Tot 'n sekere tyd het Hitler se Duitsland nie veel aandag gegee aan die projekte van gasturbine -kragsentrales vir grondvoertuie nie. Dus, in 1941, is die eerste sodanige eenheid vir 'n eksperimentele lokomotief saamgestel, maar die toetse daarvan is vinnig ingekort weens ekonomiese ondoeltreffendheid en die teenwoordigheid van programme met 'n hoër prioriteit. Werk in die rigting van gasturbine -enjins (GTE) vir grondvoertuie het eers in 1944 voortgegaan, toe sommige van die negatiewe kenmerke van die bestaande tegnologie en nywerheid veral uitgespreek is.
In 1944 het die weermag se wapendirektoraat 'n navorsingsprojek van stapel gestuur vir GTE vir tenks. Daar was twee hoofredes vir die nuwe enjins. Eerstens het die Duitse tenkgebou destyds 'n koers geneem na swaarder gevegsvoertuie, wat 'n motor met 'n hoë krag en klein afmetings benodig het. Tweedens het alle beskikbare gepantserde voertuie in 'n mate skaars petrol gebruik, en dit het sekere beperkings opgelê wat verband hou met die werking, ekonomie en logistiek. Belowende gasturbine-enjins, soos die Duitse bedryfsleiers dit toe oorweeg het, kan minder hoë kwaliteit en gevolglik goedkoper brandstof verbruik. Vanuit die oogpunt van ekonomie en tegnologie was die enigste alternatief vir petrolenjins destyds dus 'n gasturbine -enjin.
In die eerste fase is die ontwikkeling van 'n belowende tenkmotor aan 'n groep ontwerpers van Porsche toevertrou, onder leiding van die ingenieur O. Zadnik. Verskeie verwante ondernemings was veronderstel om die ingenieurs van Porsche te help. In die besonder was die SS Engine Research Department, onder leiding van dr. Alfred Müller, by die projek betrokke. Sedert die middel van die dertigerjare werk hierdie wetenskaplike oor die installering van gasturbine-installasies en neem hy deel aan die ontwikkeling van verskeie vliegtuigmotors. Teen die tyd dat die oprigting van 'n gasturbine -enjin vir tenks begin het, het Müller die turbo -aanjaerprojek voltooi, wat later op verskillende soorte suier -enjins gebruik is. Dit is opmerklik dat dr. Müller in 1943 herhaaldelik voorstelle gemaak het oor die begin van die ontwikkeling van tenkgasturbine -enjins, maar die Duitse leierskap het dit geïgnoreer.
Vyf opsies en twee projekte
Teen die tyd dat die hoofwerk begin (middel van die somer 1944), het die leidende rol in die projek oorgegaan aan die organisasie onder leiding van Müller. Op die oomblik is die vereistes vir 'n belowende gasturbine -enjin bepaal. Dit was veronderstel om 'n krag van ongeveer 1000 pk te hê. en 'n lugverbruik in die orde van 8,5 kilogram per sekonde. Die temperatuur in die verbrandingskamer is volgens die opdrag op 800 ° gestel. As gevolg van 'n paar kenmerkende eienskappe van gasturbinekragaanlegte vir grondvoertuie, moes verskeie hulpstowwe geskep word voordat met die ontwikkeling van die hoofprojek begin kon word. 'N Span ingenieurs onder leiding van Müller het gelyktydig vyf opsies geskep en oorweeg vir die argitektuur en uitleg van die gasturbine -enjin.
Die skematiese diagramme van die enjin verskil van mekaar in die aantal fases van die kompressor, turbine en die ligging van die kragturbine wat met die ratkas verband hou. Daarbenewens is verskeie opsies vir die ligging van die verbrandingskamers oorweeg. In die derde en vierde weergawe van die GTE -uitleg is dus voorgestel om die lugvloei van die kompressor in twee te verdeel. Een stroom in hierdie geval moes in die verbrandingskamer gaan en vandaar na die turbine wat die kompressor draai. Die tweede deel van die inkomende lug is op sy beurt in die tweede verbrandingskamer ingespuit, wat warm gasse direk na die kragturbine gelei het. Ook is opsies oorweeg met 'n ander posisie van die warmtewisselaar vir die voorverhitting van die lug wat die enjin binnedring.
In die eerste weergawe van die belowende enjin, wat die stadium van volwaardige ontwerp bereik het, moes 'n diagonale en aksiale kompressor, sowel as 'n tweestapige turbine op dieselfde as geleë gewees het. Die tweede turbine moes koaksiaal agter die eerste geplaas word en aan die transmissie -eenhede gekoppel word. Terselfdertyd word die kragturbine wat krag aan die transmissie verskaf, op sy eie as gemonteer, nie gekoppel aan die as van die kompressors en turbines nie. Hierdie oplossing kan die ontwerp van die enjin vereenvoudig, as dit nie 'n ernstige nadeel is nie. By die verwydering van die vrag (byvoorbeeld tydens 'n ratwisseling) kan die tweede turbine dus draai tot die snelheid waarteen die lemme of naaf kan vernietig. Daar is voorgestel om die probleem op twee maniere op te los: óf om die werkende turbine op die regte oomblikke te vertraag, óf om gasse daaruit te verwyder. Op grond van die ontledingsresultate is die eerste opsie gekies.
En tog was die aangepaste eerste weergawe van die tenk GTE te ingewikkeld en duur vir massaproduksie. Müller het verdere navorsing voortgesit. Om die ontwerp te vereenvoudig, is sommige oorspronklike onderdele vervang met ooreenstemmende eenhede wat by die Heinkel-Hirt 109-011 turbojet-enjin geleen is. Daarbenewens is verskeie laers verwyder uit die ontwerp van die tenkmotor waarop die enjinas gehou is. Die vermindering van die aantal assteunen tot twee vereenvoudigde montage, maar het die behoefte aan 'n aparte as met 'n turbine wat die wringkrag na die ratkas oordra, uitgeskakel. Die kragturbine is geïnstalleer op dieselfde as waarop die kompressorwaaiers en die tweetrapturbine reeds geleë was. Die verbrandingskamer is toegerus met oorspronklike roterende spuitpunte vir die bespuiting van brandstof. In teorie het hulle dit moontlik gemaak om brandstof doeltreffender in te spuit, en het hulle ook gehelp om oorverhitting van sekere dele van die struktuur te voorkom. 'N Opgedateerde weergawe van die projek was middel September 1944 gereed.
Die eerste gasbuis-eenheid vir gepantserde voertuie
Die eerste gasbuis-eenheid vir gepantserde voertuie
Hierdie opsie was ook nie sonder nadele nie. Eerstens het die eise probleme met die handhawing van die wringkrag op die uitsetas veroorsaak, wat eintlik 'n verlenging van die enjin se hoofas was. Die ideale oplossing vir die probleem van kragoordrag kan die gebruik van 'n elektriese ratkas wees, maar die tekort aan koper het so 'n stelsel laat vergeet. As 'n alternatief vir elektriese transmissie is 'n hidrostatiese of hidrodinamiese transformator oorweeg. By die gebruik van sulke meganismes is die doeltreffendheid van die kragoordrag effens verminder, maar dit was aansienlik goedkoper as 'n stelsel met 'n kragopwekker en elektriese motors.
GT 101 enjin
Verdere ontwikkeling van die tweede weergawe van die projek het tot verdere veranderinge gelei. Om die prestasie van die GTE onder skoklading (byvoorbeeld tydens 'n mynontploffing) te behou, is 'n derde aslag bygevoeg. Boonop het die behoefte om die kompressor met vliegtuigmotors te verenig, gelei tot 'n verandering in sommige parameters van die tenk GTE -werking. Veral die lugverbruik het met ongeveer 'n kwart gestyg. Na al die wysigings het die tenkmotorprojek 'n nuwe naam gekry - GT 101. In hierdie stadium het die ontwikkeling van 'n gasturbinekragaanleg vir tenks die stadium bereik dat dit moontlik was om met die voorbereiding vir die bou van die eerste prototipe te begin, en dan is die tenk toegerus met 'n gasturbine -enjin.
Tog het die verfyn van die enjin voortgesit en teen die einde van die herfs van 1944 is daar nie begin met die installering van 'n nuwe kragstasie op die tenk nie. Destyds was die Duitse ingenieurs slegs besig om die enjin op bestaande tenks te plaas. Dit was oorspronklik beplan dat die basis vir die eksperimentele GTE die swaar tenk PzKpfw VI sou wees - "Tiger". Die motorruimte van hierdie gepantserde voertuig was egter nie groot genoeg om al die nodige eenhede te akkommodeer nie. Selfs met 'n relatief klein verplasing was die enjin van die GT 101 te lank vir 'n Tiger. Om hierdie rede is besluit om die PzKpfw V -tenk, ook bekend as die Panther, as die basiese toetsvoertuig te gebruik.
In die stadium van die afhandeling van die GT 101 -enjin vir gebruik op die Panther -tenk, het die klant, verteenwoordig deur die Land Forces Armament Directorate, en die uitvoerder van die projek, die vereistes vir die prototipe bepaal. Daar word aanvaar dat die gasturbine-enjin die spesifieke krag van 'n tenk met 'n gevegsgewig van ongeveer 46 ton op 'n vlak van 25-27 pk sal bring. per ton, wat sy loopkenmerke aansienlik sal verbeter. Terselfdertyd het die vereistes vir maksimum spoed amper verander. Trillings en skok deur hoëspoedbestuur het die risiko van skade aan onderstelkomponente aansienlik verhoog. As gevolg hiervan was die maksimum toelaatbare spoed beperk tot 54-55 kilometer per uur.
Gasturbine -eenheid GT 101 in die tenk "Panther"
Soos in die geval van die Tiger, was die enjinruimte van die Panther nie groot genoeg om die nuwe enjin te akkommodeer nie. Desondanks het die ontwerpers onder leiding van dr. Miller daarin geslaag om die GT 101 GTE in die beskikbare volumes te pas. Die groot uitlaatpyp van die enjin moes wel in 'n ronde gat in die agterste pantserplaat geplaas word. Ondanks die skynbare vreemdheid, is so 'n oplossing as gerieflik en geskik beskou, selfs vir massaproduksie. Die GT 101 -enjin self op die eksperimentele "Panther" was veronderstel om langs die as van die romp geplaas te word, met 'n opwaartse skuif na die dak van die enjinkompartement. Langs die enjin, in die beskutters van die romp, is verskeie brandstoftenks in die projek geplaas. Die plek vir die ratkas is direk onder die enjin gevind. Die luginlaattoestelle is na die dak van die gebou gebring.
Die vereenvoudiging van die ontwerp van die GT 101 -enjin, waardeur die aparte turbine wat met die ratkas verband hou, verloor het, het probleme van 'n ander aard meegebring. 'N Nuwe hidrouliese ratkas moes bestel word vir gebruik met die nuwe GTE. Organisasie ZF (Zahnradfabrik van Friedrichshafen) het in 'n kort tyd 'n drie-fase wringkragomskakelaar met 'n 12-gang (!) Ratkas geskep. Die helfte van die ratte was vir veldry, die res vir veldry. In die motor-transmissie-installasie van die eksperimentele tenk, was dit ook nodig om outomatisering in te stel wat die werking van die enjin monitor. 'N Spesiale beheertoestel was veronderstel om die enjinspoed te monitor en, indien nodig, die ratkas te verhoog of te verlaag, sodat die GTE onaanvaarbare werkswyses kon betree.
Volgens die berekeninge van wetenskaplikes kan die GT 101 gasturbine met 'n transmissie van ZF die volgende eienskappe hê. Die maksimum turbinekrag bereik 3750 pk, waarvan 2600 deur die kompressor geneem is om die enjin te verseker. Daar het dus “slegs” 1100-1150 perdekrag op die uitvoeras oorgebly. Die rotasiesnelheid van die kompressor en turbines, afhangende van die las, het tussen 14-14,5 duisend omwentelinge per minuut gewissel. Die temperatuur van die gasse voor die turbine is op 'n voorafbepaalde vlak van 800 ° gehou. Die lugverbruik was 10 kilogram per sekonde; die spesifieke brandstofverbruik, afhangende van die werkingsmodus, was 430-500 g / pk.
