Как появился газотурбинный двигатель на автомобиле? Газотурбинный двигатель как работаетКак появился газотурбинный двигатель на автомобиле?Под газотурбинным двигателем подразумевают двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого заключается в преобразовании тепловой энергии в механическую. Основная сфера применения такого типа двигателя – это авиация и танковая промышленность. Ввиду определенных технических ограничений газотурбинный двигатель для автомобиля изначально было использовать крайне сложно. Но теперь эта схема запущена и активно внедряется в систему функционала .  Появление газотурбинного двигателя на автомобиле Принцип работы двигателяАвтомобильный двигатель такого типа представляет собой два агрегата: и газогенератор. Основное отличие газогенератора автомобильного двигателя от авиационного заключается в том, что газы после выхода из камеры сгорания попадают в турбину, которая собственно и запускает . Основное преимущество – это наличие теплообменника, который и уменьшает шум от отработанных газов. Использование подобной установки компенсирует отсутствие гидротраснформатора и поршневого двигателя. Потому необходимость использования сложных гидромеханических коробок передач отпадает, а также упрощается управление самим автомобилем. Виды газотурбинных двигателейСреди основных видов, используемых при производстве легковых автомобилей, называют два типа двигателей:
 Двухвальный газотурбинный двигатель
 Принцип работы свободно-поршневого газотурбинного двигателя Особенности конструкции двигателяСреди главных отличий между газотурбинным и поршневым типами двигателей называют отсутствие цикличности. В первом типе сжатие топливной смеси, выделение энергии происходит каждую секунду. Главной движущей силой в работе газотурбинного двигателя являются лопатки. Они имеют такую форму, чтобы увеличить уровень КПД. Сжатие воздуха происходит изначально в лопастном компрессоре, после чего поступает в рабочую зону. И уже здесь впрыскивается топливо.Внутренняя конструкция двигателя представляет собой сложный механизм, где можно заметить два ряда лопаток, один из которых является неподвижным и закреплен на корпусе. Вторые же соединены с валом, в результате чего и происходит их вращение. Подобный вид конструкции объясняется тем, что газу при поступлении требуется опора, которую и выполняют неподвижные лопатки.  Общая схема устройства газотурбинного двигателя В газотурбинных двигателях автомобиля применяются два вида турбин: центростремительные и осевые. Тяговая выполняет роль осевой турбины, а компрессорная – центростремительной. Вал компрессора в движение приводит стартер. Газотурбинный двигатель отличается высокой пусковой способностью. Он может принять основную нагрузку уже через пару минут после запуска. Двигатель максимально уравновешен, поэтому рама для поршневого двигателя по массе значительно превосходит раму для газотурбинного. Достоинства и недостатки газотурбинных двигателейЕсли сравнивать их с поршневыми моторами, в плане функционала газотурбинные двигатели их превосходят в разы. Устройство обладает высокой мощностью, потому может развивать большие обороты, однако в результате этого отличается габаритными размерами. Топливным материалом выступают либо керосин, либо дизельное топливо. Однако масса такого двигателя раз в 10 меньше, чем аналогичного по мощности двигателя внутреннего сгорания. В системе газотурбинного двигателя не предусмотрено наличие трущихся деталей, потому в этом случае не требуется.Есть некоторые недостатки, которыми отличается в некоторых случаях газотурбинный двигатель. Расход топлива иногда превышает норму, поскольку оно тратится на искусственное ограничение температуры газов. Металлы, которые устойчивы к подобным температурам, достаточно дорогие. Эта проблема вызывает повышенный интерес у ученых, которые в скором времени планируют разработать более экономически выгодные газотурбинные двигатели. Среди прочих неудобств в использовании газотурбинных двигателей можно назвать высокий уровень шума. Этот двигатель генерирует огромное количество колебаний на низких частотах, что является более восприимчивым для слуха человека. Помимо этого, если традиционные моторы автомобилей можно , не имея под рукой сложного оборудования, то газотурбинный двигатель своими руками починить уже не получится. Среди общих плюсов использования можно отметить, что двигатель заводится и набирает обороты при любой температуре, даже в . Также среди преимуществ следует отметить удобство установки на автомобиль. Здесь не нужно сцепление, потому что раскручивание вала происходит при неподвижной тяговой турбине. Это значительно облегчает последующую работу водителя. Перспективы развития и улучшения двигателяСейчас у ученых основной проблемой является разработка способа понижения расхода топлива. Повышение эргономичности может достигаться в случае:
Идея использования теплообменника не является новой. Но ситуация в сторону уменьшения размеров, массы двигателя, обеспечения полной передачи тепла от газа к воздуху при минимальных потерях давления. portalvaz.ru Газотурбинный двигатель — Википедия Газотурбинный двигатель (ГТД) — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа. Сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, куда также подаётся топливо, которое, сгорая, образует большое количество газообразных продуктов сгорания под высоким давлением. Затем в газовой турбине энергия давления продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения лопаток, часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, и считается полезной работой двигателя. Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг. В качестве топлива может использоваться любое горючее, которое можно диспергировать: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, природный газ, судовое топливо, водяной газ, спирт и измельченный уголь. Основные принципы работы[править]Одну из простейших конструкций газотурбинного двигателя, для понятия его работы, можно представить как вал, на котором находится два диска с лопатками, первый диск компрессора, второй — турбины, в промежутке между ними установлена камера сгорания. Принцип работы газотурбинного двигателя: всасывание и сжатие воздуха в компрессоре, подача его в камеру сгорания, смешение сжатого воздуха с топливом для образования топливо-воздушной смеси, воспламенение полученной топливо-воздушной смеси (ТВС) при помощи свечи зажигания, расширение газов при сгорании топливо-воздушной смеси, что формирует вектор давления газа, направленный в сторону меньшего сопротивления (в направлении лопаток турбины), передача энергии (давления) газа лопатками турбины на диск или вал, в котором эти лопатки закреплены, приводя во вращение диск (вал)турбины и, вследствие этого, передачу крутящего момента по валу на диск компрессора. Увеличение количества подаваемого топлива (добавление "газа") вызывает генерирование большего количества газов высокого давления, что, в свою очередь, ведёт к увеличению числа оборотов турбины и диска(ов) компрессора и, вследствие этого, увеличению количества нагнетаемого воздуха и его давления, что позволяет подать в камеру сгорания и сжечь больше топлива. Количество топливо-воздушной смеси зависит напрямую от количества воздуха поданного в камеру сгорания. Увеличение количества ТВС приведёт к увеличению давления в камере сгорания и температуры газов на выходе из камеры сгорания и, вследствие этого, позволяет создать бо́льшую энергию выбрасываемых газов, направленную для вращения турбины и повышения реактивной силы. Как и во всех циклических тепловых двигателях, чем выше температура сгорания, тем выше топливный коэффициент полезного действия (Если точнее, чем выше разница между "нагревателем" и "охладителем"). Сдерживающим фактором является способность стали, никеля, керамики или других материалов, из которых состоит двигатель, выдерживать температуру и давление. Значительная часть инженерных разработок направлена на то, чтобы отводить тепло от частей турбины. Большинство турбин также пытаются рекуперировать тепло выхлопных газов, которое, в противном случае, теряется впустую. Рекуператоры — это теплообменники, которые передают тепло выхлопных газов сжатому воздуху перед сгоранием. При комбинированном цикле тепло передается системам паровых турбин. И при комбинированном производстве тепла и электроэнергии (когенерация) отработанное тепло используется для производства горячей воды. Как правило, чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала(ов), необходимая для поддержания максимальной линейной скорости лопаток.[источник не указан 2387 дней] Максимальная скорость турбинных лопаток определяет максимальное давление, которое может быть достигнуто, что приводит к получению максимальной мощности, независимо от размера двигателя. Реактивный двигатель вращается с частотой около 10000 об/мин и микро-турбина — с частотой около 100000 об/мин.[источник не указан 2387 дней] Для дальнейшего развития авиационных и газотурбинных двигателей рационально применять новые разработки в области высокопрочных и жаропрочных материалов для возможности повышения температуры и давления. Применения новых типов камер сгорания, систем охлаждения, уменьшения числа и массы деталей и двигателя в целом, возможно в прогрессе применение альтернативных видов топлива, изменение самого представления конструкции двигателя. Типы газотурбинных двигателей[править] Воздушно-реактивный двигатель — газовый двигатель, оптимизированный для получения тяги от выхлопных газов или от туннельного вентилятора, присоединенного к газовой турбине.