РАЗВИТИЕ ТАНКОВЫХ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК

С. П. Баранов, В. Т. Никитин, А. И. Ферштудт

Вестник бронетанковой техники. 1987. №6.

Для силовых установок (СУ) серийных зарубеж­ных танков третьего послевоенного поколения «Леопард-2», М-1 и «Челленджер» характерно ис­пользование поршневых (ПД) и газотурбинных (ГТД) двигателей мощностью 880-1100 кВт, луч­шие массогабаритные показатели СУ и пониженные затраты мощности на системы СУ по сравне­нию с танками второго поколения.

Использование более мощных двигателей позволя­ет при массе танков 55-60 т довести удельную мощность до 20-21 кВт/т, что достаточно для вы­полнения требований по подвижности.

Массогабаритные показатели СУ танка «Лео­пард-2» (ФРГ) существенно улучшены по сравне­нию с СУ танка второго поколения «Леопард-1». Использование в танке «Леопард-2» 4-тактного двигателя МВ873Ка-501 мощностью 1100 кВт при­вело к увеличению объема моторно-трансмиссион­ного отделения (МТО) с 5,4 м3 до 7 м³ (объем размещаемого в МТО топлива исключен). Несмот­ря на это применение новых конструкторских ре­шений по двигателю и системам охлаждения и воздухоочистки (кольцевых радиаторов и водомасляных теплообменников, малогабаритных циклонов) обеспечило повышение объемной мощности МТО (мощности, приходящейся на единицу объема) на 50 % по сравнению с танком «Леопард-1». Массогабаритные показатели систем СУ улучшены при­мерно на такую же величину. В СУ английского танка «Челленджер» система охлаждения с диаго­нальными вентиляторами отбирает от двигателя около 9 % его мощности, что на 40 % меньше, чем в СУ танков второго поколения. За рубежом ведутся работы по модернизации и созданию СУ новых танков. В ФРГ выполнены опытно-конструк­торские работы по дальнейшему форсированию дви­гателей семейства МВ870, в которое входит и дви­гатель танка «Леопард-2». 8-цилиндровый двига­тель этого семейства МВ871Ка-501 мощностью 880 кВт принят для установки в 155-мм самоходное орудие, в новый южнокорейский танк ХК-1 «Рокит» и другие ВГМ.

С целью дальнейшего совершенствования СУ танка «Леопард-2» проводятся исследования по сокраще­нию объема системы охлаждения и снижению за­трат мощности на привод центробежных вентиля­торов, которые составляют значительную величину – 14,6 % мощности двигателя. Решение этой за­дачи возможно за счет применения теплозащитных керамических покрытий, наносимых методом плаз­менного напыления на детали, образующие камеру сгорания (днище поршня, головку цилиндра, вклю­чая выпускные каналы, клапаны, верхнюю часть гильзы цилиндра). При этом теплоотдача в охлаж­дающую жидкость снижается на 20 %, что позво­лит сократить объем системы охлаждения СУ на 15 % и на 18 % снизить затраты мощности.

Представляет интерес исследование возможности повышения приемистости танкового двигателя за счет использования дополнительной камеры сгора­ния, устанавливаемой перед турбиной турбоком­прессора. Испытания танка «Леопард-2» с этим двигателем показали, что время разгона танка со­кратилось примерно в 2 раза.

Рис. 1. Двигатель МТ883

Основные усилия западногерманских двигателестроителей около двух десятилетий направлены на создание нового малогабаритного танкового двига­теля. Фирма MTU практически завершила разра­ботку 4-тактного танкового дизеля МТ883 мощ­ностью 1100 кВт с турбонаддувом и охлаждением наддувочного воздуха (рис. 1). Габаритная мощность двигателя МТ883 в 2,85 раза выше, и удельная масса и 2,3 раза ниже, чем у двигателя танка  «Леопард-1», Проводятся работы по дальнейшему повышению цилиндровой мощности двигате­ля МТ883 с 92 до 110 кВт. Ни базе двигателя MТ883 разработано унифицированное семейство дизелей MТ880, включающее 4-, 5-, 6- цилиндровые рядные и 6-, 8-, 10-, 12-циллндровые V-образные двигатели. Лицензии на производство двигателей этого семейства приобретена фирмой «Дженерал моторе» (США).

