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.
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.
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!
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.;
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. |
