Рубрики

пятница, 29 марта 2019 г.

КОНЦЕПЦИЯ УКРАИНСКОГО ТАНКОВОГО ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЯ


Н. К. Рязанцев




Танковый двигатель и его системы занимают 30…35% внутреннего объёма танка и оказывают существенное влияние на общую компоновку машины, площадь силуэта, угол склонения пушки, а также на запас хода, подвижность и другие технические характеристики.
Условия работы танкового двигателя существенно отличаются от работы двигателей народно-хозяйственного назначения, т.к. танковый двигатель работает в условиях резко изменяющихся тепловых и динамических нагрузок, высокой запылённости воздуха и температуры окружающей среды, на различных сортах топлива и различных высотах над уровнем моря, в условиях повышенных кренов и дифферентов и т.д.


В силу указанных причин танковый двигатель не может быть универсальным, поэтому разрабатываться он должен специально для танка с учётом особенностей его компоновки и тех преимуществ, которые получает танк в целом.
Учитывая необычность требований к танковому двигателю, при его разработке требуется решать комплекс сложнейших конструкторских и технологических вопросов. Поэтому их созданием и производством занимаются специальные конструкторские бюро и заводы. В Украине разработку танковых двигателей осуществляет Казённое предприятие "Харьковское конструкторское бюро по двигателестроению" (КП ХКБД), а производство – Государственное предприятие "Завод им. В.А. Малышева".
Яркой страницей в истории украинского танкостроения является создание быстроходных дизелей для бронетанковой техники. В ХКБД в довоенное время был впервые в мировой практике создан и поставлен на крупносерийное производство знаменитый четырёхтактный дизель В-2 для легендарного танка Т-34. Дизельный быстроходный двигатель В-2 по праву можно считать выдающимся достижением отечественного двигателестроения. Прошло более полувека с момента принятия его к серийному производству, но его модификации выпускаются и в настоящее время как для военной техники, так и для народного хозяйства. По числу и длительности службы он не имеет себе равных. Дизель В-2 намного опередил своё время и составил целую эпоху в отечественном и мировом двигателестроении.
В послевоенные годы перед ХКБД была поставлена сложная техническая задача по созданию специально для танка дизельного двигателя нового поколения, обладающего высокими технико‑экономическими характеристиками при наименьших габаритах и массе.
Преимущества двигателя должны были рассматриваться на фоне тех преимуществ, которые получает танк. Так, например, двигатель должен иметь минимальную высоту с целью снижения силуэта танка; низкую теплоотдачу в систему охлаждения для создания МТО малого объёма, иметь возможность форсирования по удельной мощности, стабильно работать при высокой температуре окружающего воздуха и т.д.
Был принят смелый и, как показала в последствии жизнь, удачный выбор конструкторского решения - удовлетворить указанные жёсткие требования наиболее полно может быстроходный двухтактный турбопоршневой дизель. Причём, и это особенно необходимо подчеркнуть, выбрана была не просто двухтактная схема дизеля, а схема с противоположно движущимися поршнями.
Такая схема дизеля, что очень важно, лишена одних из главных недостатков при работе других поршневых двигателей - в ней отсутствуют такие теплонапряжённые узлы, как головка цилиндров, газовый стык и выпускные клапаны, сдерживающие форсирование и надёжность работы дизеля. Особенно это проявляется при высоком уровне форсирования (высокой литровой мощности) и работе в условиях жаркого климата (tВС³550С).
При разработке указанного дизеля было заложено ряд прогрессивных конструкторских решений, позволяющих получить очень важные качества танка.
1. Схема (как указывалось выше) с противоположно движущимися поршнями без газового стыка и несущими стальными анкерами (болтами), полностью разгружающими блок от сил давления газа (PZ), позволившая выполнить блок из лёгкого алюминиевого сплава и тем самым существенно уменьшить массу дизеля в целом.
2. Составной поршень с жаропрочной стальной накладкой и неразрезным первым уплотняющим жаровым кольцом, позволяющий организовать протекание рабочего процесса в цилиндрах дизеля с высокой литровой мощностью при повышенных температурах окружающего воздуха.
"Горячие" жаропрочные стальные накладки обеспечивают, кроме существенного повышения работоспособности деталей поршневой группы, также и заметное снижение теплоотдачи в воду (степень адиабативности при этом составляет 32...35%). Низкая теплоотдача в воду позволяет уменьшить объём систем, обслуживающих дизель, что, в конечном итоге, положительно сказывается на создании компактного МТО танка.
Необходимо также отметить, что "горячие" накладки обеспечивают дизелю многотопливность, т.е. работу на дизельном топливе, бензинах и керосине.
3. Отличительной особенностью дизеля является горизонтальное расположение цилиндров, что позволило обеспечить высоту дизеля 581 мм - самую низкую в мировой технике танкового двигателестроения. Такая высота дизеля придаёт особое качество танку - низкий его силуэт.
Горизонтальное расположение цилиндров позволило расположить дизель в танке поперечно, с двухсторонним отбором мощности от коленчатого вала на бортовые КПП без промежуточных звеньев (гитары и редуктора). В выемках, образовавшихся после установки бортовых КПП, с разных сторон дизеля установлены газовая турбина и компрессор наддувочного воздуха, связанные между собой рессорой. Такая компоновка обеспечивает наиболее плотное заполнение рабочего объёма МТО танка.
4. Принципиальным и очень важным аспектом при создании дизеля является то, что его высокий газотурбинный наддув осуществляется без промежуточного охлаждения наддувочного воздуха. Это приводит к существенному уменьшению теплоотдачи в систему охлаждения и упрощению конструкции дизеля и МТО.
Необходимо отметить следующее. С увеличением агрегатной мощности двигателя увеличивается и теплоотдача в воду и масло. При этом рост объёма системы охлаждения опережает рост объёма самого двигателя, что в конечном итоге приводит к увеличению объёма МТО (т.е. при этом объём системы охлаждения является определяющим при разработке МТО). Поэтому в рассматриваемом дизеле приняты меры по существенному снижению теплоотдачи в систему охлаждения за счёт, как указывалось выше, составной конструкции поршня и отсутствия промежуточного охлаждения наддувочного воздуха, а также и путём использования высокотемпературной системы охлаждения. В результате этих мероприятий теплоотдача в двухтактном дизеле не превышает 18% от введенного тепла, тогда как у четырёхтактных она составляет 22...27% (т.е. на 25...45% выше).
Благодаря низкой суммарной теплоотдаче и повышенному расходу газа (на двухтактных дизелях по сравнению с четырёхтактными 25...35% воздуха расходуется на продувку цилиндров) удалось создать компактную эжекторную систему охлаждения за счёт использования энергии отработавших газов (при этом за турбиной создаётся избыточное давление газа в пределах 0,025...0,035 МПа). Такая система автоматически приспосабливается к температуре окружающего воздуха, обладает простотой конструкции и отсутствием подвижных деталей. Использование эжекторной системы охлаждения также приводит к разбавлению выпускных газов воздухом до температуры 2500С, в результате чего улучшаются экологические показатели и практически не остаётся теплового следа танка.
Указанные особенности двухтактного дизеля позволили в результате тесного взаимозаинтересованного сотрудничества конструкторов‑дизелистов (КП ХКБД) и конструкторов‑танкистов (КП ХКБМ) впервые в мировой практике танкостроения создать принципиально новую, чрезвычайно плотную компоновку МТО украинского низкосилуэтного танка нового поколения Т-64 с поперечным расположением двухтактного низкопрофильного быстроходного турбопоршневого дизеля 5ТДФ (рис.1), имеющего объём МТО - 2,64 м3. Танк Т-64, созданный в шестидесятые годы, по удельной мощности МТО (265 л.с./м3) на многие годы опередил зарубежных конкурентов, которые только в девяностые годы приблизились к этому показателю.

