Tijd voor een nieuw topic van mijn kant, en deze keer ga ik weer terug naar de onderwerpen die mij het best liggen; rare Duitse dingen.
. Een paar jaar geleden had ik voor weinig een Panther F van Dragon op de kop getikt, en ik was al een tijdje aan het bedenken wat ik ermee zou uit gaan voeren. Toen kwam ik opeens op internet een erg interessant stukje tegen over de ontwikkeling van turbinemotoren door de Duitsers, en daar werd ook melding gemaakt van een aantal projecten met gastubines in Panthers. Ik ben toen verder gaan zoeken en verrek; er zijn zelfs tekeningen van te vinden.
. Hierdoor had ik ook gelijk een bestemming gevonden voor de Panther F, waarbij het ook gelijk een what-ifje wordt.
Maar eerst eens een intro; de Panther is voor de meesten hier wel vrij bekend, dus hier is het verhaaltje wat korter dan dat van de GT-turbines (wat trouwens ook erg apart was; Wikipedia had er doodleuk een nogal flink artikel van op internet staan
).
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
PantherDe Panther was een Duitse tank die tijdens het tweede deel van de Tweede Wereldoorlog op het Oost-en Westfront gediend heeft. De officiële term van de Panther was Sd.Kfz. 171, en tot 27 februari 1944 werd de tank Panzerkampfwagen V Panther genoemd. Op deze datum beval Hitler dat de Romeinse V verwijderd moest worden (vraag me niet waarom
).
De Panther was ontworpen om weerstand te bieden aan de T-34 van de Sovjets, en om uiteindelijk de Pz.III en Pz.IV te vervangen. Desondanks was het gebruikelijk dat deze tanks samen op het front te vinden waren, soms ook met de zwaardere Tiger I (en later in de oorlog ook de Tiger II). De Panther staat bekend als een van de beste tanks van de oorlog, vooral vanwege zijn goede bepantsering en uitstekende geschut. Qua betrouwbaarheid liet de tank soms nog te wensen over.
De Panther was ontworpen als een compromis tussen bepantsering, vuurkracht en mobiliteit. De Panther en Tiger I deelden in feite dezelfde motor, maar de Panther was wendbaarder, sneller, lichter, en beter off-road dan de Tiger I. Ook was het frontale pantser efficiënter dan dat van de Tiger I (schuine bepantsering versus rechtopstaande). De Panther moest daarentegen wel inleveren op vuurkracht (de Panther had een lichter kanon dan de Tiger I), en ook het zijpantser van de Panther was dunner dan dat van de Tiger. Dit maakte de Panther kwetsbaarder voor flankvuur. De
Panther was erg effectief in open gebied en gevechten op lange afstand, maar tegen infanterie was de tank minder effectief vanwege het gebrek aan genoeg hoog-explosieve munitie.
De Panther was stukken goedkoper om te produceren dan de Tiger I, en slechts weinig duurder dan de Pz. IV. Belangrijke elementen van de tank, zoals de bepantsering en aandrijving, werden versimpeld om zo de productie te verhogen en zoveel mogelijk te bezuinigen op het gebruik van grondstoffen. Ondanks het vereenvoudigde ontwerp was de Panther nog steeds “over-engineered”. Tijdens de Slag om Kursk werd de -toen gloednieuwe- Panther te snel naar het front gestuurd, waardoor een groot deel van de tanks uitviel als gevolg van kinderziektes. De meeste ontwerpfouten werden tijdens de Duitse terugtocht weggewerkt, maar als gevolg van de vele bombardementen vna fabrieken en een nijpend tekort aan grondstoffen van hoge kwaliteit, brandstoftekorten en een tekort aan getrainde soldaten kon de Panther nooit optimaal functioneren.
Panther F
Een voltooide Panther F in een voertuigdump aan het eind van de oorlog.
