Золотая эпоха 50-60-х годов XXв. в автомобилестроении
История автомобилестроения – это рассказ о постоянно растущем комфорте. Мягкие сиденья, гибкая подвеска, постоянно увеличивающийся уровень автономности. Прогресс идет постоянно, и вот уже шумный двигатель внутреннего сгорания начинает постепенно уступать место тихому и неприхотливому электродвигателю. Но более 60 лет назад, в автомобилестроении, был разработан еще один альтернативный вариант двигателя – гозотурбинный.
В первой половине 20 века, авиа и автомобилестроение не просто развивались интенсивно и параллельно, они постоянно обменивались друг с другом опытом и технологиями. Ну а когда в 50-х годах авиация устремилась в небо с помощью реактивных двигателей, автомобильные инженеры начали активные разработки автомобилей применяющих газовую турбину в качестве силовой установки.
Что такое газовая турбина?
В первую очередь — более простой, по сравнению с поршневым, двигатель. Основная часть — вал (или валы) с компрессорным и турбинным колесами. Первое сжимает воздух и подает его в камеру сгорания, куда впрыскивается топливо. Расширяясь, горючая смесь вращает турбинное колесо. Часть энергии турбина отдает компрессору, остальная идет на осуществление движения — в виде реактивной струи, привода винта, колеса, другого механизма.
В 50-60-х годах прошлого века топливо стоило дёшево, экологические требования были не слишком жесткими, а оптимизма у конструкторов было хоть отбавляй, тем более у газотурбинных установок были свои несомненные плюсы – вес, размер, отсутствие вибрации и системы охлаждения, характерной для поршневых моторов. На бумаге и в концепции инженеров газотурбинные двигатели выглядели как перспективное будущее, но, как сейчас мы видим, этого не случилось.
Так что же пошло не так?
История газотурбинных автомобилей началась не в США, а в Англии, когда в 1950г. в Великобритании появился автомобиль Rover JET1, работа над которым началась еще в 1946г. сразу после окончания Второй мировой войны. В 1954-м свой «турбинный» автомобиль появился у Fiat. Тогда же опыты с газовой турбиной вели фирмы Citroen, Hotchkis, Laffly.
Разработки Chrysler
Вскоре Европу начали догонять и США. Американские автопроизводители увидели потенциал реактивной мощности для своих автомобилей. Считалось, что реактивные турбины более плавно ведут себя на всех скоростях, у них гораздо меньше движущихся частей, они могут работать на разных видах топлива и что всё это обеспечит превосходную экономию топлива по сравнению с поршневыми двигателями.
В 50 и 60-е годы 20-го века, в эпоху космических гонок и Холодной войны, первые усилия по разработке газотурбинных автомобилей предпринял Chrysler. В 1954 году вышел в свет первый прототип - Plimuth Belvedere Turbine Special, газотурбинный двигатель которого, на тот момент, являлся настоящим прорывом. Он включал регенератор, который использовал горячие выхлопные газы во многом наподобие турбонагнетателя (турбонаддув), что приводило к снижению температуры выхлопных газов и резкому снижению расхода топлива по сравнению со стандартными газотурбинами. Ни у одного другого автопроизводителя не было ничего подобного. GM, Ford, FIAT и Rover к этому времени имели турбины, но ни одна из них не имела возможности регенерации и, таким образом, потребляла топливо в неприемлемых объемах, помимо выделения большого количества тепла выхлопных газов. В 1958г и в 1961. вышло уже второе и третье поколение газотурбинных двигателей, где Chrysler значительно дорабатывал и совершенствовал силовой агрегат.
Первое небольшое серийное производство автомобилей началось в 1963 году, когда был выпущен Chrysler Turbine Car с газотурбинным двигателем четвертого поколения. Ведущим дизайнером этого автомобиля был знаменитый Элвуд Энгель, нанятый из компании Ford. А ответственным инженером по исследованиям и разработкам ГТД являлся Джордж Хюбнер, благодаря которому это направление получило новое развитие.
