Belli bir zamana kadar, Hitler Almanyası, kara araçları için gaz türbini santrallerinin projelerine fazla ilgi göstermedi. Böylece, 1941'de, bu tür ilk birim deneysel bir lokomotif için toplandı, ancak ekonomik uygunsuzluk ve daha yüksek öncelikli programların varlığı nedeniyle testleri hızla azaldı. Kara araçları için gaz türbinli motorlar (GTE) yönündeki çalışmalar, yalnızca mevcut teknoloji ve endüstrinin bazı olumsuz özelliklerinin özellikle belirgin olduğu 1944'te devam etti.
1944'te Ordu Silahlanma Müdürlüğü, tanklar için GTE konusunda bir araştırma projesi başlattı. Yeni motorların iki ana nedeni vardı. İlk olarak, o zamanki Alman tank binası, yüksek güçlü ve küçük boyutlu bir motorun yaratılmasını gerektiren daha ağır savaş araçlarına doğru bir yol aldı. İkinci olarak, mevcut tüm zırhlı araçlar bir dereceye kadar kıt benzin kullanıyordu ve bu da operasyon, ekonomi ve lojistik ile ilgili bazı kısıtlamalar getirdi. Alman endüstri liderlerinin o zamanlar düşündüğü gibi, gelecek vaat eden gaz türbinli motorlar, daha az yüksek kaliteli ve buna bağlı olarak daha ucuz yakıt tüketebilirdi. Böylece, o zaman, ekonomi ve teknoloji açısından benzinli motorlara tek alternatif gaz türbinli motordu.
İlk aşamada, gelecek vaat eden bir tank motorunun geliştirilmesi, mühendis O. Zadnik başkanlığındaki Porsche'den bir grup tasarımcıya emanet edildi. Birkaç ilgili işletmenin Porsche mühendislerine yardımcı olması gerekiyordu. Özellikle Dr. Alfred Müller başkanlığındaki SS Motor Araştırma Departmanı projede yer aldı. Otuzlu yılların ortalarından bu yana, bu bilim adamı gaz türbini kurulumları konusunda çalışıyor ve birkaç uçak jet motorunun geliştirilmesine katıldı. Tanklar için bir gaz türbini motorunun yaratılması başladığında, Müller daha sonra çeşitli pistonlu motorlarda kullanılan turboşarj projesini tamamlamıştı. 1943'te Dr. Müller'in tank gaz türbini motorlarının geliştirilmesinin başlamasıyla ilgili defalarca teklifte bulunması dikkat çekicidir, ancak Alman liderliği onları görmezden geldi.
Beş seçenek ve iki proje
Ana çalışma başladığında (1944 yazının ortası), projedeki lider rol Müller'in başkanlığındaki organizasyona geçmişti. Şu anda, gelecek vaat eden bir gaz türbini motoru için gereksinimler belirlendi. Yaklaşık 1000 hp güce sahip olması gerekiyordu. ve saniyede 8,5 kilogramlık bir hava tüketimi. Yanma odasındaki sıcaklık, referans şartlarına göre 800 ° 'ye ayarlandı. Kara araçları için gaz türbini santrallerinin bazı karakteristik özelliklerinden dolayı, ana projenin geliştirilmesine başlamadan önce birkaç yardımcı santralin oluşturulması gerekiyordu. Müller liderliğindeki bir mühendis ekibi aynı anda gaz türbini motorunun mimarisi ve yerleşimi için beş seçenek yarattı ve değerlendirdi.
Motorun şematik diyagramları, kompresörün, türbinin aşama sayısı ve şanzımanla ilişkili güç türbininin konumu bakımından birbirinden farklıydı. Ek olarak, yanma odalarının konumu için çeşitli seçenekler değerlendirildi. Böylece, GTE düzeninin üçüncü ve dördüncü versiyonlarında, kompresörden gelen hava akışının ikiye bölünmesi önerildi. Bu durumda bir akımın yanma odasına ve oradan kompresörü döndüren türbine gitmesi gerekiyordu. Gelen havanın ikinci kısmı, sıcak gazları doğrudan güç türbinine ileten ikinci yanma odasına enjekte edildi. Ayrıca, motora giren havanın ön ısıtılması için ısı eşanjörünün farklı bir konumu ile seçenekler düşünülmüştür.
