ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ БРОНИРОВАННЫЕ МАШИНЫ 1945–1965 гг. (XIII)

М.В. Павлов, кандидат технических наук, старший научный сотрудник. И.В. Павлов, ведущий конструктор
«Техника и вооружение. Вчера, сегодня, завтра...» №6, 2009 г.
Материал предоставлен авторами и публикуется с разрешения редакции журнала

<<< См. предыдущий материал

 

 

Скачать публикацию «ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ БРОНИРОВАННЫЕ МАШИНЫ 1945–1965 ГГ. (XIII)» в формате PDF

После того как газотурбинный двигатель (ГТД) стал основным двигателем в авиации, было обращено внимание на возможность его применения в танках. Конструкторов силовых установок объектов бронетанковой техники привлекали высокие массогабаритные показатели этого двигателя, отсутствие внешней системы охлаждения и малый расход масла, высокие тяговые характеристики двигателя со свободной силовой (рабочей) турбиной, хорошие пусковые качества в любых климатических условиях и другие преимущества. Высокий коэффициент приспособляемости (2–2,5 и более вместо 1,1–1,2 у дизеля) ГТД позволял уменьшить число передач в трансмиссии.

За рубежом исследования возможности применения ГТД на танках начались еще в 1943-1945 гг. в Германии, где эти двигатели устанавливали на самолетах (работы велись с 1939 г.). Так, в 1943 г. для проверки возможности и эффективности использования новых силовых установок на военных гусеничных машинах был создан опытный образец танкетки, на которой в качестве двигателя использовалась специальная газовая турбина. Рабочее колесо газовой турбины приводилось во вращение потоком газа, получаемого в газогенераторе при разложении специальной жидкости в присутствии катализатора. Для этой цели жидкость подавалась из бака насосом через распылители в корпус газогенератора, где, попадая на катализатор, быстро разлагалась, и струя газа через сопла под большим давлением выходила на лопатки рабочего колеса газовой турбины. Для пуска основного двигателя служила вспомогательная газовая турбина, работавшая от малого газогенератора. Вспомогательная турбина была связана с валом насоса основной турбины и приводила его во вращение. Управление частотой вращения основной турбины осуществлялось с помощью центробежного регулятора и рычага, установленного в отделении управления. Танкетка массой 1,3 т с экипажем из одного человека развивала максимальную скорость до 40 км/ч. Но эти исследования не пошли дальше ОКР.

В СССР вопрос о проектировании газовых турбин для использования их в качестве силовых установок танков рассматривался еще в 1939 г. на СТЗ. Однако только после войны благодаря созданию мощной производственной и экспериментальной базы стало возможным развернуть НИОКР по применению в танке газотурбинной силовой установки (ГТСУ). Расчетно-теоретические исследования по обоснованию использования ГТД (первоначально получившего наименование газотурбокомпрессорного агрегата, или ГТКА) для танков были начаты в Военной академии бронетанковых и механизированных войск в середине 1940-х гг. профессорами Ю.А. Степановым, А.Г. Козловым, М.А. Михайловым и Г.Ю. Степановым. В конце 1940-х гг. идея внедрения газотурбинного двигателя в качестве силовой установки танка начала реализовываться на практике.

 

Схемы компоновок ГТД (ГТКА) для танка:

а – ГТКА с одной турбиной; б, в – ГТКА с разделенным перепадом температур в двух последовательно расположенных турбинах с одноступенчатым и двухступенчатым сжиганием топлива; г – ГТКАс разделенным потоком газа к двум параллельно работающим турбинам;

1 – компрессор; 2,3 – камера сгорания; 4 – турбина компрессора; 5 – рабочая турбина; 6 – выхлопной коллектор; 7 – теплообменник; 8 – редуктор.

 

 

Впервые в нашей стране в 1948-1949 гг. в СКВ турбинного производства ЛКЗ под руководством главного конструктора А.Х. Старостенко для тяжелого танка выполнили технический проект ГТД мощностью 515 кВт (700 л.с.) со стационарным (невращающимся) теплообменником*. Ведущим инженером проекта являлся П.П. Котов, научным консультантом – И.И. Кириллов (Ленинградский политехнический институт им. М.И. Калинина). В рассмотрении проекта участвовали сотрудники ВНИИ-100 и СКБ-2 ЛКЗ: П.К. Ворошилов, ВТ. Ломоносов, Г.А. Михайлов, А.А. Останин, Н.П. Петров, А.П. Покровский, Л.Е. Сычев, Л.С. Троянов и другие. Однако работы над проектом были прекращены в связи с неприемлемыми расчетными величинами расхода топлива (удельный расход топлива составлял 300 г/л.с.-ч), особенно на режимах частичных нагрузок.

 


* – Теплообменник – устройство для подогрева сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания газотурбинного двигателя, за счет тепла отработавших газов. Применяется для уменьшения расхода топлива при движении машины. Предварительный подогрев воздуха в теплообменнике позволяет уменьшить количество топлива, которое необходимо подать в камеру сгорания для нагрева газов до заданной температуры. По конструктивному признаку теплообменники подразделяются на стационарные (рекуператоры) и вращающиеся (регенераторы).


 

В процессе дальнейшего обсуждения конструкторы бронетанковой техники в 1949 г. рассматривали вопрос об использовании в танке ГТД мощностью 882 кВт (1200 л.с.) с поперечным расположением в МТО. При этом были исследованы различные схемы ГТД: с одной турбиной, с разделенным перепадом температур в двух последовательно расположенных турбинах с одноступенчатым и двухступенчатым сжиганием топлива, а также с разделенным потоком газа к двум параллельно работавшим турбинам. Наиболее оптимальной для применения в танке являлась схема ГТД с разделенным потоком газа, в которой две параллельно работавшие турбины имели свою камеру сгорания. Каждая из этих схем предусматривала наличие теплообменника. Одна турбина с приданной ей камерой сгорания служила для привода компрессора, вторая – силовая турбина – на привод трансмиссии (через специальный редуктор). Компрессор подавал около 70% воздуха в камеру сгорания турбины компрессора и 30% – в камеру сгорания силовой турбины. Поскольку в этой схеме в атмосферу выбрасывались два отдельных потока отработавших газов, то для использования их тепла предусматривалась установка двух теплообменников.

Выбранная схема обеспечивала возможность создания ГТД с наиболее благоприятной для танка характеристикой крутящего момента на валу, величина которого возрастала при уменьшении частоты вращения силовой турбины. Наиболее экономичный режим работы ГТД обеспечивался при регулировании подачи топлива в камеры сгорания обеих турбин на режиме постоянной температуры газа перед силовой турбиной.

В эти же годы был выполнен эскизный проект высокотемпературного ГТД с охлаждением элементов проточной части. В 1951 г. оригинальную транспортную газотурбинную установку для танка начальнику ОКБТ ЛКЗ Ж.Я. Котину предложил доцент Ленинградского кораблестроительного института Н.Ф. Галицкий, но она не удовлетворяла требованиям, предъявляемым к танковому ГТД. Работы по созданию такого типа двигателей для танков приостановили, однако они были продолжены в автомобилестроении, чему в немалой степени способствовала научно-техническая информация о достижениях в этой области за рубежом.

В развитых зарубежных странах разработка ГТД для наземных транспортных средств на основе использования опыта и достижений в создании авиационных (вертолетных) двигателей данного типа велась с 1947 г.

