탱크 가스 터빈 엔진의 독일 프로젝트
일정 시간이 될 때까지, 히틀러의 독일은 지상 차량을위한 가스 터빈 발전소 프로젝트에 많은 관심을 기울이지 않았다. 따라서 1941에서는 실험 기관차 용으로 최초로 조립 된 유닛이 조립되었지만 경제적 인 비효율 성과 우선 순위가 높은 프로그램의 가용성으로 인해 테스트가 신속하게 중단되었습니다. 지상 차량을위한 가스 터빈 엔진 (GTE)의 방향으로 작업하는 것은 기존 기술 및 산업의 부정적인 특징 중 일부가 특히 생생한 1944 연도에만 계속되었습니다.
1944 년, 국군 무기 국은 가스 터빈 엔진의 주제에 관한 연구 프로젝트를 시작했다. 탱크. 새로운 엔진에 찬성하여 두 가지 주요 사항이 제시되었습니다. 첫째, 당시 독일의 탱크 건물은 전투 차량의 무게에 관한 과정을 밟았으므로 고출력 및 작은 크기의 엔진을 만들어야했습니다. 둘째, 이용 가능한 모든 장갑차는 휘발유를 어느 정도 사용하지 않았으며, 이는 운영, 경제 및 물류와 관련된 특정 제한을 부과했습니다. 독일 산업계 지도자들이 계산 한 유망한 가스 터빈 엔진은 고품질이 떨어지고 따라서 더 저렴한 연료를 소비 할 수있다. 따라서 당시 경제와 기술의 관점에서 가스 터빈 엔진은 가솔린 엔진의 유일한 대안이었습니다.
첫 번째 단계에서 유망한 탱크 엔진의 개발은 엔지니어 O. Zadnik이 이끄는 포르쉐의 디자이너 그룹에 맡겨졌습니다. 여러 관련 기업이 포르쉐 엔지니어를 지원해야했습니다. 특히 Alfred Müller 박사가 이끄는 SS 엔진 연구 부서가 프로젝트에 참여했습니다. XNUMX 년대 중반부터이 과학자는 가스 터빈 설치 주제에 대해 연구 해 왔으며 몇 가지 개발에 참여했습니다. 항공 제트 엔진. 탱크 용 가스 터빈 엔진의 생성이 시작될 무렵 Müller는 터보 차저 프로젝트를 완료했으며, 나중에 여러 유형의 피스톤 엔진에 사용되었습니다. 1943 년에 뮐러 박사가 탱크 가스 터빈 엔진 개발의 시작에 관한 제안을 반복적으로 제출했지만 독일 지도부는이를 무시했습니다.
5 가지 옵션과 2 가지 프로젝트
주요 작품이 시작될 즈음 (올해 중반 여름 1944) 프로젝트의 주역은 뮬러 (Muller)가 이끄는 조직으로 이전되었습니다. 현재 유망한 GTE에 대한 요구 사항이 결정되었습니다. 그는 1000 hp에 대한 힘을 가져야했습니다. 초당 8,5 킬로그램의 공기 흐름. 연소실의 온도는 기술적 인 과제에 의해 800 ° 수준으로 설정되었습니다. 지상 장비 용 가스 터빈 발전소의 몇 가지 특징으로 인해 주요 프로젝트의 개발이 이루어지기 전에 몇 가지 보조 장비를 만들어야했습니다. 동시에 Muller가 이끄는 엔지니어 팀이 CCD의 아키텍처와 레이아웃의 다섯 가지 버전을 만들고 검토했습니다.
엔진의 개략도는 압축기 단계 수, 터빈 및 변속기와 관련된 동력 터빈의 위치가 서로 다릅니다. 또한 연소실 위치에 대한 몇 가지 옵션을 고려했습니다. 따라서, CCD 레이아웃의 세 번째 및 네 번째 버전에서, 압축기로부터의 공기 흐름을 두 개로 나누는 것이 제안되었다. 이 경우 하나의 흐름은 연소실로 들어가고 거기에서 압축기를 회전시키는 터빈으로 가야합니다. 들어오는 공기의 두 번째 부분이 차례로 고온의 가스를 직접적으로 동력 터빈에 공급하는 두 번째 연소 챔버로 분사되었습니다. 또한 엔진에 유입되는 공기를 예열하기위한 열교환 기의 위치가 다른 옵션도 고려했습니다.
