محركــــات التوربيـــــــن الغـــــــــازي .

محركــــــــــــــــات التوربيــــــــــــــــن الغــــــــــــــــــازي

بديل آخر لمحركات الديزل برز للمستخدمين على شكل محركات التوربينات الغازية gas turbines ، التي منذ ظهورها أصبحت المنافس الرئيس إلى محركات الديزل التقليدية وغيرها . دراسة تطبيق التوربينات الغازية إلى الدبابات بدأت بحدود العام 1944 في ألمانيا ، حيث شغلت التوربينة الغازية الأولى في العالم طائرة Heinkel He 178 التي طارت في العام 1939 وبلغت سرعتها القصوى 598 كلم/س . العمل الألماني لم يتقدم كثيراً بعد التصميم الأولي للتوربين الغازي الذي قدرت قوة خرجه بنحو 1000 حصان ، وتوقف العمل بالمشروع مع نهاية الحرب العالمية الثانية وهزيمة ألمانيا العام 1945 . الاستخدام الأول لمحركات التوربينة الغازية على العربات المدرعة كان أيضاً خلال الحرب العالمية الثانية ، عندما قام قسم التطوير في الجيش الألماني Heereswaffenamt (اختصار هيئة مدفعية الجيش) بدراسة عدد من محركات التوربينة الغازية لاستعمالها على الدبابات في منتصف العام 1944 . النوع الأول من المحركات حمل التعيين GT 101 واكتمل تصميمه الأساس في شهر نوفمبر العام 1944 ويثبت على الدبابة الألمانية Panther ، لينتج بعدها عدة تصاميم طيلة مدة البرنامج ، بضمن ذلك GT 102 وGT 103 لكن أياً منها لم يستخدم بشكل عملياتي operationally . على أية حال ، الفوائد والمزايا المحتملة لمحركات التوربين الغازي من حيث ناتج الخرج النوعي المرتفع وخصائص سرعة عزم الدوران الملائمة والايجابية جذبت انتباه أوسع بعد الحرب العالمية الثانية . لكن عقبة ونقيصة استهلاكهم المرتفع للوقود fuel consumption والحاجة لتخفيض هذه القيمة قبل استخدامهم بشكل مرضي في الدبابات لوحظ أيضا وجرى بحثه . الاستخدام الثاني لهذا النوع من المحركات على العربات المدرعة أثار من جديد قضية الاستهلاك العالي للوقود ، عندما اختبرت التوربينية الغازية على الدبابات البريطانية ، وتحديداً من قبل شركة C.A. Parsons & Company التي ثبتت المحرك العام 1954 في هيكل الدبابة الثقيلة Conqueror . المحرك البريطاني الذي حمل التعيين Unit 2979 ، شمل ضاغط بطارد مركزي من مرحلة واحدة ، مقاد ومشغل من قبل توربين ذو تدفق محوري من  مرحلة واحدة ، وتوربين طاقة من مرحلتين ، قدرت قابلية خرجه بنحو 655 حصان والتي اعتبرت قليلة آنذاك ودون المستوى . محرك التوربين الغازي التالي لشركة Parsons كان Unit 2983 ، وقدرت قابلية خرجه بنحو 910 حصان . بعدها توقفت اختبارات المحركات التوربينة الغازية في بريطانيا المخصصة للدبابات ولم يتم بناء المزيد من المحركات لهذا الغرض . 

أما أول دبابة عملياتية استخدمت المحرك التوربيني الغازي ودخلت الإنتاج الواسع فقد كانت السويدية Stridsvagn 103 التي طورت في الخمسينات ، وحملت هذه محرك توربيني بقوة خرج 300 حصان من طراز Boeing GT502 . وبشكل عام ، هذا النوع من المحركات يوفر حجم أصغر ووزن أقل بالمقارنة بنظرائه الديزل التقليدية مع توفير نفس ناتج خرج القوة power output ، لكن النماذج التي ركبت حتى الآن أقل كفاءة من ناحية استهلاك الوقود بالمقارنة مع محركات الديزل ، خصوصا أثناء فترات السكون والانتظار ، مما يتطلب مخزون وقود أكثر لإنجاز نفس المدى القتالي . في الحقيقة محرك التوربين الغازي نظرياً أكثر موثوقية واعتمادية ، وأسهل بكثير للإدامة والصيانة من المحرك المكبسي ، كونه يشتمل على تركيب أسهل وأجزاء متحركة أقل ، لكن عملياً ومن خلال التجربة ، أجزاء التوربين تعرض نسبة إهتراء أعلى نتيجة سرعة جريانهم المرتفعة . إن الأنصال التوربينية turbine blades حساسة جدا للغبار وحبيبات الرمال المتطايرة ، لذلك في العمليات الصحراوية ، مرشحات الهواء air filters يجب أن توفر وتستبدل عدة مرات في اليوم الواحد . ويمكن لمرشح غير ملائم أو مثبت بشكل غير صحيح ، أو حتى عندما تقوم شظية أو رصاصة بثقب المرشح ، فإن ذلك يمكن أن يؤدي لتلف وتعطيل المحرك . في المقابل المحركات المكبسية (خصوصا إذا كانت مع شاحن توربيني turbocharger) تحتاج هي الأخرى للمرشحات لتبقي عملها بشكل جيد ، لكنها أكثر مرونة وقدرة على الاستمرار إذا ما تعطل المرشح أو أخفق في أداء عمله .
 

