Почему в мире "забанили" газотурбинные двигатели для авто

Что такое газотурбинный двигатель?

Этот тип двигателя имеет много общего с авиационными турбинами, но адаптирован для наземного использования. Это тепловой двигатель, который преобразует энергию сгорания топлива в механическую энергию с помощью турбины - металлического колеса с лопатками.

Эти моторы имеют высокую удельную мощность, меньшую массу, простую конструкцию и способны работать на различных видах топлива. На первый взгляд, газовая турбина устроена очень просто, но за этой простотой стоят действительно высокие технологии.

Как устроен газотурбинный двигатель

Компрессор. Забирает воздух из атмосферы и сжимает его до высокого давления. Это повышает эффективность сгорания.

Камера сгорания. В сжатый компрессором воздух впрыскивается горючее (бензин, дизель, керосин и т.д.) и воспламеняется. Образуется горячая - до 1300 градусов - газовая смесь с высоким давлением.

Турбина. Горячие газы, ища выхода из камеры сгорания, проходят через турбинное колесо, заставляя его вращаться. Турбина через трансмиссию приводит колеса автомобиля. Попутно она же приводит в движение и компрессор.

Выхлопная система. Отработанные газы выбрасываются через сопло или глушитель. В некоторых конструкциях часть энергии выхлопа может использоваться для дополнительного привода.

Редуктор (трансмиссия). Коробка передач турбины гораздо проще, достаточно двух-трех передач, а сцепление или гидротрансформатор (как на наших АКП) не нужны вовсе. Но поскольку турбина вращается со сверхвысокой скоростью (до 50 - 100 тыс. об/мин), нужен редуктор, чтобы снизить обороты до уровня, пригодного для передачи на колеса (1000-3000 об/мин).

Фото: в ГТД меньше деталей и движущихся частей, но многие из них произведены по сложным технологиям (wikimedia.org)

Газотурбинные двигатели: за и против

Газотурбинные двигатели (ГТД) - это технология, которая в свое время обещала революцию в автомобилестроении. Но несмотря на все преимущества, газотурбинные моторы так и не стали массовыми в легковых автомобилях. Почему же мир фактически "забанил" их?

Преимущества газотурбинных двигателей

• Меньше деталей: ГТД не имеют поршней, шатунов, клапанов - это значительно упрощает конструкцию.
• Неприхотливость к топливу: Могут работать на бензине, дизеле, керосине, природном газе и т.д.
• Высокая надежность и долговечность: меньше пар трения - меньше износа.
• Комфорт: Низкий уровень шума и вибраций.
• Динамика: турбина обеспечивает эффективное ускорение.

Недостатки газотурбинных двигателей

По сравнению с типичным двигателем внутреннего сгорания газотурбинный агрегат имеет один весомый недостаток: турбина непростое с точки зрения технологий изделие. Она вращается на скорости пятьдесят тысяч оборотов в минуту и нагревается до тысячи градусов по Цельсию.

Остальные нюансы, которые требуют определенной перестройки в классическом автомобиле, не столь критичны. Хотя в конце концов на автомобильные перспективы ГТД повлиял целый комплекс факторов

Почему ГТД не прижились в авто

Потребность в глобальной перестройке действующих производств. На момент создания действующих и успешных прототипов машин с ГТД во всем мире миллионными тиражами выпускались классические поршневые двигатели. Их производство существенно отличается от технологий выпуска газовых турбин, и автомобильные корпорации не видели смысла в столь масштабных инвестициях.

Высокая стоимость производства. Рабочее колесо турбины должно быть очень прочным (помните про бешеные обороты?) и выдерживать температуры до 1300°C. Для этого нужны дорогие жаростойкие материалы и сложные технологии изготовления.

Низкая эффективность в городском режиме движения. ГТД наиболее эффективны при постоянной полной нагрузке - например, как в грузовиках, самолетах или танках. В легковых авто, где часто меняется нагрузка, эти двигатели потребляют много лишнего топлива, особенно на холостом ходу.

Проблемы с экологией. Высокие температуры сгорания способствуют образованию слишком большого количества оксидов азота - вредных веществ, которые трудно нейтрализовать. В мире, где экологические стандарты становятся все более жесткими, это критический недостаток.

Фото: авто с ГТД существовали и успешно ездили по дорогам - например, кроме грузового КрАЗа был стильный Chrysler Turbine car (flickr.com)

Исторические попытки

В 1960-80-х годах целый ряд автомобильных компаний экспериментировал с газотурбинными авто. Начиная от грузовиков КрАЗ Кременчугского автозавода до легковушек Chrysler, Ford, GM, Rover, Fiat, Daimler, Volvo.

Некоторые прототипы даже выходили на дороги, скажем, построенные в Кременчуге несколько вариантов газотурбинных КрАЗов с колесной формулой 6х6 были вполне успешны. Но в итоге ни один из прототипов не дошел до серийного производства - по вышеупомянутым причинам.

Между прочим, газотурбинные двигатели успешно применяются в боевых машинах - в первую очередь, на танках. В частности, такие агрегаты приводят в действие советский танк Т-80 (1250 л.с), американский M1 Abrams (1500 л.с) и шведский танк Strv 103 (он же S-Tank).

Самое главное

Газотурбинные двигатели - это технология с большим потенциалом, которая не смогла адаптироваться к реалиям легкового автотранспорта. Их не "забанили" официально, но рынок, экология и экономика сделали свой выбор.

Но сегодня, когда мировой тренд на электрификацию авто пошатнулся, нельзя исключать, что новые электронные технологии смягчат недостатки ГТД и он еще вернется на наши дороги.