[источник не указан 2387 дней] Реактивные двигатели, которые производят тягу главным образом от прямого импульса выхлопных газов, часто называются турбореактивными, в то время, как те, которые создают тягу от туннельного вентилятора, часто называются турбовентиляторными.[источник не указан 2387 дней] Газотурбинная установка (ГТУ) с замкнутым циклом[править]В ГТУ с замкнутым циклом рабочий газ циркулирует без контакта с окружающей средой. Нагрев (перед турбиной) и охлаждение (перед компрессором) газа производится в теплообменниках. Такая система позволяет использовать любой источник тепла (например, газоохлаждаемый ядерный реактор). Если в качестве источника тепла используется сгорание топлива, то такое устройство называют двигателем внешнего сгорания. На практике ГТУ с замкнутым циклом используются редко. Газотурбинная установка (ГТУ) с внешним сгоранием[править]Большинство ГТУ представляют собой двигатели внутреннего сгорания, но также возможно построить ГТУ внешнего сгорания, которая, фактически, является газотурбинной версией теплового двигателя.[источник не указан 2387 дней] При внешнем сгорании в качестве топлива используется пылевидный уголь или мелкоистолченная биомасса (например, опилки). Внешнее сжигание газа используется как непосредственно, так и косвенно. В прямой системе сквозь турбину проходят продукты сгорания. В косвенной системе используется теплообменник, и через турбину проходит чистый воздух. Тепловой КПД ниже в системе внешнего сгорания косвенного типа, однако лопасти не подвергаются воздействию продуктов сгорания. Одновальные и многовальные газотурбинные двигатели[править]Простейший газотурбинный двигатель имеет только один вал, куда устанавливается турбина которая приводит во вращение компрессор и одновременно является источником полезной мощности. Это накладывает ограничение на режимы работы двигателя. Иногда двигатель выполняется многовальным. В этом случае имеется несколько последовательно стоящих турбин, каждая из которых приводит свой вал. Турбина высокого давления (первая после камеры сгорания) всегда приводит в движение компрессор двигателя, а последующие могут приводить как внешнюю нагрузку (винты вертолёта или корабля, мощные электрогенераторы и т. д.), так и дополнительные компрессоры самого двигателя, расположенные перед основным. Преимущество многовального двигателя в том, что каждая турбина работает при оптимальной скорости вращения и нагрузке. При нагрузке, приводимой от вала одновального двигателя, была бы очень плохая приемистость двигателя, то есть способность к быстрой раскрутке, так как турбине требуется поставлять мощность и для обеспечения двигателя большим количеством воздуха (мощность ограничивается количеством воздуха), и для разгона нагрузки. При двухвальной схеме легкий ротор высокого давления быстро выходит на режим, обеспечивая двигатель воздухом, а турбину низкого давления большим количеством газов для разгона. Также есть возможность использовать менее мощный стартер для разгона при пуске только ротора высокого давления. Турбореактивный двигатель[править] Схема турбореактивного двигателя: 1 — входное устройство; 2 — осевой компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — рабочие лопатки турбины; 5 — сопло. В полёте поток воздуха тормозится во входном устройстве перед компрессором, в результате чего его температура и давление повышается. На земле во входном устройстве воздух ускоряется, его температура и давление снижаются. Проходя через компрессор, воздух сжимается, его давление повышается в 10—45 раз, возрастает его температура. Компрессоры газотурбинных двигателей делятся на осевые и центробежные. В наши дни в двигателях наиболее распространены многоступенчатые осевые компрессоры. Центробежные компрессоры, как правило, применяются в малогабаритных силовых установках. Далее сжатый воздух попадает в камеру сгорания, в так называемые жаровые трубы, либо в кольцевую камеру сгорания, которая не состоит из отдельных труб, а является цельным кольцевым элементом. В наши дни кольцевые камеры сгорания являются наиболее распространёнными. Трубчатые камеры сгорания используются гораздо реже, в основном на военных самолётах. Воздух на входе в камеру сгорания разделяется на первичный, вторичный и третичный. Первичный воздух поступает в камеру сгорания через специальное окно в передней части, по центру которого расположен фланец крепления форсунки, и участвует непосредственно в окислении (сгорании) топлива (формировании топливо-воздушной смеси). Вторичный воздух поступает в камеру сгорания сквозь отверстия в стенках жаровой трубы, охлаждая, придавая форму факелу и не участвуя в горении. Третичный воздух подаётся в камеру сгорания уже на выходе из неё, для выравнивания поля температур. При работе двигателя в передней части жаровой трубы всегда вращается вихрь раскалённого газа (что обусловлено специальной формой передней части жаровой трубы), постоянно поджигающего формируемую топливовоздушную смесь, происходит сгорание топлива (керосина, газа), поступающего через форсунки в парообразном состоянии. Газовоздушная смесь расширяется и часть её энергии преобразуется в турбине через рабочие лопатки в механическую энергию вращения основного вала. Эта энергия расходуется, в первую очередь, на работу компрессора, а также используется для привода агрегатов двигателя (топливных подкачивающих насосов, масляных насосов и т. п.) и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы. Основная часть энергии расширяющейся газовоздушной смеси идёт на ускорение газового потока в сопле и создание реактивной тяги. Чем выше температура сгорания, тем выше КПД двигателя. Для предупреждения разрушения деталей двигателя для их изготовления используют жаропрочные сплавы и термобарьерные покрытия. А также применяется система охлаждения воздухом, отбираемым от средних ступеней компрессора. Турбореактивный двигатель с форсажной камерой[править]Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ) — модификация ТРД, применяемая в основном на сверхзвуковых самолётах. Между турбиной и соплом устанавливается дополнительная форсажная камера, в которой сжигается дополнительное горючее. В результате происходит увеличение тяги (форсаж) до 50%, но расход топлива резко возрастает. Двигатели с форсажной камерой, как правило, не используются в коммерческой авиации по причине их низкой экономичности.
Начиная с 4-го поколения рабочие лопатки турбины выполняются из монокристаллических сплавов, охлаждаемые. </center> Турбовинтовой двигатель[править] Схема турбовинтового двигателя: 1 — воздушный винт; 2 — редуктор; 3 — турбокомпрессор. В турбовинтовом двигателе (ТВД) основное тяговое усилие обеспечивает воздушный винт, соединённый через редуктор с валом турбокомпрессора. Для этого используется турбина с увеличенным числом ступеней, так что расширение газа в турбине происходит почти полностью и только 10—15 % тяги обеспечивается за счёт газовой струи. Турбовинтовые двигатели гораздо более экономичны на малых скоростях полёта и широко используются для самолётов, имеющих большую грузоподъёмность и дальность полёта. Крейсерская скорость самолётов, оснащённых ТВД, 600—800 км/ч. Турбовальный двигатель[править]Такой двигатель чаще всего имеет свободную турбину. Вся турбина поделена на две части, между собой механически несвязанные. Связь между ними только газодинамическая. Газовый поток, вращая первую турбину, отдает часть своей мощности для вращения компрессора и далее, вращая вторую, тем самым через вал этой (второй) турбины приводит в действие полезные агрегаты. Сопло на турбовальном двигателе отсутствует. Выходное устройство для отработанных газов соплом не является и тяги не создает. Выходной вал ТваД, с которого снимается вся полезная мощность, может быть направлен как назад, через канал выходного устройства, так и вперед, либо через полый вал турбокомпрессора, либо через редуктор вне корпуса двигателя. Редуктор — непременная принадлежность турбовального двигателя. Скорость вращения как ротора турбокомпрессора, так и ротора свободной турбины велика настолько, что это вращение не может быть напрямую передано на приводимые агрегаты. Они просто не смогут выполнять свои функции и даже могут разрушиться. Поэтому между свободной турбиной и полезным агрегатом обязательно ставится редуктор для снижения частоты вращения приводного вала. Компрессор у ТваД может быть осевым (если двигатель мощный) либо центробежным. Часто компрессор бывает и смешанным по конструкции, в нем есть как осевые, так и центробежные ступени. В остальном принцип работы этого двигателя такой же, как и у ТРД. Основное применение турбовальный двигатель находит в авиации, по большей части, на вертолетах. Полезная нагрузка в этом случае — несущий винт вертолета. Известным примером могут служить широко распространенные вертолеты МИ-8 и МИ-24 с двигателями ТВ2-117 и ТВ3-117. Вспомогательная силовая установка (ВСУ)[править]ВСУ — небольшой газотурбинный двигатель, являющийся автономным источником энергии на борту. Простейшие ВСУ могут выдавать только сжатый воздух, отбираемый от компрессора турбины, который используется для запуска маршевых (основных) двигателей, либо для работы системы кондиционирования на земле (пример - ВСУ типа АИ-9, широко применяемая на вертолётах). Более сложные ВСУ, помимо источника сжатого воздуха, выдают электрический ток в бортовую сеть, а также могут иметь привод на гидронасосы. То есть, являются полноценным автономным энергоузлом, обеспечивающем нормальное функционирование всех бортовых систем самолёта без запуска основных двигателей, а также при отсутствии наземных аэродромных источников энергии. Турбостартер[править]Агрегат, устанавливаемый на газотурбинном двигателе и предназначенный для его раскрутки при запуске. Такие устройства представляют собой миниатюрный, простой по конструкции турбовальный двигатель, свободная турбина которого раскручивает ротор основного двигателя при его запуске. В качестве примера: турбостартер ТС-21, используемый на двигателе АЛ-21Ф-3, который устанавливается на самолеты типа Су-24.