Газотурбинный двигатель своими рукам

Установка турбонаддува

Многие водители очень часто сталкиваются с проблемой недостаточной мощности двигателя. Особенно часто вопросом об увеличении мощности задаются владельцы отечественных машин, например марки ВАЗ, или старых иномарок. Как ни странно, один из лучших решений на сегодняшний день остается установка турбонаддува. Данный апгрейд, конечно, увеличит потребление бензина, но и мощность мотора возрастет в разы. К тому же нет никакой необходимости обращаться в сервисный центр или на СТО, эту систему вполне возможно установить своими руками.

1. Что такое турбонаддув?
2. Процесс самостоятельной установки турбонаддува
3. Вывод

Назначение турбины и ресурс

Работа турбонагнетателя направлена на увеличение потока подаваемого воздуха в камеру сгорания. Это приводит к более полному и быстрому сгоранию топлива, в результате чего на нужных режимах двигатель дает большую отдачу. Конструкторам не приходится увеличивать рабочий объем двигателя, проводит сложную техническую модернизацию.

Используют турбонаддув как на дизельных моторах, так и с бензиновыми агрегатами. Большую эффективность при этом демонстрируют как раз дизеля. Это связано с высокой степенью сжатия у агрегата на дизельном топливе и меньшим числом оборотов при работе. В последнее время перспективным называют газотурбинный двигатель, который уже разработан для тракторов, грузовых авто.

С учетом высоких затрат на ремонт, владельцы стремятся как можно дольше сохранить работоспособность турбокомпрессора. Увеличение ресурса напрямую связано с пониманием особенностей работы турбинного нагнетателя. Крыльчатка начинает работу с первых секунд пуска мотора, а останавливается несколькими секундами позже остановки коленчатого вала. При малых оборотах двигателя давление выхлопных газов не позволяет раскручивать турбину. Включение происходит с ростом оборотов, и у движка словно открывается второе дыхание.

Изначально ресурс нагнетателя не уступает аналогичным показателям самого мотора. Преждевременный выход из строя турбины связан с высокими температурными нагрузками, высокой скоростью вращения.

Принцип работы

В основе строения турбированного двигателя лежит вал, который крутится при помощи тяги компрессора и нагнетает быстрым вращением воздух, сжимая его и направляя из статора. Попав в более свободное пространство, воздух сразу же начинает расширяться, пытаясь обрести привычное давление, но в камере внутреннего сгорания он подогревается топливом, что заставляет его расшириться еще сильней.

Единственный путь для выхода воздух под давлением — выйти из крыльчатки. С огромной скоростью он стремится на свободу, направляясь в противоположную от компрессора сторону, к крыльчатке, которая раскручивается мощным потоком, и начинает быстро вращаться, придавая тяговой силы всему движку. Часть полученной энергии начинает вращать турбину, приводя в действие компрессор с большей силой, а остаточное давление освобождается через сопло двигателя мощным импульсом, направленным в хвостовую часть.

Чем больше воздуха нагревается и сжимается, тем сильней нагнетаемое давление, и температура внутри камер. Образовываемые выхлопные газы раскручивают крыльчатку, вращают вал и дают возможность компрессору постоянно получать свежие потоки воздуха.

Виды газотурбинных двигателей

По своему строению данные агрегаты разделяются на четыре типа. Первый из них это турбореактивный, его в большинстве своем устанавливают на военные самолеты, обладающие высокой скоростью. Принцип работы заключается в том, что газы, выходящие на большой скорости из мотора, через сопло толкают самолет вперед.

Другой тип — турбиновинтовой. Его устройство от первого отличается тем, что он имеет еще одну секцию турбины. Данная турбина составлена из ряда лопаток, которые забирают остаток энергии у газов, прошедших через турбину компрессора и благодаря этому осуществляют вращение воздушного винта.

Винт может располагаться как в задней части агрегата, так и в передней. Отходящие газы выводятся через выхлопные трубы. Такой реактивный аппарат оснащается на самолетах, летающих на низкой скорости и на малой высоте.

Третий тип — турбовентиляторный, который похож по своей конструкции на предыдущий двигатель, но у него 2-я турбинная секция забирает энергию у газов не полностью и поэтому подобные движки также обладают выхлопными трубами.

