По принципу мельницы
Широкая публика, интересующаяся технологиями, делится на две большие категории. Некоторые считают, что прогресс в автопроме идет семимильными шагами. Их недоброжелатели протестуют – настоящего прорыва не было уже очень давно. Самое удивительное, что обе стороны в чем-то правы и неправы. И очень интересная история автомобилей с ГТД прекрасно это иллюстрирует.
Для начала давайте вспомним, что такое газотурбинный двигатель. Это достаточно простой и в то же время очень эффективный двигатель непрерывного действия, преобразующий энергию сжатого воздуха в механическую работу на валу. На самом деле все немного сложнее.. порывы ветра раскручивают крылья мельницы.
Неудивительно, что газотурбинные двигатели намного старше обычных двигателей внутреннего сгорания. Еще в 17 веке принцип действия такого устройства был описан в Китае, а патент на газовую турбину зарегистрировал в 1791 году англичанин Джон Барбер. Надо признать, что до практического применения двигателей такого типа оставалось еще более века. Здесь необходимо отметить заслуги немецкого инженера Ганса Хольцварта. После многих лет экспериментов он построил полностью работоспособную газовую турбину, которая была установлена на сталелитейном заводе Тиссена в 1933 году. В качестве источника энергии она использовала выхлопные газы доменных печей.
Затем наступил период железнодорожных локомотивов, но, как позже выяснилось, основным спросом на газовые турбины стала авиация. Вторая мировая война дала огромный толчок развитию турбореактивных авиационных двигателей – прямых родственников газовой турбины. Уже во второй половине 40-х годов реактивные самолеты стали стремительно вытеснять турбовинтовые аналоги.
Преимущества газотурбинных двигателей перед поршневыми аналогами довольно многочисленны. Сюда относится небольшое количество подвижных элементов в конструкции, что соответственно определяет завидную надежность, высокий мощностной потенциал при малом весе, полное отсутствие вибраций и нетребовательность к качеству топлива. Короче говоря, даже странно, что "реактивные технологии" для автомобилей решили адаптировать только после Второй мировой войны.
Первым в мире автомобилем с газотурбинным двигателем является Rover JET1 1950 года выпуска. Чуть позже компания Boeing в качестве эксперимента установила турбину под капот седельного тягача Kenworth. Судьба этих проектов разная. Британцы потратили еще пятнадцать лет на доводку своего «реактивного автомобиля», но «Боинг» сдался гораздо раньше. Дорожные испытания газовой турбины Kenworth показали, что она медленнее и прожорливее своего дизельного аналога. Программа была быстро отменена.
Большой проект
Все это время специалисты General Motors изучали потенциал газотурбинных двигателей и ждали подходящего момента. Прежде чем проект газотурбинного автомобиля GM начал обретать форму, потребовался энтузиазм двух влиятельных людей и необходимость удивить публику.
Ведущими певцами были руководитель технического развития Уильям Турунен и вице-президент по дизайну Харли Эрл. Что ж, поводом послужила «Моторама» — так называлось когда-то знаменитое автошоу General Motors, проходившее в разных уголках Америки. Собственно автомобильный цирк-шапито, который разъезжал по стране и удивлял публику дизайном и технологиями. В январе 1954 года Motorama открылась красочным шоу в претенциозном отеле Walsdorf Astoria в Нью-Йорке. Именно там должен был быть запущен первый американский «реактивный автомобиль» или, по нашему мнению, «реактивный автомобиль» — GM Firebird XP-21.
По сути, янки создали самолет на колесах. Впрочем, ничего удивительного.
Харли Эрл, пионер американского автомобильного дизайна, всегда увлекался авиацией. Именно Эрл придумал хвостовые плавники для Кадиллаков, а его знаменитый концепт Buick Le Sabre 1951 года выглядел как истребитель времен Второй мировой войны. Но это была стилизация, сейчас речь шла о машине, оснащенной двигателем, проповедующим авиационные идеалы.
В то время Эрл восхищался конструкцией палубного истребителя Douglas F4D Skyray. А если посмотреть на Firebird XP-21 из трехчетвертного комплекта, то сходство самолета и автомобиля покажется просто поразительным.
