转帖:中国国产武器的可靠性求索:发动机之痛
016-04-11 10:49 来自 澎湃防务字号http://image.thepaper.cn/www/image/4/866/812.jpg
2015年9月3日,中国北京,纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利70周年阅兵式。 99A式主战坦克缓缓驶过北京天安门广场。 东方IC 资料图
上期“讲武谈兵”讨论了俄罗斯T-90坦克对我主动防护系统的启示(参见澎湃防务3月28日文章《讲武谈兵|T-90坦克在叙被击中,对我主动防护系统的启示》),本期集中讨论下99A主战坦克等国产武器的可靠性建设之路。
今年3月初,央视《大家》栏目播出了中国兵器工业集团公司首席专家、99A主战坦克总师毛明的采访专辑。在片尾,毛明语重心长地说:“我有一个愿望,特别渴望在我手上把我们99A主战坦克的可靠性再进一步地提升,达到世界先进水平。这样我们就可以完全很自豪地讲,99A主战坦克名副其实地不仅性能是世界一流的,可靠性也是世界一流的。”
此前在接受《科技日报》采访时,毛明坦言99A主战坦克可靠性比较差,不皮实。“平均故障间隔里程是衡量坦克可靠性的一项重要指标,世界上先进水平的坦克平均240-260公里才会出现诸如掉一颗螺钉类的非致命故障,但目前99A主战坦克还达不到这个水平,问题集中在漏油漏水、插头松动上。”这一可靠性问题的解决有点难度,核心还是和我国工业基础薄弱有关。“我们的目标是到2017年实现可靠性大幅提升,达到世界先进水平。”他说。
以上毛明的话使得我们不得不对国产武器在未来战场上的实战表现,做出更冷静的思考。
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155毫米牵引加榴炮
尖角与倒角差之毫厘
判断一个人究竟是军工业内的专家还是徒有虚名的“砖家”,可靠性是最好的试金石。
事实上,真正了解中国军工行业的人都知道,各大军工集团开得最多的工作会议就是关于装备质量和可靠性的。对于时刻准备“能打仗、打胜仗”的中国人民解放军来说,装备的质量和可靠性永远是第一位的,在此基础上才能进一步谈性能和造价。如果装备可靠性无法保证,再好的性能、再低的造价也是浮云。这就好比一辆劳斯莱斯或玛莎拉蒂豪车,即便它是纯手工打造、镶满了黄金钻石,但如果开不了几公里就抛锚,那么我们仍认为是烂车。
既然武器装备的可靠性问题如此重要,军方和军工行业也对其非常重视,却为何一直无法彻底解决。其实,除了毛明所说的工业基础薄弱外,可靠性问题的复杂程度也是关键因素之一。
就提高武器装备的性能而言,可以采取很多成熟、可借鉴的办法,或者在此基础上开创新的思路;如果想降低武器装备的造价,办法同样也很多。但是,如果要彻底解决一种武器装备的可靠性问题,其复杂程度是惊人的,往往没有规律可循,只有进行全面细致的排查。具体来讲,武器装备的可靠性涉及从设计到材料、工艺、使用、维护保障等各个方面,甚至某个螺栓和轴承的失效、一条细微裂纹的产生或者技术工人的某种加工习惯,都会酿成无法预知的严重后果。
举例而言,上世纪80年代中期,兵器工业当时正在全力攻关引进技术的155毫米牵引加榴炮的国产化研制,力争早日设计定型。然而,当155毫米加榴炮的国产化精样炮进行综合摸底试验时,在射击中出现了复进系统的可靠性问题——炮身复进速度过快、冲击力过大,导致炮闩严重受损,无法继续射击。如这一问题不解决,国产155毫米牵引加榴炮将不可能完成设计定型,也就谈不上此后让国人引以为傲的庞大的国产外贸155毫米加榴炮家族以及PLZ-05系列自行加榴炮了。
因此,兵器工业的专家和技术人员当时立刻展开了对火炮的全面排查,一个一个零部件过关,首先查炮闩,没发现问题,再查驻退机和复进机,没发现问题,最后甚至把驻退液也换为国外原品。结果,在零部件都没有查出问题的情况下,炮身复进过快问题依然存在。
