Газотурбинные автомобили в крупной серии

[Nicsamarsci]

Известно что в середине прошлого века некоторые автопроизводители экспериментировали с установкой газотурбинных двигателей на различные авто, например Крайслер и получались довольно интересные характеристики. Машины получались быстрыми и относительно простыми. Сгубил их высокий расход топлива на переходных режимах и несоответствие экологическим нормам. Итак представим что было найдено какое то техническое решение избавится от этих недостатков и авто с ГТД стали серийными, хотя бы в нише спортивных авто, как бы они могли быть устроены?

[Nicsamarsci]

https://5koleso.ru/articles/istoriya-avto-brendov/operedivshij-vremya-kak-chrysler-postroil-fantasticheskij-turbine-car-i-chto-s-nim-stalo/

[sanitareugen]

Преимущества газотурбинных двигателей
1. Очень высокое отношение мощности к весу, по сравнению с поршневым двигателем;
2. Перемещение только в одном направлении, с намного меньшей вибрацией, в отличие от поршневого двигателя.
3. Меньшее количество движущихся частей, чем у поршневого двигателя.
4. Меньшее давление в двигателе.
5. Высокая скорость вращения.
6. Низкое потребление смазочного масла.
7. Низкие требования к качеству топлива. ГТД потребляют любое горючее, которое можно распылить: газ, нефтепродукты, органические вещества и пылеобразный уголь.

Недостатки газотурбинных двигателей
1. Стоимость намного выше, чем у аналогичных по размерам поршневых двигателей, поскольку материалы применяемые в турбине должны иметь высокую жаростойкость и жаропрочность, а также высокую удельную прочность. Машинные операции также более сложные;
2. Как правило, имеют меньший КПД, чем поршневые двигатели, особенно при частичной нагрузке.
3. Задержка отклика на изменения настроек мощности.

Достоинство (1) куда важнее в авиации, чем в автомобилестроении. (5) для автомобиля скорее недостаток, усложняя коробку передач, в отличие от самолёта. (3) и (4) облегчают жизнь конструктора, но не использующего данный двигатель. Снижение вибрации (2) полезно, но в автомобиле мощность не столь высока, чтобы вибрация была главной проблемой (как на немецких "карманниках", которых на полном мощности дизелей немилосердно трясло). Расход масла (6) менее существенен в плане расходов, чем расход топлива. Многотопливность (7) весьма важна для военных применений, но в "гражданке" лучше сэкономить на двигателе, чем обеспечить возможность ехать на том, что тылы подвезли или взяли трофеем.

Недостаток (1) важен для всех автомобилей, кроме разве-что небольшого числа спортивно-престижных. Недостаток (2) вообще сделает турбину неприменимой везде, кроме опять же спорта. Недостаток (3) может быть несущественен для гибрида, но гибриды рекламируются, как "экономичные", что резко конфликтует с недостатком (2).

Изменено 30 April пользователем sanitareugen

[Nicsamarsci]

Гибриды это кстати очень толковый вариант, можно использовать ГТД в паре с компактным электромотором и аккумулятором, это подошло бы и для спортивных авто. То есть для распространение турбо автомобилей нужно более ранее внедрение гибридных технологий.

[de_Trachant]

ГТД - это в первую очередь совершенно адский шум, вернее, высокочастотный свист. 61 проект не даст соврать.

[Nicsamarsci]

Глушитель можно поставить, заодно он будет теплообменником, именно так кажется тот Крайслер был устроен

[digger]

1. Очень дорого, потому или танк, или суперкар.
2.Плохо работает при маленьких размерах из-за аэродинамических потерь, потому для суперкара - не очень. На поезд или семитрейлер - нет смысла ставить, там не надо экономить вес. На больших судах - реал, в частности на многих круизных лайнерах и военных кораблях, там профит в том, что двигатель - очень большой, и потому экономичен на уровне дизеля, и унифицирован с авиационным, не надо заново разрабатывать.

 

[Nicsamarsci]

Возможно тут помогли бы какие нибудь нанотехнологии которые позволили бы сделать производство турбин дешевле, сейчас ведь турбокомпрессоры производят миллионами.

[Нкоро_]

Возможно тут помогли бы какие нибудь нанотехнологии которые позволили бы сделать производство турбин дешевле

Не самих турбин, а подшипников и силовой электроники. Не помешало бы и производство мощных магнитов без дорогого и редкого неодима.

В принципе уже есть мини-турбины которые по габаритам и КПД можно было бы ставить на гибридные тягачи. Но они выдают переменный ток высокой частоты, который надо сначала преобразовать в постоянный для зарядки буферных батарей, потом из постоянного в переменный произвольной частоты для подачи на мотор. То есть у нас дорогая турбина с малым ресурсом по циклам, дорогой генератор, дорогая электроника. 

500кВт ШИМ в размерах помещающихся на автомобиль, а не на карьерный самосвал или тепловоз, это довольно нетривиальная штука. Подшипники которые обеспечат гашение вибрации от асфальта (про бездорожье и не говорю) и обеспечат миллионы циклов запуска, еще дороже.

[Nicsamarsci]

500 кВт это довольно маленькая турбина, вертолетный двигатель такой мощность весит не более 100 кг. Впринципе в суперкар какой нибудь вроде Бугатти можно ГТД поставить и на 2000 л.с, даже дешевле чем ДВС выйдет наверно.

