Indtil et bestemt tidspunkt var Hitlers Tyskland ikke særlig opmærksom på projekterne fra gasturbinekraftværker til terrængående køretøjer. Så i 1941 blev den første sådan enhed samlet til et eksperimentelt lokomotiv, men dens test blev hurtigt indskrænket på grund af økonomisk uhensigtsmæssighed og tilstedeværelsen af programmer med højere prioritet. Arbejdet i retning af gasturbinemotorer (GTE) til terrængående køretøjer fortsatte først i 1944, hvor nogle af de negative træk ved den eksisterende teknologi og industri især blev markeret.
I 1944 lancerede Hærens Bevæbningsdirektorat et forskningsprojekt om GTE til kampvogne. Der var to hovedårsager til de nye motorer. For det første tog den tyske tankbygning på det tidspunkt kurs mod tungere kampkøretøjer, hvilket krævede oprettelse af en motor med høj effekt og små dimensioner. For det andet brugte alle tilgængelige pansrede køretøjer til en vis grad knap benzin, og dette pålagde visse begrænsninger i forbindelse med drift, økonomi og logistik. Lovende gasturbinemotorer, som de tyske brancheledere derefter overvejede, kunne forbruge mindre brændstof af høj kvalitet og dermed billigere. På det tidspunkt var det fra det økonomiske og teknologiske synspunkt det eneste alternativ til benzinmotorer en gasturbinemotor.
På det første trin blev udviklingen af en lovende tankmotor overladt til en gruppe designere fra Porsche under ledelse af ingeniør O. Zadnik. Flere beslægtede virksomheder skulle hjælpe Porsche -ingeniørerne. Især SS Engine Research Department, ledet af Dr. Alfred Müller, var involveret i projektet. Siden midten af trediverne har denne videnskabsmand arbejdet med gasturbineanlæg og deltaget i udviklingen af flere flymotorer. Da oprettelsen af en gasturbinemotor til tanke begyndte, havde Müller afsluttet turboladeren, som senere blev brugt på flere typer stempelmotorer. Det er bemærkelsesværdigt, at Dr. Müller i 1943 gentagne gange fremsatte forslag vedrørende starten på udviklingen af tank gasturbinemotorer, men den tyske ledelse ignorerede dem.
Fem muligheder og to projekter
Da hovedarbejdet begyndte (midten af sommeren 1944), var hovedrollen i projektet gået over til organisationen under ledelse af Müller. På dette tidspunkt blev kravene til en lovende gasturbinemotor fastlagt. Den skulle have en effekt på cirka 1000 hk. og et luftforbrug i størrelsesordenen 8,5 kilo i sekundet. Temperaturen i forbrændingskammeret blev ved hjælp af kommissoriet sat til 800 °. På grund af nogle karakteristiske træk ved gasturbinekraftværker til terrængående køretøjer skulle der oprettes flere hjælpestoffer, inden udviklingen af hovedprojektet begyndte. Et team af ingeniører ledet af Müller skabte og overvejede samtidig fem muligheder for gasturbinemotorens arkitektur og layout.
De skematiske diagrammer for motoren adskilte sig fra hinanden i antallet af trin i kompressoren, turbinen og placeringen af den effektmølle, der er forbundet med transmissionen. Desuden blev flere muligheder for placering af forbrændingskamrene overvejet. Så i den tredje og fjerde version af GTE -layoutet blev det foreslået at opdele luftstrømmen fra kompressoren i to. En strøm i dette tilfælde måtte gå ind i forbrændingskammeret og derfra til turbinen, der roterede kompressoren. Den anden del af den indgående luft blev til gengæld injiceret i det andet forbrændingskammer, som afgav varme gasser direkte til effektturbinen. Der blev også overvejet muligheder med en anden position af varmeveksleren til forvarmning af luften, der kommer ind i motoren.
I den første version af den lovende motor, der nåede stadiet af fuldt udbygget design, skulle en diagonal og aksial kompressor samt en totrinsmølle have været placeret på samme akse. Den anden turbine skulle placeres koaksialt bag den første og tilsluttes transmissionsenhederne. Samtidig blev kraftmøllen, der leverer strøm til transmissionen, foreslået at blive monteret på sin egen akse, ikke forbundet til kompressorernes og møllernes akse. Denne løsning kunne forenkle design af motoren, hvis ikke for en alvorlig ulempe. Så når lasten fjernes (f.eks. Under gearskift), kunne den anden turbine dreje op til sådanne hastigheder, hvor der var risiko for ødelæggelse af knivene eller navet. Det blev foreslået at løse problemet på to måder: enten at bremse arbejdsturbinen på de rigtige øjeblikke eller at fjerne gasser fra den. Baseret på analyseresultaterne blev den første mulighed valgt.
