為了達成美軍的長遠戰略目標，在新型耐蝕輕質材料的使用和研發上，美軍制定了明確的短期、中期和長期目標。并制訂了明確的技術要求和規范。

 

    文/ 知止 編譯

 

    現代戰爭是信息比拼、材料比拼的戰爭。快速、精準、低傷亡是現代戰爭的特征。雖然在戰爭中，空軍和海軍的作用越來越大，但最終還要靠地面部隊來結束戰爭，維護戰爭成果。在這之中，對軍事車輛的性能提出了更高要求。本文編譯自多個國外相關資料，特別以美軍新材料在軍事車輛上的應用策略以及構思為主，供國內同行參考。

 

    美軍現役保持著大約25萬輛輕型、中型和重型卡車，以及11萬輛拖車，這些車輛維系著美軍的整個物流系統。隨著戰爭模式的改變，這些車輛的性能必須滿足美軍未來的作戰構想以及戰略目標，滿足特定的軍事需求。這些需求包括快速部署， 運輸和機動性。這就要求美軍車輛要具備更低的能耗，消減車輛自重，更高的耐蝕性能，提升免維護性能。

 

    增加燃料效能就需要采用更輕質的材料，而不是傳統的鋼鐵。一般情況下（非戰時），每加侖燃料的運輸成本是13美元，但是在戰區，由于沒有建立起輸油管線、道路或其他基礎設施，每加侖燃料的輸送成本高達100至400美元。這意味著，如果降低軍事車輛的能耗，可以大幅圖降低戰爭成本，增加戰爭的勝率，更高效地保障后勤補給。換句話說，軍事車輛對能耗的要求比民用車輛的要求更加嚴格和關鍵，從而消減車輛自重成為一個重要課題。

 

    新型輕質材料主要考慮在車輛的以下的幾個主要方面進行應用：首先，是汽車發動機、傳動機構、懸掛系統已經承重車身；其次是那些結構化的部件，用于運輸人員或貨物的拖車等。美軍的研究人員試圖通過更加結構化的設計來保障車輛部件使用的通用性，以消減維護成本和需要運輸的備件數量。

 

    為了達成美軍的長遠戰略目標，在新型耐蝕輕質材料的使用和研發上，美軍制定了明確的短期、中期和長期目標。并制訂了明確的技術要求和規范。

 

    當然，新型材料在軍事車輛上的使用，將面臨一系列問題需要認真對待：車輛的組裝、維護和報廢，都會與傳統的鋼結構車輛不同。組裝新型結構的軍事車輛或者對既有車輛進行改裝，需要確保在不同部件之間保障電絕緣性，而這些部件的制造材料是不同的。新型車輛的檢查、維護和修理過程也比傳統軍事車輛復雜得多；而報廢車輛的回收也面臨著一些新挑戰。

 

    由于輕質材料的選擇范圍相對傳統鋼鐵材料來得大，不同材質的車輛部件給車輛的維修、部件置換帶來新問題，情況會比以前復雜得多。例如，復合材料現在已經在美軍車輛中得到應用，其維修程序與傳統金屬材料顯著不同，車輛的維修技師需要進行新的培訓，特別是要對材料性能上進行培訓。事實上，美軍車輛維護手冊需要不停地進行更新，以滿足新材料應用。

 

    在新型輕質材料在軍事車輛的使用上還有一些其他壁壘需要克服，包括得到組織化的認知、如何降低單件產品的設計周期以及如何應對低產量而形成的高生產成本等。但毫無疑問的，采用新材料、新工藝已經在美軍高層達成共識。不僅在材料上，而且在能源供應上，美軍也不斷進行革新，力圖將燃料電池等新技術應用到軍事車輛上。

 

    美軍有個“軍事后勤革新”（RML： Revolution in Military Logistics）計劃，該計劃要求美軍車輛在未來要降低75%的燃油消耗，這就迫使他們必須在新型材料上有更加積極的選擇。但新型輕質材料的選擇極大地增加了車輛采購成本，盡管這些車輛在生命周期中的維護成本降低，耐蝕性能極大提高，燃油效能也極大提升。因此，任何大的變革都需要極大的決斷力、深遠的思考以及更加全局性的戰略企劃。但無論從哪個方面講，美軍都走到了世界前列。