[de_Trachant]

Как-нибудь почитайте историю газотурбинного "Лотуса"

[Nicsamarsci]

Читал, весьма интересно 

[dragon.nur]

представим что было найдено какое то техническое решение избавится от этих недостатков

Это не альтернатива, а фэнтези, причём низкопробное. 

[sanitareugen]

Теоретически ГТД может иметь К.П.Д. выше, поскольку выше температура нагревателя, так что теоретический максимум, К.П.Д. цикла Карно выше. Однако с отходящими горячими газами уходит слишком много энергии, так что в реальности он существенно ниже. Это была причина отказа от автомобилей с ГТД даже в эпоху дешёвой нефти, тем более сейчас. Спортивные строились, целых две модели, одна из них едва не выиграла престижную гонку, обгоняя ближайшего соперника на круг, но за три круга до финиша сломалась КПП. После чего в правила внесли уточнения, автомобили с ГТД к гонкам не допускались. То есть ниша совсем сужается. "Спортивные для соревнований" нельзя, так что только "спортивные для понтов". А для массовых авто повышение расхода топлива сравнительно с дизелем почти на четверть крайне нежелательно. Ставя регенератор, подогревающий воздух после компрессора, повышаем К.П.Д. почти до дизельного, но всё же не дотягиваем. Но стоимость растёт. Это употребительно, например, на скоростных военных кораблях, установка получается дорогая и с малым ресурсом, но компактная и с меньшей массой, чем дизель равной мощности. Получить К.П.Д. выше дизельного, используя ГТД можно - перейдя к двухступенчатой генерации, газы от турбины греют паровой котёл, а он питает вторую турбину, паровую. Масса соответственно растёт, но К.П.Д достигает 52% (у дизеля - 45%). Инерционность никуда не девается, лишь усиливается, то есть нужен гибрид, соответственно аккумуляторы и их (а также генераторов и моторов) масса.

В общем, автомобиль с двумя двигателями - внутреннего и внешнего сгорания и электропередачей с аккумуляторами в принципе возможен, но преимущества "компактного и мощного ГТД" как-то скукоживаются.

[Nicsamarsci]

ГТД мог бы ещё стать альтернативой роторно-поршневым моторам, так как по расходу и удельной мощности они примерно одинаковы но ГТД обладает большим ресурсом.

[dragon.nur]

но ГТД обладает большим ресурсом

но цена РПД раз этак в несколько пониже. 

[digger]

 Танк с 2-мя двигателями дизель и ГТД был : STRV-103.

[Nicsamarsci]

Для авто будет лучше ГТД+ 1-2 электромотора и батареи

[sanitareugen]

Но расход топлива вырастет примерно на четверть. Это если "просто ГТД", не газопаровая.

[dragon.nur]

газопаровая

 COSAG в автомобиле это из разряда как бы ещё так вы...бнуться и никуда не ехать :-)

[Canis Dirus]

COSAG в автомобиле это из разряда как бы ещё так вы...бнуться и никуда не ехать :-)

Ну, злые языки утверждают, что БМВ в нулевые пытались (правда, не COSAG, а COGAS). Но кончилось, явно, как всегда.

[digger]

https://www.gevernova.com/gas-power/industries/cruise-lines

Type: GE LM2500. Power: 19,700 kW. Speed: 3,600 RPM. Specific Fuel Consumption: 237 g/kWh.

https://en.wikipedia.org/wiki/Wärtsilä-Sulzer_RTA96-C

Wärtsilä-Sulzer RTA96-C. Brake specific fuel consumption 171 g/(kW·h)

38% разницы

 

 

 

[digger]

>используя ГТД можно - перейдя к двухступенчатой генерации, газы от турбины греют паровой котёл, а он питает вторую турбину, паровую. 

  Лучше поршневую, у нее приемистость лучше. На светофоре газовая турбина имеет нулевой КПД и греет котел, при старте КПД плохой и газы греют в основном тоже котел, но интенсивно, паровой двигатель разгоняет машину, а потом раскручивается турбина. В 1930-е годы паровые автомобили стоили как самолет, такая конструкция - для миллионеров с причудами.Но в наше время не имеет смысла, против электродвигателя и литиевых батарей сливается, потому - 50-е годы.

[dragon.nur]

... БМВ в нулевые пытались (правда, не COSAG, а COGAS)

COBAS тогда уж, паровой довесок на  поршневой бенз. Да, было и ничем не закончилось.

[digger]

Лучников  не  готовил  свою машину специально к гонкам, не вносил в нее
никаких ухищрений, как делает большинство гонщиков. Его "турбо-питер" и  без
этого  был едва ли не уникален, новинка и гордость автоконцерна "Питер-авто"
в Джанкое. Прошлой весной была выпущена малая  партия,  не  более  полусотни
штук,  разослана  по всему миру перед началом рекламной кампании. Все важные
узлы аппарата были запломбированы престижной фирмой, даже масло предлагалось
сменить только после первых ста тысяч  верст  пробега.  Конечно,  в  прежние
времена Лучников не удержался бы и влез в брюхо своему "турбо", но сейчас он
иногда  с  горечью думал, что в принципе ему и на гонку-то эту наплевать, не
будь она нужна СОСу, он ее бы даже и не заметил: он изменился,  он  думал  о
себе  прежнем  почти  как  о другом человеке, очарование, возникшее весной в
Коктебеле, больше не возвращалось к нему, как много  он  потерял  и  что  он
приобретает  взамен - силу, власть, решимость? Грош этому цена по сравнению
с единым мигом прошлого очарования.