Napjainkban és már évtizedek óta komoly vitatéma a harckocsi-fejlesztéssel kapcsolatban, hogy egy tankot dízelmotorral, vagy gázturbinával érdemesebb meghajtani. Mi nem fogjuk lezárni ezt a vitát, csak felhozunk néhány műszaki szempontot az egyik és a másik technológia javára, hogy a közönség egy kicsit tudjon tájékozódni a témában.

Előny 1: Indítónyomaték

A gázturbinák fő előnyének azt tartják egy harckocsi esetében a dízelmotorokkal szemben, hogy nagyobb a nyomatékuk. Egy tengelyteljesítményt szolgáltató gázturbina esetében már részterhelésen is igen magas nyomaték áll rendelkezésre.

Ezzel szemben egy turbódízel nyomatéka arányos a fordulatszámmal, azzal együtt nő, vagyis indításkor jelentősen kisebb a nyomaték. Ezért annak ellenére, hogy az amerikai Abrams és a német Leopard 2 hajtóművei hivatalosan ugyan úgy 1500 lóerősek, részterhelésen az amerikai gázturbinának a nyomatéka 3-4-szerese a német turbódízelének.

A német Leopard 2-es harckocsi turbódízelének, az amerikai Abrams harckocsi hajtóművének az összehasonlítása a fordulatszám függvényében

Ezért az amerikai Abrams harckocsi annak ellenére, hogy sokkal nehezebb, mint egy T-72-es, mégis meglepően jól gyorsul fel és nagy sebességgel tud haladni.

Előny 2: Mindenevő gázturbinák

A gázturbinának egy további előnye a dízelmotorokhoz képest, hogy könnyebb mindenevő gázturbinát tervezni, mint mindenevő dízelmotort. Ez a csatatéren abból a szempontból előnyös lehet, hogy a tankot szinte bármilyen zsákmányolt üzemanyaggal fel lehet tölteni, ami növelheti a hadműveletek tempóját.

Előny 3: Térfogati teljesítmény sűrűség

Egy újabb előny, hogy a gázturbináknak nagyobb a térfogati teljesítmény-sűrűsége, mint a dízelmotoroknak. Ennek az az oka, hogy a gázturbinák folyamatos átáramlású gépek, míg a dízelmotorok szakaszos átáramlásúak, vagyis a dízelmotorokban a töltetcsere a 4 ütemnek megfelelő szakaszokban zajlik.

Ezen okból, hogyha egy dízelmotort kicserélünk egy ugyan akkora térfogatú (dimenziójú) gázturbinára, akkor a teljesítmény a többszörösére nő.

Előny 4: Téli üzemelés

A gázturbinák a téli üzemelés szempontjából is előnyösebbek. Ennek az az oka, hogy a gázturbinákat az átáramló levegőáram hűti vagyis önhűtőek. Ezek okból egy gázturbina esetében könnyebb elkerülni, hogy a harckocsi hajtóműve télen megfagyjon.

Ezzel szemben egy dízelmotor esetében fagypont alatti hőmérsékleten komoly probléma, hogy a kenőanyag és a hűtőfolyadék besűrösödik. Ezért az oroszok napjainkban a sarkvidéki alakulataiknál gázturbinás harckocsikat alkalmaznak.

T-80BVM típusú szovjet-orosz harckocsi. Ezt a típust az oroszok a közelmúltban a sarkvidéki alakulataik számára fejlesztették ki, amihez ideális a gáztrubina

Hátrány 1: könnyebb tönkretenni

Az előnyök után most nézzük a hátrányokat is. Az elsőnek azt mondanám, hogy abban az esetben, hogyha valakik nem az előírások szerint üzemeltetnek egy hajtóművet, akkor a gázturbinát könnyebb tönkretenni, mint egy dízelmotort.

Ennek az az oka, hogy mint ahogy már fentebb említettük, a gázturbinák folyamatos átáramlású gépek, a dízelmotorok viszont szakaszos átáramlásúak. Ez azért lényeges, mert ez azt jelenti, hogy a gázturbinák esetében folyamatosan magas hőmérsékletű gáz éri a turbinalapátokat, ami óriási hőterhelést jelent. Ez által túlerőltetés révén viszonylag könnyű tönkretenni a turbinalapátokat.

Hátrány 2: érzékenyebb a porra

A gázturbinák egy további hátránya, hogy nagyon érzékenyek a porra. Ezért a por kint tartására jelentős porszűrő rendszert kell a hajtóműhöz illeszteni, hogyha nem akarjuk, hogy a por napok alatt megegye a turbinát.

Hátrány 3: lassabb a gázreakciója

A gázturbinák egyik fő hátránya a dízelmotorokhoz képest az, hogy jelentősebb lassabb a gázreakciójuk. Ennek az az oka, hogy a gázturbináknak a turbinalapátok tömege és a magas fordulatszám miatt igen nagy a tehetetlensége, amely okból lassabban pörögnek fel, mint egy dízelmotor. Ez valamelyest kompenzálja azt az előnyt, hogy a gázturbinának már alacsony fordulatszámon is magas a nyomatéka.