В Великобритании вопросами создания автомобильных ГТД, способных конкурировать с карбюраторными и дизельными двигателями, занимались фирмы «Ровер», «Центракс» и «Остин Мотор». Сравнительно большие средства на НИОКР в этой области были затрачены в США ведущими фирмами «Крайслер», «Форд Моторс компани» и «Дженерал Моторс», которые достигли значительных успехов в развитии транспортных ГТД. В Европе аналогичные исследования проводились фирмами «Рено», «Турбомека», S.O.C.E.M.A. (Франция) и «Фиат» (Италия).

Транспортные ГТД, изготавливавшиеся зарубежными фирмами на базе вертолетных двигателей, как правило, выполнялись по двухвальной схеме без теплообменника. Они отличались высокими массогабаритными показателями и имели сравнительно низкую (особенно на частичных режимах работы) экономичность. Одновременно были развернуты работы по созданию специальных автомобильных ГТД с использованием двухвальной схемы с теплообменником, либо выполненных по более сложным схемам. За счет ухудшения массогабаритных показателей эти двигатели обладали лучшей экономичностью, близкой в широком диапазоне изменения нагрузки к экономичности аналогичных поршневых двигателей.

Характеристика двухвального ГТД позволяла обойтись значительно меньшим количеством передач и тем самым упростить трансмиссию и облегчить управление машиной. Одним из основных недостатков ГТД являлся его низкий КПД и, соответственно, высокий удельный расход топлива. В числе других недостатков данного типа двигателя были: в несколько раз больший расход воздуха и трудности, связанные с очисткой его от пыли; значительно меньшая по сравнению с дизелем приемистость (что делало машину менее управляемой и существенно снижало среднюю скорость движения по пересеченной местности); невозможность торможения машины двигателем без специальных устройств (что также затрудняло вождение). Кроме того, мощность ГТД сильно зависела от температуры и давления окружающего воздуха, от сопротивления на входе воздуха в компрессор и отработавших газов на выходе из турбины, что, в свою очередь, в совокупности с большим расходом воздуха накладывало определенные трудности в обеспечении подводного вождения.

Низкая экономичность ГТД была связана с необходимостью ограничения температуры газов (900–950°С), поступавших на лопатки турбины, из-за сложности их эффективного охлаждения. Ограничение температуры осуществлялось за счет увеличения коэффициента избытка воздуха, величина которого была в 3–4 раза больше, чем в поршневых двигателях, а это увеличивало расход воздуха и затраты на его сжатие в компрессоре. Мощность, потребляемая компрессором, в 1,5-2 раза превышала мощность, снимаемую с вала силовой турбины. Снизить удельный расход топлива (до сопоставимого с аналогичным у дизеля) и повысить экономичность ГТД можно было двумя путями. Первый путь – повышение температуры газов перед турбиной, что требовало или достаточно эффективного охлаждения лопаток турбины, или создания для лопаток нового, более жаропрочного материала. Второй путь — применение теплообменников, работавших по циклу с промежуточным охлаждением. Однако, как показали проведенные НИОКР, размеры теплообменников оказались сопоставимыми с размерами самого двигателя. При использовании теплообменников ГТД терял одно из своих преимуществ – компактность.

 

Таблица 37

Основные характеристики зарубежных газотурбинных двигателей

 

Первые зарубежные автомобильные ГТД представляли собой двигатели малой мощности – от 74 до 184 кВт (от 100 до 250 л.с.) – и не годились к установке в объекты бронетанковой техники. Однако в результате испытаний ГТД малой мощности, установленных в опытных автомобилях (первый автомобиль с ГТД фирмы «Ровер» прошел испытания в 1950 г.), был выявлен ряд специфических требований к транспортным ГТСУ по топливно-экономическим, тягово-динамическим и эксплуатационным характеристикам. Эти требования легли в основу последующих НИОКР, которые позволили в 1950– 1960-х гг. создать более мощные ГТД — 257-772 кВт (350-1050 л.с.) – для автомобилей различного назначения, колесных и гусеничных тягачей. В ходе выполнения НИОКР осуществлялся поиск оптимальных конструктивных решений, производилась отработка обслуживающих систем (топливной, смазки, воздухоочистки и охлаждения) и основных узлов ГТД (компрессоров, силовых турбин, камер сгорания, теплообменников). Некоторые из этих двигателей прошли испытания в объектах бронетанковой техники. Поэтому отдельные транспортные ГТД, разработанные перечисленными выше фирмами, представляли определенный интерес для отечественных конструкторов.

В Великобритании наибольшую известность получили ГТД 2S/150 мощностью 110 кВт (150 л.с.) фирмы «Ровер» и ГТД фирмы «Остин» мощностью 221 кВт (300 л.с.). Конструктивной особенностью этих автомобильных ГТД являлась установка теплообменников и дросселирующих устройств, поддерживавших высокую экономичность и сохранявших необходимую степень давления на режимах частичных нагрузок и холостого хода за счет количественного регулирования расхода рабочего тела (атмосферного воздуха и газа). В качестве дросселирующих устройств, изменявших сечение проточной части, использовались поворотные направляющие лопатки, устанавливавшиеся на входе или выходе из компрессора, а также поворотные сопловые лопатки турбины высокого и низкого давления. В двигателе фирмы «Ровер» поворотные лопатки размещались во входном патрубке, а в ГТД фирмы «Остин» поворотными лопатками снабжался диффузор центробежного компрессора. Кроме того, применение поворотных сопл турбины низкого давления позволяло создать тормозящий момент на валу силовой турбины.

В первой половине 1950-х гг. английской фирмой «Парсонс энд Компани» на базе авиационного ГТД был создан танковый вариант двигателя, который в 1954 г. прошел испытания в ходовом макете танка «Кон-кэрор». Ходовой макет отличался от базового танка отсутствием башни с вооружением и изменениями в МТО, связанными с установкой другого типа двигателя. Всего для этих экспериментов изготовили два образца ГТД. Первый образец, получивший наименование «Юнит-2973», имел мощность 482 кВт (655 л.с.). Мощность второго образца («Юнит-2989») была увеличена до 669 кВт (910 л.с.). ГТД состоял из одноступенчатого центробежного компрессора, приводимого во вращение одноступенчатой осевой турбиной, двухступенчатой силовой турбины и камер сгорания, располагавшихся по обеим сторонам двигателя. Силовая турбина была связана с турбиной компрессора синхронизирующим механизмом, препятствовавшим повышению частоты вращения турбины при переключении передач и дающим возможность торможения двигателем. Для уменьшения частоты вращения вала силовой турбины устанавливался специальный редуктор. В системе охлаждения использовался двухосный осевой компрессор, который обеспечивал подачу воздуха для охлаждения масляных радиаторов турбины и коробки передач, а также в тормозную систему. Для снижения уровня шума, возникавшего при всасывании воздуха, перед воздухоочистителями типа «Циклон» монтировались специальные глушители. Ни один из этих ГТД, кроме проведения испытаний в ходовом макете, в дальнейшем в танках не устанавливался. Работа по ним была приостановлена по причине большого удельного расхода топлива — 558 г/кВт-ч (410 г-л.с./ч), а также из-за нерешенности вопроса с конструкцией воздухоочистителей.

Во Франции с начала 1950-х гг. фирмой «Турбомека» был создан целый ряд транспортных ГТД, часть из которых по лицензии выпускалась в Великобритании фирмами «Блекборн» и «Дженерал Эркрафт», а также в США фирмами «Континенталь Эвиейшн» и «Энджиниринг корпорейшн». ГТД фирмы «Турбомека» имели газогенератор, конструкция которого была заимствована у газогенератора турбореактивного двигателя «Палас». Он состоял из центробежного компрессора, вращающейся форсунки, кольцевой камеры сгорания и одноступенчатой турбины. В конструкции двигателей использовалось максимальное число взаимозаменяемых деталей, что значительно снижало стоимость их изготовления и упрощало последующий ремонт. В 1954 г. два ГТД «Турмо-500» общей мощностью 257 кВт (350 л.с.) прошли испытания в гусеничном бронетранспортере. Однако большой объем работ, выполненных фирмой «Турбомека» в области разработки более мощных ГТД для автомобилей различного назначения, например, ГТД «Артуст-600» мощностью 304 кВт (414 л.с.), не привели к созданию аналогичного двигателя для танка.

