Танковое двигателестроение в России: каким оно видится на рубеже 21 века

АКТУАЛЬНАЯ ТЕМА

Танковое двигателестроение в России
каким оно видится на рубеже 21 века

Николай Троицкий,
директор ГУП "НИИД", к.т.н.
Татьяна Смирнова,
начальник отдела ГУП "НИИД", к.т.н,
Виктор Подгаецкий,
начальник отдела ГУП "НИИД", к.т.н.

Вместо предисловия
Становление и последующее развитие отечественного танкового двигателестроения является одной из наиболее ярких и славных страниц истории нашей промышленности. Создание в конце тридцатых годов первого в мире быстроходного мощного танкового дизеля В-2 стало поворотным пунктом в развитии отечественного и мирового танкостроения.
Анализируя опыт военных действий 1939-1945 гг., командующий бронетанковыми силами Германии фельдмаршал Гейнц Гудериан указывал на большую значимость двигателя для боевых характеристик танка, не уступающую значимости танковой пушки. Не хуже Гудериана понимали роль силовой установки и у нас, но, к сожалению, не всегда это понимание находило отражение в конструкции боевых машин.
В ходе совершенствования танкового вооружения и защиты происходило неуклонное возрастание массы боевых машин, что отрицательно сказывалось на их подвижности и требовало увеличения мощности двигателей. В начале шестидесятых разработчики танка нового поколения потребовали от двигателистов резко увеличить мощность силовой установки. В ОКБ завода им. В.Я. Климова усилия были сосредоточены на создании ГТД, а в харьковском КБД завода имени Малышева - на двухтактном дизеле 5ТД. Оба конструкторских коллектива добились успеха, разработав опытные двигатели мощностью до 1100 кВт. В то же время совершенствование двигателей семейства В-2 продвигалось медленно, и даже его современные варианты, предназначенные для основного боевого танка Т-72, имеют мощность от 573 кВт (В-46) до 618 кВт (В-84).
С распадом Советского Союза предприятие, выпускающее современные мощные танковые дизели 6ТД, осталось в так называемом "ближнем зарубежье" (Украина), а освоение производства новых модификаций серийного двигателя ГТД-1250 затормозилось ввиду известных экономических неурядиц. Поэтому в начале 90-х гг. Россия оказалась без современного серийного танкового двигателя, необходимого как для модернизации, так и для создания перспективных образцов танков.
В настоящей статье сделана попытка на основе обобщения отечественного и зарубежного опыта сформулировать основные задачи, стоящие сегодня перед танковым двигателестроением России, и наметить возможные пути их решения. Мы исходим из того, что наша страна не может позволить себе быть слабой в области бронетанковой техники.

