До одређеног времена, нацистичка Немачка није обраћала много пажње на пројекте гасних турбинских електрана за копнена возила. Дакле, 1941. године, прва таква јединица састављена је за експерименталну локомотиву, али су њени тестови брзо смањени због економске нескладности и присуства приоритетнијих програма. Рад на правцу гаснотурбинских мотора (ГТЕ) за копнена возила настављен је тек 1944. године, када су неке од негативних особина постојеће технологије и индустрије биле посебно изражене.
Године 1944. Одељење за наоружање војске покренуло је истраживачки пројекат на тему гасних турбинских мотора за тенкови. Постојала су два главна аргумента у корист нових мотора. Прво, немачка тенковска зграда у то време је кренула ка тежини борбених возила, што је захтевало стварање мотора велике снаге и малих димензија. Друго, сва расположива оклопна возила су користила у извесној мери оскудан бензин, што је наметнуло одређена ограничења везана за рад, економију и логистику. Обећавајући гаснотурбински мотори, како су тада сматрали лидери немачке индустрије, могли би да троше мање квалитетног и, сходно томе, јефтинијег горива. Тако су у то време, са становишта економије и технологије, гаснотурбински мотори били једина алтернатива бензинским моторима.
У првој фази, развој перспективног тенк мотора поверен је групи дизајнера из Порсцхеа, на челу са инжењером О. Задником. Неколико повезаних предузећа требало је да помогне инжењерима из Поршеа. Конкретно, Одељење за истраживање СС мотора, на челу са др Алфредом Милером, било је укључено у пројекат. Овај научник од средине тридесетих година бавио се темом гасних турбинских инсталација и учествовао у развоју неколико авијација млазни мотори. У време када је почело стварање гаснотурбинских мотора за резервоаре, Мулер је завршио пројекат турбопуњача, који је касније коришћен на неколико типова клипних мотора. Важно је напоменути да је 1943. године др Мулер више пута давао предлоге у вези са почетком развоја резервоарских гаснотурбинских мотора, али их је немачко руководство игнорисало.
Пет опција и два пројекта
До почетка главног рада (средином лета 1944), водећа улога у пројекту прешла је на организацију на чијем је челу био Милер. У то време су утврђени захтеви за перспективни гаснотурбински мотор. Требало је да има снагу од око 1000 КС. и проток ваздуха од око 8,5 килограма у секунди. Температура у комори за сагоревање је техничким задатком постављена на нивоу од 800°. Због неких карактеристичних карактеристика гаснотурбинских електрана за копнена возила, пре почетка израде главног пројекта било је потребно направити неколико помоћних. Тим инжењера предвођен Мулером је истовремено креирао и разматрао пет опција за архитектуру и изглед гаснотурбинског мотора.
Шематски дијаграми мотора разликовали су се једни од других по броју степена компресора, турбине и локацији енергетске турбине повезане са преносом. Поред тога, разматрано је неколико опција за локацију комора за сагоревање. Дакле, у трећој и четвртој верзији ГТЕ распореда, предложено је да се проток ваздуха из компресора подели на два. Један проток је у овом случају морао да иде у комору за сагоревање и одатле у турбину која ротира компресор. Други део надолазећег ваздуха је, заузврат, убризган у другу комору за сагоревање, која је испуштала вруће гасове директно у енергетску турбину. Такође, разматране су опције са другачијим положајем измењивача топлоте за предгревање ваздуха који улази у мотор.
У првој верзији перспективног мотора, који је достигао фазу пуноправног дизајна, дијагонални и аксијални компресор, као и двостепена турбина, требало је да буду на истој оси. Друга турбина је требало да буде постављена коаксијално иза прве и повезана са преносним јединицама. Истовремено, предложено је да се енергетска турбина која напаја преносник монтира на сопствену осу, неповезану са осовином компресора и турбине. Ова одлука би могла да поједностави дизајн мотора, ако не и један озбиљан недостатак. Дакле, када је оптерећење уклоњено (на пример, током промене степена преноса), друга турбина би се могла окретати до такве брзине, при којој је постојао ризик од уништења лопатица или главчине. Предложено је да се проблем реши на два начина: или да се у прави тренутак успори радна турбина или да се из ње уклоне гасови. На основу резултата анализе изабрана је прва опција.
