Проблема создания мощного, но в то же время малогабаритного, высоко-экономичного н надежного двигателя — одна яз важнейших в развитии танкостроения.

Зарубежные средние танки первого послевоенного поколения, выпускавшиеся в 50-е годы, оснащались в основном бензиновыми двигателями мощностью до 477 кВт (600 л. с.), их запас хода не превышал 200—250 км. Из-за относительно малой плотности используемого бензина они имели высокий удельный расход топлива. Кроме того, была исключена возможность применения различных жидких топлив. Поэтому на танках второго послевоенного поколения 60—70-х годов устанавливались умеренно форсированные быстроходные дизели, уровень мощности которых составлял 530—610 кВт (720— 830 л. с.).

Танковые двигатели

В дальнейшем с целью повышения таких боевых свойств, как подвижность и боеготовность, зарубежными специалистами для танков третьего послевоенного поколения были разработаны новые двигатели мощностью 895—1100 кВт (1200— 1500 л. с.), то есть практически в два раза большей, чем у танков второго поколения. При этом удельная мощность машин достигла 2,1 кВт/кН. Характерной особенностью этого этапа развития зарубежного танкостроения явилось применение высокофорсированных многотопливных турбопоршневых двигателей и газотурбинных (ГТД).

В последние годы, как сообщалось в печати, за рубежом принят ряд программ по разработке силовых установок (СУ) для бронетанковой техники и переоснащения гусеничных и колесных машин более мощными и надежными двигателями (на 1995—2000 гг.). Одна из них предусматривает создание общей концепции силовых установок и, в соответствии с планом, должна закончиться демонстрационными испытаниями прототипов СУ мощностью 550 кВт (748 л. с.) и 1103 кВт (1500 л. с.). Результатом этой работы, как рассчитывают, станет создание научно-технической базы для разработки СУ следующего поколения основных танков 2000 года и последующих лет.

Танковые силовые установки

По мнению зарубежных специалистов, удельная мощность перспективного танка должна быть в 2 раза выше, чем у американского М1 (в 4 раза выше, чем у танка М60), объем моторно-трансмиссионного отделения уменьшен не менее чем на 1/3. Также требуется, чтобы мощность на ведущей звездочке новой машины составляла не менее 785 кВт (1068 л. с.). Предполагается получить габаритную мощность перспективного дизеля 920 кВт/м , а удельную массу — 0,67 кг/кВт (включая и систему охлаждения). Разгон танка при этом с 0 до 32 км/ч должен происходить в течение 7 с, а удельный расход топлива двигателем составлять 192 г/(кВт • ч). К 2000 г. его планируют снизить на 20%, т. е. примерно до 154 г/(кВт • ч). Двигатель будет многотопливным и легко пускаться без применения вспомогательных средств при температуре окружающего воздуха до —52 °С. Кроме того, требуется обеспечить среднюю наработку двигателя на отказ не менее 1000 ч, а до капитального ремонта — 2000 ч. Время на техническое обслуживание при минимальном уровне квалификации обслуживающего персонала — не более 1,8 мин на 1 ч работы.

Для выполнения поставленных программой задач предполагается использовать результаты разработки адиабатного турбопоршневого двигателя или турбопоршневого двигателя с уменьшенной теплоотдачей, а также двигателей с уменьшенными потерями на трение. Кроме того, планируют применить систему турбонаддува с регулируемым сопловым аппаратом турбины, электронные системы регулирования и контроля, более совершенную систему охлаждения и топливную аппаратуру с высоким давлением впрыска.

Танк фото

Особенность конструкции адиабатного дизеля состоит в том, что элементы двигателя, непосредственно соприкасающиеся с горячими газами (поршень, гильза, головка цилиндров, клапаны и выпускные каналы в головке блока), изолированы с помощью теплостойких керамических материалов. С созданием такого двигателя, по мнению зарубежных специалистов, на танках будет реализован ряд бесспорных компоновочных и эксплуатационных преимуществ.

Считают, что благодаря тепловой изоляции «горячие» детали двигателя смогут работать при высокой температуре н потребность в их охлаждении практически отпадет. При этом значительная часть тепла будет передаваться выпускным газам и увеличивать их теплосодержание. Используя тепловую энергию выпускных газов в турбокомпрессоре или дополнительной газовой турбине, связанной механической передачей с валом двигателя, можно существенно повысить его кпд и экономичность. Полагают также, что, если не применять систему охлаждения, можно уменьшить массу и объем СУ, кроме того, в этом случае отпадает необходимость в установке больших жалюзи для входа и выхода воздуха, снизится уровень шума.

В связи с этим за рубежом уделяют большое внимание вопросам создания жаростойких керамических материалов и изготовления из них деталей двигателя. Получены новые композиционные материалы на основе нитрида кремния (Si3N4), имеющего нитевидную кристаллическую структуру. Разработчики считают, что данное соединение найдет широкое применение в двигателестроении. Оно сохраняет высокую механическую прочность при температуре до 2173 К (1900 °С), имеет в два раза меньший коэффициент теплового расширения, чем у карбида кремния (SiC), химически стойко, не подвержено коррозии, обладает свойствами диэлектрика.