[1] Судовые установки[править]Используются в судовой промышленности для снижения веса. General Electric LM2500 и LM6000 — характерные модели этого типа машин. Суда, использующие турбовальные газотурбинные двигатели называют газотурбоходы.Они являются разновидностью теплохода. Это чаще всего суда на подводных крыльях, у которых гребной винт приводит в движение турбовальный двигатель механически через редуктор или электрически через генератор, который он вращает. Либо это суда на воздушной подушке, которая создается при помощи ГТД(газотурбинного двигателя). Например, газотурбоход "Циклон-М" с 2-мя газотурбинными двигателями ДО37. Пасажирских газотурбоходов за российскую историю было всего два. Последнее очень перспективное судно «Циклон-М» появилось в в 1986 году. Более таких судов не строили. В военной сфере в этом плане дела обстоят несколько лучше. Примером является десантный корабль «Зубр», самое большое в мире судно на воздушной подушке. Железнодорожные установки[править]Локомотивы, на которых стоят турбовальные газотурбинные двигатели, называются газотурбовозы (разновидность тепловоза). На них используется электрическая передача. ГТД вращает электрогенератор, а вырабатываемый им ток, в свою очередь, питает электродвигатели, приводящие локомотив в движение. В 60-е годы прошлого века в СССР проходили довольно успешную опытную эксплуатацию три газотурбовоза. Два пассажирских и один грузовой. Однако они не выдержали соревнования с электровозами и в начале 70-х проект был свернут. Но в 2007 году по инициативе ОАО «РЖД» был изготовлен опытный образец газотурбовоза с ГТД, работающем на сжиженном природном газе (опять криогенное топливо ). Газотурбовоз успешно прошел испытания, планируется его дальнейшая эксплуатация. Перекачка природного газа[править]Принцип работы газоперекачивающей установки практически не отличается от турбовинтовых двигателей, ТваД Д используются здесь в качестве мощных насосов, а в качестве топлива используется тот же самый газ, который они перекачивают. В отечественной промышленности для этих целей широко применяются отслуживщие свой срок в авиации двигатели НК-12 (НК-12СТ), НК-32 (НК-36СТ) Электростанции[править]Основу газотурбинной электростанции составляют один или несколько газотурбинных двигателей. Газотурбинная электростанция может иметь электрическую мощность от двадцати киловатт до сотен мегаватт. Она способна также отдавать потребителю значительное количество (вдвое больше электрической мощности) тепловой энергии, если установить на выхлопе турбины котёл-утилизатор; в этом случае установка называется ГТУ-ТЭЦ. Другие модификации газотурбинных двигателей (чаще всего турбовальные (ТваД)) используются в качестве силовых установок на судах (газотурбоходы), железнодорожном (газотурбовозы) и другом наземном транспорте, а также на электростанциях, в том числе, передвижных, и для перекачки природного газа. Автостроение[править]   A 1968 Howmet TX — единственная в истории турбина, принесшая победу в автомобильной гонке. Множество экспериментов проводилось с автомобилями, оснащенными газовыми турбинами. В 1950 году дизайнер Ф. Р. Белл и главный инженер Морис Вилкс в британской компании Rover Company анонсировали первый автомобиль с приводом от газотурбинного двигателя. Двухместный JET1 имел двигатель, расположенный позади сидений, решетки воздухозаборника по обеим сторонам машины, и выхлопные отверстия на верхней части хвоста. В ходе испытаний автомобиль достиг максимальной скорости 140 км/ч, на скорости турбины 50000 об/мин. Автомобиль работал на бензине, парафиновом или дизельном маслах, но проблемы с потреблением топлива оказались непреодолимыми для производства автомобилей. В настоящее время он выставлен в лондонском Музее науки. Команды Rover и British Racing Motors (Формула-1) объединили усилия для создания Rover-BRM, автомобиля с приводом от газовых турбин, который принял участие в гонке 24 часа Ле-Мана 1963 года, управляемого Грэмом Хиллом и Гитнером Ричи. Этот автомобиль показал среднюю скорость 173 км/ч, максимальную — 229 км/ч. Американские компании Ray Heppenstall, Howmet Corporation и McKee Engineering объединились для совместной разработки собственных газотурбинных спортивных автомобилей в 1968 году, Howmet TX приняла участие в нескольких американских и европейских гонках, в том числе завоевав две победы, а также принимала участие в гонке 24 часа Ле-Мана 1968 года. Автомобили использовали газовые турбины Continental Motors Company, благодаря которым, в конечном итоге, ФИА было установлено шесть посадочных скоростей для машин с приводом от турбин. На гонках автомобилей с открытыми колёсами, революционное полноприводное авто 1967 года STP Oil Treatment Special с приводом от турбины, специально подобранной легендой гонок Эндрю Гранателли и управляемое Парнелли Джонсом, почти выиграло в гонке «Инди-500»; авто с турбиной STP компании Pratt & Whitney обгоняло почти на круг авто, шедшее вторым, когда у него неожиданно отказала коробка передач за три круга до финишной черты. В 1971 глава компании Lotus Колин Чепмен представил авто Lotus 56B F1, с приводом от газовой турбины Pratt & Whitney. У Чепмена была репутация создателя машин-победителей, но он вынужден был отказаться от этого проекта из-за многочисленных проблем с инерционностью турбин (турболагом). Оригинальная серия концептуальных авто General Motors Firebird была разработана для автовыставки Моторама 1953, 1956, 1959 годов, с приводом от газовых турбин. Единственная серийная модель «семейного» газотурбинного автомобиля для использования на дорогах общего пользования была выпущена Chrysler в 1963-1964 года. Компания передала пятьдесят собранных вручную машин в кузовах итальянского ателье Ghia добровольцам, которые испытывали новинку в обычных дорожных условиях до января 1966 года. Эксперимент прошёл удачно, но компания, не располагавшая средствами для постройки нового моторного производства, отказалась от массового выпуска автомобиля с ГТД. После ужесточения экологических стандартов и взрывного роста цен на нефть компания, с трудом пережившая финансовый кризис, отказалась от продолжения разработок[2]. Танкостроение[править]Первые исследования в области применения газовой турбины в танковых двигателях проводились в Германии Управлением вооруженных сухопутных сил начиная с середины 1944 года. Первым массовым танком с газотурбинным двигателем стал С-танк. Газотурбинные двигатели (а точнее их подтип под названием турбовальный двигатель (ТваД)) установлены на советском танке Т-80 и американском М1 Абрамс. Газотурбинные двигатели, устанавливаемые на танках, имеют при схожих с дизельными размерах гораздо большую мощность, меньший вес и меньшую шумность, меньшую дымность выхлопа. Также, ТваД лучше удовлетворяет требованиям многотопливности, гораздо легче запускается, — оперативная готовность танка с ТваД, то есть запуск двигателя и последующий вход в рабочий режим всех его систем занимает несколько минут, что для танка с дизельным двигателем в принципе невозможно, а в зимних условиях при низких температурах дизелю требуется достаточно длительный предпусковой прогрев, который совершенно не требуется ТваД. Из-за отсутствия жёсткой механической связи турбины и трансмиссии на застрявшем или просто упёршимся в препятствие танке двигатель не глохнет. В случае попадания воды в двигатель (утоплении танка) достаточно выполнить т. н. холодную прокрутку ТваД, для удаления воды из газовоздушного тракта и после этого двигатель можно запускать, — на танке с дизельным двигателем в аналогичной ситуации происходит гидроудар, ломающий детали цилиндро-поршневой группы и непременно требующей замены двигателя. Однако из-за низкого КПД газотурбинных двигателей, размещенных на тихоходных (в отличие от самолетов) транспортных средствах, требуется гораздо большее количество возимого топлива, для сравнимого с дизельным двигателем километрового запаса хода. Именно из-за расхода топлива, невзирая на все достоинства, танки типа Т-80 поэтапно выводятся из эксплуатации. Производство танков М1 Абрамс также прекращено. Неоднозначным оказался опыт эксплуатации танковых ТваД М1 Абрамс в условиях высокой запыленности (например в песчаных пустынях). В отличии от него, Т-80 благополучно может эксплуатироваться в условиях высокой запыленности, — конструктивно хорошо продуманная система очистки поступающего в двигатель воздуха на Т-80 надежно защищает ТваД от песка и пыли. «Абрамсы», напротив, «задохнулись» — во время двух кампаний против Ирака при прохождении пустынь довольно много «Абрамсов» встали, так как их двигатели забились песком. Двухконтурный турбореактивный двигатель[править] Схема турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД) со смешением потоков: 1 — компрессор низкого давления; 2 — внутренний контур; 3 — выходной поток внутреннего контура; 4 — выходной поток внешнего контура. В турбореактивном двухконтурном двигателе (ТРДД) воздушный поток попадает в компрессор низкого давления, после чего часть потока проходит по обычной схеме через турбокомпрессор, а остальная часть (холодная) проходит через внешний контур