Положение дел в отрасли в настоящее время
В последнее время в России резко снижено финансирование НИОКР, связанных с разработкой новых и совершенствованием серийных двигателей специального назначения. Практически остановлены перспективные исследования в области материалов и покрытий, создания и развития научно-технического задела, разработки концепции двигателя 21 века. В результате, еще сохраняя первенство в мировом двигателестроении по массогабаритным показателям и плотности компоновки, отечественные танковые двигатели проигрывают лучшим зарубежным двигателям США, Германии, Великобритании по параметрам, характеризующим рабочий процесс.
В сложившихся условиях была сделана ставка на модернизацию серийных двигателей В-84 с целью довести их мощность до уровня 1000 л.с. и более, что без принципиального изменения конструкции двигателя (компоновочной схемы, размерности цилиндров и пр.) соответствует ее увеличению почти в 2,5 раза по сравнению с исходным уровнем мощности дизеля В-2.
Совместными усилиями Главного автобронетанкового управления (ГАБТУ) Минобороны РФ, КБ, НИИ и предприятий отрасли созданы форсированные модификации двигателя - дизели В-92 и КД-34 мощностью 1000 л.с. Этими двигателями оснащается принятый на вооружение в 1992 г. новый танк Т-90С с заметно улучшенной подвижностью.
Министерство обороны Индии высказалось за покупку 250...300 российских танков Т-90С, но потребовало подтвердить их работоспособность в климатических условиях своей страны. В качестве испытательного полигона была выбрана пустыня Тар в предгорьях Гималаев. Контрольным испытаниям пробегом протяженностью 2000 км в условиях высокогорной пустыни при температуре окружающего воздуха +50 °С (в ряде случаев она повышалась до +57 °С) были подвергнуты три двигателя В-92. В июле 1999 г. испытания были успешно завершены.
В планах модернизации серийного двигателя ГТД-1250 для модифицированного танка Т-80 предусматривалось применение гидрообъемной передачи во встроенных в редуктор двигателя планетарных рядах. Такой двигатель в конце 80-х гг. прошел все виды испытаний, в том числе ходовые в составе танка. Выявилась возможность многократного снижения числа переключений передач, повышения средней скорости танка на 10...12 % и снижения путевого расхода топлива на 6...8 %. Однако в серию модернизированный ГТД пока не запущен.
В ОАО "ЧТЗ" медленно идут работы по созданию опытного двигателя нового ряда размерностью D/S = 15/16. Отсутствие сил и средств существенно тормозит отработку двигателя, особенно в части надежности. Двигатель может морально устареть.
Сложившееся положение дел в российском танковом двигателестроении - это результат воздействия ряда факторов, определивших в свое время объемы выпуска, многотипность, замедленные темпы модернизации, ограниченное использование в народном хозяйстве и редкую смену поколений танковых двигателей. Сложность ситуации станет более ощутимой, если иметь в виду, что за рубежом в рамках национальных и межнациональных программ стран NATO (программы AJM, FMBT, FCS в США, NGP в Германии, RO-2000 в Великобритании и др.) в настоящее время развернуты и интенсивно проводятся крупномасштабные разработки перспективных танковых двигателей IV поколения, предназначенных для бронетанковой техники 2000-х годов. Ожидается, что эти двигатели обеспечат новым перспективным танкам NATO существенное превосходство над боевыми машинами III поколения: по удельной мощности на ~ 40 %, по скорости движения на ~ 20 %, по запасу хода на ~ 30 %.
В случае реализации планируемого США на 2025-2030 гг. технического "скачка" в области бронетанковой техники (программа FCS) отрыв может значительно увеличиться. Эти намерения следует рассматривать как один из самых серьезных вызовов отечественному танковому двигателестроению за последние полвека.
Удерживать свои позиции России пока удается благодаря ранее созданному научно-техническому заделу. Чем скорее он будет востребован и восполнен, тем легче окажется выход из сложившейся ситуации. Возобновление, активизация и повышение эффективности работ в отечественном танковом двигателестроении требует, как показывает отечественный и зарубежный опыт, перехода к новым формам организации проектирования и производства.

Организационно-технические принципы проведения дальнейших работ
В условиях, когда практически отсутствует государственное финансирование НИОКР, а закупки вооружения и военной техники сведены к минимуму, когда продажа танковых двигателей и объектов бронетанковой техники в зарубежные страны затруднена из-за ряда причин (а существенного улучшения ситуации в ближайшее время трудно ожидать), для поддержания на должном уровне танкового двигателестроения становится жизненно необходимым переход к другим принципам его развития. Крупные зарубежные производители в условиях свертывания военных заказов прибегли к созданию двигателей, отвечающих так называемой "военно-гражданской" концепции. Сказанное требует некоторого пояснения.
"Военно-гражданская" концепция предполагает разработку конструкции двигателя, которая при сохранении неизменными в ней размерности цилиндров, межосевого расстояния, деталей кривошипно-шатунного механизма, остова и некоторых других основных элементов может быть при необходимости трансформирована в его гражданские или военные модификации, удовлетворяющие ТТТ соответствующей области применения. Эти двигатели составляют обычно единое семейство унифицированных многоцелевых двигателей или, как их еще называют, двигателей двойного назначения (ДДН).
За последние 10-15 лет в ведущих зарубежных странах произошло заметное изменение тенденций, которые длительное время определяли принципы разработки и создания танковых двигателей. В стратегии научно-технической и производственной деятельности крупных двигателестроительных фирм четко проявилось стремление отказаться там, где это возможно, от разработки специализированных транспортных (в том числе и танковых) дизелей и переходить к созданию упомянутых многоцелевых двигателей.
Идея разработки многоцелевых двигателей основана на созданном научно-техническом заделе, на использовании новых высокопрочных и жаростойких материалов и прогрессивных технологий, в результате чего появилась реальная возможность закладывать в конструкцию важнейших элементов двигателей весьма высокие запасы прочности без существенного увеличения их массы и габаритов при сохранении неизменной общей конструктивной схемы (размерности, числа и расположения цилиндров). Это позволяет создавать высокоэффективные модификации дизелей, которые, отличаясь друг от друга числом цилиндров, конструкцией корпусных деталей, а также отсутствием или наличием агрегатов наддува и охладителей наддувочного воздуха, могут быть использованы в составе силовых установок военных машин, на автомобилях и судах при сохранении высокой (80...85 %) степени унификации. Поэтому разработка ДДН стимулируется осознанием технико-экономической целесообразности производства таких двигателей объединенными (военно-гражданскими) усилиями, а также выгодностью их эксплуатации во многих областях коммерческой и специальной техники.
Кроме того, среди причин, способствующих созданию ДДН, называют объективно возрастающую в ходе научно-технического прогресса общую сложность и связанное с ней удорожание промышленных изделий (в том числе двигателей), особенно в случае неоправданного разнообразия типажа и недостаточной унификации. Однако наиболее существенную роль в расширении номенклатуры ДДН в ведущих странах за рубежом сыграло сокращение объемов военных заказов.
Изготовление ДДН ведется, как правило, на общих производственных площадях, причем доля военных модификаций в суммарном объеме выпуска ДДН не превышает в мирное время 20...25 %, но легко может быть увеличена в особый период. Нетрудно заметить, что таким способом создаются скрытые резервы промышленных мощностей, способные в кратчайшие сроки (1,5-2 месяца) легко переориентироваться в военное время на выпуск необходимого количества двигателей для боевой техники.
Таким образом, создание ДДН сегодня и в будущем является практически единственным способом обеспечения требуемой мобилизационной готовности БТТ. Альтернативой может быть создание специальных военных двигателей с последующей подготовкой их полномасштабного серийного производства в военное время и консервацией заводских площадей на мирный период. Однако скрупулезный анализ материально-финансовых потерь, присущих этому варианту, показал его полную неприемлемость даже для такой богатой страны, как США. Именно поэтому практически все наиболее развитые зарубежные страны создают семейства ДДН.

