Двигатели для "Летающих танков"

ГУП "Завод им. В.Я. Климова"
Валерий Морозов,
главный конструктор танковых двигателей
Данила Изотов,
инженер по маркетингу
 
В 30-е годы "Красный Октябрь" (ныне ГУП "Завод им. В.Я. Климова", или, как привыкли его называть, "Климов") производил переоборудование авиационных двигателей М-5 для установки на новейшие танки БТ-2 и БT-5, в то время самые быстроходные в мире. Они развивали скорость до 72 км/ч на колесах и до 52 км/ч на гусеницах, за что и назывались "летающие танки". Сегодня "летающим" называют в войсках другой, уже современный, российский танк - Т-80У, двигатель для которого также создан фирмой "Климов". История его создания заслуживает особого внимания:

В 50-60 гг. советские конструкторы танков, заинтересовавшись опытом использования ГТД в авиации, попытались установить эти двигатели на гусеничные бронемашины. Так, в Нижне-Тагильском КБ на танк "объект 167-Т" смонтировали вертолетный двигатель ГТД-3Т, а в Харьковском КБ на танк Т-64Т - двигатель ГТД-3ТЛ. Ленинградские конструкторы Особого конструкторского бюро танков (ОКБТ) Кировского завода во главе с Жозефом Яковлевичем Котиным, активнейшим сторонником применения ГТД на танках, начали заниматься этой проблемой еще раньше - в 1948 г. Тогда совместно с турбинным КБ Кировского завода они попытались спроектировать танковый ГТД. Разработка из-за специфики технических требований, предъявляемых к танковому ГТД, успешного развития не получила. Позже, в 1957 г., "кировцы" построили опытный образец танка "объект 278" с двигателем ГТД-1 мощностью 1000 л.с. Это был первый танковый ГТД, созданный в металле. 

Для прорыва в этой области требовался более высокий технический уровень производства, новейшие технологии, опыт разработки и массового выпуска ГТД и т.п. Всеми этими качествами в тот момент обладало другое ленинградское предприятие - ЛНПО им. В.Я. Климова, занимавшийся авиационным газотурбиностроением. 

В июне 1962 г. Ж.Я. Котин обратился к главному конструктору "климовской" фирмы Сергею Петровичу Изотову с предложением о совместной работе по применению ГТД на танке, получившем наименование "объект 288". Конструкторы "Климова" совместно с ОКБТ (позже КБ-3, а ныне ОАО "Спецмаш") на базе турбовального двигателя ГТД-350 разработали силовую установку из двух ГТД-350Т (впоследствии ГТД-450) мощностью 350 (450) л.с., работающих на общий понижающий редуктор двигателей. 

Двигатель ГТД-350 создавался в начале 60-х гг. для легкого многоцелевого вертолета Ми-2 и был запущен в серийное производство на польском заводе WSK-Rzeszow, где его выпуск продолжается до сих пор. На базе этого двигателя было сделано несколько опытных авиационных и транспортных модификаций: для самолетов Ан-14М и Бе-30, вертолета Ми-20, гоночного автомобиля (Горьковского автозавода), катера на подводных крыльях (Ленинградского НИИ судостроительной промышленности), ведущего железнодорожного вагона (НИИ железнодорожного транспорта) и др. 

Конструкторы ОКБТ первоначально решили смонтировать двигатель ГТД-350 в вертолетном варианте на трактор "Кировец" К-700 и на плавающий гусеничный транспортер БТР-50 с целью изучения возможностей управления машинами. И только после этого танковый вариант двигателя был установлен в моторно-трансмиссионном отделении "объекта 288" для более детального изучения в процессе ходовых испытаний. Применение ГТД-350 на танке было заманчивым - оно обеспечивало преимущества в габаритах и массе, не требовало жидкостной системы охлаждения (что особенно важно при эксплуатации в зимних условиях) и ряде других. Однако экспериментальные ходовые испытания обнаружили и серьезные недостатки: худшую экономичность и невозможность торможения двигателем. 

