Турбореактивный двигатель на автомобиле

Тысяча градусов под капотом: как появились и почему вымерли газотурбинные легковушки?

Благодаря бесспорным успехам мощных газотурбинных силовых агрегатов они давным-давно вытеснили поршневые двигатели из многих смежных отраслей хозяйства и воздушного транспорта. Что же касается легковых автомобилей, то «газотурбинная эйфория», родившаяся вскоре после Второй мировой войны, через двадцать с небольшим лет тихо и навсегда скончалась, оставив истории лишь несколько единичных образцов столь необычной техники.

Это незаметное для мировой автомобильной индустрии событие выглядело тем более странным, что создание самоходных повозок с газотурбинными устройствами началось ещё в конце XVII века, и в дальнейшем, вплоть до 1950-х годов, их неспешно доделывали, превратив в особые компактные «моторы» для транспортных нужд. Примером уникальной самодвижущейся древности с такого рода «двигателем» считается тележка с паровым котлом, которую в 1672 году изобрёл фламандский миссионер и учёный Фердинанд Вербист. Его идея заключалась в направлении струи горячего пара на горизонтальное колесо с лопатками, приводившее в движение два передних колеса.​

Макет самоходной повозки Фердинанда Вербиста с древним прообразом газотурбинной установки

Так что же это за уникально простой, компактный и мощный газотурбинный двигатель (ГТД) в одновальном исполнении для легковушек? В обобщенной конструктивной схеме он снабжался радиальным компрессором, засасывавшим воздух в камеры сгорания, куда впрыскивалось недорогое жидкое топливо. При воспламенении горючей смеси раскаленные газы раскручивали как компрессор-нагнетатель воздуха, так и тяговую турбину с шестеренчатым редуктором, понижавшим число оборотов до значения, приемлемого для привода колес автомобиля.

Упрощенная схема автомобильного ГТД: 1 — компрессор, 2 — тяговая турбина, 3 — турбина компрессора

Газотурбинные автомобили компании Rover

Первый в мире газотурбинный автомобиль Rover Jet-1 удивлял всех прохожих в Лондоне. 1950 год

Опробование второго более мощного турбоавтомобиля Rover Jet-1. 1952 год (фото R. Gerelli)

Публичная демонстрация автомобиля Jet-1 сопровождалась шумной рекламной кампанией (фото R. Gerelli)

Презентация Jet-1 состоялась в марте 1950 года. Через два года начались испытания модернизированного варианта с 230-сильной турбиной Т-8. Такой ГТД отличался плавностью работы, но слишком высокая рабочая температура потребовала применения редких и дорогих материалов, а расход авиационного керосина достигал 50 литров на 100 километров.

Единственная сохранившаяся машина Rover Jet-1 образца 1950 года в лондонском Музее науки (фото автора)

В 1956 году фирма Rover вернулась к ГТД второго поколения с новой 100-сильной турбиной 2S/100 и теплообменником производства компании British Leyland. Ее смонтировали в задней части полноприводного автомобиля Т-3 с двухместным стеклопластиковым кузовом на сварной раме с алюминиевыми усилителями и дисковыми тормозами. Максимальная скорость достигала 170 км/ч, расход топлива сократился до 22 литров, но в то время компания уже не могла выделить крупных средств на продолжение этих работ.

Испытания уникального полноприводного концепт-кара Rover T-3 с задней установкой ГТД. 1956 год

Газотурбинный автомобиль-купе T-3 в экспозиции Heritage Motor Centre в Гайдоне

Несмотря на огромные расходы, в 1961-м появилась переднеприводная легковушка Т-4 с 140-сильным агрегатом 2S/140 переднего расположения и четырехместным несущим кузовом для будущей серийной модели Rover-2000. Она стала самой быстроходной дорожной машиной с ГТД (около 200 км/ч) и с места до «сотни» разгонялась за восемь секунд.

Фото 1. Последняя газотурбинная машина компании Rover с кузовом, созданным для серийной модели Rover-2000

Дополнением к серии Т-4 был удлиненный приземистый спортивный вариант Rover-BRM с задним приводом и двухместным кузовом купе, созданный совместно с фирмой BRM. До середины 1970-х он служил престижным и дорогим дорожным автомобилем и участвовал в крупных международных автогонках.

