Характеристика двухвального ГТД позволяла обойтись значительно меньшим количеством передач и тем самым упростить трансмиссию и облегчить управление машиной. Одним из основных недостатков ГТД являлся его низкий КПД и, соответственно, высокий удельный расход топлива. В числе других недостатков данного типа двигателя были: в несколько раз больший расход воздуха и трудности, связанные с очисткой его от пыли; значительно меньшая по сравнению с дизелем приемистость (что делало машину менее управляемой и существенно снижало среднюю скорость движения по пересеченной местности); невозможность торможения машины двигателем без специальных устройств (что также затрудняло вождение). Кроме того, мощность ГТД сильно зависела от температуры и давления окружающего воздуха, от сопротивления на входе воздуха в компрессор и отработавших газов на выходе из турбины, что, в свою очередь, в совокупности с большим расходом воздуха накладывало определенные трудности в обеспечении подводного вождения.
Низкая экономичность ГТД была связана с необходимостью ограничения температуры газов (900- 950”С), поступавших на лопатки турбины, из-за сложности их эффективного охлаждения. Ограничение температуры осуществлялось за счет увеличения коэффициента избытка воздуха, величина которого была в 3-4 раза больше, чем в поршневых двигателях, а это увеличивало расход воздуха и затраты на его сжатие в компрессоре. Мощность, потребляемая компрессором, в 1,5-2 раза превышала мощность, снимаемую с вала силовой турбины. Снизить удельный расход топлива (до сопоставимого с аналогичным у дизеля) и повысить экономичность ГТД можно было двумя путями. Первый путь – повышение температуры газов перед турбиной, что требовало или достаточно эффективного охлаждения лопаток турбины, или создания для лопаток нового, более жаропрочного материала. Второй путь – применение теплообменников, работавших по циклу с промежуточным охлаждением. Однако, как показали проведенные НИОКР, размеры теплообменников оказались сопоставимыми с размерами самого двигателя. При использовании теплообменников ГТД терял одно из своих преимуществ – компактность.
Первые зарубежные автомобильные ГТД представляли собой двигатели малой мощности – от 74 до 184 кВт (от 100 до 250 л.с.) - и не годились к установке в объекты бронетанковой техники. Однако в результате испытаний ГТД малой мощности, установленных в опытных автомобилях (первый автомобиль с ГТД фирмы «Ровер» прошел испытания в 1950 г.), был выявлен ряд специфических требований к транспортным ГТСУ по топливно-экономическим, тягово-динамическим и эксплуатационным характеристикам. Эти требования легли в основу последующих НИОКР, которые позволили в 1950-1960-х гг. создать более мощные ГТД – 257-772 кВт (350-1050 л.с.) – для автомобилей различного назначения, колесных и гусеничных тягачей. В ходе выполнения НИОКР осуществлялся поиск оптимальных конструктивных решений, производилась отработка обслуживающих систем (топливной, смазки, воздухоочистки и охлаждения) и основных узлов ГТД (компрессоров, силовых турбин, камер сгорания, теплообменников). Некоторые из этих двигателей прошли испытания в объектах бронетанковой техники. Поэтому отдельные транспортные ГТД, разработанные перечисленными выше фирмами, представляли определенный интерес для отечественных конструкторов.
В Великобритании наибольшую известность получили ГТД 2S/150 мощностью 110 кВт (150 л.с.) фирмы «Ровер» и ГТД фирмы «Остин» мощностью 221 кВт (300 л.с.). Конструктивной особенностью этих автомобильных ГТД являлась установка теплообменников и дросселирующих устройств, поддерживавших высокую экономичность и сохранявших необходимую степень давления на режимах частичных нагрузок и холостого хода за счет количественного регулирования расхода рабочего тела (атмосферного воздуха и газа). В качестве дросселирующих устройств, изменявших сечение проточной части, использовались поворотные направляющие лопатки, устанавливавшиеся на входе или выходе из компрессора, а также поворотные сопловые лопатки турбины высокого и низкого давления. В двигателе фирмы «Ровер» поворотные лопатки размещались во входном патрубке, а в ГТД фирмы «Остин» поворотными лопатками снабжался диффузор центробежного компрессора.
Кроме того, применение поворотных сопл турбины низкого давления позволяло создать тормозящий момент на валу силовой турбины.
В первой половине 1950-х гг. английской фирмой «Парсонс энд Компани» на базе авиационного ГТД был создан танковый вариант двигателя, который в 1954 г. прошел испытания в ходовом макете танка «Конкэрор». Ходовой макет отличался от базового танка отсутствием башни с вооружением и изменениями в МТО, связанными с установкой другого типа двигателя. Всего для этих экспериментов изготовили два образца ГТД. Первый образец, получивший наименование «Юнит-2973», имел мощность 482 кВт (655 л.с.). Мощность второго образца («Юнит-2989») была увеличена до 669 кВт (910 л.с.). ГТД состоял из одноступенчатого центробежного компрессора, приводимого во вращение одноступенчатой осевой турбиной, двухступенчатой силовой турбины и камер сгорания, располагавшихся по обеим сторонам двигателя. Силовая турбина была связана с турбиной компрессора синхронизирующим механизмом, препятствовавшим повышению частоты вращения турбины при переключении передач и дающим возможность торможения двигателем. Для уменьшения частоты вращения вала силовой турбины устанавливался специальный редуктор. В системе охлаждения использовался двухосный осевой компрессор, который обеспечивал подачу воздуха для охлаждения масляных радиаторов турбины и коробки передач, а также в тормозную систему. Для снижения уровня шума, возникавшего при всасывании воздуха, перед воздухоочистителями типа «Циклон» монтировались специальные глушители. Ни один из этих ГТД, кроме проведения испытаний в ходовом макете, в дальнейшем в танках не устанавливался. Работа по ним была приостановлена по причине большого удельного расхода топлива – 558 г/кВт ч (410 г л.с./ч), а также из-за нерешенности вопроса с конструкцией воздухоочистителей.
| США | Канада | Великобритания | Франция | Швеция | |||||||||||
