Малогабаритный газотурбинный двигатель, сделанный на 3D-принтере. Малогабаритный газотурбинный двигатель


Газотурбинные двигатели — DRIVE2

Газотурбинными двигателями оснащаются реактивные самолеты, вертолеты, наконец, танки (вспомните наш Т-80). Но чтобы такой мотор ставился на грузовики и автобусы? А между тем еще недавно газовую турбину рассматривали как альтернативу дизелю! И вот что из этого получилось.Мне повезло: я был свидетелем расцвета и заката cамых последних в мире газотурбинных грузовика и автобуса! Их дебют состоялся в уже далеком 1995 году на Парижском салоне грузовиков. Помнится, тогда французы очень боялись террористов, дотошно досматривая сумки при входе в каждый павильон.У концепт-трака Chevrolet Turbo Titan III вместо руля стояли два мини-штурвала.Так вот: там под переливающимися полосами света красовались экспериментальные Volvo — грузовик ECT (Environmental Concept Truck, «экологически чистый концепт-трак») и ECB (то же, только Bus, «автобус»). Их появление было равносильно тому, если бы посреди Парижа приземлились две летающие тарелки!У обоих — обтекаемые обводы (грузовику специально придали сходство с дельфином), невиданные тогда фонари со светодиодами, видеокамеры вместо зеркал заднего вида, активная подвеска (причем передняя — независимая), дисковые тормоза с АБС (не забывайте: это была середина девяностых), дисплей вместо щитка приборов. И главное — гибридный привод, где колеса крутил электромотор, а ток для него вырабатывала газовая турбина, соединенная с генератором.В музее Volvo хранятся «концепты» Парижского салона 1995 года — грузовик и автобус с гибридным газотурбинно-электрическим приводом.Цитирую Энциклопедический словарь юного техника: «Газотурбинные двигатели, ГТД, в частности работают на современных самолетах (реактивные двигатели). Воздух в ГТД сжимается компрессором и подается в камеру сгорания, в которую вводится жидкое топливо или горючий газ. Нагретый сжатый газ вращает турбину. Часть своей работы турбина отдает компрессору, сжимающему воздух, а часть — потребителю: электрогенератору, винту или реактивной струе на самолете, колесу автомобиля и т.д. Благодаря хорошей экономичности, компактности, надежности и большой мощности турбины практически вытеснили паровые машины из мировой энергетики».оложим, насчет экономичности составители словаря явно погорячились, зато насчет всего остального, особенно компактности — чистая правда! Неудивительно, что у Volvo ECT двигатель удалось разместить под рамой, рядом с батареей аккумуляторов, — а питаться он должен был натуральным газом или даже этанолом.Тогдашняя статья в Авторевю об этих машинах заканчивалась так: «Жаль, что красавцы, на создание которых затрачено 15 миллионов немецких марок и 18 месяцев кропотливого труда, закончат свой век где-нибудь на задворках экспериментального цеха. В лучшем случае они попадут в заводской музей».

Я как в воду глядел. Обе машины действительно попали в музей Volvo, где я их недавно видел в очередной раз. В одном из залов навечно припаркован автобус, за стеной, припав на «брюхо» (под днище еле пролезают два пальца!), притулился грузовик со «спущенной» подвеской. Грустная картина. Но — закономерная, и сейчас станет понятно, почему.Двигатель был разработан аэрокосмическим подразделением Volvo AeroНачало историиТеперь давайте перенесемся в 1950 год, в Москву, где по широким улицам раскатывают Победы, ЗИМы, грузовые «газоны». А на прилавках книжных магазинов лежит книга известного конструктора и дизайнера Юрия Аароновича Долматовского «Повесть об автомобиле». Откроем?

ИзображениеТурбина занимала так мало места, что казалось, будто у тягача Kenworth нет двигателя! (1950 г.)

«Все более определенно вырисовывается облик будущего автомобиля. Все в нем стройно, закономерно. Двигатели отличаются от прежних, как небо от земли. Это турбинки величиной с телефонный аппарат, они питаются дешевыми сортами топлива…»

Утопия? Для советских конструкторов тех лет — да. Но «американская военщина» к тому времени уже полным ходом вела адаптацию аналога реактивного двигателя Boeing к наземной технике!

