Газотурбінний двигун

Газотурбінний двигун успішно застосовується в танках і авіації. На жаль, ряд конструктивних обмежень не дозволяє використовувати цю прогресивну конструкцію в якості силової установки для легкового автомобіля.

Перевага двигунів цього типу в тому, що у них найбільша питома потужність серед існуючих силових установок, що належать до двигунів внутрішнього згоряння, до 6 кВт/кг. Крім того, газотурбінний двигун може працювати на різних видах рідкого палива, а не тільки на бензині або дизелі.

Історія створення газотурбінного двигуна

Перша газова турбіна була розроблена в 1519 році. Вона істотно відрізнялася від сучасних пристроїв і застосовувалася в "сфері малої механізації". Турбіна обертала вертел, призначеного для смаження м'яса. Використовувалася газова турбіна і для приведення в рух вози винахідника Джона Барбера.

Один з перших газотурбінних двигунів для танків розробила компанія BMW в 1944 році. Він був випробуваний на самохідній установці "Пантера"

У 1950 році компанією «Rover» був розроблений газотурбінний двигун, призначений для автомобілів. В результаті з'явилася експериментальна модель гоночного автомобіля «JET1». Двигун машини був розташований позаду сидінь, з боків монтувалися повітрозабірники, а на верхній задній частині знаходилися отвори для виходу вихлопних газів. Швидкість обертання турбіни досягала 50 тисяч обертів за 1 хвилину. В якості палива використовувався бензин, парафінове масло і дизельне паливо. Максимальна швидкість, з якою могла рухатися машина, становила 140 км/ч. З-за значної витрати палива автомобілі з газотурбінним двигуном не користувалися особливим попитом.

Єдиний випадок застосування газотурбінного двигуна в конструкції мотоцикла - MTT Y2K Turbine Superbike з ДВС Rolls-Royce-Allison Model 250

Модернізувавши пристрій і сконструювавши модель «BRM», копання «Rover» прийняла участь в гоночних змаганнях 1963 року і встановила рекорд: машина розганялася до швидкості 229 км/ч. Пізніше в аналогічних змаганнях брали участь і інші автомобільні виробники. Наприклад, компанія «Howmet» випустила модель «TX», яка працювала на газотурбинном двигуні і неодноразово ставала гоночним фаворитом.

Єдина в історії модель серійного автомобіля з газотурбінним двигуном, призначеного для пересування по дорогах загального користування, була випущена американським концерном Chrysler в 1963 році. П'ятдесят примірників автоьмобля під назвою Chrysler Turbine були вручну зібрані фахівцями італійського кузовного ательє Ghia. У продаж автомобілі не надходили, а були роздані добровольцям, на два роки для тестування. Експеримент пройшов вдало, але для запуску нового виробництва була потрібна будівництво заводу з випуску двигунів нового типу, і концерн Chrysler не ризикнув інвестувати великі гроші. У сімдесяті роки, коли в США істотно посилили екологічні норми, і, до того ж, почався паливний криза, взвинтивший ціни на нафту компанія відмовилася від продовження розробок.

Пристрій і принцип дії газотурбінного двигуна

Потрапляючи в компресор, повітря піддається стиску і нагріванню. Далі він поступає в камеру згоряння, куди також подається і частина палива. З-за високої швидкості повітря і паливо спалахують при зіткненні. Під час згоряння суміші виділяється енергія, яка перетворюється в механічну роботу за рахунок обертання. Частина цієї енергії використовується для стиснення повітря в компресорі. Інша частина надходить в електричний генератор. Після цього відпрацьовані гази відправляються в утилізатор.

Достоїнства і недоліки газотурбінних двигунів

Газотурбінні двигуни багато в чому перевершують поршневі мотори. Завдяки здатності розвивати великі обороти пристрій відрізняється високою потужністю, але при цьому має компактні розміри. В якості палива використовують гас або дизельне паливо. Маса газотурбінного двигуна в 10 разів менше маси аналогічного по потужності двигуна внутрішнього згоряння. Через відсутність тертьових деталей газова турбіна не вимагає наявності розгалуженої системи охолодження.

Інженери Chrysler, створили єдиний мелкосерийный автомобіль з газотурбінним двигуном, досвідченим шляхом з'ясували, що краще паливо для ВМД - звичайний гас

Основним недоліком стає підвищена витрата палива, викликаний необхідністю штучного обмеження температури газів. Це обмеження пов'язано з тим, що у випадку з автомобілем двигун встановлюється всередині кузова, а не під крилом, як у літака, наприклад. Відповідно, температура двигуна не повинна перевищувати 700 градусів. Метали, стійкі до таких температур, мають дуже високу вартість. Ця проблема викликає інтерес у вчених, і в недалекому майбутньому повинні з'явитися газотурбінні двигуни, що володіють хорошими показниками економічності. Очевидно, це відбудеться тільки в тому випадку, якщо буде вирішена проблема відводу великої кількості тепла, що дозволить ставити на автомобілі "незадушенные" двигуни, в конструкції яких проблема економічності вирішена. Серед недоліків слід відзначити високі вимоги до якості атмосферного повітря і відсутність можливості гальмування двигуном.

Двовальний газотурбінний двигун, оснащений теплообмінником

Цей тип двигунів зустрічається найбільш часто. Порівняно з одновальными аналогами, дані пристрої відповідають більш високим вимогам до динаміки автомобілів. Двохвальні агрегати припускають наявність спеціальної (для приводу компресора) і тягової (для приводу коліс) турбін, вали яких не з'єднані. Такі двигуни дозволяють поліпшити динамічні властивості машини і дають можливість скоротити кількість ступенів в коробці передач.

Після відмови від масового виробництва автомобілів з газотурбінними двигунами компанія Chrysler знищила більшу частину тестових екземплярів, щоб "турбіни не потрапили на авторозбірки"

На відміну від поршневих двигунів, двохвальні газотурбінні установки припускають автоматичне зростання крутного моменту при збільшенні навантаження. Завдяки цьому перемикання коробки передач потрібно значно пізніше або взагалі не потрібно. При рівній потужності автомобілі з двухвальным газотурбінним двигуном розганяються швидше, ніж машини з поршневими двигунами. Недоліками даного виду є складність виготовлення, збільшення розмірів і ваги внаслідок наявності додаткових деталей: теплообмінника, газо - та повітропроводів.

Газотурбінний двигун з вільно-поршневим газовим генератором

На даний момент газотурбінні двигуни цієї конструкції - найперспективніші для будівництва автомобілів. Пристрій являє собою блок, що об'єднує поршневий компресор і двотактний дизель. У середній частині знаходиться циліндр з прямоточною продуванням, усередині якого розташовується два пов'язаних між собою спеціальним механізмом поршня. При сходженні поршнів відбувається стискання повітря, і паливо запалюється. Згоріле паливо сприяє утворенню газів, які при високій температурі і тиску провокують розбіжність поршнів в сторони. Далі через вихлопні вікна гази потрапляють в газосборнік. Завдяки наявності продувних вікон в циліндр проникає стиснене повітря, який сприяє очищенню від вихлопних газів і готує двигун до наступного циклу. Після цього процес повторюється.

Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read
Recommended to read