и выбрасывается без сгорания, создавая дополнительную тягу. В результате снижается температура выходного газа, снижается расход топлива и уменьшается шум двигателя. Отношение количества воздуха, прошедшего через внешний контур, к количеству прошедшего через внутренний контур воздуха называется степенью двухконтурности (m). При степени двухконтурности <4 потоки контуров на выходе, как правило, смешиваются и выбрасываются через общее сопло, если m>4 — потоки выбрасываются раздельно, так как из-за значительной разности давлений и скоростей смешение затруднительно. Применение второго контура в двигателях для военной авиации позволяет охлаждать горячие части двигателя, это позволяет увеличивать температуру газов перед турбиной, что способствует дополнительному повышению тяги. Двигатели с малой степенью двухконтурности (m<2) применяются для сверхзвуковых самолётов, двигатели с m>2 для дозвуковых пассажирских и транспортных самолётов. Турбовентиляторный двигатель[править] Схема турбореактивного двухконтурного двигателя без смешения потоков (Турбовентиляторного двигателя): 1 — вентилятор; 2 — защитный обтекатель; 3 — турбокомпрессор; 4 — выходной поток внутреннего контура; 5 — выходной поток внешнего контура. Турбовентиляторный реактивный двигатель (ТВРД) — это ТРДД со степенью двухконтурности m=2—10. Здесь компрессор низкого давления преобразуется в вентилятор, отличающийся от компрессора меньшим числом ступеней и большим диаметром, и горячая струя практически не смешивается с холодной. Применяется в гражданской авиации, двигатель имеет большой назначенный ресурс и малый удельный расход топлива на дозвуковых скоростях. Турбовинтовентиляторный двигатель[править]Дальнейшим развитием ТВРД с увеличением степени двухконтурности m=20—90 является турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). В отличие от турбовинтового двигателя, лопасти двигателя ТВВД имеют саблевидную форму, что позволяет перенаправить часть воздушного потока в компрессор и повысить давление на входе компрессора. Такой двигатель получил название винтовентилятор и может быть как открытым, так и закапотированным кольцевым обтекателем. Второе отличие — винтовентилятор приводится от турбины не напрямую, как винт, а через редуктор. Двигатель наиболее экономичен, но при этом крейсерская скорость полета ЛА, с такими типами двигателей, обычно не превышает 550 км/ч, имеются более сильные вибрации и "шумовое загрязнение". Конструкторы газотурбинных двигателей[править]wp.wiki-wiki.ru Газотурбинные двигателиВ последние годы ведутся разработки по применению газотурбинного двигателя, как силовой установки автомобиля. Это связано не только со специфическими преимуществами газотурбинного двигателя, но в значительной степени с тем, что для развития автомобилей большой грузоподъемности и применения автопоездов необходимы двигатели большой мощности (более 750 кет, т. е. 1000 л. с). В газотурбинном двигателе можно осуществить рабочий процесс при более высоком по сравнению с дизелем числе оборотов, а следовательно, возможно получение значительной мощности при относительно небольших массе и габаритных размерах. Принципиальная схема простейшего газотурбинного автомобильного двигателя. Он состоит из центробежного компрессора 12, камеры сгорания 3, компрессорной турбины 10 и тяговой турбины 9. Диск 4 турбины 10 и крыльчатка 1 компрессора 12 расположены на одном валу 11. Диск 6 тяговой турбины 9 посажен на вал 7, который через редуктор 8 связан с трансмиссией автомобиля. По числу кинематически не связанных между собой валов 11 и 7 двигатель с такой схемой называется двухвальным.Внастоящеевремя он имеет преимущественное распространение в автомобильном газотурбостроении. Основными агрегатами газотурбинного двигателя являются компрессор, турбины и камера сгорания. Кроме того, он имеет регулятор числа оборотов, масляный насос, стартер и другое вспомогательное оборудование. В автомобильных газотурбинных двигателях обычно применяется одноступенчатый центробежный компрессор, повышающий давление воздуха в 3,5—4 раза. Для достижения указанного давления необходимо, чтобы рабочее колесо компрессора вращалось с максимально допускаемой по условиям прочности окружной скоростью, которая при применяемых в автомобильных газотурбинных двигателях размерах крыльчатки составляет 420—450 м1сек. Камера сгорания 3 изготовляется из жаростойкого листового материала и имеет трубчатую или кольцевую конструкцию. В связи с тем, что жаропрочность материала дисков турбин ограничивает температуру газа (900—925° С) продукты сгорания топлива приходится разбавлять холодным воздухом, поступающим из компрессора. В результате этого, хотя сгорание Происходит при а = 1,0-;- 1,5, среднее значение коэффициента избытка воздухавгазотурбинныхдвигателяхзначительнобольше,чем в поршневых и достигает 4—6. В автомобильных газотурбинных двигателях применяются центростремительные и осевые турбины. Компрессорная турбина является центростремительной, а тяговая — осевой. Независимо от типа турбина состоит из соплового аппарата 5 и рабочего колеса. Сопловой аппарат представляет собой систему неподвижных лопаток специального профиля, расположенных по окружности. Рядом стоящие лопатки ограничивают канал сопла. Протекая по зтим каналам, газы расширяются, вследствие чего их давление уменьшается, а скорость увеличивается до 600—750 м/сек. В осевой турбине газ, протекая по каналам рабочего колеса, под воздействием профиля лопаток меняет направление движения. Оказывая давление на лопатки, газ создает силу, приводящую во вращение рабочее колесо. В центростремительной турбине при движении газа по вращающемусяканалурабочегоколеса,расстояниекоторогоотоси вращения уменьшается, возникает кориолисова сила, являющаяся основной, приводящей во вращение колесо. Наиболее высокий к. п. д. в турбине достигается тогда, когда окружная скорость вращения колеса составляет 0,5—0,6 от скорости газов на выходе из соплового аппарата. Следовательно, при указанных выше значениях скорости газа окружная скорость колеса турбины должна равняться 350—420 м1сек. Возникающие при этом центробежные силы вызывают значительные напряжения в диске и лопатках турбины. Так как диск и лопатки во время работы сильно нагреваются, то для противодействия зтим напряжениям материал, из которого они сделаны, должен отличаться особой жаропрочностью. Сплавы, применяемые для изготовления турбин, состоят из вольфрама, молибдена, никеля и т. п. Газотурбинный двигатель, работает следующим образом. Вал компрессора приводится в движение стартером. Пусковое число оборотов составляет 25—30% номинального. Компрессор начинает подавать сжатый воздух в камеру сгорания 3, в которую через форсунку 2 при помощи шестеренчатого насоса нагнетается топливо. Затем включается электрическая свеча накаливания и топливо поджигается. Как только образуется устойчивая зона горения, последующие порции топлива воспламеняются непосредственно от соприкосновения с пламенем, и свеча выключается. Продукты сгорания из камеры 3 поступают в компрессорную турбину 10, где они расширяются до давления, промежуточного между давлением за компрессором и давлением окружающей среды. Этого расширения достаточно для того, чтобы турбина могла вращать компрессор и связанные с валом вспомогательные механизмы. Окончательное расширение продуктов сгорания происходит в тяговой турбине 9. Получаемая при этом механическая энергия расходуется на движение автомобиля. Отработавшие газы через выпускную трубу удаляются в атмосферу. Из описания схемы автомобильного газотурбинного двигателя следует, что в нем отсутствуют детали, имеющие возвратно-поступательное движение. Это позволяет значительно увеличить число оборотов вала двигателя данного типа по сравнению с поршневым (до 20—25 тыс. обIмин). В результате этого удается уменьшить массу и габаритные размеры двигателя. Удельная масса автомобильного газотурбинного двигателя рассмотренной схемы не превышает 0,35—0,5 кг1квт, или 0,5—0,7 кг/л. с. В газотурбинном двигателе имеются только потери на трение в подшипниках вала, поэтому упрощается система смазки, и механический к. п. д. имеет высокие значения. Непрерывность процесса сгорания и относительная его продолжительность позволяет применять простую топливоподающую аппаратуру. Газотурбинный двигатель обладает высокими пусковыми качествами. При стартере относительно малой мощности он пускается при любой температуре окружающего воздуха (до —50° С) и может принять нагрузку через 1—2 мин после пуска. Это свойство газотурбинного двигателя особенно важно при эксплуатации автомобиля в арктических условиях. Газотурбинный двигатель полностью уравновешен, в связи с этим подмоторная рама для него может иметь значительно меньшую массу, чем рама для поршневого двигателя. Кроме того, газотурбинный двигатель обладает особыми преимуществами при установке его на автомобиле. В зтом случае не нужно сцепление, так как раскручивание компрессорного вала при пуске производится при неподвижной тяговой турбине. По этой причине (разобщение двух валов) тяговая характеристика имеет весьма благоприятный характер. Крутящий момент при трогании автомобиля с места более чем в 2 раза превышает крутящий комент при номинальном режиме. Это обстоятельство позволяет сократить число ступеней в коробке передач и облегчает работу водителя, который значительно реже должен переключать передачи и управляет двигателем, воздействуя только на педаль подачи топлива. Наряду с этим газотурбинный двигатель рассматриваемой схемы обладает рядом недостатков, которые в последнее время устраняются за счет усложнения