Og alligevel var den modificerede første version af tanken GTE for kompliceret og dyr til masseproduktion. Müller fortsatte yderligere forskning. For at forenkle designet blev nogle originaldele udskiftet med tilsvarende enheder lånt fra Heinkel-Hirt 109-011 turbojetmotoren. Desuden blev flere lejer fjernet fra tankmotorens design, hvor motorakslerne blev holdt. Reduktion af antallet af akselstøtter til to forenklede samlinger, men eliminerede behovet for en separat aksel med en turbine, der overfører drejningsmoment til transmissionen. Kraftmøllen blev installeret på den samme aksel, som kompressorhjulene og totrinsmøllen allerede var placeret på. Forbrændingskammeret er udstyret med originale roterende dyser til sprøjtning af brændstof. I teorien gjorde de det muligt at indsprøjte brændstof mere effektivt og hjalp også med at undgå overophedning af visse dele af strukturen. En opdateret version af projektet var klar i midten af september 1944.
Den første gasrørsenhed til pansrede køretøjer
Den første gasrørsenhed til pansrede køretøjer
Denne mulighed var heller ikke uden sine ulemper. Først og fremmest forårsagede kravene vanskeligheder med at opretholde drejningsmomentet på udgangsakslen, som faktisk var en forlængelse af motorens hovedaksel. Den ideelle løsning på problemet med kraftoverførsel kunne være brugen af en elektrisk transmission, men manglen på kobber fik et sådant system til at blive glemt. Som et alternativ til elektrisk transmission blev en hydrostatisk eller hydrodynamisk transformer overvejet. Ved brug af sådanne mekanismer blev effektiviteten af kraftoverførsel reduceret en smule, men de var betydeligt billigere end et system med en generator og elektriske motorer.
GT 101 motor
Yderligere udvikling af den anden version af projektet førte til yderligere ændringer. Så for at bevare GTE's ydeevne under stødbelastninger (f.eks. Under en mineeksplosion) blev der tilføjet et tredje akseleleje. Desuden førte behovet for at forene kompressoren med flymotorer til en ændring i nogle parametre for tankens GTE -drift. Især er luftforbruget steget med cirka en fjerdedel. Efter alle ændringerne fik tankmotorprojektet et nyt navn - GT 101. På dette tidspunkt nåede udviklingen af et gasturbinkraftværk til tanke det stadium, hvor det var muligt at begynde forberedelserne til konstruktionen af den første prototype, og derefter tanken udstyret med en gasturbinemotor.
Ikke desto mindre trak finjusteringen af motoren ud, og i slutningen af efteråret 1944 var arbejdet med at installere et nyt kraftværk på tanken ikke begyndt. På det tidspunkt arbejdede tyske ingeniører kun på at placere motoren på eksisterende tanke. Det var oprindeligt planlagt, at basen for den eksperimentelle GTE skulle være den tunge tank PzKpfw VI - "Tiger". Motorrummet i dette pansrede køretøj var imidlertid ikke stort nok til at rumme alle de nødvendige enheder. Selv med en relativt lille slagvolumen var GT 101's motor for lang til en Tiger. Af denne grund blev det besluttet at bruge PzKpfw V -tanken, også kendt som Panther, som basistestkøretøj.
På tidspunktet for færdiggørelsen af GT 101 -motoren til brug på Panther -tanken fastlagde kunden, repræsenteret ved Land Forces Armaments Directorate, og projektudføreren, kravene til prototypen. Det blev antaget, at gasturbinemotoren ville bringe den specifikke effekt af en tank med en kampvægt på omkring 46 tons til niveauet 25-27 hk. ton, hvilket vil forbedre dens køreegenskaber betydeligt. Samtidig har kravene til maksimal hastighed næppe ændret sig. Vibrationer og stød fra højhastighedskørsel øgede risikoen for skader på chassiskomponenter betydeligt. Som følge heraf var den maksimalt tilladte hastighed begrænset til 54-55 kilometer i timen.