Турбина четвертого поколения Chrysler выдавала мощность в 130 лошадиных сил. Этот двухвальный газотурбинный двигатель имел два теплообменника, благодаря чему температура выхлопных газов снизилась до 250 градусов. Двигатель получился легче предшественника на 18 кг, но растерял 10 л.с. Инженеры проделали несколько уловок в этой первой серийной газотурбинной машине. Силовой агрегат был размещен в амортизирующем быстросменном блоке, который также включал трансмиссию и переднюю подвеску. Один насос обслуживал двигатель, трансмиссию, гидроусилитель руля, но моторное масло как таковое не использовалось, поскольку трансмиссионная жидкость выполняла все необходимые смазочные функции. Один очень интересный момент заключается в том, что в трехступенчатой коробке передач не было преобразователя крутящего момента, функцию преобразователя взяли на себя вращающиеся лопасти самого двигателя. При всём этом ускорение у автомобиля было прогрессивное, очень плавное, но не слишком быстрое, а сам двигатель мог потреблять в качестве топлива - бензин, дизельное топливо, керосин и даже арахисовое масло.
Еще одной особенность было то, что кузова Chrysler Turbine изготавливались в итальянском ателье Carrozzeria Ghia, после чего отправлялись в США, где проходила окончательная сборка и окраска машины. Вот только такой логистический маневр удорожал и без того недешевый автомобиль.
К концу 60-х годов Chrysler разработал турбину 5 и 6-го поколения и планировал увеличить серийное производство новой модели, но массовое серийное производство так и не было запущено.
Что же убило проект?
В середине 60-х в США ужесточился закон о загрязнении воздуха и, конечно же, газотурбинные двигатели абсолютно не вписывались в нормы по углекислому газу и содержанию окислов азота. Еще одним отрицательным фактором являлся большой расход топлива, особенно в городском режиме. Более того, у компании Chrysler начался экономический спад, тогда как для массового серийного производства газотурбинных автомобилей требовались большие инвестиции.
В 1972г. у Chrysler была еще одна попытка рестарта программы турбинных двигателей, когда был разработан газотурбинный двигатель 7-го поколения, но и она не получила должного развития. Эпоха гозотурбинных двигателей в автомобилестроении закончилась поражением и окончательным закрытием программы, а все наработки прошлых лет Chrysler продолжил внедрять в своём военном подразделении для армии США.
Разработки Ford и Chevrolet
Еще одним направлением газотурбинных двигателей были программы по созданию тяжелых тягачей на турбинной тяге. 60 лет назад в этом направлении активно поработали Ford и GM. Гонка в создании современного тяжелого тягача на турбине, у этих двух автомобильных монстров, вылилась в интереснейшую битву, итогом которой были уникальные разработки, которые должны были произвести революцию в сфере грузоперевозок.
В 50-60-е года в США активно начала развиваться система автомагистралей между штатами, поэтому Ford и GM сразу сделали акцент на тяжелую технику в программе разработки газотурбинных двигателей.
Конечно, можно подумать, что турбинный двигатель плохо подходит для тягача(полуприцепа) из-за его чрезвычайно высоких рабочих оборотов и большого расхода топлива. Однако, если уменьшить турбинный двигатель и использовать недорогое топливо, то можно получить двигатель с высоким крутящим моментом, который будет работать дешевле, тише и намного плавнее, чем любой дизельный двигатель. По крайней мере, такая была теория у инженеров.
Ford и GM потратили годы на разработку своих турбинных двигателей, начиная с конца 1940-х годов, и к середине 60-х годов Ford был первым на рынке грузовиков с массивным функциональным прототипом под названием Big Red.
Официальное название у концепта было Ford Gas Turbine Truck, но все его называли просто Big Red (Большой Красный).