конструкции. Недостатки эти следующие: 1) низкая экономичность на номинальном режиме по сравнению с поршневыми двигателями; 2) большой расход воздуха при данной мощности; 3) высокие требования к чистоте всасываемого воздуха; 4) резкое ухудшение экономичности при работе на частичной нагрузке; 5) невозможность торможения автомобиля двигателем. Низкая экономичность на номинальном режиме определяется относительно небольшой степенью повышения давления в компрессоре. В результате этого температура отработавших газов оказывается высокой и с ними выбрасывается большое количество теплоты. Для ее частичной утилизации применяют теплообменники. На рис. 142 показана схема двигателя с двумя дисковыми вращающимися теплообменниками. Отработавшие газы, прежде чем выйти в атмосферу, проходят через медленно поворачивающийся отсек теплообменника, наполненный теплоемкой набивкой в виде мотков проволоки, металлической ленты и т. п. Набивка нагревается и при повороте диска передает запасенную теплоту воздуху, идущему из компрессора в камеру сгорания. Таким образом, подаваемый компрессором воздух нагревается не только за счет сжигаемого топлива в камере сгорания, но и за счет теплоты отработавших газов. Это приводит к значительной экономии топлива. Удельный расход топлива в двигателе с теплообменником в 1,5 раза меньше, чем в двигателе без теплообменника. Экокомичность современных газотурбинных двигателей с теплообменником близка к экономичности дизелей. Недостатком двигателя с теплообменником является сложность изготовления последнего, а также резкое увеличение массы и габаритных размеров двигателя из-за наличия теплообменника и воздухо — и газопроводов. Через газотурбинный двигатель проходит приблизительно в 8 раз больше воздуха, чем через поршневой такой же мощности. Это объясняется большим коэффициентом избытка воздуха и более высоким удельным расходом топлива в двигателях без теплообменника. В результате этого сечения воздухо — и газопроводов увеличиваются. Камера сгорания, выпускная труба, воздухоочиститель, теплообменник и соответствующие газовые коммуникации значительно увеличивают габаритные размеры установки. Чтобы уменьшить габаритные размеры газотурбинной установки, увеличивают допустимую температуру газа. В современных автомобильных газотурбинных двигателях она достигает 1200° С при наличии воздушного охлаждения лопаток сопловых аппаратов и лопаток рабочих колес. Усложнение технологии производства двигателя окупается вследствие значительного уменьшения его габаритных размеров, улучшения экономичности и более простого способа фильтрации воздуха. Степень чистоты воздуха, поступающего в газотурбинный двигатель, имеет весьма большое значение. Поскольку число оборотов рабочих колес компрессора и турбины весьма значительны, то попадание частиц пыли в проточную часть приводит к очень быстрому износу двигателя. Поэтому на входе в компрессор необходимо устанавливать воздухоочистители, которые полностью очищали бы воздух от пыли, не создавая чрезмерных гидравлических сопротивлений. Хотя установка теплообменника и увеличение температуры цикла позволяют уменьшить удельный расход топлива на номинальном режиме, однако при работе на частичных нагрузках, характерных для эксплуатации автомобильного двигателя, удельный расход топлива резко увеличивается и становится неудовлетворительным. Это происходит по следующим причинам. При снижении нагрузки уменьшается подача топлива в камеру сгорания, и температура газа падает. Одновременно с этим автоматически понижается число оборотов компрессора и, следовательно, падает давление за ним. В результате этого термический к. п. д. цикла и экономичность двигателя уменьшаются. Повышение термического к. и. д. и соответственно экономичности при уменьшении нагрузки у двухвального газотурбинного двигателя можно достичь следующими способами. Первый способ — устройство поворотных сопловых лопаток тяговой турбины. При снижении нагрузки и расхода топлива лопатки соплового аппарата прикрываются, расход воздуха через двигатель уменьшается, а температура цикла сохраняется неизменной. Это мероприятие, эффективное для двигателя с теплообменником, позволяет сохранять практически постоянным удельный расход топлива при снижении мощности до 50% номинальной. Второй способ — установка обгонной муфты между тяговой и компрессорной турбиной. При переходе двигателя на работу с частичной нагрузкой турбины блокируются и двигатель начинает работать как одновальный. Это дает возможность при переходе на частичные режимы поддерживать неизменную температуру цикла и таким образом сохранить экономичность. Применение этих способов позволяет использовать двигатель для торможения автомобиля. В первом случае для этого достаточно изменить угол наклона лопаток соплового аппарата так, чтобы рабочее колесо тяговой турбины стало вращаться в обратную сторону. При втором способе торможение автомобиля двигателем осуществляется за счет использования энергии вращения колес автомобиля для сжатия воздуха в компрессоре. Таким образом, усложнение первоначально очень простой схемы позволяет использовать газотурбинный двигатель в качестве весьма совершенного автомобильного силового агрегата. В настоящее время ведутся интенсивные работы по внедрению газотурбинных двигателей в качестве силовой установки для привода автомобилей большой грузоподъемности и автопоездов. maestria.ru Принцип работы газотурбинного двигателя | Мир невидимого Газотурбинный двигатель это то, что в последнее время используется как энергетическая установка для машины. И это связано не только с несомненными преимуществами данного агрегата. Газотурбинный двигатель способен развить мощность, которая просто необходима некоторым автомобилям. Благодаря тому, что у этого агрегата отсутствуют возвратно-поступательно двигающиеся части, а также тому, что его ротор обладает высокой частотой вращений, можно существенно уменьшить габаритные размеры и удельную массу этого двигателя. А это, в свою очередь, позволяет рассмотреть его как перспективный агрегат. Итак, чтобы создать газотурбинный двигатель своими руками, нужно иметь турбины, камеру сгорания и компрессор. Также в его комплектацию входят стартер, масляный насос, регулятор частоты вращений и другое оборудование. Как правило, в автомобильных двигателях газотурбинного типа применяется центробежный одноступенчатый компрессор, при помощи которого давление воздуха увеличивается в 3,5 раза. Чтобы достичь указанного давления, нужно, чтобы компрессорное колесо вращалось с как можно большей скоростью. А она составляет около 420-450 метров в секунду. Для изготовления камеры сгорания чаще всего используется листовой жаростойкий материал. Газотурбинный двигатель в своей комплектации имеет осевую и центростремительную турбины. Они же состоят из рабочего колеса и соплового аппарата. Газ в осевой турбине, проходя по каналам, которые находятся в рабочем колесе, изменяет направление своего движения. При этом оказывается давление на лопатки. Благодаря этому образуется сила, которая приводит во вращение рабочее колесо. Газотурбинный двигатель: принцип работы устройства Компрессорный вал при помощи стартера приводится в движение. Пусковая частота вращения составляет 2530% от номинальной. Сжатый воздух подается компрессором в камеру сгорания, а в неё через форсунку нагнетается топливо с помощью шестеренчатого насоса. После этого посредством электрической свечи накаливания поджигается горючее. И как только устойчивая зона горения образована, последующее горючее воспламеняется от соприкосновения с огнем, а отработанные газы затем уходят в атмосферу через выпускную трубу. Хочется отметить, что газотурбинный двигатель обладает еще и высочайшими пусковыми качествами. Несмотря на то что его стартер имеет достаточно небольшую производительность, он может обеспечить пуск при абсолютно любой температуре внешней среды. Это очень хорошее качество. И еще одно его существенное преимущество достаточно малая токсичность газов, которые отрабатываются двигателем: она в 37 раз меньше тех, которые извергает дизель. Из этого можно сделать вывод, что такой двигатель еще и безопасен для окружающей среды. Газотурбинный двигатель В 50-х гг. этого столетия на судах начали применять новый вид главного двигателя — газовую турбину. По принципу действия газовая турбина аналогична паровой. Рабочей средой в них служат газы, образующиеся в результате сжигания жидкого топлива. Газовые турбины используют, в качестве приводов для центробежных компрессоров в турбонаддувочных агрегатах ДВС. В газовых турбинах газы образуются в особой камере сгорания. Так как температура газов очень высока, что влияет на срок службы турбин, в камеру сгорания необходимо подавать намного больше воздуха, чем требуется для сжигания топлива. Из-за избытка воздуха температура рабочих газов понижается до 700—800°С. На рисунке дана схема газовой турбины с так называемым открытым циклом, когда воздух забирается из атмосферы и отработавшие газы также выбрасываются в атмосферу. Тринадцати ступенчатый осевой компрессор приводится в действие специальной двухступенчатой газовой турбиной. Сжатый до давления около 0,4 МПа воздух подается в камеру сгорания, служащую для получения и последующего охлаждения газов. Отработавшие газы проходят через турбину компрессорного двигателя; при этом их давление понижается до 0,17 МПа, а температура - с 750 до 580°С. Вторая - тоже двухступенчатая - газовая турбина является собственно рабочей турбиной, которая через редукторную передачу приводит в движение либо судовой движитель, либо генератор. Газовые турбины, насосные системы и другое