Động cơ tua-bin khí, thường khiến bạn điếc tai nhất ở hàng ghế sau của chuyến bay thương mại xuyên quốc gia, cũng đã được sử dụng trong ô tô và ô tô nguyên mẫu trong hơn 60 năm. Bạn đọc thân mến, nếu đối với bạn, việc sử dụng cánh quạt 50.000 RPM chói tai để cung cấp năng lượng cho người lái xe hàng ngày của bạn có vẻ là một ý tưởng tồi, thì bạn đã đúng!
Đối với các ứng dụng ô tô, tua-bin thường được áp dụng theo một trong hai cách. Họ có thể sử dụng hệ thống truyền động trực tiếp trong đó động cơ cung cấp năng lượng trực tiếp cho các bánh xe thông qua hộp số—giống như với động cơ đốt trong điển hình—hoặc hệ thống hybrid trong đó tua-bin cung cấp năng lượng cho hệ thống động cơ điện trong ô tô.
Sự phức tạp luôn là một vấn đề, điều đó đã không ngăn được nhiều nhà sản xuất khác nhau, lớn và nhỏ, cố gắng làm cho công nghệ mới bắt kịp. Hôm nay The Drive nhóm ở đây để giúp bạn hiểu những mát mẻ không thể chối cãi này như thế nào các thí nghiệm thất bại đã tìm cách thay đổi bối cảnh ô tô.
Động cơ tua-bin khí có nhiều biến thể khác nhau, nhưng tất cả các kiểu đều có chung ba thành phần quan trọng:quạt máy nén để quay không khí vào với áp suất cao, buồng đốt nơi nhiên liệu được đốt cháy để cung cấp năng lượng cho hệ thống và tua-bin quay bằng cách đốt cháy nhiên liệu.
Tua bin được kết nối với máy nén bằng một trục nên khi nhiên liệu bị đốt cháy và tua bin quay, máy nén sẽ chủ động hút thêm không khí và đẩy vào buồng đốt, duy trì dòng điện. Về khái niệm, nó tương tự như bộ tăng áp, ngoại trừ thay vì được điều khiển bởi luồng không khí bên ngoài—khí thải của động cơ đang chạy—nó hoàn toàn khép kín.
Động cơ tua-bin trong các ứng dụng tua-bin cánh quạt và động cơ phản lực cánh quạt vòng cao thường được mọi người nhìn thấy nhiều nhất bên ngoài các ứng dụng quân sự, vì chúng được sử dụng cho máy bay dân sự. Chúng rất phù hợp với các ứng dụng bay vì sản phẩm phụ của buồng đốt áp suất cực cao là khí thải tốc độ cao, có thể được sử dụng cho lực đẩy. Động cơ phản lực cánh quạt thấp thường được sử dụng cho máy bay chiến đấu phản lực quân sự hiện đại. Những tua-bin này thường được ghép nối với buồng đốt và phun nhiên liệu thứ hai sau tua-bin. Hệ thống này được gọi là hệ thống đốt sau và cung cấp lực đẩy cực cao với chi phí tiêu thụ nhiên liệu và nhiệt cao—xếp hàng Nhật ký Kenny .
Bất kể ứng dụng nào, tua-bin cực kỳ phổ biến cho các chuyến bay vì chức năng nén cao của chúng xuất sắc ngay cả trong lớp không khí mỏng hơn trên Trái đất, tốc độ hoạt động tương đối ổn định của chúng rất phù hợp để bay ở độ cao trong nhiều giờ liên tục và lực đẩy cao của chúng cho phép sử dụng nhiên liệu hiệu quả hơn.
Vậy điều gì đã thôi thúc các kỹ sư sử dụng chúng cho các ứng dụng trên Trái đất, nơi không có lợi ích nào trong số này áp dụng?