 

    后期維護成本的降低以及能耗的降低能否抵消初期的采購成本是一個問題， 但關鍵的問題是：誰能贏得未來戰爭的勝利。顯然，新材料戰場在戰場的機動性更高、對后勤的要求更低，從地面戰爭的硬件上，美軍已經跑到了世界的前面。

 

    美軍在未來戰車上給出了明確的技術要求，包括對整個后勤保障的規模、車輛使用年限，車輛自重，維護成本，燃油消耗，生命周期管理等等。雖然很多數字還不被外人所知，但這種精確化的要求無疑是科學和明智的。

 

    一般來說，現役軍事車輛都超出了它的經濟使用期限，其結果是增加了運維和支持成本，并降低了可維護性。這里存在一個效能比的問題。目前美軍整個輪式車輛的這個效能比是0.63。而如果采用新型輕質材料，這個效能比可以提高至1。也就是說，8輛目前的軍事車輛所干的活只相當于未來5輛車輛干的活。此外，目前美軍輪式車輛的年運維成本（O&M）高達15億美元，也就是說每輛車每年需要6000美元， 這個成本每年還以3000萬美元的速度遞增，而美軍的車輛總規模實際在消減，大約從此前的25萬輛消減到22萬輛。

 

    腐蝕部件修理成本呈現出越來越高的態勢。由于腐蝕問題，軍事車輛的經濟使用期限一般在13年至16年。超過這個年限，車輛的使用效率就會大幅降低。

 

    消減車輛自重是關鍵

 

    美軍80%的車輛屬于這三個等級： 2B級，即8500～10000磅；6級，即19501 至26000磅；和8級，即33001磅以上。大約10萬輛美軍車輛屬于高機動性輪式戰場（HMMWV），即大家熟知的所謂悍馬（Humvees）戰車。另外10萬輛屬于中型車輛，載荷能力在2.5噸到5噸之間， 即6級以下。還有2萬輛屬于重型車輛， 低于8級，其中包括越野卡車和特殊用途的車輛，例如托盤化裝載系統（PLS： Palletized Loading System），重型增程機動戰術卡車（HEMTT: Heavy Expanded Mobility Tactical Truck），70噸載荷的重型裝備運輸系統（HETS：Heavy Equipment Transporter System），以及三個型號的拖車。11萬輛拖車包括貨運拖車、平板拖車、低架載重車、供彈拖車、廂式拖車、油罐車和特殊用途拖車。

 

    一輛美軍車輛平均每年要跑2000-3000 英里，其中80%是在公用路面上，余下時間在戰區或野外。美國陸軍坦克及機動車輛司令部（TACOM）對這些車輛進行整體性負責。

 

    目前，美軍70%的燃油通過船舶輸送到戰區；一個機械化師每天要消耗60萬加侖的燃油，而一個攻擊型空軍師每天要消耗30萬加侖的燃油，這是美軍燃油消耗的大戶。美軍燃油的采購成本每加侖只有1.01美元，在非戰時的最后應用成本為每加侖13美元，戰時則增加至每加侖100-400 美元。美軍軍事研究機構認為，采用輕型材料，至少可以降低燃油消耗50%以上， 這意味著一旦大型戰爭打起來，輕質戰車可以保障美國經濟不會被拖垮。

 

    一個輕型步兵師有11520名作戰隊員， 總載荷量為18122噸，這包括士兵的體重、個人裝備重量，以及1天的彈藥量，5天的食物，帳篷等材料以及個人用品，用于15 天的燃油、藥品和配件等。如此“輕型” 部隊就需要3841臺車輛以及83架飛機。為了運輸這些部隊，需要動用C-141運輸機816架次，或者C-17運輸機61架次。

 

    與此相對比的是，一個重型裝甲師， 總載荷高達102052噸，包括17186名作戰人員、8125臺車輛。運輸如此龐大的部隊需要C-130運輸機這樣的龐然大物。

 