Современные танки

Сообщалось, что в настоящее время создан вариант адиабатного дизеля на базе серийного 6-цнлиндрового дизеля «Камминс» NHC250 с турбонаддувом мощностью 170 кВт (231 л. с.). Его испытания на 5-тонном армейском автомобиле показали, что путевой расход топлива стал значительно ниже (примерно на 33%), чем у автомобиля с базовым двигателем. Отсутствие системы охлаждения позволило исключить из конструкции СУ автомобиля более 360 деталей, уменьшить массу установки на 154 кг, а объем на 56,6 л.

Создается V-образный В-цилиндровый двигатель мощностью 550 кВт (750 л. с.) с импульсной системой наддува воздухо-воздушным охладителем надувочного воздуха, а также радиальной силовой турбиной. Конструкция его деталей и рабочий цикл отрабатываются на одноцилиндровом двигателе. Предполагается, что удельный эффективный расход топлива составит 172 г/(кВт • ч).

Несмотря на то, что имеется ряд обнадеживающих результатов экспериментов, зарубежные специалисты считают, что в период 1995—2000 гг. создать полностью адиабатный двигатель не удастся. Поэтому на данный момент одним из наиболее перспективных направлений считают разработку двигателя с уменьшенными потерями на трение. В нем намечено реализовать три новых технических решения: газодинамическую смазку поршня; твердую смазку коренных и шатунных подшипников коленчатого вала, поршневого пальца н вала ротора турбокомпрессора; твердую смазку металлических подшипников качения кулачкового вала, коромысел механизма привода клапанов и насос-форсунок. По расчетам специалистов, это позволит уменьшить потери на трение приблизительно на 75% и довести удельный эффективный расход топлива до 154 г/(л. с. • ч).

Разрабатывая концепцию совершенствования силовых установок для бронетанковой техники следующего поколения, зарубежные специалисты исходят из того, что потенциальные возможности развития дизелей еще не исчерпаны. Поэтому параллельно с созданием адиабатного двигателя рассматривают перспективы дальнейшего форсирования традиционных дизелей. Для достижения высоких удельных показателей предполагают внедрить более эффективные процессы сгорания, использовать новейшие достижения в области создания материалов и технологий производства.

Большое внимание уделяют совершенствованию систем газотурбинного наддува. Конструируются новые турбокомпрессоры с высокими значениями степени повышения давления воздуха в компрессоре и кпд. По мнению специалистов, для улучшения характеристик дизеля на режимах частичных нагрузок, го есть для согласования расходных характеристик дизеля и турбокомпрессора, может быть использована турбина с регулируемым сопловым аппаратом (РСА). Исследуется также возможность улучшения характеристик и переходных процессов дизеля за счет применения системы турбонаддува с изменяемым количеством функционирующих турбокомпрессоров («регистровая» система наддува). Это позволит оптимизировать давление наддува в зависимости от рабочих режимов двигателя. Кроме того, будет понижена степень сжатия. Полагают, что в результате значительно увеличится мощность дизелей, при этом сохранится допустимый уровень механических и термических нагрузок.

Новым техническим решением является система выключения части цилиндров и использование их для дозарядки работающих сжатым воздухом во время пуска и функционирования дизеля на холостом ходу и малых нагрузках при низкой степени сжатия (е = 8,5—10).

Модель танка

Большие надежды возлагают на использование системы сверхвысокого наддува «Гипербар». Особенность ее конструкции в наличии устройств, обеспечивающих перепуск воздуха параллельно поршневой частя двигателя, что позволяет целенаправленно воздействовать на его расход во всем диапазоне эксплуатационных режимов. При этом система перепуска частя воздуха к дополнительной камере сгорания играет роль своеобразного регулировщика режимов работы агрегатов наддува.

Распределение потока воздуха между двигателем и системой наддува, а также сжигание части топлива в дополнительной камере сгорания позволяют уменьшить эксплуатационный диапазон изменений частоты вращения ротора турбокомпрессора (ТК). Кроме того, повышается коэффициент приспособляемости двигателя, температура воздуха на входе в цилиндры двигателя поддерживается на уровне, обеспечивающем надежное самовоспламенение различных видов топлива.

Вместе с тем, специалисты отмечают, что «Гипербар» имеет ряд существенных недостатков. Один из них — усложнение газо-воздушных коммуникаций и увеличение числа элементов вспомогательных систем двигателя, что приводит к затруднению компоновки системы в ограниченных габаритах моторно-трансмиссионного отделения танка. Другой недостаток — ухудшение экономичности двигателя на режимах частичных нагрузок, где по условиям получения высоких значений коэффициента приспособляемости или надежного самовоспламенения топлива необходимо сжигание в вспомогательной камере сгорания (ВКС) дополнительного топлива. Однако, несмотря на это, зарубежные специалисты считают, что использование системы наддува «Гнпербар» для танковых дизелей представляет значительный интерес, так как позволяет обеспечить двигателю ряд ценных свойств, а именно: высокий коэффициент приспособляемости (Км = 1,35…1,4), приемистость на всех эксплуатационных режимах, надежный пуск в условиях отрицательных температур, высокий уровень форсирования по среднему эффективному давлению, благоприятный характер изменения крутящего момента, так как давление наддува поддерживается высоким и на режимах малых нагрузок.