Gasturbineenhed GT 101 i tanken "Panther"
Som i tilfældet med Tiger var Panthers motorrum ikke stort nok til at rumme den nye motor. Ikke desto mindre formåede designerne under ledelse af Dr. Miller at passe GT 101 GTE ind i de tilgængelige mængder. Sandt nok skulle det store motorudstødningsrør placeres i et rundt hul i den bageste rustningsplade. På trods af den tilsyneladende mærkelighed blev en sådan løsning anset for praktisk og egnet selv til masseproduktion. Selve GT 101 -motoren på den eksperimentelle "Panther" skulle placeres langs skrogets akse med et skift opad til taget i motorrummet. Ved siden af motoren, i skrogets skærme, blev flere brændstoftanke placeret i projektet. Stedet for transmissionen blev fundet direkte under motoren. Luftindtagene blev bragt til bygningens tag.
Forenklingen af designet af GT 101 -motoren, på grund af hvilken den mistede sin separate turbine forbundet med transmissionen, medførte vanskeligheder af en anden art. Til brug med den nye GTE skulle der bestilles en ny hydraulisk transmission. Organisation ZF (Zahnradfabrik fra Friedrichshafen) skabte på kort tid en tretrins momentomformer med en 12-trins (!) Gearkasse. Halvdelen af gearene var til on-road kørsel, resten til off-road kørsel. I motoroverførselsinstallationen af forsøgstanken var det også nødvendigt at indføre automatisering, der overvåger motorens driftstilstande. En særlig kontrolenhed skulle overvåge motorhastigheden og om nødvendigt øge eller reducere gearet, hvilket forhindrede GTE i at komme ind i uacceptable driftstilstande.
Ifølge forskernes beregninger kunne gasturbinen GT 101 med transmission fra ZF have følgende egenskaber. Den maksimale turbineeffekt nåede 3750 hk, hvoraf 2600 blev taget af kompressoren for at sikre motorens drift. Således var der "kun" 1100-1150 hestekræfter tilbage på udgangsakslen. Kompressorens og turbinernes rotationshastighed, afhængigt af belastningen, svingede mellem 14-14,5 tusinde omdrejninger i minuttet. Temperaturen på gasserne foran møllen blev holdt på et forudbestemt niveau på 800 °. Luftforbruget var 10 kg i sekundet, det specifikke brændstofforbrug var, afhængigt af driftstilstanden, 430-500 g / hk.
GT 102 motor
Med en enestående høj effekt havde gasturbinemotoren GT 101 tanken et lige så bemærkelsesværdigt brændstofforbrug, cirka dobbelt så højt som benzinmotorernes tilgængelige på det tidspunkt i Tyskland. Ud over brændstofforbrug havde GTE GT 101 flere flere tekniske problemer, der krævede yderligere forskning og korrektion. I den forbindelse begyndte et nyt projekt GT 102, hvor det var planlagt at fastholde alle opnåede succeser og slippe af med de eksisterende mangler.
I december 1944, A. Müller kom til den konklusion, at det var nødvendigt at vende tilbage til en af de tidligere ideer. For at optimere driften af den nye GTE blev det foreslået at bruge en separat turbine på sin egen aksel, der er forbundet til transmissionsmekanismerne. Samtidig skulle kraftmøllen i GT 102 -motoren være en separat enhed, ikke placeret koaksialt med hovedenhederne, som tidligere foreslået. Hovedblokken i det nye gasturbinkraftværk var GT 101 med minimale ændringer. Det havde to kompressorer med ni trin og en tretrins turbine. Ved udviklingen af GT 102 viste det sig, at hovedblokken på den tidligere GT 101 -motor om nødvendigt ikke kan placeres langs, men på tværs af motorrummet i Panther -tanken. Så de gjorde, når de samlede enhederne i forsøgstanken. Luftindtagsenhederne i gasturbinemotoren var nu placeret på taget i venstre side, udstødningsrøret i højre side.
Gasturbineenhed GT 102 i tanken "Panther"
Gasturbinekompressor GT 102
Mellem kompressoren og forbrændingskammeret i hovedmotorblokken blev der tilvejebragt et rør til udluftning af luft til det ekstra forbrændingskammer og turbine. Ifølge beregninger skulle 70% af den luft, der kom ind i kompressoren, gå gennem hoveddelen af motoren og kun 30% gennem den ekstra med en kraftturbine. Placeringen af den ekstra blok er interessant: aksen i dets forbrændingskammer og effektturbine skulle have været placeret vinkelret på aksen på hovedmotorblokken. Det blev foreslået at placere effektturbineenhederne under hovedenheden og udstyre dem med deres eget udstødningsrør, som blev bragt ud midt på taget i motorrummet.