Главная особенность такого двигателя в том, что его вентилятор, закрытый в кожух, работает от турбины низкого давления. Поэтому движок называют еще 2-х контурным, поскольку воздушный поток проходит через агрегат, являющейся внутренним контуром и через свой внешний контур, необходимый только лишь для направления потока воздуха, который толкает мотор вперед.

Самые новейшие самолеты оборудованы именно турбовентиляторными двигателями. Они эффективно функционируют на большой высоте, а также отличаются экономичностью.

Последний тип — турбовальный. Схема и устройство газотурбинного двигателя этого типа почти такая же, как и у прошлого движка, но от его вала, который присоединен к турбине, приводится в действие практически все. Чаще всего его устанавливают в вертолеты, и даже на современные танки.

Достоинства и недостатки газотурбинных двигателей

Если 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 система охлаждения 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 починить, 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 лютый мороз. 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.

Тысяча градусов под капотом: как появились и почему вымерли газотурбинные легковушки?

Благодаря бесспорным успехам мощных газотурбинных силовых агрегатов они давным-давно вытеснили поршневые двигатели из многих смежных отраслей хозяйства и воздушного транспорта. Что же касается легковых автомобилей, то «газотурбинная эйфория», родившаяся вскоре после Второй мировой войны, через двадцать с небольшим лет тихо и навсегда скончалась, оставив истории лишь несколько единичных образцов столь необычной техники.

Это незаметное для мировой автомобильной индустрии событие выглядело тем более странным, что создание самоходных повозок с газотурбинными устройствами началось ещё в конце XVII века, и в дальнейшем, вплоть до 1950-х годов, их неспешно доделывали, превратив в особые компактные «моторы» для транспортных нужд. Примером уникальной самодвижущейся древности с такого рода «двигателем» считается тележка с паровым котлом, которую в 1672 году изобрёл фламандский миссионер и учёный Фердинанд Вербист. Его идея заключалась в направлении струи горячего пара на горизонтальное колесо с лопатками, приводившее в движение два передних колеса.​

Макет самоходной повозки Фердинанда Вербиста с древним прообразом газотурбинной установки

Так что же это за уникально простой, компактный и мощный газотурбинный двигатель (ГТД) в одновальном исполнении для легковушек? В обобщенной конструктивной схеме он снабжался радиальным компрессором, засасывавшим воздух в камеры сгорания, куда впрыскивалось недорогое жидкое топливо. При воспламенении горючей смеси раскаленные газы раскручивали как компрессор-нагнетатель воздуха, так и тяговую турбину с шестеренчатым редуктором, понижавшим число оборотов до значения, приемлемого для привода колес автомобиля.

Упрощенная схема автомобильного ГТД: 1 — компрессор, 2 — тяговая турбина, 3 — турбина компрессора

Газотурбинные автомобили компании Rover

Первый в мире газотурбинный автомобиль Rover Jet-1 удивлял всех прохожих в Лондоне. 1950 год

Опробование второго более мощного турбоавтомобиля Rover Jet-1. 1952 год (фото R. Gerelli)

Публичная демонстрация автомобиля Jet-1 сопровождалась шумной рекламной кампанией (фото R. Gerelli)

Презентация Jet-1 состоялась в марте 1950 года. Через два года начались испытания модернизированного варианта с 230-сильной турбиной Т-8. Такой ГТД отличался плавностью работы, но слишком высокая рабочая температура потребовала применения редких и дорогих материалов, а расход авиационного керосина достигал 50 литров на 100 километров.

Единственная сохранившаяся машина Rover Jet-1 образца 1950 года в лондонском Музее науки (фото автора)

В 1956 году фирма Rover вернулась к ГТД второго поколения с новой 100-сильной турбиной 2S/100 и теплообменником производства компании British Leyland. Ее смонтировали в задней части полноприводного автомобиля Т-3 с двухместным стеклопластиковым кузовом на сварной раме с алюминиевыми усилителями и дисковыми тормозами. Максимальная скорость достигала 170 км/ч, расход топлива сократился до 22 литров, но в то время компания уже не могла выделить крупных средств на продолжение этих работ.