оборудование GE Energy. В судовых газовых турбинах довольно часто применяются поршневые компрессоры. так называемые свободнопоршневые генераторы. Газотурбинные двигатели устанавливают в основном на кораблях военно-морского флота. На торговых судах они не оправдали себя; в настоящее время газовые турбины используют только на небольшом количестве судов. Причинами понизившегося интереса к этому виду двигателей являются малый термический КПД, довольно большой расход топлива и высокая рабочая температура, требующая применения высокопрочных и дорогих материалов. К преимуществам газотурбинного двигателя относятся малые габаритные размеры по сравнению с достигаемой мощностью и небольшая собственная масса. Газовые турбины можно также использовать в качестве главных и вспомогательных двигателей на судах на подводных крыльях и воздушной подушке. Источники: www.syl.ru, frutta-life.ru, seaships.ru Город Веллингтон – заповедник дикой природыТуристы со всего мира съезжаются сюда, чтобы бродить по многочисленным паркам, заповедникам, скверам, музеям города, восхищаться камерностью видов, открывающихся с его ... Проклятые места на автодорогах На автомобильных дорогах существует множество «проклятых мест», известных чрезвычайно большим количеством происшествий на них. На этих местах происходят всяческие аварии и ... Как выглядит гном? Об этих существах мы слышим с раннего детства – то ли смотря фильмы, то ли читая сказки. Судя по ... Как образовалось Мертвое море Ученые до сих пор не могут точно определить, каким образом возникло Мертвое море, однако людям верующим давно известен ответ на этот ... Третий рейх - нераскрытые тайны Третий рейх просуществовал всего 12 лет с 1933 по 1945 годы. Несмотря на сжатые сроки, это явление оставило глубочайший ... История еды древних славян Древние славяне, как и многие народы того времени, верили, что множество болезней появляется от употребления мертвечины. Первые сделали такой вывод индусы. ... Металлические двери - прочность и надежность Не так давно импортные входные металлические двери заполоняли наш российский рынок, поскольку качество данных дверей очень высоко, и внешний ... Межконтинентальная баллистическая ракета Ракетный подводный крейсер стратегического назначения Северного флота Владимир Мономах под командованием капитана 1 ранга Виктора Сидоренко произвел успешную залповую стрельбу двумя ... Обломки НЛО По утверждениям высокопоставленного вашингтонского чиновника, на поверхности красной планеты, температура которой составляет 80 градусов по Цельсию, в пыли, в районе марсианского ... Технологии 3d без очковЕще в 80-х годах XX века в научном мире было распространено убеждение, что начало XXI века будет обозначено появлением плоских стереоскопических ... Ставки на рынке Форекс Многие люди, пытаясь найти, как заработать в интернете не раз встречались с рекламой форекса. Как же там зарабатывают?Существует множество дилинговых ... Кто построил СтоунхенджПо мнению ряда ученых, Стоунхендж представляет собой "каменный компьютер", использовавшийся кем-то в далеком прошлом и хранящий информацию, "программы" и знания, которые ... www.objectiv-x.ru Что такое газотурбинные двигатели, почему они не прижились в обычных машинах и как их будут использовать в гибридахИнженеры вновь пытаются скрестить электромобили с самолетамиstile> На проходящем в Женеве автосалоне сразу два автопроизводителя представили концептуальные машины с гибридными силовыми установками, в которых батареи заряжаются миниатюрными газотурбинными двигателями. Обе машины, к слову, китайские. Это седан Hybrid Kinetic H600 с элегантным дизайном от Pininfarina и суперкар Techrules Ren с футуристичной внешностью работы Джорджетто Джуджаро. Не надо думать, что в данном техническом направлении трудятся лишь китайцы. Несколько лет назад никто иной как Jaguar показал гибридный концепт C-X75 с теми же микротурбинами. Так что же это за технология? Газотурбинные двигатели впервые нашли серийное применение в конце Второй мировой войны, но… в авиации, на немецких истребителях Messerschmitt. В последующие 20 лет они фактически полностью вытеснили поршневые ДВС в военной и гражданской авиации, в прямом смысле спустив их с небес на землю. Моторы отечественных Ту и Superjet, европейских Airbus и американских Boeing — все это газотурбинные двигатели. Их принцип действия прост. В камере сгорания воспламеняется топливо, газы под давлением подаются на лопасти турбины, турбина вращается. На одном валу с турбиной расположены лопасти компрессора, который, будучи приводим в движение от турбины, нагнетает воздух в камеру сгорания.  Газотурбинный двигательВ авиации на том же валу спереди может располагаться винт (как, например, на самолетах Ан-24), а может более мощный компрессор, который прогоняет воздух через весь двигатель, создавая воздушную струю и тягу для самолета. При этом к валу газотурбинного двигателя можно прицепить не только винт или тяговый компрессор, но и что-то другое. Например, электрогенератор или коробку передач, а через нее соединить такой мотор с колесами автомобиля. Как видите, все выглядит гораздо проще, чем в поршневом ДВС. Так и есть — проще. Меньше деталей, меньше трущихся частей — это одно из преимуществ газотурбинных двигателей. Второе неоспоримое преимущество — это высокая удельная мощность. Иными словами при равной отдаче газотурбинные моторы в несколько раз легче и компактнее поршневых. Именно этот факт определил их доминирование в авиастроении. Есть, однако, и существенные недостатки. Именно с ними столкнулись автомобильные конструкторы при попытке установить такой мотор под капот автомобиля. Попыток было много: в США, в Европе и даже в СССР — наши инженеры, в частности, экспериментировали с автобусами. Выяснилось, что такой мотор потребляет очень много топлива в переходных режимах: на холостом ходу и при наборе скорости. Конструкцию попытались усложнить, применив не один вал, а два: на первом располагался компрессор и малая турбина, которой хватало для вращения компрессора и обеспечения холостого хода. А на втором — основная турбина и отбор мощности на автоматическую коробку передач. На холостом ходу газы на вторую турбину не подавались. А при старте с места открывались заслонки, поток газа направлялся на лопасти тяговой турбины и машина ехала. Такая конструкция, к слову, позволила отказаться от механизма сцепления или гидротрансформатора — поскольку два вала не имели механической связи друг с другом автомобиль не мог заглохнуть.  Techrules RenТем ни менее, расход топлива все равно был выше, чем у поршневых двигателей во всех режимах кроме равномерного движения по трассе. Всплыли и другие недостатки, но о них — позже. Так или иначе, где-то с 70-х годов XX века от идеи отказались. До тех пор, пока не началась нынешняя гибридно-электрическая революция. Дело было в далеком 2011 году. Компания Opel тогда пригласила журналистов из России в Нидерланды на тест-драйв подзаряжаемого гибрида Ampera (он же Chevrolet Volt), который в General Motors почему-то называли электрокаром. После поездки у журналистов, в том числе у меня, накопилось много вопросов относительно устройства машины. Отвечать на них пришлось тогдашнему главе электрического подразделения Opel Кристиану Кунстману. Меня интересовало в частности, почему конструкторы выбрали в качестве ДВС для гибрида наиболее архаичный и неэффективный бензиновый атмосферный мотор объемом 1,4 литра.  Jaguar C-X75Поскольку концепт Jaguar C-X75 тогда уже представили, я спросил у доктора Кунстмана, что он думает насчет того, чтобы установить под капот Opel Ampera микротурбину вместо поршневого ДВС. Ответ меня удивил. «Это был бы лучший вариант», — признался инженер. «Однако главная проблема заключается в том, что у нас нет таких двигателей. Для их производства пришлось бы полностью перестроить все заводы. Это огромные инвестиции. Но если бы нам пришлось строить моторный завод с нуля, то мы бы крепко задумались над тем, какие двигатели для гибридов там выпускать — поршневые или газотурбинные». Действительно, если микротурбина не связана ни с колесами, ни с коробкой передач, а лишь вращает генератор, работая в режиме постоянной тяги — значит все проблемы с высоким расходом топлива в переходных режимах отпадают сами собой? Все так. Вот почему китайцы, у которых в отличие от Opel нет заводов поршневых двигателей, и строить предстоит с нуля, сейчас уцепились за эту идею. Увы, расход топлива — не единственный недостаток. Первый нерешенный минус газотурбинного двигателя — очень высокая температура газов, попадающих на лопасти турбины. В авиации с этим борются за счет использования дорогих термостойких сплавов, но в массовом автомобилестроении это не применимо из-за высокой стоимости.  