본격적인 설계 단계에 도달 한 유망한 엔진의 첫 번째 변형에서 대각 및 축 방향 압축기는 물론 2 단 터빈도 같은 축에 있어야했습니다. 두 번째 터빈은 동축으로 첫 번째 터빈 뒤에 배치되고 변속기에 연결되어야합니다. 이 경우 변속기에 동력을 공급하는 동력 터빈은 압축기 축과 터빈에 연결되지 않고 자체 축에 장착되도록 제안되었습니다. 이 솔루션은 심각한 결함이 아닌 한 엔진의 설계를 단순화 할 수 있습니다. 따라서 부하를 제거 할 때 (예 : 기어 변경 중) 두 번째 터빈은 블레이드 나 허브의 파손 위험이있는 속도로 회전 할 수 있습니다. 두 가지 방법으로 문제를 해결하는 것이 제안되었습니다 : 올바른 순간에 작동하는 터빈의 속도를 늦추거나 그것으로부터 가스를 전환시키는 것. 분석 결과에 따르면 첫 번째 옵션을 선택했습니다.
그러나 탱크 GTE의 첫 번째 버전이 너무 복잡하여 대량 생산에 비용이 많이 들었습니다. 뮬러는 계속해서 더 많은 탐사를 계속했습니다. 디자인을 단순화하기 위해 일부 원래 부품은 Heinkel-Hirt 109-011 터보 제트 엔진에서 빌린 해당 장치로 교체되었습니다. 또한 엔진 축을지지하는 탱크 엔진의 설계에서 몇 개의 베어링이 제거되었습니다. 샤프트의지지 요소의 수를 2 개로 줄이면 어셈블리가 간단 해졌지만 변속기에 토크를 전달하는 터빈으로 별도의 축을 포기해야했습니다. 동력 터빈은 압축기 임펠러와 2 단 터빈이 이미 위치한 동일한 샤프트에 설치되었다. 연소실에는 연료를 분무하기위한 원래의 회전 노즐이 제공되었습니다. 이론 상으로는 연료를보다 효율적으로 주입 할 수 있었으며 구조물의 특정 부분이 과열되는 것을 방지 할 수있었습니다. 프로젝트의 업데이트 된 버전은 9 월 중순 1944에 준비되었습니다.
장갑차 용 첫 번째 가스 터빈 유닛
장갑차 용 첫 번째 가스 터빈 유닛
이 옵션에는 결함이 없었습니다. 우선, 주장은 실제로 출력축에 토크를 유지하는 데 어려움을 낳았습니다. 실제로는 엔진의 주축이 계속되었습니다. 동력 전달의 문제에 대한 이상적인 해법은 전기 변속기의 사용 일 수 있지만 구리 부족은 그러한 시스템을 잊어 버리게했습니다. 전기 변속기의 대안으로, 정수 또는 유체 역학 변압기가 고려되었습니다. 이러한 메커니즘을 사용할 때 전력 전달 효율은 약간 감소했지만 발전기 및 전기 모터가있는 시스템보다 훨씬 저렴했습니다.
GT101 엔진
프로젝트의 두 번째 버전을 추가로 작성하여 다음 변경 사항을 이끌어 냈습니다. 따라서 충격 부하 (예 : 광산이 폭발했을 때) 하에서 CCD의 효율을 유지하기 위해 세 번째 샤프트 베어링이 추가되었습니다. 또한 압축기를 항공기 엔진과 통합해야 할 필요성으로 인해 탱크 GTE의 일부 매개 변수가 변경되었습니다. 특히, 공기 소모량은 약 1/4로 증가했습니다. 모든 개선 후, 탱크 엔진의 초안은 새로운 이름 인 GT101를 받았다. 이 단계에서 탱크 용 가스 터빈 발전소의 개발은 첫 번째 프로토 타입을 구축하기위한 준비를 시작한 다음 GTD 탱크를 준비하는 단계에 도달했습니다.
