В планах сторонников ГТД, при выделении финансовых средств на проведение НИОКР, предусматривается возобновление работ по созданию танкового ГТД мощностью 2000 л.с. для нового российского танка [17] и улучшению топливной экономичности до уровней, аналогичных путевой экономичности танка с дизелем [18]. При этом они ссылаются на успешные работы в этих направлениях, проводимые в США [19]. Рассмотрим эти вопросы подробнее. Прежде всего выделим из обсуждения группу мероприятий, разработанных с момента принятия на вооружение танка Т-80 с целью снижения эксплуатационных расходов топлива ГТД на стоянках танка: установку вспомогательного энергоагрегата ГТА-18 для обеспечения электроэнергией потребителей; внедрение системы автоматического включения режима стояночного малого газа. Эти мероприятия нужны и эффективны при проведении боевой подготовки экипажей, но они не определяют путевую экономичность танка. Интересно проанализировать перспективы НИОКР в России и за рубежом по улучшению путевой экономичности танков с ГТД.
ПЕРСПЕКТИВЫ НИОКР ПО ТАНКОВЫМ ГТД В США
Следует признать, что американцы оказались дальновиднее в выборе конструкции силовой установки танка M1 «Абрамс», оснастив ГТД теплообменником и двухступенчатым воздухоочистителем с барьерным фильтром. Ничто не мешает им продолжать НИОКР по повышению мощности и улучшению топливной экономичности ГТД традиционными способами — за счет повышения параметров термодинамического цикла, используя последние научно-технические достижения в области материаловедения и технологии производства авиационных двигателей, так как у них отсутствует проблема отложений расплава пыли в проточной части двигателя. Конструкция танка M1 «Абрамс» с газотурбинной силовой установкой в принятой концепции (наличие у ГТД теплообменника и двухступенчатого воздухоочистителя), таким образом, соответствует требованиям Министерства обороны США к сухопутным войскам первой четверти XXI века. Главным из них является способность выдвижения в любое место мира и проведение операций в любых условиях обстановки: «от действий на открытой местности до ведения действий в сложных условиях (в городе, в горах, в пустынях и т.п.)» [15].
Однако среди многих тысяч типов и наименований поршневых двигателей, применяемых для гражданской наземной транспортной и боевой колесной, гусеничной техники за всю историю развития мирового двигателестроения, два серийно освоенных газотурбинных двигателя (американского танка M1 «Абрамс» и российского танка Т-80) выглядят как белые вороны. Это наводит на мысль, что недостатков у наземных ГТД существенно больше, чем достоинств.
Уводя читателя от этой опасной мысли, сторонники танка Т-80 [20] объясняют крайне ограниченное внедрение ГТД в наземную технику в ряде высокоразвитых стран отсутствием должного внимания к созданию и развитию специальных ГТД, из-за чего якобы «… у них и не сложилась инженерная, конструкторская, производственная и научная базы».
Тот, кто следит за историей развития наземной транспортной и боевой техники, знает, что это утверждение не соответствует действительности.
В Германии, Англии и США раньше других стран развернулись работы по созданию газотурбинных двигателей в интересах авиации. Там же (также раньше, чем в других странах) начали рассматривать возможность применения ГТД на танках [21—23].
К 1956 г. были проведены испытания гусеничного бронетранспортера, буксирного тягача «Кенворт», легкого танка М41. С 1956 г. за 5 лет в США, Англии и Швеции было изготовлено и испытано 12 разных объектов с ГТД (седельный тягач «Турботитан», гусеничная амфибия LVTPX-10, гусеничная САУ «Скорпион», 150-мм САУ, 40-тонный грузовой автомобиль и др.) [23].
Как известно [21], большинство стран осознанно отказались от работ по танковым ГТД, хотя имеют прекрасную производственную базу, технический опыт и ведут изготовление газотурбинных двигателей для ряда отраслей техники.
Например, мировой лидер танкового дизелестроения фирма MTU (Германия) наряду с изготовлением танковых дизелей активно производит ГТД для других отраслей. Авторитет Англии как мирового лидера в производстве газотурбинных двигателей также не вызывает сомнений.
Фирмой MTU были разработаны силовые установки с оригинальными ГТД для наземных машин разной массы, производились интенсивные исследования и испытания, в том числе прямое сравнение силовых установок с ГТД и дизельным двигателем для основного боевого танка (ОБТ) [24], но работы были прекращены как неперспективные.
Несколько десятилетий ведутся работы по применению ГТД в автомобилестроении в Швеции (Volvo, United Turbines), Италии (Fiat), Японии (Nissan), ФРГ (MTU, DaiM1er-Benz, Volkswagen), США (Ford Motor) [25-28].
Несмотря на то, что условия работы автомобильных ГТД по сравнению с танковыми можно назвать «тепличными», серийные ГТД в автомобилестроении не появились до сих пор, как не востребованные по совокупности достигнутых параметров. Аналогичная ситуация сложилась и в морском транспорте.
«Повышение конкурентоспособности дизельных установок (ДУ) в условиях непрекращающегося роста цен на топливо явилось основной причиной укрепления их позиций в качестве главного двигателя (ГД) на морских судах. Газотурбинные установки (ГТУ), …начиная с 1979 г. вообще не использовались на судах новой постройки» [29].
Не оправдал возлагавшихся на него надежд новейший газотурбинный двигатель LV-100, вобравший в себя все новейшие достижения в области наземных ГТСУ, предназначенный для замены серийного танкового AGT-1500 и ставший своеобразной иконой для российских сторонников танкового ГТД. Декларировавшееся ранее утверждение, что он превзойдет по топливной экономичности дизели равной мощности, не подтвердилось реальной эксплуатацией. ГТД LV-100 сохранил неблагоприятную топливную характеристику на частичных и переходных режимах. На холостом ходу расход топлива в 4 раза превысил расход топлива дизелей равной мощности. «Никто не ожидал, что новый двигатель будет иметь неблагоприятную топливную экономичность и оперативную мобильность. А оказалось так», — писал Ричард Огоркевич [30]. По его данным, потребление топлива двигателем LV-100 за сутки боя лишь на 36% меньше потребления топлива двигателем AGT-1500. По другим сведениям [3], замена двигателя AGT-1500 на LV-100 привела к снижению расхода топлива только на 15% (вместо намечаемых 50%).
Поэтому все годы с момента создания танка M1 «Абрамс» в США проводятся работы по созданию альтернативной дизельной установки. Изготовлены и всесторонне испытаны несколько вариантов дизельных силовых установок, по совокупным показателям превосходящие базовую с ГТД. На уровне Конгресса США периодически возникают дебаты о типе силовой установки основного боевого танка (ОБТ). Ситуация побуждается мировым энергетическим кризисом. Даже такая богатая страна, как США, вынуждена считаться с необходимостью экономии топлива. Вопрос о смене двигателя на дизельный сдерживается необходимостью больших затрат (ведь вопрос касается всего парка ОБТ) и наличием обширного промышленного лобби газотурбинного танка. Однако для семейства боевых и специальных машин, создаваемых по программе FCS, в качестве основного двигателя выбран дизельный двигатель 5-го поколения семейства HPD.
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].
