恩斯特·科宁普坎普于1926年开始在德国陆军武器局工作,一直从事装甲战斗车辆的开发与研究。后来,他出任负责主导履带与半履带车辆研发的第6处负责人。该部门是陆军总参谋部和军火厂商之间的桥梁,他们的任务是配合总参谋部制定新型车辆的设计指标,将细化后的设计指标公布给参与竞标的军火厂商,之后再将各厂商的提案呈报总参谋部,由总参谋部进行选型决策。每种新型车辆都会相应准备至少三份不同的设计方案,如果条件允许还会准备更多。

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武器局、军备部和军方的大小头目们在观看虎式坦克测试。

海因里希·恩斯特·科宁普坎普

竞标公司会在武器局的监督下开展研发及样车建造工作,以确保实现预定的性能指标。一旦工作中遇到困难,或是因为厂商缺乏相应能力而无法实现指标,则科宁普坎普会临时指派专家进行协助,或派人接手主导整个项目。所需的专家一般会从研究机构中抽调,或由从事相应领域工作的工程师或科学家担任。

科宁普坎普认为,战车设计的重点是保证强大火力、高速度和良好的装甲防护水平。所以,各项设计指标火力为首位,机动次之、防护再次,其他的方面都并没有那么重要。装甲兵并不在乎坦克装的是柴油机还是汽油机,只要能够正常行驶就是万事大吉。假如一辆设计优秀的坦克在出故障之后遭到了五辆设计低劣的坦克的攻击,那么它的火力优势将会荡然无存。在这种情况下,设计再出色也没什么意义。

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黑豹坦克在火力、机动性和防护上都堪称典范,它的发动机曾经有若干种备选方案,其中包括H16布局柴油机、9缸星形航空发动机等较为古怪的型号。但最终胜出的还是与虎式类似的迈巴赫HL 210/230,其他的备选机型要么个头太大了,要么功率太小,要么根本就没有完成。

采用何种发动机要取决于何种发动机可以发挥出最大效用,其中占用空间大小是最为重要的因素。科宁普坎普认为应该将发动机本身体积,以及附属设备和油箱的体积综合考虑,以此实现占用空间和最大行程(或最大运转时长)的平衡。

德国陆军总参谋部要求车辆的燃料基数应至少可以支持车辆在满负荷状态下连续运作5个小时。能够满足这一指标的汽油机比起技术水平接近的柴油机更占优势,综合看来,汽油机本体、附属设备、散热装置和油箱所占用的空间比柴油机要更少。

不同型号的发动机侧面,正面投影对比图,可以看到,德国人非常注重控制坦克发动机体积,其中700马力的HL 230(编号76W)比500马力的苏联V-2发动机(79W)更节省动力室空间,排量也小得多。Sla 16发动机(95L)虽大,但它是包括冷却及增压系统的完整总成。MB 507(87W)和MB 517(88W)都是DB 603航空发动机的改型,不是专用的坦克发动机,所以体积都不够紧凑。

目前水平(截至1945年)的发动机应实现在满负荷状态下连续运作10个小时。能够满足新要求的柴油机体积将会小于性能类似的汽油机,也会比汽油机更加节省燃料。

武器局一直在试图让车辆的燃料基数可以满足连续满负荷运行5小时的要求,但却很难实现。不过,E系列战车的油箱容积充足,完全可以实现这一指标。

在技术层面,科宁普坎普对汽油机或柴油机并无好恶,但他认为,迈巴赫的HL 234汽油机才是最优秀的德国坦克发动机。该机排量为23升,最大功率900马力,加装机械增压器后可以提高到1200马力的水平。如将燃料改为柴油(柴油试验型号HL 234R),该机最大功率将会只有650马力,增压后也只能输出900马力。克罗克纳-洪堡-道依茨(Kl"ockner-Humboldt-Deutz,KHD)的8缸23升柴油机在2000转时也只能输出700-800马力。

HL 234发动机外部装配图,它在外形上与较早的HL 230极度相似。

应当将坦克动力“汽改柴“的观点甚嚣尘上,这主要是因为总参谋部的一些非技术出身的高官在推波助澜,他们通过新闻报纸和采访公开呼吁,试图引导舆论向技术人员施压。此外,希特勒也更加偏好柴油机,这是因为柴油机是德国人发明的(注:事实上四冲程汽油机也是德国人发明的,而柴油机的发明者鲁道夫·迪赛尔实为出生在法国的德裔)。