그러나 엔진 정련이 지연되었고 1944 가을의 끝 무렵 탱크에 새로운 발전소를 설치하는 작업이 시작되지 않았습니다. 그 당시 독일 엔지니어들은 기존 탱크에 엔진을 배치하는 데에만 집중했습니다. 원래 실험적인 GTE의 기초가 무거운 탱크 PzKpfw VI - "호랑이"가 될 계획이었습니다. 그러나,이 장갑차의 엔진 실은 필요한 모든 장치를 수용 할 수있을 정도의 크기가 아니 었습니다. 상대적으로 작은 볼륨에서도 GT 101 엔진은 Tiger에 비해 너무 길었습니다. 이러한 이유 때문에 Panther라고도 알려진 PzKpfw V 탱크를 기본 시험기로 사용하기로 결정했습니다.
Panther 탱크에서 사용하기 위해 GT 101 엔진을 마무리하는 단계에서 육군 소 (Army Armaments) 이사회와 프로젝트 수행자가 대표하는 고객은 실험용 차량에 대한 요구 사항을 결정했습니다. CCD가 약 46 톤의 전투 중량을 가진 탱크의 비열한 힘을 25-27 hp의 레벨까지 가져올 것이라고 추정했습니다. 이는 운전 성능을 크게 향상시킬 것입니다. 동시에 최대 속도에 대한 요구 사항은 거의 변하지 않았습니다. 고속 주행시 발생하는 진동 및 충격으로 인해 차대의 부품 손상 위험이 크게 증가했습니다. 결과적으로 최대 허용 이동 속도는 시간당 54-55 킬로미터로 제한되었습니다.
팬터 탱크에 GT 101 가스 터빈 설치
"Tiger"의 경우처럼, "Panther"의 엔진 컴 파트먼트는 새로운 엔진을 수용 할만큼 충분히 크지 않았습니다. 그럼에도 불구하고, Miller 박사의 지도력하에 설계자들은 GT 101 GTE를 기존 볼륨에 맞게 관리 할 수있었습니다. 사실, 엔진의 대형 배기관은 함미 갑옷 판의 둥근 구멍에 위치해야했습니다. 외견 상 인 것처럼 보이지만, 그러한 솔루션은 대량 생산에도 편리하고 적합하다고 여겨졌습니다. 실험용 "Panther"에 장착 된 GT 101 엔진은 엔진 컴 파트먼트의 지붕으로 위쪽으로 이동하면서 선체 축을 따라 배치되었습니다. 엔진 옆에, 선체의 펜더 선반에서, 프로젝트에서 여러 연료 탱크를 넣으십시오. 전송 장소는 엔진 바로 아래에서 발견되었습니다. 공기 흡입 장치는 선체의 지붕으로 가져 왔습니다.
별도의 터빈 관련 전송을 잃어 버렸던 GT 101 엔진의 설계 단순화로 인해 다른 복잡성이 발생했습니다. 새로운 GTE와 함께 사용하려면 새로운 유압 전송 장치를 주문해야했습니다. 짧은 시간에 ZF (Zahnradfabrik of Friedrichshafen)라는 조직이 12 속도 (!) 기어 박스가 장착 된 3 단 토크 컨버터를 만들었습니다. 기어의 절반은 도로 주행을위한 것이었고 나머지는 오프로드를 극복하기위한 것이 었습니다. 실험 탱크의 엔진 - 트랜스미션 설치에서도 엔진 작동 상태를 모니터링하는 자동화에 들어갔다. 특별한 제어 장치는 엔진 속도를 모니터링하고, 필요한 경우 변속기를 올리거나 내림으로써 GTE가 허용 할 수없는 작동 모드로 들어가는 것을 방지해야했습니다.
과학자들의 계산에 따르면, ZF에서 전송되는 GT 101 가스 터빈 장치는 다음과 같은 특성을 가질 수 있습니다. 터빈의 최대 동력은 엔진의 작동을 보장하기 위해 압축기에 의해 선택된 3750 hp에 도달했습니다. 따라서, 출력 샤프트에서 "단지"2600-1100 마력을 유지했습니다. 부하에 따라 압축기와 터빈의 회전 속도는 1150-14 천분의 1 분당 회전 수입니다. 터빈 앞의 가스 온도는 14,5 °에서 주어진 수준으로 유지되었다. 공기 소모량은 800-10 g / hp.h의 작동 모드에 따라 초당 430 킬로그램, 특정 연료 소비량이었습니다.
