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 (t_ВС³55⁰С).

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 (P_Z), 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 (t_ВС³55⁰С).

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:

ВИЗИТ ПАКИСТАНЦЕВ - ФОТОПРИБОР, ЗИМ СБОРКА 6ТД-2

Т-90С ПРОТИВ Т-84 (СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ)