Рубрики

вторник, 29 августа 2017 г.

РАЗВИТИЕ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ТАНКОВ: ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ





РАЗВИТИЕ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ТАНКОВ:
ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ

К. И. Костин, кандидат технических наук, профессор Академии военных наук
Н. И. Прокопенко, кандидат технических наук, профессор Академии военных наук
А. А. Соловёв, кандидат физико-математических наук, член-корреспондент Академии военных наук (Сибирское отделение АВН)

      Военно-политическая обстановка в конце XX и начале XXI века складывается под воздействием сложного процесса политического и экономического переустройства мира с элементами военно-силового давления на некоторые страны. Она характеризуется динамичностью, крайней нестабильностью, возникающей в различных частях земного шара, сохранением напряжённости, периодическим обострением существующих и возникновением новых кризисных ситуаций. При этом возрастает угроза национальным интересам стран, непосредственно граничащих со странами с кризисными ситуациями.
      Следует подчеркнуть, что военно-политическая обстановка на перспективу будет характеризоваться сохранением и расширением потенциально кризисного пространства (Балканы, Кавказ, Средняя, Центральная и Южная Азия, Ближний и Средний Восток), повышением в нём уровня региональной конфликтности на экономической, этнической, территориальной, конфессиональной и иной основах. Многие из этих стран имеют непосредственно границу с Россией или связанны с ней политическими и экономическими соглашениями. Быстрое экономическое развитие стран Юго-Восточной Азии (прежде всего Китая и Японии) стимулирует стремление этих стран решить свои демографические проблемы за счёт территории России. В настоящее время эта проблема первоначально решается в скрытом виде путём освоения Дальнего Востока китайцами. Возникшая там впоследствии "пятая колона" будет способствовать притязаниям Китая на Дальний Восток, а в дальнейшем и на Сибирь.
      Общий прогноз развития военно-политической обстановки в мире свидетельствует о сохранении высокой вероятности возникновения локальных вооружённых конфликтов у границ России. Втягивание Вооружённых Сил РФ представляется возможным как непосредственно для отражения агрессии, так и косвенно в рамках принятых на себя международных обязательств. России могут быть навязаны войны на южных и восточных ТВД, где главная ставка потенциальным противником будет сделана на массированное применение сухопутных войск.
      В характере возможных войн и вооружённых конфликтов, в обозримой перспективе, следует ожидать значительных изменений. Военные действия в будущих войнах будут вестись по законам и правилам той стороны, которая в наибольшей степени подготовлена к реализации на практике самых передовых достижений в военной и технологической областях. Однако контуры вооружённой борьбы будущего ещё достаточно чётко не определились.
      На такой неопределённости характера будущих войн и конфликтов в научных изданиях ведётся дискуссия о роли танков в перспективе. При этом высказываются взаимоисключающие мнения. Однако следует учитывать, что танковые формирования составляют сегодня основу большинства региональных группировок сухопутных войск. Они являются основой мобильных сил наиболее развитых государств. Боевые гусеничные и колесные машины признаны главными боевыми средствами сухопутных войск, но лидером этой группы является танк. Доля танковых соединений в армиях наиболее развитых стран составляет от 40-50 процентов (США, ФРГ) до 70 процентов (Великобритания) числа общевойсковых соединений. Учитывая это, в военных зарубежных изданиях много внимания уделяется обсуждению будущего бронетанковых войск, их роли и места в военных конфликтах.
      Напомним, что одним из уроков войны арабо-израильской войны 1967 года явилась тенденция значительного повышения возможностей авиации по борьбе с малоразмерными (точечными) наземными целями, в том числе с боевыми бронированными машинами. В ходе войны не получила поддержки и развития идея перехода бронетанковых войск на более легкие и мобильные машины. Опыт показал обратное: высокая подвижность танков на поле боя не должна противопоставляться их броневой защите. В составе израильских войск были легкие танки АМХ-13 французского производства с максимальной скоростью 65 км/ч и английские, значительно менее скоростные, но сильнее бронированные танки "Центурион" (максимальная скорость - 34,6 км/ч). Последние на поле боя были более подвижными, поскольку маневр легких танков заканчивался за первым же искусственным или естественным укрытием, до которого удавалось добраться под огнем противника.