GT102 엔진
유일하게 높은 힘을 가졌던 GT 101 탱크 가스 터빈 엔진은 적어도 현저한 연료 소비를 가지고 있었는데, 그 당시 독일에서 휘발유 엔진으로 사용 가능한 유사한 수치보다 약 2 배 더 높았습니다. 연료 소비 이외에 GTE GT 101에는 추가 연구 및 수정이 필요한 몇 가지 기술 문제가있었습니다. 이와 관련하여 새로운 GT 102 프로젝트가 시작되었습니다.이 프로젝트에서는 달성 된 모든 성공을 보존하고 기존 단점을 없애기 위해 계획되었습니다.
12 월, 1944에서 A. Muller 팀은 초기 아이디어 중 하나로 돌아갈 필요가 있다고 결론을 내 렸습니다. 새로운 GTE의 작업을 최적화하기 위해 전달 메커니즘에 연결된 별도의 터빈을 자체 축에 사용하는 것이 제안되었습니다. 이 경우 GT 102 엔진의 동력 터빈은 이전에 제안 된 것과 같이 주 장치와 동축으로 배치되지 않고 별도의 장치 여야합니다. 새로운 가스 터빈 발전소의 기본 유닛은 GT 101로 최소한의 변화 만있었습니다. 그것은 9 개의 단계와 3 단계의 터빈을 가진 2 개의 압축기를 가지고있었습니다. GT 102을 개발할 때, 필요하다면 이전 GT 101 엔진의 메인 유닛이 함께가 아니라 팬터 탱크의 엔진 실을 가로 질러 배치 될 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이것은 실험 탱크의 유닛을 조립할 때 수행되었습니다. CCD의 공기 흡입 장치는 이제 왼쪽의 지붕에 위치하며 오른쪽의 배기관에 있습니다.
팬터 탱크에 GT 102 가스 터빈 설치
컴프레서 유닛 가스 터빈 GT 102
주 기관 블록의 압축기와 연소실 사이에 추가 연소 챔버 및 터빈으로 공기를 흡입하기위한 파이프가 제공되었다. 계산에 따르면, 컴프레서에 들어가는 공기의 70 %는 엔진의 주요 부분을지나 30 % 만지나 가면서 추가 터빈을 지나야 만한다. 추가 장치의 위치는 흥미 롭습니다. 연소실의 축과 동력 터빈이 주 엔진 블록의 축에 수직으로 있어야합니다. 파워 터빈의 유닛은 메인 유닛 아래에 배치되고 엔진 실의 지붕 중간에서 제거 된 자체 배기 파이프가 장착되도록 제안되었습니다.
GT 102에 사용 된 가스 터빈 엔진 구성표의 "선천적 인 질병"은 과도한 권력 터빈의 풀림과 그에 따른 손상 또는 파손의 위험이있었습니다. 가장 간단한 방법으로이 문제를 해결할 것을 제안했습니다 : 추가 연소실에 공기를 공급하는 파이프에 유량 제어용 밸브를 두는 것이 좋습니다. 동시에, 계산은 새로운 GT 102 GTE가 비교적 가벼운 힘 터빈의 특성 때문에 불충분 한 촉진을 가지고 있을지도 모른다는 것을 보여줬다. 출력 샤프트의 파워 또는 메인 유닛 터빈의 파워와 같은 예상 기술적 특성은 파워 터빈 유닛의 외형을 제외하고는 주요 GTXNX 엔진의 수준에 머물렀다. 엔진을 더욱 개선하려면 새로운 솔루션을 사용하거나 새 프로젝트를 열어야했습니다.