Emellett a dízelmotorok esetében lehetséges a motor felpörgésének a sebességét növelni, az által, hogy a lendkereket kicserélik egy könnyített lendkerékre. Ezt azért írom le, mert egy dízelmotor sem tud végtelen sebességgel felpörögni a kívánt fordulatszámra. Ezt lehet gyorsítani azzal, hogyha könnyítik a lendkereket.

A könnyített lendkerék viszont a gyakorlatban vissza is üthet, mivel a lendkerék könnyítése egyenetlenné teheti a motor járását.

A lendkerék könnyítést amúgy napjainkban is alkalmazzák autók tuningolására. Ez egy teljesen bevett tuning módszer, mivel a legtöbb autógyártó viszonylag nehéz lendkereket rak be a motorba az egyenletes járás érdekében.

Hátrány 4: magasabb üzemanyag-fogyasztás

Ugyan egy gázturbina több téren is nagy előnyökkel jár, és a legtöbb hátránya kezelhető, de a harckocsik logisztikai hátterével kapcsolatban van egy igen jelentős hátránya: óriási az üzemanyag-fogyasztása. Ennek az az oka, hogy egy hajtómű esetében általában annál alacsonyabb a fogyasztás, minél kisebb a távozó kipufogógázok energiatartalma. Egy gázturbina esetében pedig a hajtóművet elhagyó gáz jóval forróbb, mint egy dízelmotor esetében, vagyis kisebb a termodinamikai hatásfok.

Ezért egy gázturbinás harckocsi azonos távolságot megtéve nagyjából kétszer annyi üzemanyagot fogyaszt, mint egy dízelmotoros. Ezért gázturbinás harckocsit alkalmazni csak akkor ajánlott, hogyha biztosítható hozzá a megfelelő logisztikai háttér.

Miért akartak a németek a világháború végén a harckocsik meghajtásához átállni a benzinmotorról a gázturbinára?

Az előbbiek után most vizsgáljuk meg azt, hogy a világháborús német haderő, ami először akart a történelemben átállni a gázturbinákra a harckocsik meghajtására, miért akarta annyira a gázturbinás harckocsikat.

Erre több okuk is volt, viszont a legnyomosabb az üzemanyag volt. A világháború végén a német haderőnek az egyik legnagyobb problémája az üzemanyag-hiány volt, amit többek közt az okozott, hogy 1944-ben elveszették a román kőolajhoz való hozzáférésüket.

Mint ahogyan fentebb már megemlítettük, egy gázturbinának van egy olyan előnye, hogy könnyebb különböző minőségű üzemanyagokon üzemeltetni. Ez azért volt a németek számára egy nagyon nyomós érv, mert a lehetséges üzemanyagok között számba jött a kerozin is. A kerozin akkoriban egy olajipari melléktermék volt, amivel a finomítók nem tudtak mit kezdeni, gyakorlatilag a helyszínen elégették.

Ezért ha a németek átálltak volna a gázturbinás harckocsikra, akkor a páncélosaik olyan üzemanyaggal haladhattak volna, ami más felhasználásra nem kellett és bőségesen rendelkezésre állt. Ez pedig növelte volna a bevethető harckocsik számát.

A világháború végén a német haderő a Párduc-okat gázturbinával akarta meghajtani

Miért volt jó az amerikai hadsereg számára az elmúlt évtizedekben a gázturbinás harckocsi?

Az amerikai hadsereg a 80-as évek óta a gázturbinás Abrams harckocsit használja fő harckocsi típusként. Ez alapján felmerül a kérdés, hogy az ő esetükben ez miért volt jó döntés?

Ennek az egyik előnye a logisztika volt. Azt már megemlítettük, hogy egy gázturbinás harckocsi nagyjából kétszer annyi üzemanyagot fogyaszt mint egy dízeles, ami ebből a szempontból hátrány.

Viszont a logisztika szempontjából nem csak az számít, hogy egy sereg mennyi üzemanyagot használ, hanem az is, hogy hány félét. Mivel az amerikai harckocsik a 80-as évek óta kerozinnal üzemelnek, ezért ugyan azt az üzemanyagot használják, mint a légierő, ami révén a logisztika szempontjából kiváltottak egy üzemanyag -típust, mivel így a légierő és a hadsereg is kerozinnal üzemel. A logisztika szempontjából pedig ez is egy igen nagy szempont.

Lehetőség a legújabb generációs harckocsik esetében: a hibrid meghajtás

Most, hogy a turbódízel és a gázturbina összehasonlítását kitárgyaltuk, tekintsük meg, hogy a jövő páncélosai számára mi a legújabb technológia, vagyis a hibrid meghajtás. Az amerikai haderő a legújabb páncélosa, az Abrams X számára már kiválasztotta ezt a meghajtási módot, úgyhogy ennek az előnyeit is megtárgyalhatjuk.