При усовершенствовании ГТД серии «Турмо» английской фирмой «Блекборн» (на входе в центробежный компрессор установили две осевые ступени со сверхзвуковыми лопатками и дополнительную ступень турбины) был создан двигатель А.129 мощностью 599 кВт (815 л.с.). В дальнейшем планировалось увеличить мощность до 699 кВт (950 л.с.), а удельный расход топлива снизить с 445 до 408 г/кВт-ч (с 327 до 300 г/л.с.-ч). В конструкции силовой турбины использовались детали ГТД малой мощности предыдущих серий фирмы «Турбомека». Для уменьшения расхода топлива и повышения приемистости этого двигателя применялся, как и у других двигателей фирмы «Турбомека», обводной клапан, который открывался в момент разгона и перепускал газ мимо силовой турбины непосредственно в выпускной патрубок.

Двигатель А.129 предполагалось выпускать в нескольких модификациях, которые могли быть использованы как для наземных транспортных средств, так и в авиации (в качестве силовой установки с жестким приводом, турбореактивного двигателя или двигателя с отбором воздуха от компрессора). Однако в дальнейшем работы по исследованию возможности создания и установки ГТД в объектах бронетанковой техники в Великобритании, как и во Франции, прекратили.

В США из первых транспортных ГТД наибольший интерес представляли двигатели фирмы «Крайслер», имевшие минимальный удельный расход топлива. В двигателе CR-2A это было достигнуто за счет применения поворотных лопаток силовой турбины (смещение зоны минимального удельного расхода топлива к диапазону нагрузки 50-60%) и использование теплообменника. Малый расход топлива на режиме холостого хода обеспечивался прикрытием сопл турбины низкого давления. При этом температура газа перед турбиной поддерживалась на высоком уровне, а частота вращения турбокомпрессора снижалась до минимума. При разгоне двигателя сопла резко открывались, противодавление в турбокомпрессоре падало и имевшийся теплоперепад на турбине высокого давления значительно возрастал. Это приводило к быстрому увеличению частоты вращения турбокомпрессора. Время выхода двигателя CR-2A с режима холостого хода на максимальный составляло 1,5 с.

Использование теплообменников, как уже отмечалось, существенно увеличивало габариты ГТСУ, поэтому для уменьшения размеров в ГТД CR-2A использовался дисковый регенератор, устанавливавшийся в верхней части двигателя. В двигателе этой же фирмы модели А-831 регенератор был выполнен в виде двух дисков, располагавшихся по обеим его сторонам, что позволило наряду с уменьшением высоты создать лучшие температурные условия работы элементов двигателя благодаря симметрии потока газа.

Первой из американских фирм, установивших ГТД в танке, стала «Боинг». Этой фирмой в 1947 г. был создан газотурбинный двигатель «Боинг-502» мощностью 88 кВт (120 л.с.) и удельным расходом топлива 1111 г/ кВт-ч (817 г/л.с.-ч.), выполненный на базе авиационного двигателя «Боинг-500». Двигатели «Боинг-502» предназначались для использования в качестве приводных двигателей генераторов на минных тральщиках ВМФ США. В 1952 г. модификация этого двигателя мощностью 129 кВт (175 л.с.) была внедрена в качестве силовой установки на буксировочном тягаче «Кенворт». В 1954–1955 гг. газотурбинная силовая установка, состоявшая из двух двигателей «Боинг-502» общей мощностью 257 кВт (350 л.с.), прошла испытания в легком танке М41. Двигатели подверглись незначительной доработке, связанной с особенностями их установки в МТО танка.

Атмосферный воздух засасывался компрессором, сжимался в нем (с одновременным повышением температуры воздуха) и подавался в две симметрично расположенные горизонтальные камеры сгорания, куда одновременно с воздухом через форсунки подавалось топливо. Из камеры сгорания газообразные продукты поступали на турбину компрессора, приводя его во вращение, а оставшаяся часть – на лопатки силовой турбины, вал которой соединялся с помощью планетарного редуктора с выходным валом. Все элементы топливного регулятора, включая топливный насос с шестернями для привода агрегатов, ограничитель приемистости и отсечной клапан, монтировались в одном агрегате, в котором имелись внутренние каналы для топлива. В топливной системе использовались специальные агрегаты для регулирования подачи топлива при пуске, режиме холостого хода и максимальной частоте вращения вала турбины, а также приемистости. Приемистость двигателя ограничивалась специальным клапаном, осуществлявшим регулировку величины максимальной подачи топлива в соответствии с величиной давления воздуха на выходе из компрессора.

Дальнейшие работы по ГТСУ танка М41 приостановили из-за высокого удельного расхода топлива. Тем не менее работы по совершенствованию конструкции ГТД «Боинг» серии 502 продолжились и в итоге привели к созданию в 1958 г. модификации двигателя «Боинг-502-10МА» мощностью 243 кВт (330 л.с.), который был использован в качестве вспомогательного в комбинированной силовой установке шведского танка Strv-103А. По замыслу конструкторов, ГТД должен был включаться в работу периодически для обеспечения повышенных скоростей, движения в сложных дорожно-грунтовых условиях, а также пуска основного двигателя в условиях низких температур.

Двигатель «Боинг-502-10МА» являлся дальнейшей модификацией ГТД «Боинг-502-10С», который имел мощность 177 кВт (240 л.с.), конструктивно повторял ГТД «Боинг-502». Различия между модификациями заключались в изменении передаточных чисел выходных редукторов, изменении степени повышения давления компрессора, увеличения мощности и улучшения экономичности двигателя.

Первоначально для танка Strv-103А фирма «Вольво» разработала ГТД DRGT-1, который имел мощность 184 кВт (250 л.с.). В отличие от двигателя фирмы «Боинг», двигатель фирмы «Вольво» имел вращающийся теплообменник с высокой степенью теплообмена и при сравнительно невысокой температуре газов перед турбиной – малый удельный расход топлива. Количественное регулирование расхода рабочего тела осуществлялось с помощью двухопорных поворотных лопаток на входе в компрессор. Ротор силовой турбины был выполнен в виде двух противоположно вращающихся ступеней без промежуточного направляющего аппарата.

Особенностью этого двигателя являлась установка между двумя ступенями силовой турбины дифференциальной шестеренчатой передачи, благодаря которой изменение величины крутящего момента при изменении частоты вращения вала отбора мощности происходило более резко, чем у обычного двухвального ГТД. Кроме того, был расширен диапазон работы силовой турбины в зоне высоких КПД. Для увеличения величины тормозного момента использовался гидротормоз, представлявший собой специальную гидромуфту, ведущая часть которой соединялась с трансмиссией, а ведомая – жестко с корпусом двигателя. При торможении гидромуфта заполнялась маслом, причем степень наполнения муфты определяла тормозной момент. Регулирование заполнения гидромуфты осуществлялось вручную с помощью вентиля, который также мог быть связан с педалью подачи топлива или тормоза.

Температура масла на выходе из теплообменника могла быть понижена за счет увеличения расхода воздуха путем повышения числа оборотов холостого хода. Маслоохладитель одновременно служил глушителем шума всасывания. Во избежание дополнительных потерь давления при проходе воздуха через маслоохладитель во время работы двигателя под нагрузкой вход в маслоохладитель перекрывался специальной заслонкой, и воздух в компрессор всасывался через другой канал, минуя маслоохладитель.

