Схема устройства и работы газотурбинного двигателя:1 — входное устройство;2 — компрессор;3 — форсунка;4 — камера сгорания;5 — турбина привода компрессора;6 — тяговая турбина;7 — камера выпуска;8 — редуктор;А —- впуск;Б — сжатие;В — сгорание и расширение;Г — выпуск в поршневом двигателе.
Это один из первых автомобильных газотурбинных двигателей, над которым много лет трудились сотни инженеров. Такое пристальное внимание к применению газовой турбины на автомобиле неудивительно — по многим технико-экономическим показателям она существенно превосходит поршневые двигатели.Газотурбинные двигатели отличаются тем, что тепловой цикл в них происходит последовательно в отдельных агрегатах. У поршневого двигателя этот цикл совершается в одном и том же рабочем объеме цилиндра. Принцип работы газовой турбины на автомобиле показан на рис. Воздух засасывается через входное устройство 1, сжимается в компрессоре 2; впрыснутое форсункой 3 топливо сгорает в камере сгорания 4. Часть энергии газа используется в турбине 5 привода компрессора, остальная же ее часть — в тяговой турбине 6. Именно эта, последняя энергия, превращенная в работу, является полезной — она передается через редуктор 8 на трансмиссию и колеса автомобиля.Две механически не связанные турбины придают мотору хорошие тягово-динамические свойства. Двигатели этой схемы называются двухтурбинными, или двухвальными. Турбины здесь осевого типа. В связи с тем, что число оборотов первичного вала коробки передач автомобиля находится в пределах 2500—4500 об/мин„ передаточное число редуктора составляет от 4 до 10.В двигателе применяется центробежный одно- или двухступенчатый компрессор с числом оборотов от 20000 до 60000 в минуту и с давлением сжатия в цикле от 3,5 до 16 кг/см2. В камере сгорания температура газа повышается до 850—950 градусов. Один и, тот же двигатель может работать на дизельном топливе, керосине или бензине любых сортов.Автомобильный газотурбинный двигатель компактен. По длине он примерно равен поршневому, а в поперечнике в 1,3—1,5 раза меньше. Он легче поршневого двигателя равной мощности в три-пять раз.Валы всех механизмов автомобильного ГТД устанавливаются на подшипниках качения.Топливо воспламеняется свечой. Система пуска автоматизирована: после нажатия пусковой кнопки последовательно включаются стартер, пусковой и подкачивающий топливные насосы и свечи. Когда турбокомпрессор достигнет устойчивых оборотов холостого хода, стартер, свечи и пусковой насос автоматически выключаются. Двигатель выходит на устойчивый режим холостого хода за 15—30 секунд. Можно почти сразу же после пуска, в течение 15—20 секунд, выводить турбокомпрессор на «полный газ». Даже при низких температурах окружающего воздуха (до минус 25 градусов) для пуска автомобильного ГТД не требуется предварительного подогрева.Для управления служат лишь две педали— подачи топлива и тормоза. Переключением ступеней в коробке передач пользоваться приходится крайне редко благодаря автоматическому изменению крутящего момента тяговой турбины в зависимости от нагрузки.В развитии автомобильных ГТД имеются четыре основных направления: двигатели без теплообменника; с вращающимся теплообменником; с пластинчатым неподвижным теплообменником; двигатели сложного цикла.
Газотурбинный двигатель;1 — центробежный компрессор;2 — компрессорная турбина;3 — тяговая турбина;4 — редуктор;5 — теплообменник;6 — камера сгорания;7 — свеча;8 — впускное отверстие.
Двигатель состоит из осевого центробежного компрессора, кольцевой камеры сгорания с поворотом потока на 180 градусов, осевой одноступенчатой компрессорной турбины и такой же тяговой. Двигатель прошел испытания на легковом пятиместном автомобиле.Двигатель состоит из одноступенчатого центробежного компрессора 1, одноступенчатой, осевой компрессорной турбины 2, одноступенчатой осевой тяговой турбины 3 с поворотным сопловым аппаратом, редуктора 4 с косозубыми шестернями, дискового вращающегося теплообменника 5 из двух секций, расположенных по сторонам двигателя, камеры сгорания 6 трубчатого типа, в которой установлена свеча 7, и входного устройства большого сечения, на котором установлены пылеочистители. Две выпускные трубы плоскоовального сечения отводят отработавшие газы назад.По подсчетам, стоимость этой машины с ГТД при серийном производстве 50 автомобилей в неделю на 25-30% выше обычной.
Другой вариант ГТД состоит из одноступенчатого центробежного компрессора низкого давления 1, одноступенчатого компрессора высокого давления 4, двух пластинчатых неподвижных теплообменников, расположенных по сторонам двигателя, камеры сгорания 6 первого подогрева газа, радиальной центростремительной турбины 5 привода компрессора высокого давления, камеры сгорания 7 второго подогрева, расположенной после первой турбины, осевой одноступенчатой тяговой турбины 9, расположенной перед последней двухступенчатой осевой турбиной 10 привода компрессора низкого давления.Вентилятор 3 подает воздух на обдув воздушных охладителей. В поддон 11 собирается все отработавшее масло, а трубка 2 служит для заливки масла. Редуктор 8 планетарного типа с тремя промежуточными переборами передает усилия на колеса.Газотурбинный двигатель двухвальной схемы сложно использовать для торможения автомобиля. Этот недостаток устраняется применением поворотных управляемых сопловых лопаток тяговой турбины. Тормозят поворотом лопаток в положение, при котором газовый поток направлен против вращения рабочего колеса. Использовать двигатель для торможения можно, переключив коробку передач на задний ход. В этом случае в ней должна быть предусмотрена муфта, способная поглотить кинетическую энергию ротора тяговой турбины, высвобождающуюся при переключении ее на обратное направление вращения.Особенно важна проблема приемистости двигателя. Это понятие означает способность двигателя за определенное время развить максимальное число оборотов. До недавнего времени приемистость автомобильных ГТД была хуже (10—12 секунд), чем у поршневых двигателей (1,5—3 секунды). В последние годы, применяя поворотные лопатки в сопловом аппарате, повышая температуру газа при разгоне и облегчая ротор турбокомпрессора, конструкторы сократили время разгона у автомобильных ГТД до 1,5—3 секунд, то есть уравняли их по приемистости с поршневыми двигателями.У ГТД примерно в три-пять раз меньше деталей, чем у поршневого; у большей части их проще конструктивная форма. В основном это тела вращения. Здесь нет сложных блоков и головок цилиндров, коленчатых валов и шатунов. Это предопределяет хорошую технологичность и дешевизну деталей в производстве. Масштабы же производства играют, как известно, решающую роль в себестоимости продукции. В этом отношении автомобильные газотурбинные двигатели находятся в невыгодном положении. Для того чтобы организовать крупносерийное производство (только тогда можно получить дешевую продукцию), нужно иметь хорошо отработанные конструкции и большие капитальные средства. При этом надо учитывать, что капитальные вложения неизбежно повысят себестоимость газотурбинных двигателей на первом этапе производства, вследствие чего они окажутся дороже поршневых.Автомобильный ГТД должен быть многоцелевым, то есть пригодным для использования на различных автомобилях, катерах, на небольших маневровых локомотивах, на тракторах, в качестве вспомогательных первичных двигателей различных силовых установок. Это позволит расширить масштабы производства и выпускать дешевые газотурбинные двигатели.
wiki.zr.ru
До определенного времени гитлеровская Германия не уделяла большого внимания проектам газотурбинных силовых установок для наземных транспортных средств. Так, в 1941 году был собран первый подобный агрегат для экспериментального локомотива, но его испытания достаточно быстро свернули ввиду экономической нецелесообразности и наличия более приоритетных программ. Работы в направлении газотурбинных двигателей (ГТД) для наземных машин продолжились лишь в 1944 году, когда особенно ярко проявили себя некоторые негативные особенности существующей техники и промышленности.