Однако он мудро скопировал, а точнее, творчески переосмыслил Харли. Модель Firebird продувалась в аэродинамической трубе, поэтому крылья, воздухозаборники и хвостовой плавник здесь не для красоты. Кстати, если внимательно посмотреть на заднюю часть кузова, то можно увидеть активные аэродинамические элементы или просто закрылки, помогающие пилоту (слово водитель здесь, согласитесь, неуместно) тормозить с высоких скоростей. Какие именно? Подробнее об этом позже.
Кузовные панели из стеклопластика скрывают сварную трубчатую раму и главное блюдо проекта — расположенный в базе газотурбинный двигатель Allison Whirlfire Turbo-Power GT-302.
Как это работает?
Огромное «сопло» в задней части автомобиля может ввести в заблуждение, но Firebird не приводится в движение реактивным выхлопом, как самолет.
Газотурбинная силовая установка «реактивного автомобиля» «Джием» состоит из двух основных частей – так называемой секции газогенерации и секции генерации электроэнергии.
Сначала воздух поступает в компрессор, который трижды сжимает его, а затем направляется в двухсекционную камеру сгорания. При этом туда впрыскивается топливо, и с помощью свечей зажигания однократно воспламеняется рабочая смесь. После этого процесс горения не прекращается – свечи уже не нужны. Образовавшиеся в результате сгорания газы, нагретые до 815 градусов по Цельсию, раскручивают лопатки турбины, которые, в свою очередь, подают ток на другую крыльчатку – силовую, – связанную с редуктором. Схематически все это похоже на работу гидротрансформатора в АКПП, только вместо жидкости используется газ.
Скорость вращения газообразующей турбины — 26 000 об/мин, силовая турбина — 13 300. При этом Whirlfire Turbo-Power GT-302 развивал более чем впечатляющие 380 л.с., а весил, включая все элементы трансмиссии, около 350 л.с кг. По сравнению с поршневыми двигателями того времени соотношение массы и мощности было в три раза!
Крутость Firebird XP-21 не ограничивалась крутым двигателем. Как настоящая гоночная конструкция, автомобиль был оснащен независимой подвеской на двойных поперечных рычагах спереди и уникальной тормозной системой. Дело в том, что для более эффективного охлаждения тормозные барабаны разместили не внутри колес, а снаружи. Ну, мы уже упоминали об активных аэродинамических плоскостях, управляемых с помощью переключателей на руле.
В декабре 1953 года испытательная группа GM арендовала автодром Индианаполиса, где Firebird впервые взлетел. Опытный испытатель Эммет Конклин втиснулся в тесную кабину, но.. поездка оказалась короткой. Вот что говорит о запоминающемся эпизоде сам тестировщик.
"У Жар-птицы было всего две передачи: "быстрая" и "еще быстрее", - много позже вспоминал с улыбкой Эммет. - Поначалу все шло хорошо, машина разгонялась уверенно. Я ехал около 160 км/ч и переключился на вторую. И тут же начали бешено крутиться колеса, машину потянуло в сторону... Не буду врать - стало страшно, я подумала, что мне еще рано умирать, и сразу заглушила двигатель.
Крутящий момент газотурбинного двигателя явно превосходил двухступенчатую трансмиссию и, как оказалось, мастерство вождения господина Конклина.
Следующие испытания Firebird XP-21 были поручены профессиональному пилоту, многократному победителю Indy 500 Маури Розе. И опытный велосипедист не допустил ошибок. По некоторым данным, Mauri Firebird разгонялась до 370 км/ч! И это в середине 50-х...
Навести лоск
Короче говоря, 21 января, в день открытия Motorama 1954 года, «реактивный автомобиль» General Motors стал настоящей звездой. Бурное развитие реактивной авиации и начало космической гонки, казалось, не оставляли сомнений – уже через пару десятилетий все автомобили, как в фантастических рассказах, избавятся от примитивных поршневых двигателей и, возможно, даже научатся летать.