В 1957–1958 гг. американская фирма «Дженерал Электрик» разработала две модификации вертолетных ГТД: Т-53 и Т-58 мощностью, соответственно, 706 кВт (960 л.с.) и 772 кВт (1050 л.с.), которые были установлены в объектах бронетанковой техники. Двигатель Т-53 прошел испытания в гусеничном бронетранспортере в 1958 г., двигатель Т-58 – в 1960 г. в гусеничном плавающем транспортере LVTPX-10.

ГТД Т-53 и Т-58 со свободной турбиной принадлежали к классу легких вертолетных двигателей и не имели теплообменников. Двигатели, помимо мощностных и топливно-экономических показателей, различались конструкцией компрессоров и силовых турбин. Т-58 был выполнен по прямоточной схеме, которая способствовала получению высоких значений полного КПД. Из компрессора воздух поступал прямо в кольцевую камеру сгорания, представлявшую собой одно целое с разделителем потока, необходимого для равномерного распределения воздуха между внутренними и внешними кожухами. В состав топливной системы входили 16 однодырчатых форсунок «Симплекс», устанавливавшихся на двух коллекторах, каждый из которых имел по восемь форсунок. Те или другие форсунки поочередно снабжались топливом от одного из двух коллекторов. На режимах малых расходов и при пуске двигателя топливо из обоих коллекторов подавалось к половине форсунок. Когда расход топлива возрастал сверх заданной величины, открывался разделитель топлива, и оно подавалось в другие восемь форсунок.

В 1958 г. фирма «Дженерал Моторс» разработала относительно компактный автомобильный ГТД GMT-305 мощностью 165 кВт (225 л.с.), который имел два теплообменника барабанного типа, располагавшихся по обеим сторонам вала турбины, и две индивидуальные камеры сгорания. Барабаны вращались попеременно, проходя через поток горячего газа, выходящего из турбины, и через поток относительно холодного воздуха, поступавшего из компрессора. Применение теплообменников позволило уменьшить расход топлива на 25% (по сравнению с ГТД без теплообменника) и использовать от 85 до 90% тепла отработавших газов. Другим способом уменьшения удельного расхода топлива данного ГТД являлся выбор двух режимов его холостого хода. Первый режим с частотой вращения вала турбины около 12000 мин-1 соответствовал стоянке автомобиля, второй режим с частотой вращения вала турбины около 17000 мин-1 обеспечивал движение с хорошим ускорением и возможностью остановок и трогания с места. Этот двигатель в 1958 г. прошел испытания в бронетранспортере М113, а в 1960 г. – в САУ М56 «Скорпион».

В 1964 г. этой же фирмой был создан газотурбинный двигатель GMT-309 мощностью 206 кВт (280 л.с.) с одним вращающимся теплообменником. Удельный расход топлива у этого двигателя удалось довести до 245 г/кВт-ч (180 г/л.с.-ч). Характерной особенностью GMT-309 было то, что в режиме «торможение» для гашения мощности торможения использовался его турбокомпрессор. Такой способ представлялся зарубежным специалистам наиболее целесообразным, чем, например, использование поворотных сопловых лопаток силовой турбины, поскольку мощность, потребляемая компрессором, была примерно в 2 раза выше мощности на валу силовой турбины. Кроме того, при гашении мощности компрессором подача топлива к форсункам камеры сгорания прекращалась. Конструктивно соединение валов турбокомпрессора и силовой турбины осуществлялось с помощью разобщительной муфты, которая включалась не только при торможении, но и на некоторых режимах работы двигателя под нагрузкой. Благодаря этому поддерживалась максимальная температура газа перед соплами на большинстве режимов работы двигателя. Все тепло, выделявшееся при торможении, отводилось с воздухом, исключая необходимость создания специальных теплообменников или других устройств (вентиляторов, эжекторов) для отвода большого количества тепла.

Наиболее эффективный, но и более сложный способ повышения экономичности был реализован в 1960 г. фирмой «Форд Моторс компании» в автомобильном ГТД «Форд-704» мощностью 221 кВт (300 л.с.) за счет применения трехвальной схемы в сочетании с промежуточным охлаждением воздуха и подогревом газа. Кроме высокой экономичности на режиме полной мощности, двигатель имел наиболее благоприятное протекание зависимости удельного расхода топлива на частичных нагрузках. Температура газа в двигателе за камерами сгорания и частота вращения турбокомпрессора высокого давления оставались практически неизменными в диапазоне 100–50% мощности, а при дальнейшем снижении нагрузки эти параметры медленно снижались. Работавший по сложному циклу двигатель, вследствие малого удельного расхода воздуха, имел небольшие размеры роторов. Для быстрого набора мощности необходимо было придать ускорение только небольшому ротору компрессора низкого давления. Этим достигалась хорошая приемистость двигателя.

В начале 1960-х гг., учитывая опыт создания автомобильных ГТД с теплообменниками, фирмы «Форд Моторс компани», «Солар Эркрафт» (США) и «Оренда» (Канада) приступили к разработке специального ГТД мощностью 441 кВт (600 л.с.) с теплообменником, который предназначался к установке в новый 30-тонный танк. Опытные газотурбинные двигатели «Форд-705», «Солар Титан» Т-600 и «Оренда» ОТ-4 имели по сравнению с дизелями лучшие массогабаритные показатели, но по удельному расходу топлива по-прежнему значительно уступали им.

При разработке ГТД «Форд-705» использовалась трехвальная схема, проверенная в автомобильном варианте ГТД «Форд-704» мощностью 221 кВт (300 л.с.). Двигатель имел два турбокомпрессора и свободную силовую турбину, две камеры сгорания, теплообменник и промежуточный холодильник для охлаждения воздуха перед вторым компрессором. Это позволило увеличить степень повышения давления (16 вместо 4-6 в двухвальном) и повысить температуру газов перед силовой турбиной за счет топлива, сжигаемого в дополнительной камере сгорания. Кроме того, применение промежуточного холодильника дало возможность при постоянном давлении уменьшить объем подаваемого воздуха и использовать компрессор высокого давления с меньшими размерами и мощностью, затрачиваемой на его привод.

В связи с тем, что степень повышения давления в ГТД «Форд-705» была выбрана выше оптимальной для режима максимальной мощности, расход топлива на данном режиме оказался более высоким, чем у двухвальных двигателей фирм «Солар» и «Оренда». Однако на режимах неполной нагрузки, на которых приходилось работать двигателю большую часть времени, расход топлива уменьшался до 248 г/кВт-ч (182 г/л.с.-ч) на режиме 40% от максимальной мощности против 269 и 295 г/кВт-ч (198 и 217 г/л.с.-ч) у двигателей выше названных фирм. Такая характеристика ГТД по удельному расходу приближала его к поршневым двигателям. Расход воздуха в двигателе был сравнительно небольшим по сравнению с ГТД фирм «Солар» и «Оренда», но все же больше, чем у дизеля такой же мощности, и составлял 2 кг/с. Однако, несмотря на небольшой расход воздуха и малые размеры рабочих колес компрессоров и турбин, из-за сложности конструкции и большого количества агрегатов двигатель получился громоздким.

Опытный танк Т95 (США), 1958 г.

Боевая масса – 38,2 т; экипаж – 4 чел.; оружие: пушка – 90 мм, 1 пулемет – 7,62, 1 пулемет – 12,7 мм; броневая защита – противоснарядная; мощность двигателя – 412 кВт (560 л.с.); максимальная скорость – 56 км/ч; запас хода – 233 км.