В 1944 году Управление вооружений сухопутных войск запустило исследовательский проект по теме ГТД для танков. В пользу новых двигателей приводилось два основных довода. Во-первых, немецкое танкостроение на тот момент взяло курс на утяжеление боевых машин, что требовало создать двигатель большой мощности и малых габаритов. Во-вторых, вся имеющаяся бронетанковая техника использовала в некоторой мере дефицитный бензин, а это накладывало определенные ограничения, связанные с эксплуатацией, экономикой и логистикой. Перспективные газотурбинные двигатели, как тогда посчитали немецкие руководители промышленности, могли бы потреблять менее высококачественное и, соответственно, более дешевое топливо. Таким образом, на тот момент с точки зрения экономики и техники единственной альтернативой бензиновым моторам были ГТД.
На первом этапе разработку перспективного танкового двигателя доверили группе конструкторов фирмы Porsche, во главе которой стоял инженер О. Задник. Содействовать инженерам из «Порше» должны были несколько смежных предприятий. В частности, к проекту привлекли Научно-исследовательский отдел двигателей службы СС во главе с доктором Альфредом Мюллером. Этот ученый с середины тридцатых годов занимался тематикой газотурбинных установок и участвовал в разработке нескольких авиационных реактивных двигателей. К моменту начала создания ГТД для танков Мюллер завершил проект турбонагнетателя, в дальнейшем применявшегося на нескольких типах поршневых моторов. Примечательно, что в 1943 году доктор Мюллер неоднократно вносил предложения, касавшиеся начала разработки танковых газотурбинных двигателей, однако руководство Германии оставило их без внимания.
Пять вариантов и два проекта
Ко времени начала основных работ (середина лета 1944 года) главенствующая роль в проекте перешла к организации, возглавляемой Мюллером. В это время были определены требования к перспективному ГТД. Он должен был иметь мощность около 1000 л.с. и расход воздуха порядка 8,5 килограмма в секунду. Температура в камере сгорания задавалась техническим заданием на уровне 800°. Ввиду некоторых характерных особенностей газотурбинных силовых установок для наземной техники перед началом разработки основного проекта пришлось создать несколько вспомогательных. Команда инженеров под руководством Мюллера одновременно создала и рассмотрела пять вариантов архитектуры и компоновки ГТД.
Принципиальные схемы двигателя отличались друг от друга количеством ступеней компрессора, турбины и расположением силовой турбины, связанной с трансмиссией. Кроме того, рассматривались несколько вариантов расположения камер сгорания. Так, в третьей и четвертой версиях компоновки ГТД предлагалось разделять поток воздуха от компрессора на два. Один поток в таком случае должен был идти в камеру сгорания и оттуда на турбину, вращающую компрессор. Вторая часть поступающего воздуха, в свою очередь, нагнеталась во вторую камеру сгорания, выдававшую раскаленные газы прямо на силовую турбину. Также рассматривались варианты с различным положением теплообменника для предварительного прогрева поступающего в двигатель воздуха.
В первом варианте перспективного двигателя, дошедшем до стадии полноценного проектирования, на одной оси должны были находиться диагональный и осевой компрессор, а также двухступенчатая турбина. Вторую турбину предполагалось разместить соосно за первой и соединить с агрегатами трансмиссии. При этом силовую турбину, подающую мощность на трансмиссию, предложили монтировать на собственной оси, не связанной с осью компрессоров и турбины. Это решение могло упростить конструкцию двигателя, если бы не один серьезный недостаток. Так, при снятии нагрузки (например, во время переключения передач) вторая турбина могла раскручиваться до таких оборотов, на которых появлялся риск разрушения лопаток или ступицы. Решить проблему предлагалось двумя способами: либо притормаживать рабочую турбину в нужные моменты, либо отводить от нее газы. По результатам анализов выбрали первый вариант.
И все же доработанный первый вариант танкового ГТД был слишком сложным и дорогим для серийного производства. Мюллер продолжил дальнейшие изыскания. Для упрощения конструкции некоторые оригинальные детали заменили соответствующими агрегатами, заимствованными у турбореактивного двигателя Heinkel-Hirt 109-011. Кроме того, из конструкции танкового мотора убрали несколько подшипников, на которых держались оси двигателя. Сокращение количества опорных элементов вала до двух упростило сборку, но заставило отказаться от отдельной оси с турбиной, передающей крутящий момент на трансмиссию. Силовую турбину установили на тот же вал, на котором уже находились крыльчатки компрессора и двухступенчатая турбина. В камере сгорания предусмотрели оригинальные вращающиеся форсунки для распыления топлива. В теории они позволяли более эффективно впрыскивать горючее, а также помогали избежать перегрева определенных мест конструкции. Обновленный вариант проекта был готов уже в середине сентября 1944 года.
Первый газотрубинный агрегат для бронированных машин
Первый газотрубинный агрегат для бронированных машин
Этот вариант также не был лишен недостатков. В первую очередь, претензии вызвали сложности с поддержанием крутящего момента на выходном валу, фактически представлявшим собой продолжение основного вала двигателя. Идеальным решением проблемы передачи мощности могло стать применение электрической трансмиссии, но дефицит меди заставил забыть о такой системе. В качестве альтернативы электротрансмиссии рассматривались гидростатический или гидродинамический трансформатор. При использовании таких механизмов эффективность передачи мощности немного снижалась, но они были значительно дешевле системы с генератором и электромоторами.
Двигатель GT 101
Дальнейшая проработка второго варианта проекта привела к очередным изменениям. Так, для сохранения работоспособности ГТД при ударных нагрузках (например, при взрыве мины) был добавлен третий подшипник вала. Кроме того, необходимость унификации компрессора с авиационными двигателями привела к изменению некоторых параметров работы танкового ГТД. В частности, примерно на четверть увеличился расход воздуха. После всех доработок проект танкового двигателя получил новое название – GT 101. На этой стадии разработка газотурбинной силовой установки для танков дошла до той стадии, когда можно было начинать подготовку к строительству первого опытного образца, а затем и оборудованного ГТД танка.
Тем не менее, доводка двигателя затянулась и к концу осени 1944 года работы по установке новой силовой установки на танк так и не начались. В то время немецкие инженеры работали лишь над размещением двигателя на имеющихся танках. Первоначально планировалось, что базой для экспериментального ГТД станет тяжелый танк PzKpfw VI – «Тигр». Однако моторное отделение этой бронемашины оказалось недостаточно большим для размещения всех необходимых агрегатов. Даже имея сравнительно малый объем, двигатель GT 101 был слишком длинным для «Тигра». По этой причине решили в качестве базовой машины для испытаний использовать танк PzKpfw V, также известный под названием «Пантера».
На стадии доработки двигателя GT 101 для использования на танке «Пантера» заказчик в лице Управления вооружений сухопутных войск и исполнитель проекта определились с требованиями к опытной машине. Предполагалось, что ГТД позволит довести удельную мощность танка с боевым весом около 46 тонн до уровня 25-27 л.с. на тонну, что позволит значительно улучшить его ходовые характеристики. В то же время, требования по максимальной скорости почти не изменились. Из-за вибрации и ударов, возникающих при движении на высоких скоростях, значительно увеличивался риск повреждения деталей ходовой части. В результате максимально допустимую скорость движения ограничили 54-55 километрами в час.
