Топливо для газотурбинных двигателей

Танк Т-80У с газотурбинным двигателем: вид топлива и технические характеристики

Так уж сложилось, что почти все ОБТ (основные боевые танки) мира имеют дизельный двигатель. Есть только два исключения: Т-80У и «Абрамс». Какими соображениями руководствовались советские специалисты, создавая знаменитую «восьмидесятку», и каковы перспективы этой машины в настоящее время?

Авиационные газотурбинные двигатели

Всем привет! В этой статье я хочу рассказать о том, как работают авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Я постараюсь сделать это наиболее простым и понятным языком.

Авиационные ГТД можно можно разделить на:

• турбореактивные двигатели (ТРД)
• двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД)
• Турбовинтовые двигатели (ТВД)
• Турбовальные двигатели (ТВаД)

Начнём с турбореактивных двигателей.

Газотурбинный двигатель: Устройство и принцип работы

Сегодня среднестатистический обыватель знаком с устройством и принципом работы мотора внутреннего сгорания, а вот газотурбинный двигатель, приводит пользователя в тупик. Тем не менее принцип действия турбинного агрегата намного проще поршневого мотора. Из-за особенностей эксплуатации, первый нашёл применение в авиации, второй установлен на 90% штатных автомобилей.

По классификации, силовая установка относится к тепловым устройствам, поскольку трансформирует выделившийся напор от горения в работу механики. В противовес агрегату с поршнями, проходящее преобразование течёт в непрерывной газовой струе, а это влияет на конструкцию и эксплуатацию. Попытки установить газотурбинный мотор на машины предпринимаются постоянно, однако массового развития идея не получила.

Как функционирует газотурбинный двигатель?

Газотурбинный двигатель — представляет собой тепловой силовой агрегат, который осуществляет свою работу по принципу реорганизации тепловой энергии в механическую.

Ниже подробно рассмотрим, как работает газотурбинный двигатель, а также его устройство, разновидности, преимущества и недостатки.

Что такое газотурбинное топливо и где его используют

Углеводородные газы или жидкое нефтяное топливо, используемые в газовых турбинах (см. Газовая турбина). Газовые турбины. (Природные газы) в основном используются в газовых турбинах, работающих на станциях перекачки магистральных трубопроводов; жидкие газотурбинное топливо — в транспорте (вагоны, локомотивы, суда) и крупных стационарных газовых турбинах.

Дистилляты ГТ из сырой нефти включают дистилляты, полученные при перегонке сырой нефти, переработке продуктов крекинга, дистилляты замедленного коксования мазута и другие продукты вторичной переработки сырой нефти. Основными требованиями к газотурбинному топливу являются низкое содержание ванадия (2-6)-10 -4% и низкая зольность. Присадки добавляются в газотурбинное топливо для уменьшения коррозии лопаток, образования нагара и отложения золы. Промышленность СССР выпускала два типа газотурбинное топливо: — 5 °С (для локомотивных турбинных двигателей) и — 12 °С (для других транспортных и стационарных газовых турбин).

Макет газотурбинного двигателя SGT-400.

Текст ГОСТ 4338-91 Топливо для авиационных газотурбинных двигателей. Определение максимальной высоты некоптящего пламени

ГОСТ 4338-91 (ИСО 3014-81)

Как все начиналось?

А начиналось все в 1932 году, когда в СССР было организовано конструкторское бюро, принадлежавшее Кировскому заводу. Именно в его недрах зародилась идея о создании принципиально нового танка, оснащенного газотурбинной силовой установкой. Именно от этого решения зависело, какой вид топлива для танка Т-80У будет использоваться в дальнейшем: обычный дизель или керосин.

Знаменитый конструктор Ж. Я. Котин, работавший над компоновкой грозных ИСов, в свое время задумался о создании еще более мощных и лучше вооруженных машин. Отчего же он обратил свое внимание на газотурбинный двигатель? Дело в том, что он замыслил создать танк массой в пределах 55-60 тонн, для нормальной подвижности которой требовался мотор мощностью не менее 1000 л. с. В те годы о таких дизелях приходилось только мечтать. Оттого-то и появилась мысль о привнесении авиационных и кораблестроительных технологий (то есть ГДТ) в танкостроение.

Уже в 1955 году началась работа, были созданы два перспективных образца. Но тут выяснилось, что инженеры кировского завода, до того создававшие только двигатели для судов, не в полной мере поняли технологическое задание. Работа была свернута, а потом и вовсе прекращена, так как Н. С. Хрущев полностью «запорол» все разработки тяжелых танков. Так что в то время появиться танку Т-80У, двигатель которого по-своему уникален, было не суждено.

Впрочем, огульно обвинять Никиту Сергеевича в этом случае не стоит: параллельно ему были продемонстрированы и перспективные дизельные моторы, на фоне которых откровенно сырой ГТД смотрелся весьма малообещающе. Да что там говорить, если «прописаться» на серийных танках этот двигатель сумел лишь к 80-м годам прошлого столетия, да и сегодня к таким силовым установкам у многих военных отношение не самое радужное. Нужно отметить, что тому есть вполне объективные причины.

Отличительные черты газотурбинных двигателей

Сегодня наиболее широко подобный тип моторов используется в авиации. Увы, но из-за особенностей устройства они не могут применяться для обычных легковых автомобилей.

