Танковое двигателестроение 21 века

Если своевременно не форсировать работы по указанным направлениям, а также работы, направленные на упрочнение цилиндропоршневой группы (материалам, конструкции поршней и т.д.), диагностику, высокотемпературное охлаждение, мы можем катастрофически отстать от ведущих зарубежных стран в области танкового двигателестроения.

ФГУП "НИИ двигателей" и ОАО "ВНИИ транспортного машиностроения" постоянно участвуют в проведении указанных работ и неоднократно выходили с предложениями о создании межотраслевой федеральной программы развития двигателей.

Переход России на рыночную экономику в корне изменил ситуацию в области танкового двигателестроения. Его сохранение и развитие в современных условиях возможно лишь при обеспечении рентабельности промышленного производства в данной области техники.

Подобная ситуация, связанная с сокращением военных заказов, после окончания "холодной войны" сложилась в конце 1980-х годов и у зарубежных двигателестроительных фирм. В этих условиях при малой потребности в специальных танковых двигателях в мирное время их производство является заведомо нерентабельным, что приводит к потере производственных площадей и не может обеспечить требуемые объемы выпуска для нужд БТТ в особый период. Поиск выхода из создавшегося положения продолжался довольно долго (более пяти лет). В итоге решение проблемы было найдено, и с середины 1990-х годов за рубежом оно активно и успешно претворяется в жизнь.

Крупные зарубежные производители в условиях свертывания военных заказов прибегли к созданию двигателей, отвечающих так называемой "военно-гражданской" концепции.

Данная концепция предполагает изначальную разработку конструкции двигателя, которая при сохранении неизменными в ней размерности цилиндров, межосевого расстояния, деталей кривошипно-шатунного механизма, остова и некоторых других основных элементов может быть при необходимости трансформирована в гражданские или специальные военные модификации, удовлетворяющие ТТТ соответствующей области применения.

Такие двигатели составляют обычно единое семейство унифицированных многоцелевых двигателей или, как их еще называют, двигателей двойного назначения (ДДН). Иногда приходится слышать даже от руководителей высокого отраслевого ранга, что "целесообразность применения ДДН, особенно для БТТ, является спорной". Она не спорна, она - единственно возможна. Подтверждением сказанному являются ДДН серии "Кондор" фирмы "Перкинс", дизели серии "2000" фирмы МТU и последняя ее совместная с фирмой DDK разработка - дизели ряда "890".4

Таким образом, перспективные отечественные танковые дизели должны быть специальными военными модификациями двигателей двойного назначения - ДДН.

Необходимо остановиться еще на одном концептуальном направлении развития танковых силовых установок.

Танковый двигатель в силу особенностей его эксплуатации работает на резко переменных режимах как по нагрузке, так и по частоте вращения.

Значительную долю по времени составляют тормозные режимы, а также работа на стояночных режимах (режимах "малого газа"). Все это связано с нерациональными потерями энергии, снижение которых возможно при введении в состав моторно-трансмиссионной установки накопителя (аккумулятора) энергии - механического или электрического (электрохимического, индуктивного, конденсаторного) в сочетании с электрической, электромеханической или механической трансмиссиями. Такие силовые установки, включающие в себя связанный с генератором тепловой двигатель (ГТД или ТПД), накопитель электрической энергии и трансмиссию, называют гибридными электрическими силовыми установками (ГЭСУ). Применение накопителя позволяет стабилизировать работу двигателя, аккумулировать избыточную энергию, в том числе регенерировать энергию торможения, а затем расходовать ее по мере необходимости. Отсутствие в ГЭСУ механической связи между двигателем и ведущими колесами (благодаря электроприводу) позволяет обеспечить работу двигателя на режимах, близких к режимам максимальной топливной экономичности, а наличие накопителя энергии - снизить требуемую агрегатную мощность двигателя в 1,5 раза. Это открывает дополнительные возможности в создании новых перспективных танковых двигателей.

В настоящее время создание силовых установок с гибридным электрическим приводом является одной из основных тенденций перспективного развития зарубежного танкового и транспортного двигателестроения. Во избежание отставания от мировых тенденций отечественные танковые двигатели должны разрабатываться с перспективой использования в составе ГЭСУ. 
В заключение следует упомянуть еще одно концептуальное требование.

Общепринятой мировой практикой является создание СУ танков в агрегатированном (блочном) исполнении. В отечественном танкостроении это не является новостью. Эта концепция была реализована, например, при создании газотурбинной СУ танка Т-80, однако для СУ с ТПД отсутствие указанного агрегатирования приводит к существенному возрастанию времени демонтажа и замены СУ, что не соответствует мировым нормативам. Поэтому перспективная отечественная танковая СУ должна быть полностью агрегатированной.

Подводя итог, можно предположить, что перспективный отечественный танковый двигатель должен соответствовать следующим требованиям:

• быть представителем нового семейства унифицированных транспортных дизелей двойного назначения, состоящих из 4-, 6-, 8-, 10- и 12-цилиндровых V-образных двигателей;
• иметь размерность S/D, приемлемую для гражданских транспортных дизелей;
• обладать уровнем основных мощностных, массогабаритных и топливоэкономических показателей, определяемых концепцией и техническими требованиями к перспективным ББМ;
• быть оборудованным высокотемпературной двухконтурной системой охлаждения;
• иметь систему подачи топлива с электронным управлением;
• быть оборудованным системой наддува от свободного турбокомпрессора (или нескольких таких устройств) с регулируемой турбиной и охлаждением наддуваемого воздуха;
• обладать системой контроля технического состояния и диагностирования;
• иметь электронное регулирование и управление силовым блоком;
• работать в составе гибридной электрической силовой установки5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава II. Танковое двигателестроение 21 века.