Na het schrappen van het Panther II-project (de geplande opvolger van de Panther D-A-G-serie) werd er een meer beperkte upgrade voor de Panther gepland. De grootste verandering in ontwerp lag in een geheel nieuw ontworpen koepel, en ook werden de loopwielen met rubber randen vervangen door geheel stalen loopwielen, vergelijkbaar met die van de Tiger II. De productie van de Ausf. F was gepland voor april 1945, maar het einde van de oorlog gooide roet in het eten voor de Duitsers.
Het eerste ontwerp van de nieuwe “Schmallturm” werd in november 1943 ontworpen, waarbij de brede kanonmantel van de Panther vervangen werd door een smalle kanonmantel, waarbij de bepantsering van de koepel verhoogd werd van 110 naar 120mm frontaal. Bij een ander ontwerp van Rheinmetall werd de mantel nog verder versmald.
Een aantal van deze Schmallturm-ontwerpen werden in 1944 gebouwd, waarbij als kanon aangepaste versies van de 75mm KwK 42 L/70 van de originele Panther. Dit kanon kreeg de naam KwK 44/1. Een aantal van deze koepels werd na de oorlog door de Amerikanen en Britten naar eigen land verscheept voor onderzoek, onder andere als schietdoel voor tanks.
De Schmallturm had het voorpantser vrijwel verticaal staan, maar dit werd gecompenseerd door de verdikking van de plaat van 110 naar 120mm. Het zijpantser van de koepel werd verdikt van 45mm naar 60mm, en het dak werd zelfs 3x zo dik gemaakt; van 16mm ging het dakpantser naar 40mm. De kanonmantel van de Panther, die over de gehele breedte van de koepel liep, werd vervangen door een smalle mantel rondom de loop. Ondanks de dikkere bepantsering werd de Schmallturm niet zwaarder; hij werd zelfs iets lichter, vanwege de kleinere afmetingen.
De Schmallturm.
De Panther F zou deze Schmallturm ontvangen, waarbij ook het dak van de romp verlengd en verdikt werd. De Schmallturm zou ook ingebouwde stereoscopische afstandsmeters ontvangen, waarbij deze in 2 karakteristieke bepantserde bulten op weerszijden van de koepel. Een aantal Ausf. F’s werden door Daimler-Benz en Ruhrstahl-Hattingen gebouwd, maar er is geen bewijs dat de Panther F in dienst genomen is voor het einde van de oorlog.
Voorstellen om de 88mm KwK 43 L/71 in de Schmallturm te plaatsen werden in begin 1945 gemaakt, maar deze ontwerpen zijn nooit verder dan de tekentafel gekomen.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
GT-serie gasturbinesDe GT101 waren een serie turboshaft-type gasturbinemotoren, ontwikkeld vanuit de BMW 003 vliegtuigmotor. De GT-motoren waren ontwikkeld met het doel om in de Panther-tank geinstalleerd te worden. De ontwikkelingsdivisie van de Wehrmacht, het Heereswaffenamt, begon in 1944 met onderzoek naar het gebruik van een aantal gasturbines in tanks. Ondanks dat geen van deze motoren operationeel gebruikt is, is de GT101 (GT staat voor Gas Turbine) zodanig ver geraakt in ontwikkeling dat hij in productie genomen had kunnen worden. Andere experimentele motoren van deze serie waren de GT102, GT102 Ausf.2 en GT103.
OntwikkelingAl in 1943 waren er ideeën geopperd voor het gebruik van gasturbines in gepantserde voertuigen, als eerste door Adolf Müller (werkzaam bij Junkers Jumo, de motorentak van Junkers in Dessau, later bij straalmotorenafdeking van Heinkel-Hirth (Heinkel Strahltriebwerke). Al reden werd genoemd dat een gasturbine vele malen lichter zou zijn dan de benzinemotoren die tot op dat moment in de zwaardere pantservoertuigen van de Wehrmacht gebruikt werden. Door het vervangen van deze zware motorblokken (vaak Maybachs) door lichtere gasturbines met hetzelfde hoge vermogen, zou de vermogens-gewichts-ratio van de tanks een stuk beter worden, waardoor ook de topsnelheid en off-roadprestaties beter zou worden. In die tijd waren er echter een hoop problemen en uitdagingen om gasturbines om te bouwen voor dit soort doeleinden.