Представленный в Нью-Йорке на "Всемирной выставке" 1964 года вместе с совершенно новым Ford Mustang, Big Red был невероятно огромным по размеру: в высоту 4 метра, а в длину целый 31 метр. При этом полная масса с прицепом составляла 77 тонн. Он определенно был длиннее и тяжелее , чем любой полуприцеп или тандем-прицеп, который вы сегодня встретите на дороге. Чтобы перевозить свои массивные двухместные прицепы на крейсерской скорости 115 км в час, он имел 600-сильный турбовинтовой двигатель, который Ford называл 705, подключенный к пятиступенчатой автоматической коробке передач Allison для привода тандемных осей.
705 двигатель первоначально был разработан для военных СШA с задумкой, что это будет хорошая силовая установка для такой техники, как танки, минные тральщики и небольшие морские корабли, но позже он был адаптирован для использования в тягаче Big Red.
Но инновационные инженерные технологии не ограничились одним лишь двигателем. Грузовик стал одним из первых в мире в котором получила применение пневматическая подвеска, а его подвесная кабина была первой в своём роде, до этого таких разработок никто не делал. Этот тягач был реальной разработкой из будущего.
Помимо механических инноваций, интерьер тягача был также очень интересным. Big Red предназначался для перевозки грузов на дальние расстояния, поэтому кабина была рассчитана на экипаж из двух водителей. Турбинный двигатель был также подключен к 1200 литровому топливному баку, чтобы обеспечить дальность пробега в 960км.
Чтобы избежать усталости водителя и сократить время в пути, в кабине была оборудована кухня с дозаторами напитков, холодильником и даже разогревающейся духовкой. Кроме того, имелся мусоросжигательный туалет. В то время как один водитель был за рулем, другой мог бездельничать в салоне, вздремнуть или даже посмотреть телевизор, который был виден только с пассажирского сиденья.
В середине 60-х годов тягач проехался в рамках промотура по нескольким крупным городам США, также Ford активно использовал его в рекламе своего нового Ford Mustang, и на этом, собственно, история этого уникального концепта закончилась. Конечно же, Ford понимал, что проект Big Red не был осуществим для массового производства из-за тех же проблем по стоимости и эффективности, которые обрекли турбинные автомобили кануть в Лету.
Разработки Сhevrolet(GM)
Помня о концепциях своих конкурентов в Дирборне, GM также была занята разработкой собственной программы газотурбинных двигателей. Двигатель GM - GT-309 находился уже на девятой итерации, когда в 1964 году появилась его первая концепция полуприцепа. Прототип назывался Chevrolet Bison, и это выглядело вот так:
Выглядело это, как что-то из иллюстрации про освоение Луны. Chevrolet Bison оснащался одним из турбинных двигателей GM GT-309, который располагался в обтекаемой капсуле над кабиной. GT-309 был способен производить 280 лошадиных сил, но, по-видимому, его собирались объединить с другим турбинным двигателем загадочного происхождения и, возможно, электрическим генератором. Это была просто фантастическая концепция, поэтому особенности трансмиссии трудно найти на просторах интернета.
Вот только Chevrolet Bison просчитался дважды: 1) соревновался за внимание на той же "Всемирной ярмарке" в 1964г., что и Big Red и новый Ford Mustang; 2) он не являлся рабочим прототипом, да и выглядел слишком квазиреалистично. Неизвестно, мог ли он самостоятельно перемещаться по автотрассам Америки. Вероятнее всего, сам проект от GM был сосредоточен на своем грузовом контейнере, который компания пыталась протолкнуть, а не на силовом агрегате.
Если вы заметили на фото, у Chevrolet Bison нет дверей. Это потому, что огромное лобовое стекло откидывалось вперед, как гигантский люк, чтобы пассажиры могли входить и выходить из его космической кабины, в которой система управления ограничивалась двумя джойстиками. Кабина имела также встроенный телефон и центральную консоль в стиле космического шаттла, чтобы соответствовать обтекаемому внешнему виду. Так что весь концепт больше подходил для съемок фантастического сериала "Star Trek".
И все же GM продолжили разработки нового концепта и уже в 1966 году выдали вариант более приближенный к реальности, показав его на "Всемирной выставке". Chevrolet Turbo Titan III даже прокатился вдоль побережья США, так что, вероятно, кто-то даже увидел этот концепт мельком на трассе.