Den "medfødte sygdom" i GT 102s gasturbinemotorlayout var risikoen for at overspinde magtmøllen med efterfølgende skader eller ødelæggelse. Det blev foreslået at løse dette problem på den enkleste måde: at placere ventiler for at styre strømmen i røret, der tilfører luft til det ekstra forbrændingskammer. Beregninger viste samtidig, at den nye GT 102 GTE kan have utilstrækkelig gasrespons på grund af særegenhederne ved driften af en relativt let kraftmølle. Designspecifikationerne, f.eks. Outputakseleffekt eller turbinekraft på hovedenheden, forblev på samme niveau som den tidligere GT 101 -motor, hvilket kan forklares med det næsten fuldstændige fravær af større designændringer, bortset fra effektens udseende turbineenhed. Yderligere forbedring af motoren krævede brug af nye løsninger eller endda åbning af et nyt projekt.
Separat arbejdsturbine til GT 102
Inden udviklingen af den næste GTE -model, kaldet GT 103, påbegyndte Dr. A. Müller et forsøg på at forbedre layoutet på den eksisterende GT 102. Hovedproblemet med dens design var de temmelig store dimensioner af hovedenheden, som gjorde det er svært at placere hele motoren i motorrummene på de tilgængelige tanke på det tidspunkt. For at reducere længden af motor-transmissionen blev det foreslået at designe kompressoren som en separat enhed. Således kunne tre relativt små enheder placeres inde i tankens motorrum: en kompressor, et hovedforbrændingskammer og en turbine samt en kraftturbinenhed med eget brændkammer. Denne version af GTE fik navnet GT 102 Ausf. 2. Ud over at placere kompressoren i en separat enhed er der forsøgt at gøre det samme med forbrændingskammeret eller turbinen, men de har ikke haft den store succes. Udformningen af gasturbinemotoren lod sig ikke opdele i et stort antal enheder uden mærkbare ydelsestab.
GT 103 motor
Et alternativ til gasturbinemotoren GT 102 Ausf. 2 med mulighed for "gratis" arrangement af enheder i det eksisterende volumen var den nye udvikling af GT 103. Denne gang besluttede de tyske motorbyggere ikke at fokusere på bekvemmeligheden ved placering, men på effektiviteten af arbejdet. En varmeveksler blev indført i motorudstyret. Det blev antaget, at med sin hjælp vil udstødningsgasserne opvarme luften, der kommer ind gennem kompressoren, hvilket vil opnå håndgribelige brændstofbesparelser. Essensen i denne løsning var, at den forvarmede luft ville gøre det muligt at bruge mindre brændstof for at opretholde den nødvendige temperatur foran møllen. Ifølge foreløbige beregninger kan brugen af en varmeveksler reducere brændstofforbruget med 25-30 procent. Under visse betingelser kunne sådanne besparelser gøre den nye GTE velegnet til praktisk brug.
Udviklingen af varmeveksleren blev overdraget til "underleverandører" fra virksomheden Brown Boveri. Chefdesigneren for denne enhed var V. Khrinizhak, som tidligere havde deltaget i oprettelsen af kompressorer til tank gasturbinemotorer. Efterfølgende blev Chrynižak en kendt specialist i varmevekslere, og hans deltagelse i GT 103 -projektet var sandsynligvis en af forudsætningerne herfor. Videnskabsmanden anvendte en temmelig fed og original løsning: hovedelementet i den nye varmeveksler var en roterende tromle lavet af porøs keramik. Flere særlige skillevægge blev placeret inde i tromlen, hvilket sikrede cirkulation af gasser. Under drift passerede varme udstødningsgasser inde i tromlen gennem dens porøse vægge og opvarmede dem. Dette skete under en halv tromlesving. Den næste halve sving blev brugt til at overføre varme til luften, der passerede fra indersiden til ydersiden. Takket være systemet med bafler inden for og uden for cylinderen blandede luft og udstødningsgasser sig ikke med hinanden, hvilket udelukkede motorfejl.