Испытания решили проводить в гражданских условиях, и в том же 1950 году Boeing совместно с фирмой Kenworth успешно инсталлировали под капот магистрального тягача 175-сильную газовую турбинку. Весила она всего 200 фунтов (91 кг) — в тринадцать раз меньше, нежели дизель аналогичной мощности. А места занимала столько, что казалось, будто под капотом двигателя нет вовсе!В архиве журнала Life сохранились снимки той машины: особенно впечатляют кадры со снятым носовым оперением, сделанные на шоссе. Наверняка встречные водители сворачивали шеи в изумлении: «Что за диво? Грузовик едет без мотора!» А уж что творилось в местах остановки машины — словами не описать: фотограф запечатлел толпы водителей, разглядывающих диковинку.Изображение«Что это под капотом? Турбина? Невероятно!»

Забавно, что в истории компании Kenworth говорится, что испытания якобы проходили «с наглухо закрытым моторным отсеком» и «в обстановке полной секретности»!

Газотурбинный Kenworth пересек США с севера на юг, затем некоторое время работал на коммерческих перевозках, курсируя по западному побережью, между Сиэтлом и Лос-Анджелесом. Но испытания, увы, провалились. Прежде всего, рейс длился на пять-шесть часов дольше, нежели с обычным дизельным тягачом: газотурбинный очень медленно разгонялся, сильно дымил, а выжим педали сцепления был настоящим мучением (при том, что у старых «американцев» сцепление и без того тугое). Но главное, турбина пожирала топливо так, словно это был не тягач, а стратегический бомбардировщик: расход равнялся миле на галлон, или же 235 л/100 км!

Неудивительно, что проект был свернут, тем более что Kenworth и армия к тому времени переключились на разработку «атомного тягача» для транспортировки баллистических ракет. О газовой турбине, казалось, забыли, но ненадолго.

Турбинная лихорадкаВ шестидесятых годах «турбинная лихорадка» вспыхнула в Штатах с новой силой. Компании начали строить настоящие «грузовики будущего», оборудованные такими двигателями, и наиболее известным среди них стал Ford Big Red («большой красный») 1964 года. Экспериментальный 30-метровый автопоезд состоял из тягача и двух трейлеров, а его экипаж чувствовал себя словно в самолете. В кабину вели выдвижная лесенка с электроприводом и дверь с пневмоприводом, водитель восседал за пультом, в оснащение входили кондиционер, холодильник, микроволновка и телевизор. Невиданное явление по тем временам! 600-сильная турбина лихо разгоняла 77-тонный состав, и звук двигателя был точь-в-точь самолетным. Одной заправки (тысяча литров солярки) хватало примерно на столько же километров, то есть расход равнялся 100 л/100 км. Немало, но, учитывая впечатляющую массу, вполне закономерно.ИзображениеТурбина Boeing была в тринадцать раз легче тогдашнего дизеля

Изображение«Грузовики будущего» 1964 года: Chevrolet Bison (две его турбины расположены над кабиной)…

Изображение…и Ford Big Red. Хорошо видны пульт управления и выдвижная лесенка

В том же году на Всемирной ярмарке в Нью-Йорке концерн General Motors показал совсем уж фантастический грузовик — четырехосный Chevrolet Bison с приплюснутой кабиной. Ни дать ни взять космический аппарат! Да еще с двумя турбинами общей мощностью в 1000 л.с. (они располагались прямо над кабиной): одна, 300-сильная, работала постоянно, а при разгоне и на подъемах к ней подключалась вторая, 700-сильная. А знаете, как здесь был устроен грузовой отсек? Задняя двухосная тележка пристыковывалась к ведущей «голове» (то есть грузовик был переднеприводным!), а в пространстве между осями располагались обтекаемые контейнеры.