Престижный дорожный вариант спортивного автомобиля Rover-BRM с газовой турбиной. 1965 год

Газотурбинный уникум FIAT

Спортивная газотурбинная машина FIAT Turbina в Museo dell’ Automobile di Torino. 1954 год

Автомобиль FIAT Turbina с задним силовым агрегатом и автоматической трансмиссией модели 8001

Главной особенностью 300-сильного ГТД заднего расположения была особая трансмиссия модели 8001, автоматически регулировавшая рабочие режимы компрессора и тяговой турбины. При этом свежий воздух засасывался спереди и подавался к заднему компрессору по центральному тоннелю.

При желании на этой схеме можно разглядеть всю «механическую мельницу» машины FIAT Turbina

Автомобиль получил стальную трубчатую раму и независимую подвеску всех колес со стабилизаторами поперечной устойчивости. После испытаний и демонстрации на Туринском автосалоне в нём выявили множество недостатков, и дальнейшие работы пришлось прекратить.

«Огненные птицы» от корпорации General Motors

Известный дизайнер Харли Эрл во главе своего «огненного семейства» уникальных автомобилей Firebird

В декабре 1953 года с первой экспериментальной газотурбинной машиной Firebird XP-21 (Firebird I) сразу же произошел конфуз: ее приняли за поставленный на четыре больших колеса одноместный реактивный истребитель с короткими крылышками, хвостовым стабилизатором и задним соплом.

Странное авиационно-автомобильное сочетание по-американски — концепт-кар Firebird XP-21. 1953 год

Нелетающий истребитель GM Firebird XP-21 со спрятанным в корпусе ГТД и декоративным оперением

Но, присмотревшись, под стеклопластиковым кузовом можно было увидеть 380-сильный ГТД GT-302 компании Allison, весивший около 350 кг и разгонявший бутафорский самолет до 370 км/ч. Он снабжался по-автомобильному независимой подвеской и внутренними тормозными барабанами.

Необычный газотурбинный автомобиль-самолет Firebird I в экспозиции GM Heritage Center

Через три года был представлен более строгий четырехместный вариант Firebird II (XP-43) с новым ГТД GT-304 в 200 сил при рабочем режиме 25 тысяч оборотов в минуту и дисковыми тормозами. На этот раз он был похож на гоночный автомобиль с передним остроконечным обтекателем и упрятанными в него фарами, небольшими боковыми крыльями, прозрачной крышей-фонарём и хвостовым оперением. В отличие от первенца его напичкали мелкими оригинальностями: двухсекционные двери, бортовой компьютер, блок автоматического переключения световых приборов.

Второй газотурбинный вариант Firebird II, напоминавший рекордно-гоночный автомобиль. 1956 год

Харли Эрл с удовольствием позирует у своего уникального газотурбинного детища GM Firebird II

Вскоре за ним появилась третья приземистая шестиметровая «сказочная огненная птица» Firebird III (XP-73) с 225-сильным двигателем GT-305 и самолетным фонарём, ощетинившаяся всеми своими стеклопластиковыми кузовными панелями и ножевидными кромками дверей, крыльев и всевозможных хвостов. Для питания бортовых систем, кондиционера и круиз-контроля служил миниатюрный бензиновый движок в 10 сил.

Третий газотурбинный уникум Firebird III с уймой полезных и бесполезных крыльев и крылышек. 1958 год

Источник

Спиннер под капотом К чему приводит установка газовой турбины в автомобиль

GM Firebird III. Фото: Bettmann / Getty Images

Установить на автомобиль газотурбинный двигатель пытались — с переменным успехом — почти четверть века. Увы, несмотря на компактность и мощность агрегата, автопроизводители в конце концов отказались от затеи — последняя большая программа разработки легковых авто с ГТД была свернута компанией Chrysler ровно 40 лет назад. Однако в этом столетии газовые турбины могут вернуться на автомобили — хотя и в неожиданной комбинации.

Крутится, ревет

Как ни странно, турбина была едва ли не первым двигателем, изобретенным человечеством, — эолипил греческого механика Герона Александрийского был создан еще в 50 году нашей эры. Впрочем, чтобы занятная игрушка превратилась в пламенный мотор, потребовались почти два тысячелетия.

Конец XIX века ознаменовался бурным развитием транспортной индустрии и, как следствие, поисками новых, более эффективных, чем паровая машина, способов приводить в движение корабли, «безлошадные экипажи» и (в самых смелых мечтаниях того времени) летательные аппараты. В 1890-е швед Густав Лаваль и британец Чарлз Парсонс создали первые пригодные к практическому применению паровые турбины, а в 1903 году норвежец Эгидиус Эллинг сумел воплотить в металле и газотурбинный движок мощностью 11 лошадиных сил (немало для той поры).

