|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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.
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|