Газотурбинная установка GT 101 в танке "Пантера"
Как и в случае с «Тигром», моторное отделение «Пантеры» имело недостаточные размеры для размещения нового двигателя. Тем не менее, конструкторам под руководством доктора Миллера удалось вписать ГТД GT 101 в имеющиеся объемы. Правда, крупный выхлопной патрубок двигателя пришлось поместить в круглом отверстии в кормовом броневом листе. Несмотря на кажущуюся странность, такое решение посчитали удобным и пригодным даже для серийного производства. Сам двигатель GT 101 на экспериментальной «Пантере» предполагалось размещать по оси корпуса, со сдвигом вверх, к крыше моторного отделения. Рядом с двигателем, в надгусеничных полках корпуса, в проекте поместили несколько топливных баков. Место для трансмиссии нашлось непосредственно под двигателем. Воздухозаборные устройства вывели на крышу корпуса.
Упрощение конструкции двигателя GT 101, из-за которых он лишился отдельной связанной с трансмиссией турбины, повлекло за собой сложности иного характера. Для использования с новым ГТД пришлось заказать новую гидравлическую трансмиссию. Организация ZF (Zahnradfabrik of Friedrichshafen) в короткие сроки создала трехступенчатый гидротрансформатор с 12-скоростной (!) коробкой передач. Половина передач предназначались для движения по дорогам, остальные – для преодоления бездорожья. В моторно-трансмиссионную установку экспериментального танка также пришлось ввести автоматику, следившую за режимами работы двигателя. Специальное управляющее устройство должно было следить за оборотами двигателя и при соответствующей необходимости повышать или понижать передачу, не допуская выход ГТД на недопустимые режимы работы.
Согласно расчетам ученых, газотурбинная установка GT 101 c трансмиссией от ZF могла иметь следующие характеристики. Максимальная мощность турбины достигала 3750 л.с., 2600 из которых отбиралось компрессором для обеспечения работы двигателя. Таким образом, на выходном валу оставалось «всего» 1100-1150 лошадиных сил. Скорость вращения компрессора и турбин, в зависимости от нагрузки, колебалась в пределах 14-14,5 тыс. оборотов в минуту. Температуру газов перед турбиной удалось удержать на заданном уровне в 800°. Расход воздуха составлял 10 килограмм в секунду, удельный расход топлива – в зависимости от режима работы 430-500 г/л.с.ч.
Двигатель GT 102
Имея уникально высокую мощность, танковый газотурбинный двигатель GT 101 обладал не менее примечательным расходом топлива, примерно в два раза превышавшим аналогичные показатели имевшихся на тот момент у Германии бензиновых моторов. Кроме расхода топлива ГТД GT 101 имел еще несколько проблем технического характера, требовавших проведения дополнительных исследований и исправления. В связи с этим начался новый проект GT 102, в котором планировалось сохранить все достигнутые успехи и избавиться от имеющихся недостатков.
В декабре 1944 года команда А. Мюллера пришла к выводу о необходимости возвращения к одной из ранних идей. Для оптимизации работы нового ГТД предлагалось использовать отдельную турбину на собственной оси, соединенную с механизмами трансмиссии. При этом силовая турбина двигателя GT 102 должна была представлять собой отдельный блок, не размещенный соосно с основными агрегатами, как предлагалось ранее. Основной блок новой газотурбинной силовой установки представлял собой GT 101 с минимальными изменениями. Он имел два компрессора с девятью ступенями и трехступенчатую турбину. При разработке GT 102 выяснилось, что основной блок предыдущего двигателя GT 101 при необходимости можно разместить не вдоль, а поперек моторного отделения танка «Пантера». Так и поступили при компоновке агрегатов экспериментального танка. Воздухозаборные устройства ГТД теперь размещались на крыше у левого борта, выхлопной патрубок – у правого.
Газотурбинная установка GT 102 в танке "Пантера"
Комрессорный узел газовой турбины GT 102
Между компрессором и камерой сгорания основного блока двигателя предусмотрели трубу для отбора воздуха на дополнительные камеру сгорания и турбину. По расчетам, 70% входящего в компрессор воздуха должно было идти через основную часть двигателя и только 30% через дополнительную, с силовой турбиной. Интересно расположение дополнительного блока: ось его камеры сгорания и силовой турбины должны были располагаться перпендикулярно к оси основного блока двигателя. Агрегаты силовой турбины предлагалось поместить ниже основного блока и оснастить собственным выхлопным патрубком, выведенным в середине крыши моторного отделения.
«Врожденной болезнью» примененной в GT 102 схемы газотурбинного двигателя являлся риск чрезмерной раскрутки силовой турбины с последующим ее повреждением или разрушением. Решить эту проблему предлагалось самым простым способом: поместить в трубе, подающей воздух в дополнительную камеру сгорания, клапаны для управления потоком. В то же время, расчеты показывали, что новый ГТД GT 102 может иметь недостаточную приемистость, обусловленную особенностями работы сравнительно легкой силовой турбины. Расчетные технические характеристики, такие как мощность на выходном валу или мощность турбины основного блока, остались на уровне предыдущего двигателя GT 101, что можно объяснить почти полным отсутствием серьезных изменений конструкции, за исключением появления блока силовой турбины. Дальнейшее совершенствование двигателя требовало применения новых решений или даже открытия нового проекта.
Отдельная рабочая турбина для GT 102
Перед началом разработки следующей модели ГТД под названием GT 103 доктор А. Мюллер предпринял попытку улучшить компоновку имеющегося GT 102. Главной проблемой его конструкции были достаточно крупные габариты основного блока, которые затрудняли размещение всего двигателя в моторных отделениях имевшихся на тот момент танков. Для уменьшения длины моторно-трансмиссионной установки было предложено выполнить компрессор в виде отдельного агрегата. Таким образом, внутри моторного отделения танка можно было разместить три сравнительно некрупных блока: компрессор, основную камеру сгорания и турбину, а также блок силовой турбины с собственной камерой сгорания. Такой вариант ГТД получил название GT 102 Ausf. 2. Помимо выведения компрессора в отдельный блок предпринимались попытки проделать то же самое и с камерой сгорания или турбиной, но они не имели особого успеха. Конструкция газотурбинного двигателя не позволяла делить себя на большое количество агрегатов без заметных потерь в характеристиках.
Двигатель GT 103
Альтернативой газотурбинному двигателю GT 102 Ausf. 2 с возможностью «свободной» компоновки агрегатов в имеющемся объеме стала новая разработка GT 103. На этот раз немецкие моторостроители решили заняться не удобством размещения, а эффективностью работы. В состав оборудования двигателя ввели теплообменник. Предполагалось, что с его помощью выхлопные газы будут нагревать поступающий через компрессор воздух, что позволит добиться ощутимой экономии топлива. Суть этого решения заключалась в том, что предварительно прогретый воздух дал бы возможность тратить меньшее количество горючего на поддержание необходимой температуры перед турбиной. Согласно предварительным расчетам, применение теплообменника могло снизить расход топлива на 25-30 процентов. При определенных условиях такая экономия была способна сделать новый ГТД пригодным для практического применения.