Рис.1. Дизель 5ТДФ


Известные танки III-го поколения Т-80УД и Т-84, имеющие высокий рейтинг на мировом рынке, оснащены новыми быстроходными двухтактными турбопоршневыми дизелями 6ТД-1 и 6ТД-2, разработанными  на базе дизеля 5ТДФ (рис.2, табл.1).

Рис.2. Дизель типа 6ТД

Впервые в мировой практике освоены двигатели с уровнем литровой мощности 61,3 и 73,6 л.с./л. Это главное и принципиальное направление работ украинского танкового двигателестроения.
По удельным показателям и компоновочным характеристикам МТО, названных выше танков, не имеет аналогов в мировом танкостроении (удельная мощность МТО составляет 387 л.с./м3 против 333 и 258 л.с./м3 соответственно у танков Леопард 2К и ХМ-1).
Указанные выше показатели по двигателю и МТО возможны только при целенаправленной работе создателей двигателей и танков. Мы являемся единственным предприятием в мире, где история танкостроения и двигателестроения объединены единой идеологией и развиваются параллельно. Эти традиции заложены нашими великими предшественниками Кошкиным М.И., Морозовым А.А., Челпаном К.Ф., Чаромским А.Д. и др. Это великое наше достояние и его следует свято хранить и преумножать.
Высокие уровни форсирования двигателей потребовали создания принципиально нового серийного производства, в котором воплощены элементы авиационного моторостроения: шлифовка зубьев, износостойкие покрытия, приработочные покрытия, отливка жаропрочных деталей, использование высокооборотных подшипников качения и т.д.
Вместе с тем, в процессе создания высокофорсированных двигателей отрабатывались совершенно новые технологические процессы. К примеру, впервые в мировой практике совместно с институтом электросварки имени Э.О. Патона выполнена сварка лопаток и диска турбины с содержанием никеля более 70%.
Создание двигателей 5ТДФ и 6ТД подняло общий технический уровень украинского моторостроения.
Многолетняя войсковая эксплуатация указанных дизелей в составе танков подтверждает их высокую надёжность и долговечность при работе в районах с жарким климатом (tВС³550С).
Итак, украинская концепция танкового двигателестроения, основанная на создании высокофорсированных (за счёт высокого уровня наддува без промежуточного охлаждения наддувочного воздуха) двухтактных дизелей с противоположно движущимися поршнями с высокой литровой и габаритной мощностью, обеспечивающие минимальный объём МТО танка и стабильные показатели при работе с высокой температурой окружающего воздуха, признана мировым танкостроением.
В настоящее время в КП ХКБД разработана модификация трёхцилиндровых быстроходных двухтактных дизелей 3ТД мощностью 300...600 л.с. (рис.3), предназначенных для создания новых и модернизированных лёгких гусеничных и колёсных машин (БТР и БМП).
Используя огромный опыт и научно-технический потенциал, КП ХКБД ведёт работы по дальнейшему совершенствованию характеристик серийных быстроходных дизелей и созданию перспективных танковых дизельных двигателей нового поколения.