Неподдельный интерес зрителей автоматически дал добро на продолжение программы. Следующим шагом стал Firebird II – прототип, приближенный к реальности. Новый газотурбинный двигатель Allison GT-304 более компактен и чуть менее мощный – около 200 л.с. При этом кузов напоминал не самолет, а автомобиль. Хотя полностью избежать авиационной темы не удалось. Обратите внимание на большие хвостовые стабилизаторы, заостренный носовой обтекатель и полностью прозрачную крышу, напоминающую фонарь самолета. Вторая «Жар-птица» обзавелась полноценным четырехместным салоном, а внимание технических специалистов привлекли дисковые тормоза на всех колесах, встроенный компьютер с экраном на передней панели и корпус из титана. ! Страшно подумать, сколько это стоит.
Firebird II дебютировал на выставке Motorama в 1956 году, а три года спустя GM представила третью «Жар-птицу». Самый продвинутый из семейства, Firebird III был оснащен, помимо прочего, не только 220-сильным газотурбинным двигателем GT-305, но и небольшим двухцилиндровым двигателем внутреннего сгорания для питания различных внешних двигателей устройства на борту: от кондиционера до примитивной системы круиз-контроля.
Третья концепция имела такой же большой успех, как и две предыдущие. Более того, казалось, что «газотурбинная лихорадка» охватила автопром не на шутку. Форд также заинтересовался «реактивными автомобилями» и разместил заказ у Boeing. Ну а в середине 60-х компания Chrysler разработала, построила и распространила газотурбинный седан Chrysler Turbine, почти готовый к серийному производству пятидесяти счастливчикам для длительного испытания. Месяцы испытаний завершились вполне успешно.
Будущее, казалось, не только было у порога, но уже открыло дверь и собиралось войти в каждый дом. И поэтому энтузиазм автомобильных компаний по поводу «газотурбинных двигателей» начал стремительно угасать. Сначала GM и Ford, а затем и Chrysler без особой помпы отменили свои дорогостоящие проекты. Но почему?
Не будем торопиться
Всего за несколько лет инженерам компаний GM, Rover и Chrysler, которые больше других были увлечены «реактивными автомобилями», удалось решить большинство проблем, присущих газотурбинному двигателю. Таким образом, существенно снизился топливный аппетит (на последних версиях Rover T4 он составлял 11,7 л на 100 км, при максимальной скорости 180 км/ч и разгоне до сотни за 8 секунд), благодаря использованию тепла теплообменников, температура выхлопа снизилась, а реакция на «газ», наоборот, стала быстрее. Наконец, инженеры предложили решение даже такой, казалось бы, незначительной проблемы, как торможение двигателем – режим, не предусмотренный в штатной комплектации газотурбинного двигателя. При этом первоначальные преимущества газовых турбин никто не отменял. Они по-прежнему были легче поршневых двигателей, могли работать абсолютно на чем угодно — от бензина и керосина до спирта и текилы, не говоря уже об отсутствии вибрации и отличном мощностном потенциале. В начале 60-х годов многие специалисты не без оснований считали газовую турбину двигателем будущего с точки зрения экологии. Почему же тогда в суп по глупости бросили курицу, которая якобы несет золотые яйца?
Все просто и грустно одновременно. Как это ни абсурдно, газотурбинный двигатель просто оказался никому не нужен. Одно дело взять перспективную технологию, потратить несколько миллионов долларов и, получив заметный рекламный эффект, сказать: «Все, поиграем и хватит!» Совсем другое дело — восстановить устоявшуюся систему производства автомобилей. Запуск газотурбинных автомобилей на конвейер требует, прежде всего, налаживания серийного производства газотурбинных двигателей. А это большие деньги и еще больший риск. Что, если ставка на реактивные автомобили не сработает? Как можно тогда смотреть руководству в глаза? Парадоксально, но коммерческий успех «реактивных автомобилей» тоже может стать проблемой. Что же тогда делать с остальной частью производственного отбора? Списывать потери ради технического прогресса как такового? Нет, ребята...
В идеальном мире газотурбинный двигатель, вероятно, победил бы поршневой двигатель. Но когда решения в крупнейших автомобильных (и не только автокомпаниях) принимают бухгалтеры, а не инженеры и конструкторы, на настоящую техническую революцию рассчитывать нельзя.
Больше интересных статей здесь: Новости.
Источник статьи: Aвто Mail.