Χαμένη υπόθεση (4Τ 193, 10/1986)
Συντάκτης: Μιχάλης Σταυρόπουλος
Παρ' ότι η τεχνολογία των στροβιλοκινητήρων έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο τις τελευταίες δεκαετίες όλες οι μέχρι τώρα προσπάθειες που έγιναν για τη μεταφορά και εφαρμογή της στην αυτοκινητοβιομηχανία δεν έφεραν ουσιαστικά αποτελέσματα.
ΟΙ ΣΤΡΟΒΙΛΟΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΕΣ (τούρμποτζετ) έχουν αντικαταστήσει εδώ και πολλά χρόνια τους εμβολοφόρους κινητήρες των περισσότερων πολιτικών και πολεμικών αεροσκαφών. Οι λόγοι είναι πολλοί. Οι στροβιλοαντιδραστήρες παρουσιάζουν μεγάλη συγκέντρωση ισχύος (ισχύς του κινητήρα προς το συνολικό του βάρος) σε σχέση με τους εμβολοφόρους. Η ελαχιστοποίηση του βάρους είναι κάτι που επιδιώκει με όλα τα μέσα η αεροπορική βιομηχανία αλλά είναι πλέον εξίσου σημαντική και στη σχεδίαση πιο οικονομικών και πιο γρήγορων αυτοκινήτων. Αλλά ας εξηγήσουμε καλύτερα τι ακριβώς είναι ο στροβιλοαντιδραστήρας. Ο όρος στροβιλοαντιδραστήρας (ή στροβιλοκινητήρας) αναφέρεται σε κινητήρες όπου η καύση γίνεται μέσα σ' αυτούς και βασίζεται στον πραγματικό κύκλο αεριοστροβίλου (κύκλος Joule ή Brayton). Αντίθετα ο όρος «ατμοστρόβιλος» αναφέρεται σε έναν στρόβιλο μόνο που τροφοδοτείται από τα θερμά αέρια που προέρχονται από κάποιο αυτόνομο δίκτυο και βασίζεται στον κύκλο Rankine (μηχανές εξωτερικής καύσης). Όπως σε έναν ατμοηλεκτρικό σταθμό όπου ο στρόβιλος μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια την ενέργεια που παραλαμβάνει από τον υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας ατμό που παράγεται σε κάποιο άλλο μέρος του εργοστασίου.
Ο στροβιλοαντιδραστήρας λειτουργεί σε πολύ γενικές γραμμές με τον ίδιο τρόπο που λειτουργεί και ένας εμβολοφόρος κινητήρας. Ο εισερχόμενος αέρας συμπιέζεται, το καύσιμο καίγεται και η εκτόνωση των καυσαερίων παράγει μηχανικό έργο. Καθεμία όμως από αυτές τις φάσεις γίνεται σε διαφορετικό διαμέρισμα του κινητήρα. Η συμπίεση του εισερχόμενου αέρα γίνεται από το συμπιεστή. Ο συμπιεστής συνήθως είναι αξονικού τύπου. Στην περίπτωση αυτή για να επιτευχθεί η επιθυμητή συμπίεση χρησιμοποιούνται περισσότερες από μία βαθμίδες καθεμία από τις οποίες ανεβάζει «από λίγο» την πίεση. Σε έναν τέτοιο συμπιεστή μπορεί να υπάρχουν 8 έως 12 βαθμίδες ενώ η ταχύτητα περιστροφής του κυμαίνεται από 8000 έως 20.000 σ.α,λ. Τέτοιοι συμπιεστές έχουν πολύ καλή απόδοση σε στενό όμως φάσμα ταχυτήτων αλλά είναι σχετικά ακριβοί, πολύπλοκοι και ευαίσθητοι. Οι φυγοκεντρικοί συμπιεστές είναι πιο απλοί στην κατασκευή τους μπορούν να επιτύχουν μεγαλύτερες αυξήσεις στην πίεση του συμπιεζόμενου ρευστού αλλά έχουν πολύ μεγάλη μετωπική επιφάνεια ενώ δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν περισσότερες από δύο βαθμίδες λόγω των αεροδυναμικών απωλειών που παρουσιάζουν. Ο υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας αέρας που εξέρχεται από το συμπιεστή, μπαίνει στο θάλαμο καύσης όπου γίνεται η έγχυση του καυσίμου με μεγάλη πίεση. Ειδικοί αναφλεκτήρες προκαλούν την καύση στο «νέφος» του εγχεόμενου καυσίμου. Τα παραγόμενα καυσαέρια υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας μεταφέρουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας.