Động cơ tuabin có một số lý do thuyết phục để xem xét sử dụng chúng trên mặt đất. Đầu tiên là chúng có tương đối ít bộ phận chuyển động so với động cơ đốt trong pít-tông và về mặt lý thuyết là đáng tin cậy hơn.
Lý do thứ hai là mô-men xoắn cực cao ở tốc độ RPM thấp từ một gói tương đối nhỏ, do dải công suất của tua-bin khí. Lý do này đã khiến tua-bin khí trở nên phổ biến trong các đầu máy xe lửa diesel-điện, nơi mô-men xoắn cao được đánh giá cao khi khởi động trong thời gian dài.
Lý do cuối cùng là chúng thường có thể chạy bằng hầu hết mọi loại nhiên liệu, cho dù đó là xăng, dầu diesel, và trong trường hợp của Tổng thống Mexico và cuộc trình diễn công nghệ của ông về chiếc Tua-bin Chrysler vào những năm 60, rượu tequila—bạn biết đấy bạn cũng đã nghe thấy bài hát trong đầu.
Động cơ tua-bin khí cho các ứng dụng ô tô đã xuất hiện như một khái niệm ít nhất là vào cuối Thế chiến II. Tuy nhiên, động cơ tua-bin khí đầu tiên sử dụng trên đường bộ đã được chế tạo và vận hành bởi nhà sản xuất Rover của Vương quốc Anh trên chiếc JET1 được phát triển vào năm 1950.
JET1 là một mẫu concept roadster có động cơ tua-bin dẫn động trực tiếp, được dự định là mẫu đầu tiên trong số nhiều mẫu Rover tua-bin ra đời sau này, nhưng nó đã bị cản trở bởi quãng đường đi được khủng khiếp (khoảng 6 MPG) và khả năng tăng tốc tương đối chậm khiến chúng không thể ngừng sản xuất. các mô hình trong những thập kỷ tới sau khi nó được xây dựng.
Trong suốt những năm 50, Chrysler đã nghiên cứu rộng rãi về tua-bin khí, thậm chí còn trang bị thêm cho chiếc Plymouth đời 1954 một động cơ tua-bin và lái nó đi khắp nước Mỹ như một màn trình diễn và thử nghiệm trước công chúng. Vào năm 1963, họ đã phát triển chiếc ô tô chạy bằng tua-bin nổi tiếng nhất và được sản xuất rộng rãi nhất—được gọi một cách thích hợp là Chrysler Turbine.
50 mẫu xe đường trường đã được chế tạo và trao cho công chúng thuê miễn phí trong hai năm, với tổng cộng 1,1 triệu dặm đã đi trên chúng từ năm 1964 đến năm 1966. Chúng cũng gặp phải các vấn đề tương tự như JET1, với việc các tài xế phàn nàn về mức tiết kiệm nhiên liệu kém , khả năng tăng tốc cực kỳ chậm và tiếng ồn lớn từ tua-bin redline 60.000 RPM. Khi Chrysler đóng hộp dự án Tua-bin, tất cả trừ chín chiếc xe có thân Ghia ban đầu đã bị phá hủy, để tránh gây thiệt hại cho PR cho công ty.
Vào những năm 70, Toyota đã cố gắng sử dụng hệ thống hybrid tua-bin khí trong một số khái niệm, bao gồm cả Century và Sports 800. Thay vì điều khiển trực tiếp các bánh xe như trong JET1 và Chrysler Turbine, tua-bin khí điều khiển một máy phát điện tạo ra điện. có thể được gửi trực tiếp đến động cơ ở bánh sau hoặc được lưu trữ trong bộ pin để sử dụng sau này.
Hệ thống này được phát triển để tránh tốc độ tăng tốc cực thấp và các vấn đề tiềm ẩn về khởi động/dừng khi kết nối trực tiếp tua-bin với hệ thống truyền động, nhưng hệ thống pin và độ phức tạp đã tăng gần gấp đôi trọng lượng của Sports 800 trong khi giảm hơn một nửa mã lực. Toyota đã từ bỏ nghiên cứu hybrid tua-bin khí vào đầu những năm 1980 và chia nghiên cứu hybrid và phát triển tua-bin thành các bộ phận riêng biệt.