In het geval van een turbojet ontworpen voor de luchtvaart worden de hete uitlaatgassen van de turbine direct gebruikt voor het opwekken van stuwkracht. In het geval van een gasturbine die voor een tractiemotor wordt gebruikt, is alle hitte die via de uitlaat verdwijnt verspilde energie. De uitlaatgassen van een gasturbine waren vele malen heter dan die van zuigermotoren, vanwege het extreem lage rendement van de turbines uit die tijd. Aan de andere kant zorgde het grote aanbod van goedkope kerosine voor nog enige compensatie op het extreem hoge verbuik van de gasturbines ten opzichte van zuigermotoren. Hierdoor lag het uiteindelijke rendement van beide motoren ongeveer gelijk.
Een ander probleem was dat een gasturbine pas goed werkt als de turbine een bepaalde werksnelheid bereikt heeft. Op of nabij die bepaalde snelheid kan de turbine een grote variatie aan koppel leveren. Met andere woorden; bij lage snelheden kan een gasturbine weinig koppel leveren, iets wat bij een zuigermotor een veel minder groot probleem is, en bij een elektromotor zelfs helemaal geen probleem. Om een gasturbine toch te kunnen gebruiken in een tank, moesten er een voor die tijd zeer geavanceerde transmissie en koppeling ontworpen worden, die ervoor zorgen dat de motor slechts op een bepaald snelheidsbereik kan lopen, of een andere manier kan gebruiken om vermogen te leveren.
De Wehrmacht had in het begin weinig interesse in het idee van Müller, en hij begon zich op zijn beurt te focussen op het ontwerpen van een geavanceerde turbosupercharger voor BMW. In Januari 1944, na het afronden van zijn werk voor BMW, richtte Müller zijn aandacht weer op zijn tractiemotoren, en in Juni van dat jaar legde hij het Heereswaffenamt een aantal ontwerpen voor een unit met 1000 pk voor. Gezien de toen snel veranderende sitautie van Duitsland in de oorlog, waarbij het land extreme problemen met de brandstofvoorziening had, was er toch interesse in de gasturbine, die op goedkope brandstof van lage kwaliteit liep. De grote hoeveelheid die de motor van deze, anders weinig bruikbare, brandstoffen nodig had, was niet van belang voor het
Heereswaffenamt.
Oorspronkelijk ontwerp (GT101)De Heinkel HeS-011, de kern voor het oerontwerp van de GT-serie.
Müllers eerste echte ontwerp was in feite een eenvoudige aanpassing aan een traditionele straalmotor. De kern van het ontwerp was de experimentele Heinkel HeS 011, waar er tot op dat moment slechts 19 van gebouwd waren. In dit ontwerp waren een aparte turbine en een PTO (Power Take-Off)-as op de uitlaat van de HeS 011 gebouwd, waarbij de uitlaatgassen van de Heinkel de turbine aandreef, en dus ook de tank. Aangezien de kern van de motor volledig los stond van de turbine, kon hij gelijk vermogen leveren aan de PTO. De kern kon continue op vol vermogen draaien, waarbij er maar een kleine kracht opgewekt werd aan de PTO. De onnodige uitlaatgassen werden gedumpt via een extra uitlaatklep. Dit idee had echter ook een serieus nadeel; op momenten waarbij de last van de PTO af werd gehaald (denk aan schakelen tussen versnellingen), werd de gasturbine ook niet meer belast. Hierdoor kon de turbine op hol slaan, waardoor er een
remsysteem op de gasturbine noodzakelijk was. Dit probleem kon ook opgelost worden door de gasstroom van de turbine tijdelijk te dumpen.