По сравнению с другими агрегатами внутреннего сгорания газотурбинный движок обладает наибольшей удельной мощностью, что является его основным плюсом. Помимо этого такой двигатель способен функционировать не только на бензине, но и на множества других видах жидкого горючего. Как правило, он работает на керосине либо на дизельном горючем.

Газотурбинный и поршневой двигатель, которые устанавливаются на «легковушках» за счет сжигания топлива изменяют химическую энергию горючего в тепловую, а затем и в механическую.

Но сам процесс у данных агрегатов немного различается. И в том и в другом движке сначала осуществляется забор (то есть воздушный поток поступает в мотор), затем происходит сжатие и впрыск горючего, после этого ТВС загорается, вследствие чего сильно расширяется и в результате выбрасывается в атмосферу.

Различие состоит в том, что в газотурбинных аппаратах все это проходит в одно время, но в различных частях агрегата. В поршневом же все осуществляется в одной точке, но по очередности.

Проходя через турбинный мотор, воздух сильно сжимается в объеме и благодаря этому увеличивает давление почти в сорок раз.

Единственное движение в турбине это вращательное, когда как в иных агрегатах внутреннего сгорания, помимо вращения коленвала также происходит движение поршня.

КПД и мощность газотурбинного двигателя выше чем у поршневого, несмотря на то, что вес и размеры меньше.

Для экономного потребления топлива газовая турбина оснащена теплообменником — диском из керамики, который функционирует от двигателя с небольшой частотой вращения.

Газовые турбины – газотурбинные двигатели – области применения

Настоящий стандарт устанавливает термины и определения понятий в области стационарных газовых турбин, применяемые в стандартах по газотурбинным установкам, технической документации всех видов и контрактах на поставляемое энергетическое промышленное оборудование. Настоящий стандарт не распространяется на газовые турбины со свободнопоршневыми генераторами газа, установки специального назначения, а также транспортные газотурбинные установки.

Отличительные черты

Как уже говорилось раньше, предпринимались попытки использовать газотурбинный двигатель для автомобиля, однако дальше испытаний дело не пошло. Единственная отрасль, в которой агрегат нашёл применение — авиация.

Если сравнивать газотурбинный мотор с иными силовыми установками, то у первого изделия значение вырабатываемой мощи по отношению к массе больше. Так же плюс в используемом топливе, доведённый до мелкодисперсного состояния, ассортимент воображает, главный вид — керосин и дизель. Но возможно применение: бензина, газа, спирта, мазута, угольной пыли и т.п.

Агрегат с поршнями и газотурбинная установка, это моторы, работающие на основе тепла, преобразующие энергию, выделившуюся при горении в работу механики. Разница между устройствами заключается в течение процесса. В обоих моторах происходит забор и воздушное сдавливание, после чего подаётся порция горючего, затем субстанция горит, увеличивается и сбрасывается атмосферную среду.

В поршневых установках описанные действия происходят в одной точке — камере сгорания, при этом соблюдается очерёдность действий. Для газотурбинного двигателя характерно протекание действий в нескольких частях механизма одновременно.

Что бы понять, как работает газотурбинный двигатель, разделяют этапы протекания процессов, которые в сумме составляют преобразование топлива в работу:

• Подведение горючего и образование смеси.

За счёт прохождения атмосферного воздуха через компрессорное колесо, смесь сжимается в объёме, увеличивая напор, до сорока раз. После происходит перетекание воздуха в горящий объём, куда подаётся и топливо. Перемешиваясь с воздушной массой и сгорая, смесь энергетически преобразуется.

• Энергетическое рабочее преобразование.

Выделившуюся силу переформатируют в работу механики. Для этого используют специальные лопатки, которые вращаются в газовой струе, выходящей с напором.

• Распределение силы.

Распределяя полученную работу, задействуют её кусок в сдавливании очередной воздушной порции, оставшаяся мощь отводится для привода механизма.

Таким образом, видно, что действие газотурбинного устройства сопровождается оборачиванием и это единственное перемещение в установке. Тогда как для других видов силовых агрегатов действию сопутствует перемещение вытеснителя. Учитывая, что габариты и масса газотурбинного агрегата меньше поршневого собрата, а полезный коэффициент и мощь выше, превосходство первого очевидно. Однако увеличенный аппетит и сложность эксплуатации нивелируют преимущества. С целью экономии горючего, установки применяют устройство обмена теплом.

Схема включения в процесс турбины:

Основные свойства топлива, используемого в газовых турбинах

Топливо для газовых турбин в зависимости от условий эксплуатации турбин подразделяется на топливо для стационарных и реактивных двигателей.

Для стационарных двигателей предлагается два вида топлива: ТГВК (высшая категория) и ТГ (обычное).

Реактивное топливо бывает двух видов:

• Для аппаратов с дозвуковой скоростью (T-I, TS-I, TS-2CM, PT).
• Для аппаратов со сверхзвуковой скоростью (Т-5, Т-6, Т-8).

Топливо RT может быть использовано как универсальное топливо, а T-1 должно быть заменено.

Реактивные топлива (авиационный парафин) представляют собой парафиновые фракции первичной перегонки с температурой кипения 150-195 C. Такое топливо должно обладать хорошей испаряемостью, высокой теплотой сгорания и термической стабильностью. Реактивные топлива отличаются от топлив TGAC и TG пониженным содержанием серы.