Gần đây hơn, Marine Turbine Technologies Turbine Superbike, được gọi là Y2K cho năm đầu tiên ra mắt, đã có sẵn để bán. Với động cơ tua-bin khí Rolls Royce 250-C18, nó tạo ra công suất đáng kinh ngạc là 320 mã lực và mô-men xoắn 425 ft/lbs, đồng thời giữ Kỷ lục Guinness Thế giới về chiếc mô tô sản xuất đắt nhất — và mạnh nhất — từng được chế tạo. Tốc độ tối đa được tuyên bố là 227 MPH, nhưng để trải nghiệm chuyến đi hoang dã này sẽ tiêu tốn của bạn 270.000 đô la. Nó cũng được giới thiệu trong bộ phim cực kỳ khủng khiếp Torque.
Động cơ tua-bin khí đã xuất hiện như một khái niệm từ năm 1000 sau Công nguyên, ở Trung Quốc cổ đại, khi không khí nóng được sử dụng để quay cái mà ngày nay chúng ta gọi là tua-bin để cung cấp năng lượng cho các tác phẩm nghệ thuật chuyển động được trưng bày tại các lễ hội vào ban đêm. Các bằng sáng chế động cơ tua-bin khí hiện đại hơn có từ năm 1791 khi John Barber được cấp bằng sáng chế cho một thiết kế thô sơ cho động cơ đẩy không cần ngựa, nhưng động cơ tua-bin khí không đạt được thành công công nghiệp cho đến năm 1939 khi nhà máy điện Neuchatel đi vào hoạt động ở Thụy Sĩ.
Cùng năm đó, Heinkel He 178 cất cánh với tư cách là chiếc máy bay hoàn toàn chạy bằng động cơ phản lực đầu tiên trên thế giới, và bất chấp các vấn đề về thời gian bay và độ tin cậy, nó đã mở đường cho kỷ nguyên máy bay phản lực thời hậu chiến khi nhiều nhà sản xuất động cơ khác cải tiến và hoàn thiện khái niệm máy bay phản lực cho máy bay sau này vào cuối chiến tranh.
Messerschmitt Me 262 của Đức đã trở thành máy bay phản lực đầu tiên có thể hoạt động vào năm 1944, theo bước chân của He 178, và mặc dù việc sử dụng nó bị hạn chế khi Đệ tam Đế chế sụp đổ, nhưng nó đã chứng minh rằng máy bay chạy bằng tua-bin vẫn ở đây vì nó tự hào về khả năng hàng đầu của mình. tốc độ cao hơn gần một trăm dặm một giờ so với máy bay Đồng minh chạy bằng pít-tông nhanh nhất vào thời điểm đó.
Động cơ tua-bin khí hiện không được sử dụng cho ô tô sản xuất. Mẫu gần nhất mà người ta đã đưa vào sản xuất trong thời gian gần đây là mẫu concept CX75 của Jaguar, sử dụng tua-bin siêu nhỏ chạy bằng nhiên liệu diesel để cung cấp năng lượng cho hệ thống hybrid điện, nhưng chiếc xe đã bị loại bỏ khi cuộc khủng hoảng tài chính trở nên tồi tệ hơn.
Y2K Superbike nói trên là phương tiện di chuyển trên mặt đất duy nhất có thể mua được, nhưng chúng được chế tạo theo đơn đặt hàng và có số lượng sản xuất ở mức một chữ số mỗi năm.
Động cơ tua-bin khí đã được thử nghiệm lặp đi lặp lại trong các cuộc đua, vì những vấn đề chính mà người tiêu dùng gặp phải với chúng (cụ thể là mức tiêu thụ nhiên liệu kém và tiếng ồn) là những vấn đề nhỏ hơn nhiều đối với các đội đua.