Для устранения этих слабых мест были созданы стационарный теплообменник, давший выигрыш в экономичности около 30 %, и обгонные муфты, позволившие осуществлять торможение танка двигателем благодаря механическому соединению ротора силовой турбины с ротором турбокомпрессора. Но испытания и теоретические исследования показали, что необходимо создавать специальный танковый двигатель, способный работать в условиях высокой запыленности воздуха, при внезапных торможениях и разгонах, при частых остановках и новых пусках. Кроме этого, танковый ГТД должен выдерживать высокие ударные нагрузки при выстреле, движении танка по пересеченной местности, а также при попадании в танк снарядов противника. 

"Объект 288", как и другие опытные танки с ГТД, был этапным и создавался для определения принципиальной возможности использования недизельной силовой установки. Специалисты "Климова" и КБ-3 при участии ведущих институтов и главного автобронетанкового управления выработали основные требования к специальному танковому ГТД, включая обеспечение многотопливности двигателя и его быстрого пуска, высокую оперативную готовность к движению в условиях низких температур, многорежимность работы по турбокомпрессору и особенно по силовой турбине, высокую технологичность, надежность работы в условиях подводного вождения. 

Исходя из этих требований в 1967 г. были разработаны эскизные проекты танка Т-64 с двигателем "изделие 71". Его максимальная мощность составляла 1000 л.с., удельный расход топлива -240 г/л.с.Зч, удельный расход топлива на половинной мощности - 300 г/л.с.Зч, тормозная мощность - 450 л.с. Тогда же Ж.Я. Котин и С.П. Изотов обратились в Правительство страны и ЦК КПСС с предложением о создании танка с ГТД. Соответствующее постановление было принято 16 апреля 1968 г. В 1967 г. Ж.Я. Котин был назначен заместителем министра оборонной промышленности, а главным конструктором КБ-3 стал Николай Сергеевич Попов, под руководством которого проводилась вся дальнейшая работа.Исходя из этих требований в 1967 г. были разработаны эскизные проекты танка Т-64 с двигателем "изделие 71". Его максимальная мощность составляла 1000 л.с., удельный расход топлива -240 г/л.с.Зч, удельный расход топлива на половинной мощности - 300 г/л.с.Зч, тормозная мощность - 450 л.с. Тогда же Ж.Я. Котин и С.П. Изотов обратились в Правительство страны и ЦК КПСС с предложением о создании танка с ГТД. Соответствующее постановление было принято 16 апреля 1968 г. В 1967 г. Ж.Я. Котин был назначен заместителем министра оборонной промышленности, а главным конструктором КБ-3 стал Николай Сергеевич Попов, под руководством которого проводилась вся дальнейшая работа. 
 

Двигатель ГТД-350
Двигатель ГТД-1000
Двигатель ГТД-350
Двигатель ГТД-1000

Для получения минимальной длины двигателя была принята конструкция турбокомпрессора по двухкаскадной схеме, состоящей из двух центробежных компрессоров, приводимых в движение одноступенчатыми турбинами. Кроме того, достоинствами центробежного компрессора считалась высокая надежность работы в условиях запыленности и относительно малое влияние износа проточной части на экономичность. Над турбиной располагалась противоточная камера сгорания. Одноступенчатая силовая турбина совмещалась в едином корпусе с редуктором, состоящим из конических и цилиндрических шестерен. С целью повышения технологичности и коэффициента использования металла основные детали (корпус, крыльчатка и т.п.) выполнялись литыми с механической обработкой только посадочных мест. 

Высокое совершенство проточной части обеспечило требуемую экономичность, что характеризовалось высокими значениями к.п.д.: компрессора низкого давления (НД) - 82,5 %, компрессора высокого давления (ВД) - 81,5 %, турбины НД - 90 %, турбины ВД - 87 % и силовой турбины - 89,7 %. Температура газов перед турбиной составляла 1245К, расход воздуха - 4,1 кг/с, степень сжатия - 9,26. Уже в декабре 1968 г. были изготовлены первые три опытных двигателя и началась их планомерная доводка. 

Многие технологические и конструктивные вопросы пришлось решать впервые в мировой практике газотурбиностроения. Только их перечисление заняло бы не одну страницу. Наиболее сложным, важным и интересным в доводке оказался вопрос борьбы с отложениями пыли в проточной части. Конструкторы применили циклонный метод очистки воздуха, основанный на использовании центробежных сил. Но несмотря на полученный высокий коэффициент очистки воздуха, всасываемого двигателем (порядка 97 %), в проточную часть все же попадало довольно большое количество частиц пыли размером менее 10 микрон. 

