ПЕРСПЕКТИВЫ НИОКР ПО ТАНКОВЫМ ГТД В РОССИИ
ПЕРСПЕКТИВЫ НИОКР ПО ТАНКОВЫМ ГТД В РОССИИ
Если это там, то почему тут?
(М. Жванецкий, писатель)
Наиболее действенно влиять на мощность, экономичность, вес и габариты танковых ГТД могут повышенные параметры термодинамического цикла (температура газа перед турбиной и степень повышения давления).
В 1976 г. в СССР началось серийное производство танковых газотурбинных двигателей — ГТД-1000Тдля танка Т-80 с допустимой рабочей температурой газов перед турбиной 967°С [31].
С того времени двигателестроители завода имени В.Я. Климова (г. Санкт-Петербург) сумели (или сочли возможным) поднять температуру газов у ГТД-1000ТФ (мощность двигателя 1100 л.с.) до 997°С, т.е. на 30°С; у ГТД-1250 (мощность 1250 л.с.) до 1067°С, т.е. еще на 70°С; у ГТД-1400 (серийный двигатель ГТД-1250 с кратковременным форсированием мощности до 1400 л.с.) до 1087°С — еще на 20°С [32].
Конечно, у танкового газотурбинного двигателя должен быть повышенный запас прочности по всем элементам лопаточных машин по сравнению с авиационными двигателями, так как установленный в танк двигатель должен выдерживать высокие ударные нагрузки при выстреле и при движении танка по пересеченной местности. Следует учитывать частые изменения режима работы двигателя, чего нет в авиации, быстрые разгоны и резкие торможения с помощью регулируемого соплового аппарата (РСА), сопровождающиеся бросками температуры газов на 60—100°С, большое количество остановок и необходимость частых пусков двигателя, трудности в организации охлаждения коротких лопаток турбины [22]. Но у газотурбинного двигателя AGT-1500, применяемого на американском танке M1 «Абрамс», при наличии тех же факторов внешнего воздействия на двигатель максимальная температура газа составляет 1193°С, т.е. на 226°С выше, чем у ГТД-ЮООТ, или на 126°С больше, чем у ГТД-1250 [22, 33].
Следовательно, причиной, сдерживающей улучшение топливной экономичности ГТД танка Т-80, является не отсутствие соответствующих жаропрочных и жаростойких сплавов или керамических материалов, о чем пишут В. Козишкурт и А. Ефремов (ОАО «Спецмаш») [34], Б.В Овсянников (КБТМ) [35] и профессора Омского танкового инженерного института Н.И. Прокопенко и А.А. Соловьев [20]. Ограничение роста температуры газов перед турбиной ГТД танка Т-80 вызвано стремлением исключить плавление и отложение пыли в проточной части двигателя, приводящее к ненормальной работе двигателя и резкому ухудшению его характеристик. Этот недостаток отечественного ГТД танка Т-80 является платой за столь сильно рекламируемую компактность МТО и применение необслуживаемого бескассетного воздухоочистителя.
Вспомним, что при эксплуатации танка Т-80У в условиях жаркого климата пустынно-песчаной местности ГТД переводится на режим «Пустыня», ограничивающий подачу топлива в двигатель с целью уменьшения температуры газа ниже температуры плавления компонентов пыли (температура плавления этих компонентов у туркменской пыли около 925°С) [36] с неизбежной при этом потерей мощности и ухудшением экономичности двигателя. Это объясняет причину возникшего тупика в перспективе дальнейшего улучшения топливной экономичности отечественного ГТД танка Т-80У до уровня дизельных танков [37].
Такой же тупик возникает на пути повышения номинальной мощности двигателя. Резервы по повышению КПД газотурбинного двигателя практически исчерпаны, изделия «37» и «73» с осецентробежными компрессорами, имеющие более высокие КПД, представляют собой принципиально новую конструктивную схему ГТД, имеют пониженный ресурс по абразивному износу лопаток осевого компрессора пылью. Уровень температур газа перед турбиной в режиме «Пустыня» не может быть поднят выше планки, установленной для двигателей ГТД-1000 ТФ и ГТД-1250, либо этот подъем будет несущественным, хотя уровень рабочих температур газа, допускаемых в современных авиационных ГТД, способен полностью расплавить любые пыли, встречающиеся в эксплуатации, даже кварцевые (!) (температура полного расплавления кварцевой пыли 1460-1б80°С) [36].