Кроме того, немаловажным считают то, что турбокомпрессор системы «Гипербар» при выключенном основном двигателе можно использовать как автономный вспомогательный ГТД для привода электрогенератора.

Сообщалось, что в настоящее время ведутся работы по совершенствованию этой системы. В частности, для обеспечения функционирования двигателя на режимах малых нагрузок предложено использовать вместо вспомогательной камеры сгорания систему циркуляции части выпускных газов от входа в турбнну во впускной коллектор. Считают, что это позволит снизить расход топлива в ВКС и улучшить экономичность двигателя во всем диапазоне характеристик.

Повышения надежности, долговечности и улучшения эксплуатационных характеристик дизелей за рубежом пытаются добиться также путем широкого внедрения электронных систем регулирования и диагностики. Считают, что их применение повысит экономичность и тяговые характеристики двигателей за счет более точного регулирования я расширения количества регулируемых параметров.

Головка блока танка Т-34 фото

Другим направлением в разработке силовых установок за рубежом является создание электропривода, при котором основной двигатель работает на генератор переменного тока, снабжающий энергией небольшие высокооборотные электродвигатели для привода ведущей звездочки. Возврат к идее использования электропривода вызван достижениями в разработке надежных электронных приборов, микропроцессоров для систем регулирования, малоразмерных генераторов и двигателей с высокими удельными показателями и небольшой массой.

По мнению зарубежных специалистов, преимущество СУ, состоящей из двигателя и электрической трансмиссии, заключается в возможности широкого выбора вариантов размещения агрегатов. Например, дизель или ГТД могут устанавливаться в передней части корпуса танка, а приводные электродвигатели в кормовой или в ступицах колес бронированных машин. Такие СУ имеют меньшие потери мощности трансмиссии, лучшие тяговые характеристики.

Специалисты полагают, что установка с электроприводом при использовании дизеля могла бы иметь массу около 5000 кг и размещаться в МТО объемом 4,04 м3, а в турбоэлектрическом варианте — примерно 4000 кг и 3,6 м3 соответственно.

Как сообщалось, в качестве одиого из вариантов двигателя для силовых установок бронетанковой техники следующего поколения специалисты за рубежом рассматривают роторно-поршневой (РПД). В настоящее время наибольший интерес вызывают многотопливные РПД с расслоенным зарядом. Считают, что они имеют преимущества по сравнению с существующими дизельными установками военных машин по габаритной мощности, высоте и ширине.

Одним из принципиально новых направлений развития силовых установок танков, позволяющим, как полагают, улучшить их характеристики, является использование газотурбинных двигателей. Зарубежные военные специалисты рассматривают возможность их использования для перспективных образцов танков 1995— 2000 гг. как серьезную альтернативу СУ с турбопоршневым двигателями.

Совершенствование силовых установок с ГТД ведется по двум направлениям: модернизация американского серийного двигателя АСТ-1500, направленная на повышение его мощностных и экономических показателей, а также на улучшение надежности и снижение стоимости производства; разработка газотурбинных двигателей нового (второго) поколения с более высокими параметрами рабочего цикла, лучшими объемно-массовыми, энергетическими, динамическими н техническими показателями.

Новые танковые ГТД должны иметь двух-вальную схему с двухступенчатым центробежным или осецентробежным компрессором, с центростремительной турбиной привода компрессора, индивидуальной камерой сгорания, двухступенчатой силовой турбиной с РСА в каждой ступени и со стационарным теплообменником и без теплообменника.

Динамические характеристики ГТД, как утверждают иностранные военные специалисты, можно существенно улучшить, применив направляющий аппарат компрессора и регулируемый сопловый аппарат силовой турбины в каждой ступени, управление которыми будет осуществляться автоматически от ЭВМ.

Считают, что разработка новых газотурбинных двигателей позволит значительно уменьшить объем МТО за счет снижения его длины и высоты. Как сообщалось в печати, сравнительная оценка МТО танков с дизелем и ГТД, проведенная западногерманскими военными специалистами, выявила, что объем МТО тайка с ГТД может быть меньше на 48,5%, а его масса на 37,4% . Проведенные работы по изысканию наиболее целесообразного размещения силового блока с ГТД перспективного танка показали возможность его размещения в передней части корпуса, что позволит, как утверждают военные специалисты, обеспечить выход экипажа через корму, а также автоматизировать процессы загрузки боеприпасов в танк.

Комментариев: 5 на “Танковые силовые установки. Адиабатный дизель
  1. Статья очень интересная, у меня все домашние подсели на популярную нынче игру Танки, изучают, все, что касается танков, с особым рвением.Дам им ссылочку на вашу статью.

  2. Неслабые движки. Такую махину надоже сместа сдвинуть как нибудь. Респект консрукторам двигателей для танков.

Ответить

Почта не будет опубликована.Обязательны для заполенения *

WP-SpamFree by Pole Position Marketing