Но разработчики и сами понимали, что сотворили нечто невероятное, а потому в следующем году построили более традиционный с виду автопоезд — Turbo Titan III. Здесь турбина развивала всего 280 л.с., зато уже была проверенной (ее разработка длилась 15 лет, и за три года до Титана она испытывалась на обычном тягаче.)

Впрочем, Turbo Titan III тоже поражал своими решениями: достаточно сказать, что коробка передач была автоматической, фары выдвигались из жабр-воздухозаборников по бокам стеклопластиковой кабины, а руль заменяли… два мини-штурвала на «космической» консоли. Как с их помощью управляли тягачом — ума не приложу!

Кроме того, Turbo Titan III стал первым в мире грузовиком, на котором стояло стереофоническое радио FM с четырьмя динамиками. А еще тут был — вы не поверите! — мобильный телефон. В 1965 году!

Но одними грузовиками дело не закончилось: в редакции хранится статья из журнала Popular Science за 1969 год о газотурбинном автобусе RTX, Rapid Transit Experimental. Вот что в ней написано.

«Хотели бы вы завернуть за угол дома и поехать на работу с первоклассным комфортом, как в реактивном лайнере Boeing? Едете в тишине, которую нарушает только свист турбины, идете по мягкому ковру, слушаете стереофоническую музыку, вдыхаете кондиционированный воздух. И это — реальность!» Далее автор статьи пишет: «У автобуса только две педали, одна для тормозов с масляным охлаждением (еще одна новинка), другая для 280-сильной турбины. Разгон плавный, без рывков, двигатель работает тише обычного, на ходу автобус не шатает, а кварцево-йодные лампы освещают дорогу почти на километр вперед. Вы спросите: когда RTX появится на автобусной остановке? Это может произойти уже через пять лет».

Справедливости ради упомянем бескапотные тягачи, не отличимые с виду от серийных, под стандартными кабинами которых скрывалась турбина. Тот же General Motors создал тягач GMC Astro 95 Gas Turbo Special, а Freightliner построил аж десять опытных образцов.

В таком виде «газотурбинный вирус» проник и в Европу. Больше всех «баловались турбинами» англичане: только Leyland построил три образца (очень динамичных, но столь же прожорливых), свою машину создал европейский Ford. Существовал даже «турбоMAN» с двумя здоровенными выхлопными трубами за кабиной. Их наличие неудивительно: температура и количество выхлопных газов турбины намного больше, нежели у поршневого двигателя.ИзображениеЭкспериментальный MAN отличался здоровенной выхлопной системой за кабиной

При этом все фирмы мечтали, что однажды им удастся разрешить существующие проблемы — и вот тогда-то турбина, легкая, компактная и долговечная, придет на смену дизелю.

За «железным занавесом»Помните давнюю книгу Долматовского? Сказка стала былью в 1959 году, когда на базе автобуса ЗИС-127 был построен опытный ТурбоНАМИ-053. Его турбина была почти в два раза мощнее, нежели дизель (350 л.с. против 180 л.с.), и разгоняла автобус до фантастических 160 км/ч. Представляете — по тогдашним-то дорогам? Но автобус вскоре прозвали «пожирателем топлива». Нетрудно догадаться, почему!

Тем не менее работы продолжались, и в 1970 году Госкомитет по науке и технике утвердил план внедрения таких моторов: к нему были подключены ГАЗ, МАЗ, МоАЗ, БелАЗ и КрАЗ. В Горьком было создано семейство газотурбинных двигателей ГАЗ-99 мощностью до 250 л.с. — и начались эксперименты.ИзображениеТаким в 1950 году советские конструкторы представляли автомобиль с турбиной

ИзображениеПервый автомобиль с ГТД в нашей стране — ТурбоНАМИ-053 (1959 г.) Рисунок Александра Захарова

Еще за год до принятия «газотурбинного плана» БелАЗ создал 120-тонный самосвальный автопоезд с могучей турбиной из Ярославля (она развивала 1200 л.с.), а в 1973 году был построен первый газотурбинный МАЗ. Коллега Алексей Воскресенский, работавший в НАМИ, видел одну из тех минских машин — седельный тягач — в начале девяностых: «Она стояла под деревом, двигатель завели пару раз — ветки и засохли. Жар от вертикальной выхлопной трубы был ого-го каким!»ИзображениеПервый в СССР газотурбинный грузовик — БелАЗ-549В грузоподъемностью 120 т (1969 г.)