无奈之下,兵器工业专家们提出再次全面细致地吃透、消化外方提供的图纸资料。过程中,当专家们在查阅复进机图纸时,突然发现了一个名为调节阀的零件。因为外方在这个长度只有140毫米、直径80毫米的零件边缘位置上特别注明了“尖角”字样,这个细节一下子引起了专家们的注意。
熟悉我国机械加工的读者应该都知道,针对比较尖锐的零件边缘,工艺员在编制工艺规范和流程时都会习惯性地加一个1毫米左右的倒角。甚至老技术工人带徒弟时,也会把这一条不成文的习惯传承下去,哪怕图纸上并没有注明要加工倒角。一般是加工完成后,老师傅将零件尖锐的边缘处往车床锋利的车刀上轻轻一靠,一个完美的倒角就出来了,其技术之娴熟往往令徒弟赞叹不已。但是,外方既然如此显眼地标明此处必须是尖角,必然有其中的道理,如果再按照加工习惯做出倒角,那么很可能就是导致复进过快的原因所在。
果然,当专家们拿到零件实物跟图纸比较时,发现它们都被加工出了大小不一的倒角(用时下流行的话说,专家心头瞬间奔过一万头羊驼)。经过对这个零件的反向设计推理,专家们认为外方之所以特别强调尖角,是因为要对流过此处的复进液产生一定的阻力。然而,当原本的尖角被加工为倒角后,复进液流动阻力减小,最终导致复进过快问题的出现。为了验证这一结论,专家们要求工人师傅严格按照外方原版图纸进行零件加工,并特别注明保留尖角。当新加工的零件安装到火炮上试验时,果然复进过快问题彻底消失,综合摸底试验顺利完成。
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歼-8Ⅲ
国产发动机的艰难前行
与155毫米加榴炮相比,几乎在同时代研制的另一型国产武器则完全成了可靠性问题的牺牲品,这就是至今仍被不少人所怀念和惋惜的歼-8Ⅲ战斗机。
上世纪80年代末美国单方面终止与中国合作的“八二工程”后,航空工业希望能够主要依靠自身的力量实现歼-8Ⅱ战斗机的“脱胎换骨”,为中国人争一口气,这就是后来的歼-8Ⅲ,也称为歼-8C。此举得到了国家领导人和军方的全力支持:中央将歼-8Ⅲ列为国家重点型号,在十分困难的情况下为其拨款;军方则将该机作为2000年前应对局部战争的主力机型,要求其综合作战性能超过“幻影”2000,并且具备与F-16抗衡的能力。
为了实现军方提出的目标,航空工业制定了雄心勃勃的歼-8Ⅲ改进方案,包括换装先进的数字式综合火控系统和国内自行研制的WP-14“昆仑”涡喷发动机,并具有空中受油和自卫电子对抗能力,可发射中距拦射空空导弹,使用过载提升至8等等。
歼-8Ⅲ的01号原型机于1993年12月12日成功首飞,初步完成了“争三保四”的目标。而歼-8Ⅲ的最终目标是“争六保七”,即争取1996年完成设计定型,最晚不超过1997年。但是,歼-8Ⅲ当时计划采用的大量先进机载设备却远远达不到实用要求。如果说火控系统的不成熟只是拖延了歼-8Ⅲ的研制进度的话,那么WP-14“昆仑”涡喷发动机迟迟难以解决的可靠性问题,则最终演化为整个项目下马的死穴(当时,歼-8Ⅲ常务副总师杨凤田已经意识到了发动机不可靠的问题,因此提出希望能够将技术更加成熟但性能稍差的WP-13作为备用发动机)。
在01架原型机首飞后的1994年,WP-14在装机使用过程中暴露出大量可靠性问题,包括发动机多出渗漏燃油,甚至在地面试车过程中发现有火舌或冒烟痕迹、滑油消耗量大、发动机壁温高、放气带漏气等等。由于WP-14不断返厂修理,导致整个1994年01架原型机才飞了4个起落。此后,1994年12月30日,03架原型机实现首飞,算是较为完满地完成了“争三保四”任务。
在火控系统、发动机等配套设备并行研制的磕磕绊绊中,歼-8Ⅲ项目艰难地向着“争六保七”的目标前行:1995年10月31日,01架原型机转场至陕西阎良试飞院;同年12月17日,04架全状态原型机首飞成功;1996年9月23日,03架原型机也转场至试飞院,与01架一同进行试飞任务。按照这个进度,“争六保七”的目标还是有希望达到的。