Как показали проведенные в ФРГ и США компо­новочные проработки, двигатель МТ883 в блоке с гидромеханической трансмиссией и системами ох­лаждения, смазки и выпуска устанавливается по­перек корпуса как в МТО танка «Леопард-2» (рис. 2), так и в танке M-1 (США).

Рис. 2. Моторно-трансмиссионное отделение танка «Леопард-2» с двигателем МВ873 Ка-501 (а) и МТ883 (б)

При этом объем МТО составит 4,54 м³, а объемная мощ­ность увеличится на 55 и 29 % соответственно по сравнению с аналогичным показателем рассматри­ваемых серийных танков. В освободившемся объеме может быть размещено дополнительное ко­личество топлива. Можно также укоротить корпус танка исключением одного опорного катка с каж­дого борта, что позволит уменьшить габариты и массу танка и повысить его подвижность и боевую эффективность. Использование двигателя МТ883 в модернизированном танке «Леопард-2» или но­вом танке ФРГ возможно с 1992 г.

В США на серийном танке М-1 используется ГТД AGT-1500 мощностью 1100 кВт, хотя для этого тан­ка был разработан 4-тактный дизель той же мощ­ности AVCR-1360-2 с поршнями, автоматически регулирующими степень сжатия, и традиционным для танкового двигателестроения США воздушным охлаждением, который рассматривался как резерв­ный вариант. Сейчас изучается возможность уста­новки в танк М-1 двигателя МТ883, приобретен­ного по лицензии в ФРГ.

В США созданы опытные образцы модернизиро­ванного ГТД AGT-1500 мощностью 1305 кВт с уменьшенным до 270 г/(кВт-ч) расходом топлива. Однако, несмотря на увеличение массы танка М-1А1 в связи с модернизацией, на нем устанавливается серийный ГТД мощностью 1100 кВт. Продолжаются работы по снижению эксплуатационных расхо­дов топлива СУ с ГТД, С целью увеличения запаса хода танка M-1 прорабатывается вариант попереч­ного расположения этого двигателя, что, по пред­варительным расчетам, позволит высвободить около 1,4 м³ забронированного объема МТО. Объемная мощность МТО в этом случае возрастет на 30 % по сравнению с серийным танком М-1, В конце 1984 г. американский научно-исследова­тельский центр бронетанковой техники заключил контракты с фирмами на разработку СУ (AIPS) с ГТД и ПД мощностью 1100 кВт для танка чет­вертого поколения. Основными требованиями к этим СУ являются компактность конструкции и блочное исполнение, повышенные надежность, ремонтопригодность и срок службы.

Силовая установка LV100 с ГТД и теплообменни­ком (рис. 3) создается фирмой «Дженерал электрик» (США) совместно с рядом американских фирм и западногерманской фирмой MTU.

Рис. 3. Макет силовой установки с ГТД LV 100

Предусматри­вается снизить стоимость двигателя и эксплуата­ционные расходы, использовать встроенное диагно­стическое оборудование, уменьшить уровень шума и инфракрасного излучения. В ГТД с теплообмен­ником будут использоваться керамические мате­риалы, а также регулируемые элементы в проточ­ной части, что позволит повысить топливную экономичность двигателя и улучшить эксплуатацион­ные характеристики. Полноразмерный образец двигателя должен быть представлен в 1991 г.

Силовая установка с 4-тактным ПД (рис. 4) раз­рабатывается фирмой «Камминз» (США) на базе так называемого адиабатного дизеля, в котором широко применяются керамические и металлокера­мические материалы и который не имеет традици­онного жидкостного контура системы охлаждения. Применение в таком двигателе турбокомпаундной схемы, в которой отработавшие газы используются для привода силовой турбины, связанной с колен­чатым валом, позволяет почти на 30 % снизить удельный расход топлива.

В настоящее время фирмой «Камминз» созданы экспериментальные образцы частично адиабатного двигателя. Создание полностью адиабатного тан­кового двигателя намечено программой работ на 2000 г.