Hybrid Kinetic H600Решить проблему еще в 50-е годы пытались за счет теплообменников, которые нагревают входящий воздух и охлаждают газы, выходящие из камеры сгорания. Это повышает КПД и бережет турбину, но заметно усложняет конструкцию двигателя. И китайцам надо иметь это в виду. Есть и другие сложности. В частности, газотурбинным моторам надо значительно больше воздуха, чем поршневым двигателям. Причем воздуха чистого. У самолетов нет с этим проблем. А у машин — есть. Необходимые воздушные фильтры достигают такого размера, что преимущество микротурбин компактности полностью сводится на нет. Вы, возможно, в курсе, что газотурбинные моторы пробовали применять на серийных танках: советском Т80 и американском «Абрамсе». Военных привлекло сочетание мощности и компактности мотора. Увы, простые танкисты жаловались на необходимость постоянно чистить огромные воздушные фильтры. И на колоссальный расход топлива — тоже. Наконец, последний недостаток — токсичность. Опять же, это следствие повышенного расхода топлива в промежуточных режимах. Создатели концептов Techrules и особенно Hybrid Kinetic H600 уверяют, что их микротурбины экологичнее поршневых ДВС. Но точных данных пока не приводят. В любом случае, все показанные гибридные автомобили, использующие подобную технологию — пока лишь концепты и их серийное будущее покрыто туманом. Но согласитесь, звучит заманчиво! evmode.ru Процесс работы газотурбинного двигателяРЕФЕРАТ Пояснительная записка 23с.; 2рисунка;2 источника; 2 приложения. ТРДД, ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ, ВЕНТИЛЯТОР, КОМПРЕССОР, КАМЕРА СМЕШЕНИЯ, ТУРБИНА, КАМЕРА СГОРАНИЯ, РЕАКТИВНОЕ СОПЛО. В курсовой работе предусмотрена упрощенная постановка задачи проектирования как рабочего процесса ГТД в целом, так и газодинамического проектирования его узлов: компрессора и турбины. Эффективность работы заключается в понимании сути физических процессов, реализуемых в термодинамическом цикле последних. Результаты, полученные в курсовой работе, являются основой для последующего конструирования ГТД и его элементов. СОДЕРЖАНИЕ Определение, обозначение и сокращение Введение І. Элементы термогазодинамического расчета двухвального ТРДД ІІ. Термогазодинамический расчет основных элементов проектируемого ТРДД Заключение Литература ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ Основные условные обозначения: G –массовый расход кг/с; P –давление кПа; T – температура К; σ- коэффициент восстановления полного давления;  - степень повышения(понижения) давления рабочего тела; L– удельная работа кДж/кг; η – коэффициент полезного действия; U – окружная скорость м/с; R –радиус м, газовая постоянная кДж/кг∙К; D- диаметр м;  – приведённая скорость; С – абсолютная скорость м/с; F – площадь м2 ; q(λ) – приведённая плотность тока; z – число лопаток; n – частота вращения мин-1 . Индексы: вх – вход в компрессор; к – выход из компрессора; s – изоэнтропический; 1 – вход в рабочее колесо; 2 – выход из рабочего колеса; 3 – выход из направляющего аппарата; д – действительный; вт – втулочный; ср – средний; кр – критический; H – внешние атмосферные условия. Сокращения: ВНА – входной направляющий аппарат; РК – рабочее колесо; НА – направляющий аппарат. Остальные обозначения объяснены в тексте. ВВЕДЕНИЕ Двухконтурные турбореактивные двигатели к настоящему времени стали основным типом газотурбинных двигателей (ГТД) для пассажирских самолетов гражданской авиации как у нас в стране, так и за рубежом. При высоких дозвуковых скоростях полета они обладают рядом преимуществ по сравнению с одноконтурными турбореактивными (ТРД) и турбовинтовыми (ТВД) двигателями. Высокая стартовая тяга, низкий удельный расход топлива, пониженные уровни шума как в крейсерском полете, так и при взлете выгодно отличают их от ТРД. Малая относительная масса, высокие значения тягового КПД, в особенности на высоких крейсерских скоростях полета, соответствующих 0,7 – 0,9 М, простота конструкции, а следовательно, и эксплуатации являются их преимуществами по сравнению с ТВД. В разработке идеи и создании двухконтурных газотурбинных двигателей велика заслуга отечественных ученых и конструкторов. Впервые схема двухконтурного ВРД, которая может считаться прообразом современных ТРДД, была предложена в 1932 г. К. Э. Циолковским.В 1937 г. советским авиаконструктором А. М. Люлька была предложена схема и разработан проект двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащего все основные конструктивные элементы современного ТРДД. Значителен вклад советских ученых и в создание теории двухконтурных двигателей. Основу этой теории составляют труды по реактивным двигателям профессора Н. Е. Жуковского и основоположника современной теории воздушно-реактивных двигателей академика Б. С. Стечкина. Развитию теории двухконтурных турбореактивных двигателей посвящены многие работы советских ученых И. И. Кулагина, Н. В. Иноземцева, В. В. Уварова, П. К. Казанджана, А. Л. Клячкина, С. М. Шляхтенко и др. Практическое создание и внедрение в гражданской авиации двухконтурных двигателей началось в конце 50-х — начале 60-х гг. Первым отечественным двухконтурным двигателем, вошедшим в серийное производство и эксплуатацию в гражданской авиации, является двигатель Д-20П, созданный в конструкторском бюро, возглавляемом П. А. Соловьевым. Этот двигатель в течение ряда лет успешно эксплуатировался на самолете Ту-124. Накопленный при этом опыт был использован в дальнейшем при создании новых, более совершенных ТРДД в ряде конструкторских бюро нашей страны. В результате в конце 60-х и начале 70-х гг. Аэрофлот был оснащен реактивными пассажирскими самолетами с двухконтурными двигателями Д-30 (КБ П. А. Соловьева), НК-8 (КБ Н. Д. Кузнецова), АИ-25 (КБ В. А. Лотарева). Двигатель Д-30КУ создан конструкторским бюро под руководством П. А. Соловьева в начале 70-х гг. Характерная особенность двигателя — высокий уровень основных параметров рабочего процесса. В частности, примененные в двигателе значения степени повышения давления и температуры газов перед турбиной соответствовали максимальному уровню этих параметров, достигнутому в мировом авиадвигателестроении к моменту проектирования двигателей. В этом двигателе получили дальнейшее развитие системы охлаждения сопловых и рабочих лопаток турбины, впервые в отечественной практике примененные в двигателе Д-30, а также система автоматического управления топливоподачей. Благодаря высоким значениям параметров рабочего процесса, совершенству конструктивных и технологических решений двигатель Д-30КУ по удельным параметрам соответствует, а отчасти и превосходит лучшие зарубежные двигатели этого класса, созданные в те же годы. Современный ГТД является сложной и дорогостоящей машиной, в которой воплощены все последние достижения науки и техники. Поэтому непременным условием успешной эксплуатации авиационных двигателей является глубокое знание летным и инженерно-техническим составом их конструкции, физической сущности явлений и процессов, протекающих в двигателях, а также правил эксплуатации авиационной техники. І. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ДВУХВАЛЬНОГО ТРДД Д-30КУ Для ТРДД с высокой степенью двухконтурности m=2,416 в качестве расчетного режима принимается взлетный: M=0; H=0;  ;  Основные исходные данные цикла: температура газа перед турбиной  ; суммарный расход воздуха  ; степень повышения давления в вентиляторе  ; суммарная степень повышения давления  ; КПД вентилятора  . Дополнительные данные: Параметры компрессора (НД – низкого давления, ВД – высокого давления):   Параметры камеры сгорания:  Параметры турбины (НД – низкого давления, ВД – высокого давления):   Коэффициенты восстановления полного давления за турбиной, в наружнем контуре и в камере смешения:  Реактивное сопло:  ІІ. ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОЕКТИРУЕМОГО ТРДД 1.1 КОМПРЕССОР НАРУЖНЕГО КОНТУРА (ВЕНТИЛЯТОР) 1. Расход через наружный контур:  2. Степень повышения давления в вентиляторе (задана):  3. КПД вентиляторных ступеней; из таблицы І  по величине определяем тип ступени вентилятора – сверхзвуковая, принимаем  , тогда в соответствии с рис.1 величина 4. Давление за вентилятором:  5. Работа сжатия воздуха в вентиляторе:  где  6. Температура воздуха на выходе из вентилятора:  1.2 КОМПРЕССОР НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ 7. Расход воздуха через внутренний контур:  8. Степень повышения давления в контуре (задана):  9. КПД компрессора НД (задан):  10. Работа сжатия воздуха в компрессоре НД: mirznanii.com Автомобили с газотурбинным двигателем
Иногда попадаются фотографии старых автомобилей, которые не сразу отличишь от работ художника-абстракциониста. Чаще это просто необычный ракурс обычной машины — но иногда нечто совершенно особое. Это первый европейский автомобиль с газотурбинным двигателем Fiat Turbina, представленный на Туринском автосалоне 1954 года. Это был довольно длительный проект Фиата: исследования начались еще в 1948 году и закончились на заводском испытательном треке в 1954 году. Заявленная мощность двигателя была 300 л.с. при 22000 оборотах в минуту, а расчетная максимальная скорость — около 250 км / ч. Интересно также, что этому прототипу Фиата принадлежал рекорд для самого низкого коэффициента аэродинамического сопротивления в течение 30 лет. Но, к сожалению, Fiat Turbina был признан бесперспективным — несмотря на шесть лет разработки и совершенную аэродинамику. Очень высокий расход топлива и постоянные проблемы с перегревом газотурбинного двигателя поставили крест на этом проекте, а интересный прототип тихо переехал в заводской музей Фиата в Турине, где и стоит по сей день. ГАЗОТУРБИННЫЙ АВТОМОБИЛЬПреимущества Г. а. - отсутствие спец. жидкостного или возд. охлаждения, быстрый пуск двигателя при низких темп-pax воздуха, возможность использования жидких и газообразных топлив, незначит. токсичность отработавших газов и т. п. Однако ГТД сложны в изготовлении и ремонте, требуют применения жаростойких материалов и имеют повыш. расход топлива. Выпускаются ограниченно. Газотурбинный автомобиль — автомобиль, оборудованный газотурбинным двигателем. Преимущества силовой установки Г. а. малая масса, небольшие размеры, отсутствие специального жидкостного или воздушного охлаждения. Автомобильный газотурбинный двигатель FordВ США закончены испытания нового газотурбинного двигателя, выпущенного концерном Ford для установки на грузовые автомобили, тягачи, тяжелые трактора и бульдозеры. Результаты испытаний показали, что достигнутые на данном этапе качества турбины позволяют использовать ее также и на легковых автомобилях Наиболее существенная особенность газовой турбины в том, что разработчикам удалось достичь топливной экономичности даже лучшей, чем у обычных бензиновых двигателей на всем диапазоне рабочих режимов двигателя. В известных до сих пор газотурбинных двигателях удавалось добиться приближения к экономичности поршневых двигателей лишь на режиме больших нагрузок; на малых же нагрузках бензиновые двигатели, как правило, значительно экономичнее газовых турбин. Более того, удельный расход топлива новой турбины почти на всех режимах ниже, чем у поршневых двигателей. Все это позволяет рассматривать создание новой турбины, как важный этап в развитии техники газотурбинных автомобилей. Газотурбинный двигатель Ford, модель 704, работает на бензине, керосине и легком дизельном топливе. Его высокие эксплуатационные качества обеспечиваются применением двухступенчатого сжатия воздуха в центробежных компрессорах. Двигатель весит 300 кг. Его максимальная мощность превышает 300 л. с. История создания первого авто с турбиной