Een ander probleem was dat het Heereswaffenamt grote zorgen had bij de kwaliteit van de brandstoffen die het kon vinden. Omdat de Luftwaffe verwachtte dat haar brandstoffen van hoge kwaliteit waren, kwamen de slechtere brandstoffen vaak bij het Heer terecht, met grote vervuilingen als gevolg. Een oplossing voor dit probleem had Müller in de vorm van roterende brandstofinjectoren rond de motorkern, om zo de slechtere brandstof toch goed te kunnen mengen. Maar omdat het ontwerp van Müller niet geschikt was voor de roterende injectoren, werd het in Augustus 1944 afgekeurd door het Heereswaffenamt.
Müller ging toen verder met ontwerpen zonder de aparte turbine met PTO, en gebruikte in plaats daarvan generatoren aan het eind van de turbine, om zo stroom voor elektromotoren op te wekken. Echter, vanwege het tekort dat Duitsland ook aan koper had, werd dit ontwerp ook weggestreept door het Amt. Een ander ontwerp bestond uit een soort hydraulische transmissie, waarbij ook de eerder genoemde injectoren op gebruikt konden worden. Hierbij toonde het Heereswaffenamt aanzienlijk meer interersse, mede omdat de brandstofsituatie van Duitsland ondertussen nóg erger was geworden.
De BMW-003 straalmotor werd de uiteindelijke basis voor de GT-101.
Een nogal aparte beslissing van het Amt zorgde ervoor dat alle motorkernen die Müller vanaf toen zou ontwerpen, ook bruikbaar moesten zijn voor de luchtvaart. Deze beslissing zorgde ervoor dat de injectoren in hun geheel moesten worden geschrapt. In plaats hiervan greep Müller terug op het gebruik van de BMW 003 als kern, een motor die zich al eerder bewezen had. Na wat aanpassingen aan onder andere de lagers kon de 003 gebruikt worden, met als groot voordeel dat de PTO overal aangebracht kon worden. Hierdoor werd de PTO voorop de motor geplaatst, om hem zo beter passend te krijgen in de bestaande motorruimtes van onder andere de Panther. Dit ontwerp werd uiteindelijk de GT101.
Het uitendelijke ontwerp van de GT101. Duidelijk te zien is dat de compressorturbine een flink stuk uitsteekt achter de Panther zelf.
Het oorspronkelijke idee was om de GT101 in de Tiger I te plaatsen, maar ondanks dat de GT101 smaller was dan de Maybach van de Tiger, was hij te lang voor de motorruimte van de tank. De aandacht werd toen verlegd naar de Panther, die toch al de basis zou worden voor de geplande Entwicklung-serie tanks. Porsche leverde daarnaast ook nog een van zijn Jagdtiger-rompen.
Het passend krijgen van de GT101 in de Panther kostte wat moeite, maar uiteindelijk werd er een oplossing gevonden. Wat meteen opviel aan dit prototype was dat de complete uitlaat en diffuser uitstaken achter de Panther, dus buiten de tank. Buiten dat het een zeer aparte verschijning was, maakte dit de motor ook extreem kwetsbaar voor schade, waardoor dit niet de meest praktische oplossing was.
ZF bouwde een speciale versnellingsbak voor de GT101, waarbij een elektrisch aangedreven koppeling de transmissie automatisch loskoppelde van de turbine wanneer deze onder de 5000 rpm zou komen, omdat de turbine vanaf dit punt geen nuttig vermogen meer opwekte. Op vol vermogen, bij 14.000 rpm, werkte de GT101 ook als een soort enorm vliegwiel, waarbij dit extra vermogen in de transmissie “gedumpt” kon worden bij off-road rijden.