Массогабаритные показатели СУ в целом с таким двигателем могут быть улучшены на 40 % по сравнению с СУ и двигателем обычного типа. Полно­размерный образец СУ должен быть изготовлен в 1991 г.

Рис. 4. Макет силовой установки с дизелем фирмы «Камминз»

Кроме того, в США осуществляется программа по созданию комбинированного дизель-турбинного дви­гателя, который представляет собой адиабатный 2-тактный дизель, оснащенный системой высокого наддува и силовой турбиной. Подписан контракт с фирмой «Гэррет» (США) на проведение работ по созданию двигателей такого типа мощностью от 368 до 1470 кВт.

Таким образом, в США в настоящее время оконча­тельно не определен тип двигателя для СУ танка четвертого Поколения. Отличительной особенностью разрабатываемых СУ является компактность кон­струкции, блочное исполнение, использование реше­ний, существенно сокращающих время обслужива­ния (в частности, самоочищающихся воздухоочи­стителей).

Во Франции ведутся работы по созданию мощных 4-тактных дизелей. В койне 1985 г., был продемон­стрирован опытный образец нового французского танка «Леклерк», на котором установлен силовой блок с двигателем V8X1500 мощностью 1100 кВт (рис. 5), оборудованный системой высокого наддува «Гипербар». Эта система, включающая высокона­порный турбокомпрессор, охладитель надувочного воздуха и дополнительную камеру сгорания, обеспечивает надежный пуск двигателя при низкой сте­пени сжатия (8-9), позволяет увеличить коэффи­циенты приспособляемости и частоты вращения и улучшить приемистость.

Рис. 5. Двигатель V8X 1500 с системой наддува «Гипербар»

Турбокомпрессор, связан­ный со стартером-генератором, может работать совместно с дополнительной камерой сгорания как автономный агрегат питания при остановленном двигателе, вырабатывая мощность 9 кВт для при­вода различных элементов танка. При создании си­лового блока большое внимание уделялось его ком­пактности, в результате чего он размещается в объеме 4,5 м³, соответствующем объему МТО тан­ка АМХ-30, в котором использовалась СУ с дви­гателем мощностью 530 кВт (720 л. с.). Серийный выпуск нового танка предполагается начать в 1991 г.

В Великобритании на серийном танке «Челленд­жер» применена силовая установка с 4-тактным двигателем «Кондор» 12V1200 мощностью 880 кВт (1200 л. с.), которая практически размещается в МТО танка «Чифтен» объемом 6 м³. В этом танке устанавливался 2-тактный дизельный двигатель, развивающий на 40 % меньшую мощность. В отли­чие от СУ танка «Чифтен» двигатель «Кондор» объединен с трансмиссией, системами охлаждения и смазки в силовой блок. Мощность двигателя «Кондор», как показали выполненные исследова­ния, может быть повышена до 1250 кВт (1700 л. с.). В Италии для танка С-1 совместно с западногер­манскими специалистами разработан новый си­ловой блок с двигателем V12M-TCA мощностью 880 кВт, объединенным с трансмиссией, системами охлаждения, воздухоочистки и смазки. Аналогич­ный силовой блок разрабатывается для нового ис­панского танка «Иберия», создаваемого совместно с ФРГ.

Для нового японского танка «89» разработан 10-ци­линдровый 2-тактный двигатель серии ZG мощностью 1100 кВт. В двигателе, имеющем тот же рабочий объем цилиндра, что и двигатель 10ZF мощ­ностью 640 кВт (870 л. с.) серийного тапка «74», вместо воздушной применена жидкостная система охлаждения, а также 2-ступенчатая система над­дува и охладитель наддувочного воздуха. Исполь­зование таких решений позволило существенно фор­сировать новый двигатель и улучшить массогаба­ритные показатели (габаритная мощность увели­чена почти в 3 раза). На новом индийском танке «Арджун» и танке «Виккерс» Мк7 для Египта уста­новлены западногерманские дизели мощностью 1030 кВт (1400 л. с.). На новом китайском танке предполагается использование английского дизеля «Кондор» мощностью 700-880 кВт (950-1200 л. с.). Для модернизированного варианта израильского танка «Меркава» Мк3А в США разрабатывается дизель мощностью 880 кВт.