 

2.1. Тенденции   развития  двигателей двойного назначения для бронетанковой техники.

В последнее время зарубежные специалисты рассматривают возможность на бронетанковой технике дизельных двигателей гражданского назначения. Этому, однако, препятствуют существенные их отличия по параметрам и конструкции от военных.

 

 

 

 

 

                                                Рис 1.

За рубежом после второй мировой войны разрабатывались специальные дизельные двигатели: в США - AVDS-1790 (фирмы «Теледайн континенталь»), в ФРГ - семейство МВ-837 (рис. 1, «Даймлер Бенц», с 1969 года преобразована в MTV), в Великобритании - L-60 («Лейланд»), во Франции - HS-110 («Испано-Сюиза»). Они стали первым поколением танковых дизелей, резко отличавшихся от двигателей гражданского назначения. Создаваемые в соответствии с жесткими техническими требованиями, максимально полно учитывающими специфику работы в боевых машинах, эти дизельные двигатели так же, как и последующие модели второго и третьего поколений, обеспечили необходимые предпосылки для дальнейшего развития танков и боевых бронированных машин.

В последние годы данную проблему стали рассматривать в двух аспектах:

• возможность конверсирования военных двигателей в гражданские и наоборот;
• создание так называемых многоцелевых двигателей.

Для более полного ее понимания необходимо рассмотреть соответствующие технические требования, а также возможности их реализации при создании двигателей танков и бронированных машин.

Общими техническими требованиями к двигателям двойного назначения являются топливная экономичность, надежность, ресурс работы, пусковые качества, простота обслуживания и легкость ремонта. В частности, для двигателей военного назначения чрезвычайно важны малые габариты и небольшая масса при требуемой для данного класса машин мощности, способность успешно работать в экстремальных условиях (большие ударные нагрузки, высокая запыленность воздуха, высокогорная местность и т. д.), а также возможность использования различных видов топлива. Для двигателей гражданского назначения не менее важными факторами являются экологические характеристики и низкая стоимость, что связано с отсутствием дорогостоящих стратегических материалов.

Таким образом, военные двигатели средней категории не в полной мере соответствуют гражданским как по параметрам, так и по конструктивному исполнению. Да и на практике на них крайне редко применяются дефорсированные военные двигатели. С другой стороны, боевые бронированные машины не всегда могут оснащаться гражданскими двигателями. Попытки разработать танковый двигатель на основе гражданских были, как правило, неудачными. В частности, фирма «Катерпиллер» вела НИОКР по созданию танкового двигателя LVMS-1050 на базе одного из автомобильных.

Легкие двигатели для боевых бронированных машин по параметрам отличаются от гражданских. Конструкция последних может быть несколько усилена за счет применения более прочных материалов для деталей блока цилиндров, поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма, внедрения защитных покрытий и других прогрессивных технологических и конструкторских решений. Все это обеспечивает увеличение мощности некоторых автомобильных дизелей на 40 – 60 %, что в основном будет удовлетворять требованиям, предъявляемым к двигателям для бронированных машин.

В настоящее время в ряде зарубежных стран проводятся НИОКР по созданию многоцелевых дизельных двигателей. Из существующих семейств таких двигателей наиболее известным является серия CV «Кондор», разработанная в начале 80-х годов фирмой «Роллс-Ройс» (Великобритания).

Американская фирма «Камминс», используя технологию двойного назначения, разработала и подготовила к серийному производству новое семейство многоцелевых дизелей - APVS (Advanced Power V Series), удовлетворяющих военным и гражданским требованиям. Оно состоит из шести-, восьми-, десяти- и 12-цилиндровых V-образных унифицированных четырехтактных дизельных двигателей мощностью от 550 до 1320 кВт (табл. 1-3) 6

Таблица 1.

ТАКТИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАРУБЕЖНЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВОЕННОГО И ГРАЖДАНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Технические параметры	Танки и боевые бронированные машины		Гражданские машины
	Средние (45-55 т)	Легкие (до 32 т)	Автомобили большой грузоподъемности	Мощные гусеничные тракторы
Мощность, кВт	800-1100	300-450	220-330	220-370
Габаритная мощность, кВт/м3	400-600	200-260	110-200	110-125
Удельная масса, кг/кВт	1,9-2,2	2,7-3,4	3,4-4,8	4,8-6,1
Удельный расход топлива, г/кВт.ч	238-245	230-238	218-230	225-238
Удельный расход масла (по отношению к расходу топлива), проц.	1-1,5	1-1,5	0,2-0,5	0,3-0,6
Диаметр цилиндра, мм	135-150	130-140	130-140	130-140
Ход поршня, мм	140-160	130-140	130-140	130-150
Рабочий обьем, л	25-30	15	13- 17	15-20
Ресурс до капремонта, ч	2000	2000	6000 - 8000	12000-15000