GT 102 enjin
Met 'n unieke hoë krag, het die GT 101 tenk gasturbine -enjin 'n ewe merkwaardige brandstofverbruik, ongeveer twee keer so hoog as dié van die petrolenjins wat destyds in Duitsland beskikbaar was. Benewens die brandstofverbruik, het die GTE GT 101 nog meer tegniese probleme gehad wat verdere navorsing en regstelling vereis het. In hierdie verband het 'n nuwe projek GT 102 begin, waarin beplan was om al die suksesse wat behaal is, te behou en van die bestaande tekortkominge ontslae te raak.
In Desember 1944 het A. Müller het tot die gevolgtrekking gekom dat dit nodig is om terug te keer na een van die vorige idees. Om die werking van die nuwe GTE te optimaliseer, is voorgestel om 'n aparte turbine op sy eie as te gebruik, gekoppel aan die transmissiemeganismes. Terselfdertyd moes die kragturbine van die GT 102 -enjin 'n aparte eenheid wees, nie koaksiaal met die hoofeenhede geplaas nie, soos voorheen voorgestel. Die hoofblok van die nuwe gasturbinekragaanleg was GT 101 met minimale veranderinge. Dit het twee kompressors met nege fases en 'n driefase turbine gehad. By die ontwikkeling van die GT 102 het dit geblyk dat die hoofblok van die vorige GT 101 -enjin, indien nodig, nie langs, maar oor die enjinkompartement van die Panther -tenk geplaas kan word. So het hulle gedoen toe hulle die eenhede van die eksperimentele tenk bymekaargemaak het. Die luginlaattoestelle van die gasturbine -enjin was nou op die dak aan die linkerkant, die uitlaatpyp aan die regterkant.
Gasturbine -eenheid GT 102 in die tenk "Panther"
Gas turbine kompressor eenheid GT 102
Tussen die kompressor en die verbrandingskamer van die hoofmotorblok is 'n pyp voorsien om lug na die bykomende verbrandingskamer en turbine te blaas. Volgens berekeninge moes 70% van die lug wat die kompressor binnedring, deur die hoofdeel van die enjin gaan en slegs 30% deur die bykomende, met 'n kragturbine. Die ligging van die bykomende blok is interessant: die as van die verbrandingskamer en kragturbine moes loodreg op die as van die hoofmotorblok geleë gewees het. Daar is voorgestel dat die kragturbine -eenhede onder die hoofeenheid geplaas word en hulle toegerus word met hul eie uitlaatpyp wat in die middel van die dak van die enjinkompartement gebring is.
Die 'aangebore siekte' van die uitleg van die gasturbine-enjin van die GT 102 was die risiko dat die kragturbine te veel sou draai met daaropvolgende skade of vernietiging. Daar is voorgestel om hierdie probleem op die eenvoudigste manier op te los: om kleppe te plaas om die vloei in die pyp wat lug na die bykomende verbrandingskamer stuur, te beheer. Terselfdertyd het berekenings getoon dat die nuwe GT 102 GTE onvoldoende gasreaksie kan hê as gevolg van die eienaardighede van die werking van 'n relatief ligte kragturbine. Die ontwerpspesifikasies, soos die uitsetasvermoë of die turbinekrag van die hoofeenheid, het op dieselfde vlak gebly as die vorige GT 101 -enjin, wat verklaar kan word deur die feitlik volledige afwesigheid van groot ontwerpveranderings, behalwe die voorkoms van die krag turbine eenheid. Verdere verbetering van die enjin vereis die gebruik van nuwe oplossings of selfs die opening van 'n nuwe projek.