      Таким образом, в современных операциях, как и прежде, танковые войска играют решающую роль. Без их участия не имеют логического продолжения и успешного завершения самые великолепные действия авиации, флота, ракетных войск и т.д. Только танки в тесном взаимодействии с пехотой и другими родами войск способны обеспечить окончательный разгром противника, достижение целей войны (если эти цели решительны).
      Внедрение достижений современной технологии в танкостроение позволит танкам в обозримом будущем сохранить роль одного из ведущих боевых средств в системе вооружения сухопутных войск.
      Ведущие специалисты танкопроизводящих держав считают, что мировое танкостроение вступает в новую фазу развития. В данной обстановке важно не упустить время, чтобы серьезно не отстать в развитии и не упустить приоритет на мировом рынке.
      В Советском Союзе сложились три центра танкостроения - Харьков, Ленинград и Нижний Тагил. Каждое конструкторское бюро создавало на протяжении длительного времени по-своему, уникальные танки. Не секрет, что уникальность танков в первую очередь была достигнута за счёт внутренней внешне не наблюдаемой здоровой конкуренции конструкторских бюро, стремившихся наиболее полно реализовать свой интеллектуальный потенциал. Такая здоровая конкуренция в течение длительного времени позволяла Советскому Союзу занимать лидирующее положение в области танкостроения. Однако, сам факт, что в СССР тремя заводами выпускались танки различных конструкторских бюро, иногда приводил к вопросу о целесообразности иметь на вооружении различные модификации танков.
      В настоящее время высказывается мнение, что наличие на вооружении нескольких модификаций танков крайне затрудняло решение вопросов снабжения войск запасными частями и организацию ремонта. Однако такую точку зрения нельзя считать обоснованной.
      Напомним, что средний танк Т-64А (объект 434) был принят на вооружение в 1967 году. На нем была установлена мощная гладкоствольная пушка Д-81 (2А46) калибра 125 мм, подкалиберный снаряд которой имел начальную скорость 1800 м/с (самый высокий показатель в мире), а кумулятивный - 905 м/с. В то время в стране не было танка, наиболее приспособленного вести боевые действия в условиях противоборства двух политических систем. Другого такого танка в СССР не было.
      Таким образом, танк Т-64А являлся лишь более высокой ступенью в развитии танкостроения в стране. По боевым свойствам в стране не было равного танка. Поэтому наряду с танком Т-64А на вооружении армии находились более ранние модификации танков. Вместе с тем, его появление подталкивало другие конструкторские бюро идти по пути создания более новых модификаций танков.
      Однако, при всех положительных качествах, машины семейства Т-64 имели и ряд недостатков: довольно дорогой двигатель, недостаточно хорошие пусковые качества (особенно в условиях низких температур), высокая чувствительность к пыли (предрасположенность к пылевому износу воздушного тракта и цилиндропоршневой группы), относительно высокий расход топлива.
      С учетом перечисленных и некоторых других недостатков, устранить которые в данной конструкции было весьма затруднительно, совершенно естественным выгладит желание использовать хорошо зарекомендовавший себя 4-х тактный V-образный двигатель, долгие годы использовавшийся на наших танках. Так в 1973 году был принят на вооружение танк Т-72 "Урал". В этом танке было реализовано все лучшее, что имел Т-64А, однако Т-72 "Урал" сильно отличался от Т-64А конструктивно. Его ходовая часть также имела по шесть опорных катков, но по три поддерживающих ролика на сторону. Катки были обрезиненные и имели больший диаметр - 750 мм на Т-72 против 560 мм на Т-64А. Подвеска индивидуальная, классическая для советских танков, с длинными (во всю ширину корпуса) торсионами, обеспечивающая большой динамический ход опорных катков. Гусеничные цепи собраны из литых траков с резинометаллическими шарнирами.
      По боевым свойствам танки Т-64А и Т-72 были равными. Следовательно, танк Т-72 можно считать некоторой модификацией танка Т-64А. При этом танк Т-72 не привносил в развитие танкостроения никаких новых решений. Его создание в первую очередь было ориентировано на поставки в страны Варшавского договора при минимальных затратах финансовых средств.
      С точки зрения заложенных конструктивных решений по МТО танк Т-72 по сравнению с танком Т-64А был шагом назад. Для соединения коробок передач с двигателем пришлось применить вертикальный редуктор, отдаленно напоминающий известную "гитару" танков первого послевоенного поколения. Коробки передач соединены между собой поперечным валом. А привод вентилятора системы охлаждения осуществляется от редуктора через карданный вал. Из-за наличия вентилятора кормовая часть корпуса Т-72 несколько длиннее, чем у Т-64А, а кормовой броневой лист имеет обратный наклон. Конструкция системы охлаждения не позволяет изолировать радиаторы от моторно-трансмиссионного отделения. В результате чего преодоление водных преград по дну можно осуществлять только после герметизации крыши МТО, что ограничивает время движения под водой из-за опасности перегрева двигателя.