Конвертирование двигателей семейства УТД производства ОАО "БЗТМ"
Тип двигателя	Мощность, л.с.	Частота вращения, об/мин	Напряжение питания, В	Частота тока, Гц	Предназначение
Судовой дизель 3Д20	180...235	2200...2800	-	-	катера "Соколенок", "Аист", "Невка", "Бекас"
Тракторный дизель 5Д20	240...300	2400...2600	-	-	тягачи и большегрузные автомобили
Судовой дизель, 3Д29	440	2270	-	-	пассажирский морской катер "Алмаз"
Судовой дизель с турбонаддувом 3Д32	615	2270	-	-	служебно-разъездной катер "Валаам"
Автотранспортный дизель 5Д29	400	2400	-	-	самоходный транспортер, сверхтяжелый транспортный модуль
Дизель-генераторы переменного тока	100 60	-	400 230	50 400	автоматизированные передвижные электростанции

В настоящее время активно и плодотворно ведут работы по созданию многоцелевых дизелей фирмы SACM и "Моторс Бодуэн" во Франции, MTU и KHD в Германии, "Ото Мелара" в Италии, "Перкинс" в Великобритании, "Континентал Теледайн" и "Катерпиллер" в США и др. В качестве примера удачной разработки может быть приведен многоцелевой дизель 6FIISRX нового ряда DF фирмы "Бодуэн", который заменил военный дизель HS-115-2 фирмы "Рено" в модернизированной французской боевой машине пехоты AMX-10RC. Больших успехов в указанной области добилась германская фирма MTU, создавшая типовой ряд многоцелевых дизелей для тяжелых автомобилей, рельсового подвижного состава, привода судов, генераторов и др., включая танковый дизель МТ-873Ка 500.
Однако наиболее значительных результатов (по техническому уровню, числу военных и гражданских модификаций и объемам выпуска) в создании ДДН достигла фирма "Перкинс" из Великобритании (см. "Двигатель" №3, 1999 г.). Ее дизели семейства "Кондор" были спроектированы как военные и гражданские одновременно. Это обеспечило военным вариантам такие типично "гражданские" преимущества, как высокие ресурс и надежность работы, низкие начальную стоимость и стоимость жизненного цикла. В настоящее время двигатели "Кондор" - самые мощные и совершенные серийные военные танковые и коммерческие дизели.
Учитывая ограниченный объем этой публикации и в основном концептуальный характер анализа в ней, авторы намеренно не затрагивали научно-технические и конструкторско-технологические аспекты создания ДДН (такие, как выбор рациональной конструкторско-компоновочной схемы двигателя, его размерности, уровень основных параметров и пр.). Эти вопросы планируется рассмотреть отдельно. Следует лишь отметить, что наиболее ответственным этапом в создании многоцелевого двигателя, с точки зрения полноты реализации закладываемой в него основной идеи, является выбор ключевых конструктивных решений (по цилиндро-поршневой группе, кривошипно-шатунному механизму, остову и др.) с учетом требуемого уровня параметров и условий применения двигателя. При этом чем глубже и полнее будут взаимоувязаны заинтересованными сторонами (военной и гражданской) специфические требования, вытекающие из каждой области применения, чем ближе к началу создания двигателя будет отнесена эта проработка, тем, очевидно, совершеннее и эффективнее станет создаваемый двигатель.
В связи с этим целесообразно отказаться от привычного термина "базовый двигатель", в который ранее вкладывался вполне определенный смысл: это двигатель, максимально удовлетворяющий требованиям военной техники, с неизбежной (до недавних пор) потерей качеств пригодный для использования в гражданской сфере (но в большинстве случаев уступающий гражданским двигателям), или наоборот. Концепция многоцелевого двигателя, в отличие от "базового", предполагает лишь перенос акцента в технических требованиях в зависимости от назначения машины.
Общими техническими требованиями к ДДН являются топливная экономичность, надежность, ресурс работы, пусковые качества, простота обслуживания и легкость ремонта. В частности, для "военных" двигателей чрезвычайно важны малые габариты и небольшая масса при требуемой для данного класса машин мощности, способность успешно работать в экстремальных условиях (большие ударные нагрузки, высокая запыленность воздуха, высокогорная местность и т.д.), а также возможность использования различных видов топлива. Для двигателей гражданского назначения не менее важными факторами являются экологические характеристики и невысокая стоимость.
Основная задача, которая сегодня стоит перед отечественным танковым двигателестроением, формулируется достаточно четко - необходимо на принципах разработки ДДН как можно быстрее создать "новый В-2", отвечающий современным требованиям и обладающий достаточной перспективой дальнейшего развития. До настоящего времени в этом направлении проводились лишь весьма ограниченные проработки, которые показали, что современные отечественные двигатели военных машин имеют приемлемые массогабаритные показатели, но, несмотря на весьма умеренную степень форсирования, весьма ограниченный ресурс. Поэтому создание на их базе гражданских модификаций (или их конвертирование) обеспечивается либо уменьшением нагрузок на основные детали (обычно дефорсированием по частоте вращения и по величине среднего эффективного давления), либо увеличением прочности деталей, воспринимающих нагрузки, путем перехода к массивным, чаще чугунным остовам и др. Оба эти направления получили в нашей стране достаточное распространение.