Những chiếc xe thành công nhất đã được đội đua STP sử dụng tại các cuộc đua Indy khác nhau trong thập niên 60, bắt đầu với chiếc STP Paxton Turbocar do Parnelli Jones lái. Được trang bị động cơ máy bay trực thăng tuốc bin khí ST6 đặt ở bên trái người lái, nó tạo ra công suất 550 mã lực, dẫn động bốn bánh và có phanh hơi do người lái điều khiển để giảm tốc. Chiếc xe chạy rất nhanh—dẫn đầu gần như toàn bộ 196 vòng đua của giải Indianapolis 500 năm 1967—nhưng hỏng ổ trục buộc phải nghỉ hưu khi cuộc đua còn 8 dặm. Vào năm 1968, chiếc xe đã bị hỏng hoàn toàn trong quá trình luyện tập và nó không bao giờ được đua nữa.
Lotus 56 tiếp tục nóng bỏng, cố gắng giành chiến thắng tại Indianapolis 500 với kiểu dáng hình nêm mang tính biểu tượng của những chiếc xe bánh hở Lotus trong một thập kỷ tới nhưng cùng một động cơ tua-bin khí ST6 cung cấp năng lượng cho STP Paxton Turbocar. Bất chấp các quy tắc của USAC (cơ quan quản lý giải đua Indy vào thời điểm đó) quy định kích thước khe hút gió gần như loại bỏ hoàn toàn xe tua-bin khỏi các cuộc đua, chiếc 56 đã cố gắng bù đắp sự thiếu hụt sức mạnh bằng hệ thống treo tiên tiến và khí động học tinh vi.
Thật không may, chiếc xe đã giết chết tài xế Mike Spence khi anh ta đoán sai một ngã rẽ trong thực tế và đâm vào bức tường ở ngã rẽ. Carroll Shelby ngay lập tức rút những chiếc xe chạy bằng tua-bin khác của mình khỏi 500, nói rằng không thể làm cho một chiếc xe đua chạy bằng tua-bin cạnh tranh một cách an toàn. USAC đã nhanh chóng chuyển sang cấm hoàn toàn ô tô tua-bin khí từ Indy, và điều đó dẫn đến cái chết của 56. Nó tồn tại trong thời gian ngắn trong mùa giải F1 năm 1971, nhưng chưa bao giờ đạt được thành công.
Bạn biết rằng bạn muốn biết thêm thông tin về động cơ tua-bin khí!
Chúng tôi ở đây để trở thành chuyên gia hướng dẫn về mọi thứ liên quan đến Hướng dẫn. Sử dụng chúng tôi, khen ngợi chúng tôi, la mắng chúng tôi. Bình luận dưới đây và chúng ta hãy nói chuyện! Bạn cũng có thể hét vào mặt chúng tôi trên Twitter hoặc Instagram, đây là hồ sơ của chúng tôi.
Jonathon Klein:Twitter (@jonathon.klein), Instagram (@jonathon_klein)
Tony Markovich:Twitter (@T_Marko), Instagram (@t_marko)
Chris Teague:Twitter (@TeagueDrives), Instagram (@TeagueDrives)
Victoria Scott:Twitter (@mikurubaeahina), Instagram (@reimuracing)
Hãy xem video về chiếc xe hơi Chrysler Turbine 1963 đang hoạt động bình thường của Jay Leno bên dưới!
Sách thợ máy
Đồng hồ đo cường độ
Đồng hồ tốc độ
Bạn có câu hỏi? Có một mẹo chuyên nghiệp? Gửi cho chúng tôi một lưu ý: [email protected]
Các loại động cơ ô tô khác nhau là gì
Đèn kiểm tra lỗi và việc cần làm về nó
Dấu hiệu nào cho thấy cảm biến oxy của tôi hoạt động kém và hoạt động sai?
Động cơ V8 của Mỹ mạnh nhất là gì?