军事评论

德国坦克燃气涡轮发动机项目

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直到某一段时间,希特勒的德国并没有太多关注地面车辆燃气轮机发电厂的项目。 因此,在1941中,第一个用于实验性机车的这样的单元被组装,但由于经济上的不足和高优先级程序的可用性,其测试很快被拒绝。 地面车辆的燃气涡轮发动机(GTE)方向的工作仅在1944年度继续进行,当时现有技术和工业的一些负面特征特别生动。

1944年,地面部队武器总局启动了一项有关货运海关的研究项目, 坦克。 支持新引擎的原因有两个。 首先,当时的德国坦克制造厂采用了作战车辆的配重课程,这需要制造大功率,小尺寸的发动机。 其次,所有可用的装甲车在某种程度上都使用了稀有汽油,这对运营,经济和后勤施加了一定的限制。 正如德国行业领导者当时所计算的那样,有前途的燃气涡轮发动机可能会消耗较少的高质量燃料,因此会消耗更便宜的燃料。 因此,从经济学和技术的角度来看,当时的燃气轮机是汽油机的唯一替代品。

在第一阶段,由工程师O. Zadnik领导的保时捷设计团队委托开发了一种有前途的坦克发动机。 本来应该有几家相关企业协助保时捷工程师。 特别是,由AlfredMüller博士领导的SS发动机研究部门参与了该项目。 从XNUMX年代中期开始,这位科学家一直致力于燃气轮机的安装,并参与了几项研究。 飞机 喷气发动机。 到开始为油箱创建GTE时,穆勒完成了涡轮增压器项目,该项目后来被用于多种类型的活塞发动机。 值得注意的是,1943年,穆勒(Müller)博士一再提出有关开始开发储罐式燃气涡轮发动机的建议,但德国领导层使他们无人值守。

五个选项和两个项目

当主要工作开始时(年中夏季1944),该项目的主要角色转移到由穆勒领导的组织。 此时,确定了对有希望的GTE的要求。 他应该有一个关于1000 hp的力量 空气流量为每秒8,5千克。 燃烧室内的温度由技术任务设定在800°的水平。 由于地面设备的燃气轮机发电厂的一些特征,在必须创建主要项目的开发之前,必须创建几个辅助设备。 由Muller领导的工程师团队同时创建并审查了五种版本的CCD架构和布局。



发动机的示意图在压缩机步骤的数量,涡轮机和与变速器相关联的动力涡轮机的位置方面彼此不同。 此外,还考虑了几种燃烧室位置选择。 因此,在CCD的布局的第三和第四版本中,建议将来自压缩机的气流分成两部分。 在这种情况下,一个流必须进入燃烧室并从那里进入涡轮机,涡轮机使压缩机旋转。 接着,进入的空气的第二部分被注入第二燃烧室,其将热气体直接提供给动力涡轮机。 还考虑了具有不同热交换器位置的选项,用于预热进入发动机的空气。

在有希望的发动机的第一个变型中,它达到了全面设计的阶段,对角和轴向压缩机以及两级涡轮机应该在同一轴上。 假设第二涡轮机同轴地放置在第一涡轮机后面并连接到传动单元。 在这种情况下,向变速器供电的动力涡轮机被建议安装在其自身轴上,而不是与压缩机和涡轮机的轴线连接。 如果不是一个严重的缺陷,这个解决方案可以简化发动机的设计。 因此,当移除负载时(例如,在换档期间),第二涡轮机可以旋转到这样的速度,在该速度下存在叶片或轮毂破坏的风险。 建议以两种方式解决问题:要么在适当的时刻减慢工作涡轮机,要么从中转移气体。 根据分析结果,我们选择了第一种选择。

然而,改进的第一版坦克GTE对于大规模生产而言过于复杂和昂贵。 穆勒继续进一步探索。 为了简化设计,一些原装零件被从Heinkel-Hirt 109-011涡轮喷气发动机借来的相应装置所取代。 此外,从罐式发动机的设计中移除了几个轴承,该发动机保持发动机轴。 将轴的支撑元件的数量减少到两个简化了组件,但是被迫放弃了具有将扭矩传递到变速器的涡轮机的单独轴线。 动力涡轮机安装在同一轴上,压缩机叶轮和两级涡轮机已经安装在该轴上。 在燃烧室中提供用于喷射燃料的原始旋转喷嘴。 从理论上讲,它们可以更有效地注入燃料,并有助于避免结构某些部分过热。 该项目的更新版本已于9月中旬1944准备就绪。