Ένα μέρος από αυτή την ενέργεια, όση ακριβώς χρειάζεται για να κινηθεί ο συμπιεστής, απορροφάται απ' τον στρόβιλο. Ο στρόβιλος και ο συμπιεστής συνδέονται με έναν άξονα όπως ακριβώς συμβαίνει και στο τούρμπο, όπου τα καυσαέρια του κινητήρα κινούν το ζευγάρι στροβίλου - συμπιεστή.
Οι δυσμενείς συνθήκες κάτω από τις οποίες λειτουργεί ο στρόβιλος κάνουν απαραίτητη την ύπαρξη διάφορων ψυκτικών συστημάτων καθώς και τη χρήση πανάκριβων κραμάτων.
Όπως είπαμε ένα μόνο μέρος της ενέργειας των καυσαερίων απορροφάται από τον στρόβιλο. Μετά ακριβώς απ' τον στρόβιλο υπάρχει ένα ακροφύσιο (συνήθως συγκλίνον), το ακροφύσιο αντιδράσεως το οποίο έχει σαν προορισμό να αυξήσει όσο είναι δυνατόν την ταχύτητα των καυσαερίων. Η εκτόνωση των καυσαερίων στην πίεση του Περιβάλλοντος παρέχει μια ισχυρή δέσμη εξόδου. Η ωστική δύναμη του κινητήρα οφείλεται στη διαφορά της ορμής του αέρα στην είσοδο και των καυσαερίων στην έξοδο του στροβιλοαντιδραστήρα. Στους ελικοφόρους στροβιλοαντιδραστήρες (τούρμποπροπ) όλη σχεδόν η ενέργεια των καυσαερίων απορροφάται από τον στρόβιλο. Σε αυτή την περίπτωση η ωστική δύναμη, από την εκτόνωση των καυσαερίων στο περιβάλλον είναι ελάχιστη. Ο περιστρεφόμενος στρόβιλος κινεί εκτός από το συμπιεστή και μία έλικα η οποία είναι πλέον υπεύθυνη για την πρόωση του αεροσκάφους.
Είναι φανερό ότι ένας κινητήρας τούρμποτζετ δεν είναι δυνατό να τοποθετηθεί σε αυτοκίνητο εξαιτίας της υψηλής θερμοκρασίας των εξερχόμενων καυσαερίων. Σε αυτοκίνητο θα μπορούσε να τοποθετηθεί μια παραλλαγή του τούρμποπροπ όπου ο στρόβιλος δεν θα έδινε πλέον κίνηση στην έλικα αλλά κατευθείαν στον άξονα μετάδοσης.
Η καθαρά περιστροφική κίνηση του στροβιλοαντιδραστήρα παρέχει ομαλότερη και πιο «πολιτισμένη» λειτουργία. Η κατανάλωση λιπαντικών είναι κατά 50 φορές μικρότερη από ενός εμβολοφόρου κινητήρα όπως μικρότερες είναι και οι απώλειες ισχύος λόγω τριβών.
Ο στροβιλοαντιδραστήρας έχει τη δυνατότητα να καίει πιο φτηνά καύσιμα πράγμα όμως που έχει τις ανάλογες επιπτώσεις στο περιβάλλον. Η κατανάλωση σε καύσιμα ενός τέτοιου κινητήρα είναι πολύ μεγάλη ενώ από μηχανολογική άποψη η σχεδίαση και κατασκευή του είναι πολύ πιο σύνθετη από την εξέλιξη ενός εμβολοφόρου. Για να φτάσει στην παραγωγή ένας στροβιλοαντιδραστήρας χρειάζονται εξοντωτικές δοκιμές ενώ η ποιότητα των υλικών κατασκευής πρέπει να είναι άριστη. Μεγάλη πρέπει να είναι και η ακρίβεια συναρμολόγησης και κατασκευής του αφού οι ταχύτητες περιστροφής των κινητών στοιχείων του είναι πολύ υψηλές. Παρ' ότι απλούστερος στη συντήρηση από τους εμβολοφόρους πρέπει να γίνεται τακτική επιθεώρηση για τον έλεγχο της σωστής λειτουργίας του.