Разработку теплообменника поручили «смежникам» из фирмы Brown Boveri. Главным конструктором этого агрегата стал В. Хринижак, ранее принимавший участие в создании компрессоров для танковых ГТД. Впоследствии Хринижак стал известным специалистом по теплообменникам и его участие в проекте GT 103, вероятно, стало одной из предпосылок к этому. Ученый применил достаточно смелое и оригинальное решение: главным элементом нового теплообменника стал вращающийся барабан из пористой керамики. Внутри барабана размещалось несколько специальных перегородок, обеспечивавших циркуляцию газов. При работе горячие выхлопные газы проходили внутрь барабана сквозь его пористые стенки и прогревали их. Это происходило в течение половины оборота барабана. Следующие пол-оборота использовались для передачи тепла воздуху, проходившему изнутри наружу. Благодаря системе перегородок внутри и снаружи цилиндра воздух и выхлопные газы не перемешивались между собой, что исключало сбои в работе двигателя.
Применение теплообменника стало причиной серьезных споров среди авторов проекта. Одни ученые и конструкторы считали, что использование этого агрегата в перспективе позволит добиться высоких мощностей и сравнительно низких показателей расхода воздуха. Другие, в свою очередь, видели в теплообменнике лишь сомнительное средство, польза от которого не сможет заметно превысить потери от усложнения конструкции. В споре о необходимости теплообменника победили сторонники нового агрегата. В какой-то момент даже появилось предложение комплектовать ГТД GT 103 сразу двумя аппаратами для предварительного прогрева воздуха. Первый теплообменник в таком случае должен был нагревать воздух для основного блока двигателя, второй – для дополнительной камеры сгорания. Таким образом, GT 103 фактически представлял собой GT 102 с введенными в конструкцию теплообменниками.
Двигатель GT 103 не был построен, из-за чего приходится довольствоваться исключительно расчетными его характеристиками. Более того, имеющиеся данные об этом ГТД были рассчитаны даже до окончания создания теплообменника. Поэтому ряд показателей на практике, вероятно, мог бы оказаться заметно ниже, чем предполагалось. Мощность основного блока, вырабатываемая турбиной и поглощаемая компрессором, должна была равняться 1400 лошадиным силам. Максимальная расчетная скорость вращения компрессора и турбины основного блока – около 19 тыс. оборотов в минуту. Расход воздуха в основной камере сгорания – 6 кг/с. Предполагалось, что теплообменник будет прогревать поступающий воздух до 500°, а газы перед турбиной будут иметь температуру около 800°.
Силовая турбина, согласно расчетам, должна была вращаться со скоростью до 25 тыс. оборотов в минуту и давать на валу мощность 800 л.с. Расход воздуха дополнительного блока равнялся 2 кг/с. Параметры температуры поступающего воздуха и выбрасываемых газов, как предполагалось, должны были равняться соответствующим характеристикам основного блока. Общее потребление топлива всего двигателя при применении соответствующих теплообменников не превышало бы 200-230 г/л.с.ч.
Итоги программы
Разработка немецких танковых газотурбинных двигателей стартовала только летом 1944 года, когда шансы Германии на победу во Второй Мировой войне таяли с каждым днем. С восточного направления на Третий рейх наступала Красная Армия, а с западного шли войска Соединенных Штатов и Великобритании. В таких условиях у Германии не было достаточных возможностей для полноценного ведения массы перспективных проектов. Все попытки создать принципиально новый двигатель для танков упирались в дефицит денег и времени. Из-за этого к февралю 1945 года существовало уже три полноценных проекта танковых ГТД, но ни один из них не дошел даже до стадии сборки прототипа. Все работы ограничивались лишь теоретическими исследованиями и испытаниями отдельных экспериментальных агрегатов.
В феврале 45-го произошло событие, которое можно считать началом конца немецкой программы создания танковых газотурбинных двигателей. Доктора Альфреда Мюллера сняли с поста главы проекта, а на освободившееся место назначили его однофамильца, Макса Адольфа Мюллера. М.А. Мюллер также был видным специалистом в области газотурбинных силовых установок, но его приход в проект затормозил самые передовые разработки. Главной задачей при новом руководителе стала доводка двигателя GT 101 и начало его серийного производства. До конца войны в Европе оставалось менее трех месяцев, из-за чего смена руководства проекта так и не успела привести к требуемому результату. Все немецкие танковые ГТД остались на бумаге.
Согласно некоторым источникам, документация по проектам линейки «GT» попала в руки союзников и те использовали ее в своих проектах. Тем не менее, первые практические результаты в области газотурбинных двигателей для наземных машин, появившиеся уже после окончания Второй Мировой за пределами Германии, имели мало общего с разработками обоих докторов Мюллеров. Что касается ГТД, предназначенных именно для танков, то первые серийные танки с такой силовой установкой покинули сборочные цеха заводов только спустя четверть века после завершения немецких проектов.
По материалам:http://alternathistory.org.ua/http://shushpanzer-ru.livejournal.com/http://army-guide.com/Кей, Э.Л. История разработки и создания реактивных двигателей и газовых турбин в Германии. – Рыбинск: НПО «Сатурн», 2006
topwar.ru
Газотурбинный двигатель (ГТД) — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины.
В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа.
Сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, куда также подаётся топливо, которое, сгорая, образует большое количество газообразных продуктов сгорания под высоким давлением. Затем в газовой турбине энергия давления продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения лопаток, часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, и считается полезной работой двигателя. Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг.
В качестве топлива может использоваться любое горючее, которое можно диспергировать: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, природный газ, судовое топливо, водяной газ, спирт и измельчённый уголь.
Одну из простейших конструкций газотурбинного двигателя, для понятия его работы, можно представить как вал, на котором находится два диска с лопатками, первый диск — компрессора, второй — турбины, в промежутке между ними установлена камера сгорания.
Простейшая схема газотурбинного двигателя 
Схема турбореактивного двигателя Принцип работы газотурбинного двигателя:
Увеличение количества подаваемого топлива (добавление «газа») вызывает генерирование большего количества газов высокого давления, что, в свою очередь, ведёт к увеличению числа оборотов турбины и диска(ов) компрессора и, вследствие этого, увеличению количества нагнетаемого воздуха и его давления, что позволяет подать в камеру сгорания и сжечь больше топлива. Количество топливо-воздушной смеси зависит напрямую от количества воздуха поданного в камеру сгорания. Увеличение количества ТВС приведёт к увеличению давления в камере сгорания и температуры газов на выходе из камеры сгорания и, вследствие этого, позволяет создать бо́льшую энергию выбрасываемых газов, направленную для вращения турбины и повышения реактивной силы.
Как и во всех циклических тепловых двигателях, чем выше температура сгорания, тем выше топливный коэффициент полезного действия (Если точнее, чем выше разница между «нагревателем» и «охладителем»). Сдерживающим фактором является способность стали, никеля, керамики или других материалов, из которых состоит двигатель, выдерживать температуру и давление. Значительная часть инженерных разработок направлена на то, чтобы отводить тепло от частей турбины. Большинство турбин также пытаются рекуперировать тепло выхлопных газов, которое, в противном случае, теряется впустую. Рекуператоры — это теплообменники, которые передают тепло выхлопных газов сжатому воздуху перед сгоранием. При комбинированном цикле тепло передается системам паровых турбин. И при комбинированном производстве тепла и электроэнергии (когенерация) отработанное тепло используется для производства горячей воды.
Чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала(ов), необходимая для поддержания максимальной линейной скорости лопаток, так как длина окружности (путь, проходимый лопатками за один оборот), прямо зависит от радиуса ротора. Максимальная скорость турбинных лопаток определяет максимальное давление, которое может быть достигнуто, что приводит к получению максимальной мощности, независимо от размера двигателя. Реактивный двигатель вращается с частотой около 10000 об/мин и микротурбина — с частотой около 100000 об/мин.[2][3]
Для дальнейшего развития авиационных и газотурбинных двигателей рационально применять новые разработки в области высокопрочных и жаропрочных материалов для возможности повышения температуры и давления. Применения новых типов камер сгорания, систем охлаждения, уменьшения числа и массы деталей и двигателя в целом, возможно в прогрессе применение альтернативных видов топлива, изменение самого представления конструкции двигателя.
В ГТУ с замкнутым циклом рабочий газ циркулирует без контакта с окружающей средой. Нагрев (перед турбиной) и охлаждение (перед компрессором) газа производится в теплообменниках. Такая система позволяет использовать любой источник тепла (например, газоохлаждаемый ядерный реактор). Если в качестве источника тепла используется сгорание топлива, то такое устройство называют двигателем внешнего сгорания. На практике ГТУ с замкнутым циклом используются редко.
Большинство ГТУ представляют собой двигатели внутреннего сгорания, но также возможно построить ГТУ внешнего сгорания, которая, фактически, является газотурбинной версией теплового двигателя.[источник не указан 2106 дней]
При внешнем сгорании в качестве топлива используется или мелкоистолчённая биомасса (например, опилки). Внешнее сжигание газа используется как непосредственно, так и косвенно. В прямой системе сквозь турбину проходят продукты сгорания. В косвенной системе используется теплообменник, и через турбину проходит чистый воздух. ниже в системе внешнего сгорания косвенного типа, однако лопасти не подвергаются воздействию продуктов сгорания.
Простейший газотурбинный двигатель имеет только один вал, куда устанавливается турбина которая приводит во вращение компрессор и одновременно является источником полезной мощности. Это накладывает ограничение на режимы работы двигателя.
Иногда двигатель выполняется многовальным. В этом случае имеется несколько последовательно стоящих турбин, каждая из которых приводит свой вал. Турбина высокого давления (первая после камеры сгорания) всегда приводит в движение компрессор двигателя, а последующие могут приводить как внешнюю нагрузку (винты вертолёта[4] или корабля, мощные электрогенераторы и так далее), так и дополнительные каскады компрессора самого двигателя, расположенные перед основным. Разбиение компрессора на каскады (каскад низкого давления, каскад высокого давления — КНД и КВД соответственно[5], иногда между ними помещается каскад среднего давления, КСД, как, например, в двигателе НК-32 самолёта Ту-160) позволяет избежать помпажа на частичных режимах.
Также преимущество многовального двигателя в том, что каждая турбина работает при оптимальной скорости вращения и нагрузке. При нагрузке, приводимой от вала одновального двигателя, была бы очень плохая приёмистость двигателя, то есть способность к быстрой раскрутке, так как турбине требуется поставлять мощность и для обеспечения двигателя большим количеством воздуха (мощность ограничивается количеством воздуха), и для разгона нагрузки. При двухвальной схеме лёгкий ротор высокого давления быстро выходит на режим, обеспечивая двигатель воздухом, а турбину низкого давления большим количеством газов для разгона. Также есть возможность использовать менее мощный стартёр для разгона при пуске только ротора высокого давления.
Для запуска ГТД нужно раскрутить его ротор до определённых оборотов, чтобы компрессор начал подавать достаточное количество воздуха (в отличие от объёмных компрессоров, подача инерционных (динамических) компрессоров квадратично зависит от частоты вращения и поэтому на малых оборотах практически отсутствует), и поджечь подаваемое в камеру сгорания топливо. Со второй задачей справляются свечи зажигания, зачастую установленные на специальных пусковых форсунках, а раскрутка выполняется стартёром той или иной конструкции:
Схема турбореактивного двигателя: 1 — входное устройство; 2 — осевой компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — рабочие лопатки турбины; 5 — сопло В полёте поток воздуха тормозится во входном устройстве перед компрессором, в результате чего его температура и давление повышается. На земле во входном устройстве воздух ускоряется, его температура и давление снижаются.
Проходя через компрессор, воздух сжимается, его давление повышается в 10—45 раз, возрастает его температура. Компрессоры газотурбинных двигателей делятся на осевые и центробежные. В наши дни в двигателях наиболее распространены многоступенчатые осевые компрессоры. Центробежные компрессоры, как правило, применяются в малогабаритных силовых установках.
Далее сжатый воздух попадает в камеру сгорания, в так называемые жаровые трубы, либо в кольцевую камеру сгорания, которая не состоит из отдельных труб, а является цельным кольцевым элементом. В наши дни кольцевые камеры сгорания являются наиболее распространёнными. Трубчатые камеры сгорания используются гораздо реже, в основном на военных самолётах. Воздух на входе в камеру сгорания разделяется на первичный, вторичный и третичный. Первичный воздух поступает в камеру сгорания через специальное окно в передней части, по центру которого расположен фланец крепления форсунки, и участвует непосредственно в окислении (сгорании) топлива (формировании топливо-воздушной смеси). Вторичный воздух поступает в камеру сгорания сквозь отверстия в стенках жаровой трубы, охлаждая, придавая форму факелу и не участвуя в горении. Третичный воздух подаётся в камеру сгорания уже на выходе из неё, для выравнивания поля температур. При работе двигателя в передней части жаровой трубы всегда вращается вихрь раскалённого газа (что обусловлено специальной формой передней части жаровой трубы), постоянно поджигающего формируемую топливовоздушную смесь, происходит сгорание топлива (керосина, газа), поступающего через форсунки в парообразном состоянии.
Газовоздушная смесь расширяется и часть её энергии преобразуется в турбине через рабочие лопатки в механическую энергию вращения основного вала. Эта энергия расходуется, в первую очередь, на работу компрессора, а также используется для привода агрегатов двигателя (топливных подкачивающих насосов, масляных насосов и т. п.) и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы.
Основная часть энергии расширяющейся газовоздушной смеси идёт на ускорение газового потока в сопле и создание реактивной тяги.
Чем выше температура сгорания, тем выше КПД двигателя. Для предупреждения разрушения деталей двигателя для их изготовления используют жаропрочные сплавы и термобарьерные покрытия. А также применяется система охлаждения воздухом, отбираемым от средних ступеней компрессора.
Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ) — модификация ТРД, применяемая в основном на сверхзвуковых самолётах. Между турбиной и соплом устанавливается дополнительная форсажная камера, в которой сжигается дополнительное горючее. В результате происходит увеличение тяги (форсаж) до 50 %, но расход топлива резко возрастает. Двигатели с форсажной камерой, как правило, не используются в коммерческой авиации по причине их низкой экономичности.
| 1 поколение1943-1949 гг. | 730-780 | 3-6 | BMW 003, Jumo 004 | Me 262, Ar 234, He-162 |
| 2 поколение1950-1960 гг. | 880-980 | 7-13 | J 79, Р11-300 | F-104, F4, МиГ-21 |
| 3 поколение1960-1970 гг. | 1030-1180 | 16-20 | TF 30, J 58, АЛ-21Ф-3 | F-111, SR 71,МиГ-23Б, Су-24 |
| 4 поколение1970-1980 гг. | 1200-1400 | 21-25 | F 100, F 110, F404,РД-33, АЛ-31Ф | F-15, F-16,МиГ-29, Су-27 |
| 5 поколение2000-2020 гг. | 1500-1650 | 25-30 | F119-PW-100, EJ200,F414, АЛ-41Ф | F-22, F-35,ПАК ФА |
Начиная с 4-го поколения рабочие лопатки турбины выполняются из монокристаллических сплавов, охлаждаемые.
