По принципу мельницы
Общественное мнение о прогрессе в автомобилестроении часто поляризовано. Одни верят, что технологии развиваются стремительно, другие утверждают, что настоящего прорыва не было уже много лет. Истина, как обычно, где-то посередине, и яркой иллюстрацией этого служит история автомобилей с газотурбинными двигателями (ГТД).
Для начала разберемся, что такое газотурбинный двигатель. По своей сути, это достаточно простой, но эффективный двигатель непрерывного действия, который преобразует энергию сжатого и нагретого воздуха в механическую работу на валу. Принцип его работы можно сравнить с ветряной мельницей, где порывы ветра раскручивают лопасти.
Интересно, что сама идея газотурбинного двигателя значительно старше привычного нам двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Еще в XVII веке подобный принцип был описан в Китае, а первый патент на газовую турбину получил англичанин Джон Барбер в 1791 году. Однако путь от идеи до практического применения занял более века. Ключевую роль здесь сыграл немецкий инженер Ганс Хольцварт. После долгих экспериментов ему удалось создать полностью работоспособную газовую турбину, которую в 1933 году установили на сталелитейном заводе Тиссена, где она использовала выхлопные газы доменных печей.
Позже газовые турбины нашли применение на железной дороге, но настоящий расцвет технологии наступил с развитием авиации. Вторая мировая война дала мощный импульс для создания турбореактивных авиадвигателей — близких родственников газовой турбины. Уже к концу 1940-х годов реактивные самолеты начали уверенно вытеснять поршневые и турбовинтовые модели.
Преимущества ГТД перед поршневыми двигателями очевидны: малое количество движущихся частей (а значит, высокая надежность), высокая удельная мощность при небольшом весе, практически полное отсутствие вибраций и способность работать на различных видах топлива. Учитывая все это, кажется удивительным, что автопроизводители всерьез задумались об адаптации «реактивных» технологий для автомобилей лишь после Второй мировой войны.
Первенцем стал британский Rover JET1, представленный в 1950 году. Немного позже компания Boeing в экспериментальном порядке установила турбину на седельный тягач Kenworth. Судьбы этих проектов сложились по-разному. Rover потратил еще полтора десятилетия на доводку своей машины, а Boeing свернул программу гораздо раньше, когда дорожные испытания показали, что газотурбинный Kenworth проигрывает дизельному аналогу и в скорости, и в экономичности.
Американская мечта: проект Firebird
В это время в General Motors внимательно изучали потенциал ГТД, выжидая подходящего момента для своего проекта. Чтобы он обрел форму, потребовался энтузиазм двух влиятельных людей и необходимость поразить публику.
Этими людьми были руководитель технического развития Уильям Турунен и вице-президент по дизайну Харли Эрл. А поводом послужило грандиозное автошоу General Motors под названием «Моторама» — настоящий автомобильный цирк, колесивший по Америке и демонстрировавший самые смелые дизайнерские и технологические идеи. В январе 1954 года на открытии Motorama в нью-йоркском отеле Waldorf Astoria и должен был дебютировать первый американский «реактивный автомобиль» — GM Firebird XP-21.
По сути, это был самолет на колесах, и в этом не было ничего удивительного.
Харли Эрл, легенда американского автодизайна, всегда был увлечен авиацией. Именно он придумал хвостовые плавники для Cadillac, а его концепт Buick Le Sabre 1951 года напоминал истребитель времен войны. Но если раньше это была лишь стилизация, то Firebird воплощал авиационные идеалы на уровне техники — он был оснащен соответствующим двигателем.
Вдохновением для Эрла послужил палубный истребитель Douglas F4D Skyray. Если взглянуть на Firebird XP-21 сбоку, сходство с самолетом становится поразительным. Однако это была не слепая копия, а творческая переработка. Форма автомобиля была выверена в аэродинамической трубе, поэтому крылья, воздухозаборники и хвостовой плавник выполняли практические функции. Даже на задней части кузова были размещены активные аэродинамические элементы — закрылки, которые помогали пилоту (да, здесь уместнее именно это слово) тормозить на высоких скоростях.
Под стеклопластиковыми панелями кузова скрывалась сварная трубчатая рама и сердце проекта — расположенный в базе газотурбинный двигатель Allison Whirlfire Turbo-Power GT-302.
Принцип работы газотурбинного автомобиля
Огромное «сопло» сзади может ввести в заблуждение, но Firebird не приводился в движение реактивной струей, как самолет.
Силовая установка «реактивного автомобиля» от GM состояла из двух основных модулей: секции газогенератора и силовой секции.
Сначала воздух сжимается в компрессоре, затем попадает в камеру сгорания, куда впрыскивается топливо. Смесь поджигается свечами зажигания, после чего процесс горения становится непрерывным. Раскаленные до 815°C газы раскручивают лопатки турбины, которая, в свою очередь, приводит во вращение силовую турбину, связанную с редуктором. Принцип чем-то схож с работой гидротрансформатора в АКПП, только вместо жидкости используется поток газа.
