ОСНАЩЕНИЕ БРОНИРОВАННЫХ МАШИН НОВЫМИ МАЛОГАБАРИТНЫМИ  ДИЗЕЛЬ-ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СИЛОВЫМИ БЛОКАМИ

Р.М. Огоркевич

Armored Vehicles Power-Up with New Smaller Diesel-Electric Packs.

Jane's International Defense Review, June 2001, p. 71-72

Фирма MTU (г. Фридрихсхафен) приступила к разработке новых значительно более компактных силовых установок для танков. Основу такой силовой установки составляет дизельный двигатель, получивший название HPD (High Power Density) или двигатель высокой габаритной мощности. Новая силовая установка может значительно уменьшить внутренний объем танков и, следовательно, сделать их меньше и легче.

Силовая установка занимает в танке до 30-40% всего внутреннего объема. Поэтому можно извлечь большую пользу, уменьшая ее габариты, а значит, и массу танка.

Уже многое сделано в этом направлении. Отличным примером может служить серия дизельных двигателей МТ-880, разработанных фирмой MTU. Так, силовой блок EuroPowerPack с двигателем МТ-883 мощностью 1100 кВт ( 1500 л .с.) и трансмиссией HSWL 295 ТН фирмы "Ренк" имеет объем лишь 4,3 м3 . Сравним это с объемом 7,06 м3 силового блока танка "Леопард-2", оснащенного дизельным двигателем МВ-873 фирмы MTU, или объемом 6,06 м3 силового блока танка М1 (США) с газотурбинным двигателем AGT-1500 (объемы приведены без топливных баков).

Силовой блок EuroPowerPack был изготовлен для экспортного варианта французского танка "Леклерк", который имеет более компактное моторно-трансмиссионное отделение, чем другие современные танки. Этот двигатель  был установлен также на опытных образцах экспортных вариантов танков М1 (США) и "Челленджер-2" (Великобритания). В танке М1 замена силового блока с двигателем AGT-1500 на EuroPowerPack позволила сократить длину корпуса танка на 0,95 м . Это показывает, насколько может быть уменьшен объем танков за счет установки силового блока с двигателем МТ-883.

Однако в настоящее время фирма MTU предлагает новое семейство дизельных двигателей высокой габаритной мощности, установка которых в танк позволит еще больше уменьшить объем, занимаемый силовой установкой.

Рис.1. Силовой блок EuroPowerPack фирмы MTU, установленный в основном боевом танке "Леопард-2"

Основа компактности

Новый силовой блок с двигателем высокой габаритной мощности обязан своей компактностью сочетанию усовершенствований, проведенных на дизельном двигателе  и применению электромеханической трансмиссии (ЭМТ).

Дизельный двигатель соединяется с ведущими колесами через электромеханическую трансмиссию, что делает возможным получение независимости частоты вращения его коленчатого вала от скорости движения машины. Это также позволяет упростить процесс оптимизации конструкции и рабочих характеристик двигателя, потому что не требуется изменять крутящий момент в зависимости от частоты вращения коленчатого вала или скорости движения. Вместо этого крутящий момент изменяется по "требованию" тягового электродвигателя, а генератор постоянного или переменного тока необходим лишь для выработки электроэнергии.

Однако обеспечение высокой компактности силовой установки с электромеханической трансмиссией потребовало существенного увеличения среднего эффективного давления в верхнем диапазоне частот вращения двигателя. Насколько высокими могут быть эти значения в двигателях HPD видно из следующего сравнения: среднее эффективное давление при максимальной мощности составило 26 бар по сравнению с 19,3 бара у последнего варианта двигателя МТ-883.

Конструкции двигателей фирмы MTU позволяют им работать при высокой средней скорости движения поршня. В двигателях HPD она даже выше, чем в двигателях серии МТ-883   и составляют 15,4 м/с (на  режиме  максимальной  мощности число оборотов составляет 4250 об./мин), по сравнению с 14,0 м/с   у   двигателя МТ-883. Сочетание такой высокой средней скорости поршня с очень высоким средним эффективным давлением приводит к необыкновенно большой величине литровой мощности   92,0 кВт, снимаемой с 1 дм3 объема цилиндра двигателя. Это выше, чем литровая мощность дизельного двигателя SACM  V8X  фирмы   Wartsila с системой наддува "Гипербар"  - 67 кВт/дм3 "  (двигатель установлен на французском танке "Леклерк")   и  даже выше, чем литровая мощность двигателя МТ-883 Ка-523 при его работе в "морском" режиме  - 73,7 кВт/дм3 (этот двигатель разработан фирмой MTU по специальным требованиям для перспективной амфибийной десантной машины (AAAV) морской пехоты США).

Необыкновенная габаритная мощность

Практическим результатом применения двигателей высокой габаритной мощности является то, что 12-цилиндровый двигатель V-12 HPD мощностью 1100 кВт ( 1500 л .с.) имеет общий рабочий объем цилиндров  всего лишь 12 дм3, что меньше половины рабочего объема цилиндров двигателя МТ-883 и составляет четверть рабочего объема цилиндров двигателя МВ-873 при одинаковой мощности ( 1500 л .с.).

Применение электромеханической трансмиссии позволяет развивать двигателю не только бóльшую мощность на ведущих колесах, но и обеспечивает плавную бесступенчатую передачу крутящего момента при движении машины.

Так как частота вращения двигателя не зависит от скорости движения машины, двигатель может работать с наибольшим коэффициентом полезного действия. В результате работы двигателя в области наибольшей экономичности, а также применения электронной системы управления, которой будут оснащаться все дизельные двигатели семейства HPD, достигается значительная экономия топлива.