На КрАЗе вначале хотели поставить турбину на древний самосвал КрАЗ-256 с «деревянной» кабиной, но мощность двигателя была слишком мала, к тому же он просто не влез бы под капот. Советская турбина — это вам не американская! К тому же ей требовался громоздкий понижающий редуктор: вал вращался со скоростью аж 35 тысяч об/мин, чего не выдержала бы ни одна трансмиссия.

Но к тому времени завершились испытания КрАЗа-260 с «железной» кабиной, ГАЗ довел мощность агрегата до 350 л.с., финансирование проекта взяло на себя Министерство обороны (что неудивительно). Поскольку подходящих сцепления и коробки передач в СССР не было, их купили в Венгрии — и в итоге на свет появился монстр, названный КрАЗ-Э260Е. Его капот был длиной едва ли не с половину кузова!Изображение

Вначале конструкторы обрадовались: двигатель весил вдвое меньше, нежели привычный ЯМЗ, выхлоп был чище в 3—6 раз, расход топлива на номинальных режимах… Нет, не выше, а на целых 20% ниже, чем у дизеля.

Известно, что машина прошла 2500 км, а больше всего хлопот доставляла венгерская трансмиссия: как указано в книге по истории завода, «она не выдерживала никакой критики».

В 1976 году был построен второй экземпляр уже с нормальным оперением: агрегат удалось сделать более компактным. В то же время мощность была увеличена еще на 10 л.с., а расход топлива в установившемся режиме был совсем скромным — в 1,4 раза меньше, нежели у дизеля.

ИзображениеДлинноносый КрАЗ-Э260Е был построен в 1974 г.

ИзображениеВторой экземпляр, уже с обычным оперением — КрАЗ-2Э260Е (1976 г.)

ИзображениеДвигатель ГАЗ-99ДМ в моторном отсеке КрАЗа-Э260Е

А вот на переходных режимах (разгон—торможение) турбина пожирала солярку со страшной силой. Теперь понятно, почему газотурбинный двигатель отлично зарекомендовал себя в промышленных установках: им же не надо постоянно разгоняться и тормозить! К этой проблеме добавились и другие, вполне закономерные: динамика оставляла желать лучшего, трансмиссия постоянно ломалась. На этом кразовские эксперименты завершились.Изображение

Зато военные еще долго пытались приспособить турбину «под себя»: ведь с 1976 года на вооружении стоял газотурбинный танк Т-80! Поэтому еще в 1978 году в Минске был построен опытный шестиосный МАЗ-547Э, а настоящим апофеозом «газотурбинной» темы стали два шасси 1985 года — МАЗ-7907 с ужасающей габаритной длиной 30 м и не менее ужасающей колесной формулой 24х24. У этих гигантов поворачивались колеса восьми осей (с первой по четвертую и с девятой по двенадцатую), модернизированный танковый ГТД развивал 1250 л.с., вращая генератор, который вырабатывал ток для электромоторов на каждом колесе, а грузоподъемность равнялась 150 т — при том, что само шасси весило 66 т.ИзображениеРакетовозы МАЗ-7907 были, пожалуй, самыми тяжелыми «газотурбинниками» в мире. Сейчас от них осталась груда металлолома

Как утверждают историки, комплекс называли «наш ответ Рейгану»: на него должна была монтироваться баллистическая ракета (представляете, каких габаритов?) комплекса Целина-2. Но пока шли испытания, холодная война закончилась, и единственное, что удалось одному из монстров, — через десять лет после постройки, в 1995 году, перевезти 40-метровый и 100-тонный корабль из Борисова на озеро Нарочь.

Говорят, оба экземпляра до сих пор стоят на территории МЗКТ, но уже в виде огромной груды металлолома, в которой с трудом можно различить несостоявшуюся гордость ракетчиков…_____________________________________________________________________________________________— Итак, уважаемый адвокат: что вы скажете в защиту газотурбинного двигателя?