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鲁道夫·迪赛尔发明的柴油机在1897年首次试验成功,柴油机也以他的姓氏命名(Diesel Engine)。MAN和瑞士的苏尔寿公司(Sulzer)是最早两家把柴油机投入商用领域的企业。

科宁普坎普认为,相比于开发1000马力的柴油机,开发1000马力的汽油机难度要小得多。按照既往经验,同样马力的柴油机开发要比汽油机多耗时2-3年。在他看来,HL 234是最为先进、最为优秀的德国发动机,其平均有效压力可达12千克/平方厘米,且可以直接安装到虎王坦克原本适配HL 230发动机设计的动力室中。

科宁普坎普认为汽油机和柴油机的起火几率几乎一致,但柴油只会起火燃烧,而汽油终究会发生爆炸。(从安全性角度考虑)车组成员更为偏向柴油机,但无论采用何种发动机,他们都希望把油箱和战斗室完全隔离开来。有一定数量的战车是因为动力室起火损失的,但实弹测试的结果可以证明,柴油动力和汽油动力车辆的起火几率没有丝毫区别。

在零下45度和零上50度环境进行的极端气候测试当中,汽油机表现出了比柴油机更高的可靠性,无论是极寒还是极热条件,汽油机发生故障的概率都要低于柴油机,但汽油机的散热器面积要比柴油机大30%。

为确保在动力损耗最小的前提下实现冷却效率最大化,最新的散热风扇设计由万向轴驱动,在风扇扇毂内布置了液力联轴器,联轴器采用水斗式控制结构,油量受节温器控制,进而影响转速,而节温器测量的是冷却液的温度(注:换句话说就是冷却液温度越高风扇转得越快)。

变速器对发动机选型也不会产生决定性的影响。科宁普坎普认为,发动机扭矩输出曲线对齿轮式变速箱影响较大,但对液力变速箱影响不明显,所以,未来的坦克应当普及液力变速箱。在配合液力变速箱使用的情况下,汽油机的扭矩输出将会比设计指标高上大约10%,但柴油机却不会这样。在当时的德国,人们普遍认为汽油比柴油更加容易生产,但在战争进行到一半的时候,柴油供应状况有所改善,但到了这会儿再“汽改柴“已经来不及了。

德国曾经利用战损大修的四号坦克进行过搭载液力变速箱的测试,但测试报告已在战争中遗失,此外还存在为黑豹等其他型号车辆准备的液力变速箱方案。

科宁普坎普承认,如柴油机,汽油机体积相若、动力持平,那他将会选择油耗更低的柴油机。

在牵扯到发动机体积的时候,如果可靠性能够得到保证,科宁普坎普会更为偏爱体积紧凑、机械增压、高转速的机型,而不是体积更大、转速较低的机型。他认为活塞的平均速度应当被限制在每秒15米左右,因此应当采用大缸径、小行程、气门直径巨大、气门弹簧极度强化的设计风格。由此导致迈巴赫HL 234的气门采用了碟式弹簧(贝氏垫圈),这种弹簧性能强悍,减少了气门的反应时间,加快了开闭速度。

冷却方式方面,科宁普坎普认为目前阶段的风冷发动机制造难度大,工时消耗多,相较于水冷发动机,更不适合作为坦克主机使用。这很大程度上是风冷散热片需要的机加工量太大,如果改用铸造工艺,则散热效率会不如机加工的型号,进而导致单缸功率下降。德国设计了一些风冷发动机型号,其中一些的单缸验证机已经完成,但离正式装车还差得很远。

太脱拉103风冷柴油机的缸体和汽缸头上布满了散热片。

希特勒又一次插手技术设计,他认为应当优先发展风冷发动机。然而科宁普坎普则认为不应该妄下结论,断言风冷优于水冷,反之亦然。至少应该让两家公司准备两种不同的发动机备选设计方案,柴油、汽油、风冷、水冷形式不限。此举不仅可以激发军火厂商的竞争意识,也可以做到在最短的时间内得到最为理想的效果。如果上面需要一款1000马力的发动机,研发年限放宽至10年,科宁普坎普将会选择以二冲程水冷柴油机的方式实现。