De prestaties van de GT101 zouden verassend goed zijn. Het totale vermogen van de motor lag op 3750 (!) pk, waarbij 2600 (!) pk verbruikt werd door de compressor. Hierdoor bleef er 1150 pk over voor de transmissie. De hele motor woog 450kg, wat een stuk lichter was dan de gebruikelijke Maybach HL230. De Maybach kon 620pk opwekken, maar woog echter 1200kg, een enorm gewicht in verhouding tot de GT101. De vermogens-gewichts-ratio van de Panther met de Maybach was ongeveer 13,5pk/ton, terwijl de GT101 op ongeveer 27pk/ton lag. Dit was een enorm getal voor die tijd, en zelfs tegenwoordig is dit zeer indrukwekkend. De M1 Abrams, een moderne tank met een gasturbine, heeft bjivoorbeeld een ratio van 26,9pk/ton. Een nadeel van de GT101 over de traditionele Panthers was een lagere topsnelheid, omdat de motor anders extreem snel zou verslijten. Verder lag het verbruik ongeveer 2x zo hoog, wat op zijn beurt problemen met brandstofopslag opleverde.
GT 102Ontwerp van de GT102
Terwijl het werk aan de GT101 verderging, ging Müller op zijn beurt aan de slag met een andere manier om zijn oorspronkelijke turbine met de PTO te verbeteren. In December 1944 presenteerde hij zijn nieuwe idee, die onder de naam GT102 geaccepteerd werden voor ontwikkeling.
Het basisidee van de GT102 was om de aandrijfturbine helemaal los te maken van de motorkern, waarbij de kern als gasgenerator gebruikt werd. De motorkern werd op een zodanige temperatuur gebracht dat hij precies genoeg vermogen opwekte om zichtzelf draaiende te houden. Deze kern werkte als compressor, en deze luchttoevoer (30% van de totale gasstroom) werd via een afvoerpijp naar een aparte tweetrapsturbine gevoerd, compleet met aparte verbrandingskamer. Dit ontwerp vermeed de snelheidsproblemen van het eerste ontwerp; wanneer de last van de motor werd gehaald, kon de luchttoevoer van de compressor simpelweg afgesloten worden. Hierdoor kon de motorkern ook op vol vermogen draaien terwijl de aandrijfturbine op lage snelheid liep,
waardoor het vermogen op lage snelheden sterk verbeterd werd. Het enige nadeel aan de GT102 was dat het het grote vliegwiel-effect van de GT101 miste.
Ontwerp van de compressor van de GT102; links zit de luchtinlaat.
Omdat het turbinedeel van de motorkern bij de GT102 niet meer alle lucht van de compressor te verwerken kreeg, kon de motorkern kleiner gebouwd worden. Hierdoor werd de motor korter, waardoor hij dwars in de Panther gemonteerd kon worden, in het gedeelte boven de rupsbanden. De aandrijfturbine werd in de ruimte hieronder geplaatst, op de plek waar normaal de Maybach zou zitten. Deze kon dan in dezelde richting als de transmissie geplaatst worden, die hiermeee via een cardanas verbonden werd, net zoals in de standaard Panther. Deze plaatsting was veel praktischer dan die van de GT101, en omdat de hele motor “onder het staal” zat, was hij ook beter beschermd tegen schade. Alhoewel de GT102 ongeveer evenveel verbruikte als de GT101, was er door de compacte motor veel meet ruimte voor brandstof. Onder andere de ruimtes waar eerst de radiatoren van de Maybach zaten, werden gebruikt voor het plaatsen van brandstofcellen. Hierdoor kon er in totaal ongeveer 1400 liter brandstof meegenomen worden, waardoor het bereik van de GT102 ongeveer gelijk lag aan dat van een standaard Panther.
In het begin van 1945 was het ontwerp van de GT102 klaar, maar door de verslechterde oorlogssituatie is het nooit tot een prototype geraakt.