第一个用于装甲车辆的燃气轮机装置


第一个用于装甲车辆的燃气轮机装置


这个选项也不是没有缺陷。 首先,这些权利要求导致在输出轴上保持扭矩的困难,这实际上是发动机主轴的延续。 电力传输问题的理想解决方案可能是使用电力传输,但铜的短缺使我们忘记了这种系统。 作为电传输的替代方案,考虑了静液压或液力变压器。 当使用这种机制时,功率传输效率略有下降,但它们比具有发电机和电动机的系统便宜得多。

GT 101引擎

进一步详细说明项目的第二个版本导致了下一个变化。 因此,为了在冲击载荷下(例如,当矿井爆炸时)保持CCD的效率,增加了第三轴轴承。 此外,需要将压缩机与飞机发动机统一,导致油箱GTE的一些参数发生变化。 特别是,空气消耗量增加了约四分之一。 经过所有改进后,坦克发动机的草案获得了一个新名称 - GT 101。 在这个阶段,用于坦克的燃气轮机发电厂的开发达到了可以开始准备第一个原型的构造,然后是装备的GTD罐的阶段。

然而,发动机改进被推迟,到1944秋季结束时,在油箱上安装新发电厂的工作尚未开始。 那时,德国工程师只在现有坦克中找到引擎。 最初计划实验性GTE的基地将是重型坦克PzKpfw VI - “老虎”。 然而,这辆装甲车的发动机舱不够大,无法容纳所有必要的装置。 即使体积相对较小,GT 101发动机对于老虎来说太长了。 因此,决定使用PzKpfw V罐(也称为Panther)作为基础试验机。

在用于Panther坦克的GT 101发动机的最终确定阶段,由陆军装备理事会和项目执行者代表的客户确定了实验车辆的要求。 假设CCD将具有约46吨的战斗重量的坦克的特定功率达到25-27 hp的水平。 每吨,这将显着提高其驾驶性能。 同时,对最大速度的要求几乎没有变化。 由于高速行驶时发生的振动和冲击,底盘部件损坏的风险显着增加。 因此,最大允许移动速度限制为每小时54-55公里。

GT 101燃气轮机安装在Panther油箱中


与“Tiger”的情况一样,“Panther”的发动机舱不足以容纳新发动机。 然而,在米勒博士的领导下,设计师设法将GT 101 GTE融入现有产品中。 确实,发动机的大排气管必须放在船尾装甲板的圆孔中。 尽管看似奇怪,但这种解决方案被认为是方便的,甚至适用于大规模生产。 实验性“Panther”上的GT 101发动机应该沿着船体的轴线向上移动,放置在发动机舱的顶部。 在发动机旁边,在船体的挡泥板架上,在项目中放置了几个油箱。 传动的地方直接在发动机下找到。 进气装置带到船体顶部。

简化GT 101发动机的设计,由于它失去了单独的涡轮相关变速器,带来了不同的复杂性。 与新GTE一起使用时,不得不订购新的液压传动装置。 组织ZF(腓特烈港的Zahnradfabrik)在短时间内创造了一个带有12速度(!)变速箱的三级变矩器。 一半的齿轮用于在道路上行驶,其余的用于克服越野。 在发动机 - 变速箱安装的实验坦克中也不得不进入自动化,从而监测发动机的运行状况。 特殊控制装置必须监控发动机转速,并在必要时升高或降低变速箱,防止GTE进入不可接受的操作模式。

根据科学家的计算,带有ZF传动装置的GT 101燃气轮机装置可具有以下特点。 涡轮机的最大功率达到3750 hp,压缩机选择2600以确保发动机运转。 因此,在输出轴上保持“仅”1100-1150马力。 压缩机和涡轮机的旋转速度取决于负载,范围为每分钟14-14,5千转。 涡轮机前方的气体温度保持在800°的给定水平。 空气消耗量为每秒10千克,具体燃料消耗量 - 取决于430-500 g / hp.h的运行模式。

GT 102引擎

GT 101油箱燃气涡轮发动机具有独特的高功率,至少具有显着的燃油消耗,大约是德国汽油发动机当时可用的类似数字的两倍。 除燃料消耗外,GTE GT 101还有几个技术问题,需要进一步研究和纠正。 在这方面,新的GT 102项目开始实施,计划保留所取得的所有成功并摆脱现有的缺点。