В условиях эксплуатационной запыленности (2,5 г/м3) за короткое время мощность двигателя падала на 45 %, расход воздуха сокращался на 30 %, а удельный расход топлива увеличивался на 40 %; проявлялись помпажные явления. Пыль откладывалась в компрессоре и на деталях турбины. Анализ пылевых отложений показал, что среднеазиатская (ашхабадская) пыль и пыль средней полосы (ленинградская) имеют существенные отличия. Среднеазиатская пыль содержит большое количество щелочных элементов и имеет компоненты с температурой плавления 1200К и началом спекания при температуре 1050К, т.е. при температуре газа на турбине ВД. Размягченные частицы прилипали к лопаткам, а затем друг к другу, что приводило к росту отложений. В дальнейшем, чтобы приблизить условия работы двигателя к наиболее напряженным, все испытания велись на среднеазиатской пыли. 
 
Было проверено несколько способов борьбы с пылью - от продувки воздухом под давлением до механической очистки. Но все эти меры не обеспечивали полного удаления отложений, а некоторые из них были трудоемки и неудобны. После долгих поисков возникло предложение использовать для очистки лопаток вибрацию. Но испытания показали, что вибрировать стал весь корпус двигателя, а пылевые отложения от лопаток не отделялись. Опробовались разные варианты расположения вибраторов и разные частоты возбуждения, но новые и новые опыты приводили только к поломкам трубопроводов. Решение удалось найти лишь тогда, когда для стряхивания отложений решили использовать удар, который наносился по корпусу пневмоударниками, размещенными по окружности корпуса соплового аппарата турбины ВД. Кроме того, перед началом работы двигателя и после его остановки производилась продувка двигателя для удаления остаточных несвязанных пылевых образований. Процесс продувки был внесен в циклограмму и инициировался автоматически. 

Применение пневмоударников для очистки лопаток турбин от пылевых отложений было осуществлено впервые в мировой практике. При этом ленинградским конструкторам удалось добиться выдающихся результатов: "климовскому" ГТД ничего не стоит пропустить за свой ресурс около полутонны пыли, и что самое главное, без обслуживания воздухоочистителя! По сравнению с дизельным двигателем показатель допустимого коэффициента пропуска пыли воздухоочистителем "климовского" ГТД оказался выше в 7,5:10 раз! Намного ниже этот же показатель у ГТД АGТ-1500, применяемого на американском танке M1 "Абрамс". Заметим, что для очистки воздуха американцы применили барьерные фильтры (кассеты), представляющие собой громоздкие агрегаты объемом около 2 м3. Их эффективность иллюстрируется интересным фактом: при движении в колонне экипажи вынуждены менять кассеты каждые 15 мин. 

Для решения другой не менее важной проблемы - торможения танка - была создана оригинальная комбинированная система, одновременно использующая ГТД и обычные гидравлические тормозные устройства. В конструкцию двигателя ввели регулируемый сопловой аппарат (РСА), который устанавливался перед силовой турбиной и позволял менять направление потока в ней, в результате чего ротор турбины начинал вращаться в обратном направлении. Торможение танка происходило как бы в два этапа: при нажатии на тормозную педаль вначале происходил разворот РСА и начиналось торможение при помощи двигателя, а дальнейшее продвижение педали включало в работу механические тормозные устройства. Такой метод также был применен впервые в мире. 

Создание танкового ГТД стало трамплином для многих нововведений в двигателестроении. Так, Челябинским тракторным заводом на базе климовского авиационного двигателя-энергоузла ГТДЭ-117, применяющегося для запуска турбореактивных двигателей РД-33 (МиГ-29) и АЛ-31Ф (Су-27), была создана вспомогательная силовая установка (ВСУ) небольшой мощности ГТА-18А. Установка обеспечивает работу различных систем танка при выключенном основном двигателе; при этом суммарный расход топлива на 1 час работы систем танка уменьшается с 100:150 л (для танка без ВСУ) до 60 л. 