Заслуживают внимания следующие специфические требования к реактивному топливу: минимальная плотность, максимальная теплота сгорания, максимальное содержание легких фракций и минимальное значение давления насыщенных паров. За рубежом все реактивные топлива для военной и гражданской авиации делятся на три типа:

1. широкофракционный состав с диапазоном кипения 60-30050С,
2. Керосин с диапазоном кипения 70-30000С,
3. Керосин с высокой температурой вспышки (600С), предназначенный для газотурбинных двигателей на судах.

Кроме того, все виды топлива содержат актооксиданты, антикоррозийные вещества, противообледенительные присадки и т.д.

Керосин осветительный — нефтяные фракции, кипящие преимущественно в диапазоне 200-2800 С, используемые в качестве растворителей, топлива, для промывки деталей и стрелкового оружия. Назначение следующее: KO-30 — Керосин осветительный, цифра указывает на высоту невоспламеняющегося пламени в мм,

ТОПЛИВО ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ВЫСОТЫ НЕКОПТЯЩЕГО ПЛАМЕНИ

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ Москва

Продолжение работ

И тут все снова вспомнили о ГДТ, так как родная силовая установка Т-64 уже тогда требованиям времени решительно не соответствовала. Именно тогда Устинов принял решение о создании Т-80У. Основное топливо и двигатель нового танка должны были способствовать его максимально высоким скоростным характеристикам.

Двухконтурный турбореактивный двигатель

ТРДД, прежде всего, отличается от ТРД тем, что имеет два контура: внешний и внутренний. Внутренний контур содержит в себе то же самое, что и ТРД: компрессор (разделенный на КНД и КВД), камеру сгорания, турбину (разделенную на ТВД и ТНД) и сопло. Внешний контур представляет собой канал, с соплом в конце. В нем нет ни камеры сгорания, ни турбины. Перед обоими контурами (сразу после входного устройства двигателя) стоит ступень компрессора, работающая на оба контура.

Не очень понятная картина выходит, да? Давайте разберемся как оно работает.

Схематичная конструкция двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя

Воздух, попадающий в двигатель, пройдя через первую ступень компрессора низкого давления, разбивается на два потока. Одна часть воздуха идет по внутреннему контуру, где происходят те же процессы, которые были описаны, когда мы разбирали ТРД. Вторая часть воздуха попадает во внешний контур, получив энергию от первой ступени КНД (та, которая работает на два контура). Во внешнем контуре энергия воздуха тратится только на преодоление гидравлических потерь (за счёт трения). В конце этот воздух попадает в сопло внешнего контура, создавая огромную тягу. Тяга, созданная внешним контуром, может составлять 80% тяги всего двигателя.

Одной из важнейших характеристик ТРДД является степень двухконтурности. Степень двухконтурности — это отношение расхода воздуха во внешнем контуре, к расходу воздуха во внутреннем контуре. Это число может быть как больше, так и меньше единицы. На современных двигателях это число переступает за значение в 12 единиц.
Двигатели, степень двухконтурности которых больше двух, принято называть турбовентиляторными, а первую ступень компрессора (ту, что работает на оба контура) вентилятором.

ТРДД самолета Boeing 757-200. На переднем плане видно входное устройство и вентилятор

На некоторых двигателях вентилятор приводится в движение отдельной турбиной, которая ставится ближе всего к соплу внутреннего контура. Тогда двигатель получается трехвальным. Например, по такой схеме выполнены двигатели Rolls Royce RB211 (устанавливались на L1011, B747, B757, B767), Д-18Т (Ан-124), Д-36 (Як-42)

Д-18Т в разрезе изнутри

Главное достоинство ТРДД заключается в возможности создания большой тяги и хорошей экономичности, по сравнению с ТРД.

На этом я хотел бы закончить про ТРДД и перейти к следующему виду двигателей — ТВД.

Требования к качеству топлива для газовых турбин

Газовые турбины могут работать как на газообразном, так и на жидком топливе. Эта особенность делает газотурбинные электростанции более надежными и гибкими, особенно в условиях автономного энергоснабжения. Возможность работы на двойном или тройном топливе может быть конструктивно реализована в одной газотурбинной установке. Дистилляты, продукты перегонки сырой нефти, используются в качестве топлива в газовых турбинах (ГОСТ 10433-75).

В газовых турбинах могут использоваться следующие виды топлива:

• природный газ
• сжиженный газ;
• газовая нефть
• дистилляты;
• парафин;
• газ, связанный с сырой нефтью;
• биогаз (газ из отходов, сточных вод и свалок);
• рудничный газ;
• древесный газ и т.д;

Топливо для газотурбинных двигателей, реактивное топливо, обычно получают из малосернистых нефтей, парафиновые (лигроиновые) фракции которых богаты нафтеновыми и ароматическими углеводородами. Основные показатели реактивного топлива: плотность — 780-850 кг/м3 (при 20 °С), вязкость — 1,2-4,5 мм2/с (при 20 °С), температура вспышки — 28-72 °С, теплота сгорания — 43 МДж/кг.

