Не такие как все: ГТД

Немного истории

Давайте перенесемся в 1950 год, в Москве, по широким улицам раскатывают Победы, ЗИМы, грузовые «газоны». А в то же время в америке Boeing совместно с фирмой Kenworth успешно инсталлировали под капот магистрального тягача 175-сильную газовую турбинку. Весила она всего 200 фунтов (91 кг) — в тринадцать раз меньше, нежели дизель аналогичной мощности. А места занимала столько, что казалось, будто под капотом двигателя нет вовсе!

Газотурбинный Kenworth пересек США с севера на юг, затем некоторое время работал на коммерческих перевозках, курсируя по западному побережью, между Сиэтлом и Лос-Анджелесом. Но испытания, увы, провалились. Прежде всего, рейс длился на пять-шесть часов дольше, нежели с обычным дизельным тягачом: газотурбинный очень медленно разгонялся, сильно дымил, а выжим педали сцепления был настоящим мучением (при том, что у старых «американцев» сцепление и без того тугое). Но главное, турбина пожирала топливо так, словно это был не тягач, а стратегический бомбардировщик: расход равнялся миле на галлон, или же 235 л/100 км!

Неудивительно, что проект был свернут, тем более что Kenworth и армия к тому времени переключились на разработку «атомного тягача» для транспортировки баллистических ракет. О газовой турбине, казалось, забыли, но ненадолго.

В 1959 году, когда на базе автобуса ЗИС-127 был построен опытный ТурбоНАМИ-053. Его турбина была почти в два раза мощнее, нежели дизель (350 л.с. против 180 л.с.), и разгоняла автобус до фантастических 160 км/ч. Но автобус вскоре прозвали «пожирателем топлива». Нетрудно догадаться, почему!

На КрАЗе вначале хотели поставить турбину на древний самосвал КрАЗ-256 с «деревянной» кабиной, но мощность двигателя была слишком мала, к тому же он просто не влез бы под капот. Советская турбина — это вам не американская! К тому же ей требовался громоздкий понижающий редуктор: вал вращался со скоростью аж 35 тысяч об/мин, чего не выдержала бы ни одна трансмиссия.

Но к тому времени завершились испытания КрАЗа-260 с «железной» кабиной, ГАЗ довел мощность агрегата до 350 л.с., финансирование проекта взяло на себя Министерство обороны (что неудивительно). Поскольку подходящих сцепления и коробки передач в СССР не было, их купили в Венгрии — и в итоге на свет появился монстр, названный КрАЗ-Э260Е. Его капот был длиной едва ли не с половину кузова!

Вначале конструкторы обрадовались: двигатель весил вдвое меньше, нежели привычный ЯМЗ, выхлоп был чище в 3—6 раз, расход топлива на номинальных режимах… Нет, не выше, а на целых 20% ниже, чем у дизеля.

Известно, что машина прошла 2500 км, а больше всего хлопот доставляла венгерская трансмиссия: как указано в книге по истории завода, «она не выдерживала никакой критики».

В 1976 году был построен второй экземпляр уже с нормальным оперением: агрегат удалось сделать более компактным. В то же время мощность была увеличена еще на 10 л.с., а расход топлива в установившемся режиме был совсем скромным — в 1,4 раза меньше, нежели у дизеля.

А вот на переходных режимах (разгон—торможение) турбина пожирала солярку со страшной силой. Теперь понятно, почему газотурбинный двигатель отлично зарекомендовал себя в промышленных установках: им же не надо постоянно разгоняться и тормозить! К этой проблеме добавились и другие, вполне закономерные: динамика оставляла желать лучшего, трансмиссия постоянно ломалась. На этом кразовские эксперименты завершились.

Двигатели для "Летающих танков"

В 1962 г. конструкторы "Климова" совместно с ОКБТ (позже КБ-3, а ныне ОАО "Спецмаш") на базе турбовального двигателя ГТД-350 разработали силовую установку из двух ГТД-350Т (впоследствии ГТД-450) мощностью 350 (450) л.с., работающих на общий понижающий редуктор двигателей.

Конструкторы ОКБТ первоначально решили смонтировать двигатель ГТД-350 в вертолетном варианте на трактор "Кировец" К-700 и на плавающий гусеничный транспортер БТР-50 с целью изучения возможностей управления машинами. И только после этого танковый вариант двигателя был установлен в моторно-трансмиссионном отделении "объекта 288" для более детального изучения в процессе ходовых испытаний. Применение ГТД-350 на танке было заманчивым — оно обеспечивало преимущества в габаритах и массе, не требовало жидкостной системы охлаждения (что особенно важно при эксплуатации в зимних условиях) и ряде других. Однако экспериментальные ходовые испытания обнаружили и серьезные недостатки: худшую экономичность и невозможность торможения двигателем.