Другим нововведением стало придание двигателю такого качества, как многотопливность. Двигатель стал способен одинаково надежно работать как на дизельном топливе, так и на бензине и керосине, а что самое важное - на их смесях в любой пропорции. 

Тем не менее, когда двигатель установили в доработанный танк Т-64, появилось много проблем, связанных с высокой энерговооруженность ГТД: у танка рвались гусеницы, различные узлы ходовой части не выдерживали нагрузки и т.п. В результате было принято решение о проектировании совершенно нового танка, и в 1972 г. появился "объект 219". 

Процесс создания танка с ГТД выявил много вопросов как в части его эксплуатации, так и в тактике применения в боевых условиях. Новая идея требовала подтверждения своей жизнеспособности. И вот, в период с 1972 по 1987 г. было организовано 13 специальных походов с участием танков с дизельными и газотурбинными двигателями. Испытания проводились в самых разнообразных условиях: в европейской части и в Средней Азии, в Южном Казахстане и на Севере, на Дальнем Востоке и в Киргизии, в Западной Сибири и в горах Кавказа. В походах участвовало более 100 танков. ГТД ничем не уступали дизельным двигателям, а по главным технико-эксплуатационным характеристикам - по пуску двигателя при отрицательных температурах, расходу масла, ресурсу, уровню пылеочистки и коэффициенту приемистости - значительно превосходили их. 

В марте 1972 г. были успешно проведены Государственные стендовые испытания ГТД, а в 1976 г. работа над "объектом 219" завершилась принятием его на вооружение Советской Армии с присвоением наименования основной боевой танк Т-80. Он стал первым в мире серийным танком, оснащенным ГТД. Двигатель под обозначением ГТД-1000Т был запущен в серийное производство на Калужском моторостроительном заводе. Позже двигатель был форсирован до 1100 л.с. (ГТД-1000ТФ) и установлен на танки Т-80Б, Т-80БВ и T-80У раннего выпуска. В 1990 г. на вооружение был принят танк Т-80У с новым вариантом двигателя ГТД-1250 мощностью 1250 л.с. 

Благодаря двигателю ГТД-1250 танк Т-80У приобрел высочайшую маневренность, скорость движения до 80 км/ч, удельную мощность 27,2 л.с./т. Практически по всем техническим показателям силовой установки Т-80У превзошел своих западных конкурентов, а по совокупности параметров боевой эффективности стал лучшим в мире. Начиная с 1993 г., с момента первого показа Т-80У на международной выставке за рубежом, он всегда производил фурор. Свое название "летающий танк" Т-80У доказал на Международной выставке вооружений в Абу-Даби IDЕХ'97, поставив абсолютный рекорд "по прыжкам с горы"; тогда он пролетел 13 м! 
 

Двигатель ГТД-1250
Основной боевой танк Т-80У
Двигатель ГТД-1250
Т-80У

В 1998 г. Т-80У участвовал в сравнительных испытаниях в Греции по тендеру на закупку большой партии танков. И здесь он лучше всех остальных танков (M1A "Абрамс", "Леклерк", "Челленджер-2Е", "Леопард-2A5", T-84) смог пройти всю полосу препятствий, состоявшую из стенки высотой 1 м, рва шириной 2,5 м, маневрируя на уклоне в 32А и при крене до 15А, выполняя "змейку" передним и задним ходом, разворачиваясь на месте на 360А и перемещаясь из одного окопа в другой. Наш танк лучше других перенес испытания в жестких условиях запыленности и при совершении 1000-километрового марша (американцы, например, были вынуждены заменить двигатель в процессе испытаний). По результатам этих тестов танк Т-80У подтвердил все заявленные тактико-технические характеристики, а некоторые даже превысил. Так, запас хода при движении по горным, грунтовым и дорогам с асфальтовым покрытием составил 350 км (по ТТХ - 340 км по шоссе), расход топлива по асфальту - 4 л/км (по ТТХ - 5:7 л/км), максимальная скорость - 80 км/ч (по ТТХ - 70 км/ч). 