Большая величина габаритной мощности двигателей HPD получена за счет высокой плотности их компоновки, что является свидетельством многолетнего опыта исследований фирмы MTU в области создания дизельных двигателей с высокими характеристиками для машин различного назначения. Особенностями двигателей семейства HPD являются: V-образная компоновка блок-картера и модульная конструкция основных подсистем, таких как насосы, фильтры и система смазки. На рис. 2 показаны боковые проекции варианта двигателя V-12 HPD мощностью 1100 кВт в сравнении с двигателем МТ-883, который в свою очередь является значительно более компактным, чем двигатель МВ-873 танка "Леопард-2". В других отношениях двигатели HPD отражают установившиеся традиции и практику фирмы MTU, то есть это 4-тактные дизельные двигатели с газотурбинным наддувом и  электронной   системой  впрыска топлива.

Рис. 2. Сравнение боковых проекций дизельного двигателя V-12 HPD и  двигателя   МТ-883 такой же мощности

Модульная силовая установка

Модульная конструкция силовой установки с дизельным двигателем HPD показана на рис. 3. Приведено компьютерное изображение основного двигателя V-6 мощностью 552 кВт ( 750 л .с.) вместе с другими составными частями, которые заключены в куб, общий объем которого 0,57 м3 . На рисунке показан также компактный генератор, встроенный в маховик, но не изображены основные части электромеханической трансмиссии фирмы "Ренк".

Рис. 3. Компьютерное изображение силовой установки с дизельным двигателем V-6 HPD мощностью 750 л .с.:1 – основной двигатель; 2 – трубопроводы наддувочного воздуха; 3 – встроенный в маховик генератор; 4 – корпус воздухоочистителя; 5 – корпус воздухозаборника; 6 – циклонный фильтр (I ступень воздухоочистки); 7 – турбокомпрессор

В отличие от классических чисто электрических трансмиссий, в которых генератор соединен кабелями с электродвигателями, установленными на каждом ведущем колесе, электромеханическая трансмиссия содержит только один тяговый электродвигатель, а ведущие колеса соединены между собой поперечным валом, который может вращаться в любом направлении небольшим по мощности электродвигателем механизма поворота. В результате этого получается эффективная система поворота, в которой энергия, регенерируемая на ведущих колесах, передается на гусеницы механическим способом, вместо электрического. В отдельных случаях электродвигатель поворота  может действовать как генератор. Тяговый электродвигатель должен быть значительно мощнее, чем это требуется для обеспечения только прямолинейного движения, так как при поворотах машины возникают большие сопротивления  движению.

Диаграмма объемов силовой установки мощностью 1100 кВт с различными типами трансмиссий показана на рис. 4. Данные приведены по результатам исследования,  выполненного  фирмами MTU, Renk и Magnet Motor, разработчиками электродвигателей постоянного тока и генераторов, которые, вероятно, будут использоваться в электромеханической трансмиссии  перспективных боевых машин.

Рис. 4. Сравнение объемов двигателя МТ-883 силового блока EuroPowerPack, двух дизельных 6-цилиндровых двигателей V-6 HPD с электрическими трансмиссиями и дизельного 12-цилиндрового двигателя V-12 HPD с электромеханической трансмиссией. Все силовые установки имеют одну и ту же мощность 1100 кВт ( 1500 л .с.):

1 – объем (м³); 2 – силовой блок EuroPowerPack с двигателем МТ-883 и гидромеханической трансмиссией; 3 – двигатель МТ-883 с двумя электрическими трансмиссиями; 4 – два двигателя V-6 HPD с двумя электрическими трансмиссиями; 5 – двигатель V-12 HPD с электромеханической трансмиссией; 6 – тип трансмиссии или электрической передачи; 7 – неиспользованное пространство; 8 – система охлаждения; 9 – система очистки  воздуха; 10- основной двигатель

Исследования   показали, что для   силового блока  EuroPowerPack  простой заменой гидромеханической трансмиссии на классическую электрическую трансмиссию нельзя получить преимуществ в объеме и массе.  В результате силовой блок получается  только  больше и тяжелее. В то же время силовой блок с дизельным двигателем V-12 HPD и электромеханической трансмиссией может  иметь значительно меньшие габариты и массу, чем силовой блок EuroPowerPack, хотя последний  намного меньше силовых блоков большинства западных танков, находящихся в настоящее время на вооружении. Как установлено,  силовой блок с  двигателем HPD и электромеханической трансмиссией может  иметь  объем  3,2 м3     и массу   4410 кг по сравнению с объемом 4,3 м3 и  массой  5500 кг   силового блока  EuroPowerPack.

Исследовался также вариант с двумя дизельными 6-цилиндровыми двигателями V-6 HPD, каждый со своей собственной электрической трансмиссией, суммарной мощностью 1100 кВт. Это позволяет иметь в танке две отдельные автономные силовые установки – решение, которое не раз предлагалось для  танка в прошлом. До некоторой степени удивительно, что общий объем этих двух силовых установок V-6 HPD может быть не намного больше, чем объем силовой установки V-12 HPD, что делает такой вариант компоновки возможной альтернативой для некоторых конструкций бронетанковой техники будущего.

Однако только сочетание двигателя высокой габаритной мощности и электромеханической трансмиссии дает самое большое уменьшение внутреннего объема танка и позволяет сделать его значительно легче при данном уровне броневой защиты.