По сравнению с ГТД «Форд-705» двигатель «Солар Титан» Т-600 был проще по конструкции и оснащался вращающимся теплообменником. Двигатель ОТ-4 канадской фирмы «Оренда», помимо стационарного теплообменника, имел регулируемый сопловой аппарат (РСА) силовой турбины, обеспечивавший режим торможения двигателем.

Одновременно в 1962 г. с целью накопления необходимого опыта и отработки вопросов, связанных с использованием данного типа двигателей в танках, в США на опытном среднем танке Т95 провели экспериментальные работы по установке ГТД «Солар Сатурн» мощностью 809 кВт (1100 л.с.), изготовленного фирмой «Солар Эркрафт».

Таким образом, начиная с середины 1950-х гг. до начала 1960-х гг. в Великобритании, Франции, США, а также Швеции изготовили и испытали достаточное количество ГТД для различных наземных транспортных средств. Проведенные испытания продемонстрировали ряд преимуществ ГТД по сравнению с поршневыми двигателями: высокие средние скорости движения при одинаковой мощности двигателя; быстрый и надежный пуск двигателя в условиях низких температур; простоту обслуживания и управления двигателем. Однако испытания выявили и необходимость создания специальных ГТД для наземной транспортной техники. Учитывая эти обстоятельства, фирма «Авко Лайкоминг» в середине 1960-х гг. приступила к разработке танкового ГТД с улучшенными мощностными и экономическими показателями. Этот двигатель мощностью 1103 кВт (1500 л.с.) предназначался для установки в новый танк ХМ-1, к созданию которого США приступили после прекращения работ по танку МВТ-70. ГТД, изготовленный уже во втором послевоенном периоде, получил марку AGT-1500.

В других зарубежных странах, таких как ФРГ и Японии, также был выполнен значительный объем НИОКР в области создания транспортных ГТД, которые в основном касались автомобильных двигателей.

В СССР после приостановки работ по танковому ГТД создание транспортных ГТД велось в Научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (НАМИ). Институт имел определенный опыт работ по газотурбинной технике, накопленный в первые послевоенные годы в связи с применением в автотракторных двигателях турбонаддува. Этим направлением руководил известный специалист, впоследствии доктор технических наук Н.С. Ханин. К разработке ГТД для автобусов и грузовых автомобилей в НАМИ приступили в 1950 г., а в 1952 г. создали конструкторское бюро КЭБ, в 1955 г. реорганизованное в СКБ-2. Разработку автомобильных ГТД в СКБ-2 возглавили кандидаты технических наук А.А. Дашкевич и М.А. Коссов.

Кроме того, в декабре 1953 г. в НИДЦ был сформирован отдел газотурбинных двигателей (руководитель Д.А. Портнов), приступивший к рассмотрению возможных путей реализации в ГТД специфических требований, предъявлявшихся к двигателю транспортной машины. Были развернуты работы по расчету, конструированию и испытаниям основных элементов двигателя (турбин, компрессоров, камер сгорания, теплообменников, систем топливоподачи и регулирования), позволившие создать большой научно-технический задел по обоснованию конструктивных схем и параметров транспортного (танкового) ГТД. При этом большое внимание уделялось решению таких проблематичных для данного типа двигателя вопросов, как топливная экономичность, особенно на режимах «малого газа», тормозная мощность и приемистость.

К 1956 г. в НАМИ изготовили и провели стендовые испытания первого двухвального автомобильного ГТД НАМИ-051. Одновременно работы по созданию автомобильных ГТД развернулись в КБ Горьковского автомобильного завода под руководством главного конструктора В.М. Костюкова, где сразу было принято решение об использовании теплообменников. Уже в 1956 г. завод изготовил первые макетные образцы газотурбинного двигателя ГАЗ-99 мощностью 96 кВт (130 л.с.). Двигатели прошли испытания по узлам и в сборе, но без теплообменника, ленточная матрица которого не выдерживала тепловых ударов.

В связи с развернувшимися за рубежом работами по созданию транспортных ГТД, а также проводимыми исследованиями в данном направлении в НАМИ и НИЛД, вопрос о необходимости создания танкового ГТД был поднят заместителем председателя Совета Министров СССР В.А. Малышевым на состоявшемся 31 января 1956 г. совещании с участием главных конструкторов танков и двигателей – Ж.Я. Котина, А.А. Морозова, П.П. Исакова, Л.Н. Карцева, И.Я. Трашутина и Е.И. Артемьева.

После совещания у В.А. Малышева главные конструкторы танковых КБЖ.Я. Котин, Л.Н. Карцев и П.П. Исаков в инициативном порядке приступили к разработке танков с ГТСУ. При этом широко использовались результаты НИР, выполненных в конце 1940-х – начале 1950-х гг.

К 1958 г. по техническому заданию Ж. Я. Котина для тяжелого танка «Объект 278», проектировавшегося в ОКБТ ЛКЗ, в СКВ турбинного производства этого же завода под руководством заместителя главного конструктора Г.А. Оглоблина была разработана конструкторская документация на танковый газотурбинный двигатель ГТД-1 без теплообменника с расчетной мощностью 735 кВт (1000 л.с.) и удельным расходом топлива 456 г/кВт-ч (355 г/л.с.-ч). Однако в связи с возникшими техническими и организационными трудностями (отсутствие надежных методик расчета критических частот вращения гибких валов и мер по изменению частоты вращения), срок завершения работ по ГТД-1 трижды переносился и решением Совета Министров СССР окончательно был определен на декабрь 1961 г. Тем не менее доводка двигателя затянулась до конца 1962 г., а затем и вовсе была прекращена в связи со свертыванием работ по тяжелым танкам.

Параллельно с работами по ГТД-1 на ЛКЗ в 1958 г. на базе газотурбинного двигателя ПАМИ-051 в СКБ-2 НАМИ совместно с конструкторским бюро СТЗ был выполнен проект газотурбинного двигателя ГТД-051А мощностью 313 кВт (425 л.с.), который предназначался для установки в легкий плавающий танк «Объект 195», разрабатывавшийся на СТЗ. Расчетный удельный расход топлива составлял 680 г/кВт-ч (500 г/л.с.-ч). Этот двигатель представлял собой одну из модификаций модельного ряда ГТД НАМИ-051 — 053 (помимо модификации 051, были изготовлены двигатели моделей 052 и 053). В 1958 г. автомобильный ГТД Турбо-НАМИ-053 мощностью 257 кВт (350 л.с.), установленный на междугородном автобусе ЗИЛ-127, прошел пробеговые испытания в объеме 15500 км, которые продемонстрировали удовлетворительную тяговую характеристику и сравнительно плохую приемистость этого двигателя (время разгона составляло более 15 с). Тем не менее, при проведении испытаний двигатель проработал без демонтажа с автобуса и ремонта в течение 260 ч.

В процессе совершенствования двигателя Турбо-НАМИ-053 в СКБ-2 НАМИ разработали его улучшенную модификацию – 053А1 меньшей массы (400 кг) и удельным расходом топлива 544 г/кВт-ч (400 г/л.с.-ч). Это было достигнуто за счет увеличения степени повышения давления воздуха в компрессоре и некоторого повышения КПД компрессора и турбины. Однако высокий расход топлива в сочетании с высокой стоимостью ГТД послужил причиной прекращения дальнейших работ в направлении развития автомобильных ГТД серии НАМИ-051-053, и, соответственно, возможности их использования в легких танках первого послевоенного периода.

Одновременно с выполнением НИОКР по автомобильным ГТД в СКБ-2 НАГИ разрабатывался ГТД мощностью 735 кВт (1000 л.с.), предназначавшийся для тяжелого трактора.