Tam teşekküllü tasarım aşamasına ulaşan gelecek vaat eden motorun ilk versiyonunda, aynı eksende diyagonal ve eksenel bir kompresörün yanı sıra iki aşamalı bir türbin yerleştirilmiş olmalıydı. İkinci türbinin birincinin arkasına eş eksenli olarak yerleştirilmesi ve iletim ünitelerine bağlanması gerekiyordu. Aynı zamanda şanzımana güç sağlayan güç türbininin kompresörlerin ve türbinlerin eksenine bağlı değil, kendi eksenine monte edilmesi önerildi. Bu çözüm, ciddi bir dezavantaj olmasa bile motorun tasarımını basitleştirebilir. Bu nedenle, yükü kaldırırken (örneğin, bir vites değişimi sırasında), ikinci türbin, kanatların veya göbeğin tahrip olma riskinin olduğu hızlara kadar dönebilir. Sorunun iki şekilde çözülmesi önerildi: ya çalışan türbini doğru anlarda yavaşlatmak ya da gazları ondan çıkarmak. Analiz sonuçlarına göre ilk seçenek seçildi.
Yine de, GTE tankının değiştirilmiş ilk versiyonu, seri üretim için çok karmaşık ve pahalıydı. Müller daha fazla araştırmaya devam etti. Tasarımı basitleştirmek için, bazı orijinal parçalar, Heinkel-Hirt 109-011 turbojet motorundan ödünç alınan ilgili birimlerle değiştirildi. Ek olarak, motor akslarının tutulduğu tank motorunun tasarımından birkaç yatak çıkarıldı. Şaft desteklerinin sayısının iki basitleştirilmiş montaja düşürülmesi, ancak torku şanzımana ileten bir türbine sahip ayrı bir dingil ihtiyacını ortadan kaldırdı. Güç türbini, kompresör çarklarının ve iki aşamalı türbinin zaten bulunduğu aynı şaft üzerine kuruldu. Yanma odası, yakıt püskürtmek için orijinal döner nozullarla donatılmıştır. Teorik olarak, yakıtı daha verimli bir şekilde enjekte etmeyi mümkün kıldılar ve ayrıca yapının belirli bölümlerinin aşırı ısınmasını önlemeye yardımcı oldular. Projenin güncellenmiş bir versiyonu Eylül 1944'ün ortalarında hazırdı.
Zırhlı araçlar için ilk gaz tüpü ünitesi
Zırhlı araçlar için ilk gaz tüpü ünitesi
Bu seçenek de dezavantajları olmadan değildi. Her şeyden önce, iddialar, aslında motorun ana milinin bir uzantısı olan çıkış milindeki torkun korunmasında zorluklara neden oldu. Güç iletimi sorununa ideal çözüm, bir elektrik iletiminin kullanılması olabilir, ancak bakır kıtlığı böyle bir sistemin unutulmasına neden oldu. Elektrik iletimine alternatif olarak hidrostatik veya hidrodinamik bir transformatör düşünülmüştür. Bu tür mekanizmaları kullanırken, güç iletiminin verimliliği biraz azaldı, ancak jeneratör ve elektrik motorlu bir sistemden önemli ölçüde daha ucuzdu.
GT101 motor
Projenin ikinci versiyonunun daha da geliştirilmesi, daha fazla değişikliğe yol açtı. Bu nedenle, GTE'nin şok yükleri altında (örneğin bir maden patlaması sırasında) performansını korumak için üçüncü bir mil yatağı eklendi. Ek olarak, kompresörü uçak motorlarıyla birleştirme ihtiyacı, tank GTE operasyonunun bazı parametrelerinde bir değişikliğe yol açtı. Özellikle, hava tüketimi yaklaşık dörtte bir oranında artmıştır. Tüm modifikasyonlardan sonra, tank motoru projesi yeni bir isim aldı - GT 101. Bu aşamada, tanklar için bir gaz türbini santralinin geliştirilmesi, ilk prototipin inşası için hazırlıklara başlamanın mümkün olduğu aşamaya geldi ve daha sonra bir gaz türbini motoruyla donatılmış tank.