Afsonderlike werkturbine vir GT 102
Voordat hy met die ontwikkeling van die volgende GTE -model, genaamd GT 103, begin het, het dr. A. Müller probeer om die uitleg van die bestaande GT 102 te verbeter. dit is moeilik om die hele enjin in die enjinkompartemente van die tenks wat destyds beskikbaar was, te plaas. Om die lengte van die enjin-transmissie-eenheid te verminder, is voorgestel om die kompressor as 'n aparte eenheid te ontwerp. Drie relatief klein eenhede kan dus binne die enjinkompartement van die tenk geplaas word: 'n kompressor, 'n hoofverbrandingskamer en 'n turbine, sowel as 'n kragturbine -eenheid met sy eie verbrandingskamer. Hierdie weergawe van die GTE het die naam GT 102 Ausf. 2. Behalwe dat die kompressor in 'n aparte eenheid geplaas is, is probeer om dieselfde met die verbrandingskamer of turbine te doen, maar dit het nie veel sukses behaal nie. Die ontwerp van die gasturbine -enjin het hom nie in 'n groot aantal eenhede laat verdeel nie, sonder merkbare prestasieverliese.
GT 103 enjin
'N Alternatief vir die GT 102 Ausf gasturbine -enjin. 2 met die moontlikheid van 'gratis' rangskikking van eenhede in die bestaande volume was die nuwe ontwikkeling van die GT 103. Hierdie keer het die Duitse enjinbouers besluit om nie net op die gemak van plasing nie, maar op die doeltreffendheid van die werk te fokus. 'N Hitteruiler is in die enjintoerusting ingebring. Daar word aanvaar dat die uitlaatgasse met behulp van die uitlaatgasse die lug wat deur die kompressor binnekom, verhit, wat tasbare brandstofbesparings sal behaal. Die essensie van hierdie oplossing was dat die voorverhitte lug dit moontlik sou maak om minder brandstof te spandeer om die vereiste temperatuur voor die turbine te handhaaf. Volgens voorlopige berekeninge kan die gebruik van 'n hitteruiler die brandstofverbruik met 25-30 persent verminder. Onder sekere omstandighede kon sulke besparings die nuwe GTE geskik maak vir praktiese gebruik.
Die ontwikkeling van die warmtewisselaar is aan "onderaannemers" van die onderneming Brown Boveri toevertrou. Die hoofontwerper van hierdie eenheid was V. Khrinizhak, wat voorheen deelgeneem het aan die skepping van kompressors vir tenkgasturbine -enjins. Daarna het Chrynižak 'n bekende spesialis in warmtewisselaars geword, en sy deelname aan die GT 103 -projek was waarskynlik een van die voorvereistes hiervoor. Die wetenskaplike het 'n taamlik gewaagde en oorspronklike oplossing toegepas: die belangrikste element van die nuwe warmtewisselaar was 'n roterende trommel van poreuse keramiek. Verskeie spesiale afskortings is in die trommel geplaas, wat die sirkulasie van gasse verseker het. Tydens die werking het warm uitlaatgasse binne -in die trommel deur sy poreuse mure gegaan en dit verhit. Dit het gebeur tydens 'n halwe dromdraai. Die volgende halfdraai is gebruik om hitte oor te dra na die lug wat van binne na buite beweeg. Danksy die stelsel van skote binne en buite die silinder, het lug en uitlaatgasse nie met mekaar gemeng nie, wat die enjin se funksies uitgesluit het.
Die gebruik van die warmtewisselaar het ernstige opspraak onder die skrywers van die projek veroorsaak. Sommige wetenskaplikes en ontwerpers was van mening dat die gebruik van hierdie eenheid in die toekoms dit moontlik sou maak om hoë krag en relatief lae lugvloeitempo's te behaal. Ander het op hul beurt slegs 'n twyfelagtige middel in die warmtewisselaar gesien, waarvan die voordele die verliese as gevolg van die komplikasie van die ontwerp nie aansienlik kon oorskry nie. In die geskil oor die behoefte aan 'n warmtewisselaar, het die ondersteuners van die nuwe eenheid gewen. Op 'n stadium was daar selfs 'n voorstel om die gasturbine -enjin GT 103 toe te rus met twee toestelle om die lug tegelyk te verhit. Die eerste warmtewisselaar in hierdie geval moes die lug vir die hoofmotorblok verhit, die tweede vir die ekstra verbrandingskamer. Die GT 103 was dus eintlik 'n GT 102 met hitte -wisselaars wat in die ontwerp ingebring is.