Испытания уникального полноприводного концепт-кара Rover T-3 с задней установкой ГТД. 1956 год

Газотурбинный автомобиль-купе T-3 в экспозиции Heritage Motor Centre в Гайдоне

Несмотря на огромные расходы, в 1961-м появилась переднеприводная легковушка Т-4 с 140-сильным агрегатом 2S/140 переднего расположения и четырехместным несущим кузовом для будущей серийной модели Rover-2000. Она стала самой быстроходной дорожной машиной с ГТД (около 200 км/ч) и с места до «сотни» разгонялась за восемь секунд.

Фото 1. Последняя газотурбинная машина компании Rover с кузовом, созданным для серийной модели Rover-2000

Дополнением к серии Т-4 был удлиненный приземистый спортивный вариант Rover-BRM с задним приводом и двухместным кузовом купе, созданный совместно с фирмой BRM. До середины 1970-х он служил престижным и дорогим дорожным автомобилем и участвовал в крупных международных автогонках.

Престижный дорожный вариант спортивного автомобиля Rover-BRM с газовой турбиной. 1965 год

Газотурбинный уникум FIAT

Спортивная газотурбинная машина FIAT Turbina в Museo dell’ Automobile di Torino. 1954 год

Автомобиль FIAT Turbina с задним силовым агрегатом и автоматической трансмиссией модели 8001

Главной особенностью 300-сильного ГТД заднего расположения была особая трансмиссия модели 8001, автоматически регулировавшая рабочие режимы компрессора и тяговой турбины. При этом свежий воздух засасывался спереди и подавался к заднему компрессору по центральному тоннелю.

При желании на этой схеме можно разглядеть всю «механическую мельницу» машины FIAT Turbina

Автомобиль получил стальную трубчатую раму и независимую подвеску всех колес со стабилизаторами поперечной устойчивости. После испытаний и демонстрации на Туринском автосалоне в нём выявили множество недостатков, и дальнейшие работы пришлось прекратить.

«Огненные птицы» от корпорации General Motors

Известный дизайнер Харли Эрл во главе своего «огненного семейства» уникальных автомобилей Firebird

В декабре 1953 года с первой экспериментальной газотурбинной машиной Firebird XP-21 (Firebird I) сразу же произошел конфуз: ее приняли за поставленный на четыре больших колеса одноместный реактивный истребитель с короткими крылышками, хвостовым стабилизатором и задним соплом.

Странное авиационно-автомобильное сочетание по-американски — концепт-кар Firebird XP-21. 1953 год

Нелетающий истребитель GM Firebird XP-21 со спрятанным в корпусе ГТД и декоративным оперением

Но, присмотревшись, под стеклопластиковым кузовом можно было увидеть 380-сильный ГТД GT-302 компании Allison, весивший около 350 кг и разгонявший бутафорский самолет до 370 км/ч. Он снабжался по-автомобильному независимой подвеской и внутренними тормозными барабанами.

Необычный газотурбинный автомобиль-самолет Firebird I в экспозиции GM Heritage Center

Через три года был представлен более строгий четырехместный вариант Firebird II (XP-43) с новым ГТД GT-304 в 200 сил при рабочем режиме 25 тысяч оборотов в минуту и дисковыми тормозами. На этот раз он был похож на гоночный автомобиль с передним остроконечным обтекателем и упрятанными в него фарами, небольшими боковыми крыльями, прозрачной крышей-фонарём и хвостовым оперением. В отличие от первенца его напичкали мелкими оригинальностями: двухсекционные двери, бортовой компьютер, блок автоматического переключения световых приборов.

Второй газотурбинный вариант Firebird II, напоминавший рекордно-гоночный автомобиль. 1956 год

Харли Эрл с удовольствием позирует у своего уникального газотурбинного детища GM Firebird II

Вскоре за ним появилась третья приземистая шестиметровая «сказочная огненная птица» Firebird III (XP-73) с 225-сильным двигателем GT-305 и самолетным фонарём, ощетинившаяся всеми своими стеклопластиковыми кузовными панелями и ножевидными кромками дверей, крыльев и всевозможных хвостов. Для питания бортовых систем, кондиционера и круиз-контроля служил миниатюрный бензиновый движок в 10 сил.

Третий газотурбинный уникум Firebird III с уймой полезных и бесполезных крыльев и крылышек. 1958 год