Bununla birlikte, motorun ince ayarı devam etti ve 1944 sonbaharının sonunda, tanka yeni bir elektrik santrali kurma çalışmaları başlamamıştı. O zaman, Alman mühendisler motoru yalnızca mevcut tanklara yerleştirmek için çalışıyorlardı. Başlangıçta deneysel GTE'nin üssünün ağır tank PzKpfw VI - "Tiger" olması planlanmıştı. Ancak bu zırhlı aracın motor bölmesi, gerekli tüm birimleri barındıracak kadar büyük değildi. Nispeten küçük bir deplasmanla bile GT 101'in motoru bir Tiger için çok uzundu. Bu nedenle temel test aracı olarak Panther olarak da bilinen PzKpfw V tankının kullanılmasına karar verildi.
GT 101 motorunun Panther tankında kullanılmak üzere son haline getirilmesi aşamasında, Kara Kuvvetleri Silahlanma Müdürlüğü tarafından temsil edilen müşteri ve proje yürütücüsü prototip için gereksinimleri belirledi. Gaz türbin motorunun, savaş ağırlığı yaklaşık 46 ton olan bir tankın özgül gücünü 25-27 hp seviyesine getireceği varsayılmıştır. ton başına, bu da çalışma özelliklerini önemli ölçüde artıracaktır. Aynı zamanda, maksimum hız gereksinimleri neredeyse hiç değişmedi. Yüksek hızda sürüşten kaynaklanan titreşim ve şok, şasi bileşenlerinin hasar görme riskini önemli ölçüde artırdı. Sonuç olarak, izin verilen maksimum hız saatte 54-55 kilometre ile sınırlandırıldı.
"Panther" tankındaki gaz türbini ünitesi GT 101
Tiger örneğinde olduğu gibi, Panther'in motor bölmesi yeni motoru alacak kadar büyük değildi. Yine de Dr. Miller liderliğindeki tasarımcılar GT 101 GTE'yi mevcut hacimlere sığdırmayı başardılar. Doğru, büyük motor egzoz borusunun arka zırh plakasındaki yuvarlak bir deliğe yerleştirilmesi gerekiyordu. Görünen tuhaflığa rağmen, böyle bir çözüm seri üretim için bile uygun ve uygun kabul edildi. Deneysel "Panter" deki GT 101 motorunun, gövdenin ekseni boyunca, yukarı doğru bir kayma ile motor bölmesinin çatısına yerleştirilmesi gerekiyordu. Motorun yanında, gövdenin çamurluklarına projede birkaç yakıt tankı yerleştirildi. Şanzıman yeri doğrudan motorun altında bulundu. Hava giriş cihazları binanın çatısına getirildi.
GT 101 motorunun tasarımının, şanzımanla ilişkili ayrı türbinini kaybetmesi nedeniyle basitleştirilmesi, farklı nitelikteki zorlukları beraberinde getirdi. Yeni GTE ile kullanım için yeni bir hidrolik şanzıman sipariş edilmesi gerekiyordu. Organizasyon ZF (Friedrichshafen'den Zahnradfabrik) kısa sürede 12 vitesli (!) Şanzımanlı üç kademeli bir tork konvertörü yarattı. Viteslerin yarısı yolda sürüş için, geri kalanı ise arazi sürüşü içindi. Deney tankının motor şanzıman kurulumunda, motor çalışma modlarını izleyen otomasyonun tanıtılması da gerekliydi. Özel bir kontrol cihazının motor devrini izlemesi ve gerekirse vitesi artırması veya azaltması, GTE'nin kabul edilemez çalışma modlarına girmesini önlemesi gerekiyordu.
Bilim adamlarının hesaplamalarına göre, ZF'den şanzımanlı GT 101 gaz türbini aşağıdaki özelliklere sahip olabilir. Maksimum türbin gücü 3750 hp'ye ulaştı, bunun 2600'ü kompresör tarafından motorun çalışmasını sağlamak için alındı. Böylece, çıkış milinde “sadece” 1100-1150 beygir gücü kaldı. Kompresör ve türbinlerin dönüş hızı yüke bağlı olarak dakikada 14-14,5 bin devir arasında dalgalanmıştır. Türbin önündeki gazların sıcaklığı önceden belirlenmiş 800° seviyesinde tutuldu. Hava tüketimi saniyede 10 kilogram, çalışma moduna bağlı olarak özgül yakıt tüketimi 430-500 g / hp s idi.
