Текст книги "Техника и вооружение 2009 07"

Автор книги: Автор Неизвестен

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 10 страниц)

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 тт., на базе вертолетного двигателя ГТД-3 были созданы двигатели ГТД-ЗТ (Т-танковый вариант) мощностью 515 кВт (700 л.с.) и ГТД-ЗТЛ мощностью 588 кВт (800 л.с.). Двигатели ГТД-ЗТ, 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.

Вертолетный газотурбинный двигатель ГТД-3 и его продольный разрез.

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-ЗТ (модификации ЗТП и ЗТУ) 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 гт. 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 БГР-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-ЗТ с неподвижным теплообменником имел следующие конструктивные особенности. Редуктор отбора мощности располагался между компрессором и турбинами. Камера сгорания такого же типа, как и в ГТД-ЗТ, 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-ЗТ конструкции ОКБ-29.

В трехвапьном 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).

Вертолетный газотурбинный двигатель ГТД-350 с редуктором ВР-2, послуживший базой для создания танкового газотурбинного двигателя ГТД-350Т.

Трактор К-700 с ГТД-350.

Гусеничный бронетранспортер БТР-50 («Объект 211») с ГТД-350 и его продольный разрез.

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 1956-1965 гт., 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 дизельтурбинной 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 (СПГТ): 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. Сгечкина (автора СПГТ 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.) состояла из двух быстроходных СП ГГ – «газовая» мощность каждого 368 кВт (500 л.с.) – и газовой турбины мощностью 368 кВт (500 л.с.) с редуктором. СПГТ 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 СПГТ, 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/м 3(1200-2500 л.с./м 3).

Поисковые исследования, проведенные в Академии, показали, что при некоторых типах основных агрегатов трансмиссии и моторной части можно получить габаритную мощность 1103-1471 кВт/м 3(1500-2000 л.с./м 3). 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 гидэообъемного насоса гидрообъемной трансмиссии танка.

Схема установки трехвального ГТД с теплообменником и холодильником в корме танка (проект ВА БТВ).

Схема установки двухвального ГТД в танке (проект ВА БТВ).

Поперечный и продольный разрезы свободно-поршневого бескривошипно-шатунного двигателя (Проект ВА БТВ).

Схема силового агрегата в составе свободно-поршневого бескривошипно-шатунного двигателя и агрегата трансмиссии (проект ВА БТВ).

Таблица 38

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

Характеристики	НАМИ 051А	НАМИ-053	НАМИ-053А1	ГАЗ-99	ГТД-350	гтд-3	НИИД
Год разработки	1958	1958	1959	1957	1959-1961	1957-1960	1961-1962
КБ-разработчик	НАМИ	НАМИ	НАМИ	ГАЗ	ОКБ-117	ОКБ-29	НИИД
Назначение	Танковый (проект)	Автомобильный			Вертолетный		Танковый (проект)
Максимальная мощность, кВт (л.с.)	312 (425)	257 (350)	257 (350)	103 (140)	257 (350)	574 (780)	441 (600)
Удельный расход топлива, г/кВт-ч (г/л.с. ч)	680 (500)	680 (500)	544 (400)	457 (336)	680 (500)	442 (325)	292 (215)
Температура газа перед турбиной. -С°	950	850	850	750	**	650*	1100
Расход воздуха, кг/с	**	**	**	**	**	4,3	**
Степень повышения давления компрессора	3,5	3,5	4,0	3,25		6,6	6,0
Тип компрессора, число ступеней, шт.	Центробежный,1	Центробежный,1	Центробежный,1	Центробежный,1	Осецентробежный,7/1	Осецентробежный,6/1	**
Тип турбины компрессора, число ступеней, шт.	Осевая. 1	Осевая, 1	Осевая, 1	Осевая, 1	Осевая, 1	Осевая, 2	Осевая. 1
Частота вращения вала компрессора, мин -1	23000	23000	**	**	45000	25200	**
Тип силовой турбины, число ступеней, шт.	Осевая, 1	Осевая. 1	Осевая, 1	Осевая, 1	Осевая, 2	Осевая, 1	Осевая, **
Частота вращения вала силовой турбины, мин -1	15500	17000		33000	24000	19000	**
Тип теплообменника	—	—	—	Регенератор	—	—	Рекуператор
Степень теплообмена	—	—	—	0.70	—	—	0,65
Тип камеры сгорания, количество, шт.	Кольцевая, 1	Кольцевая.1	Кольцевая,1	..	Прямоточная	Кольцевая, полупетлевая	**
Частота вращения выходного вала, мин -1	3800	3800	**	2500	5900	*.	-
Габариты, мм: длина ширина высота	1630	1560	1435	**	1350	2060	1200
	690	650	690		522	660	890
	710	700	700		680	580	420
Габаритный объем, м³	0,799	0.71	0.69	0,64	0,48	0,79	0,45
Масса, кг	550	550	400	**	135	225	420
Габаритная мощность, кВт/м³(л.с./м³)	391(532)	362 (493)	373 (507)	162 (220)	535(729)	727 (987)	980 (1333)
Удельная масса. кг/кВт (кг/л.с.)	1,76 (1,29)	2.14(1,57)	1.56 (1,14)	**	0.53 (0,39)	0,39 (0,29)	0.95 (0,70)

* Приведена допустимая температура газов за турбиной при пуске двигателя.

** У авторов нет данных.

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 N° 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.

Продолжение следует