Egy bizonyos ideig a hitleri Németország nem fordított nagy figyelmet a földi járművek gázturbinás erőműveinek projektjeire. Tehát 1941 -ben az első ilyen egységet összeállították egy kísérleti mozdonyhoz, de a teszteket gyorsan leállították a gazdasági céltalanság és a magasabb prioritású programok jelenléte miatt. A földi járművek gázturbinás hajtóművei (GTE) irányában folytatott munka csak 1944 -ben folytatódott, amikor a meglévő technológia és ipar néhány negatív jellemzője különösen hangsúlyos volt.
1944 -ben a hadsereg fegyverkezési igazgatósága kutatási projektet indított a tankok GTE -ről. Két fő oka volt az új motoroknak. Először is, a német tanképítés akkoriban a nehezebb harci járművek felé vette az irányt, amihez nagy teljesítményű és kis méretű motor létrehozására volt szükség. Másodszor, az összes rendelkezésre álló páncélozott jármű bizonyos mértékben szűkös benzint használt, és ez bizonyos korlátozásokat támasztott a működéssel, a gazdaságossággal és a logisztikával kapcsolatban. Az ígéretes gázturbinás motorok, ahogy a német ipar vezetői akkor úgy vélték, kevésbé jó minőségű és ennek megfelelően olcsóbb üzemanyagot fogyaszthatnak. Így annak idején a gazdaság és a technológia szempontjából a benzinmotorok egyetlen alternatívája a gázturbinás motor volt.
Az első szakaszban egy ígéretes tartálymotor kifejlesztését a Porsche tervezői csoportjára bízták, O. Zadnik mérnök vezetésével. Számos kapcsolódó vállalkozásnak kellett volna segítséget nyújtania a Porsche mérnökeinek. Különösen az SS Motor Kutatási Osztálya, Dr. Alfred Müller vezetésével vett részt a projektben. Ez a tudós a harmincas évek közepe óta a gázturbinás berendezések témáján dolgozik, és részt vett számos repülőgép-sugárhajtómű fejlesztésében. Mire megkezdődött a gázturbinás motor létrehozása a tartályokhoz, Müller befejezte a turbófeltöltő projektet, amelyet később több típusú dugattyús motoron is alkalmaztak. Figyelemre méltó, hogy 1943 -ban Dr. Müller többször tett javaslatokat a tartálygázturbina motorok fejlesztésének megkezdésével kapcsolatban, de a német vezetés figyelmen kívül hagyta őket.
Öt lehetőség és két projekt
Mire a fő munka elkezdődött (1944 nyár közepe), a projektben a vezető szerep a Müller vezette szervezetre hárult. Ekkor határozták meg az ígéretes gázturbinás motor követelményeit. Állítólag 1000 LE teljesítményű volt. és a levegőfogyasztás nagyságrendileg 8,5 kilogramm másodpercenként. Az égéstér hőmérsékletét a referencia -előírások 800 ° -ra állították be. A földi járművek gázturbinás erőműveinek néhány jellegzetes tulajdonsága miatt a főprojekt kifejlesztése előtt több segédművet is létre kellett hozni. A Müller vezette mérnökök egyidejűleg öt lehetőséget alkottak és mérlegeltek a gázturbinás motor felépítésével és elrendezésével kapcsolatban.
A motor sematikus diagramjai különböztek egymástól a kompresszor, a turbina fokozatainak számában és az erőátviteli sebességváltóhoz kapcsolódó erőforrás elhelyezkedésében. Ezenkívül több lehetőséget is megvizsgáltak az égéstér elhelyezésére. Tehát a GTE elrendezés harmadik és negyedik változatában azt javasolták, hogy a légáramot a kompresszorból ketté kell osztani. Ebben az esetben az egyik áramnak be kellett mennie az égéstérbe, és onnan a kompresszort forgató turbina felé. A bejövő levegő második részét pedig a második égéstérbe fecskendezték, amely forró gázokat juttatott közvetlenül a hajtóműhöz. Ezenkívül megvizsgálták a lehetőségeket a hőcserélő eltérő helyzetével a motorba belépő levegő előmelegítésére.
Az ígéretes motor első változatában, amely elérte a teljes körű tervezés szakaszát, egy átlós és tengelyirányú kompresszort, valamint egy kétlépcsős turbinát kellett volna elhelyezni ugyanazon a tengelyen. A második turbinát koaxiálisan az első mögé kellett helyezni, és a hajtóművekhez kellett csatlakoztatni. Ezzel egyidejűleg a hajtóművet tápláló hajtóművet saját tengelyére szerelték fel, nem pedig a kompresszorok és a turbinák tengelyéhez. Ez a megoldás leegyszerűsítheti a motor kialakítását, ha nem egy súlyos hátránya miatt. Tehát a terhelés eltávolításakor (például sebességváltás közben) a második turbina olyan sebességre képes felpörögni, amelynél fennáll a lapátok vagy az agy megsérülésének veszélye. Javasolták, hogy a problémát kétféleképpen oldják meg: vagy lassítsák le a működő turbinát a megfelelő pillanatokban, vagy távolítsák el belőle a gázokat. Az elemzési eredmények alapján az első lehetőséget választották.
Pedig a GTE tartály módosított első verziója túl bonyolult és drága volt a tömeggyártáshoz. Müller folytatta a további kutatásokat. A tervezés egyszerűsítése érdekében néhány eredeti alkatrészt lecseréltek a Heinkel-Hirt 109-011 turboreaktív motorból kölcsönzött megfelelő egységekre. Ezenkívül számos csapágyat eltávolítottak a tartálymotor kialakításából, amelyen a motor tengelyeit tartották. A tengelytámaszok számának csökkentése két egyszerűsített összeszerelésre, de szükségtelenné vált egy külön tengely, turbina, amely a nyomatékot továbbítja a sebességváltóhoz. Az erőgépet ugyanarra a tengelyre szerelték fel, amelyen a kompresszor járókerekei és a kétlépcsős turbina már elhelyezkedtek. Az égéstér eredeti forgó fúvókákkal van felszerelve az üzemanyag permetezésére. Elméletileg lehetővé tették az üzemanyag hatékonyabb befecskendezését, és segítettek elkerülni a szerkezet egyes részeinek túlmelegedését. A projekt frissített változata 1944 szeptember közepén készült el.
Az első gázcsöves egység páncélozott járművekhez
Az első gázcsöves egység páncélozott járművekhez
Ez a lehetőség sem volt hiánytalan. Először is, az állítások nehézségeket okoztak a nyomaték fenntartásában a kimenő tengelyen, amely valójában a motor főtengelyének kiterjesztése volt. Az erőátvitel problémájának ideális megoldása az elektromos sebességváltó használata lehet, de a rézhiány miatt egy ilyen rendszer feledésbe merült. Az elektromos erőátvitel alternatívájaként egy hidrosztatikus vagy hidrodinamikai transzformátort fontolgattak. Ilyen mechanizmusok használatakor az erőátvitel hatékonysága kissé csökkent, de lényegesen olcsóbbak voltak, mint egy generátoros és elektromos motoros rendszer.
GT 101 motor
A projekt második változatának továbbfejlesztése további változtatásokhoz vezetett. Tehát annak érdekében, hogy megőrizzék a GTE teljesítményét ütésterhelés alatt (például egy akna robbanásakor), egy harmadik tengelycsapágyat is hozzáadtak. Ezenkívül a kompresszor és a repülőgép hajtóműveinek egyesítésének szükségessége a tartály GTE működésének egyes paramétereinek megváltozásához vezetett. Különösen a levegőfogyasztás nőtt mintegy negyedével. Az összes módosítás után a tartálymotor -projekt új nevet kapott - GT 101. Ebben a szakaszban a tartályokhoz való gázturbinás erőmű fejlesztése elérte azt a fázist, amikor meg lehetett kezdeni az első prototípus építésének előkészítését, és majd a gázturbinás motorral felszerelt tartályt.
Ennek ellenére a motor finomhangolása elhúzódott, és 1944 őszének végére még nem kezdődött el az új erőmű telepítése a tartályra. Abban az időben a német mérnökök csak azon dolgoztak, hogy a motort a meglévő tartályokra helyezzék. Eredetileg azt tervezték, hogy a kísérleti GTE alapja a nehéz tank PzKpfw VI - "Tiger" lesz. Ennek a páncélozott járműnek a motortere azonban nem volt elég nagy ahhoz, hogy elférjen benne az összes szükséges egység. Még a viszonylag kis térfogat mellett is a GT 101 motorja túl hosszú volt a Tiger számára. Emiatt úgy döntöttek, hogy a PzKpfw V tartályt, más néven Párducot használják alap tesztjárműnek.
A GT 101 motornak a Panther tartályon való használatának véglegesítésének szakaszában a szárazföldi erők fegyverzeti igazgatóságának képviseletében lévő ügyfél és a projekt végrehajtója meghatározta a prototípusra vonatkozó követelményeket. Feltételezték, hogy a gázturbinás motor a körülbelül 46 tonna harci tömegű tank tank fajlagos teljesítményét 25-27 LE szintre hozza. tonnánként, ami jelentősen javítja futási jellemzőit. Ugyanakkor a maximális sebességre vonatkozó követelmények alig változtak. A nagy sebességű vezetésből származó vibráció és sokk jelentősen megnövelte az alváz alkatrészeinek károsodásának kockázatát. Ennek eredményeképpen a megengedett legnagyobb sebesség 54-55 kilométer / óra volt.
GT 101 gázturbinás egység a "Panther" tartályban
Akárcsak a Tigris esetében, a Párduc motortere sem volt elég nagy ahhoz, hogy befogadja az új motort. Ennek ellenére a tervezőknek Dr. Miller vezetésével sikerült a rendelkezésre álló kötetekbe illeszteni a GT 101 GTE -t. Igaz, a nagy motor kipufogócsövet a hátsó páncéllemez kerek lyukába kellett helyezni. A látszólagos furcsaságok ellenére az ilyen megoldást kényelmesnek és alkalmasnak tartották még a tömegtermelésre is. Magát a GT 101 motort a kísérleti "Panther" -en a hajótest tengelye mentén kellett elhelyezni, felfelé tolva, a motortér tetejére. A motor mellett, a hajótest sárvédőjében több üzemanyagtartályt helyeztek el a projektben. A sebességváltó helyét közvetlenül a motor alatt találták meg. A levegőbeszívó eszközöket az épület tetejére hozták.
A GT 101 motor felépítésének egyszerűsítése, amely miatt elvesztette a hajtóműhöz kapcsolódó külön turbináját, más jellegű nehézségekkel járt. Az új GTE -vel való használatra új hidraulikus sebességváltót kellett rendelni. A ZF szervezet (Zahnradfabrik of Friedrichshafen) rövid idő alatt létrehozott egy háromfokozatú nyomatékváltót, 12 sebességes (!) Sebességváltóval. A fogaskerekek fele közúti, a többi terepjáró vezetésre készült. A kísérleti tartály motor-hajtómű telepítésénél szükség volt a motor üzemmódjait figyelő automatizálás bevezetésére is. Egy speciális vezérlőberendezésnek kellett volna felügyelnie a motor fordulatszámát, és szükség esetén növelnie vagy csökkentenie a sebességfokozatot, megakadályozva, hogy a GTE elfogadhatatlan üzemmódba lépjen.