但是,噩运却接连降临到歼-8Ⅲ项目头上:1997年1月24日,空军试飞员黎庭光驾驶04架原型机准备由沈阳转场至阎良试飞院。但是,试飞院机场的能见度只有约3公里,黎庭光由于错过了备降机场,只好在地面指挥员的指示下勉强实施着陆。不料,飞机主起落架轮胎在跑道端头外21米处就接触地面了,在进入跑道之前,右主起落架因陷入到一条新挖的电缆沟内而折断。该机继续滑行了约500米后冲出跑道,机体严重受损,试飞员受轻伤。
04架原型机报废后,国家给航空工业拨款生产同状态的05架原型机,以便继续完成试飞任务,但是定型推后两年至1999年。1998年9月10日,05架原型机转场至试飞院,代替04架担任定型试飞任务。不料,一直埋藏的“地雷”——WP-14“昆仑”涡喷发动机的可靠性问题竟然就在这个关键时刻引爆了:1999年5月20日,05架原型机在试飞中左发动机突然起火,试飞员跳伞成功,飞机坠毁爆炸。
这起二等事故最终成为压垮骆驼脊背的最后一根稻草:当时刚成立不久的总装备部决定歼-8Ⅲ项目只要在2001年之前完成技术鉴定即可,不再要求进行设计定型,事实上等于宣告该机无缘服役了。另外,此时歼-11和歼-10两个三代机项目进行的都比较顺利,对于军方来说歼-8Ⅲ项目的地位已经可以被新机所取代了。
有意思的是,虽然主机项目下马了,但是WP-14“昆仑”涡喷发动机却依然顽强地活了下来并发展出多个改进型号。甚至在后期的试飞中,歼-8Ⅲ竟然只是作为WP-14的空中实验平台而存在,这在新中国航空发展史上也算是个奇迹了。
相比之下,同时期成飞研发的歼-10项目在发动机选择上做出了最为明智的决定,即先装备技术成熟、可靠性高的俄制AL-31FN大推力涡扇发动机,而不是非要等配套的WS-10“太行”涡扇发动机装机使用。
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WS-9军用喷气发动机
可靠“废品”再现辉煌
那么,在众多国产军用喷气发动机中哪个型号的可靠性最出色,笔者认为当属仿制英国斯贝Mk202的WS-9。就可靠性而言,WS-9与WP-14几乎就是两个极端。这主要源于WS-9的原型斯贝Mk202的可靠性就非常高,其耗油率和寿命在同时代的军用发动机中也是翘楚。虽然WS-9的推重比只有6.55,加力推力9800daN,性能参数并不出色,但是正是因为其非常优秀的可靠性,成就了JH-7“飞豹”系列战斗轰炸机的荣耀。
在本世纪最初几年,正是WS-9国产化研制最为艰难的时刻。为了应急,航空工业以十分低廉的价格从英国购回大量已经退役的斯贝Mk202发动机整机和零备件。因为斯贝Mk202当年主要配装英国采购的美制F-4舰载战斗机,当“鬼怪”们陆续退役后,这些发动机和零备件也就几乎成了废品,罗罗公司也巴不得早点处理掉。航空工业对这些原装发动机和零备件进行筛选甄别,挑选其中全新或者堪用者用于翻新和总装,以便维持现役JH-7战斗轰炸机所用发动机的供应和后勤保障。
于是,就出现了这样一个奇特的场面:21世纪的先进战斗机却依然装备40年前就被淘汰的落后发动机服役。原因无他,斯贝Mk202的可靠性就是好。个中滋味,令人无限唏嘘。
今年2月,一段由叙利亚反政府武装拍摄的使用“陶”2反坦克导弹攻击俄制T-90主战坦克的视频出现在网络上。近日,这辆被击伤的T-90主战坦克的近照也展示在世人面前。通过视频和图片,笔者力图解读下现代战场上主战坦克生存能力的诸多方面,本期“讲武谈兵”首先聊聊主战坦克的主动防护系统。
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近日重新在网络上现身的“21-4”号T-90A主战坦克,可以见到炮塔右侧的主动干扰仪和顶部的激光感应器损坏,说明弹着点在其附近,但主装甲安然无恙。
硬杀伤型是主流趋势
俄制T-90是世界上第一种将主动防护系统作为标准配置的第三代主战坦克。根据俄罗斯人的说法,T-90装备的“窗帘”-1主动防护系统可以使“陶”和“海尔法”等美军典型反坦克导弹的命中概率降低75%~80%。
