Техника и вооружение 2009 07

Характеристика двухвального ГТД позволяла обойтись значительно меньшим количеством передач и тем самым упростить трансмиссию и облегчить управление машиной. Одним из основных недостатков ГТД являлся его низкий КПД и, соответственно, высокий удельный расход топлива. В числе других недостатков данного типа двигателя были: в несколько раз больший расход воздуха и трудности, связанные с очисткой его от пыли; значительно меньшая по сравнению с дизелем приемистость (что делало машину менее управляемой и существенно снижало среднюю скорость движения по пересеченной местности); невозможность торможения машины двигателем без специальных устройств (что также затрудняло вождение). Кроме того, мощность ГТД сильно зависела от температуры и давления окружающего воздуха, от сопротивления на входе воздуха в компрессор и отработавших газов на выходе из турбины, что, в свою очередь, в совокупности с большим расходом воздуха накладывало определенные трудности в обеспечении подводного вождения.

Низкая экономичность ГТД была связана с необходимостью ограничения температуры газов (900-950”С), поступавших на лопатки турбины, из-за сложности их эффективного охлаждения. Ограничение температуры осуществлялось за счет увеличения коэффициента избытка воздуха, величина которого была в 3-4 раза больше, чем в поршневых двигателях, а это увеличивало расход воздуха и затраты на его сжатие в компрессоре. Мощность, потребляемая компрессором, в 1,5-2 раза превышала мощность, снимаемую с вала силовой турбины. Снизить удельный расход топлива (до сопоставимого с аналогичным у дизеля) и повысить экономичность ГТД можно было двумя путями. Первый путь – повышение температуры газов перед турбиной, что требовало или достаточно эффективного охлаждения лопаток турбины, или создания для лопаток нового, более жаропрочного материала. Второй путь – применение теплообменников, работавших по циклу с промежуточным охлаждением. Однако, как показали проведенные НИОКР, размеры теплообменников оказались сопоставимыми с размерами самого двигателя. При использовании теплообменников ГТД терял одно из своих преимуществ – компактность.

Первые зарубежные автомобильные ГТД представляли собой двигатели малой мощности – от 74 до 184 кВт (от 100 до 250 л.с.) - и не годились к установке в объекты бронетанковой техники. Однако в результате испытаний ГТД малой мощности, установленных в опытных автомобилях (первый автомобиль с ГТД фирмы «Ровер» прошел испытания в 1950 г.), был выявлен ряд специфических требований к транспортным ГТСУ по топливно-экономическим, тягово-динамическим и эксплуатационным характеристикам. Эти требования легли в основу последующих НИОКР, которые позволили в 1950-1960-х гг. создать более мощные ГТД – 257-772 кВт (350-1050 л.с.) – для автомобилей различного назначения, колесных и гусеничных тягачей. В ходе выполнения НИОКР осуществлялся поиск оптимальных конструктивных решений, производилась отработка обслуживающих систем (топливной, смазки, воздухоочистки и охлаждения) и основных узлов ГТД (компрессоров, силовых турбин, камер сгорания, теплообменников). Некоторые из этих двигателей прошли испытания в объектах бронетанковой техники. Поэтому отдельные транспортные ГТД, разработанные перечисленными выше фирмами, представляли определенный интерес для отечественных конструкторов.

В Великобритании наибольшую известность получили ГТД 2S/150 мощностью 110 кВт (150 л.с.) фирмы «Ровер» и ГТД фирмы «Остин» мощностью 221 кВт (300 л.с.). Конструктивной особенностью этих автомобильных ГТД являлась установка теплообменников и дросселирующих устройств, поддерживавших высокую экономичность и сохранявших необходимую степень давления на режимах частичных нагрузок и холостого хода за счет количественного регулирования расхода рабочего тела (атмосферного воздуха и газа). В качестве дросселирующих устройств, изменявших сечение проточной части, использовались поворотные направляющие лопатки, устанавливавшиеся на входе или выходе из компрессора, а также поворотные сопловые лопатки турбины высокого и низкого давления. В двигателе фирмы «Ровер» поворотные лопатки размещались во входном патрубке, а в ГТД фирмы «Остин» поворотными лопатками снабжался диффузор центробежного компрессора.

Кроме того, применение поворотных сопл турбины низкого давления позволяло создать тормозящий момент на валу силовой турбины.