12月,A。穆勒的团队1944得出的结论是,有必要回到早期的一个想法。 为了优化新GTE的工作,建议在其自身轴上使用单独的涡轮机,其连接到传动机构。 在这种情况下,GT 102发动机的动力涡轮机应该是一个单独的单元,而不是如前所述与主单元同轴放置。 新燃气轮机发电厂的主要部件是GT 101,变化很小。 它有两个压缩机,九个级和一个三级涡轮机。 在开发GT 102时,事实证明,如果需要,以前的GT 101发动机的主要部件可以不放置,而是放在Panther油箱的发动机舱内。 这是在组装实验罐的单元时完成的。 CCD的进气单元现在位于左侧的顶部,排气管位于右侧。

GT 102燃气轮机安装在Panther油箱中


压缩机燃气轮机GT 102


在压缩机和主发动机缸体的燃烧室之间,设置有管道,用于将空气带到附加燃烧室和涡轮机。 根据计算,进入压缩机的70%空气必须通过发动机的主要部分,而通过额外的一个,只有30%,通过动力涡轮机。 附加单元的位置很有意思:其燃烧室的轴线和动力涡轮机应该垂直于主发动机缸体的轴线定位。 建议将动力涡轮机的单元放置在主单元下方并配备它们自己的排气管,该排气管在发动机舱顶部的中间被移除。

GT 102中使用的燃气涡轮发动机方案的“先天性疾病”是动力涡轮机过度展开及其随后的损坏或破坏的风险。 建议以最简单的方式解决该问题:将用于流量控制的阀门放置在将空气供应到附加燃烧室的管道中。 同时,计算表明,由于相对较轻的动力涡轮机的特性,新的GT 102 GTE可能没有足够的加速度。 估计的技术特性,例如输出轴的功率或主机的涡轮功率,保持在之前的GT 101发动机的水平,这可以通过几乎完全没有主要结构变化来解释,除了动力涡轮机单元的外观。 发动机的进一步改进需要使用新的解决方案或甚至开启新项目。

GT 102的独立涡轮机


在开始开发名为GT 103的下一代GTE模型之前,A。Muller博士试图改进现有GT 102的布局。 其设计的主要问题是主机的尺寸相当大,这使得难以将整个发动机放置在当时可用的储罐的发动机舱中。 为了减少发动机 - 变速器装置的长度,建议将压缩机作为单独的单元运行。 因此,在罐的发动机舱内,可以放置三个相对较小的单元:压缩机,主燃烧室和涡轮机,以及具有其自己的燃烧室的动力涡轮机单元。 这个版本的GTE被命名为GT 102 Ausf。 2。 除了在单独的单元中拆除压缩机之外,还试图对燃烧室或涡轮机进行相同的操作,但它们没有取得多大成功。 燃气涡轮发动机的设计不允许将其自身分成大量单元而没有明显的性能损失。

GT 103引擎

GT 102 Ausf燃气涡轮发动机的替代品。 具有“释放”现有卷中单元布局能力的2已成为新开发的GT 103。 这时,德国发动机制造商决定不做放置的便利性和工作效率。 发动机设备的结构引入了热交换器。 假设在其帮助下,废气将加热通过压缩机进入的空气,这将实现有形的燃料经济性。 这个决定的实质是预热的空气将有机会花费更少的燃料来维持涡轮机前的所需温度。 根据初步计算,使用热交换器可以减少25-30百分比的燃料消耗。 在某些条件下,这种节省能够使新的GTE适合实际使用。

换热器的开发委托给Brown Boveri公司的“配件”。 该部门的首席设计师是V. Hrinizhak,他曾参与过坦克GTE压缩机的生产。 随后,Hrinigak成为热交换器专家,他参与GT 103项目可能是其中的先决条件之一。 科学家应用了一个相当大胆和原始的解决方案:由多孔陶瓷制成的转鼓成为新型换热器的主要元件。 在滚筒内放置了几个特殊的隔板,这些隔板提供了气体的循环。 在操作期间,热废气通过其多孔壁穿过滚筒内部并加热它们。 这发生在鼓的半圈内。 使用以下半圈将热量传递给从内部流到外部的空气。 由于气缸内部和外部的隔板系统,空气和废气不会相互混合,从而排除发动机故障。

热交换器的使用引起了该项目作者的严重争议。 一些科学家和设计师认为,未来使用该装置可以实现高功率和相对较低的空气流速。 反过来,其他人在热交换器中看到的只是一种可疑的手段,其好处不能大大超过结构复杂性造成的损失。 在有关热交换器需求的争议中,新单位的支持者获胜。 在某些时候,甚至有人提议用两台设备同时完成GT 103 GTE空气预热。 在这种情况下,第一热交换器应该加热主发动机缸体的空气,第二热交换器用于附加燃烧室。 因此,GT 103实际上代表了GT 102,并在设计中引入了热交换器。