Необходимо отметить, что выполненные работы по созданию отечественных автомобильных ГТД выявили необходимость внедрения высокоэффективных теплообменников регенеративного или рекуперативного типа, повышения температуры газа перед турбиной хотя бы до 1100°С и оптимизации параметров цикла. Одним из направлений дальнейшей деятельности в этой области стала разработка трехвального автомобильного ГТД с теплообменником и с промежуточным охлаждением сжатого воздуха. К работе, которую в НАМИ с 1958 г. возглавил заместитель начальника СКБ-2 B.C. Омиров, был привлечен широкий круг специалистов из смежных отраслей: В.В. Уваров, Малинин (МВТУ), Г.Ю. Степанов (ВА БТВ), Б.М. Митин (ЦИАМ), А. Дейч (МЭИ) и Б.М. Стечкин. Накопленный в процессе выполнения НИОКР научно-технический потенциал, впоследствии, в 1960–1961 гг., использовали в НАМИ при проектировании малоразмерных приводных ГТД мощностью от 22 до 110 кВт (от 30 до 150 л.с.) для автономных энергетических установок самоходных ствольных и ракетных комплексов ПВО («Шилка, «Енисей», «Куб» и «Круг»). Были разработаны и изготовлены три типа ГТД: 3ПЭ6 мощностью 29 кВт (40 л.с.), 3ПЭ7 мощностью 59 кВт (80 л.с.) и 2ПВ8 мощностью 88 кВт (120 л.с.). Двигатели успешно прошли все виды испытаний и были поставлены на серийное производство.

Работы по созданию транспортных ГТД малой мощности продолжились на Горьковском автозаводе в направлении совершенствования конструкции и повышения мощности автомобильного двигателя ГАЗ-99. В 1957 г. заводом был изготовлен автомобильный ГТД компактной конструкции, основные узлы которого размещались в едином литом корпусе из чугуна. В конструкции двигателя впервые применили компоновку с двумя расположенными по бокам двигателя дисковыми вращающимися теплообменниками — специфического для ГТД узла со сложной системой уплотнений. Дальнейшее совершенствование конструкции двигателя в направлении повышения его надежности и технологичности конструкции привело к появлению в 1962 г. газотурбинного двигателя ГАЗ-99Б мощностью 129 кВт (175 л .с.), три опытных образца которого прошли стендовые испытания. Удельный расход топлива по результатам испытаний составил 435 г/кВт-ч (320 г/л.с.-ч). В 1965 г. был разработан двигатель ГАЗ-99В мощностью 184 кВт (250 л.с.). Применение в конструкции его внутренних корпусов жаропрочных листовых материалов, обеспечивавших надежную термоизоляцию, позволило выполнить наружный корпус двигателя из алюминиевого сплава. ГАЗ-99В прошел обширную программу стендовых испытаний, включая 300-часовые ресурсные. Удельный расход топлива в результате доводочных работ на стенде был доведен до 340 г/ кВт-ч (250 г/л.с.-ч). Работы над этим ГТД продолжились уже во втором послевоенном периоде. Одна из его последующих модификаций прошла испытания в бронетранспортере БТР-60.

Помимо СКБ турбинного производства ЛКЗ и СКБ-2 НАМИ, в конце 1950-х – начале 1960-х гг. созданием газотурбинного двигателя для танка занимались ОКБ-29 в Омске и специальная группа из СКБ-75 (ЧКЗ) в Челябинске (сформирована в инициативном порядке по указанию И.Я. Трашутина). В 1957 г. специальная группа СКБ-75 под руководством В. Б. Михайлова совместно с ЦИАМ приступила к изучению и освоению методик расчета основных узлов ГТД, анализу зарубежного опыта по созданию автомобильных ГТД (фирм «Форд Моторс компани», «Крайслер», «Вольво» и др.), а также изучению маломощных отечественных и зарубежных вертолетных ГТД. За период до 1961 г. специальной группой СКБ-75 была проделана большая работа по освоению методики расчета рабочего процесса ГТД и их основных составляющих: осевых и центробежных компрессоров, осевых турбин, камер сгорания, пластинчатых теплообменных аппаратов, а также выполнено несколько предэскизных проектов ГТД. Один из них – двигатель ГТД-Т – имел мощность 735 кВт (1000 л.с.), а его габаритная мощность составляла 1838 кВт/ м3 (2500 л.с./м3).

В августе 1961 г. было подписано распоряжение Совета Министров СССР, согласно которому создание танкового ГТД в 1961 -1964 гг. поручалось СКБ-75 ЧТЗ. Этим же распоряжением предусматривалось формирование на заводе ОКБ по ГТД (ОКБ-6).

Все НИОКР по отечественным танковым ГТД в эти годы велись по двум направлениям. Первое направление было связано с приспособлением существовавших вертолетных газотурбинных двигателей. В то время представлялось целесообразным использование в танках существовавших ГТД, получивших широкое применение в отечественной авиационной технике. Деятельность в этом направлении сводилась, как правило, к соответствующей доработке двигателей для их применения в составе танковой силовой установки. В процессе доработки вносились изменения в систему регулирования, выходного редуктора и элементов силовой турбины. Все эти ГТД выполнялись без теплообменников. Практика показала неприемлемость этого направления, однако полученные при испытаниях двигателей результаты были, безусловно, полезными для выработки концепции танковой ГТСУ. Вторым направлением являлось создание специальных танковых ГТД.

Значительный вклад в дело создания отечественных танковых ГТД внес ВНИИ-100, который выполнил ряд НИОКР по системам и отдельным узлам двигателей. Коллектив института принимал участие в рассмотрении многих проектов ГТД, разработанных КБ промышленности, в дальнейшей отработке их сборочных единиц и систем, а также в испытаниях изготовленных опытных образцов двигателей.

В 1958-1960 гг. во ВНИИ-100 на базе гусеничного тягача АТ-Л изготовили и испытали ходовой макете ГТСУ с использованием авиационного турбостартера ТС-12Ф (руководитель работ В.Д. Лубенс-кий). Мощность этого ГТД составляла 73,5 кВт(100 л.с.). Результаты сравнительных пробеговых испытаний опытного (с ГТД) и серийного (с дизелем) тягачей позволили установить параметры приемистости ГТД (приемистость ГТД не должна была превышать 4 с). Кроме того, была выявлена необходимость защиты проточной части двигателя от запыленного воздуха (опытная силовая установка не имела воздухоочистителя), а также потребность в проведении специальной НИР для решения проблемы очистки воздуха для ГТД и улучшения его тормозных характеристик.

С начала 1960-х гг. к исследованиям возможности применения ГТД в танковых силовых установках активно подключился НИИД, коллектив которого обосновал направления развития танковых ГТД, изучил особенности их эксплуатации в составе танковых силовых установок и выполнил оценку надежности опытных образцов двигателей. В институте также проработали варианты эскизной компоновки ГТД собственной конструкции с теплообменником в МТО танка Т-55. Габаритная мощность этой силовой установки достигала 474 кВт/м3 (645 л.с./м3), расчетный удельный расход топлива при среднем эксплуатационном режиме работы двигателя составлял 352 г/кВт-ч (259 г/л.с.-ч). В другом проекте танкового ГТД с теплообменником, имевшего мощность 441 кВт (600 л.с.), предусматривались еще более лучшие параметры. Так, например, удельный расход топлива у этого двигателя составлял 292 г/кВт-ч (215 г/л.с.-ч).