В зависимости от химического состава и способа очистки нефти, из которой получают керосин, он содержит:

• предельные алифатические углеводороды — 20-60%;
• нафтеновые — 20-50%; — древесный газ
• бициклические ароматические 5-25%;
• ненасыщенные — до 2%;
• примеси в виде соединений серы, азота или кислорода.

Историческая справка. Промышленное производство керосина было впервые начато в России в 1823 году братьями Дубиниными под Моздоком (300 т/год; прежнее торговое название «фотоген»). В 19 веке из продуктов перегонки нефти использовался только керосин (для освещения), а получаемый бензин и другие нефтепродукты имели очень ограниченное применение. Например, бензин использовался в аптекарских и ветеринарных целях, а также в качестве растворителя в домашнем хозяйстве.

Нефтедобытчики просто сжигали большое количество керосина в ямах или выливали его в водоемы. В 1911 году керосин окончательно уступил нефтяному лидирующие позиции на мировом рынке нефти из-за распространения двигателей внутреннего сгорания и электрического освещения. Только в 1950-х годах керосин вновь приобрел свое значение благодаря развитию реактивной и турбовинтовой авиации (авиационный керосин), для которой этот особый вид нефтепродукта оказался почти идеальным топливом.

Различают несколько видов керосина:

• топливо для газотурбинных двигателей;
• трактор и осветитель;
• промышленный

Определение максимальной высоты некоптящего пламени

ГОСТ 4338-91 (ИСО 3014-81)

Aviation turbine fuels. Determination of smoke point

MKC 75.160.20 ОКСТУ 0209

Дата введения 01.01.93

Возникшие сложности

Огромная проблема заключалась в том, что новую силовую установку с очистителями воздуха требовалось как-то вместить в стандартное МТО Т-64А. Более того, комиссия требовала блочной системы: проще говоря, нужно было двигатель сделать так, чтобы при капитальном ремонте можно было извлечь его целиком и заменить новым. Не тратя, разумеется, много времени на это. И если с относительно компактным ГТД все было сравнительно просто, то система воздухоочистки доставила инженерам массу головной боли.

А ведь эта система крайне важна даже для дизельного танка, не говоря уж о его газотурбинном аналоге на Т-80У. Какое топливо бы ни использовалось, лопатки турбинной установки моментально облепятся шлаком и развалятся, если поступающий в камеру сгорания воздух не будет в должной мере очищен от загрязняющих его примесей.

Следует помнить, что все конструкторы двигателей стремятся к тому, чтобы воздух, попадающий в цилиндры или рабочую камеру турбины, был очищен от пыли на 100 %. И понять их нетрудно, так как пыль буквально пожирает внутренности мотора. По сути, она действует как мелкий наждак.

Примеры принципиальных схем газотурбинных установок

1 – компрессор; 2 – камера сгорания; 3 – турбина; 4 – нагрузка
Рисунок А.1 — Схема ГТУ с одновальным ГТД простого цикла

1 – регенератор или рекуператор; 2 – камера сгорания; 3 – компрессор;
4 – турбина; 5 – нагрузка

Рисунок А.2 — Схема ГТУ с одновальным ГТД регенеративного цикла

1 – камера сгорания; 2 – компрессор; 3 – турбина; 4 – силовая турбина; 5 – нагрузка

Примечание – Пунктиром показана альтернативная двухкаскадная компоновка ГТД

Рисунок А.3 — Схема ГТУ с многовальным ГТД простого цикла
со свободной силовой турбиной

1 – основная камера сгорания; 2 – компрессор высокого давления; 3 – турбина высокого давления; 4 – промежуточный охладитель;
5 – камера сгорания промежуточного подогрева; 6 – компрессор низкого давления; 7 – турбина низкого давления; 8 – нагрузка

Примечание – Отбор мощности от ГТД осуществляется с вала ротора низкого давления

Рисунок А.4 — Схема ГТУ с многовальным ГТД сложного цикла
(с промежуточным охлаждением и промежуточным подогревом)

1 – камера сгорания; 2 – компрессор; 3 – турбина; 4 – нагрузка

Рисунок А.5 — Схема ГТУ с одновальным ГТД с отборами воздуха и горячего газа

1 – предварительный охладитель; 2 – подогреватель рабочего тела; 3 – компрессор низкого давления; 4 – компрессор высокого давления; 5 – турбина; 6 – нагрузка; 7 – промежуточный охладитель

Устройство газотурбинного двигателя

Если сравнивать газотурбинный двигатель с мотором, который применяют на автомобиле, устройство первого проще. Агрегат включает камеру, где происходит сгорание; присутствуют свечи, поджигающие заряд; форсунка, участвующая в смесеобразовании. На одном валу помещены турбинные колёса и нагнетатель. Присутствуют: редуктор понижения, устройство обмена теплом, трубки, коллектор впуска, сопло и концентратор.

Вращаясь на компрессорном валу, лопатки втягивают воздушную массу, используя коллектор впуска. Достигнув скорости вращения 0,5 км/с, нагнетатель затягивает воздух в концентратор. В конечной точке скоростной режим падает, однако сдавливание массы повышается. Далее воздушная масса перетекает в устройство температурного обмена для набора температуры и перехода в область горения. В пространство параллельно с воздушной массой постоянно поступает горючее, за это отвечают распылители. Перемешиваясь, масса и горючее образуют рабочую консистенцию, которая после приготовления воспламеняется свечой. Горение поднимает напор объёма, газы, вырываясь сквозь концентратор, сталкиваются с турбинными лопатками, двигая колесо. Импульс, создаваемый окружностью, передаётся посредством редуктора на движущий элемент, а газовый остаток перетекает в устройство обмена теплом, подогревая там сдавленные воздушные массы и выбрасываясь в среду окружения.