Таким образом, в настоящее время на зарубежных танках применяются и разрабатываются двигатели мощностью 880-1100 кВт (1200-1500 л. с.), обес­печивающие получение заданных характеристик подвижности. Основной задачей при совершенствовании серийных и создании новых зарубежных танков является не увеличение мощности двигате­лей сверх указанных величин, а улучшение массогабаритных показателей СУ за счет поперечного размещения двигателей в МТО, повышения уровня форсирования, совершенствования систем СУ и эксплуатационных характеристик (топливной эко­номичности, надежности, ресурса и др.).

На серийных отечественных танках применяются СУ с ГТД (танк Т-80) и дизелями – 4-тактным (танк Т-72) и 2-тактным (танк Т-64А). Двигатели развивают меньшую мощность, чем устанавливаемые на серийных зарубежных танках третьего поколения.

Силовые установки отечественных танков традиционно размещаются в МТО меньших объемов и име­ют лучшие массогабаритные показатели, чем серий­ные зарубежные. Продольное расположение дви­гателя возможно в случае, если близки по значе­нию его габаритные длина и ширина, В то же вре­мя силовые блоки в серийных отечественных тан­ках практически не сформированы.

В связи с меньшей массой отечественных танков по величине удельной мощности они находятся при­мерно на одном уровне с зарубежными танками. В нашей стране проводятся работы по повышению мощности ГТД до 920 кВт, а дизелей до 736 кВт. В дальнейшем мощность устанавливаемых в оте­чественные танки газотурбинных двигателей должна быть увеличена до 1100 кВт, а дизелей – до 880-1100 кВт.

Как показывает анализ, созданный на базе двига­теля 5ТДФ танка Т-64А серийный отечественный дизель 6ТД мощностью 736 кВт по массогабарит­ным показателям превосходит зарубежные двигате­ли МВ873Ка-501 и V8X1500, а с учетом возможности его дальнейшего форсирования практически выхо­дит на уровень аналогичных параметров двигателя МТ883 при меньшем удельном расходе топлива. В то же время отечественные ГТД, включая разрабатываемые, по этим показателям несколько усту­пают ГТД AGT-1500 за счет более низких газоди­намических параметров. В СУ зарубежных танков применяются системы охлаждения вентиляторного типа с высоконапорными центробежными (танк «Леопард-2»), осевыми (танк М-1) и диагональны­ми (танк «Челленджер») вентиляторами, как пра­вило, с регулируемым приводом. На танке «Лео­пард-2» использована система охлаждения с изоли­рованным воздушным трактом, а также встроен­ные клапаны с дистанционным управлением для преодоления водных преград.

В СУ отечественных серийных танков используют­ся вентиляторные (танки Т-72 и Т-80) и эжекционные (танк Т-64А) системы охлаждения. Массога­баритные показатели систем охлаждения СУ оте­чественных и зарубежных танков находятся при­мерно на одном уровне. В то же время относитель­ные затраты мощности на обеспечение работы систе­мы отечественных танков в 1,5-2 раза меньше по сравнению с зарубежными. Следует также отме­тить, что системы охлаждения зарубежных танков с дизелями («Леопард-2», «Челленджер») рассчи­таны на неполную загрузку двигателя (80-85 %) и обеспечивают его работу на режиме максимальной мощности при температуре окружающего воздуха около 30 °С. При более высокой температуре мощ­ность двигателя автоматически снижается. Однако это незначительно сказывается на характеристиках подвижности. Учитывая сравнительно малую веро­ятность сочетания экстремальных (свыше 40 °С) температур окружающего воздуха и полной загрузки двигателя, а также сравнительно большую удельную мощность танков, подобный новый под­ход к проектированию систем охлаждения за рубе­жом следует считать обоснованным.

Для СУ с двигателями повышенной мощности в отечественном танкостроении разработаны и апро­бированы конструкции комбинированных систем охлаждения, объединяющих эжектор и форсирую­щий вентилятор с регулируемым приводом, включающийся при повышенных температурах окружа­ющего воздуха. Практически во всех зарубежных и разрабатывае­мых отечественных танках используются алюминие­вые радиаторы.