GT102 motor
Eşsiz bir yüksek güce sahip olan GT 101 tank gaz türbini motoru, o sırada Almanya'da mevcut olan benzinli motorlardan yaklaşık iki kat daha yüksek, eşit derecede dikkate değer bir yakıt tüketimine sahipti. Yakıt tüketimine ek olarak, GTE GT 101'in ek araştırma ve düzeltme gerektiren birkaç teknik sorunu daha vardı. Bu bağlamda, elde edilen tüm başarıları sürdürmenin ve mevcut eksikliklerden kurtulmanın planlandığı yeni bir GT 102 projesi başladı.
Aralık 1944'te A. Müller, daha önceki fikirlerden birine geri dönmenin gerekli olduğu sonucuna vardı. Yeni GTE'nin çalışmasını optimize etmek için, şanzıman mekanizmalarına bağlı kendi aksında ayrı bir türbin kullanılması önerildi. Aynı zamanda, GT 102 motorunun güç türbini, daha önce önerildiği gibi ana ünitelerle eş eksenli olarak yerleştirilmemiş ayrı bir ünite olmalıydı. Yeni gaz türbini santralinin ana bloğu, minimal değişikliklerle GT 101 idi. Dokuz kademeli iki kompresörü ve üç kademeli bir türbini vardı. GT 102'yi geliştirirken, önceki GT 101 motorunun ana bloğunun gerekirse Panther tankının motor bölmesine yerleştirilebileceği ortaya çıktı. Deney tankının birimlerini monte ederken de öyle yaptılar. Gaz türbin motorunun hava giriş cihazları artık çatıda sol tarafta, egzoz borusu sağ tarafta bulunuyordu.
"Panther" tankındaki gaz türbini ünitesi GT 102
Gaz türbini kompresör ünitesi GT 102
Kompresör ile ana motor bloğunun yanma odası arasında, ek yanma odasına ve türbine havanın alınması için bir boru sağlanmıştır. Hesaplamalara göre, kompresöre giren havanın %70'i motorun ana kısmından ve sadece %30'u ek parçadan bir güç türbini ile geçmek zorundaydı. Ek bloğun konumu ilginç: yanma odasının ekseni ve güç türbini, ana motor bloğunun eksenine dik yerleştirilmiş olmalıdır. Güç türbini ünitelerinin ana ünitenin altına yerleştirilmesi ve motor bölmesinin çatısının ortasından çıkarılan kendi egzoz borularıyla donatılması önerildi.
GT 102'nin gaz türbini motor düzeninin "doğuştan gelen hastalığı", güç türbininin aşırı dönmesi ve ardından hasar veya yıkım riskiydi. Bu sorunun en basit şekilde çözülmesi önerildi: ek yanma odasına hava sağlayan borudaki akışı kontrol etmek için valfler yerleştirmek. Aynı zamanda, hesaplamalar, yeni GT 102 GTE'nin nispeten hafif bir güç türbininin çalışmasının özellikleri nedeniyle yetersiz gaz tepkisine sahip olabileceğini gösterdi. Ana ünitenin çıkış mili gücü veya türbin gücü gibi tasarım özellikleri, önceki GT 101 motoruyla aynı seviyede kaldı ve bu, gücün görünümü dışında büyük tasarım değişikliklerinin neredeyse tamamen yokluğu ile açıklanabilir. türbin ünitesi. Motorun daha da geliştirilmesi, yeni çözümlerin kullanılmasını ve hatta yeni bir projenin açılmasını gerektirdi.