Схема турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД) со смешением потоков: 1 — компрессор низкого давления; 2 — внутренний контур; 3 — выходной поток внутреннего контура; 4 — выходной поток внешнего контура. В турбореактивном двухконтурном двигателе (ТРДД) воздушный поток попадает в компрессор низкого давления, после чего часть потока проходит по обычной схеме через турбокомпрессор, а остальная часть (холодная) проходит через внешний контур и выбрасывается без сгорания, создавая дополнительную тягу. В результате снижается температура выходного газа, снижается расход топлива и уменьшается шум двигателя. Отношение количества воздуха, прошедшего через внешний контур, к количеству прошедшего через внутренний контур воздуха называется степенью двухконтурности (m). При степени двухконтурности <4 потоки контуров на выходе, как правило, смешиваются и выбрасываются через общее сопло, если m>4 — потоки выбрасываются раздельно, так как из-за значительной разности давлений и скоростей смешение затруднительно. Применение второго контура в двигателях для военной авиации позволяет охлаждать горячие части двигателя, это позволяет увеличивать температуру газов перед турбиной, что способствует дополнительному повышению тяги.
Двигатели с малой степенью двухконтурности (m<2) применяются для сверхзвуковых самолётов, двигатели с m>2 для дозвуковых пассажирских и транспортных самолётов.
Схема турбореактивного двухконтурного двигателя без смешения потоков (Турбовентиляторного двигателя): 1 — вентилятор; 2 — защитный обтекатель; 3 — турбокомпрессор; 4 — выходной поток внутреннего контура; 5 — выходной поток внешнего контура. Турбовентиляторный реактивный двигатель (ТВРД) — это ТРДД со степенью двухконтурности m=2—10. Здесь компрессор низкого давления преобразуется в вентилятор, отличающийся от компрессора меньшим числом ступеней и большим диаметром, и горячая струя практически не смешивается с холодной. Применяется в гражданской авиации, двигатель имеет большой назначенный ресурс и малый удельный расход топлива на дозвуковых скоростях.
Дальнейшим развитием ТВРД с увеличением степени двухконтурности m=20—90 является турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). В отличие от турбовинтового двигателя, лопасти двигателя ТВВД имеют саблевидную форму, что позволяет перенаправить часть воздушного потока в компрессор и повысить давление на входе компрессора. Такой двигатель получил название винтовентилятор и может быть как открытым, так и закапотированным кольцевым обтекателем. Второе отличие — винтовентилятор приводится от турбины не напрямую, а, как винт, через редуктор. Двигатель наиболее экономичен, но при этом крейсерская скорость полёта ЛА, с такими типами двигателей, обычно не превышает 550 км/ч, имеются более сильные вибрации и "шумовое загрязнение".
Пример ТВВД — Д-27 грузового самолёта Ан-70.
Схема турбовинтового двигателя: 1 — воздушный винт; 2 — редуктор; 3 — турбокомпрессор В турбовинтовом двигателе (ТВД) основное тяговое усилие обеспечивает воздушный винт, соединённый через редуктор с валом турбокомпрессора.[7] Для этого используется турбина с увеличенным числом ступеней, так что расширение газа в турбине происходит почти полностью и только 10—15 % тяги обеспечивается за счёт газовой струи.
Турбовинтовые двигатели гораздо более экономичны на малых скоростях полёта и широко используются для самолётов, имеющих большую грузоподъёмность и дальность полёта — например, Ан-12, Ан-22, C-130. Крейсерская скорость самолётов, оснащённых ТВД, 500—700 км/ч.
ВСУ — небольшой газотурбинный двигатель, являющийся автономным источником энергии на борту. Простейшие ВСУ могут выдавать только сжатый воздух, отбираемый от компрессора турбины, который используется для запуска маршевых (основных) двигателей, либо для работы системы кондиционирования на земле (пример, ВСУ типа АИ-9, применяемая на вертолётах и самолёте Як-40). Более сложные ВСУ, помимо источника сжатого воздуха, выдают электрический ток в бортовую сеть, то есть являются полноценным автономным энергоузлом, обеспечивающем нормальное функционирование всех бортовых систем самолёта без запуска основных двигателей, а также при отсутствии наземных аэродромных источников энергии. Такова, например, ВСУ ТА-12 самолётов Ан-124[8], Ту-95МС, Ту-204, Ан-74 и других.
Такой двигатель чаще всего имеет свободную турбину. Вся турбина поделена на две части, между собой механически несвязанные. Связь между ними только газодинамическая. Газовый поток, вращая первую турбину, отдает часть своей мощности для вращения компрессора и далее, вращая вторую, тем самым через вал этой (второй) турбины приводит в действие полезные агрегаты. Реактивное сопло на турбовальном двигателе отсутствует. Выходное устройство для отработанных газов соплом не является и тяги не создаёт.
Выходной вал ТВаД, с которого снимается вся полезная мощность, может быть направлен как назад, через канал выходного устройства, так и вперед, либо через полый вал турбокомпрессора, либо через редуктор вне корпуса двигателя.
Редуктор — непременная принадлежность турбовального двигателя. Скорость вращения как ротора турбокомпрессора, так и ротора свободной турбины велика настолько, что это вращение не может быть напрямую передано на приводимые агрегаты. Они просто не смогут выполнять свои функции и даже могут разрушиться. Поэтому между свободной турбиной и полезным агрегатом обязательно ставится редуктор для снижения частоты вращения приводного вала.
Компрессор у ТВаД может быть осевым (если двигатель мощный) либо центробежным. Часто компрессор бывает и смешанным по конструкции, в нём есть как осевые, так и центробежные ступени. В остальном принцип работы этого двигателя такой же, как и у ТРД.
Основное применение турбовальный двигатель находит в авиации, по большей части, на вертолётах. Полезная нагрузка в этом случае — несущий винт вертолёта. Известным примером могут служить широко распространённые вертолёты Ми-8 и Ми-24 с двигателями ТВ2-117 и ТВ3-117.
ТС — агрегат, устанавливаемый на газотурбинном двигателе и предназначенный для его раскрутки при запуске.
Такие устройства представляют собой миниатюрный, простой по конструкции турбовальный двигатель, свободная турбина которого раскручивает ротор основного двигателя при его запуске. В качестве примера: турбостартёр ТС-21, используемый на двигателе АЛ-21Ф-3, который устанавливается на самолёты типа Су-24[9], или ТС-12, устанавливаемый на авиационные двигатели НК-12 самолётов Ту-95 и Ту-142. ТС-12 имеет одноступенчатый центробежный компрессор, двухступенчатую осевую турбину привода компрессора и двухступенчатую свободную турбину. Номинальные обороты ротора компрессора в начале запуска двигателя — 27 тысяч мин–1, по мере раскрутки ротора НК-12 за счёт роста оборотов свободной турбины ТС-12 противодавление за турбиной компрессора падает и обороты возрастают до 30 тысяч мин–1.
Турбостартёр ГТДЭ-117 двигателя АЛ-31Ф также выполнен со свободной турбиной, а стартёр С-300М двигателя АМ-3, стоявшего на самолётах Ту-16, Ту-104 и М-4 — одновальный и раскручивает ротор двигателя через гидромуфту.[10]
Используются в судовой промышленности для снижения веса. General Electric LM2500 и — характерные модели этого типа машин.