Выполненные институтом в 1961–1963 гг. расчетно-конструкторские и экспериментальные исследования различных способов дополнительного регулирования, в том числе с применением РСА силовой турбины, перепуска газа, показали целесообразность и предпочтительность использования РСА как средства дополнительного регулирования танкового ГТД. Этот способ позволил комплексно решить вопросы улучшения топливной экономичности на переменных режимах (в ГТД с теплообменником), приемистости турбокомпрессора, снижения расхода топлива на режиме «малого газа» и, самое главное, – получения тормозной мощности до 50% от расчетной мощности двигателя.

В результате работ по первому направлению, выполненных в ОКБ-29 в Омске (по ТТЗ ВНИИ-100) в 1960-1965 гг., на базе вертолетного двигателя ГТД-3 были созданы двигатели ГТД-3Т (Т – танковый вариант) мощностью 515 кВт (700 л.с.) и ГТД-3ТЛ мощностью 588 кВт (800 л.с.). Двигатели ГТД-3Т, установленные в ходовых макетах танков Т-54 и Т-55, а также в танке «Объект 167Т», прошли пробеговые испытания, результаты которых легли в основу научной и экспериментальной базы по накоплению опыта в создании специальных танковых ГТД. (см. также на сайте «Отвага»: «Объект 167Т в музее УВЗ», «Боевое отделение объекта 167Т»«Объект 167 — дедушка «Урала»)

Сравнительные ходовые испытания танков «Объект 167Т» с ГТД и «Объект 167» с дизелем, проведенные на полигоне Уралвагонзавода с участием представителей ВНИИ-100 и НИИД в апреле 1963 г., выявили преимущества танка с ГТД по динамическим и тяговым характеристикам машины. Танк с ГТД значительно быстрее преодолевал подъемы, осуществлял крутые повороты, развивал более высокую скорость движения без опасения заглохания и перегрева двигателя в тяжелых дорожных условиях. Были получены полезные результаты по определению системы управления двигателем и уточнены требования к его характеристикам и параметрам систем воздухоочистки и охлаждения. Испытания выявили необходимость значительной доработки системы воздухоочистки ГТД, а также недостаточную эффективность системы перепуска газа как дополнительного средства торможения танка. Наиболее существенным недостатком был большой путевой расход топлива танка с ГТД.

Отработка конструкции двигателей серии ГТД-3Т (модификации 3ТП и 3ТУ) продолжилась в ОКБ-29 во втором послевоенном периоде. Тогда же были завершены работы по установке ГТД-ЗТЛ в опытном танке «Объект 432», развернувшиеся с 1964 г. во ВНИИ-100 совместно с КБ омского завода №174. При выполнении проектных работ во ВНИИ-100 танк «Объект 432» с ГТД-ЗТЛ получил обозначение «Объект 003».

 

В 1963 г. к созданию ГТД по первому направлению НИОКР подключилось ОКБ-117 завода им. В.Я. Климова. К этому времени коллектив ОКБ завода накопил сравнительно большой опыт по разработке вертолетных ГТД. В период 1963-1964 гг. ОКБ-117 совместно с ОКБТ ЛКЗ провело широкий комплекс НИОКР по унитарной (однодвигательной) установке вертолетного двигателя ГТД-350 на колесном тракторе К-700 и гусеничном бронетранспортере БТР-50П («Объект 211»). Результаты этих исследований, выполненных в стационарных и ходовых условиях, послужили исходным материалом для определения основных требований и представлений об оценочных параметрах при проведении дальнейших работ по созданию танковых ГТСУ в однодвигательном и двухдвигательном исполнении. В 1963-1965 гг. на ЛКЗ на базе танка «Объект 287» изготовили ходовой макет танка с ГТСУ (в составе двух спаренных двигателей ГТД-350Т), получивший наименование «Объект 288». Работы по «Объекту 288» и его испытания были завершены во втором послевоенном периоде.

Большая конструкторско-теоретическая поисковая работа по изысканию наиболее целесообразных для среднего танка схемы, компоновки и технической характеристики ГТД по первому направлению НИОКР с 1965 г. проводилась в Военной академии бронетанковых войск. При этом были рассмотрены и оценены различные возможные варианты компоновки двух- и трехвальных ГТД применительно к МТО танка «Объект 432» (руководители: д.т.н., проф. А.Г. Козлов и д.физ.-мат.н., проф. Г.Ю. Степанов). Из них два наиболее целесообразных варианта ГТД двухвального и трехвального типа проработали конструктивно.

Двухвальный вариант ГТД на базе ГТД-3Т с неподвижным теплообменником имел следующие конструктивные особенности. Редуктор отбора мощности располагался между компрессором и турбинами. Камера сгорания такого же типа, как и в ГТД-3Т, располагалась на противоположном относительно воздухозаборника компрессора конце двигателя. Одноступенчатый центробежный компрессор приводился во вращение от турбины с помощью вала, который проходил внутри вала турбины. Компрессор – одноступенчатый, центробежный. Этот двигатель лучше компоновался в МТО танка по сравнению с остальными вариантами, предложенными кафедрой двигателей Академии, и газотурбинным двигателем ГТД-3Т конструкции ОКБ-29.

В трехвальном варианте ГТД с теплообменником и холодильником расположение силовой турбины (на последней ступени расширения) позволяло применить для нее РСА, использование которого улучшало экономичность двигателя на частичных нагрузках и обеспечивало торможение машины двигателем. В этом варианте двигателя блок турбокомпрессора низкого давления находился параллельно турбокомпрессору высокого давления, камере сгорания и силовой турбине (последние размещались соосно).

Данный вариант ГТД, по мнению специалистов Академии, наиболее полно удовлетворял специальным требованиям, предъявлявшимся к танковым двигателям.

Результатом работ по второму направлению в период 1961–1965 гг. стала разработка и изготовление в ОКБ-6 ЧТЗ совместно с НИИД первого отечественного танкового газотурбинного двигателя ГТД-700 мощностью 515 кВт (700 л.с.) с теплообменником. Этот ГТД предназначался к установке в опытный танк «Объект 775Т» с управляемым ракетным оружием. В 1965 г. на ЧТЗ собрали первые два ГТД-700 и приступили к их доводочным испытаниям. Дальнейшие исследования по установке двигателей в танк «Объект 775Т» продолжились во втором послевоенном периоде.

Первые результаты испытаний опытных танков с газотурбинными двигателями ГТД-ЗТ, проведенные в 1961 -1965 гг., и анализ различных схем компоновок, выполненных в НИР, подвели отечественных конструкторов (в первую очередь из КБ Уралвагонзавода) к выводу о нецелесообразности приспособления вертолетных ГТД для работы в танке из-за большого расхода топлива, недостаточной эффективности существовавших систем воздухоочистки, необходимости больших переделок корпуса в районе МТО и большой трудоемкости производства. Окончательное решение о бесперспективности этого направления НИОКР приняли уже во второй половине 1960-х гг. Необходима была разработка специальной танковой ГТСУ. Изыскание наиболее целесообразной конструкции такой установки для перспективного отечественного среднего (основного) танка продолжилось в КБ заводов и НИИ промышленности, а также в Военной академии бронетанковых войск во втором послевоенном периоде.

НИОКР по созданию ГТД для танков, выполненные в 1956–1965гг., позволили сформировать научно-технический задел, использованный впоследствии в ОКБ-117 завода им. В.Я. Климова при разработке танкового газотурбинного двигателя ГТД-1000Т. Двигатель, изготавливавшийся серийно, устанавливался на основном танке Т-80 («Объект 219»), производство которого было организовано во втором послевоенном периоде на ЛКЗ и заводе №174 в Омске.