— О, у него масса преимуществ перед дизелем! Помимо уже упомянутых массы и габаритов ГТД заметно тише и лишен вибраций (ведь здесь нет поршней, ходящих вверх-вниз). «С места в карьер» ГТД способен развить полный крутящий момент — и, если бы не слишком высокие обороты, ему бы не нужна была коробка передач. Он неприхотлив: может работать и на дешевой «соляре», и на керосине, и на газу — в общем, на всем, что горит.

Газовая турбина экологична — благодаря тому, что потребляет в четыре раза больше воздуха, нежели дизель. Ей не требуется громоздкой системы охлаждения, при низких температурах она лучше запускается, и чем ниже температура, тем выше ее удельные мощность и КПД. Наконец, она почти не требует обслуживания: ей не надо менять масло и количество изнашивающихся деталей сведено к минимуму.

— Судья, ваше слово!

— Все это так. Но один-единственный недостаток, расход топлива, сводит на нет все преимущества. И потому приговор — вечная ссылка из автомобилестроения в другие области транспорта и энергетики.

История завершилась? Как ни странно, нет — поскольку в США существует фирма, называющаяся Turbine Truck Engines. Как утверждается на интернет-сайте фирмы, за десять лет ею создано пять «грузовых» газотурбинных двигателей-прототипов (последний, 540-сильный — в 2007 году). Правда, ни одного грузовика с таким мотором не построено, да и фотографий агрегатов нет: существуют ли они на самом деле?

Тем не менее в январе прошлого года активные «турбинщики» даже посетили Китай, чтобы «передать туда свои передовые технологии». Но можем заверить читателей: ни китайских, ни каких-либо иных газотурбинных грузовиков уже не будет. Никогда.

www.drive2.ru

Малогабаритный газотурбинный двигатель, сделанный на 3D-принтере: dambiev

Российский Фонд перспективных исследований 27 июня 2016 года сообщил, что он и Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) ведут совместные исследования по созданию перспективных металлопорошковых материалов и разработке аддитивных технологий производства сложнопрофильных деталей машин и механизмов. С этой целью на базе ВИАМ создана и действует лаборатория Фонда, обеспеченная самым передовым техническим и технологическим оборудованием.

На прошлой неделе ученым удалось организовать и успешно провести демонстрационный эксперимент по подтверждению работоспособности малогабаритного газотурбинного двигателя, узлы и агрегаты которого изготовлены из разработанных совместно с ВИАМ металлопорошковых композиций и режимов аддитивного производства.

Малогабаритный газотурбинный двигатель, узлы и агрегаты которого изготовлены из разработанных Фондом перспективных исследований совместно с ВИАМ металлопорошковых композиций и режимов аддитивного производства (с) Фонд перспективных исследований

Такой эксперимент прошел на территории нашей станы впервые. Ранее с использованием аддитивных технологий удавалось изготавливать лишь отдельные детали двигательных установок, не подверженные высоким нагрузкам. В эксперименте ФПИ и ВИАМ участвовал двигатель в целом.

«В целом мы довольны полученным по итогам эксперимента результатом, который можно назвать промежуточным для того объема работ, который запланирован у нас совместно с ВИАМ. Очевидно, что мы будем и дальше совместно работать по развитию в нашей стране аддитивных технологий, в направлении расширения номенклатуры сопутствующих материалов, а также создания собственных, не имеющих мировых аналогов, установок 3-D печати», - отметил по завершении эксперимента заместитель генерального директора ФПИ – руководитель направления химико-биологических и медицинских исследований Александр Панфилов.

Малогабаритный газотурбинный двигатель, узлы и агрегаты которого изготовлены из разработанных Фондом перспективных исследований совместно с ВИАМ металлопорошковых композиций и режимов аддитивного производства (с) Фонд перспективных исследований

dambiev.livejournal.com

«Газотурбинный двигатель напечатали на принтере» в блоге «Перспективные разработки, НИОКРы, изобретения»

И сделал это совсем молодой человек — Григорий Шанин, выпускник МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Этот двигатель стал настоящим открытием четвертого дня работы МАКС-2017, хотя, казалось бы, все новинки уже показали в первые три дня работы авиасалона. Просто двигатель привезли на авиасалон только сегодня, в первый день массовых посещений.

