Газотурбинная установка COGAG

COGAG (Combined Gas and Gas, комбинированная газотурбинная установка) — это тип судовой энергетической установки, в которой для обеспечения движения используются две или более газовых турбины, работающие совместно через редуктор на один или несколько гребных валов. В отличие от комбинированных установок CODOG или CODAG, где газовые турбины сочетаются с дизельными двигателями, COGAG предполагает использование только газотурбинных двигателей, что позволяет оптимизировать массу, габариты и динамические характеристики корабля, особенно на высоких скоростях хода.

История развития

Концепция COGAG возникла в середине XX века, в период активного развития газотурбинных технологий для военно-морских флотов. Первые экспериментальные установки появились в 1960-х годах в США и Великобритании. Основным стимулом стала необходимость создания компактных и мощных силовых агрегатов для эсминцев, фрегатов и ракетных катеров, способных развивать скорость свыше 30 узлов.

В СССР разработка газотурбинных установок для кораблей велась с 1950-х годов. Первым серийным кораблём с установкой COGAG стал большой противолодочный корабль проекта 61 (тип «Комсомолец Украины»), введённый в строй в 1962 году. На нём применялись четыре газотурбинных двигателя, работавших попарно на два вала. В дальнейшем схема COGAG использовалась на многих советских и российских кораблях, включая эсминцы проектов 956 и 1155, а также на фрегатах проекта 22350.

В западных странах COGAG получила распространение на эсминцах типа «Арли Бёрк» (США), фрегатах типа «Горизонт» (Франция/Италия) и эсминцах типа «Дэринг» (Великобритания). В 1990-х годах установка COGAG была применена на российских корветах проекта 20380, где для повышения экономичности часть турбин могла отключаться.

Устройство и принцип работы

Установка COGAG состоит из нескольких основных компонентов:

• Газотурбинные двигатели (ГТД) — обычно от 2 до 4 единиц, размещённых в машинных отделениях. Каждый ГТД включает компрессор, камеру сгорания и турбину. В качестве топлива используется дизельное топливо или керосин.
• Редуктор — сложный механизм, объединяющий крутящий момент от нескольких турбин и передающий его на гребной вал. Редуктор может иметь несколько ступеней для согласования оборотов турбин и винта.
• Валопровод и гребной винт — фиксированного или регулируемого шага.
• Система управления — автоматика, регулирующая подачу топлива, включение/отключение турбин и переключение режимов.

В типовом режиме работы на крейсерской скорости (12–18 узлов) может работать одна турбина на вал, а на полном ходу (свыше 30 узлов) подключаются дополнительные турбины. В установках COGAG возможно также параллельное включение всех турбин на один вал через редуктор, что даёт максимальную мощность.

Классификация

По способу соединения турбин с валом различают:

• COGAG с параллельной работой — все турбины одновременно работают на один вал через суммирующий редуктор. Обеспечивает максимальную мощность, но требует сложного редуктора.
• COGAG с последовательной работой — турбины включаются поочерёдно: сначала одна, затем вторая, при этом первая может отключаться. Проще конструктивно, но мощность ниже.

По типу применяемых турбин установки делятся на:

• Одновальные — турбина и компрессор на одном валу (например, LM2500).
• Двухвальные — свободная силовая турбина, не связанная с компрессором (например, ДН-80).

Применение

Военные корабли

COGAG является основной энергетической установкой для многих современных эсминцев, фрегатов и корветов. Её преимущества — высокая удельная мощность (до 30–40 кВт/кг), малые габариты и быстрый выход на режим (менее 3 минут). Это позволяет кораблям быстро набирать скорость для манёвра или уклонения от атак.

Примеры кораблей с COGAG:

• Эсминец типа «Арли Бёрк» (США) — четыре турбины LM2500, суммарная мощность 105 000 л.с.
• Фрегат типа «Горизонт» (Франция/Италия) — две турбины LM2500 плюс две турбины для экономичного хода.
• Корвет проекта 20380 (Россия) — две турбины ДН-80, мощность 20 000 л.с.
• Эсминец проекта 956 (Россия) — две турбины ГТД-1500, мощность 50 000 л.с.

Гражданские суда

В гражданском флоте COGAG применяется реже из-за высокого расхода топлива (на 20–30% выше, чем у дизелей). Однако установки используются на быстроходных паромах, судах на подводных крыльях и ледоколах, где требуется высокая мощность при ограниченном водоизмещении. Например, российский ледокол «Арктика» (проект 22220) имеет комбинированную установку, включающую газовые турбины.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая удельная мощность — позволяет достигать больших скоростей при малом весе установки.
• Быстрый запуск — турбина выходит на режим за 1–3 минуты, что критично для боевых кораблей.
• Компактность — газотурбинные двигатели занимают меньше места, чем дизели или паровые турбины.
• Низкий уровень вибрации — по сравнению с дизельными двигателями.

Недостатки

• Высокий расход топлива — на крейсерских режимах COGAG менее экономична, чем дизельные установки.
• Шумность — газотурбинные двигатели создают значительный шум, что может быть проблемой для противолодочных кораблей.
• Сложность редуктора — для объединения нескольких турбин требуется дорогой и технически сложный редуктор.
• Чувствительность к качеству топлива — турбины требуют чистого топлива, что увеличивает эксплуатационные расходы.

Сравнение с другими комбинированными установками

COGAG, в отличие от CODOG и CODAG, не имеет дизельного двигателя, что делает её более лёгкой, но менее экономичной на малых скоростях. По сравнению с COGOG, где используются разные типы турбин (например, одна для крейсерского хода, другая для форсажа), COGAG предполагает однотипные турбины, что упрощает обслуживание.

Современное состояние и перспективы

На начало 2020-х годов COGAG остаётся стандартом для крупных боевых кораблей ведущих флотов мира. В России установки этого типа применяются на фрегатах проектов 22350 и 22380, а также на корветах проекта 20380. В США все эсминцы типа «Арли Бёрк» оснащены COGAG, и эта схема планируется для перспективных эсминцев типа DDG(X).

Основные направления развития:

• Повышение КПД — за счёт применения рекуператоров тепла и более совершенных компрессоров.
• Снижение шума — путём использования акустических экранов и виброизоляции.
• Гибридные схемы — комбинация COGAG с электродвигателями для экономичного хода (COGAG+электрический привод).

В перспективе COGAG может быть вытеснена установками с электрическим движением (например, IEP — Integrated Electric Propulsion), где газовые турбины используются только для выработки электроэнергии, а гребные винты вращаются электродвигателями. Однако на 2024 год COGAG остаётся востребованной для кораблей, требующих максимальной скорости и маневренности.

Источники

• Судовые газотурбинные установки / Под ред. А. Г. Костюка. — М.: Машиностроение, 1985.
• Морская энциклопедия / Гл. ред. И. Д. Спасский. — СПб.: Судостроение, 1993.
• Jane's Fighting Ships 2023–2024 / Ed. by Stephen Saunders. — IHS Jane's, 2023.
• Современные энергетические установки кораблей ВМФ / В. В. Иванов, А. Н. Петров. — М.: Воениздат, 2018.