"Объект 288", как и другие опытные танки с ГТД, был этапным и создавался для определения принципиальной возможности использования недизельной силовой установки. Специалисты "Климова" и КБ-3 при участии ведущих институтов и главного автобронетанкового управления выработали основные требования к специальному танковому ГТД, включая обеспечение многотопливности двигателя и его быстрого пуска, высокую оперативную готовность к движению в условиях низких температур, многорежимность работы по турбокомпрессору и особенно по силовой турбине, высокую технологичность, надежность работы в условиях подводного вождения.

Высокое совершенство проточной части обеспечило требуемую экономичность, что характеризовалось высокими значениями к.п.д.: компрессора низкого давления (НД) — 82,5 %, компрессора высокого давления (ВД) — 81,5 %, турбины НД — 90 %, турбины ВД — 87 % и силовой турбины — 89,7 %. Температура газов перед турбиной составляла 1245К, расход воздуха — 4,1 кг/с, степень сжатия — 9,26. Уже в декабре 1968 г. были изготовлены первые три опытных двигателя и началась их планомерная доводка.

Создание танкового ГТД стало трамплином для многих нововведений в двигателестроении. Так, Челябинским тракторным заводом на базе климовского авиационного двигателя-энергоузла ГТДЭ-117, применяющегося для запуска турбореактивных двигателей РД-33 (МиГ-29) и АЛ-31Ф (Су-27), была создана вспомогательная силовая установка (ВСУ) небольшой мощности ГТА-18А. Установка обеспечивает работу различных систем танка при выключенном основном двигателе; при этом суммарный расход топлива на 1 час работы систем танка уменьшается с 100:150 л (для танка без ВСУ) до 60 л.

Другим нововведением стало придание двигателю такого качества, как многотопливность. Двигатель стал способен одинаково надежно работать как на дизельном топливе, так и на бензине и керосине, а что самое важное — на их смесях в любой пропорции.

Тем не менее, когда двигатель установили в доработанный танк Т-64, появилось много проблем, связанных с высокой энерговооруженность ГТД: у танка рвались гусеницы, различные узлы ходовой части не выдерживали нагрузки и т.п. В результате было принято решение о проектировании совершенно нового танка, и в 1972 г. появился "объект 219".
В марте 1972 г. были успешно проведены Государственные стендовые испытания ГТД, а в 1976 г. работа над "объектом 219" завершилась принятием его на вооружение Советской Армии с присвоением наименования основной боевой танк Т-80. Он стал первым в мире серийным танком, оснащенным ГТД.

Chrysler Turbine Car

В 1963 году "Chrysler" стал первым в мире автопроизводителем, запустившим газотурбинные автомобили в серийное производство. Chrysler Corp. развернула уникальную программу под лозунгом «dream car в жизнь». Впервые в истории начался (мелко)серийный выпуск «автомобиля мечты» под говорящим названием Chrysler Turbine: легковушка с газотурбинным двигателем. Не только (и не столько) для выставок и демонстраций, сколько для повседневной эксплуатации. По замыслу, экспериментальная модель строилась в 55 экземплярах, из которых полсотни предназначались к раздаче в пользование американским автомобилистам по всей стране.

Как выбирали счастливых участников масштабного эксперимента — отдельный разговор. Так или иначе в октябре 1963 м-р Lynn A.Townsend, тогдашний президент Chrysler Corp., лично вручил ключи от новенького Chrysler Turbine первым пользователям – рядовой семье из чикагского пригорода. Процесс пошел. По программе, каждый из участников эксплуатировал машину в течение трех месяцев, а затем передавал ее очередному. Всего в эксперимент вовлекались две сотни автомобилистов. В Chrysler Corp. рассчитывали получить неоценимые сведения об эксплуатационных качествах «турбинной» легковушки – в условиях, приближенных к боевым. А также проверить реакцию потенциальных покупателей на непривычное транспортное средство – и оценить его рыночный потенциал.

Вообще-то в Chrysler Corp. занимались автомобильными газотурбинными двигателями с 1954. И к 1963 удалось наработать такой инженерно-конструкторский потенциал, что речь пошла о выводе перспективной «турбинной» легковушки на рынок. Chrysler Turbine стал пробным камнем, и чтобы сделать экспериментальную модель особенно привлекательной для широкой публики, создатели машины позаботились о ее стилистике.

