Техника и вооружение 2009 07

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 ОКЕГГ 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 Моторе компани» и «Дженерал Моторе», 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.

32* Теплообменник – устройство для подогрева сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания газотурбинного двигателя, за счет тепла отработавших газов. Применяетсядля 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 темпера туры. По конструктивному признаку теплообменники подразделяются на стационарные (рекуператоры) и вращающиеся (регенераторы).

Схематичный продольный разрез ГТКА с одной турбиной мощностью 882 кВт (1200 л.с.) для танка, 1949 г.

Схема установки в МТО танка ГТКА с разделенным потоком газа, 1949 г.

Схемы комионовок 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- ГТКА с 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.

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.