Газотурбинный мотор «ДР59Л»:

Минус установки, цена материала, способного выдержать температуру. Кроме того, чтобы исключить поломку, поступающий в агрегат воздух требует повышенной степени очистки. Несмотря на это, доработка и усовершенствование агрегата проводятся постоянно. Расширяется сфера применения, сегодня построена автомобильная, авиационная установка, и даже газотурбинный двигатель для кораблей.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает метод определения максимальной высоты некоптящего пламени авиационных топлив для газотурбинных двигателей.

Дополнения, отражающие потребности экономики страны, выделены курсивом.

Настоящий стандарт распространяется на нефтепродукты (топлива для реактивных двигателей и осветительные керосины) и устанавливает метод определения максимальной высоты некоптящего пламени.

Опытные образцы

В 1963 году небезызвестным Морозовым был создан опытный экземпляр Т-64Т, на который был установлен газотурбинный движок, обладающий весьма скромной мощностью в 700 л. с. Уже в 1964 году конструкторы из Тагила, работавшие под руководством Л. Н. Карцева, создали куда более перспективный мотор, который мог выдать уже 800 «лошадей».

Мы не случайно расписывали пылевые аспекты выше, так как именно проблема качественной очистки воздуха стала наиболее сложной. У инженеров был большой опыт в разработке турбин для вертолетов… но движки геликоптеров работали в постоянном режиме, а вопрос пылевой загрязненности воздуха на высоте их работы вообще не стоял. В общем-то, работы были продолжены (как ни странно) только лишь с подачи Хрущева, бредившего ракетными танками.

Наиболее «жизнеспособным» был проект «Дракон». Для него был жизненно необходим двигатель повышенной мощности.

Турбовальный двигатель

Должно быть, большинство читателей здесь вообще впервые слышат такое название. Такой тип двигателей устанавливается на вертолёты.

Турбовальный двигатель очень схож с турбовинтовым двигателем со свободной турбиной. Он также состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины компрессора, далее идёт свободная турбина, связанная со всем предыдущем только газодинамически. А вот реактивную тягу такой двигатель не создаёт, реактивного сопла у него нет, только выхлоп. Свободная турбина имеет свой вал, который соединяется к главному редуктору вертолёта (несущего винта). Да, у всех известных мне вертолетов есть такой редуктор, и, как правило, он внушительных размеров. Дело в том, что обороты несущего винта вертолёта очень низкие. Если у самолета, как я писал выше, они могут достигать 1500 об/мин, то у вертолёта, например у Ми-8, всего 193 об/мин.
А обороты двигателя у вертолёта зачастую очень высокие (из-за небольших размеров), и понижать их приходится в сотню и более раз. Бывает такое, что редуктор стоит и на двигателе, и на самом вертолете, например, у Ми-2 и его двигателя ГТД-350.

Схематичная конструкция турбовального двигателя

Двигатель ТВ3-117 от вертолета Ми-8. Справа видны выхлопная труба и приводной вал

Итак, мы рассмотрели четыре типа газотурбинных двигателей. Надеюсь, мой текст был понятен и полезен для вас. Все вопросы и замечания можете писать в комментариях.

«Минус» и «плюс» мотора

Газотурбинный агрегат способен вырабатывать большой момент, а значит повышенные показатели мощности. Для охлаждения сопутствующих элементов нет каких-либо устройств, поскольку соприкасающихся поверхностей мало. В то же время, подшипников используется не много, а качество деталей свидетельствует о надёжности и безотказности агрегата.

Отрицательный аспект, это дороговизна используемых материалов при изготовлении деталей и, как следствие, немалые вложения в починку механизма. Несмотря на недостатки, конструкция постоянно дорабатывается и совершенствуется.

Газотурбинный двигатель используют в авиации, на автомобилях установку применяют как эксперимент. Это произошло по причине постоянной потребности в охлаждении газов, поступающих на лопатки турбины. Это снижает полезное действие агрегата, увеличивая потребление горючего.

Главные преимущества мотора:

• Пониженная степень загрязнения выхлопных газов;
• Починка простая и лёгкая (не содержит расходных материалов);
• Отсутствие вибрации;
• Пониженный шум при эксплуатации агрегата;
• Повышенные характеристики импульса;
• Включение и отклик на педаль акселератора без задержек;
• Повышено соотношение мощности и веса.

Танковая установка «ГТД-1500»:

2. ОПР1ДЕЛЕНИЕ

Максимальная высота некоптящего пламени — высота пламени (в миллиметрах), достигаемая до появления дыма, при сжигании топлива в стандартной лампе при определенных условиях.

Двухпоршневой и малоразмерный двигатель

Наиболее распространен двигатель с двумя валами, оборудованный теплообменником. В сравнении с агрегатами, у которых всего 1 вал, такие аппараты более эффективные и мощные. 2-х вальный двигатель оснащен турбинами, одна из которых предназначена для привода компрессора, а другая для привода осей.