Так, примером практической реализации идеи дефорсирования являются гражданские модификации дизелей В-2, выпускаемые заводами России. Модификации этого двигателя с числом цилиндров 6 и 12 и мощностью до 630 кВт применяются на большегрузных автомобилях, экскаваторах, тракторах, маневровых тепловозах, дизель-генераторных и буровых установках, в качестве главных и вспомогательных судовых двигателей.
Разработанное ОАО "ЧТЗ" по техническим условиям для военных машин новое семейство с размерностью D/S =15/16 сегодня конвертируется для машин гражданского назначения. Семейство двигателей УТД с размерностью D/S =15/15, созданное на ОАО "БЗТМ", нашло применение на судах морского и речного флота, строительных и дорожных машинах, буровых установках, большегрузных автомобилях и тягачах, маневровых тепловозах и т.п. Большую долю в производстве завода составляют дизель-генераторные установки. Проблема ресурса гражданских дизелей УТД также решалась путем дефорсирования военного дизеля с переходом в некоторых случаях на чугунные детали остова без принципиального изменения конструкции. Таким путем удалось в дизелях типа УТД увеличить ресурс до 8...10 тыс. ч при одновременном повышении их экономичности.
Однако следует признать, что "конвертирование" военных образцов двигателей является вынужденным паллиативным решением. У каждого завода-производителя двигателей имеются свои специфические проблемы, но финансовое выживание их, безусловно, связано с разработкой и началом производства семейства многоцелевых двигателей с более высоким техническим уровнем, что обеспечит конкурентоспособность на внешнем рынке и устойчивый спрос в России. Для этого в начале 2000-х годов потребуется достижение высокой топливной экономичности (менее 200 г/кВт·ч), снижение расхода масла на угар (ниже 0,2 % от расхода топлива), обеспечение высокой литровой мощности (порядка 60 л.с./л и выше) и норм по содержанию вредных выбросов в отработавших газах.
Проводимые ОАО "БЗТМ" работы по созданию семейства унифицированных дизелей типа БМД, по нашему мнению, можно считать первым шагом в этом направлении. Предполагается, что семейство дизелей БМД будет состоять из 3- и 4-цилиндровых рядных двигателей и V-образных двигателей с числом цилиндров 6, 8 и 12, имеющих чугунный блок-картер, индивидуальные головки цилиндров, охлаждаемый поршень и др. Изменение степени наддува и охлаждение наддувочного воздуха позволят гибко и эффективно обеспечивать требуемые уровни мощности без значительных переделок конструкции дизеля. Высокая степень унификации двигателей семейства может быть достигнута путем использования одинаковых узлов и деталей цилиндро-поршневой группы, топливной аппаратуры, агрегатов наддува и пр.
Дальнейшее развитие танковых ГТД мощностью 1800...2000 л.с. и выше также следует рассматривать с учетом их двойного применения, причем в силу известных обстоятельств (большая стоимость производства и повышенный расход топлива ГТД по сравнению с дизелем) их двойное применение должно предусматриваться в смежных областях военной и гражданской техники (авиация, в том числе вертолеты, суда, системы энергоснабжения и др.). Примером такого расширенного применения транспортных ГТД за рубежом является создание на базе танкового двигателя AGT-1500 его модификации PLT-27 для вертолета, применение двигателя GT-601 в качестве силовой установки судов береговой охраны, в системах электроснабжения зенитных комплексов "Пэтриот" и др. В этом случае разработка двигателя-прототипа производится на базе отработанного газогенератора, являющегося наиболее сложным и дорогостоящим узлом ГТД.
В силу известных экономических трудностей, которые переживает Россия на рубеже веков, основой для успешного продвижения работ по танковым двигателям может быть только целенаправленная государственная техническая политика и координация работ, исключающая параллелизм в разработке близких по назначению военных и гражданских двигателей. Создание базового двигателя должно предваряться оценкой его потенциального использования в различных областях применения, технического уровня и экспортных возможностей, анализом и сближением технических требований, предъявляемых различными потребителями, организацией конкурса технических предложений нескольких разработчиков. Это позволит сконцентрировать ограниченные финансовые ресурсы и устранить неоправданную многотипность двигателей специализированных отечественных предприятий.