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但从视频中可以看到,这辆叙政府军的T-90主战坦克自始至终都处于静止状态,连炮塔都不曾转动,火炮防盾两侧的TSHUL-7红外干扰机也“瞎了眼”(这种红外干扰机工作时会发出非常显眼的红色可见光)。因此,面对来袭的“陶”2反坦克导弹,T-90主战坦克完全是一副“坐等狗带”的架势。好在关键时刻炮塔正面安装的“接触”-5爆炸反应装甲救了车内乘员一命,使其得以逃出生天。如果不是叙利亚反政府武装采取打了就跑的战术,这辆T-90主战坦克恐怕就成了他们的战利品了。
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武装分子使用的“陶”式反坦克导弹,从编号看是新一代的BGM-71E3-B“陶”2导弹。
那么问题来了,以往被军事专家们视为装甲战车“护身符”的主动防护系统真的可以让乘员们高枕无忧么?显然,在情况非常复杂的现代战场上,尤其是类似于叙利亚内战这种游击战中,主动防护系统究竟能发挥多大作用仍值得商榷。
按照防御手段的不同,主动防护系统可分为软杀伤型和硬杀伤型。软杀伤型主动防护系统利用烟幕弹、激光诱饵和红外干扰、水雾防护等手段,使来袭弹药误入歧途,偏离预定攻击目标,T-90主战坦克装备的“窗帘”-1就是此类主动防护系统的代表型号。硬杀伤型主动防护系统是在对方弹药击中我方坦克装甲车辆之前,发射杀伤性弹药(榴弹、火箭弹等)或其他类型的拦截器将其摧毁或偏离预定弹道,如俄罗斯“竞技场”和以色列“战利品”。
此外,还有一种主动防护系统同时集成了软杀伤型和硬杀伤型两种手段,被称为综合型主动防护系统,从去年俄罗斯阅兵式上首次亮相的T-14“阿玛塔”主战坦克上就能看得到。
从目前各国主动防护系统的发展现状来看,由于硬杀伤型能够直接摧毁来袭弹药,作战效率更高,因此已经成为主流趋势。相比之下,虽然软杀伤型主动防护系统也发展较早,但是型号要少得多。而综合型主动防护系统的系统组成更为庞大,软硬两种不同杀伤手段之间的配合使用也较为复杂,尚处于起步阶段。
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致命缺陷:可能误伤己方步兵
虽然主动防护系统被视为未来坦克装甲车辆发展的关键技术之一,但是其自身并不是完美的,依然有着某些固有而无法克服的缺陷。
从此次事件来看,T-90主战坦克被“陶”2反坦克导弹击中,“窗帘”-1主动防护系统的“罢工”无疑是首要因素。曾经有一种说法,称“窗帘”-1主动防护系统之所以未工作,是因为炮塔舱盖处于开启状态,这一点从视频中可以看到。不过,这个说法只是以讹传讹罢了。事实上,拥有这一设计特性的并不是“窗帘”-1,而是苏联时代就已研制成功并装备的世界上第一种硬杀伤型主动防护系统——“鸫”。“鸫”式主动防护系统采用炮塔固定角发射KAZ火箭弹并距离车体7米处引爆,由此产生大量高速破片的方式拦截来袭弹药。如果此时有任何人处于拦截范围之内,则瞬间就会被无数破片撕得粉碎。因此,为了保障乘员以及伴随步兵的安全,“鸫”式主动防护系统特别设置了一个安全开关,当有任何一个坦克舱盖打开时,将自动切断发射电路。而当坦克所有舱盖关闭后,也就等于给伴随步兵提了一个醒,要时刻注意自己的位置,躲在炮塔侧面和后部的安全区域内,以免误伤。
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BGM-71E“陶”2式反坦克导弹示意图。
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从左到右依次是T-90A焊接炮塔、T-90铸造炮塔、T-80UK铸造炮塔的装甲模式。