Суда, использующие турбовальные газотурбинные двигатели называют газотурбоходами. Они являются разновидностью теплохода. Это чаще всего суда на подводных крыльях, у которых гребной винт приводит в движение турбовальный двигатель механически через редуктор или электрически через генератор, который он вращает. Либо это суда на воздушной подушке, которая создаётся при помощи ГТД.
Например, газотурбоход «Циклон-М» с 2-мя газотурбинными двигателями ДО37. Пассажирских газотурбоходов за российскую историю было всего два. Последнее очень перспективное судно «Циклон-М» появилось в в 1986 году. Более таких судов не строили. В военной сфере в этом плане дела обстоят несколько лучше. Примером является десантный корабль «Зубр», самое большое в мире судно на воздушной подушке.
Локомотивы, на которых стоят турбовальные газотурбинные двигатели, называются газотурбовозами (разновидность тепловоза). На них используется электрическая передача. ГТД вращает электрогенератор, а вырабатываемый им ток, в свою очередь, питает электродвигатели, приводящие локомотив в движение. В 1960-е годы в СССР проходили довольно успешную опытную эксплуатацию три газотурбовоза. Два пассажирских и один грузовой. Однако они не выдержали соревнования с электровозами и в начале 1970-х проект был свёрнут. Но в 2007 году по инициативе ОАО «РЖД» был изготовлен опытный образец грузового газотурбовоза, работающий на сжиженном природном газе. ГТ1 успешно прошёл испытания, позднее был построен второй газотурбовоз, с той же силовой установкой, но на другой ходовой части, машины эксплуатируются.
Принцип работы газоперекачивающей установки практически не отличается от турбовинтовых двигателей, ТВаД используются здесь в качестве привода мощных насосов, а в качестве топлива используется тот же самый газ, который они перекачивают. В отечественной промышленности для этих целей широко применяются двигатели, созданные на базе авиационных — НК-12 (НК-12СТ)[11], НК-32 (НК-36СТ), так как на них можно использовать детали авиадвигателей, выработавшие свой лётный ресурс.
Основу газотурбинной электростанции составляют один или несколько газотурбинных двигателей. Газотурбинная электростанция может иметь электрическую мощность от двадцати киловатт до сотен мегаватт. Она способна также отдавать потребителю значительное количество (вдвое больше электрической мощности) тепловой энергии, если установить на выхлопе турбины котёл-утилизатор; в этом случае установка называется ГТУ-ТЭЦ.
Первые исследования в области применения газовой турбины в танковых двигателях проводились в Германии Управлением вооружённых сухопутных сил начиная с середины 1944 года. Первым массовым танком с газотурбинным двигателем стал С-танк.
Установка блочного силового агрегата (двигатель - трансмиссия) в танк M1A1 Турбовальные двигатели (ТВаД) установлены на советском танке Т-80 (двигатель ГТД-1000Т) и американском М1 Абрамс. Газотурбинные двигатели, устанавливаемые на танках, имеют при схожих с дизельными размерах гораздо большую мощность, меньший вес и меньшую шумность, меньшую дымность выхлопа. Также ТВаД лучше удовлетворяет требованиям многотопливности, гораздо легче запускается, — оперативная готовность танка с ГТД, то есть запуск двигателя и последующий вход в рабочий режим всех его систем, занимает несколько минут, что для танка с дизельным двигателем в принципе невозможно, а в зимних условиях при низких температурах дизелю требуется достаточно длительный предпусковой прогрев, который не требуется ТВаД. Из-за отсутствия жёсткой механической связи турбины и трансмиссии на застрявшем или просто упёршемся в препятствие танке двигатель не глохнет. В случае попадания воды в двигатель (утоплении танка) достаточно выполнить так называемую холодную прокрутку ГТД для удаления воды из газовоздушного тракта и после этого двигатель можно запускать — на танке с дизельным двигателем в аналогичной ситуации происходит гидроудар, ломающий детали цилиндро-поршневой группы и непременно требующий замены двигателя.
Однако из-за низкого КПД газотурбинных двигателей, установленных на тихоходных (в отличие от самолётов) транспортных средствах, требуется гораздо большее количество возимого топлива для сравнимого с дизельным двигателем километрового запаса хода. Именно из-за расхода топлива, невзирая на все достоинства, танки типа Т-80 поэтапно выводятся из эксплуатации. Производство танков М1 Абрамс также прекращено. Неоднозначным оказался опыт эксплуатации танковых ТВаД М1 Абрамс в условиях высокой запылённости (например в песчаных пустынях). В отличие от него, Т-80 благополучно может эксплуатироваться в условиях высокой запылённости, — конструктивно хорошо продуманная система очистки поступающего в двигатель воздуха на Т-80 надёжно защищает ГТД от песка и пыли. «Абрамсы», напротив, «задохнулись» — во время двух кампаний против Ирака при прохождении пустынь довольно много «Абрамсов» встали, так как их двигатели забились песком.
STP Oil Treatment Special на выставке в зале славы музея трассы Indianapolis Motor Speedway показана вместе с газотурбинным двигателем Pratt & Whitney. 
A 1968 — единственный в истории газотурбинный двигатель, принёсший победу в автомобильной гонке. Множество экспериментов проводилось с автомобилями, оснащёнными газовыми турбинами.
В 1950 году дизайнер Ф. Р. Белл и главный инженер Морис Вилкс в британской компании Rover Company анонсировали первый автомобиль с приводом от газотурбинного двигателя. Двухместный JET1 имел двигатель, расположенный позади сидений, решётки воздухозаборника по обеим сторонам машины, и выхлопные отверстия на верхней части хвоста. В ходе испытаний автомобиль достиг максимальной скорости 140 км/ч, на скорости турбины 50000 об/мин. Автомобиль работал на бензине, парафиновом или дизельном маслах, но проблемы с потреблением топлива оказались непреодолимыми для производства автомобилей. В настоящее время он выставлен в лондонском Музее науки.
Команды Rover и British Racing Motors (Формула-1) объединили усилия для создания Rover-BRM, автомобиля с приводом от газовых турбин, который принял участие в гонке 24 часа Ле-Мана 1963 года, управляемого Грэмом Хиллом и . Этот автомобиль показал среднюю скорость 173 км/ч, максимальную — 229 км/ч.
Американские компании , и объединились для совместной разработки собственных газотурбинных спортивных автомобилей в 1968 году, приняла участие в нескольких американских и европейских гонках, в том числе завоевав две победы, а также принимала участие в гонке 24 часа Ле-Мана 1968 года. Автомобили использовали газовые турбины , благодаря которым, в конечном итоге, ФИА было установлено шесть посадочных скоростей для машин с приводом от турбин.
На гонках автомобилей с открытыми колёсами, революционное полноприводное авто 1967 года STP Oil Treatment Special с приводом от турбины, специально подобранной легендой гонок и управляемое , почти выиграло в гонке «Инди-500»; авто с турбиной STP компании Pratt & Whitney обгоняло почти на круг авто, шедшее вторым, когда у него неожиданно отказала коробка передач за три круга до финишной черты. В 1971 году глава компании Lotus Колин Чепмен представил авто Lotus 56B F1, с приводом от газовой турбины Pratt & Whitney. У Чепмена была репутация создателя машин-победителей, но он вынужден был отказаться от этого проекта из-за многочисленных проблем с инерционностью турбин ().
Оригинальная серия концептуальных авто была разработана для автовыставки Моторама 1953, 1956, 1959 годов, с приводом от газовых турбин.