Brugen af varmeveksleren forårsagede alvorlig kontrovers blandt forfatterne af projektet. Nogle forskere og designere mente, at brugen af denne enhed i fremtiden ville gøre det muligt at opnå høj effekt og relativt lave luftgennemstrømningshastigheder. Andre så til gengæld kun i varmeveksleren et tvivlsomt middel, hvis fordele ikke kunne overstige tabene væsentligt ved designets komplikation. I striden om behovet for en varmeveksler vandt tilhængerne af den nye enhed. På et tidspunkt var der endda et forslag om at udstyre gasturbinemotoren GT 103 med to enheder til forvarmning af luften på én gang. Den første varmeveksler i dette tilfælde skulle opvarme luften til hovedmotorblokken, den anden til det ekstra forbrændingskammer. Således var GT 103 faktisk en GT 102 med varmevekslere indført i designet.
GT 103 -motoren blev ikke bygget, hvorfor det er nødvendigt at nøjes med sine beregnede egenskaber. Desuden blev de tilgængelige data om denne GTE beregnet allerede inden afslutningen af oprettelsen af varmeveksleren. Derfor kan en række indikatorer i praksis sandsynligvis vise sig at være betydeligt lavere end forventet. Hovedenhedens effekt, genereret af turbinen og absorberet af kompressoren, skulle være lig med 1400 hestekræfter. Den maksimale konstruerede rotationshastighed for kompressoren og turbinen i hovedenheden er omkring 19 tusind omdrejninger pr. Minut. Luftforbrug i hovedforbrændingskammeret - 6 kg / s. Det blev antaget, at varmeveksleren vil varme den indkommende luft op til 500 °, og gasserne foran møllen vil have en temperatur på omkring 800 °.
Motorturbinen skulle ifølge beregninger rotere med en hastighed på op til 25 tusind omdr./min. Og give 800 hk på akslen. Luftforbruget for den ekstra enhed var 2 kg / s. Temperaturparametrene for indblæsningsluften og udstødningsgasserne skulle være lig med hovedenhedens tilsvarende egenskaber. Det samlede brændstofforbrug for hele motoren ved brug af passende varmevekslere ville ikke overstige 200-230 g / hk.
Resultater af programmet
Udviklingen af tyske tankgasturbinemotorer begyndte først i sommeren 1944, hvor Tysklands chancer for at vinde Anden Verdenskrig var svindende hver dag. Den Røde Hær angreb Det Tredje Rige fra øst, og tropperne fra USA og Storbritannien kom fra vest. Under sådanne forhold havde Tyskland ikke tilstrækkelige muligheder for fuldgyldig forvaltning af massen af lovende projekter. Alle forsøg på at skabe en grundlæggende ny motor til tanke hvilede på mangel på penge og tid. På grund af dette, i februar 1945, var der allerede tre fuldgyldige projekter af tankgasturbinemotorer, men ingen af dem nåede endda stadiet af prototypemontage. Alt arbejde var kun begrænset til teoretiske undersøgelser og test af individuelle eksperimentelle enheder.
I februar 1945 fandt en begivenhed sted, der kan betragtes som begyndelsen på afslutningen på det tyske program for oprettelse af tank gasturbinemotorer. Dr. Alfred Müller blev fjernet fra sin stilling som projektleder, og hans navnebror, Max Adolf Müller, blev udnævnt til den ledige stilling. M. A. Müller var også en fremtrædende specialist inden for gasturbinekraftværker, men hans ankomst til projektet stoppede den mest avancerede udvikling. Hovedopgaven under det nye hoved var at finjustere GT 101-motoren og starte sin serieproduktion. Mindre end tre måneder var tilbage til slutningen af krigen i Europa, hvorfor ændringen i projektledelse ikke havde tid til at føre til det ønskede resultat. Alle tyske tank -GTE'er forblev på papir.
Ifølge nogle kilder faldt dokumentationen til projekterne i "GT" -linjen i de allieredes hænder, og de brugte den i deres projekter. De første praktiske resultater inden for gasturbinemotorer til terrængående køretøjer, der dukkede op efter afslutningen af Anden Verdenskrig uden for Tyskland, havde imidlertid lidt til fælles med udviklingen af både Dr. Müller. Hvad angår gasturbinemotorer designet specielt til tanke, forlod de første serielle tanke med et sådant kraftværk fabriksbygningerne kun et kvart århundrede efter afslutningen af tyske projekter.