Die GT 103 -enjin is nie gebou nie, en daarom moet u slegs tevrede wees met die berekende eienskappe. Boonop is die beskikbare data oor hierdie GTE bereken nog voor die einde van die skepping van die warmtewisselaar. Daarom kan 'n aantal aanwysers in die praktyk waarskynlik aansienlik laer wees as wat verwag is. Die krag van die hoofeenheid, wat deur die turbine opgewek word en deur die kompressor geabsorbeer word, was gelykstaande aan 1400 perdekrag. Die maksimum ontwerpspoed van die kompressor en turbine van die hoofeenheid is ongeveer 19 duisend omwentelinge per minuut. Lugverbruik in die hoofverbrandingskamer - 6 kg / s. Daar word aanvaar dat die hitteruiler die inkomende lug tot 500 ° sal opwarm, en die gasse voor die turbine sal 'n temperatuur van ongeveer 800 ° hê.
Die kragturbine was volgens berekeninge veronderstel om teen 'n snelheid van tot 25 duisend rpm te draai en 800 pk op die as te lewer. Die lugverbruik van die ekstra eenheid was 2 kg / s. Die temperatuur parameters van die inlaat lug en uitlaatgasse was veronderstel om gelyk te wees aan die ooreenstemmende eienskappe van die hoof eenheid. Die totale brandstofverbruik van die hele enjin met die gebruik van geskikte warmtewisselaars sal nie 200-230 g / pk uur oorskry nie.
Resultate van die program
Die ontwikkeling van Duitse tenk gasturbine -enjins het eers in die somer van 1944 begin, toe Duitsland se kans om die Tweede Wêreldoorlog te wen, elke dag verminder het. Die Rooi Leër val die Derde Ryk uit die ooste aan, en die troepe van die Verenigde State en Groot -Brittanje kom uit die weste. Onder sulke omstandighede het Duitsland nie voldoende geleenthede gehad vir die volwaardige bestuur van die massa belowende projekte nie. Alle pogings om 'n fundamenteel nuwe enjin vir tenks te skep, berus op 'n gebrek aan geld en tyd. As gevolg hiervan was daar teen Februarie 1945 reeds drie volwaardige projekte van tenk-gasturbine-enjins, maar nie een van hulle het selfs die stadium van prototipe-samestelling bereik nie. Alle werk was slegs beperk tot teoretiese studies en toetse van individuele eksperimentele eenhede.
In Februarie 1945 het 'n gebeurtenis plaasgevind wat beskou kan word as die begin van die einde van die Duitse program vir die skep van tenk gasturbine -enjins. Dr Alfred Müller is uit sy pos as hoof van die projek verwyder, en sy naamgenoot, Max Adolf Müller, is in die vakante pos aangestel. M. A. Müller was ook 'n prominente spesialis op die gebied van gasturbinekragaanlegte, maar sy koms op die projek het die mees gevorderde ontwikkelings tot stilstand gebring. Die belangrikste taak onder die nuwe kop was om die GT 101-enjin te verfyn en sy reeksproduksie te begin. Minder as drie maande het oorgebly tot die einde van die oorlog in Europa, en daarom het die verandering in projekleierskap nie tyd gehad om tot die gewenste resultaat te lei nie. Alle Duitse tenk GTE's bly op papier.
Volgens sommige bronne het die dokumentasie vir die projekte van die "GT" -lyn in die bondgenote se hande geval, en hulle het dit in hul projekte gebruik. Die eerste praktiese resultate op die gebied van gasturbine -enjins vir grondvoertuie, wat na die einde van die Tweede Wêreldoorlog buite Duitsland verskyn het, het egter min gemeen met die ontwikkelinge van beide dr. Müller. Wat gasturbine -enjins betref wat spesifiek vir tenks ontwerp is, het die eerste seriële tenks met so 'n kragstasie slegs 'n kwarteeu na die voltooiing van Duitse projekte die fabrieke van fabrieke verlaat.