A tudósok számításai szerint a GT 101 gázturbina ZF -től származó átvitellel a következő jellemzőkkel rendelkezhet. A maximális turbina teljesítménye elérte a 3750 LE -t, ebből 2600 -at a kompresszor vett fel a motor működésének biztosítása érdekében. Így „csak” 1100-1150 lóerő maradt a kimenő tengelyen. A kompresszor és a turbinák forgási sebessége a terheléstől függően 14-14,5 ezer fordulat / perc között ingadozott. A turbina előtti gázok hőmérsékletét előre meghatározott 800 ° -os szinten tartottuk. A levegőfogyasztás 10 kilogramm / másodperc volt, a fajlagos üzemanyag-fogyasztás, üzemmódtól függően, 430-500 g / LE óra volt.
GT 102 motor
Az egyedülállóan nagy teljesítményű GT 101 tartályú gázturbinás motornak ugyanolyan figyelemre méltó az üzemanyag -fogyasztása, körülbelül kétszer akkora, mint az akkoriban Németországban elérhető benzinmotoroké. Az üzemanyag -fogyasztás mellett a GTE GT 101 -nek számos további technikai problémája is volt, amelyek további kutatást és javítást igényeltek. Ebben a tekintetben egy új GT 102 projekt kezdődött, amelyben az összes elért siker fenntartását és a meglévő hiányosságok megszüntetését tervezték.
1944 decemberében A. Müller arra a következtetésre jutott, hogy vissza kell térni az egyik korábbi elképzeléshez. Az új GTE működésének optimalizálása érdekében javasoltak egy külön turbina használatát a saját tengelyén, amely az erőátviteli mechanizmusokhoz kapcsolódik. Ugyanakkor a GT 102 motor erőgépének külön egységnek kellett lennie, és nem a koaxiálisan a főegységekkel, ahogy azt korábban javasolták. Az új gázturbinás erőmű fő blokkja a GT 101 volt, minimális változtatásokkal. Két kompresszora volt, kilenc fokozatú és egy háromfokozatú turbina. A GT 102 fejlesztésekor kiderült, hogy az előző GT 101 motor fő blokkja, ha szükséges, nem a Panther tartály motorterében helyezhető el. Így tették ezt a kísérleti tartály egységeinek összeszerelésekor is. A gázturbinás motor légbeszívó berendezései most a bal oldalon a tetőn, a kipufogócső a jobb oldalon voltak elhelyezve.
GT 102 gázturbina egység a "Panther" tartályban
Gázturbina kompresszor GT 102
A kompresszor és a fő motorblokk égéskamrája között cső került kialakításra a további égéstér és a turbina levegőjének légtelenítésére. A számítások szerint a kompresszorba belépő levegő 70% -ának a motor fő részén, és csak 30% -ának a kiegészítő részen kellett keresztülmennie, erőturbina segítségével. A kiegészítő blokk elhelyezkedése érdekes: égéskamrájának és erőturbina tengelyének merőlegesen kellett volna elhelyezkednie a fő motortömb tengelyére. Javasolták, hogy az erőturbina egységeket a főegység alá helyezzék, és saját kipufogócsövükkel szereljék fel, amelyet a motortér tetőjének közepére hoztak ki.
A GT 102 gázturbinás motorjának "veleszületett betegsége" az a veszély, hogy túlterhelik az erőgépet, ami később megsérül vagy megsemmisül. Javasolták, hogy ezt a problémát a legegyszerűbb módon oldják meg: szelepeket kell elhelyezni a további égéstérbe levegőt szállító cső áramlásának szabályozására. Ugyanakkor a számítások azt mutatták, hogy az új GT 102 GTE -nek a viszonylag könnyű teljesítményű turbina működésének sajátosságai miatt nem lehet elégséges a fojtószelep. A tervezési specifikációk, mint például a főegység kimenő tengelyének teljesítménye vagy turbina teljesítménye, ugyanazon a szinten maradtak, mint az előző GT 101 motor, ami magyarázható azzal, hogy a teljes formatervezés szinte teljesen hiányzik, kivéve a teljesítmény megjelenését turbina egység. A motor további fejlesztése új megoldások alkalmazását, vagy akár egy új projekt megnyitását tette szükségessé.