Тендерный комитет особо отметил надежную работу двигателя ГТД-1250 и трансмиссии российского танка. Неоспоримое преимущество по ходовым качествам перед остальными участниками тендера Т-80У получил благодаря применению на двигателе гидрообъемной передачи, позволившей увеличить среднюю скорость на 10:15 %, запас хода на 8:10 % и придавшей танку улучшенные маневренные качества. 

В настоящее время помимо танков серии Т-80У (Т-80УЕ, Т-80У-М1 "Барс", Т-80УК) двигатели ГТД-1250 устанавливаются на опытные образцы танка нового поколения "Черный орел" и ремонтно-эвакуационную машину БРЭМ-80У. 

За тридцать лет в конструкторском бюро "Климова" на базе "изделия 71" был разработан целый ряд модификаций:

- "изделие 38" - ГТД-1000ТФ, форсированный до мощности 1100 л.с. путем увеличения температуры газов до 1270К; серийно выпускался с 1980 по 1986 гг.;
- "изделие 29" - ГТД-1250, форсированный до мощности 1250 л.с. путем дальнейшего повышения температуры газов до 1340К; серийно выпускается с 1986 г.;
- "изделие 29Г" - ГТД-1250Г с гидрообъемной передачей, проведен весь комплекс испытаний, рекомендован к серийному производству;
- "изделие 73" - двигатель с осевым компрессором мощностью 1100 л.с., изготовлены 4 опытных экземпляра;
- "изделие 37" - двигатель с осецентробежным компрессором мощностью 1250 л.с., изготовлены 44 опытных экземпляра;
- "изделие 77" - двигатель ГТД-1000Т с теплообменником, изготовлены 6 опытных экземпляров;
- "изделие 30", "изделие 40" и "изделие 70" - двигатели для тягачей ракет, успешно прошли испытания;
- ГТД-1400 - серийный двигатель ГТД-1250 с кратковременным форсированием мощности до 1400 л.с. путем повышения температуры до 1360К;
- "изделие 39" - двигатель ГТД-1500 мощностью 1500 л.с., созданный с применением новейших материалов, степень сжатия увеличена на 5:6 %, а расход воздуха - на 6:8 % (по сравнению с ГТД-1250);
- "изделие 39Г" - ГТД-1500Г с гидрообъемной передачей.

В составе машины "Ладога" модифицированный вариант двигателя ГТД-1000ТФ принял участие в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Созданная на базе специальной командно-штабной бронемашины с полностью герметичной кабиной, "Ладога" вплотную подходила к разрушенному взрывом 4-му энергоблоку. 

Сегодня "Климов" совместно с ОАО "Спецмаш" разработал специальную программу модернизации танков Т-64, Т-72 и их модификаций, заключающуюся в замене дизельных двигателей газотурбинными ГТД-1250. "Газотурбинник" превосходит дизельных собратьев по ресурсу в 2:3 раза, по объемной мощности - в 1,6:2 раза, по шумо- и тепломаскировке - в 2:4 раза. Кроме того, ГТД имеют в 1,3:1,7 раза меньшую массу, в 16:20 раз меньший расход масла и в 4:10 раз меньшее время запуска при отрицательных температурах (до -40 АС). В результате снижается утомляемость экипажа, появляется возможность перевода двигателя на газообразное топливо и пр. Таким образом, установка двигателя ГТД-1250 позволит не только "вернуть к жизни", казалось бы, морально устаревшие машины, но и значительно снизить затраты эксплуатантов на модернизацию танковых парков. 

За создание ГТД-1250 "Климов" был награжден отденом Октябрьской революции, Генеральный конструктор С.П. Изотов удостоен Ленинской премии, конструкторы П.Д. Гавра, В.А. М орозов и Б.М. Киприянов - Государственной премии. Ряд сотрудников завода был отмечен орденами и медалями. 

Двигатель ГТД-1250 стал одной из важнейших вех в танковом двигателестроении. По большинству параметров он опережает своих дизельных и газотурбинных конкурентов на несколько десятилетий. Можно с уверенностью сказать, что двигатель ГТД-1250 - это национальное достояние России. Большая творческая работа, проделанная конструкторами "Климова" совместно с Калужским моторостроительным и Кировским заводами, обязательно будет продолжена в ХХI веке.

 
  Кондиционеры центральные секционные - Блок рекуператора.
Hosted by uCoz