Спустя шесть лет, а именно в 1954 году на Туринском автосалоне и была представлена первая модель такого авто & Fiat Turbina. Мощность его двигателя составляла 300 лошадиных сил при 22000 об/мин. При этом конструкция кузова имела самый низкий коэффициент аэродинамического сопротивления, который являлся рекордным на протяжении 30 лет. Как ни прискорбно, но газотурбинный Fiat Turbina не нашел своих поклонников среди любителей быстрой езды. Автомобиль был признан нерентабельным и бесперспективным и отправлен в заводской музей компании Fiat в Турине, где находится и по сегодняшний день. Так весьма интересный прототип альтернативного двигателя, раскритикованный за большой расход топлива и постоянный перегрев, стал достоянием любопытных и праздных туристов. Современные разработки и преимущества конструкции авто с таким движкомАвтомобиль с газотурбинным двигателем в современном понимании это гигант большой грузоподъемности или современный автопоезд. Именно для таких агрегатов необходимы мощные, легкие и простые в конструкции установки турбинного типа. Основным отличием газотурбинного механизма от двигателя внутреннего сгорания является отсутствие возвратно поступательных движущихся деталей, которые подвержены сильному истиранию и износу. Такое отличие позволяет свести к минимуму процесс трения, он присутствует лишь в редукторе и при движении валов. Эта конструкция существенно снижает расход масла, а заодно и вес двигателя. Ведь теперь нет необходимости в сложной системе подачи масла и омыванию им трущихся деталей мотора. Следующей отличительной чертой такого движка будут его высокие пусковые качества. Даже маломощный стартер способен обеспечить его пуск при любых температурных показателях. Такое свойство жизненно & необходимо в арктических условиях. К тому же малая токсичность отработанных газов газотурбинного мотора позволяет агрегату, оснащенному им, проводить работы в узком карьере на любой глубине даже при недостаточной вентиляции. И это далеко не все преимущества таких моторов. Почему же не внедряют такие двигатели в массовое производство?При всей своей простоте и мощности газотурбинный двигатель имеет и ряд недостатков:
Поэтому почти идеальный автомобиль с газотурбинным двигателем в серийное производство пока запускать не будут. Как устроен и работает газотурбинный двигатель?
Работа такого двигателя заключается в следующем. При вращении вала компрессора его лопасти захватывают воздух, проходящий через впускной канал. Компрессор увеличивает скорость движения воздуха до 400-500 м/с и нагнетает его в диффузор, на выходе из которого скорость воздуха уменьшается, а давление повышается. Затем воздух поступает в теплообменник, где подогревается теплом отработавших газов, которые омывают набивку теплообменника. Подогретый воздух поступает в камеру сгорания, туда же беспрерывным потоком через форсунку подается жидкое топливо в мелкораспыленном виде. В камере сгорания топливо испаряется, смешивается с воздухом и образует горючую смесь, которая воспламеняется электрической искрой с помощью свечи зажигания. Давление в камере сгорания нарастает, нагретые газы, проходя через сопло, увеличивают скорость движения и попадают на лопатки турбинного колеса, приводя его во вращательное движение. Крутящий момент передается через понижающий редуктор на трансмиссию автомобиля. Отработавшие газы по каналу проходят через набивку теплообменника, подогревают воздух и выходят в атмосферу. В газотурбинном двигателе крутящий момент образуется непосредственно на колесе турбины, что позволяет выполнять двигатель более компактным, при небольших размерах и массе. Отсутствие вспомогательных ходов и непрерывность рабочего процесса позволяют получить большие мощности при небольших размерах газовых турбин, а отсутствие кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов исключает по сравнению о поршневыми двигателями неравномерность вращения вала двигателя. Кроме того, газотурбинные двигатели могут работать на любом жидком или газообразном топливе, легко пускаются при низких температурах, их отработавшие газы менее токсичны, так как сгорание происходит стабильно. Какие недостатки имеют газотурбинные двигатели? Это высокая стоимость жаропрочных материалов, необходимость в понижающем редукторе, сложность изготовления, высокая требовательность к очистке воздуха, поступающего в камеру сгорания, недостаточная экономичность. Однако работы над их усовершенствованием ведутся как в нашей стране, так и за рубежом. Компания Jaguar, работая совместно с компанией Bladon Jets, разработали концептуальный гибридный автомобиль, Jaguar C-X75, который ускоряется до скорости в 100 км/ч всего за 3.4 секунды. Источником энергии, приводящей в движение этот автомобиль, являются два малогабаритных газотурбинных двигателя. Эти двигатели, подобные двигателям турбореактивных самолетов, крутят электрогенераторы, снабжающие энергией четыре электродвигателя. Услышав термин газотурбинный двигатель, большинство людей представляет себе большой бочкообразный двигатель, расположенный под плоскостями крыльев пассажирского или грузового самолета. Но двигатели Bladon представляют собой конструкцию немногим толще и длиннее запястья руки человека. Схема газотурбинного двигателя является в настоящее время самым эффективным решением для превращения топлива в энергию, двигающую транспортное средство. Это достигается за счет того, что такие двигатели работают на постоянных высоких оборотах, с высоким значением создаваемого давления и температуры. Но, при движении автомобиля нет необходимости в постоянной подаче энергии, они постоянно останавливаются на перекрестках или иногда очень медленно движутся в пробках. Если газотурбинный двигатель заставлять разгоняться или сбрасывать обороты каждый раз, когда водитель нажимает или отпускает педаль газа, вся топливная экономичность газотурбинного двигателя сойдет на нет. Поэтому в автомобиле Jaguar C-X75 один из двигателей Bladon постоянно вращается на скорости 80000 оборотов в минуту, вырабатывая постоянное количество электрической энергии. В случае, если такое количество энергии является избыточным для движения автомобиля, лишняя ее часть используется для зарядки литий-ионных аккумуляторных батарей, заряда которых хватает на 160 км пути. Если количества энергии одной турбины не хватает для движения, запускается вторая турбина, обеспечивающая необходимую дополнительную энергии. За счет экономичности газотурбинных двигателей автомобиль Jaguar C-X75 способен преодолеть более 900 км на одной заправке топлива. Конечно, это не первая попытка людей использовать газотурбинные двигатели в автомобилях. Но все ранние попытки так и остались нереализованными, т.е. в виде единичных опытных образцов. А произошло это из-за того, что конструкция турбины очень плохо поддается миниатюризации, сохраняя при этом все положительные качества таких двигателей. Но компании Bladon удалось разработать и изготовить миниатюрный газотурбинный двигатель, что может стать началом появления гибридных автомобилей, приводимых в действие такими двигателями. Источники: batona.net, dic.academic.ru, www.zr.ru, vovory.ru, universal_ru_en.academic.ru, avtomobil-1.ru, www.dailytechinfo.org Это интересно
Огромный ледникГренландия является самым большим по площади островом на нашей планете. По большому счету, это гигантский ледник, однако ...
Тайна ВавилонаВавилонская башня Последнее время земной истории Библия связывает с рядом событий, представляющих собой тайны. Одна из таких тайн берет ... Грейн О'МэллиОдна из ирландских легенд рассказывает, что в 1533 году вместе с английской королевой Елизаветой I родилась ... Лесной человекПокрытые шерстью человекообразные существа продолжают будоражить общественность. Так называемый снежный или лесной человек снова наследил. О встречах с ...
objective-news.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Трудно себе представить, но начало исследований в области создания газотурбинного двигателя датируется далеким 1948 годом. Именно тогда компания Fiat задалась целью создать принципиально новый движок, способный разогнать автомобиль до рекордных по тем временам 250 км/час.
Газотурбинный двигатель состоит из камеры сгорания, в которой установлены свеча зажигания и форсунка; турбинного колеса с лопатками, установленного на одном валу с компрессором; понижающего редуктора; теплообменника; выпускного трубопровода; впускного канала; диффузора и сопла.