Несмотря на относительную простоту конструкции и большую компактность по сравнению с поршневыми моторами, развитие газотурбинных двигателей тормозило из-за отсутствия как необходимых термостойких материалов для лопаток, так и теоретической базы. С развитием технологий и прорывами в газо- и термодинамике к середине ХХ века промышленные газовые турбины, а также авиационные и судовые газотурбинные двигатели стали реальностью. Тогда же возник и замысел оснастить ими автомобили.

Фото: Ron Gerelli / Express / Getty Images

Главным недостатком газотурбинного двигателя остается его низкий (по сравнению с ДВС) коэффициент полезного действия, но компактность и большая мощность, по мнению инженеров 1950-х, компенсировали его с лихвой. Первым газотурбинным легковым прототипом стал в 1950 году созданный главным инженером британской компании Rover Морисом Уилксом двухместный родстер JET1. Двигатель располагался за задними сиденьями и мог работать на бензине, керосине или дизельном топливе (еще одно преимущество ГТД) на испытаниях машина показала максимальную скорость в 140 километров в час, а после ряда усовершенствований в 1952 году достигла на трассе в Яббеке (Бельгия) результата в 240 километров в час.

Rover продолжил эксперименты с ГТД, собрав еще три прототипа дорожных автомобилей, а в начале 1960-х представил гоночную модель Rover-BRM, не без успеха участвовавшую в «24 часах Ле-Мана» в 1962-64 годах. Знаменитый гонщик Грэм Хилл так описывал свои впечатления от болида: «Ты сидишь в этой штуке, которую можно назвать автомобилем, но в следующую минуту она звучит так, словно у тебя за спиной «Боинг 707», который сейчас всосет тебя и слопает, как какой-то гигантский монстр».

Фото: Roberto Zilli / Shutterstock.com

В 1954 году свой концепт с ГТД показали итальянцы. Автомобиль, названный без лишних изысков Fiat Turbina, был оснащен 300-сильным ГТД, позволявшим футуристичному купе развивать скорость до 250 километров в час. Кстати, кузов машины обладал рекордно низким коэффициентом аэродинамического сопротивления — 0,14 (у современного BMW i8, к примеру, этот показатель равен 0,26). Модель так и осталась прототипом — из-за очень большого расхода топлива (беда всех первых газотурбинных моторов) и проблем с охлаждением двигателя. Тогда же опытный рекордный болид с ГТД выкатили и французы: Renault Étoile Filante в 1956 году развил скорость 308,6 километров в час на соляном озере Бонневиль в США, установив рекорд для своего класса. Впрочем, дальнейшего развития проект также не получил.

Развлечения сверхдержав

Зато в конкурировавших в области технологий сверхдержавах за ГТД взялись основательно. Об использовании их в качестве силовых установок для бронетехники и скоростных военных кораблей (например, ракетных катеров) знают многие. Но фантазия инженеров на военном применении не остановилась.

В Советском Союзе 1960-х легковые авто все еще были мало кому доступной роскошью, так что использование ГТД на «москвичах» и «волгах» осталось вне обсуждения. Зато успешно прошел испытания гоночный «Пионер-1» с двумя газотурбинными двигателями, поставивший несколько национальных рекордов скорости. Проводились и эксперименты по использованию турбин на коммерческих (точнее, как тогда они назывались в СССР, народнохозяйственных) автомобилях. Министерство обороны финансировало работы по созданию газотурбинного тяжелого грузовика. КрАЗ-Э260Е заметно выделялся внешне невероятным — почти в половину грузового отсека — капотом. Увы, автомобиль оказался крайне прожорливым, а коробка передач венгерского производства постоянно выходила из строя, так что проект был свернут. По тем же причинам неудачей окончилась и программа НАМИ по разработке газотурбинного автобуса на базе ЗИЛ-127.

Американцы также экспериментировали с газотурбинными грузовиками, но проект оказался экономически невыгодным: экономия на массе двигателя (турбина весом чуть более 100 килограммов против дизеля равной мощности весом в тонну) сводилась на нет необходимостью возить огромный запас топлива для прожорливого ГТД. Зато программы по разработке газотурбинных легковушек растянулись на два десятка лет.