Külön működő turbina a GT 102 -hez
Mielőtt megkezdte volna a GT 103 nevű GTE modell fejlesztését, Dr. A. Müller kísérletet tett a meglévő GT 102 elrendezésének javítására. A tervezés fő problémája a fő egység meglehetősen nagy mérete volt, nehéz az egész motort az akkor rendelkezésre álló tartályok motortérébe helyezni. A motor-sebességváltó egység hosszának csökkentése érdekében a kompresszort önálló egységként tervezték. Így három viszonylag kicsi egységet lehetett elhelyezni a tartály motorterében: egy kompresszort, egy fő égéstér és egy turbina, valamint egy teljesítményturbina egységet saját égéstérrel. A GTE ezen verziója a GT 102 Ausf nevet kapta. 2. Amellett, hogy a kompresszort külön egységbe helyezték, az égéstérrel vagy a turbinával is próbálkoztak ugyanezzel, de nem sok sikerrel jártak. A gázturbinás motor kialakítása nem engedte meg, hogy nagy egységekre osszák fel, észrevehető teljesítményveszteségek nélkül.
GT 103 motor
Alternatívája a GT 102 Ausf gázturbinás motornak. 2 az egységek "ingyenes" elrendezésének lehetőségével a meglévő térfogatban a GT 103 új fejlesztése volt. Ezúttal a német motorgyártók úgy döntöttek, hogy nem az elhelyezés kényelmére, hanem a munka hatékonyságára összpontosítanak. A motorberendezésbe hőcserélőt vezettek be. Feltételezték, hogy segítségével a kipufogógázok felmelegítik a kompresszoron keresztül belépő levegőt, ami kézzelfogható üzemanyag -megtakarítást ér el. Ennek a megoldásnak az volt a lényege, hogy az előmelegített levegő lehetővé teszi, hogy kevesebb tüzelőanyagot költsünk a szükséges hőmérséklet fenntartására a turbina előtt. Az előzetes számítások szerint a hőcserélő használata 25-30 százalékkal csökkentheti az üzemanyag-fogyasztást. Bizonyos feltételek mellett az ilyen megtakarítások alkalmassá tudták tenni az új GTE -t a gyakorlati használatra.
A hőcserélő fejlesztését a Brown Boveri cég "alvállalkozóira" bízták. Ennek az egységnek a fő tervezője V. Khrinizhak volt, aki korábban részt vett a tartályos gázturbinás motorok kompresszorainak létrehozásában. Ezt követően Chrynižak a hőcserélők elismert szakembere lett, és a GT 103 projektben való részvétele valószínűleg ennek egyik előfeltétele volt. A tudós meglehetősen merész és eredeti megoldást alkalmazott: az új hőcserélő fő eleme egy porózus kerámiából készült forgódob volt. A dob belsejében számos speciális válaszfalat helyeztek el, amelyek biztosították a gázok keringését. Működés közben forró kipufogógázok mentek át a dob belsejében a porózus falakon, és felmelegítették őket. Ez történt egy fél dobfordítás során. A következő félfordulatot hővel juttatták el a belülről kifelé haladó levegőbe. A henger belső és külső terelőrendszerének köszönhetően a levegő és a kipufogógázok nem keveredtek egymással, ami kizárta a motor meghibásodását.
A hőcserélő használata komoly vitákat váltott ki a projekt szerzői között. Egyes tudósok és tervezők úgy vélték, hogy ennek az egységnek a jövőben történő használata lehetővé teszi a nagy teljesítmény és viszonylag alacsony légáramlás elérését. Mások viszont csak kétes eszközt láttak a hőcserélőben, amelynek előnyei nem haladhatják meg jelentősen a tervezés bonyolultságából eredő veszteségeket. A hőcserélő szükségességével kapcsolatos vitában az új egység támogatói nyertek. Valamikor még felmerült az a javaslat is, hogy a GT 103 gázturbina motorját két, a levegő előmelegítésére szolgáló eszközzel szereljék fel. Az első hőcserélőnek ebben az esetben a fő motorblokk levegőjét kellett felmelegítenie, a másodikat a további égéstérnek. Így a GT 103 valójában egy GT 102 volt, amelynek hőcserélői bevezetésre kerültek.