Изготовленный с применением аддитивных технологий двигатель демонстрируется в павильоне С3 в рамках большой экспозиции «Сделано в Москве».

Как сказал Григорий Шанин, он не пытался сделать двигатель лучше конкурентов — а ими сегодня являются поляки и чехи, которые уже много лет на этом рынке. Он пошел другим технологическим путем, и его подход оказался эффективным.

Речь идет о малогабаритных ГТД. В нашей стране их, увы, не выпускают, покупают у тех же поляков и чехов. Двигатели, существующие на рынке, имеют высокий расход топлива и низкий ресурс — менее пяти часов работы. Выпускаются они по обычным технологиям. Первым в мире решил такой двигатель напечатать именно Григорий Шанин. И ему это удалось.

На сегодняшний день разработан прототип газотурбинного двигателя, на котором отработаны технологические моменты аддитивного производства. Естественно, не все удалось напечатать. К примеру, лопатки и вращающиеся части турбины изготовлены классическим методом. Тем не менее, 70% всего ГТД получены методом послойного синтеза. Прочностные испытания деталей показали, что они выдерживают все нагрузки, характерные для газотурбинных моторов небольшой мощности.

Двигатель, разработанный и собранный Шаниным, имеет максимальную для своего типоразмера удельную тягу, значительно более низкий расход топлива и более высокую надежность.

Самое удивительное в создании двигателя на базе аддитивных технологий, наверное, то, что он уже нашел своего производителя. На Григория Шанина обратили внимание, и сделал это Росатом.

Накануне открытия МАКС-2017 Госкорпорация Росатом в седьмой раз провела финал Турнира молодых профессионалов ТЕМП-2017. В нем участвовали 120 студентов и 45 специалистов предприятий, отобранных дивизионами Росатома.

Разработку Григория Шанина, выпускника бакалавриата «Бауманки» по специальности «управление робототехническими системами», компетентное жюри во главе с гедиректором Росатома — Алексеем Лихачевым признало безоговорочным лидером турнира.

По оценке вице-президента по развитию бизнесов общепромышленной деятельности АО «ТВЭЛ», входящего в Росатом, Андрея Андрианова, «газотурбинная установка, разработанная Григорием Шаниным, может быть востребована на мировом и российском рынках беспилотников. Готовый прототип, который представляется на МАКС-2017, по сравнению с конкурентами, обладает на 40% улучшенной топливной эффективностью и в 10 раз увеличенным ресурсом работы». Это очень высокая оценка крупного руководителя и специалиста.

Стоит отметить, что на Новоуральской промышленной площадке топливной компании «ТВЭЛ» сейчас создается первый в России промышленный 3D-принтер. Поэтому проблем с выбором производства, способного печатать газотурбинные моторы, не будет. Руководство «ТВЭЛ» пообещало молодому специалисту максимальную поддержку.

Малогабаритные ГТД имеют большой коммерческий потенциал. Они могут использоваться как в военных разработках, так и в гражданской сфере. И замечательно, что такие моторы мы теперь можем не закупать за границей, а производить собственными силами.

sdelanounas.ru

Малогабаритный газотурбинный двигатель, сделанный на 3D-принтере » BESTlivejournal

Российский Фонд перспективных исследований 27 июня 2016 года сообщил, что он и Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) ведут совместные исследования по созданию перспективных металлопорошковых материалов и разработке аддитивных технологий производства сложнопрофильных деталей машин и механизмов. С этой целью на базе ВИАМ создана и действует лаборатория Фонда, обеспеченная самым передовым техническим и технологическим оборудованием.

На прошлой неделе ученым удалось организовать и успешно провести демонстрационный эксперимент по подтверждению работоспособности малогабаритного газотурбинного двигателя, узлы и агрегаты которого изготовлены из разработанных совместно с ВИАМ металлопорошковых композиций и режимов аддитивного производства.