Па ипак, модификована прва верзија резервоарског гаснотурбинског мотора била је превише компликована и скупа за масовну производњу. Милер је наставио даље истраживање. Да би се дизајн поједноставио, неки од оригиналних делова су замењени одговарајућим јединицама позајмљеним од Хеинкел-Хирт 109-011 турбомлазног мотора. Поред тога, неколико лежајева је уклоњено из дизајна мотора резервоара, који је држао осовине мотора. Смањење броја потпорних елемената осовине на два поједностављена монтажа, али је принудно напуштање посебне осе са турбином која преноси обртни момент на пренос. Енергетска турбина је постављена на истом шахту, на коме су се већ налазила радна кола компресора и двостепена турбина. Комора за сагоревање је опремљена оригиналним ротирајућим млазницама за прскање горива. У теорији, омогућили су ефикасније убризгавање горива, а такође су помогли да се избегне прегревање одређених места у структури. Ажурирана верзија пројекта била је спремна средином септембра 1944. године.
Прва гасна цевна јединица за оклопна возила
Прва гасна цевна јединица за оклопна возила
Ова опција такође није била без недостатака. Пре свега, тврдње су изазвале потешкоће са одржавањем обртног момента на излазној осовини, која је заправо била продужетак осовине главног мотора. Идеално решење за проблем преноса енергије могла би бити употреба електричног преноса, али је недостатак бакра приморао да се такав систем заборави. Као алтернатива електричном преносу, разматран је хидростатички или хидродинамички трансформатор. Када се користе такви механизми, ефикасност преноса снаге је мало смањена, али су били много јефтинији од система са генератором и електромоторима.
ГТ 101 мотор
Даља разрада друге верзије пројекта довела је до следећих промена. Дакле, да би се одржале перформансе гаснотурбинског мотора под ударним оптерећењима (на пример, током експлозије мине), додат је трећи лежај вратила. Поред тога, потреба за уједињењем компресора са авионским моторима довела је до промене неких параметара резервоара гаснотурбинског мотора. Конкретно, потрошња ваздуха је порасла за око четвртину. Након свих побољшања, пројекат мотора резервоара добио је ново име - ГТ 101. У овој фази, развој гаснотурбинске електране за тенкове достигао је фазу када је било могуће започети припреме за изградњу првог прототипа, а затим резервоар опремљен гаснотурбинским мотором.
Међутим, дорада мотора је каснила, а до краја јесени 1944. године нису почели радови на уградњи нове електране на тенк. У то време немачки инжењери су радили само на постављању мотора на постојеће тенкове. Првобитно је планирано да тешки тенк ПзКпфв ВИ – „Тигар“ постане основа за експериментални гаснотурбински мотор. Међутим, моторни простор овог оклопног возила није био довољно велик да прими све потребне јединице. Чак и са релативно малом запремином, ГТ 101 мотор је био предугачак за Тигер. Из тог разлога је одлучено да се као основно возило за тестирање користи тенк ПзКпфв В, познат и као Пантер.
У фази дораде мотора ГТ 101 за употребу на тенк Пантер, наручилац, кога је представљало Одељење за наоружање Војске, и носилац пројекта су се определили за захтеве за експериментално возило. Претпостављало се да ће гаснотурбински мотор омогућити да се специфична снага тенка борбене тежине од око 46 тона доведе на ниво од 25-27 КС. по тони, што ће значајно побољшати његове возне карактеристике. Истовремено, захтеви за максималном брзином се нису много променили. Због вибрација и удара који се јављају приликом вожње при великим брзинама, ризик од оштећења делова доњег строја значајно се повећао. Као резултат тога, максимална дозвољена брзина је ограничена на 54-55 километара на сат.