Turbo Titan III имел тот же двигатель GT-309, который устанавливался в Bison, что означало 280 лошадиных сил и массивный крутящий момент свыше 1000Нм.
Двигатель GT-309 являлся девятой и последней итерацией турбинных двигателей GM и был их лучшей попыткой сделать турбину, по крайней мере, не уступающей тому же дизелю. К этому моменту были в основном решены вопросы, которые нужно было решить с турбинами, включая торможение двигателя, температуру выхлопа и шум впуска. Однако одна жизненно важная проблема все еще оставалась: экономия топлива.
Да, к решению этой проблемы инженеры GM подобрались достаточно близко. Ими даже утверждалось, что расход топлива Turbo Titan был эквивалентен расходу дизельного тягача при крейсерской скорости 110 км в час. Но все же двигатель Turbo Titan так и не смог полностью сравняться с дизелем, когда дело доходило до других скоростей и дорожных условий.
Листая фотогаллерею выше, вы обязательно заметите необычное поворотное рулевое управление грузовика. GM назвала его "дисковым рулевым управлением", которое разработала компания Ford (ниже выложено видео в котором Ford демонстрирует эту экспериментальную разработку по управлению автомобилем). GM не объяснили истинной причины, по которой они предпочли использовать этот тип рулевого управления для Turbo Titan, просто складывается впечатление, что в то время это было просто модным течением, сделать что-то особенное, в футуристическом стиле, ну вот и получилось сделать такой концепт турбинного грузовика.
Насколько это практично?
Это уже не имеет значения. Грузовик создавался для шоу, и как только шоу закончилось, то и концепт перестал быть нужным.
Что случилось с газотурбинными двигателями?
GM приостановило программу газотурбинных двигателей и больше к ней не возвращалась. Ford же продолжил развивать идеи с газотурбинными двигателями и даже открыл завод в Толедо в 1971г. для производства своих новейших турбинных двигателей, которые получили название - 707.
375-сильный 707-й двигатель представлял собой одноступенчатую газовую турбину из железа и никеля, которая использовала сложный регенератор, чтобы в конечном итоге обеспечить необходимую экономию топлива, по крайней мере в отрасли грузоперевозок.
Ford даже оснастил несколько своих серийных тракторов W-1000 турбинами 707 и использовал их для регулярных поставок между Дирборном и Толедо в течение нескольких лет. И казалось бы, революционное будущее грузоперевозок наконец-то может наступить, но проблемы с охлаждением и производственными затратами, в конечном итоге, вынудили Ford отказаться от этой идеи и закрыть завод в 1973 году.
Несмотря на реальную продвинутость 707-го двигателя Ford, он все же пал жертвой двух основных проблем, которые погубили в целом разработки газотурбинных двигателей в автомобилестроении.
1) Невероятное количество вредных выбросов, которое производят газовые турбины. А именно с 1970 года началось активное ужесточение экологических норм.
2) Невозможность преодолеть вопрос связанный с экономией топлива. Увы, но газотурбинные двигатели, по сравнению с дизелем, страдали чрезмерной топливной прожорливостью.
Ну и в довесок ко всему этому, газотурбинные двигатели обходились чрезвычайно дорогими в производстве, по сравнению с традиционными поршневыми двигателями.
До сих пор, некоторые автопроизводители продолжают экспериментировать с газотурбинными двигателями внедряя их в некоторые свои малосерийные модели. При этом экологические нормы все больше ужесточают правила вредных выбросов в атмосферу, а в сфере применения электрических силовых агрегатов идет существенный и нарастающий прогресс, именно поэтому маловероятно, что мы с вами в будущем увидим массовое серийное производство автомобилей на газотурбинном двигателе.
Эра газотурбинных двигателей закончилась... Пока что. Хотя кто знает, может быть новые космические технологии позволят внедрить эти двигатели еще раз. Поживем-увидим.