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日本90式主战坦克装备的三菱10ZG发动机就是一款1500马力的二冲程柴油发动机,此外,苏联战后的5TD/6TD系列二冲程柴油机发展得也比较成熟,较为后期的型号输出功率也能达到1000马力以上。

按照科宁普坎普的观点,盟军最好的一款发动机应为500马力福特V8发动机(用于谢尔曼M4A3系列的福特 GAA汽油机),设计非常实用,生产和维护都相当简便。

福特GAA发动机的设计非常出色,技术水平要比当时的德、英、苏坦克发动机更为先进。

再回到德国发动机,科宁普坎普坚称迈巴赫HL 234乃是辉煌成就。该机是在HL 230机型的基础上改进而来的,重大改进项目包括采用了燃油喷射技术、水冷式火花塞,变更了水泵的型号和位置,换装了新型进气歧管改善气流分配,以此提升发动机动力输出。发动机功率从HL 230的700马力上升至900马力,加装机械增压器后还可进一步提高。机械增压器由一台1升排量的双缸四冲程70马力辅助发动机带动,辅机安装在主机动力室内,以恒定转速运行。已经有一辆虎式坦克搭载了HL 234样机进行测试,由于控制系统没有开发完全,测试到德国战败前都没有完成。实验测得油耗为1000转时1马力功率每小时耗油235克,2000转时1马力功率每小时耗油225克,3000转时1马力功率每小时耗油235克。迈巴赫公司开发的另一款12升12缸直列汽油机重约600千克,其设计与23升V型机接近。在转速为3800转时,裸机输出功率500马力,机械增压输出功率700马力。

HL 234的喷油嘴图纸,该机采用的是机械燃油喷射技术,而不是如今常见的电喷技术。

由于迈巴赫博士本人拒绝涉足有关于风冷发动机的一切设计,自称发动机应该“水冷生,水冷死”,所以,所有的迈巴赫发动机都是水冷设计。

HL 234存在的问题主要是铜制气缸垫圈和橡胶封圈造成的,但采用类似设计的梅林发动机就不会出现HL 234的问题。迈巴赫倾向于用滚针轴承替代滑动轴承,以此减小发动机体积。此外,实验显示,滚针轴承可将摩擦导致的动力损失相较于滑动轴承降低三倍。

HL 234发动机曲轴上使用的滚针轴承设计图纸。

据科宁普坎普供述,MAN公司的V.6.T.11.5/16 V12两冲程机械增压发动机原本预计在1941年设计完成,但直到1943年都没有结果。这款发动机的功率只有400马力,体积也过于庞大,战争初期或许还能派上用场,到1943年已经完全过时。

汽车联盟(Auto Union)开发的30升12缸汽油发动机设计功率为900马力,公司下属阿德勒厂(Adler)已经建造完成一台单缸试验机,单缸排量2.5升,3000转时输出功率87.5马力,也就意味着12缸整机将能够输出1050马力。整机预计将在1945年7月完成,但科宁普坎普认为还需要3年时间才能够开发完毕。

德国一直没有给装甲战斗车辆安装二冲程柴油发动机。KHD公司的埃米尔·弗拉茨博士(Emil Flatz)曾经设计过一款用于航空器的二冲程柴油发动机,耗时8年有余,花费超过1000万帝国马克。

KHD公司的二冲程航空发动机是为大型飞艇开发的,其中DZ 710型有16个气缸,最大功率2400马力。更加疯狂的DZ 720型有32个气缸,最大功率6000马力(图中为DZ 710)。

科宁普坎普对燃气轮机没有什么兴趣,主要是因为燃气轮机的油耗过高,1000马力的燃气轮机1马力功率每小时耗油高达450克。党卫军位于维也纳的装甲兵学校已经在秘密论证在坦克上装备燃气轮机的可行性,但科宁普坎普并不愿意介入。他对燃气轮机的扭矩特性也并不感兴趣,对于未来的履带式装甲战斗车辆而言,液力传动装置才是扭矩最有力的保障。

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