Газогенератор вращался с невероятной скоростью в 26 000 об/мин, а силовая турбина — 13 300 об/мин. Двигатель Whirlfire Turbo-Power GT-302 выдавал впечатляющие 380 л.с., а его масса вместе с элементами трансмиссии составляла около 350 кг. По соотношению массы и мощности он превосходил лучшие поршневые двигатели того времени в три раза!
Инновации Firebird XP-21 не ограничивались двигателем. Как и подобает гоночному прототипу, автомобиль получил независимую подвеску на двойных поперечных рычагах спереди и уникальную тормозную систему: для лучшего охлаждения тормозные барабаны вынесли наружу, за пределы колес. Управление активными аэродинамическими плоскостями осуществлялось с помощью переключателей на руле.
В декабре 1953 года на автодроме Индианаполиса состоялись первые испытания. Пилот-испытатель Эммет Конклин вспоминал: «У Жар-птицы было всего две передачи: „быстрая“ и „еще быстрее“. Поначалу все шло хорошо, но после переключения на вторую передачу на скорости около 160 км/ч колеса бешено закрутились, машину потащило в сторону... Мне стало страшно, и я сразу заглушил двигатель». Мощный крутящий момент ГТД явно превосходил возможности двухступенчатой трансмиссии.
Следующие испытания доверили профессиональному гонщику, многократному победителю «Инди-500» Маури Роузу. Опытный пилот справился с задачей, и, по некоторым данным, Firebird разогнался до невероятных 370 км/ч — фантастический показатель для середины 1950-х.
Эволюция концепции
21 января 1954 года Firebird XP-21 стал сенсацией Motorama. На фоне бурного развития реактивной авиации и начала космической гонки многим казалось, что через пару десятилетий примитивные поршневые двигатели уйдут в прошлое, уступив место передовым газовым турбинам.
Успех первой модели дал зеленый свет программе. Следующим шагом стал Firebird II — прототип, более приближенный к реальному автомобилю. Новый двигатель Allison GT-304 был компактнее и развивал около 200 л.с. Дизайн тоже стал менее «самолетным», хотя авиационные мотивы (большие стабилизаторы, заостренный нос, прозрачная крыша-фонарь) остались. Firebird II получил четырехместный салон, дисковые тормоза на всех колесах, встроенный компьютер с дисплеем и даже кузовные панели из титана.
Firebird II дебютировал в 1956 году, а в 1959-м публике представили самую продвинутую версию — Firebird III. Помимо 220-сильного газотурбинного двигателя GT-305, эта машина имела небольшой двухцилиндровый ДВС, который питал вспомогательные системы: кондиционер, усилители и даже примитивный круиз-контроль.
Успех концептов GM подстегнул интерес конкурентов. Ford также заказал разработку у Boeing, а Chrysler в середине 1960-х создал, построил и даже раздал для испытаний 50 газотурбинных седанов Chrysler Turbine почти серийного вида. Испытания прошли успешно, и будущее казалось предрешенным.
Казалось, будущее уже стучится в дверь. Однако затем энтузиазм автогигантов по отношению к ГТД стал стремительно угасать. Сначала GM и Ford, а затем и Chrysler без лишнего шума свернули свои дорогостоящие проекты. Что же пошло не так?
Торможение прогресса: экономика против технологий
За несколько лет инженерам GM, Rover и Chrysler удалось решить большинство технических проблем ГТД. Удалось значительно снизить расход топлива (например, у Rover T4 он составлял 11.7 л/100 км), улучшить реакцию на педаль газа, снизить температуру выхлопа. При этом все первоначальные преимущества — легкость, многотопливность, плавность работы и мощность — сохранились. В начале 1960-х многие эксперты считали газовую турбину экологичным двигателем будущего. Почему же проект забуксовал?
Ответ одновременно прост и печален. Как ни парадоксально, газотурбинный двигатель в итоге оказался никому не нужен. Одно дело — вложить несколько миллионов в перспективную технологию, получить громкий рекламный эффект и остановиться. Совсем другое — перестраивать под нее всю устоявшуюся систему автомобильного производства.
Запуск газотурбинных автомобилей в серию потребовал бы налаживания массового производства самих двигателей. Это огромные инвестиции и колоссальные риски. А что, если ставка на «реактивные» автомобили не сработает? Более того, даже их коммерческий успех создал бы проблемы, поставив под вопрос будущее остального, традиционного модельного ряда. Списывать гигантские мощности ради прогресса как такового? На такие жертвы корпорации, где решения все чаще принимали бухгалтеры, а не инженеры, были не готовы.
В идеальном мире, где решения диктует инженерная мысль, газотурбинный двигатель, возможно, и одержал бы победу над поршневым. Но в реальном мире крупного бизнеса настоящая техническая революция часто уступает место коммерческой целесообразности. Так газотурбинная мечта 1950-х осталась красивым, но нереализованным экспериментом.
Больше интересных статей здесь: Новости.
Источник статьи: Aвто Mail.