GT 102 용 터빈 분리
GT103이라는 차세대 GTE 모델 개발을 시작하기 전에 Dr. A. Muller는 기존 GT 102의 레이아웃을 개선하려고 시도했습니다. 디자인의 주된 문제는 본체의 상당히 큰 치수 였기 때문에 당시에 사용할 수있는 탱크의 엔진 칸에 전체 엔진을 배치하는 것이 어려웠습니다. 엔진 - 트랜스미션 설치의 길이를 줄이기 위해 압축기를 별도의 장치로 작동시키는 것이 제안되었습니다. 따라서 탱크의 엔진 실 내부에는 컴프레서, 주 연소실 및 터빈뿐만 아니라 자체 연소실이있는 파워 터빈 장치라는 세 개의 상대적으로 작은 장치를 배치 할 수있었습니다. 이 GTE 버전은 GT 102 Ausf로 명명되었습니다. 2. 별도의 장치로 압축기를 제거하는 것 외에도 연소 챔버 또는 터빈과 동일한 작업을 시도했지만 많은 성공을 거두지 못했습니다. 가스 터빈 엔진의 설계로 인해 성능이 크게 저하되지 않으면 서 많은 수의 장치로 나눌 수 없었습니다.
GT103 엔진
GT 102 Ausf 가스 터빈 엔진의 대안. 기존 볼륨에서 유닛의 레이아웃을 "자유롭게"할 수있는 2는 새로운 개발 GT 103가되었습니다. 현재 독일의 엔진 제조업체들은 배치 편의성과 업무 효율을 높이 지 않기로 결정했습니다. 엔진 장비의 구조는 열 교환기를 도입했습니다. 그것의 도움으로, 배기 가스는 압축기를 통해 들어오는 공기를 가열 시켜서 명백한 연비를 달성 할 수 있다고 가정했다. 이 결정의 핵심은 예열 된 공기가 터빈 이전에 필요한 온도를 유지하기 위해 더 적은 양의 연료를 소비 할 수있는 기회를 제공한다는 것입니다. 예비 계산에 따르면 열 교환기를 사용하면 25-30 %만큼 연료 소비를 줄일 수 있습니다. 특정 조건 하에서는 이러한 절감으로 인해 새로운 GTE가 실제 사용에 적합하게되었습니다.
열교환 기 개발은 Brown Boveri라는 회사의 "액세서리"에 위임되었습니다. 이 부대의 수석 설계자는 V. Hrinizhak이었고, 그는 이전에 탱크 GTE 용 압축기 제작에 참여해 왔습니다. 그 후, Hrinigak은 열 교환기의 전문가로 알려졌으며 GT 103 프로젝트 참여는 아마도이 전제 조건 중 하나 일 것입니다. 과학자는 다소 대담하고 독창적 인 해결책을 적용했습니다. 다공성 세라믹으로 만들어진 회전 드럼이 새로운 열 교환기의 주요 요소가되었습니다. 드럼 내부에는 가스 순환을 제공하는 몇 개의 특수 파티션이 설치되었습니다. 작동 중에, 고온의 배기 가스는 다공성 벽을 통해 드럼 내부를 통과하여 가열된다. 이것은 드럼 반 바퀴 내에서 일어났습니다. 다음 반 바퀴가 내부에서 외부로 흐르는 공기로 열을 전달하는 데 사용되었습니다. 실린더 내부와 외부 칸막이 시스템 덕분에 공기와 배기 가스가 서로 섞이지 않아 엔진이 오작동하지 않았습니다.
열교환기를 사용하여 프로젝트의 저자들 사이에 심각한 논란이있었습니다. 일부 과학자와 설계자는 앞으로이 장치를 사용하면 높은 출력과 상대적으로 낮은 공기 유량을 얻을 수 있다고 믿었습니다. 다른 사람들은 열교환 기에서 단지 구조의 복잡성으로 인한 손실을 크게 상쇄 할 수는없는 모호한 수단만을 보았습니다. 열교환 기의 필요성에 관한 분쟁에서 새로운 유닛의 지지자들이 승리했습니다. 어떤 점에서, 공기 예열을 위해 즉시 2 대의 장치로 GT 103 GTE를 완료하겠다는 제안이있었습니다. 이 경우 첫 번째 열교환 기는 주 엔진 블록을위한 공기를 가열하고, 두 번째 열은 추가 연소 챔버를위한 것으로 가정했습니다. 따라서, GT 103은 열교환 기가 설계에 도입 된 GT 102을 실제로 나타냅니다.