Малогабаритный газотурбинный двигатель, узлы и агрегаты которого изготовлены из разработанных Фондом перспективных исследований совместно с ВИАМ металлопорошковых композиций и режимов аддитивного производства (с) Фонд перспективных исследований

Такой эксперимент прошел на территории нашей станы впервые. Ранее с использованием аддитивных технологий удавалось изготавливать лишь отдельные детали двигательных установок, не подверженные высоким нагрузкам. В эксперименте ФПИ и ВИАМ участвовал двигатель в целом.

«В целом мы довольны полученным по итогам эксперимента результатом, который можно назвать промежуточным для того объема работ, который запланирован у нас совместно с ВИАМ. Очевидно, что мы будем и дальше совместно работать по развитию в нашей стране аддитивных технологий, в направлении расширения номенклатуры сопутствующих материалов, а также создания собственных, не имеющих мировых аналогов, установок 3-D печати», - отметил по завершении эксперимента заместитель генерального директора ФПИ – руководитель направления химико-биологических и медицинских исследований Александр Панфилов.

Малогабаритный газотурбинный двигатель, узлы и агрегаты которого изготовлены из разработанных Фондом перспективных исследований совместно с ВИАМ металлопорошковых композиций и режимов аддитивного производства (с) Фонд перспективных исследований

Взято: bmpd.livejournal.com

уникальные шаблоны и модули для dle

bestlj.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 двигатель

В 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 Ren

Тем 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-X75

Поскольку 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 H600

Решить 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

Малогабаритный газотурбинный двигатель, сделанный на 3D-принтере

Российский Фонд перспективных исследований 27 июня 2016 года сообщил, что он и Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) ведут совместные исследования по созданию перспективных металлопорошковых материалов и разработке аддитивных технологий производства сложнопрофильных деталей машин и механизмов
С этой целью на базе ВИАМ создана и действует лаборатория Фонда, обеспеченная самым передовым техническим и технологическим оборудованием. На прошлой неделе ученым удалось организовать и успешно провести демонстрационный эксперимент по подтверждению работоспособности малогабаритного газотурбинного двигателя, узлы и агрегаты которого изготовлены из разработанных совместно с ВИАМ металлопорошковых композиций и режимов аддитивного производства.

Такой эксперимент прошел на территории нашей станы впервые. Ранее с использованием аддитивных технологий удавалось изготавливать лишь отдельные детали двигательных установок, не подверженные высоким нагрузкам. В эксперименте ФПИ и ВИАМ участвовал двигатель в целом.

«В целом мы довольны полученным по итогам эксперимента результатом, который можно назвать промежуточным для того объема работ, который запланирован у нас совместно с ВИАМ. Очевидно, что мы будем и дальше совместно работать по развитию в нашей стране аддитивных технологий, в направлении расширения номенклатуры сопутствующих материалов, а также создания собственных, не имеющих мировых аналогов, установок 3-D печати», — отметил по завершении эксперимента заместитель генерального директора ФПИ – руководитель направления химико-биологических и медицинских исследований Александр Панфилов.

Видео приложение

mother-russia.org

БМП с газотурбинным двигателем для Арктики

Минобороны определилось с тактико-техническими требованиями для перспективной боевой машины пехоты (БМП) с газотурбинным двигателем. Этими машинами будут оснащаться мотострелковые бригады в Заполярье. Информированный источник в Главном автобронетанковом управлении (ГАБТУ) Минобороны сообщил «Известиям», что первые эскизные проекты и конструкторская документация должны появиться в течение 2013 года.

«Работы по «Рыцарю» уже начались на «Курганмашзаводе». Газотурбинная БМП — принципиально новое изделие для нас, поэтому неизбежны сложности. А главная проблема — в создании малогабаритного газотурбинного двигателя. Во всем мире они существуют только в опытных экземплярах, а мы планируем для серийных машин», — сказал источник.