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导弹命中点位置估计在炮塔正面反应装甲或炮塔顶部反应装甲处,最终未击穿主装甲。
事实上,尽管软杀伤型主动防护系统只能干扰来袭弹药,而且只针对部分制导弹药,对于火箭弹等非制导弹药毫无效果,具有很大局限性,作战效能远不如硬杀伤型主动防护系统(T-90的印度出口型T-90S就彻底舍弃了“窗帘”-1,转而将资金投入到更实用的炮塔防护和动力部分的提升)。但是,从伴随步兵的角度来讲,他们更愿意同装备软杀伤型主动防护系统的主战坦克作战,而非装备硬杀伤型主动防护系统的主战坦克。这其中就涉及到了前文提到的硬杀伤型主动防护系统的致命缺陷——有可能误伤友军。在战斗中,没有人会保证自己时刻都能处在己方主战坦克的硬杀伤型主动防护系统的安全区域内。尤其是对于俄罗斯“竞技场”这种覆盖范围270°、距车体20~30米,以及以色列“战利品”覆盖范围达到360°、距车体10~30米的硬杀伤型主动防护系统来说,几乎是伴随步兵的噩梦。
从实战角度出发,在山地及城市战环境下,坦克装甲车辆十分依赖于己方步兵的协同作战。因为坦克装甲车辆自身受到观瞄系统的限制,对外界感知能力很有限。这时,伴随作战的己方步兵就等于坦克装甲车辆延伸出去的“眼睛”和“手臂”,担负指示目标和清除敌方反坦克步兵的使命。反过来,坦克装甲车辆凭借良好的防护力和强大的火力,可以为己方步兵提供防御掩护和火力支援。
但是,随着硬杀伤型主动防护系统的出现,坦克装甲车辆周围50米内都会成为致命的杀伤区。己方硬杀伤型主动防护系统拦截弹引爆后产生的破片和冲击波,再加上敌方来袭弹药被引爆后产生的破片和冲击波,将使与坦克装甲车辆伴随作战的步兵面临重重危机。
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叙利亚的恐怖分子大量使用“陶”式反坦克导弹。
更有甚者,如意大利“盾牌”这种采用双层拦截体系的硬杀伤型主动防护系统,将会成为己方伴随步兵唯恐避之不及的梦魇。在第一次车臣战争中,俄军很多主战坦克装备的爆炸反应装甲模块内都没有安装炸药。根据相关人士的说法,之所以出现这一情况,就是俄军考虑到爆炸反应装甲模块一旦被敌方弹药引爆,将不可避免地伤及己方步兵。因此,无论是俄罗斯还是以色列,这两个目前在主动防护系统研发领域占有领先地位的国家都对硬杀伤型主动防护系统的装备使用持谨慎态度。以色列军方是在2006年黎以战争中坦克装甲车辆遭受重大损失后,才下决心为部分“梅卡瓦”4主战坦克装备“战利品”的。俄罗斯则要等到以T-14“阿玛塔”主战坦克为代表的新一代战车批量服役后,才会实现硬杀伤型主动防护系统的普及化。
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光电传感器极易受损
此外,无论是硬杀伤型还是软杀伤型主动防护系统,都存在光电传感器易损的问题。在此次事件中,“窗帘”-1主动防护系统的TSHUL-7红外干扰机之所以未启动,很有可能已经被事先埋伏好的反政府武装狙击手击毁了。
从视频中“陶”2反坦克导弹发射到击中T-90的时间推算,反政府武装与坦克之间的距离应该为1000~1200米,正好处在12.7毫米反器材步枪的射程内。而叙利亚反政府武装就装备有性能十分出色的中国产M99型12.7毫米反器材步枪(该枪是如何流入到叙境内的,不在本文讨论范围)。根据国内某军刊的报道,“在风速为4米/秒时,用M99对1000米处目标射击能命中半径为0.5米的圆;对1500米处目标能命中半径为2.5米的圆;射击2500米处的目标,能命中半径为5米的圆。”TSHUL-7红外干扰机的正面尺寸为280毫米×380毫米,如果采用多支M99集火射击的方式,还是有一定的概率能够将其击毁(事实上,在视频中可以看到T-90坦克乘员竟然把NSVT型12.7毫米遥控高射机枪作为狙击步枪与反政府武装对射)。对于T-90这种1995年就已经批量装备的“老式”坦克,在网络信息极其发达的今天,叙利亚反政府武装不可能不知道炮塔正面两侧怪异的方盒子是做什么用的。在这辆T-90坦克的近照上,也能够发现炮塔右侧相对完好的TSHUL-7红外干扰机镜片上有疑似弹孔的痕迹。