    如此“沉重”的現代化部隊再不同于以前“小米加步槍”的時代。而如何降低如此多軍事車輛的自重也成了軍隊后勤保障的關鍵。美軍認為，通過新型材料的使用，消減整體作戰載荷10%-20%是可能的。而由于作戰車輛自重降低而帶來能源消耗的降低，還可以整體降低軍事運輸載荷的30-50%。這是一個非常可觀的數字。它意味著在同樣作戰能力下，采用輕質材料車輛的部隊比傳統的“鋼鐵”部隊至少提高機動性30%以上。對于戰爭來說，這足以致勝。

 

    新材料和新工藝的機會

 

    為了滿足軍事車輛消減自重的需求， 從車身到部件都有廣泛的新材料可以選擇。但在這之前，是需要一個新的設計流程。因為這些新材料的物理性能以及可加工性畢竟與鋼鐵材料不同，因此對這些材料進行合理設計以及充分實驗是保障能否應用的關鍵環節之一。這并非本文的重點，但需要提及。美國軍事車輛在設計方面不僅有軍事研究單位的參與，更有傳統軍工企業的大力貢獻。在中國，非軍事企業參與設計也是非常關鍵的。

 

    顯然，在設計過程中要考慮材料成型以及制造成本問題。不考慮成本的軍事策略一定會把本國經濟拖垮，前蘇聯的垮臺是很好的反例。

 

    由于軍事車輛，特別是特殊軍事車輛的產量不高，因此必須采用一些新工藝來解決低產量帶來的成本壓力。這些新技術包括：

 

    超塑性成型，特別適合于某些商用超塑性合金，如5083；

 

    熱固性高分子復合材料的壓縮成型；

 

    薄片部件的橡皮囊液壓成型（Rubber-pad hydroforming ）；

 

    管件液壓成型；

 

    管件和薄板的電磁成型工藝；

 

    管件和薄板的爆破成型工藝；

 

    薄壁精密鑄造；

 

    用于熱固性高分子復合材料的其他快捷成型方式；

 

    接口和焊接技術。

 

    在軍事車輛上，置換鋼鐵最重要的備選材料是鋁鎂合金。商用飛機制造商對此輕車熟路，因為典型的商用飛機上70-75% 是鋁。鋁鎂合金取代鋼鐵的問題也是明顯的，一是成本比較高，二就是如何禁得住炮火的打擊。

 

    除了鋁鎂合金，高強度鋼也是用于消減軍事車輛自重的有力材料，有資料表明，采用高強度鋼的車輛比一般設計的車輛自重可以降低20%作用。超輕型鋼質汽車車身（ULSAB）可以達到350-420MPa 的強度，而一般鋼材只有140MPa。在美國， 回磷鋼材和固態加強無空隙鋼（solution-strengthened interstitial-free steels）、雙相鋼（dual-phase steel）、相變誘發塑性鋼（TRIPS）也在研究之中。

 

    日本NKK公司開發了一種用于汽車的薄板鋼材，拉伸強度高達780 -980 MPa， 并具備高可成型性。該公司名為“Nano Hiten”的新鋼材，基于nano-obstacle技術， 其強度比傳統強度高10倍。Nakayama鋼鐵公司推出一種細晶粒鋼，其鐵素體顆粒只有2到5個微米大小，而傳統鋼材的鐵素體顆粒大小為10-20微米，這種鋼材的拉伸強度可以達到500-600 MPa。

 

    在提升傳統碳鋼耐蝕性能上，有一系列方法，例如鍍鋅。在軍事車輛上，常用的稱為化學耐蝕涂層（chemical-agent-resistant coatings）。但無論怎樣，在嚴酷環境下，鋼鐵材料還是沒有其他輕質材料更加耐蝕。換句話說，從耐蝕性上，軍事車輛選擇其他輕質材料似乎是沒有選擇的選擇。

 

    鋁合金 2519 （Al-Cu-Mg） 是一種高性能合金，可以很好地滿足軍事車輛在強度和重量上的需求，它是美國鋁業公司和美軍聯合開發的材料，其抗彈道穿透性能遠遠超過鋁鎂5000系列合金，這種合金也被考慮應用到海軍兩棲戰車上。