Единственная серийная модель «семейного» газотурбинного автомобиля для использования на дорогах общего пользования была выпущена Chrysler в 1963-1964 года. Компания передала пятьдесят собранных вручную машин в кузовах итальянского ателье Ghia добровольцам, которые испытывали новинку в обычных дорожных условиях до января 1966 года. Эксперимент прошёл удачно, но компания, не располагавшая средствами для постройки нового моторного производства, отказалась от массового выпуска автомобиля с ГТД. После ужесточения экологических стандартов и взрывного роста цен на нефть компания, с трудом пережившая финансовый кризис, отказалась от продолжения разработок[12].
Как и у любого теплового двигателя, у ГТД есть множество параметров, которые необходимо контролировать для эксплуатации двигателя в безопасных, а по возможности и экономичных режимах. Измеряются с помощью приборов контроля.
encyclopaedia.bid
       Для гусеничной транспортной машины был разработан экспериментальный двигатель ГТД-1Т (позднее ГТД-1000) трехвальной конструкции без теплообменника. Его основными элементами являются турбокомпрессор, силовая турбина с РСА, понижающий редуктор и кольцевая камера сгорания. Турбокомпрессор состоит из двух центробежных компрессоров (низкого и высокого давления) и двух одноступенчатых осевых турбин. Свободная силовая турбина одноступенчатая, с передачей мощности через силовой редуктор. Компрессор низкого давления имеет степень повышения давления 3,76 и состоит из корпуса, входного направляющего аппарата, ротора компрессора низкого давления, лопаточного диффузора и спрямляющего аппарата. Входной направляющий аппарат служит для предварительной закрутки потока воздуха, входящего в компрессор, обеспечивая его безударный вход в рабочее колесо. Ротор компрессора с центробежным колесом передает энергию воздушному потоку, и посредством лопаточного диффузора часть кинетической энергии воздуха преобразуется за колесом в энергию давления. Спрямляющий аппарат выравнивает воздушный поток. Ротор компрессора низкого давления литой, состоит из центробежного колеса закрытого типа и подшипников, установленных на его передней и задней цапфах. Для предотвращения утечки воздуха из проточной части двигателя на покрывающем диске центробежного колеса предусмотрено переднее лабиринтное уплотнение, а на заднем диске центробежного колеса - заднее лабиринтное уплотнение. Ротор компрессора низкого давления соединен с ротором турбины низкого давления стяжной штангой. Вращающий момент от ротора турбины к ротору компрессора передается рессорой. Стяжная штанга и рессора изготовлены из стали. Ротор компрессора высокого давления состоит из центробежного колеса закрытого типа с передней цапфой, изготовленного из сплава и прикрепленного у задней части колеса переходного кольца. Соединение переходного кольца с центробежным колесом осуществляется при помощи штифтов. Передняя цапфа ротора опирается на шариковый подшипник В опоры ротора двигателя. Ротор компрессора соединяется с диском турбины компрессора высокого давления болтами. Вращающий момент от турбины компрессора высокого давления передается ротору компрессора через кольца с помощью призонных втулок. Цапфа турбины компрессора высокого давления, опирающаяся на подшипник опоры Г, является второй опорой для ротора компрессора высокого давления. Камера сгорания двигателя кольцевая, петлевого типа, с завихрителями воздуха у рабочих форсунок. Камера сгорания состоит из жаровой трубы, отражателя и подвесок жаровой трубы. В камере сгорания установлены топливные форсунки и два воспламенителя с пусковыми форсунками. Наружным корпусом камеры сгорания являются корпуса компрессора и корпус опоры Г роторов двигателя, образующие каналы подвода воздуха к камере сгорания. Камера сгорания расположена между корпусом компрессора и корпусом опор таким образом, что охватывает снаружи турбину компрессора высокого давления. Двигатель имеет три одноступенчатые осевые турбины. Первые две турбины предназначены для привода компрессора высокого и низкого давления, третья - силовая - служит для создания полезной мощности двигателя. Турбины развивают приблизительно одинаковую мощность. Силовая турбина снабжена РСА. Турбина компрессора высокого давления состоит из соплового аппарата и рабочего колеса. Сопловой аппарат представляет собой сварную конструкцию, состоящую из сопловой решетки и кольцевого канала. Сопловая решетка включает 29 литых лопаток. Рабочие лопатки турбины высокого давления не имеют бандажных полок в целях избежания пылевых отложений. Турбина компрессора низкого давления состоит из цельнолитого соплового аппарата и ротора турбины. Сопловой аппарат имеет 39 лопаток. Ротор турбины опирается на два опорных подшипника. Осевая составляющая воспринимается упорным подшипником посредством стяжной штанги. Вращающий момент ротора турбины передается компрессору через вал. Рабочие лопатки удерживаются от осевого перемещения кольцом, т. е. так же, как на рабочем колесе турбины компрессора высокого давления. Рабочие лопатки компрессора имеют бандажные полки, которые образуют по периферии бандажное разрезное кольцо с гребешками газового лабиринта. Силовая турбина состоит из ротора турбины и РСА. Ротор турбины опирается на опорно-упорный подшипник. Рабочие лопатки турбины имеют бандажные полки, как и лопатки турбины компрессора низкого давления. Регулируемый сопловой аппарат предназначен для осуществления тормозного режима. При повороте сопловых лопаток из рабочего положения на 120° поток газа направляется против вращения ротора силовой турбины, создавая на турбине тормозную мощность. С уменьшением угла поворота лопаток тормозная мощность уменьшается и при повороте лопаток на 70—80° становится равной нулю.
Источники: 1. "Без тайн и секретов", под редакцией Н.С.Попова, СПб.,1995 г. 2. "Основной боевой танк Т-80", "Полигон",М.,1993 г. | |
alexfiles99.narod.ru
     Двигатель ГТД-1250 ("изделие 29") является дальнейшим развитием двигателей семейства ГТД-1000. ГТД-1250 форсирован до мощности 1250 л.с. путем дальнейшего повышения температуры газов до 1340К. Серийно выпускается с 1986 г. В конструкции двигателя применены уникальные технические решения: автоматические системы удаления пылевых отложений с покрывных дисков рабочих колес центробежных компрессоров и с соплового аппарата турбины высокого давления, регулируемый сопловой аппарат силовой турбины, встроенный в конструкцию двигателя понижающий силовой редуктор. Уже сейчас изготовлены и испытаны прототипы мощностью 1400 л.с.(ГТД-1400) и 1500 л.с (ГТД-1500 или "изделие 39"). Завод имени Климова утверждает, что в дальнейшем мощность данного двигателя может быть поднята до 1800 л.с. без кардинальных изменений конструкции. Конструктивные особенности: - газогенератор с турбокомпрессором низкого и высокого давления; - рабочие колеса компрессоров - центробежные, закрытого типа, литые зацело с покрывными дисками; - камера сгорания - кольцевая, многофорсуночная, с поворотом газового потока на 1800; - осевая одноступенчатая турбина компрессора высокого давления с охлаждаемым сопловым аппаратом; - осевая одноступенчатая турбина компрессора низкого давления; - осевая одноступенчатая силовая турбина с регулируемым сопловым аппаратом; - выхлопной патрубок с поворотом потока газа соосно с продольной осью двигателя; - теплоизоляция наиболее горячих корпусов двигателя и выхлопного патрубка; - организованы места установки и крепления на двигателе масляного бака, электрогенератора, воздухоочистителя со встроенными воздушно-масляными радиаторами и вентиляторами системы охлаждения. Примечание: подробнее о истории создания двигателя ГТД-1250 см. "Библиотеку" - статья "Двигатели для "Летающих танков"".
| |
alexfiles99.narod.ru