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战斗中,这对亮着红眼睛的ОТШУ-1-7光电对抗器并没有工作。
除了“窗帘”-1,其他型号的主动防护系统也是将雷达和光电传感器安装在炮塔和车体比较显眼或较高的位置。更为极端者,如“竞技场”和“竞技场”-E的毫米波雷达就安装在较高的支架上。这一设计虽然获得了很大的探测范围、大大减小了盲区,但也在无形中增加了毫米波雷达这一精密设备被流弹、破片或敌方直射火力毁伤的危险。以色列“战利品”和“铁拳”则是采用4面雷达天线分开布置的方式,如果敌方了解其系统组成,只要利用中口径狙击步枪或大口径反器材步枪将雷达天线击毁,整个系统就会形成盲区甚至瘫痪。
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中国96坦克
综合型主动防护引领未来?
从未来发展来看,软硬结合的综合型主动防护系统要比单纯的硬杀伤型主动防护系统作战效能更高。
首先,在某些不利于使用硬杀伤型主动防护系统的作战环境下,可以开启软杀伤型主动防护系统。
其次,可以在硬杀伤型主动防护系统中集成敌我识别装置,在己方步兵身上配备应答机,这样,当己方步兵处于硬杀伤型主动防护系统的杀伤范围之内时,系统可以暂时关闭拦截功能,从而保证友军安全。
再者,目前大多数硬杀伤型主动防护系统都只是作为坦克装甲车辆的附加防御部分,受到坦克装甲车辆原始设计的影响,硬杀伤型主动防护系统有时并不能完全发挥其作战潜力。因此,未来新一代硬杀伤型主动防护系统应当从坦克装甲车辆的最初方案开始,就融入到整体设计中。
最后,针对无法拦截高速弹药、存在天顶盲区和拦截弹数量少等问题,可以通过引入“金属风暴”技术来加以解决。
反观自身,我国在主动防护系统的研发方面起步不算晚,至少ZTZ-99主战坦克就是继T-90之后第二种将主动防护系统作为标配的第三代主战坦克。只不过ZTZ-99主战坦克所配备的激光压制系统属于比较另类的软杀伤型主动防护系统,在全世界范围来讲也是十分独特且神秘的。到ZTZ-99A主战坦克公开亮相时,国产激光压制系统发展到了第二代,其外形尺寸有所减小,性能很可能也有大幅提升。但是除了ZTZ-99系列,我国尚无第二种现役主战坦克装备主动防护系统。
反倒是用于外贸出口的VT-4主战坦克赶上了时髦,不仅装备有12.7毫米机枪遥控武器站,还配备有相对简易的以烟雾弹为主要干扰手段的软杀伤型主动防护系统,从而以较高的性价比竞争国际军火市场。
事实上,当初中国军工研发单位在研制改进型96主战坦克时,曾经一度将类似于“窗帘”-1的软杀伤型主动防护系统作为备选设备之一。可惜的是,限于成本以及可靠性等方面的问题,最终批量装备的96A主战坦克并没有装备主动防护系统。
未来中国的新型主战坦克是否会像俄罗斯T-14“阿玛塔”那样装备如此奢侈的综合型主动防护系统,让我们拭目以待。
单是发动机问题吗? wangqing1 发表于 2016-4-11 13:54 static/image/common/back.gif
单是发动机问题吗?
现在都在说基础工业不行,早干吗去了?主动和谁干架,玩完从新来遍还那鸟样。
这个毛病难改 高大上,敢问中国的军工机械行业怎么能进呢 :victory: kingreader 发表于 2016-4-11 15:11 http://www.cmiw.cn/static/image/common/back.gif
现在都在说基础工业不行,早干吗去了?主动和谁干架,玩完从新来遍还那鸟样。
政府没把握住中国工业崛起的最好时期
"大国"之伤
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