Основной боевой танк России. Откровенный разговор о проблемах танкостроения - Вавилонский Эрий Борисович
Несколько десятилетий ведутся работы по применению ГТД в автомобилестроении в Швеции (Volvo, United Turbines), Италии (Fiat), Японии (Nissan), ФРГ (MTU, DaiM1er-Benz, Volkswagen), США (Ford Motor) [25-28].
Несмотря на то, что условия работы автомобильных ГТД по сравнению с танковыми можно назвать «тепличными», серийные ГТД в автомобилестроении не появились до сих пор, как не востребованные по совокупности достигнутых параметров. Аналогичная ситуация сложилась и в морском транспорте.
«Повышение конкурентоспособности дизельных установок (ДУ) в условиях непрекращающегося роста цен на топливо явилось основной причиной укрепления их позиций в качестве главного двигателя (ГД) на морских судах. Газотурбинные установки (ГТУ), …начиная с 1979 г. вообще не использовались на судах новой постройки» [29].
Не оправдал возлагавшихся на него надежд новейший газотурбинный двигатель LV-100, вобравший в себя все новейшие достижения в области наземных ГТСУ, предназначенный для замены серийного танкового AGT-1500 и ставший своеобразной иконой для российских сторонников танкового ГТД. Декларировавшееся ранее утверждение, что он превзойдет по топливной экономичности дизели равной мощности, не подтвердилось реальной эксплуатацией. ГТД LV-100 сохранил неблагоприятную топливную характеристику на частичных и переходных режимах. На холостом ходу расход топлива в 4 раза превысил расход топлива дизелей равной мощности. «Никто не ожидал, что новый двигатель будет иметь неблагоприятную топливную экономичность и оперативную мобильность. А оказалось так», — писал Ричард Огоркевич [30]. По его данным, потребление топлива двигателем LV-100 за сутки боя лишь на 36% меньше потребления топлива двигателем AGT-1500. По другим сведениям [3], замена двигателя AGT-1500 на LV-100 привела к снижению расхода топлива только на 15% (вместо намечаемых 50%).
Поэтому все годы с момента создания танка M1 «Абрамс» в США проводятся работы по созданию альтернативной дизельной установки. Изготовлены и всесторонне испытаны несколько вариантов дизельных силовых установок, по совокупным показателям превосходящие базовую с ГТД. На уровне Конгресса США периодически возникают дебаты о типе силовой установки основного боевого танка (ОБТ). Ситуация побуждается мировым энергетическим кризисом. Даже такая богатая страна, как США, вынуждена считаться с необходимостью экономии топлива. Вопрос о смене двигателя на дизельный сдерживается необходимостью больших затрат (ведь вопрос касается всего парка ОБТ) и наличием обширного промышленного лобби газотурбинного танка. Однако для семейства боевых и специальных машин, создаваемых по программе FCS, в качестве основного двигателя выбран дизельный двигатель 5-го поколения семейства HPD.
ПЕРСПЕКТИВЫ НИОКР ПО ТАНКОВЫМ ГТД В РОССИИ
Если это там, то почему тут?
Наиболее действенно влиять на мощность, экономичность, вес и габариты танковых ГТД могут повышенные параметры термодинамического цикла (температура газа перед турбиной и степень повышения давления).
В 1976 г. в СССР началось серийное производство танковых газотурбинных двигателей — ГТД-1000Тдля танка Т-80 с допустимой рабочей температурой газов перед турбиной 967°С [31].
С того времени двигателестроители завода имени В.Я. Климова (г. Санкт-Петербург) сумели (или сочли возможным) поднять температуру газов у ГТД-1000ТФ (мощность двигателя 1100 л.с.) до 997°С, т.е. на 30°С; у ГТД-1250 (мощность 1250 л.с.) до 1067°С, т.е. еще на 70°С; у ГТД-1400 (серийный двигатель ГТД-1250 с кратковременным форсированием мощности до 1400 л.с.) до 1087°С — еще на 20°С [32].