      Однако с течением времени стало ясно, что боевая эффективность танка Т-72 не может быть увеличена без комплексного решения проблем моторно-трансмиссионной установки. Практика показала, что мощность двигателя В-46 (В-84) может быть увеличена путём форсирования до 736 кВт (1000 л.с.). В то время все главные танкопроизводящие страны перешли на использование в танках двигателей мощностью более 736 кВт, а то и более 1000 кВт.
      Для увеличения мощности двигателя потребовалось увеличить цикловые подачи топлива. Для сгорания топлива потребовалось большее количество воздуха. Для этого применили наддув двигателя. Однако применение наддува с промежуточным охлаждением воздуха без повышения КПД двигателя привело к передаче большого количества тепловой энергии в охлаждающую жидкость. В связи с этим возникли проблемы по системе охлаждения двигателя. При этом по глубине радиаторы достигли своего предела. Требовалось увеличить фронт радиаторов, что ведёт к увеличению общих размеров МТО танка. Этот путь был неприемлем. Интенсифицировать работу системы охлаждения можно также увеличением расхода охлаждающего воздуха через радиаторы. Для этого требуется увеличить размеры или частоту вращения вентилятора. В первом случае затраты механической энергии на привод вентилятора увеличиваются пропорционально диаметру вентилятора в квадрате, а во втором случае - пропорционально частоте вращения в кубе. Как видно, эти пути также не совсем рациональны. Применение охлаждения надувочного воздуха только ухудшает решение этой проблемы из-за преобразования механической энергии в тепловую форму с последующей её передачей в охлаждающую жидкость. При этом следует отметить, что поршневой двигатель крайне чувствителен к перегреву, в результате которого он практически выходит из строя.
      Вероятно по этой причине конструкторы двигателей типа УТД в настоящее время не реализуют наддув, стремясь сохранить высокие динамические качества безнаддувных двигателей.
      Таким образом, ограниченные энергетические возможности двигателей типа В-84 поставили задачу разработки для танка двигателя мощность более 1000 кВт. Если решение этой проблемы в рамках двигателей серии В-84 (В-92С2) является весьма трудной задачей, то достижение мощности 1500:2000 кВт становится невозможным. При этом возникают дополнительные проблемы по системе охлаждения, решение которых крайне затруднено в рамках данного типа силовых установок. По мере форсирования вероятность перегрева поршневого двигателя увеличивается, особенно в районах с жарким климатом.
      Двигатели типа В-2 и 2В являются четырёхтактными. Рабочим является только один такт, а остальные три - подготовительные. Чем больше частота вращения коленчатого вала двигателя (чаще впрыск топлива), тем больше его мощность при прочих равных условиях. Однако, из-за проблем, связанных с ухудшением смазки трущихся деталей и усилением динамических нагрузок на детали, с 30-х годов прошлого века частоту вращения коленчатого вала двигателя типа В-2 не удаётся увеличить более 2000 мин-1. По этой причине двухтактные двигатели 5ТДФ и 6ТД имеют лучшие объёмно-массовые и энергетические показатели по сравнению с соответствующими четырёхтактными двигателями В-84 и В-92С2.
      Следует заметить, что применение турбонаддува ухудшает динамические качества поршневого двигателя. Танк с турбопоршневым двигателем обладает худшими динамическими свойствами из-за ухудшения работы двигателя на переходных режимах.
      Несмотря на то, что в двухтактном двигателе рабочий цикл происходит в два раза чаще, чем в четырёхтактном двигателе, его энергетические возможности по известной причине также невозможно реализовать полностью.
      Высокие энергетические показатели силовых установок танков могли быть достигнуты путём использования двигателей с непрерывным процессом преобразования энергии из тепловой формы в механическую форму. Непрерывное преобразование энергии из тепловой формы в механическую форму происходит в газотурбинном двигателе (ГТД). Танк с ГТД-1000, именуемый Т-80, был принят на вооружение Советской Армии в 1976 году. Этим достижением была вписана новая страница в историю отечественного танкостроения.
      В 1985 г. на вооружение была принята последняя модификация танка Т-80 - Т-80У. За счет установки в него газотурбинного двигателя ГТД-1250 мощностью 920 кВт (1250 л.с.) удалось еще более усилить защищенность танка. Основные преимущества ГТД перед поршневыми двигателями заключаются в следующем:

  • значительно большие энергетические возможности при прочих равных объёмно-массовых показателях;
  • высокие габаритно-массовые показатели;
  • способность работать на различных сортах топлива без ограничения по времени;
  • отсутствие жидкостной системы охлаждения;
  • полная изоляция газовоздушного тракта от МТО;
  • равномерность вращения выходного вала;
  • возможность полной автоматизации управления двигателем и силовой установкой в целом;
  • лучшие пусковые свойства при отрицательных температурах;
  • лучшая экономичность по расходу масла;
  • возможность модульного построения;
  • психологическая стабильность работы экипажа из-за малой вероятности остановки двигателя в тяжёлых дорожных условиях, что повышает маневренность и защищённость танка на поле боя.
      Основным недостатком ГТД является его низкая экономичность (высокий удельный расход топлива). Это обусловлено ограничением максимальной температуры газа перед турбиной по причине ограниченности термической прочности материала лопаток. Относительно низкая экономичность ГТД привела к ограничению маршевых возможностей танков Т-80. Проблему экономичности можно решить путём применения теплообменников. В настоящее время экономичность транспортных ГТД почти сравнялась с экономичностью поршневых ДВС. При этом следует заметить, что в связи с изменившейся военной доктриной России, маршевые возможности танков не являются преобладающим фактором в оценке степени совершенства силовой установки. С течением времени были решены проблемы очистки воздуха от пыли и удаления пылевых отложений из элементов проточной части.
      Таким образом, на вооружении российской армии находятся в настоящее время две модификации танков (Т-90 и Т-80У) с различными силовыми установками, боевая эффективность которых примерно равна. По стоимостному показателю преимущество имеет танк Т-90, как более дешёвый в производстве. Вместе с тем данная проблема может быть решена в ходе серийного производства.
      Танк Т-90 является модернизированным вариантом танка Т-72Б и по боевой эффективности практически не может быть признан перспективным образцом. Силовая установка танка представляет собой классический вариант с поперечным расположением двигателя, который обладает ограниченными компоновочными возможностями. Силовая установка из-за определённого положения коленчатого вала двигателя не может быть создана в едином силовом блоке (двигатель, системы и трансмиссия), так как для привода ведущих колёс машины требует дополнительных промежуточных агрегатов и узлов.
      Вместе с тем в настоящее время основные танкопроизводящие страны формируют новую концепцию перспективного танка. Данная проблема стоит и перед Россией.
      Опыт локальных войн и конфликтов показывает, что наиболее характерным объектом поражения танка является силовая установка (в первую очередь радиаторы системы охлаждения). С точки зрения перспектив развития танков в этом случае более предпочтительным является вариант танка с ГТД. Отсутствие традиционной системы охлаждения делает его МТО менее уязвимым сверху. При этом отпадают вопросы контроля и обслуживания системы охлаждения.
      Таким образом, отсутствие жидкостной системы охлаждения повышает живучесть танка с ГТД на поле боя.
      Важным достоинством ГТД является моноблочная конструкция, позволяющая заменять двигатель в относительно короткое время при отсутствии жёстких условий на центровку валов.
      Прогнозы отечественных и зарубежных политиков и специалистов указывают на то, что в мире будут возникать и в дальнейшем локальные войны и конфликты на различной почве, разрешение которых требует решительных действий войск. Для решения таких задач потребуются мобильные воинские подразделения, оснащённые высокоскоростными боевыми и вспомогательными машинами. Если раньше, исходя из существовавшей тогда концепции применения танковых войск, на первое место ставились маршевые возможности танков, то в настоящее время в боевых условиях на первое место выдвигается подвижность и маневренность одиночного танка. Эти характеристики в первую очередь зависят от тягово-динамических свойств двигателя. Более благоприятной характеристикой крутящего момента обладает ГТД, что позволило в танке Т-80 уменьшить количество передач до четырёх (в Т-72 их семь), уменьшив психологическую и физическую нагрузку на механика водителя.
      Опыт локальных войн и конфликтов требует иного подхода к использованию танков. В настоящее время многими специалистами высказывается необходимость создания мобильных подразделений, способных быстро перемещаться и наносить удары по противнику в условиях "партизанской войны".
      По мнению зарубежных специалистов, в недалёком будущем наиболее перспективным вооружением танка станет электромагнитная пушка (ЭМП), появление которой в виде опытных образцов уже ожидается в 2002-2003 году. Для ЭМП требуются мощные источники электрической энергии, обеспечивающие накопление порядка 50:75 МДж энергии в течение очень короткого промежутка времени. Для привода генератора потребуются мощные ДВС. В качестве приводного двигателя ГТД является предпочтительным перед поршневым, так как обеспечивает равномерное вращение выходного вала, в отличие от поршневого двигателя. Уже в настоящее время разработаны ГТД мощностью 1100 кВт и более, обладающие приемлемыми габаритными размерами для установки в танк. При этом накоплен огромный опыт разработки энергоагрегатов различной мощности на базе ГТД.
      Вместе с тем, разработка электромагнитных пушек стимулирует разработку для танка электрической трансмиссии, как одной из наиболее прогрессивных трансмиссий по тяговым свойствам. Компоновочные возможности электрической трансмиссии значительно выше по сравнению с механической. Установка генератора в МТО требует равномерного вращения его якоря. Неравномерное вращение коленчатого вала поршневого двигателя снижает стабильность и надёжность работы генераторной установки и электрической трансмиссии в целом.
      Использование электрических трансмиссий является предпочтительным и с точки зрения расширения функциональных возможностей танков и вспомогательных машин. При ведении боевых действий в зоне локальных конфликтов наряду с быстрым перемещением потребуется проведение комплекса аварийно-восстановительных и иных работ (поисково-спасательных, эвакуационных, строительных, медицинских и др.). В этом случае машина с электрической трансмиссией становится источником электрической энергии, необходимой для работы различного инструмента, который в основном электрифицированный. Это открывает новые возможности для унификации МТО машин различного назначения и адаптации к нему вспомогательных средств. Для проведения технического обслуживания и ремонта танка становится доступным использование различного инструмента в автономном режиме работы генераторной установки. Машины с электрическими трансмиссиями эффективно могут применяться в условиях чрезвычайных ситуаций.
      При этом может быть разработано унифицированное по шасси семейство гусеничных машин с электрическими трансмиссиями с ГТД для использования в различных климатических зонах (особенно в условиях Севера при разработке нефтяных месторождений при отсутствии линий электропередач).
      Благодаря лучшей автоматизации и стабильности работы ГТД (малая вероятность остановки в сложных дорожных и боевых условиях) снижается психологическая нагрузка на механика-водителя.
      Экономический и технический аспект проблемы следует рассматривать на историческом фоне. В области использования ГТД в наземных транспортных машинах приоритет принадлежит России и США. Другие страны (Германия, Англия и Франция) в наземных транспортных машинах не стремятся использовать ГТД. Причина здесь кроется не в техническом, а в историческом аспекте. В ходе исторического развития в этих странах не уделялось должного внимания созданию и развитию ГТД для наземных транспортных, а поэтому в них не сложилась инженерная, производственная и научная база по этому направлению.
      Таким образом, комплексный анализ конструкций танков с различными силовыми установками позволяет отметить, что:

1.      По топливной экономичности поршневой ДВС не имеет решительного преимущества перед ГТД.
2.      С учётом назревшей необходимости перехода танков на использование в перспективе гидрообъёмных и электрических трансмиссии более рациональным является применение в составе силовой установки ГТД.
3.      Применение электрических трансмиссий создаёт оптимальные условия для работы рекомендуемых перспективных информационно-управляющих систем и реализации иных физических принципов в средствах огневого поражения и защиты танков.
4.      В машинах массой (не более 35 тонн), выполняющих вспомогательные функции во время ведения боевых действий, более целесообразным является использование силовых установок на основе поршневых ДВС с использованием механических трансмиссий.
5.      С целью поддержания высокого уровня развития и конкурентоспособности отечественной бронетанковой техники целесообразно продолжить разработку и постановку на производство танков с электрическими трансмиссиями и различными силовыми установками с учётом их применения в определённых по климатическим условиям регионах России.
6.      С целью активного влияния на степень совершенства конструкторской разработки целесообразно регулировать количественно государственный заказ на новые машины с различным конструктивным исполнением силовых установок.
      Таким образом, прогнозирование развития танкостроения в каждой стране должно строиться на основе анализа её политического, экономического, географического положения с учётом достигнутого научного, технического и производственно-технологического уровня. При этом уже сегодня необходимо закладывать в конструкцию будущей гусеничной машины новые технические решения по повышению её огневой мощи, мобильности, информативности, управляемости, эргономичности.


Комментариев нет:

Отправить комментарий

Follow by Email