Постројење гасних турбина ГТ 101 у резервоару "Пантер"
Као и код Тигра, Пантеров моторни простор није био довољно велик да прими нови мотор. Ипак, дизајнери под вођством др Милера успели су да уклопе гаснотурбински мотор ГТ 101 у расположиве запремине. Истина, велика издувна цев мотора морала је да се постави у округлу рупу на задњој оклопној плочи. Упркос наизглед необичности, такво решење се сматрало погодним и погодним чак и за масовну производњу. Сам мотор ГТ 101 на експерименталном Пантеру је требало да буде постављен дуж осе трупа, са померањем нагоре, до крова моторног простора. Поред мотора, у блатобранима трупа, у пројекту је постављено неколико резервоара за гориво. Директно испод мотора пронађено је место за мењач. Уређаји за усис ваздуха доведени на кров зграде.
Поједностављење дизајна мотора ГТ 101, због чега је изгубио засебну турбину повезану са преносом, довело је до потешкоћа другачије природе. За употребу са новим гаснотурбинским мотором, морао је да се наручи нови хидраулички мењач. Организација ЗФ (Захнрадфабрик из Фридрихсхафена) је за кратко време створила тростепени претварач обртног момента са 12-брзинским (!) Мењачом. Половина зупчаника била је намењена за вожњу по путевима, остатак - за савладавање офф-роад. У моторно-трансмисиону јединицу експерименталног резервоара такође је било потребно увести аутоматизацију која је пратила режиме рада мотора. Посебан контролни уређај је требало да прати брзину мотора и по потреби повећава или смањује брзину, спречавајући гаснотурбински мотор да уђе у неприхватљиве режиме рада.
Према прорачунима научника, гаснотурбинско постројење ГТ 101 са преносом из ЗФ могло би да има следеће карактеристике. Максимална снага турбине достигла је 3750 КС, од којих је 2600 компресор одабрао да би обезбедио рад мотора. Тако је на излазном вратилу остало "само" 1100-1150 коњских снага. Брзина ротације компресора и турбина, у зависности од оптерећења, кретала се од 14-14,5 хиљада обртаја у минути. Температура гасова испред турбине одржавана је на унапред одређеном нивоу од 800°. Потрошња ваздуха је била 10 килограма у секунди, специфична потрошња горива - зависно од режима рада 430-500 г/л.с.х.
ГТ 102 мотор
Имајући јединствено велику снагу, гаснотурбински мотор резервоара ГТ 101 није имао ништа мање изузетну потрошњу горива, отприлике двоструко већу од бензинских мотора доступних у то време у Немачкој. Поред потрошње горива, гаснотурбински мотор ГТ 101 имао је још неколико техничких проблема који су захтевали додатна истраживања и корекције. С тим у вези, почео је нови пројекат ГТ 102, у којем је планирано да се одрже сви постигнути успеси и отклоне постојећи недостаци.
У децембру 1944. тим А. Муллера дошао је до закључка да је неопходно вратити се једној од раних идеја. Да би се оптимизовао рад новог гаснотурбинског мотора, предложено је да се користи посебна турбина на сопственој оси, повезана са механизмима преноса. Истовремено, енергетска турбина мотора ГТ 102 је требало да буде засебна јединица, а не постављена коаксијално са главним јединицама, као што је раније предложено. Главни блок нове гасне турбине био је ГТ 101 са минималним изменама. Имао је два деветостепена компресора и тростепену турбину. Приликом развоја ГТ 102 испоставило се да се главни блок претходног мотора ГТ 101, ако је потребно, може поставити не дуж, већ преко моторног простора тенка Пантер. То су урадили приликом склапања јединица експерименталног тенка. Уређаји за усисавање ваздуха гаснотурбинског мотора сада су били смештени на крову са леве стране, а издувна цев - са десне стране.
Постројење гасних турбина ГТ 102 у резервоару "Пантер"
Гаснотурбинска компресорска јединица ГТ 102
Између компресора и коморе за сагоревање главног блока мотора предвиђена је цев за узорковање ваздуха у додатну комору за сагоревање и турбину. Према прорачунима, 70% ваздуха који улази у компресор морало је да прође кроз главни део мотора, а само 30% кроз додатни, са погонском турбином. Занимљива је локација додатног блока: оса његове коморе за сагоревање и турбине снаге је требало да буду постављене окомито на осу главног блока мотора. Предложено је да се агрегати снаге турбине поставе испод главне јединице и да се опреми сопственом издувном цеви, изведеном на средини крова моторног простора.
