进展。从装备类型、喷油泵类型、燃料类型等各方面对单一燃料的可行性进行了论证［20］。

2009 年至今，南京航空航天大学以某国防预研项目为背景，对汽油机燃烧煤油作了比较深入的研究。以小型二冲程发动机为研究对象，通过对汽油和煤油燃料的缸压示功图、转矩输出和缸盖温度进行对比表明，2 种燃料相应的性能差别不大［21］。

2013 年，中国一汽无锡油泵油嘴研究所鞠卫华等为了研究燃油润滑性对自主共轨系统工作可靠性的影响，分析混合燃料(柴油掺混煤油)和纯煤油2 种燃油的润滑性，采用相同型号的共轨系统和试验工况，用纯煤油对系统进行可靠性试验，当试验进行到110 h，系统出现故障停止运行，故障现象为共轨管限流器关闭。通过对系统进行性能检测及部件拆检工作发现，高压供油泵和输油泵性能良好、工作正常，不是导致故障停机的原因。喷油器检测结果显示，喷油器球阀在试验中出现磨损、密封性下降，导致回油量增加，引起限流器关闭，系统保护而停止工作［22］。

综上所述，我国对于军用柴油车燃用航空煤油技术研究还处于起步阶段，极大地制约了我军动力装置战时的燃料适应能力和战时保障能力。因此，开展军用车辆燃用航空煤油技术研究，对提高军用车辆战时燃油适应能力、简化后勤保障、提高保障效率至关重要。

3 燃油特性分析

我军航空煤油和车用轻柴油理化特性见表2［21］。

表2 我军航空煤油和车用轻柴油理化特性

从表2 可知，航空煤油与车用轻质柴油差别主要表现在H/C 比、体积质量、沸点、自燃温度、十六烷值、凝点、热值和黏度等方面。

(1)燃料中的H/C 比能够表明燃料的特性。H/C 比高则具有较高的比能，而H/C 比低则容易形成积碳和冒烟。航空煤油中含碳量少于轻质柴油，因此，在相同情况下，其碳烟排放低于柴油机。

(2)燃油体积质量与燃油的比能量直接相关，但还与燃料的低热值有关。航空煤油的体积质量比轻质柴油的略小，而其混合气热值略高于轻质柴油，因此，在相同喷油量情况下，其混合气燃烧产生的热量接近。

(3)燃油蒸发能力与燃油的黏度、沸点、表面张力有关。航空煤油的黏度、沸点与表面张力明显低于轻质柴油，表明其蒸发性优于轻质柴油，因此，在相同喷油压力与温度下，其混合气形成质量优于柴油机。

(4)十六烷值是表示燃油着火性能的重要参数。十六烷值过低会产生启动困难、滞燃期长、工作粗暴等问题。航空煤油十六烷值低，自燃点高于轻质柴油，表明其着火性能比柴油机差、滞燃期长，加之其蒸发能力优于柴油，如果不改变喷油控制策略，则会造成燃烧滞后、热效率下降、排温升高、工作粗暴等问题。

(5)军用柴油车低温环境适应能力是制约其保障能力的因素之一，其中燃料的抗凝能力至关重要。航空煤油凝点低于轻质柴油，因此，有利于在严寒低温环境下使用，具有良好的环境适应能力。

(6)燃油的润滑能力直接影响了系统部件的可靠性。航空煤油的黏度比轻质柴油低，而柴油机喷油系统中部分关键部件是依赖柴油自身的润滑能力进行润滑的，因此，柴油机直接燃用航空煤油长时间使用可能会造成部件的磨损。

4 结 论

(1)军用车辆实现战时燃用航空煤油，可以大大简化后勤油料的供应保障，提高快速反应能力。

(2)航空煤油凝点低、环境适应能力强，军用车辆实现燃用航空煤油，可以提高复杂环境下后勤保障能力。

(3)航空煤油与轻质柴油在理化特性上有明显差别，其在压燃式内燃机中燃烧过程不同。有必要从燃烧机理上开展研究工作，为柴油机燃用航空煤油的匹配与优化奠定基础。

(4)军用车辆燃用航空煤油，不仅与发动机的优化匹配有关，还与燃料改进密切相关。为此，军用油料研究部门与军用车辆研究部门有必要联合开展研究工作。

(5)在充分论证的基础上，应开展大规模军用车辆燃用航空煤油实际使用试验研究工作，以便为最后的实战使用提供可靠依据。

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