Техника и вооружение 2015 04 - страница 52

Для того чтобы обеспечить удельный расход топлива 272 г/кВт-ч (200 г/л.с.-ч), пришлось бы применить одновременно регенератор и компрессор в сочетании с высокой температурой, а также агрегаты с высоким КПД. Однако в то время в СССР не имелось достаточно отработанного теплообменника и высоконапорных компрессоров. Поэтому для более полного выявления всех конструктивных и компоновочных преимуществ двигателей с теплообменником и без него в СКБ-75 проработали три варианта ГТД. По рекомендации ЦИАМ и НИЛД (исходя из вопросов экономичности), во всех вариантах заложили начальную температуру газа, равную 1320°К, и предусмотрели охлаждение лопаток за счет продувки воздуха через замки.

Дизель УТД-40.

Поперечный разрез одного из опытных образцов дизеля ДТН-10.

Первый вариант ГТД представлял собой двигатель с вращающимся теплообменником, обеспечивавшим удельный расход топлива 340 г/кВт ч (250 г/л.с.-ч) и мощность в условиях объекта (с учетом сопротивлений на всасывании и на выпуске) 735,3 кВт (1000 л.с.). Степень регенерации теплообменника достигала 85%, КПД компрессора – 0,79.

Двигатель имел осевой центробежный компрессор (при использовании двухступенчатого центробежного компрессора КПД не превысил бы 0,78, а в принятом варианте можно было получить выигрыш 2-3% КПД), вращающийся теплообменник барабанного типа (воздушные и газовые потоки были разделены на три части) и редуктор. От компрессора воздух тремя потоками поступал в теплообменник и по кольцевым трубам направлялся в камеру сгорания, первую ступень турбокомпрессора и вторую ступень свободной турбины, работавшей на редуктор. Поскольку теплообменник занимал 10% от общего объема, то столкнулись с большими трудностями, получив значительное сопротивление по газу (9%) и по воздуху(3%).

Частота вращения выходного вала двигателя, согласованная с танкистами, составляла 3000 мин^>1 . Турбокомпрессор имел частоту вращения 18000 мин1 , свободная турбина – 16000 мин^>-1 . Степень повышения давления – 5.

Габариты двигателя: длина – 1840 мм, ширина – 960 мм, высота – 920 мм. Габаритная мощность достигала 662 кВт/м3 (900 л.с./м3 ), удельный расход топлива – 351 г/кВт-ч (258 г/л.с.-ч).

Во втором варианте применялся стационарный теплообменник, который обеспечивал степень регенерации 60%. При этом использовали максимально возможный объем теплообменника, не увеличивавший габариты двигателя. КПД компрессора – 0,805.

При компоновке стационарного теплообменника проработали несколько компонентов в виде отдельных узлов. Наиболее компактное и рациональное использование объема получили при расположении теплообменников вокруг камеры сгорания турбины. При этом длина двигателя не увеличилась.

Турбина компрессора имела одну ступень, силовая турбина – две. Степень повышения давления – 6.

Камеру сгорания смоделировали по типу камеры сгорания двигателя НК-4. При этом все потоки воздуха были осесимметричны, скорости воздуха и газа – сравнительно невелики (20-30 м/с), а сопротивления – незначительны. Редуктор выполнили аналогично первому варианту ГТД.

Габариты двигателя: длина – 1700 мм, ширина – 1020 мм, высота – 920 мм. Габаритная мощность составляла 721 кВт/м3 (980 л.с./м3 ), удельный расход топлива – 356 г/кВт-ч (262 г/л.с.-ч).

В третьем варианте предлагался ГТД с высоконапорным компрессором без теплообменника. КПД компрессора составлял 0,79. Давление компрессора приняли равным 1,15 МПа (11,7 кгс/см2 ). Получение такого давления было связано с не меньшими трудностями, чем при использовании регенератора. Кроме того, предварительные расчеты показали, что выполнить однокаскадный компрессор на такое давление достаточно сложно. Поэтому в третьем варианте сделали ставку на двухкаскадный компрессор (первый каскад имел пять осевых ступеней, второй – пять осевых ступеней и одну центробежную).

Осецентробежный двухкаскадный компрессор представлял собой достаточно сложную конструкцию, в которой использовались десять подшипников с высокими частотами вращения. Общий КПД, принятый при расчетах, составлял 0,79. Камеру сгорания выполнили без завихрителей (по типу ЖИ-47 и лаборатории №6 ЦИАМ). Турбина – четырехступенчатая, редуктор – такой же, как в первых двух вариантах ГТД. Одновременно проработали вариант редуктора по схеме ВК-2.