في الستينات بدأت محركات الدبابات التوربينية الغازية في الظهور ، عندما بدأ تطويرهم واعتمادهم في الولايات المتحدة ضمن متطلبات محددة مثل (1) قوة الخرج (2) الاقتصاد بالوقود (3) مستوى الضوضاء (4) وحجم التوضيب الأدنى ، وذلك لإتاحة تركيبهم وتثبيتهم على العربات القتالية قيد التطوير . فتبنى الجيش الأمريكي العام 1961 مشروع تطوير تنافسي لمحرك توربيني غازي بقوة خرج 600 حصان بين شركتي Solar Aircraft و Ford Motor. في الناتج ، مصممي شركة سولر مع محركهم Solar T-600 حاولوا تخفيض استهلاك الوقود بشكل كافي وذلك باستخدام اسطوانتين مع إعادة توليد/تشغيل ، بالتزامن مع ضاغط تدفق محوري من ستة مراحل ، مقاد ومدار من قبل توربين بتدفق محوري من مرحلتين وتوربين طاقة من مرحلة واحدة . أما مصممو فورد فقد تبنوا المحرك Ford 705 ذو البكرتين الأكثر تعقيداً مع ترتيب ثلاثة قنوات ، والذي كان قد اختير سابقاً كنموذج مصغر في محرك حمل التعيين Ford 704 خاص بشاحنة تجريبية مع قوة خرج 300 حصان . لقد دمج المحرك Ford 705 وهو بقوة خرج تبلغ 600 حصان ، عدد اثنان من مراحل الضغط ، الأولى مجهزة ببكرة منخفضة الضغط low-pressure spool تشمل ضاغط طرد مركزي مقاد ومدار من قبل توربين ذو تدفق محوري من مرحلة واحدة ، والمرحلة الثانية جهزت ببكرة عالية الضغط high-pressure spool مع ضاغط طرد مركزي آخر مدار من قبل توربين دائري ذو تدفق داخلي ، دمج خاصية التبريد الداخلي بالهواء بين مرحلتي الضغط . هناك أيضاً مسترجع من النوع الصفيحي plate recuperator (أداة تستخدم لاسترداد واسترجاع طاقة الحرارة من منظومة التدفئة أو التهوية وبالتالي تحسين كفاءة الطاقة ، يطلق عليها أحيانا مصطلح مبدلات الحرارة heat exchanger) بين منفذ ضاغط الضغط العالي وحجرة الاحتراق الرئيسة ، والذي حدد مكانه عند قمة التوربين فوق بكرة الضغط العالي . بناء وتركيب المحرك Ford 705 اشتمل أيضاً على غرفة احتراق أخرى من أجل إعادة التسخين reheat combustion chamber (عادة ما يتضمن المحرك التوربيني حجرة إعادة تسخين والتي فيها الهواء والوقود وغازات العادم الصادرة عن التوربين الأول توقد لتشكيل منتج احتراق يستعمل لإدارة وتشغيل التوربين الثاني) بين المخرج من التوربين ذو البكرة عالية الضغط وتوربين الطاقة ذو المرحلة الواحدة ، الذي حدد مكانه بشكل استثنائي بين توربينات البكرة عالية الضغط ومثيلتها منخفضة الضغط . لأسباب عديدة تخص مواصفات الأداء ، المحركات Ford 705 بالإضافة إلى Solar T-600 أخفقا في ترسيخ مزايا أو فوائد عامة تتجاوز ما تحمله محركات الديزل ، لذا مشاريع تطويرهم تركت وأهملت دون أن تختبر أو تعتمد لأي دبابة ، رغم من أن محرك Solar Saturn التوربيني الغازي الذي كان قد صمم لأغراض أخرى ، جرى تثبيته في الدبابة T95 لأغراض العرض والاستيضاح .

على أية حال ، الجيش الأمريكي واصل اهتمامه بهذا النوع من المحركات ، وفي العام 1965 طرح تعاقده مع شركة Lycoming Division من شركة Avco لتطوير محرك توربيني غازي آخر ، الذي سيصبح بعد ذلك AGT-1500 مع قابلية خرج 1500 حصان ، والذي كان مقدراً له في الأصل أن يستخدم في مشروع الدبابة MBT-70 (ألغي مشروع الدبابة في شهر نوفمبر العام 1971) . هذا المحرك استند في تصميمه على محرك T53 الخاص بالمروحية Bell UH-1 . وللتطبيق على عربة أرضية ، التوربين كان لزاما عليه أن يغير ويحور لهذا الغرض . الاختبارات على النموذج الأول بدأت في شهر يناير العام 1967 ، وفي العام 1968 دبابتين اختباريتين من طراز M48 جرى تجهيزهما بالمحرك AGT-1500 واختبرت قدرات المحرك ميدانياً على نطاق واسع . في العام 1972 اختير المحرك AGT-1500 من قبل شركة من قبل Chrysler's Defense Division لدفع نموذج الدبابة XM-1 . أثناء اختبارات الدبابة XM 1 وضمن سنوات الخدمة الأولى ، أظهر محرك التوربين بعض المشاكل الرئيسة ، خصوصا فيما يتعلق بعوامل الثقة والاعتمادية reliability . الاختبارات الإضافية تحت شروط وظروف ساحة المعركة أتاحت المزيد من التعديلات لمعالجة مشاكل التوربين ، ليتم في النهاية تجاوز الإخفاقات ويظهر المحرك AGT-1500 كأحد أنظمة الدفع الموثوقة اليوم . وبعد أن تم قبوله أخيراً من قبل الجيش الأمريكي العام 1976 ، المحرك التوربيني AGT-1500 وضع قيد الإنتاج لصالح دبابة المعركة الرئيسة M1 Abrams وبدأ بدخول الخدمة معها العام 1980 .