„Урођена болест“ коришћена у шеми гаснотурбинских мотора ГТ 102 била је ризик од прекомерног окретања турбине снаге са њеним накнадним оштећењем или уништењем. Предложено је да се овај проблем реши на најједноставнији начин: постављање вентила у цев која доводи ваздух у додатну комору за сагоревање ради контроле протока. Истовремено, прорачуни су показали да нови гаснотурбински мотор ГТ 102 може имати недовољан одзив гаса због рада турбине релативно мале снаге. Процењене спецификације, као што су снага излазног вратила или снага турбине главне јединице, остале су на нивоу претходног мотора ГТ 101, што се може објаснити скоро потпуним одсуством већих измена у дизајну, са изузетком увођења агрегата снаге турбине. . Даље унапређење мотора захтевало је коришћење нових решења или чак отварање новог пројекта.
Одвојена радна турбина за ГТ 102
Пре него што је започео развој следећег ГТЕ модела названог ГТ 103, др А. Милер је покушао да побољша изглед постојећег ГТ 102. Главни проблем у његовом дизајну биле су прилично велике димензије главне јединице, што је отежавало поставити цео мотор у моторне просторе резервоара доступних у том тренутку. Да би се смањила дужина јединице мотор-трансмисија, предложено је да се компресор направи као засебна јединица. Тако би се унутар моторног простора резервоара могла поставити три релативно мала блока: компресор, главна комора за сагоревање и турбина, као и блок енергетске турбине са сопственом комором за сагоревање. Ова верзија гаснотурбинског мотора названа је ГТ 102 Аусф. 2. Поред уклањања компресора у посебној јединици, покушано је да се уради исто са комором за сагоревање или турбином, али нису имали много успеха. Дизајн гаснотурбинског мотора није дозволио да се подели на велики број јединица без приметних губитака у перформансама.
ГТ 103 мотор
Алтернатива ГТ 102 Аусф. 2 са могућношћу „бесплатног“ распореда јединица у доступном обиму био је нови развој ГТ 103. Овог пута немачки произвођачи мотора одлучили су да се не фокусирају на погодност постављања, већ на ефикасност рада. У опрему мотора уведен је измењивач топлоте. Претпостављало се да ће уз његову помоћ издувни гасови загрејати ваздух који улази кроз компресор, што би омогућило постизање опипљиве уштеде горива. Суштина ове одлуке је била да би претходно загрејани ваздух омогућио да се потроши мање горива за одржавање потребне температуре испред турбине. Према прелиминарним прорачунима, коришћење измењивача топлоте могло би да смањи потрошњу горива за 25-30 одсто. Под одређеним условима, такве уштеде су могле да нови гаснотурбински мотор учини погодним за практичну употребу.
Развој измењивача топлоте поверен је „кооперантима“ из Браун Бовери. Главни конструктор ове јединице био је В. Кхринизхак, који је раније учествовао у стварању компресора за резервоарске гаснотурбинске моторе. Након тога, Цхринијак је постао познати специјалиста за измењиваче топлоте и његово учешће у пројекту ГТ 103 је вероватно био један од предуслова за то. Научник је применио прилично смело и оригинално решење: ротирајући бубањ од порозне керамике постао је главни елемент новог измењивача топлоте. Унутар бубња је било неколико посебних преграда које су осигуравале циркулацију гасова. Током рада, врући издувни гасови су пролазили унутар бубња кроз његове порозне зидове и загревали их. Ово се догодило за пола обртаја бубња. Следећи пола окрета је коришћен за пренос топлоте на ваздух који струји изнутра ка споља. Захваљујући систему преграда унутар и изван цилиндра, ваздух и издувни гасови се нису мешали једни са другима, што је елиминисало кварове мотора.