Четыре прототипа корпорации General Motors под общим названием Firebird (не путать с одноименными «пони-карами» Pontiac, выпускавшимися с 1967 по 2002 год) до сих пор внушают трепет своим космическим дизайном — многие современники искренне принимали эти машины за аппараты на реактивной тяге. В реальности установленные в них ГТД, разумеется, вращали через понижающий редуктор обычные колеса. Однако другие инновации, использованные в машинах, опережали свое время на десятилетия.

GM Firebird III на Всемирной выставке в Сиэтле, 1962 год

К примеру, Firebird III (1958) был оборудован системой круиз-контроля, дистанционным открыванием дверей и системой управления при помощи джойстика, на манер авиационной. Авиационной была и система экстренного торможения — при помощи парашюта в кормовом отсеке. Впрочем, General Motors не планировал создания на базе «жар-птиц» серийных автомобилей, а вот конкуренты из Chrysler серьезно рассматривали такую возможность.

Концепт Chrysler, предшествовавший серийному Turbine Car.. Фото: Daniel Fallot / INA / Getty Images

Более того, в 1962-64 годах компания действительно выпустила малой серией (50 экземпляров) газотурбинный Chrysler Turbine Car. Из почти 30 тысяч американских водителей, желавших принять участие в тестировании элегантного купе в кузове итальянской фирмы Ghia, было отобрано около двух сотен, равномерно распределенных по территории страны. Автомобили передавались во временное пользование; топливо оплачивали сами участники испытаний.

Отзывы по результатам были в целом благожелательными — большинству понравился даже характерный звук двигателя, напоминавший «свист» реактивного самолета (при этом уровень шума внутри салона оказался значительно ниже, чем у обычного автомобиля). Испытатели также отмечали комфортность автомобилей благодаря повышенной плавности хода. Однако расход топлива оказался, судя по всему, катастрофически высоким — представители Chrysler не разглашали данных и запретили делать это принимавшим в программе испытаний водителям, но неофициально признавали его кошмарным.

Chrysler Turbine Car

Фото: Goddard Automotive / Alamy / Diomedia

К тому же в качестве топлива рекомендовалось использовать керосин или, в крайнем случае, низкооктановый бензин — на самый распространенный этилированный был наложен запрет, так как он приводил к быстрой порче силового агрегата. Были и курьезы: один из автомобилей был отправлен в Мексику для презентации. Во время осмотра новинки президент страны Адольфо Лопес Матеос поинтересовался, сможет ли она работать на текиле. После краткой консультации по телефону с инженерами в Детройте авто заправили национальным напитком и успешно прокатили Матеоса, к полному восторгу публики и прессы.

Фото: Bryn Lennon / Getty Images

Наперегонки со временем

Зато на гоночных трассах газотурбинные двигатели нашли применение — по крайней мере, пока мода на них не сошла на нет к середине 1980-х. Тут можно вспомнить такие машины, как STP-Paxton Turbocar и созданный на его основе Lotus 56, использовавшие авиационный двигатель Pratt & Whitney Canada PT6.

Фото: pbpgalleries / Alamy / Diomedia

Определенные признаки возобновившегося интереса к ГТД появились уже в нашем веке. Можно упомянуть и совершеннейшую экзотику вроде единственного, а также самого дорогого — 185 тысяч долларов — и самого мощного (385 лошадиных сил) в мире мотоцикла MTT Y2K Turbine Motorcycle. Благодаря газотурбинному двигателю Rolls-Royce M250 (такие же стоят, например, на вертолетах МВВ Во-105) впервые представленный в 2000 году байк разгоняется до скорости 365 километров в час.

MTT Y2K Turbine Motorcycle

Фото: Chafford Hundred / Wikimedia

Но более перспективным представляется использование ГТД в гибридных силовых установках. Например, в опытном Jaguar C-X75, показанном на Парижском автосалоне 2010 года, микротурбины служили дополнительными источниками энергии для подзарядки аккумуляторов при движении на дальние расстояния.

Фото: Olga Besnard / Shutterstock.com

Для XXI столетия немаловажно и то, что ГТД выбрасывают в атмосферу гораздо меньше вредных веществ. А проблема с низкой эффективностью, возможно, также близка к разрешению — в 2011 году компания Mitsubishi продемонстрировала первый промышленный газотурбинный двигатель с КПД более 60 процентов.