GT 103 엔진은 제작되지 않았기 때문에 디자인 특성만으로 만족할 필요가 있습니다. 또한,이 CCD의 이용 가능한 데이터는 열교환 기가 끝나기 전에 계산되었습니다. 따라서 실제로 많은 지표가 예상보다 크게 낮을 수 있습니다. 터빈에 의해 생성되고 압축기에 의해 흡수되는 주 장치의 동력은 1400 마력이어야합니다. 본체의 압축기와 터빈의 최대 설계 회전 속도는 약 19 1000 rpm입니다. 주 연소실의 공기 유량은 6 kg / s입니다. 열교환 기가 들어오는 공기를 500 °로 따뜻하게하고 터빈 앞의 가스가 약 800 °의 온도를 갖는 것으로 가정했습니다.
계산에 따르면, 파워 터빈은 25까지의 속도로 회전해야했습니다. 분당 회전 수와 샤프트에 800 hp의 힘을줍니다. 추가 장치의 공기 흐름은 2 kg / s입니다. 들어오는 공기 및 배기 가스의 온도 매개 변수는 예상대로 주 장치의 해당 특성과 같아야합니다. 적절한 열 교환기를 사용하여 전체 엔진의 전체 연료 소비량은 200-230 g / hp.h를 초과하지 않습니다.
프로그램 결과
독일 탱크 가스 터빈 엔진의 개발은 독일의 제 2 차 세계 대전에서 승리 할 기회가 매일 사라지는 1944 여름에만 시작되었습니다. 붉은 군대는 동쪽에서 제 3 제국까지 진격했고, 미국과 영국의 군대는 서쪽으로 진격했다. 그런 상황에서 독일은 유망한 프로젝트를 충분히 관리 할 충분한 기회를 얻지 못했습니다. 근본적으로 탱크를위한 새로운 엔진을 만드는 모든 시도는 돈과 시간의 부족으로 쉬었습니다. 이 때문에 2 월 1945에는 이미 탱크 GTE의 3 개의 본격적인 프로젝트가 있었지만 이들 중 어느 것도 프로토 타입 조립 단계에 이르지 못했습니다. 모든 작업은 이론적 인 연구와 개별 실험 단위의 테스트로 제한되었습니다.
2 월에 45-th 이벤트가 발생했습니다.이 이벤트는 탱크 가스 터빈 엔진 생성을위한 독일 프로그램의 끝 부분으로 간주 될 수 있습니다. Alfred Muller 박사는 프로젝트 책임자에서 제외되었으며, 그의 이름 인 Max Adolf Muller는 빈 자리에 임명되었습니다. M.A. Mueller는 또한 가스 터빈 발전소 분야의 탁월한 전문가 였지만,이 프로젝트에 도착했을 때 가장 발전된 발전이 느려졌습니다. 새로운 머리 밑의 주된 과제는 GT 101 엔진의 마무리와 대량 생산의 시작이었습니다. 유럽에서 전쟁이 끝날 때까지 3 개월도 남지 않았기 때문에 프로젝트 관리의 변화로 인해 원하는 결과가 도출되지 않았습니다. 모든 독일 탱크 GTE는 종이에 남아있었습니다.
일부 소식통에 따르면 GT 라인 프로젝트에 대한 문서는 동맹국의 손에 넘어졌고 프로젝트에서 사용되었습니다. 그럼에도 불구하고 제 2 차 세계 대전이 끝난 뒤 독일에서 출현 한 지상 기반 기계 용 가스 터빈 엔진 분야의 첫 번째 실제 결과는 뮬러 박사의 발전과 거의 관련이 없습니다. 탱크를 위해 특별히 고안된 GTE의 경우, 이러한 발전소가있는 첫 번째 생산 탱크는 독일 프로젝트가 완료된 후 불과 25 분의 1 만에 공장의 조립 공장을 떠났습니다.
자료에 따르면,
http://alternathistory.org.ua/
http://shushpanzer-ru.livejournal.com/
http://army-guide.com/
Kay, E.L. 이야기 독일 제트 엔진 및 가스 터빈 개발 및 개발 - Rybinsk : NPO Saturn, 2006
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