Употреба измењивача топлоте изазвала је озбиљне контроверзе међу ауторима пројекта. Неки научници и дизајнери веровали су да ће коришћење ове јединице у будућности омогућити постизање високих капацитета и релативно ниске стопе потрошње ваздуха. Други су, заузврат, видели у измењивачу топлоте само сумњиво средство, чије предности не могу значајно премашити губитке од сложености дизајна. У спору око потребе за измењивачем топлоте победили су присталице нове јединице. У неком тренутку је чак постојао предлог да се гаснотурбински мотор ГТ 103 употпуни са два уређаја за предгревање ваздуха одједном. Први измењивач топлоте у овом случају је требало да загрева ваздух за главни блок мотора, други - за додатну комору за сагоревање. Дакле, ГТ 103 је заправо био ГТ 102 са измењивачима топлоте уведеним у дизајн.
Мотор ГТ 103 није направљен, због чега морате бити задовољни његовим чисто прорачунатим карактеристикама. Штавише, доступни подаци о овом гаснотурбинском мотору су израчунати и пре завршетка измењивача топлоте. Стога би један број показатеља у пракси вероватно могао да се покаже приметно нижим од очекиваног. Снага главне јединице, коју генерише турбина и апсорбује компресор, требало је да буде једнака 1400 коњских снага. Максимална пројектована брзина ротације компресора и турбине главне јединице је око 19 хиљада обртаја у минути. Потрошња ваздуха у главној комори за сагоревање је 6 кг/с. Претпостављало се да ће измењивач топлоте загревати улазни ваздух до 500°, а гасови испред турбине имати температуру од око 800°.
Енергетска турбина, према прорачунима, морала је да се окреће брзином до 25 хиљада обртаја у минути и даје снагу од 800 КС на осовини. Потрошња ваздуха додатне јединице била је 2 кг/с. Температурни параметри улазног ваздуха и издувних гасова, очекивано, требали су бити једнаки одговарајућим карактеристикама главне јединице. Укупна потрошња горива целог мотора уз употребу одговарајућих измењивача топлоте не би прелазила 200-230 г/хп.х.
Резултати програма
Развој немачких тенковских гаснотурбинских мотора почео је тек у лето 1944. године, када су шансе Немачке да победи у Другом светском рату сваким даном бледе. Црвена армија је напредовала на Трећи рајх са истока, а трупе Сједињених Држава и Велике Британије су кренуле са запада. Под таквим условима, Немачка није имала довољно могућности за пуноправно спровођење масе перспективних пројеката. Сви покушаји стварања фундаментално новог мотора за тенкове наишли су на недостатак новца и времена. Због тога су до фебруара 1945. већ постојала три пуноправна пројекта резервоарских гаснотурбинских мотора, али ниједан од њих није стигао ни до фазе монтаже прототипа. Сви радови били су ограничени само на теоријске студије и испитивање појединих експерименталних јединица.
У фебруару 45. догодио се догађај који се може сматрати почетком краја немачког програма за стварање резервоарских гаснотурбинских мотора. Др Алфред Милер је смењен са места шефа пројекта, а његов имењак Макс Адолф Милер постављен је на упражњено место. М.А. Милер је такође био истакнути специјалиста у области гаснотурбинских електрана, али је његов улазак у пројекат успорио најнапреднији развој. Главни задатак под новим лидером био је усавршавање мотора ГТ 101 и почетак његове масовне производње. До краја рата у Европи остало је мање од три месеца, због чега промена руководства пројекта није стигла да доведе до жељеног резултата. Сви немачки тенковски гаснотурбински мотори остали су на папиру.
Према неким изворима, документација за пројекте линије ГТ пала је у руке савезника и они су је користили у својим пројектима. Међутим, први практични резултати у области гаснотурбинских мотора за копнена возила, који су се појавили након завршетка Другог светског рата ван Немачке, имали су мало заједничког са развојем оба др Милера. Што се тиче гаснотурбинских мотора дизајнираних посебно за тенкове, први серијски резервоари са таквом електраном напустили су фабричке монтажне радње само четврт века након завршетка немачких пројеката.
Према материјалима:
http://alternathistory.org.ua/
http://shushpanzer-ru.livejournal.com/
http://army-guide.com/
Кеј, Е.Л. Прича развој и стварање млазних мотора и гасних турбина у Немачкој. - Рибинск: НПО Сатурн, 2006