Подобный агрегат обеспечивает машине хорошие динамические характеристики и сокращает кол-во скоростей в трансмиссии.

Также существуют малоразмерные газотурбинные двигатели. Они состоят из компрессора, газо-воздушного теплообменника, камеры сгорания и двух турбин, одна из которых находятся в одном корпусе со сборником газа.

Малоразмерные газотурбинные двигатели применяются в основном на самолетах и вертолетах, которые преодолевают большие расстояние, а также на беспилотных летательных устройств и ВСУ.

3. СУЩНОСТЬ МЕТОДА

Пробу сжигают в закрытой лампе со шкалой.

Максимальную высоту некоптящего пламени испытуемого топлива измеряют перед появлением дыма.

Основные характеристики

Компоновка (как и в случае с Т-64 и Т-72) классическая, с задним расположением МТО, экипаж – три человека. В отличие от предыдущих моделей, здесь мехводу дали сразу три триплекса, которые значительно улучшали обзор. Даже столь невероятная для отечественных танков роскошь, как подогрев рабочего места, здесь был предусмотрен.

Корпус изготавливается методом сварки, башня литая, угол наклона листов составляет 68 градусов. Как и в Т-64, здесь была использована комбинированная броня, составленная из броневой стали и керамики. Благодаря рациональным углам наклона и толщине танк Т-80У обеспечивает повышенные шансы выживания экипажа в самых сложных боевых условиях.

Имеется также развитая система защиты экипажа от оружия массового поражения, в том числе и ядерного. Компоновка боевого отсека практически полностью аналогична таковой на Т-64Б.

Агрегат со свободно поршневым генератором

На сегодняшний день аппараты этого типа являются наиболее перспективными для авто. Устройство движка представлено блоком, который соединяет поршневой компрессор и 2-х тактовый дизель. В середине находится цилиндр с наличием двух поршней объединенных друг с другом с помощью специального приспособления.

Работа движка начинается с того, что воздух сжимается во время схождения поршней и происходит возгорание горючего. Газы образуются за счет сгоревшей смеси, они способствуют расхождению поршней при повышенной температуре. Затем газы оказываются в газо-сборнике. За счет продувочных щелей в цилиндр попадает пережатый воздух, помогающий очистить агрегат от отработанных газов. Затем цикл начинается заново.

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ СМЕСИ

Для приготовления контрольных топливных смесей применяют контрольные топлива, используемые при испытаниях на детонационную стойкость: толуол класса 1, сорта эталонного топлива в соответствии с ИСО 5272* и изооктан, используемый в испытаниях на детонационную стойкость, основные требования к которому приведены в приложении.

Соотношения компонентов и максимальные высоты некоптящего пламени в зависимости от состава смесей приведены в табл. 1.

* Допускается применять толуол марки А по ГОСТ 9880—76.

© ИПК Издательство стандартов, 1992 © ИПК Издательство стандартов, 2004

Контрольные топливные смеси

Объемная доля толуола, %

Объемная доля изооктана, %

Максимальная стандартная высота некоптящего пламени при давлении 101,3 кПа, мм

Смеси следует готовить очень тщательно. Рекомендуется применять градуированные бюретки и пипетки. Калиброванные колбы использовать не рекомендуется.

Изооктан эталонный по ГОСТ 12433.

Толуол по ГОСТ 5789, ч.д.а.

Характеристики машинного отсека

Конструкторам все же пришлось расположить ГТД в МТО продольно, что автоматически вылилось в некоторое увеличение габаритов машины по сравнению с Т-64. ГТД был выполнен в виде моноблока массой 1050 кг. Его особенностью было наличие особого редуктора, позволяющего снимать максимум возможного с мотора, а также сразу две коробки передач.

Для питания использовались сразу четыре бака в МТО, общий объем которых составляет 1140 л. Следует заметить, что Т-80У с газотурбинным двигателем, топливо для которого запасается в таких объемах, – довольно «прожорливый» танк, который потребляет в 1,5-2 раза больше горючего, чем Т-72. А потому и размеры баков соответствующие.

ГТД-1000Т создан с использованием трехвальной схемы, имеет одну турбину и два независимых компрессорных агрегата. Гордость инженеров – регулируемый сопловый агрегат, который позволяет плавно управлять оборотами турбины и значительно повышает ее эксплуатационный ресурс Т-80У. Какое топливо при этом рекомендуется использовать для продления долговечности силового агрегата? Сами разработчики говорят, что наиболее оптимален для этой цели качественный авиационный керосин.

Так как силовой связи между компрессорами и турбиной попросту нет, танк может уверенно двигаться по грунтам даже с очень плохой несущей способностью, причем двигатель при этом не заглохнет даже при резкой остановке машины. А чем «питается» Т-80У? Топливо для его мотора может быть разным…

Турбинная установка

Запуск мотора осуществляется за счет раскрутки компрессоров, за что отвечают два автономных электромотора. Акустическая заметность танка Т-80У значительно ниже его дизельных собратьев как за счет характеристик самой турбины, так и за счет особым образом расположенной системы выхлопа. Кроме того, машина уникальна тем, что при торможении используются как гидравлические тормоза, так и сам движок, за счет чего тяжелый танк останавливается практически мгновенно.