Необходимо отметить, что в СССР в начале первого послевоенного периода наряду с разработкой перспективных дизелей и ГТД велись работы по использованию в танках комбинированных двигателей, сочетавших в себе положительные стороны поршневых двигателей и ГТД. Комбинированные двигатели состояли из поршневого газогенератора с наддувом, присоединенного к силовой турбине, работавшей на выхлопных газах. Эти двигатели отличались высокой удельной мощностью в сочетании с высоким КПД вследствие большей степени сжатия поршневого газогенератора и, подобно ГТД, имели идеальную характеристику крутящего момента. Так, в соответствии с инициативным предложением из Главдизеля Министерства транспортного машиностроения (главный конструктор Ю.Б. Моргулис) в 1948 г. создание дизель-турбинной установки для тяжелого танка было поручено заводу №75 в Харькове. Для выполнения ОКР в 1949 г. в отделе опытного дизелестроения (отдел 1600) согласно приказу Министерства транспортного машиностроения сформировали конструкторское бюро СКБ-2, которое структурно вошло в заводской отдел по дизелестроению 60Д (начальник – главный конструктор по дизелестроению Н.Д. Вернер). Начальником СКБ-2 стал заместитель главного конструктора по дизелестроению Е.Н. Асеев. Ведущим инженером проекта и заместителем начальника СКБ-2 назначили С.С. Ненько. В качестве генератора газа предполагалось использовать серийный дизель В-2. Однако в процессе стендовых испытаний, проведенных в том же году, выяснилось, что для использования в качестве генератора газа дизель В-2 не пригоден. Он не мог работать в этом режиме с высоким давлением наддува – более 0,59 МПа (6 кгс/см2) — и еще более высоким противодавлением на выходе. Требовалась новая дизель-турбинная установка со свободнопоршневыми (безвальными) генераторами газа.

Технический проект такой установки по предложению Е.Н. Асеева был разработан в 1950 г. При этом широко использовались конструктивные и стендовые исследования трофейных немецких свободно-поршневых дизель-генераторов газа (СПГГ): крупногабаритного, средней быстроходности, без буферных полостей с пиротехнической системой пуска (при проведении испытаний на нем вместо газовой турбины использовалось дроссельное сопло); двух свободно-поршневых четырехступенчатых дизель-компрессоров (СПДК) 4FK, применявшихся на немецких подводных лодках. Для исследования работы автоматических клапанов топливной аппаратуры и системы регулирования, спроектированной в СКБ-2, один из СПДК был переоборудован в одноступенчатый.

После рассмотрения и утверждения проекта в Москве на Пленуме НТУ ГБТУ с участием академика Б.С. Стечкина (автора СПГГ для авиационного реактивного двигателя) СКБ-2 приступило к выпуску рабочих чертежей и изготовлению опытного образца дизель-турбины, который вместе с испытательным стендом был готов в 1951 г. При изготовлении газовой турбины для опытного образца принимали участие и предприятия авиационной промышленности.

Дизель-турбинная установка мощностью 735 кВт(1000 л.с.)со-стояла из двух быстроходных СПГГ – «газовая» мощность каждого 368 кВт (500 л.с.) – и газовой турбины мощностью 368 кВт (500 л.с.) с редуктором. СПГГ был выполнен с наружными компрессорными и внутренними буферными полостями и снабжался автоматизированным пневматическим пуском. Число двойных ходов (циклов) поршня соответствовало 1350 мин-1, давление наддува составляло 0,79 МПа (8,0 кгс/см2), давление газа перед турбиной достигало 0,69 МПа (7,0 кгс/см2), температура – 570°С. Для обеспечения прогрессивной внешней характеристики газовая турбина имела клапанное сопловое регулирование.

Испытания и исследования дизель-турбинной установки начались в 1952 г. Они сразу же выявили множество проблем. Поэтому в 1953 г. для изучения и использования отечественного опыта по СПГГ, имевшегося в авиационном двигателестроении, ряд ведущих работников СКБ-2 и отдела 1600 откомандировали в Москву на заводы №300 Министерства авиационной промышленности (где работал Б.С. Стечкин) и «Компрессор», а также в Ленинград – в ЦНИИ-45, ЦНИДИ и завод №103 Министерства судостроительной промышленности. Однако в связи с прекращением работ над тяжелыми танками дальнейшая доводка этой дизель-турбинной установки не проводилась.

Аналогичные НИОКР в конце 1940-х – начале 1950-х гг. проводились и за рубежом. В 1950 г. американская фирма «Дженерал Электрик компани» разработала двигатель «Орион», который представлял собой ГТД (с центробежным компрессором и одноступенчатой силовой турбиной), совмещенный с двухтактным оппозитным шестицилиндровым газогенератором воздушного охлаждения. Он развивал мощность 441 кВт (600 л.с.) и предназначался к установке в танк М47. Изготовили два опытных образца, однако в 1955 г. дальнейшие работы над двигателем прекратили по причине более сложной, чем у дизеля конструкции, требовавшей высокотехнологичного уровня производства.

Один из путей повышения удельной и габаритной мощности танковых двигателей специалисты Военной академии бронетанковых войск видели в создании силового агрегата на новой основе – за счет конструктивного объединения так называемого свободно-поршневого бескривошипно-шатунного двигателя с агрегатами трансмиссии. Удельный расход топлива таких силовых агрегатов соответствовал существовавшим на тот момент дизелям, а габаритная мощность была значительно выше и составляла порядка 882-1838 кВт/м3 (1200-2500 л.с./м3).

Поисковые исследования, проведенные в Академии, показали, что при некоторых типах основных агрегатов трансмиссии и моторной части можно получить габаритную мощность 1103-1471 кВт/м3 (1500–2000 л.с./м3). Был разработан эскизный проект такого объединенного силового агрегата, в котором противоположные поршни цилиндров соединялись друг с другом таким образом, что перемещались совместно. С поршнями непосредственно соединялись и плунжеры гидрообъемного насоса гидрообъемной трансмиссии танка.

Моторная часть агрегата функционировала по принципу двухтактного дизеля. Непосредственное соединение поршней моторной части с плунжерами насоса гидрообъемной передачи делало излишними шатунно-кривошипный механизм двигателя и передаточный механизм насоса, имевших значительные объемы, что и обеспечивало высокую габаритную мощность такого агрегата. Отсутствие в нем шатунно-кривошипного механизма было положительным явлением с точки зрения допустимого максимального давления на поршни и износа поршней и цилиндров.

В качестве силовой установки для танка рассматривался и вариант использования парового двигателя. Работы по такому типу двигателя для танка (ПД-1) велись в СССР на ленинградском заводе №185 еще в 1936–1939 гг. В первом послевоенном периоде к этой теме вернулись вновь. В 1950-1951 гг. во ВНИИ-100 была проведена расчетно-исследовательская работа по определению возможности создания парового танкового двигателя. Однако, несмотря на положительный результат, министерство признало эту работу бесперспективной и ее прекратили.

 

 

Таблица 38

Основные характеристики отечественных транспортных ГТД, использованных при разработке ГТД для объектов БТВТ в 1950–1960-х гг.

  


 

 

См. продолжение >>>


Поделиться в социальных сетях:
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Яндекс
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Google Buzz
Опубликовать в Мой Мир


При использовании опубликованных здесь материалов с пометкой «предоставлено автором/редакцией» и «специально для "Отваги"», гиперссылка на сайт www.otvaga2004.ru обязательна!


Первый сайт «Отвага» был создан в 2002 году по адресу otvaga.narod.ru, затем через два года он был перенесен на otvaga2004.narod.ru и проработал в этом виде в течение 8 лет. Сейчас, спустя 10 лет с момента основания, сайт переехал с бесплатного хостинга на новый адрес otvaga2004.ru