GT 102 Ausf. 2Om de passing van de GT102 in de Panther nog verder te verbeteren, werden er bij de GT102 Ausf. 2 een aantal delen van de originele gasgenerator aangepast, om zo de compressor en de verbrandingskamer in te korten. In de GT102 waren deze iets verlengd ten opzichte van een vergelijkbare vliegtuigmotor, om de slechtere brandstoffen toch goed te kunnen mengen. In de GT102 Ausf. 2 werd weer teruggegrepen op de roterende injectoren van de originele pre-GT101-ontwerpen. Bij de compressor werden 2 van de 9 compressietrappen verwijderd, maar dezelfde compressieratio van de GT102 werd behouden. Hierdoor kon ook de compressor in de lengte in de Panther gemonteerd worden, waardoor de ruimte boven de rupsbanden weer zoals normaal gebruikt kon worden voor brandstofopslag.
GT 103Enkele ontwerpen van Porsche om ook de Tiger uit te rusten met gasturbines.
Het grootste deel van het lage rendement van een gasturbine was het gevolg van de zeer hete uitlaatgassen, waarbij een groot deel van de energie verspild werd. Om dit verlies enigszins op te vangen was het mogelijk om de hete uitlaatgassen te gebruiken om de lucht in de compressor voor te verwarmen voor het de verbrandingskamer in gaat.
W. Hryniszak van Asea Brown Boveri in Heidelberg ontwierp deze warmtewisselaar, die aan verder onaangepaste GT102 werd toegevoegd, om zo de GT103 te vormen. De warmtewisselaar gebruikte een roterende, poreuze keramische cilinder, die in een aparte leiding geplaatst werd. Hete uitlaatlucht van ongeveer 500 C werd langs de cilinder geleid, waardoor deze verwarmd werd.
De uitlaatlucht verliet de motor uiteindelijk met een temperatuur van ongeveer 350 C. Om oververhitting van 1 kant van de cilinder te verkomen draaide deze langzaam rond in de buis. Lucht vanuit de compressor richting de aandrijfturbine werd door het midden van de cilinder geleid, waarbij de lucht van 180 C naar ongeveer 300 C werd opgewarmd.
Dit hield in dat 120 van de (uiteindelijk benodigde) 800 C van de lucht niet opgewekt hoefde te worden door het verbranden van brandstof, waardoor het redelijk wat brandstof bespaarde. Schattingen gingen uit van ongeveer 30% besparing. Uiteindelijk zorgde de GT103 voor de helft minder brandstofverbruik ten opzichte van de GT102, waardoor hij ongeveer even zuinig was als de oorspronkelijke Maybachmotor. Achteraf bleken deze schattingen overschat, alhoewel General Motors in de jaren 60 en 70 nog heeft geëxperimenteerd met dit systeem.
De basis van dit hersenspinsel wordt de -onderhand al antieke- Panther F van Dragon. Qua detail is het niet een heel spannende kit, maar het is een apart onderwerp, en hetgene dat Dragon meegeeft is een goede basis voor verbeterwerk. Bij een andere Dragonkit die ik vorig jaar gebouwd heb (Jagdpanther), werd een halve Panther aan reserve-onderdelen meegegeven, dus die kan ik in ieder geval al gebruiken om de slechtere stukjes van de Panther F te vervangen. Ik ben in ieder geval wel al blij dat er individuele tracklinks bij zitten; ik ben toch niet zo van de DS-tracks. Het is overigens de bedoeling dat de GT-102 ingebouwd gaat worden; deze lijkt me het meest realistische voor een what-if-Panther F, omdat me het niet logisch lijkt om dit ontwerp opzij te leggen en in plaats daarvan de -minder goede- GT-101 in de Panther te bouwen. En daarnaast ziet die open uitlaat van de 101 er ook wel erg wazig uit.
Morgen zal ik wat foto's van de kit zelf plaatsen, en na het afronden van de SA-2 (eindfoto's schieten) kan ik van start gaan met dit geval.