Как это осуществляется? Дело в том, что при одиночном нажатии на педаль тормоза лопатки турбины начинают вращаться в противоположном направлении. Процесс этот дает огромную нагрузку на материал лопаток и всей турбины, а потому он контролируется электроникой. Из-за этого при необходимости резкого торможения следует сразу же утапливать педаль газа полностью. При этом в работу сразу включаются гидравлические тормоза.

Что касается других качеств танка, то он обладает сравнительно малыми топливными «аппетитами». Добиться этого конструкторам удалось далеко не сразу. Чтобы сократить объемы потребляемого горючего, инженерам пришлось создать автоматическую систему управления оборотами турбины (САУР). В нее входят температурные датчики и регуляторы, а также выключатели, физически связанные с системой подачи топлива.

Благодаря САУР износ лопаток удалось сократить минимум на 10 %, а при грамотной работе педалью тормоза и переключении передач механик-водитель может снизить расход топлива на 5-7 %. Кстати, а какой для этого танка основной вид топлива? Т-80У в идеальных условиях должен заправляться авиационным керосином, но подойдет и качественная солярка.

6. ПОДГОТОВКА АППАРАТУРЫ

6.1. Лампу помещают в вертикальном положении в помещении, полностью защищенном от сквозняков.

Каждую новую лампу тщательно осматривают, следя за тем, чтобы все вентиляционные отверстия в камере и резервуаре были чистыми, незасоренными и имели требуемые размеры. Камера должна быть расположена таким образом, чтобы вентиляционные отверстия не были загорожены. Небольшие отклонения от всех перечисленных требований имеют значительное влияние на точность полученных результатов.

Примечание. Если помещение не вполне защищено от сквозняков, лампу помещают в вертикальном положении в деревянный или асбестовый ящик, открытый спереди.

Расстояние между верхом ящика и верхом трубы лампы должно составлять не менее 150 мм. Внутренняя поверхность ящика должна быть матовой и черной.

6.2. Все фитили, как новые, так и оставшиеся от предыдущих испытаний, экстрагируют, проводя не менее 25 циклов экстракций, в экстракторе со смесью толуола и безводного метилового спирта в равных объемах, подсушивают в вытяжном шкафу или на сквозняке (или используют то и другое). Затем сушат в сушильном шкафу при температуре 100—110°С в течение 30 мин и до использования хранят в эксикаторе.

П римечание. Для экстракции допускается использовать другие растворители, если они обеспечивают получение таких же результатов:

петролейный эфир по ТУ 6—021244 или диэтиловый эфир по ТУ 6—09—3932;

метиловый спирт ч.д.а., по ГОСТ 6995.

Системы очистки воздуха

Оставшиеся 3 % пыли оседают на лопатках турбины в виде запекшегося шлака. Чтобы его удалить, конструкторы предусмотрели автоматическую программу вибрационной очистки. Следует заметить, что к воздухозаборникам можно подключать специальное оборудование для подводного вождения. Оно позволяет преодолевать реки глубиной до пяти метров.

Трансмиссия танка стандартная – механическая, планетарного типа. Включает две коробки, два редуктора, по два гидравлических привода. Имеется четыре скорости вперед и одна назад. Опорные катки обрезиненные. Гусеницы также имеют внутреннюю резиновую дорожку. Из-за этого танк Т-80У имеет весьма недешевую ходовую часть.

Натяжение осуществляется за счет механизмов червячного типа. Подвеска комбинированная, в ее состав входят как торсионы, так и гидравлические амортизаторы на трех катках.

8. КАЛИБРОВКА ПРИБОРА

8.1. Для калибровки прибора испытывают две контрольные смеси (разд. 4) в соответствии с разд. 9, имеющие высоту некоптящего пламени в таких пределах, чтобы высота некоптящего пламени образца оказалась между ними. Если это невозможно, используют две смеси, имеющие высоту некоптящего пламени, близкую к высоте некоптящего пламени образца.

Определяют поправочный коэффициент для прибора по формуле

где Д, — максимальная высота некоптящего пламени первой контрольной топливной смеси, мм;

A_d — высота некоптящего пламени первой контрольной смеси, определенная при калибровке прибора, мм;

Д, — максимальная высота некоптящего пламени второй контрольной смеси, мм;

B_d — высота некоптящего пламени второй контрольной смеси, определенная при калибровке прибора, мм.

Если высота некоптящего пламени образца точно совпадает с высотой некоптящего пламени одной из контрольных смесей, то в качестве второй следует использовать смесь с большей высотой некоптящего пламени.

8.2. Калибровку прибора проводит ежедневно каждый оператор. Калибровку проводят повторно в один и тот же день при получении нового прибора, смене оператора, изменении барометрического давления более чем на 0,7 кПа (0,007 бар).

Калибровку лампы проводят один раз в смену.

Боеукладка

Механизированная боеукладка была размещена конструкторами по всему периметру обитаемого объема танка. Так как немалую часть всего МТО танка Т-80 занимают баки с топливом, конструкторы ради сохранения объема были вынуждены разместить горизонтально только сами снаряды, тогда как метательные заряды стоят в барабане вертикально. Это очень заметное отличие «восьмидесяток» от танков Т-64/72, в которых снаряды с вышибными зарядами располагаются горизонтально, на уровне катков.

9. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

9.1. Высушенный после экстрагирования фитиль длиной не менее 125 мм пропитывают образцом и вставляют в фитильную трубку резервуара. Вращательные движения, связанные с этой операцией, следует проводить очень осторожно. Если фитиль закрутился, его осторожно раскручивают. Затем зажигаемый конец фитиля вновь смачивают пробой.

Примечание. При разногласиях испытания проводят только с новыми фитилями, подготовленными по и. 6.2.

9.2. В чистый сухой резервуар лампы при комнатной температуре наливают 20 см 3 подготовленной пробы.

Примечание. Если объем пробы менее 20 см 3 , допускается использовать меньшее количество, но не менее 10 см 3 .

9.3. Фитильную трубку вставляют в резервуар и завинчивают. Необходимо проследить, чтобы вентиляционные отверстия в резервуаре были свободны от топлива. Обрезают фитиль горизонтально, так чтобы он выступал из трубки на 6 мм и не имел истершихся нитей. Используют новое чистое лезвие или другой острый режущий инструмент. Затем вставляют резервуар в лампу.

Примечание. Некоторые лезвия имеют защитное покрытие, которое следует удалить растворителем.

9.4. Зажигают лампу, устанавливают высоту пламени около 10 мм и дают лампе гореть 5 мин.

Поднимают резервуар до появления дыма (копоти), затем медленно опускают. При этом форма

пламени меняется следующим образом:

а) длинный язык пламени, дым едва виден, пламя подвижное и неустойчивое;

б) пламя с удлиненным острым концом и вогнутыми сторонами, как показано на черт. 4 (А);

в) острый конец исчезает, язык пламени становится слегка закругленным, черт. 4 (В). Иногда рядом с кончиком языка появляется зубчатое яркое пламя, которое в расчет не принимается;

г) язык пламени с сильно закругленным концом, черт. 4 (Q.

Измеряют высоту пламени В (см. черт. 4) с точностью до 0,5 мм. Записывают отмеченную высоту некоптящего пламени.

Чтобы избежать погрешностей в результате параллакса (см. примечание), глаз наблюдателя должен находиться слегка в стороне от центральной линии, так чтобы отражение пламени было

видно на шкале по одну сторону от вертикальной центральной линии, а само пламя находилось по другую сторону шкалы. Показание шкалы в обоих случаях должно быть одинаковым.

П римечание. Для предотвращения параллакса и облегчения измерения высоты пламени можно использовать визир.

9.5. Проводят три отдельных наблюдения высоты некоптящего пламени, повторяя последовательность возникновения пламени, установленную в п. 9.4.

Если эти результаты будут отличаться друг от друга более чем на 1,0 мм, повторяют испытание на новой пробе и с другим фитилем.

9.6. Вынимают резервуар из лампы, обмывают растворителем (легкой нафтой) и продувают воздухом, чтобы подготовить его к последующему использованию.

В качестве растворителя применяют нефрас С2— 80/120, СЗ— 80/120 по ТУ 38.401-67-108, С-50/170 по ГОСТ 8505.

Принцип работы основного орудия и заряжающего устройства

При поступлении соответствующей команды барабан начинает вращаться, попутно подводя выбранный тип снаряда к плоскости заряжания. После этого механизм стопорится, снаряд и вышибной заряд досылаются в орудие при помощи закрепленного в одной точке досылателя. После выстрела гильза автоматически захватывается специальным механизмом и помещается в освободившуюся ячейку барабана.

«Карусель» заряжания обеспечивает темп стрельбы не ниже шести-восьми выстрелов в минуту. Если автомат заряжания выходит из строя, зарядить орудие можно вручную, но сами танкисты считают такое развитие событий нереалистичным (слишком сложно, муторно и долго). На танке используется прицел модели ТПД-2-49, независимо от орудия стабилизированный в вертикальной плоскости, позволяющий определять расстояние и наводится на цель при дальностях 1000-4000 м.

10.1. Расчет

Максимальную высоту некоптящего пламени в миллиметрах вычисляют по формуле

где L — средний результат высоты некоптящего пламени трех А — слишком высокое; в — нор-отдельных измерений, мм;

/— поправочный коэффициент, вычисленный по разд. 8.

Результат записывают с точностью до 0,1 мм. Черт. 4

Некоторые модификации

В 1978 году танк Т-80У с газотурбинным двигателем был несколько модернизирован. Основным нововведением стало появление ракетного комплекса 9К112-1 “Кобра”, стрельба из которого производилась ракетами 9М112. Ракета могла поразить бронированную цель на расстоянии до 4 километров, причем вероятность этого была от 0,8 до 1 в зависимости от характеристик местности и скорости движения цели.

Так как ракета полностью повторяет габариты стандартного 125-миллиметрового снаряда, она может располагаться в любом лотке заряжающего механизма. Этот боеприпас «заточен» исключительно против бронетехники, боеголовка только кумулятивная. Как и обычный выстрел, конструктивно ракета состоит из двух частей, совмещение которых происходит при стандартной работе механизма заряжания. Наводится она в полуавтоматическом режиме: наводчик первые секунды должен прочно удерживать рамку захвата на атакуемой цели.