GT 102 için ayrı çalışan türbin
GT 103 adlı bir sonraki GTE modelinin geliştirilmesine başlamadan önce Dr. A. Müller, mevcut GT 102'nin yerleşimini iyileştirmeye çalıştı. Tasarımının ana sorunu, ana ünitenin oldukça büyük boyutlarıydı. tüm motoru o sırada mevcut olan tankların motor bölmelerine yerleştirmek zor. Motor şanzıman ünitesinin uzunluğunu azaltmak için kompresörün ayrı bir ünite olarak tasarlanması önerildi. Böylece, tankın motor bölmesine nispeten küçük üç ünite yerleştirilebilir: bir kompresör, bir ana yanma odası ve bir türbin ve ayrıca kendi yanma odasına sahip bir güç türbini ünitesi. GTE'nin bu versiyonu GT 102 Ausf olarak adlandırıldı. 2. Kompresörü ayrı bir üniteye yerleştirmenin yanı sıra, aynısını yanma odası veya türbin ile yapmak için girişimlerde bulunuldu, ancak pek başarılı olamadılar. Gaz türbini motorunun tasarımı, performansta gözle görülür bir kayıp olmadan çok sayıda birime bölünmesine izin vermedi.
GT103 motor
GT 102 Ausf gaz türbini motoruna bir alternatif. 2, mevcut hacimdeki birimlerin "serbest" düzenlenmesi olasılığı ile GT 103'ün yeni gelişimiydi. Bu kez Alman motor üreticileri, yerleştirme kolaylığına değil, işin verimliliğine odaklanmaya karar verdiler. Motor ekipmanına bir ısı eşanjörü yerleştirildi. Yardımıyla egzoz gazlarının kompresörden giren havayı ısıtacağı ve bunun da somut yakıt tasarrufu sağlayacağı varsayılmıştır. Bu çözümün özü, önceden ısıtılmış havanın türbinin önünde gerekli sıcaklığı korumak için daha az yakıt harcamasını mümkün kılmasıdır. Ön hesaplamalara göre, bir ısı eşanjörünün kullanılması yakıt tüketimini yüzde 25-30 oranında azaltabilir. Belirli koşullar altında, bu tür tasarruflar yeni GTE'yi pratik kullanıma uygun hale getirebildi.
Isı eşanjörünün geliştirilmesi, Brown Boveri şirketinin "taşeronlarına" emanet edildi. Bu ünitenin baş tasarımcısı, daha önce tank gaz türbini motorları için kompresörlerin oluşturulmasında yer almış olan V. Khrinizhak'tı. Daha sonra Chrynižak, ısı eşanjörlerinde tanınmış bir uzman haline geldi ve GT 103 projesine katılımı muhtemelen bunun ön koşullarından biriydi. Bilim adamı oldukça cesur ve orijinal bir çözüm uyguladı: yeni ısı eşanjörünün ana unsuru, gözenekli seramikten yapılmış dönen bir tamburdu. Tamburun içine gazların dolaşımını sağlayan birkaç özel bölme yerleştirildi. Çalışma sırasında, sıcak egzoz gazları tamburun içine gözenekli duvarlarından geçerek onları ısıttı. Bu, yarım tambur dönüşü sırasında oldu. Bir sonraki yarım dönüş, ısıyı içeriden dışarıya geçen havaya aktarmak için kullanıldı. Silindirin içindeki ve dışındaki perde sistemi sayesinde hava ve egzoz gazları birbirine karışmaz, bu da motor arızalarını ortadan kaldırır.
Isı eşanjörünün kullanımı, projenin yazarları arasında ciddi tartışmalara neden oldu. Bazı bilim adamları ve tasarımcılar, gelecekte bu ünitenin kullanılmasının yüksek güç ve nispeten düşük hava akış oranları elde etmeyi mümkün kılacağına inanıyorlardı. Diğerleri, sırayla, ısı eşanjöründe, faydaları tasarımın karmaşıklığından kaynaklanan kayıpları önemli ölçüde aşamayan şüpheli bir araç gördü. Bir ısı eşanjörüne duyulan ihtiyaç konusundaki anlaşmazlıkta, yeni ünitenin destekçileri kazandı. Bir noktada, GT 103 gaz türbini motorunu havayı aynı anda ön ısıtmak için iki cihazla donatma önerisi bile vardı. Bu durumda ilk ısı eşanjörü, ana motor bloğu için havayı ısıtmak zorundaydı, ikincisi ise ek yanma odası için. Böylece, GT 103 aslında tasarımına ısı eşanjörleri eklenen bir GT 102 idi.