Конвертирование двигателей ряда 15/16 производства ОАО "ЧТЗ"
Характеристика (тип техники)	Модификация двигателя
Характеристика (тип техники)	-04	-06	-08	-12	-16
Мощность, л.с.	200...400	300...500	400...800	800...1200	1200...2000
Тракторы
Дизель-генераторы
Автомобили
Краны
Автобус
Комбайн "Сибиряк"
Сейнер рыболовный
Тягач многоцелевой
Железнодорожная платформа
Вспомогательная установка
Большегрузный самосвал

Очевидно, что на государственном уровне должен быть создан директивный документ, например, по типу программы SAR (Streamlined Acquisition Reform) Пентагона, которая предусматривает следующие особенности создания перспективных силовых установок:

разработка ведется на конкурсной основе;
для поощрения конкурсантов-разработчиков государство оказывает содействие во внедрении гражданских вариантов двигателей на коммерческие транспортные объекты;
разработка военных силовых установок ведется с привлечением коммерческих структур и гражданской промышленности;
разработчикам гарантируется возможность самостоятельного проектирования по согласованным ТТТ без жесткого контроля со стороны министерства обороны, что способствует сокращению сроков, удешевлению проекта и развитию творческой инициативы.

Итак, на рубеже 21 века в России танковое двигателестроение сможет успешно развиваться только в том случае, если на основе объединения усилий заводов отрасли, НИИ и КБ (с разделением и кооперацией в производстве) будет создано семейство дизелей многоцелевого назначения (военного и гражданского). В организационном плане необходимо участие государства, координирующего выполнение Программы развития ДДН с привлечением различных источников финансирования и разработкой мер поощрения разработчиков и производителей.