В СУ зарубежных танков применяются 2-ступенча­тые воздухоочистители с циклонами в первой и фильтрующими элементами из нетканого синтети­ческого материала или картона во второй ступени. Удаление пыли из первой ступени осуществляется вентиляторами с электроприводом. Эффективность воздухоочистителя танка М-1 составляет 99,8 %, а танка «Лебпард-2» – 100 %. Безусловный инте­рес представляет разработка для танка М-1 возду­хоочистителя с автоматической очисткой второй ступени за счет ее обратной продувки сжатым воз­духом, отбираемым от компрессора ГТД. Аналогич­ная конструкция воздухоочистителя разрабатывает­ся для СУ, создаваемых для танка четвертого по­коления. Такой воздухоочиститель, помимо очевидных эксплуатационных преимуществ, имеет меньший удельный объем по сравнению с серийными. В СУ отечественного танка Т-80 применяется одно­ступенчатый воздухоочиститель, практически не требующий обслуживания, с эффективностью 98 %.

Разработана конструкция воздухоочистителя с эф­фективностью 99 %. Для удаления пыли использу­ется многофункциональная вентиляторная установка, осуществляющая одновременно охлаждение масла двигателя и трансмиссии.

Удельный объем, воздухоочистителя танка Т-80 при­мерно в 2,1 раза меньше, чем воздухоочистителя танка M-1. Для танка Т-80 разрабатывается 2-сту­пенчатый воздухоочиститель с самоочищающейся второй ступенью и эффективностью 99,6-99,8 %. В СУ с дизелями отечественных танков использу­ются одноступенчатые (танк Т-64А) и 2-ступенчатые с контактными кассетами во второй ступени (танк Т-72) воздухоочистители с эффективностью 99,8-99,9 %. В то же время для СУ с двигателем 6ТД разработай 2-ступенчатый воздухоочиститель в габаритном объеме одноступенчатого с улучшен­ными эксплуатационными свойствами.

Сравнительные показатели силовых, установок и двигателей зарубежных и отечественных танков

Совершенствование систем воздухоочистки СУ оте­чественных танков связано с повышением их эксплуатационной надежности. В одноступенчатых системах в целях уменьшения запыленности на вхо­де и защиты от проникания посторонних предметов, паров горюче-смазочных материалов, грязи, обледе­нения и др., устанавливают специальные устройст­ва, например инерционные решетки, или организу­ют воздухоподвод с использованием приборов кон­троля за состоянием воздухоочистителя.

Удельные объемы воздухоочистителей отечествен­ных СУ с дизелями в 1,15-1,4 раза меньше, чем зарубежных. При равенстве таких показателей, как сопротивление на всасывании, эффективность и запыленность на входе, продолжительность рабо­ты между обслуживанием кассет у отечественных 2-ступенчатых воздухоочистителей почти в 5 раз больше, чем у зарубежных. В то же время в связи с большими (примерно в 2,5 раза) сопротивления­ми на впуске в двигатель затраты мощности на си­стемы воздухоочистки в СУ отечественных танков выше, чем у зарубежных,

Анализ тенденций развития зарубежных танковых силовых установок показывает, что к концу 70-х – началу 80-х гг. мощность двигателей танков треть­его поколения почти вдвое превзошла мощность танков второго поколения. Для танков следующе­го поколения в ФРГ и США разрабатываются более компактные двигатели. По объемной мощ­ности МТО отечественные серийные танки пре­восходят зарубежные серийные танки в 1,3-1,8 ра­за (таблица). Однако в связи с предполагаемым использованием в разрабатываемых зарубежных танках более компактных двигателей, размещаемых в МТО поперек оси танка, разница в значениях объемной мощности сокращается.

Вывод. Для сохранения превосходства силовых установок отечественных танков над зарубежными по объемной мощности моторно-трансмиссионного отделения и относительным затратам мощности при обеспечении заданных характеристик подвижности необходимо ускорить работы но созданию поршне­вых двигателей мощностью 880-1100 кВт с высо­кими массогабаритными показателями, используя технические решения по снижению теплоотдачи в охлаждающую жидкость и применяя малогабарит­ные эффективные системы охлаждения и воздухо­очистки.