没有构建GT 103引擎,这使得必须满足其设计特征。 此外,甚至在热交换器创建结束之前,计算了该CCD上的可用数据。 因此,实际上可能的一些指标可能远低于预期。 由涡轮机产生并由压缩机吸收的主单元的功率必须是1400马力。 主机的压缩机和涡轮机的最大旋转设计速度约为每分钟19千转。 主燃烧室中的空气流量为6 kg / s。 假设热交换器将进入的空气加热到500°,并且涡轮机前方的气体将具有大约800°的温度。

根据计算,动力涡轮机应该以高达25 thous。每分钟转速的速度旋转,并将800 hp的功率提供给轴。 附加装置的空气流量为2 kg / s。 正如预期的那样,进入的空气和废气的温度参数应该等于主单元的相应特性。 使用适当的热交换器,整个发动机的总燃料消耗不会超过200-230 g / hp.h.

该计划的结果

德国坦克燃气涡轮发动机的开发仅在1944夏季开始,当时德国赢得第二次世界大战的机会每天都在消失。 红军从东方向第三帝国进军,美国和英国的军队从西方进军。 在这种情况下,德国没有足够的机会充分管理大量有前景的项目。 为坦克创造一个全新的引擎的所有尝试都在于资金和时间的短缺。 因此,到2月1945,已经有三个完整的坦克GTE项目,但它们都没有达到组装原型的阶段。 所有工作仅限于理论研究和单个实验单元的测试。

2月,发生了45事件,这可以被认为是德国燃气涡轮发动机制造计划结束的开始。 Alfred Muller博士被从项目负责人的职位上撤下,他的同名Max Adolf Muller被任命为空缺席位。 MA 穆勒还是燃气轮机发电厂领域的知名专家,但他到达该项目后放慢了最先进的开发速度。 新头目标下的主要任务是GT 101发动机的完工和批量生产的开始。 在欧洲战争结束之前,还有不到三个月的时间,这就是为什么项目管理的变化无法达到预期的结果。 所有德国坦克GTE都留在纸上。

根据一些消息来源,关于GT系列项目的文件落入了盟国的手中,他们在项目中使用了它。 尽管如此,第二次世界大战结束后出现在地面机器的燃气涡轮发动机领域的第一个实际结果与Mullere博士的发展几乎没有共同之处。 对于专门为坦克设计的GTE,在德国项目完成后,第一批生产这种发电厂的生产坦克离开工厂的装配车间只有四分之一个世纪。


基于:
http://alternathistory.org.ua/
http://shushpanzer-ru.livejournal.com/
http://army-guide.com/
凯,E.L。 故事 在德国开发和创造喷气发动机和燃气轮机。 - 雷宾斯克:NPO土星,2006
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  1. stas57
    stas57 11 July 2013 10:03
    +4
    德国坦克燃气涡轮发动机的开发仅在1944夏季开始,当时德国赢得第二次世界大战的机会每天都在消失。

    好吧,他们会跑,而且?
    如果德国人不知道一个平庸的坦克比一个时钟而不是一个超级银行更好地工作,那么还会增加另一个头痛的问题
    1. perepilka
      perepilka 11 July 2013 12:27
      +6
      Quote:Stas57
      好吧,他们会跑,而且?

      无法运行。 他们甚至没有解决空气净化问题。 总的来说,敌人再次掌握了帝国的金钱,而敌人最终获得了全部发展。 我们的战斗人员再次挽救了生命。 不,他们肯定需要授予勋章 什么
  2. 罂粟
    罂粟 11 July 2013 10:33
    +5
    好吧,只是德国人的思想是创造一个完美的坦克,而不是很多媒介
  3. rudolff
    rudolff 11 July 2013 13:08
    +3
    从未听说过这些作品。 很有意思。 总的来说,令人惊奇的是德国科学在当时取得了多大的进步。 有时,甚至希特勒似乎并不急于战争的开始,也没有加入苏联,很有可能英国的官方语言现在是德语。 巡航导弹和弹道导弹,无核潜艇,喷气飞机,加密信息的新方法,GTE坦克项目等。 等等 核武器的产生指日可待。 惊人
    1. 氩
      11 July 2013 13:47
      +3
      因此,我反复听到这种观点,您真的认为其他国家没有``天才''吗?谷歌,30年代苏联的项目,负责国防的人都足够聪明,可以清醒地评估所有风险并防止资金浪费。雷伊哈(Reiha),(从42岁末开始)大多数官员(从XNUMX年底开始)对自己的“前景”更为关心,而不是在为部队装备军事经济平衡问题时。这篇文章中讨论的项目是对这一点的生动肯定。
      1. 尘土飞扬的猫
        尘土飞扬的猫 11 July 2013 23:50
        +3
        Quote:氩气
        因此,我反复听到这一观点,您真的认为其他国家没有“天才”吗?