Прогрессивная турбина вместо безнадежно устаревшего д.в.с. – вот ведущая идея крайслеровского dream car образца 1963. И в самом деле под капотом размещался газотурбинный двигатель (уже IV поколения) с вращающимися регенераторами тепла отработанных газов. Их температура на выхлопе падала до каких-то 245о C, — то есть, тепловая энергия утилизировалась довольно глубоко. Компактный агрегат весил 185+ кг и стыковался с 3-скоростным «автоматом» TorqueFlite (без гидротрансформатора, надобность в котором отпала в силу 2-вальной конструкции турбины).

Объявленная максимальная мощность агрегата (SAE «нетто») – 130 л.с. при 3600 оборотах выходного вала. То есть, сама-то вторичная (тяговая) турбина крутилась при максимальной мощности на 44600 мин-1, однако обороты понижались встроенным понижающим редуктором – до обычного в легковом автомобилестроении уровня («отсечка» на 4680 мин-1). Не сказать, что турбина отличалась выдающейся мощностью (тогда уже делали литражные «восьмерки» и на 400 сил – «брутто»). Зато крутящий момент она выдавала (на выходном валу) очень неслабый — за 575 Нм. Причем прямо от 0 оборотов, так что на разгонную динамику Chrysler Turbine никто не жаловался.

Мощная тяга транслировалась на неразрезный ведущий мост, подвешенный на продольных листовых рессорах. Передняя подвеска – на двойных поперечных рычагах, стандартная для американской легковушки тех лет ходовая. Узенькие (по нынешним понятиям) покрышки с диагональным кордом – и барабанные тормоза «по кругу». Рулевой механизм «винт-шариковая гайка» с гидроусилителем – все как у всех в начале 60-х. Так что Chrysler Turbine представлял собой пеструю мозаику передовых и традиционных (а где-то даже устаревших) технических решений, осторожное продвижение.

Как обычно для газовых турбин, крайслеровский агрегат оказался по-настоящему многотопливным: он успешно работал на неэтилированном бензине и авиационном керосине. И даже на растительном масле, хотя участникам эксперимента рекомендовали стандартное дизтопливо. Газотурбинный агрегат работал исключительно надежно и не доставлял добровольцам особенных хлопот.

Программа благополучно завершилась в начале 1965, после чего полсотни «турбинных» легковушек отправили на слом. В течении трех лет на этих автомобилях поездило около 200 человек, преимущественно проверенных клиентов фирмы, которые и вынесли неутешительный вердикт. Да, экзотичный мотор "Chrysler Turbine Car" превосходен по характеристикам. Он настолько тяговит и высокооборотен, что нет нужды в КПП — двигатель вращает ведущие колеса напрямую. Увы, но газовая турбина свистит как Соловей-разбойник, что невыносимо в дальних поездках. Второй недостаток — непомерный расход топлива, составлявший порядка 24 л /100 км. Чудовищный аппетит для относительно небольшой машины. В итоге программу газотурбинных автомобилей закрыли.

Мотоцикл с ГТД

Из недр компании MTT (Marine Turbine Technologies) в 2000 году вышел супербайк MTT Y2K который приводится в движение двигателем Роллс Ройс Эллисон — газовой авиационной турбиной, мощностью 300л.с. Максимальная скорость мотоцикла 227 мильч (363,2 кмч). Обвес мотоцикла и 17 дюймовые колеса сделаны из карбона, рама из аллюминия.
С производством, ограниченным 5-ю мотоциклами в год и стоимостью $150000 не удивительно, что супербайк MTT Y2K стал живой легендой!

Гибридная силовая установка

Турбине противопоказана работа под малой нагрузкой и резкие изменения оборотов. Слабая экономичность автомобильной газовой турбины на разгонах и торможениях, делает её слабо пригодной для использования в качестве тяглового агрегата, но турбина отлично подходит для выработки электроэнергии. При использовании турбины в таком качестве её КПД был бы стабильным и в среднем составлял бы 60%, что больше чем при использовании Дизельного ДВС в той же роли. А использование аккумуляторных батарей позвлило бы даже отключать силовую установку во время движения, что так-же сказалось бы на экономичности.

К сожалению ещё ни один производитель не представил подобных автомобилей, но возможно разработки ведутся, ну чтож, будем надеяться…