Конечно, у танкового газотурбинного двигателя должен быть повышенный запас прочности по всем элементам лопаточных машин по сравнению с авиационными двигателями, так как установленный в танк двигатель должен выдерживать высокие ударные нагрузки при выстреле и при движении танка по пересеченной местности. Следует учитывать частые изменения режима работы двигателя, чего нет в авиации, быстрые разгоны и резкие торможения с помощью регулируемого соплового аппарата (РСА), сопровождающиеся бросками температуры газов на 60—100°С, большое количество остановок и необходимость частых пусков двигателя, трудности в организации охлаждения коротких лопаток турбины [22]. Но у газотурбинного двигателя AGT-1500, применяемого на американском танке M1 «Абрамс», при наличии тех же факторов внешнего воздействия на двигатель максимальная температура газа составляет 1193°С, т.е. на 226°С выше, чем у ГТД-ЮООТ, или на 126°С больше, чем у ГТД-1250 [22, 33].
Следовательно, причиной, сдерживающей улучшение топливной экономичности ГТД танка Т-80, является не отсутствие соответствующих жаропрочных и жаростойких сплавов или керамических материалов, о чем пишут В. Козишкурт и А. Ефремов (ОАО «Спецмаш») [34], Б.В Овсянников (КБТМ) [35] и профессора Омского танкового инженерного института Н.И. Прокопенко и А.А. Соловьев [20]. Ограничение роста температуры газов перед турбиной ГТД танка Т-80 вызвано стремлением исключить плавление и отложение пыли в проточной части двигателя, приводящее к ненормальной работе двигателя и резкому ухудшению его характеристик. Этот недостаток отечественного ГТД танка Т-80 является платой за столь сильно рекламируемую компактность МТО и применение необслуживаемого бескассетного воздухоочистителя.
Вспомним, что при эксплуатации танка Т-80У в условиях жаркого климата пустынно-песчаной местности ГТД переводится на режим «Пустыня», ограничивающий подачу топлива в двигатель с целью уменьшения температуры газа ниже температуры плавления компонентов пыли (температура плавления этих компонентов у туркменской пыли около 925°С) [36] с неизбежной при этом потерей мощности и ухудшением экономичности двигателя. Это объясняет причину возникшего тупика в перспективе дальнейшего улучшения топливной экономичности отечественного ГТД танка Т-80У до уровня дизельных танков [37].
Такой же тупик возникает на пути повышения номинальной мощности двигателя. Резервы по повышению КПД газотурбинного двигателя практически исчерпаны, изделия «37» и «73» с осецентробежными компрессорами, имеющие более высокие КПД, представляют собой принципиально новую конструктивную схему ГТД, имеют пониженный ресурс по абразивному износу лопаток осевого компрессора пылью. Уровень температур газа перед турбиной в режиме «Пустыня» не может быть поднят выше планки, установленной для двигателей ГТД-1000 ТФ и ГТД-1250, либо этот подъем будет несущественным, хотя уровень рабочих температур газа, допускаемых в современных авиационных ГТД, способен полностью расплавить любые пыли, встречающиеся в эксплуатации, даже кварцевые (!) (температура полного расплавления кварцевой пыли 1460-1б80°С) [36].
А.С. Ефремов, возглавлявший работы в Туркмении в поисках защиты ГТД от пылевых отложений, после того, как были испробованы все экзотические мероприятия, назвал еще одно, может быть, самое главное… Вот как об этом он вспоминает: «Апробированные способы «лечения» не давали эффекта… Глубокий анализ причин пылевых отложений приводил к выводу — надо снижать температуру газа перед сопловым аппаратом ориентировочно градусов на 40—50. То есть уйти за пределы температур начала плавления пылевых частиц (967°С — 50°С = 917°С. — Прим. авт.) С тех пор появился специальный тумблер на РТ (регулятор температур), переключающий на более низкие температуры регулировку газов двигателя при его работе при лессовой запыленности» [38]. Тот же А. Ефремов вкупе с В. Козишкуртом пишут: «Расчеты показывают, что при доведении температуры газов на входе в турбину до 1316—1370°С (что возможно при применении керамических материалов) реально получить расход топлива до 86 г/кВт∙ч (117 г/л.с.∙ч), а тепловой КПД 53%. Что меняет представление об экономичности газовой турбины» [34].
