Техника и вооружение 2009 07

Наиболее эффективный, но и более сложный способ повышения экономичности был реализован в 1960 г. фирмой «Форд Моторе 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 Моторе 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 двухвапьном) 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.

Танковый ГТД «Форд-705» и его схема (США).

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 гт. до начала 1960-х гт. 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 МА. 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.