Титульный лист отчета о завершении работ по экспериментальному образцу танка «Объект 167Т» с ГТД-ЗТ
А.С. Ефремов, возглавлявший работы в Туркмении в поисках защиты ГТД от пылевых отложений, после того, как были испробованы все экзотические мероприятия, назвал еще одно, может быть, самое главное… Вот как об этом он вспоминает: «Апробированные способы «лечения» не давали эффекта… Глубокий анализ причин пылевых отложений приводил к выводу — надо снижать температуру газа перед сопловым аппаратом ориентировочно градусов на 40—50. То есть уйти за пределы температур начала плавления пылевых частиц (967°С — 50°С = 917°С. — Прим. авт.) С тех пор появился специальный тумблер на РТ (регулятор температур), переключающий на более низкие температуры регулировку газов двигателя при его работе при лессовой запыленности» [38]. Тот же А. Ефремов вкупе с В. Козишкуртом пишут: «Расчеты показывают, что при доведении температуры газов на входе в турбину до 1316—1370°С (что возможно при применении керамических материалов) реально получить расход топлива до 86 г/кВт?ч (117 г/л.с.?ч), а тепловой КПД 53%. Что меняет представление об экономичности газовой турбины» [34].
Компоновка МТО «Объект 167Т»
Силовая установка танка «Объект 167Т»
Продольный разрез двигателя ГТД -1000ТФ
Это ничего не меняет в нашем представлении об экономичности виртуального двигателя, скажем мы, так как истинная экономичность при эксплуатации танка на южных границах нашей страны будет зависеть от максимальной температуры 917°С. Зато меняется наше отношение к опытному инженеру и, как видно, большому ученому А.С. Ефремову, который не только не признает, что применяемая в танке Т-80 система воздухопитания двигателя с бескассетными воздухоочистителями препятствует применению современных технологий по повышению эффективных показателей ГТД (мощности и экономичности), но пытается убедить заказчика в перспективности работ по созданию более мощных и экономичных танковых двигателей в принятой схеме системы воздухопитания. Конечно, в рекламных целях и при демонстрации скоростных характеристик танка Т-80У на выставках вооружений можно говорить о достижении мощности ГТД — 1400 л.с., но только с оговоркой — режим «кратковременный». Остается задуматься над вопросом: в каких регионах мира могут находиться будущие театры военных действий с применением газотурбинных танков?
Неужели только в центре России?!
В послесловии к своей статье В. Козишкурт и А. Ефремов еще раз подчеркнули особую роль в системе вооружения России танка Т-80, который, «опередив свое время, ворвался в XXI век с огромным, неисчерпаемым потенциалом. С точки зрения политики активной обороны, провозглашенной специалистами, потенциальных источников будущей войны, климатических и географических особенностей отечественных регионов (выделено нами), ГТД является сегодня идеальной энергетической установкой для танков настоящего и будущего» [34]. Обращаем внимание читателя на то, что впервые создатели танка Т-80 публично признались в ограниченной возможности применения этого танка — только на территории России.
Между тем заказчик ставит вопрос перед российскими танкостроителями о том, чтобы отечественные танки были конкурентоспособными на мировом рынке вооружений.
Это увеличивает загрузку отечественных танковых заводов экспортными заказами, обеспечивает совершенствование конструкции и технологии изготовления танков, и, что крайне важно, снижает их стоимость. Ну а как отнестись к заявлению о том, что «ГТД является сегодня идеальной энергетической установкой для танков настоящего и будущего», свидетельствуют материалы конференции «Броня-2002», прошедшей в Омске. В решении этой конференции, участие в которой принимал генеральный заказчик, поставлена задача перед разработчиками Т-80 и танкового газотурбинного двигателя о создании принципиально новой силовой установки, оснащенной газотурбинным двигателем с теплообменником (как на американском танке M1).
Во-первых, это является признанием несостоятельности ранее взятого курса на создание малогабаритного МТО танка Т-80 с бескассетным ВО. Во-вторых, требует обязательной установки воздушных фильтров высокой очистки и резкого наращивания объемов МТО до 5,8 м3. Такое копирование автоматически перенесет на отечественный перспективный танк все известные недостатки «Абрамса» и приведет к беспрецедентному по объему выделению средств, рассчитанному на десятки лет.
Хочется верить, что наша публикация побудит специалистов задуматься и затем внятно и честно ответить на вопрос: на развитие, совершенствование и производство каких танков — дизельных или газотурбинных — должны быть направлены сегодня средства Министерства обороны России?
Было бы безумием пойти по американскому пути, имея уже на вооружении России 14 модификаций танков семейства Т-80 [39], миллиарды затраченных средств и несколько десятилетий напряженной работы многих предприятий страны, чтобы клонировать его рождение еще раз с узнаваемыми признаками американского танка «Абрамс».
МТО танка Т-80БВ с ГТД-1000ТФ