        1930年代初期,苏联开发了用于陆地和海洋设备的GTE。 在1980年代中期,有一系列关于苏联导弹和喷气式坦克的文章(火箭和喷气式飞机的含义是相应发动机的推进)。 甚至《先锋真理》中也有一系列文章。 问题出在与飞机相同的问题上-缺乏耐热材料的理论以及材料本身至少能够以700克的重量工作。 而且发动机设计本身也不可靠。 我们的问题也没有达到尘埃问题。 尽管有使用陶瓷的非常高级的想法。
        但是战后所有这些都被开除了。 德国工程师来了几乎现成的人员。 我们的陶瓷燃气涡轮发动机学校很不幸-德国耐热合金取得的成就掩盖了它。
        尽管,例如,一台标有1936年标记的瓷制燃气轮机发电机站在离地面第二层的KHMT锅炉房的一堆破碎的耐热砖下面。
        在其中一个子机器人上,西门子发电机被拖入了电气大楼的地下室,该地下室应该被包含在实验室设备中(也许仍在那儿),损坏严重的涡轮机被刺穿并与砖块一起扔掉了。 只有金属压缩机和带有铸铁油散热器的强力变速箱才保留在锅炉室中-他们根本无法将其从地上拧下。
        从燃气接线来看,GTEGU的电源是燃气。
    2. 亚历克斯
      亚历克斯 6九月2013 14:09
      +3
      引用:鲁道夫
      是的,创造核武器并不遥远。

      是的,纳粹没有任何与军事核装置非常相似的东西。 因此,他们更接近核武器而不是从柏林到华盛顿步行沿着大西洋底部。 所有这些关于第三帝国原子弹的故事都不值得用于发明和论证这些版本的论文(千字节空间)。
  4. rudolff
    rudolff 11 July 2013 15:01
    +1
    氩气,我不会小看其他国家,尤其是苏联在军事技术领域的优点。 我完全不争论德国发明的战斗力,这是很多专家所为。 我只注意到当时德国在军事领域的研发工作的高强度和革命性。 而且,已经或几乎使工业准备就绪。
    1. 氩
      12 July 2013 01:17
      0
      因此,我想举一个例子,即这种“革命”是对材料,人力资源和最重要时间的浪费,而且,仔细研究后发现,那里没有什么特别革命性的东西,并且在该系列中创建了一个真正可行的模型例如,以Me-262为例,此“杰作”的实际战备状态不超过总数的30%,并且由于非战斗原因而损失的车辆数量超过了战斗损失的数量(没有幸存的文件,但是许多德国人在他们的书中提到了这一点回忆录)这是通过拒绝在苏联复制这种装置而间接证实的,尽管有可能,并且该问题已得到最高解决。
  5. svp67
    svp67 12 July 2013 00:25
    0
    是的,如果德国人创建了GTE并将其安装在“狮子”上,我们许多幸存的祖父就不会活着看到胜利
  6. 令人恐惧
    令人恐惧 14 July 2013 16:06
    0
    感谢作者的文章。 了解德国人制造强大而经济的发动机的尝试非常有趣。
    我想知道它是怎么结合起来的,而不是不能用铝为柴油发动机制造机壳,并试图制造GT发动机。 当时的过时技术和超级技术。
  7. 阿尔夫
    阿尔夫 14 July 2013 23:31
    +1
    [quote = svp67]是的,如果德国人创建了GTE并将其安装在“狮子”号上,我们许多幸存的祖父就不会活着看到
    但是,如果德国人也拥有无穷无尽的燃料之海,即使没有在两个战线上进行战争,甚至没有红军,那么他们也会向所有人展示...
  8. 亚历克斯
    亚历克斯 6九月2013 14:20
    +3
    感谢作者,伟大的文章。 我再一次相信,从第二次世界大战的下半部开始,德国人就不再依赖于他们称赞的军事艺术和奇迹。 这里没有奇迹。