A jövő amerikai páncélosai hibridek lesznek várhatóan, aminek részeként lesz dízelmotorjuk, elektromos-motorjuk és akkummlátorjuk is. Amennyiben ez megvalósul, annak majd több előnye is lehet majd.

Az egyik fő előny az lehet majd, hogy a nagy kapacitású akkummlátor révén a harckocsik képesek lesznek majd hosszú ideig lesben állni és működtetni a rendszereiket a dízelmotor járatása nélkül. Ezzel egyrészt üzemanyagot spórolhatnak majd, másrészt csökkentik annak a valószínűségét, hogy a harckocsit a hőkisugárzása alapján bemérik.

Emellett az elektromos motoroknak órási a nyomatéka, vagyis a tankot túlsegíthetik majd nehezen leküldhető akadályok esetében.

A hibrid tankok emellett majd képesek lesznek csendes módban megközelíteni az ellenfelet elektromos meghajtással, ami növeli majd a meglepetés valószínűségét.

Plusz egy érdekesség: a szénpor-motor

Ugyan a mostani cikkünkben elsősorban a gázturbinát és a dízelmotort hasonlítottuk össze, de ha visszatekintünk az időben, akkor lettek volna még más lehetőségek is. Az egyik ilyen lehetőség a szénpor-motor lehetett volna.

Kevésbé ismert tény, hogy a dízelmotor feltalálója, Rudolf Dízel a dízelmotort eredetileg nem kőolajszármazékokra, hanem szénporra fejlesztette! Ezt ráadásul jó néhány évig erőltette, míg nem átváltott a gázolajra.

A tanítványai viszont tovább vitték az ötletét és a 40-as évekre beérett a szénpor-motor, vagyis akkor már sorozatgyártásba került és a német haderő használta is. A szénpor-motorral kapcsolatban amúgy az volt a probléma, hogy viszonylag rövid idő alatt elkoptak az alkatrészek, a motor élettartama 1000 óra körül volt.

Egy ház méretű szénpor-motor a 30-as években

A szénpor-motor a német haderőt elsősorban azért érdekelte, mert Németországnak kevés kőolaja volt, ami miatt azon a téren importra szorult. Szénből viszont Németország bőséges készletekkel rendelkezett, a 30-as években Németországban termelték ki a világon kitermelt feketekőszén 20 százalékát.

A második világháború után viszont nem volt, ki tovább vigye az ötletet, plusz elkezdett Európába beáramlani az akkoriban olcsó amerikai kőolaj, így ez a fejlesztés rövid úton kihalt.

Egy modernebb, szén alapú üzemanyag: a szénzagy

Ugyan a szénpor-motor napjainkra kihalt, de egy módosított formában még több helyen is fejlesztik annak a lehetőségét, hogy szénnel dízelmotorokat lehessen üzemeltetni. Ez pedig a szénzagy.

A szénzagy a szénpornak és a víznek a 70-30 százalékos (vagy pedig inkább 60-40 százalékos) keverékéből áll. Ennek az az előnye, hogy ez által a szén szinte folyadékként viselkedik, szivattyúzható, ami miatt így könnyebben felhasználható belsőégésű motorokban. Ráadásul nem is kerül sokkal többe előállítani, mint a szénport, vagyis a kőolajhoz képest nagyon olcsó.

A szénzagy felhasználását több országban is fejlesztik napjainkban, elsősorban olyan országokban, ahol bőséges szénkészletek találhatóak. Napjainkban a legnagyobb szénzagy előállító üzem Oroszországban található, aminek a termelését egy csővezetéken továbbítják közel 300 kilométeres távolságra.

Írta: HZS89

Források:

• https://www.slashgear.com/1573235/why-m1-abrams-tank-uses-gas-turbine-instead-of-diesel/
• https://www.linquip.com/blog/quick-guide-the-difference-between-gas-turbine-and-diesel-engine/
• http://turbotrain.net/en/m1tank.htm
• http://lurch2.blogspot.com/2014/11/gt-101-gas-turbine-engines-for-use-in.html
• https://www.renk.com/en/newsroom/news/vms/Why-armed-forces-push-hybrid-drivetrains
• https://evolventdesign.com/blogs/history/rudolph-diesel-a-patent-and-coal?srsltid=AfmBOooyilI2AT4zn2Ic8YFBVY_FpFL_Rtg-bfwKdBKeT5dKuMntz2iM
• http://www.museum.alibaba.sk/MUSEUM/POWER/unusualICeng/solid/solid.htm
• https://www.mdpi.com/2076-3417/10/7/2470
• https://www.army.mil/article/278590/army_petroleum_center_fuels_critical_army_functions

Képek:

• http://turbotrain.net/images/rm0001.PNG
• https://armyrecognition.com/images/stories/east_europe/russia/main_battle_tank/t-80bvm/T-80BVM_MBT_Main_Battle_Tank_Russia_right_side_view_001.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/98/Panther_II.Fort_Knox.jpg
• http://www.museum.alibaba.sk/MUSEUM/POWER/unusualICeng/solid/rupa%207a.jpg