GT 103 motoru inşa edilmedi, bu yüzden sadece hesaplanan özellikleriyle yetinmek gerekiyor. Ayrıca, bu GTE ile ilgili mevcut veriler, ısı eşanjörünün oluşturulmasının bitiminden önce bile hesaplanmıştır. Bu nedenle, pratikte bir dizi gösterge muhtemelen beklenenden önemli ölçüde düşük olabilir. Türbin tarafından üretilen ve kompresör tarafından emilen ana ünitenin gücünün 1400 beygir gücüne eşit olması gerekiyordu. Ana ünitenin kompresör ve türbininin maksimum tasarım dönüş hızı, dakikada yaklaşık 19 bin devirdir. Ana yanma odasındaki hava tüketimi - 6 kg / s. Isı eşanjörünün gelen havayı 500 ° 'ye kadar ısıtacağı ve türbinin önündeki gazların yaklaşık 800 ° sıcaklığa sahip olacağı varsayılmıştır.
Hesaplamalara göre, güç türbininin 25 bin rpm'ye kadar bir hızda dönmesi ve şaft üzerinde 800 hp vermesi gerekiyordu. Ek ünitenin hava tüketimi 2 kg / s idi. Giriş havası ve egzoz gazlarının sıcaklık parametrelerinin, ana ünitenin karşılık gelen özelliklerine eşit olması gerekiyordu. Uygun ısı eşanjörlerinin kullanımı ile tüm motorun toplam yakıt tüketimi 200-230 g/hp saati geçmeyecektir.
Programın sonuçları
Alman tank gaz türbini motorlarının gelişimi, Almanya'nın İkinci Dünya Savaşı'nı kazanma şansının her geçen gün azaldığı 1944 yazında başladı. Kızıl Ordu, Üçüncü Reich'a doğudan saldırdı ve Amerika Birleşik Devletleri ve Büyük Britanya birlikleri batıdan geldi. Bu koşullarda, Almanya'nın gelecek vaat eden projeler yığınının tam teşekküllü yönetimi için yeterli fırsatları yoktu. Tanklar için temelde yeni bir motor yaratmaya yönelik tüm girişimler, para ve zaman eksikliğine dayanıyordu. Bu nedenle, Şubat 1945'e kadar, zaten üç tam teşekküllü tank gaz türbini motoru projesi vardı, ancak hiçbiri prototip montajı aşamasına bile ulaşmadı. Tüm çalışmalar yalnızca teorik çalışmalar ve bireysel deneysel birimlerin testleriyle sınırlıydı.
Şubat 1945'te, tank gaz türbini motorlarının oluşturulması için Alman programının sonunun başlangıcı olarak kabul edilebilecek bir olay gerçekleşti. Dr. Alfred Müller projenin başındaki görevinden alındı ve boşalan göreve adaşı Max Adolf Müller atandı. MA Müller ayrıca gaz türbini santralleri alanında önde gelen bir uzmandı, ancak projeye gelişi en ileri gelişmeleri durdurdu. Yeni başlığın altındaki ana görev, GT 101 motoruna ince ayar yapmak ve seri üretimine başlamaktı. Avrupa'daki savaşın bitmesine üç aydan az bir süre kaldı, bu nedenle proje liderliğindeki değişikliğin istenen sonuca yol açacak zamanı olmadı. Tüm Alman tank GTE'leri kağıt üzerinde kaldı.
Bazı kaynaklara göre, "GT" hattının projelerinin belgeleri müttefiklerin eline geçti ve projelerinde kullandılar. Ancak, II. Dünya Savaşı'nın sona ermesinden sonra Almanya dışında ortaya çıkan, kara taşıtları için gaz türbinli motorlar alanındaki ilk pratik sonuçlar, her iki Dr. Müller'in gelişmeleriyle çok az ortak noktaya sahipti. Tanklar için özel olarak tasarlanmış gaz türbini motorlarına gelince, böyle bir santrale sahip ilk seri tanklar, Alman projelerinin tamamlanmasından sadece çeyrek yüzyıl sonra fabrikaların montaj atölyelerinden ayrıldı.