Рис.3. Дизель типа 3ТД


 Таблица 1
Основные  параметры  танковых  двигателей

Страна
Украина
Россия
Германия
Англия
Израиль
Франция
Япония
Китай
США
Двигатель
5ТДФ
6ТД-1
6ТД-2
В-84
В-92С2
МВ873 Ка501
МТ883 Ка500
СV12
1200
AVDS 1790-8A
AVDS 1790-9A
UDV 8X1500
10ZG
X150-960
AGT 1500
Тип двигателя
Дизель
Дизель
Дизель
Дизель
Дизель
Дизель
Дизель
Дизель
Дизель 
Дизель
Дизель
Дизель
Дизель
ГТД
Изготовитель двигателя
ПО  “ЗИМ”
ЧТЗ
БЗТМ
MTU
Perkins
General Dynamics
Uni Diesel
Mitsubishi
NORINCO
Laycomming
Основной  танк
Т-64
Т-80УД
Т-84
Т-72
90С
Леопард-2
Леопард-3
Челленд-жер-2
Меркава МК-2
Меркава МК-3
Леклерк**
90
Т-80
М1А Абрамс
Мощность,  л.с.
700
1000
1200
840
1000
опытный
1500
1500
1200
1050
1200
1500
опытный
1500
960
1500
Частота  вращения, мин-1
2800
2800
2600
2000
2000
2600
3000
2300
2400
2400
2500
2600
2200
3000
Диаметр цилиндра, мм
120
120
120
150
150
170
144
135
146
146
142
135
150
-
Ход поршня, мм
2х120
2х120
2х120
180
180
175
140
152
146
146
130
150
160
-
Рабочий объем, л
13,6
16,3
16,3
38,9
38,9
47,6
27,4
26,1
29,3
29,3
16,47
21,5
34,6
-
Число цилиндров
5
6
6
12
12
12
12
12
12
12
8
10
12
-
Расположение  цилиндров
Г ПДП
Г ПДП
Г ПДП
V-60O
V-60O
V-90O
V-90O
V-60O
V-90O
V-90O
V-90O
V-90O
V-60O
-
Давление  наддува, МПа
0,24
0,28
0,32
0,17
1,80
0,248

0,290
0,196

8,0


14,5
Расход  воздуха, кг/с
1,25
1,65
1,80
1,15
1,37
2,14
1,96
1,60


1,95


5,44
Габариты,  мм:           L
1413
1602
1602
1480
1466
1801
1676
1375
1742
1750
1375

1394
1702
B
955
955
955
900
896
1975
950
935
1705
1730
1462

940
990
H
581
581
581
902
1020
1030
824
975
1112
1030
905

950
787
Масса,  кг
1040
1180
1180
1020*
1020*
2590
1800
1880
2223
2223
1650

1600
1197
Литровая  мощность, л.с./л  
51,5
61,4
73,6
21,6
25,6
31,5
54,7
46,0
35,8
41,0
91,0
69,8
27,7
-
Удельная  масса,  кг/л.с.
1,48
1,18
0,98
1,21
1,00
1,73
1,20
1,57
2,12
1,85
1,10

1,67
0,80
Габаритная мощность, л.с./м3
897
1123
1348
700
799
410
1145
960
318
385
824

774
1136
Объем  МТО,  м3:














с  топливом





7,06
5,53
6,00



6,00

6,80
без  топлива
2,60
3,10
3,10
3,10

6,80
4,50
5,00


4,50


5,80
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

 *) без стартер‑генератора
**) вместо дизеля 8Х1500 может быть установлен дизель МТ883 Ка500


По теме:


Комментариев нет:

Отправить комментарий

Follow by Email