A GT 103 motort nem építették meg, ezért meg kell elégedni csak a számított jellemzőivel. Ezenkívül a GTE -re vonatkozó rendelkezésre álló adatokat még a hőcserélő létrehozásának vége előtt kiszámították. Ezért a gyakorlatban számos mutató valószínűleg a vártnál lényegesen alacsonyabbnak bizonyul. A fő egység turbina által generált és a kompresszor által elnyelt teljesítménye 1400 lóerő volt. A főegység kompresszorának és turbinájának maximális tervezési sebessége körülbelül 19 ezer fordulat / perc. Levegőfogyasztás a fő égéstérben - 6 kg / s. Feltételezték, hogy a hőcserélő felmelegíti a bejövő levegőt 500 ° -ra, és a turbina előtti gázok hőmérséklete körülbelül 800 ° lesz.
A teljesítményturbina a számítások szerint akár 25 ezer fordulat / perc sebességgel is foroghat, és 800 LE -t adhat a tengelyen. A kiegészítő egység levegőfogyasztása 2 kg / s volt. A bemenő levegő és a kipufogógázok hőmérsékleti paramétereinek meg kellett egyezniük a főegység megfelelő jellemzőivel. A teljes motor teljes üzemanyag-fogyasztása megfelelő hőcserélők használatával nem haladhatja meg a 200-230 g / LE teljesítményt.
A program eredményei
A német tartálygázturbina motorok fejlesztése csak 1944 nyarán kezdődött, amikor Németország esélyei a második világháború megnyerésére minden nap csökkentek. A Vörös Hadsereg keletről támadta a Harmadik Birodalmat, nyugat felől pedig az Egyesült Államok és Nagy -Britannia csapata. Ilyen körülmények között Németországnak nem volt elegendő lehetősége az ígéretes projektek tömege teljes körű kezelésére. Minden kísérlet a tankok alapvetően új motorjának létrehozására pénz- és időhiányon alapult. Emiatt 1945 februárjában már három teljes értékű projekt volt a tartályos gázturbinás motorokról, de egyik sem érte el a prototípus összeszerelésének szakaszát. Minden munka csak elméleti tanulmányokra és egyes kísérleti egységek tesztelésére korlátozódott.
1945 februárjában olyan eseményre került sor, amely a tartálygázturbina motorok létrehozására irányuló német program végének kezdetének tekinthető. Dr. Alfred Müllert eltávolították a projekt vezetői posztjáról, és névadóját, Max Adolf Müllert nevezték ki az üres pozícióba. M. A. Müller a gázturbinás erőművek területén is kiemelkedő szakember volt, de a projektbe érkezése megállította a legfejlettebb fejlesztéseket. Az új fej alatt a fő feladat a GT 101 motor finomhangolása és sorozatgyártásának megkezdése volt. Kevesebb, mint három hónap maradt az európai háború végéig, ezért a projektvezetés változásának nem volt ideje a kívánt eredményhez vezetni. Az összes német tank GTE papíron maradt.
Egyes források szerint a "GT" vonal projektjeinek dokumentációja a szövetségesek kezébe került, és ezt felhasználták projektjeikben. A földi járművek gázturbinás hajtóműveinek első gyakorlati eredményei azonban, amelyek a második világháború vége után jelentek meg Németországon kívül, alig voltak közösek mind Dr. Müller fejleményeivel. Ami a kifejezetten tartályokra tervezett gázturbinás motorokat illeti, az első ilyen erőművel ellátott sorozattartályok csak negyed évszázaddal a német projektek befejezése után hagyták el a gyárak szerelőüzemeit.