Источник

Легковой автомобиль с газотурбинным двигателем

14 мая 1963 года корпорация Chrysler отважилась на небывалый эксперимент. 48 счастливчиков получили сроком на три месяца новенькие Chrysler Turbine Car. Обязательным условием было представление еженедельных докладов в испытательный центр компании Chrysler. По рассказам участников событий, управлять автомобилем с газотурбинным двигателем было делом несложным, главное – следить за температурой мотора, которая не должна была превышать 900 градусов и держать стрелку тахометра в промежутке от 17.000 до 22.000 оборотов в минуту. После успешного завершения эксперимента все турбомобили были пущены под пресс, а несколько экземпляров отправлены в музей. Подобные разработки вела также компания Dodge, но в этом случае турбомобиль так и остался прототипом.

Turbine был не совсем концепт-каром, в обычном понимании этого слова. Машина должна была служить испытательным стендом для практического тестирования газовых турбин в качестве альтернативы поршневым двигателям. На 50 опытных экземплярах ездили 200 избранных клиентов, которым автомобили были предоставлены в период 1963-1966 гг.

Chrysler Turbine имел менее радикальную стилистику, чем можно было ожидать от концепта. Спереди автомобиль выглядел очень современно, почти как фордовская модель Thunderbird. Однако решение кормовой части не оставляло никаких сомнений в том, что Turbine это нечто совсем необычное – автомобиль выглядел, как реактивный самолет с позиционными огнями! Да, сравнение с самолетом было, пожалуй, самым точным, помимо несущего кузова, автомобиль имел очень схожий тип движетеля, представляющий собой газовую турбину.

Характерный вой турбины привлекал внимание всех в радиусе 30 метров. Во время движения слышался выразительный шум выходящего под давлением горячего воздуха. И хотя он никогда не был так горяч, чтобы под выхлопной трубой плавился асфальт, один из мифов утверждал, что это было именно так. Двигатель действительно работал в температурном режиме 680-1100 градусов Цельсия, но особая конструкция выпускных сопел распределяла горячий воздух по большой поверхности. Сама турбина на холостом ходу своей малозаметной глазу вибрацией напоминала одуванчик больших размеров в знойный летний день. Холостые обороты находились в пределе 22 000 об/мин, а максимальный предел был на отметке 44 000 об/мин.

Езда на автомобиле с турбиной была настоящим потрясением. И хотя в этом моторе было лишь 130 л.с., это были не те, 130 л.с., как в обычном двигателе внутреннего сгорания. Turbine разгонялся от 0 до 100 км/ч за неполных 10 секунд и мог бы делать это еще быстрее, если бы не традиционное для газовой турбины запаздывание, вызванное раскручиванием с холостого хода. Теоретически автомобиль не имел границ в ускорении, однако чисто физические особенности конструкции ограничивали его максимальную скорость в пределах 195 км/ч – не много находилось смельчаков разгоняться на Turbine до этого предела.

Хотя стилистику кузова Chrysler Turbine спроектировал сам Элвуд Энджел, его окончательной доводкой занимались проектировщики туринской студии Carrozzeria Ghia. На той же Ghia в Италии, вручную изготовлялись кузова Turbine. Затем эти машинокомплекты транспортировались в Детройт, где кузов соединялся с моторной установкой и шасси.

Горючим для турбины могло служить любое топливо – от нефти, бензина, до керосина из турбореактивных двигателей или 100-процентного спирта. Единственной проблемой было количество потребляемого топлива – в лучшем случае, автомобиль сжигал 20,5 л на 100 км пути. Именно этот факт предопределил дальнейшую судьбу разработки.

После испытаний все автомобили были возвращены Chrysler. Большинство из них были разобраны. Чтобы сэкономить, Chrysler не стал платить полную стоимость пошлины, а оплатил временный ввоз кузовов на территорию США. По окончанию указанного срока все Chrysler Turbine либо возвращались в Италию, либо уничтожались. Второй способ оказался дешевле. Несколько машин как, например, экземпляр, принадлежащий теперь Франку Клептцу (Frank Kleptz), проданы частным лицам, либо переданы в музеи. Клептцу, который регулярно ездит на своем Turbine, по-прежнему доставляет удовольствие звук его двигателя и реакция, которую тот вызывает автомобиль у окружающих. «Со многих точек зрения это была весьма практичная концепция, – утверждает Клептц. – Автомобилем очень легко управлять, а поскольку турбина просто качает воздух, у двигателя почти нет вибрации. Если бы не реактивный выхлоп, он был бы совсем тихим».

Большинство водителей, тестировавших модель Turbine, отмечала одни и те же недостатки: большое потребление топлива и запоздалая реакция ускорения. По утверждению Клептца, «в то время автомобиль показался большинству людей слишком странным, чтобы его рассматривали всерьез».

Источник