В газотурбинном двигателе продукты сгорания топлива вращают турбину, а не поршень, что увеличивает мощность, снижает шумность и вибрацию, а заодно повышает расход топлива из-за низкого по сравнению с поршневыми двигателями коэффициента полезного действия.

Перспективная БМП пока известна под шифром опытно-конструкторской работы «Рыцарь». По всей видимости, она будет габаритнее и тяжелее современных БМП-3 — более 20 т против 18,7 т. Двигатель создается в Калужском опытном бюро моторостроения. Собеседник пояснил, что газотурбинными двигателями оснащаются отечественные танки Т-80 и американские танки «Абрамс», однако для БМП они не подходят.

«БМП меньше размерами и легче танков, много места под двигатель и трансмиссию выделить нельзя, так как основное внимание уделяется отделению для перевозки личного состава. У калужан есть определенные успехи, разглашать которые рано», — продолжил офицер ГАБТУ.

По информации из оборонно-промышленного комплекса (ОПК), базовый двигатель уже готов, но мощность ниже проектной. Для 20-тонного «Рыцаря» необходим мотор как минимум 400 л.с., согласно отечественному нормативу 22 л.с. на тонну веса. В Калуге обещают создать двигатель через 2–2,5 года, и ему найдется применение и в гражданской промышленности.

Офицер ГАБТУ считает естественным выбор газовой турбины для арктической БМП. В поршневых бензиновых и дизельных двигателях при температурах ниже минус 10 начинают замерзать расходные жидкости. При минус 40 они работают нестабильно, говорит он.

Второй довод: приполярный регион слабо заселен, между военными базами и населенными пунктами большие расстояния. Боевые машины должны быть более автономными, чем в южных широтах, со всеми признаками «дома на гусеницах» с просторным десантным отделением. Одновременно необходимо учитывать возросшую мощь современных противотанковых средства, а значит, машина должна иметь усиленное бронирование и активные системы защиты.

Огромную и тяжелую БМП с большим энергопотреблением вывезет только особо мощный двигатель. То есть газотурбинный, резюмирует собеседник «Известий». Двигатель стабильно запускается и работает даже в минус 50.

Высокий расход топлива будет компенсирован электрической трансмиссией. В ней усилие от двигателя передается не напрямую на гусеницы, а в генератор, который приводит в действие электродвигатели, вращающие ведущие колеса, поделился с изданием представитель ОПК. По его словам, проблем с электрической трансмиссией нет, ее технология уже отработана отечественными оружейниками.

Однако газотурбинные двигатели нравятся далеко не всем военным. Так, многие офицеры служб материально-технического обеспечения, с которыми пообщался корреспондент «Известий», отстаивают «старый добрый дизель».

«В Арктике он не так уж и плох. 200-я мотострелковая бригада в Печенге оснащена испытанными МТЛБ (многоцелевой транспортер легкий бронированный). Если аккумуляторы заряжены и вообще машина обслуживается как положено, то дизеля легко запускаются в любой мороз. «Рыцарь» со своей электрической трансмиссией, генератором, электродвигателями, турбиной является очень сложной в эксплуатации машиной. Кто и где подготовит специалистов для нее, как ремонтировать в полевых условиях? На Т-80 турбинами занимаются специальные заводские бригады, а что будет с «Рыцарем»?» — спрашивает один из строевых техников.

Высокопоставленный представитель ОПК в свою очередь назвал газотурбинный двигатель идеальным для низких температур. «В нем используются подшипники качения, а в поршневых двигателях подшипники скольжения. Если вкратце, то первым в замерзшем состоянии не нужна значительная энергия для проворачивания, а вторым — нужна. Не случайно, что большая часть военной техники у нас оснащена котлами-подогревателями», — пояснил он.

Арктический регион занимает особое место в планах Минобороны. В прошлом году там прошли масштабные морские учения с боевой стрельбой и высадкой морского десанта, активно ведет себя Дальняя авиация и Главное управление глубоководных работ (ГУГИ) со знаменитым подводным аппаратом «Лошарик».

/Алексей Михайлов, izvestia.ru/

army-news.ru