Οι πρώτες προσπάθειες να τοποθετηθεί στροβιλοαντιδραστήρας σε αυτοκίνητο ξεκίνησαν λίγο μετά τον πόλεμο. Το 1947 η Κράισλερ τοποθέτησε δοκιμαστικά σε ένα μοντέλο της έναν στροβιλοαντιδραστήρα που απέδιδε 160 ίππους στις 50.000 στροφές/λεπτό. Το 1950 η Ρόβερ και λίγο αργότερα η Όστιν παρουσίασαν κάτι ανάλογο. Οι πρώτες όμως εφαρμογές που κατάφεραν να ξεπεράσουν το πειραματικό στάδιο ήταν φυσικά στους αγώνες ταχύτητας. Κάποια ανήσυχα μυαλά και κάποια παραθυράκια των κανονισμών και το πρώτο αυτοκίνητο με τουρμπίνα εμφανίστηκε στη γραμμή εκκίνησης.
Το 1961 σε μια τοπική έκδοση της Ινδιανάπολης υπήρχε το προφητικό σχόλιο από τον ιδιοκτήτη της πίστας Τόνι Χιούλμαν, ότι μέχρι το 1970 θα υπάρχουν τουρμπινοκίνητα αυτοκίνητα στον αγώνα των 500 μιλίων.
Αυτό που ο Χιούλμαν δεν είχε λάβει υπόψη ήταν η θύελλα που θα ξεσήκωναν οι ιδιοκτήτες των αγωνιστικών ομάδων του Ίντι όταν είδαν ξαφνικά τα εκατομμύριά τους να χάνονται κάτω από την απειλή των νέων τουρμπινοκίνητων αυτοκινήτων. Πρώτος ο Κέρτις τοποθέτησε σε ένα παλιό σασί μίας Γκρανατέλι του 1955 έναν κινητήρα Μπόινγκ 502. O Τζον Ζινκ, που τα αυτοκίνητά του κέρδισαν το Ίντι του ‘55 και ‘56 παρουσίασε στον αγώνα του '61 το Τρακ- μπέρνερ που στο πίσω μέρος του ήταν τοποθετημένη μία τουρμπίνα η οποία όμως δεν στάθηκε ικανή να «βάλει φωτιά στην πίστα» όπως δήλωνε η ονομασία του αυτοκινήτου.
Στις 15 Αυγούστου του 1963 το παγκόσμιο ρεκόρ ταχύτητας στην ξηρά καταρρίφθηκε από το Spirit of America χρησιμοποιώντας έναν στροβιλοκινητήρα της Τζένεραλ Ελέκτρικ. Από τότε ποτέ ξανά εμβολοφόρος κινητήρας δεν μπόρεσε να καταρρίψει το ρεκόρ.
Όλη αυτή η κίνηση είχε γοητεύσει τον Άντι Γκρανατέλι, ιδιοκτήτη της εταιρίας που παράγει τα πρόσθετα STP. Αποφάσισε λοιπόν να ασχοληθεί σοβαρά με τη νέα τεχνολογία προσπαθώντας να βρει λύση για τα κυριότερα προβλήματα του κινητήρα. Ένα από αυτά ήταν η αργή απόκριση (λόγω αδράνειας) του κινητήρα στο γκάζι. Στην εκκίνηση τα αυτοκίνητα με τις τουρμπίνες υστερούσαν κατά ένα με δύο δευτερόλεπτα σε σχέση με τα άλλα αυτοκίνητα ενώ αφήνοντας το γκάζι ο κινητήρας συνέχιζε να περιστρέφεται έτσι που δεν ήταν δυνατό να φρενάρει το αυτοκίνητο με τη μηχανή. Αυτή ήταν και η αιτία που τα φρένα των τουρμποκίνητων αυτοκινήτων δέχονταν μεγαλύτερες καταπονήσεις.
Το μεγαλύτερο όμως πρόβλημα οφειλόταν στη μεγάλη ισχύ του κινητήρα. Οι δύο τροχοί αδυνατούσαν να μεταφέρουν τη ροπή στο δρόμο. Η γνωστή πλέον αγγλική εταιρία Φέργκιουσον είχε ήδη αναμειχθεί με την εξέλιξη συστημάτων μετάδοσης 4x4 σε αγωνιστικά αυτοκίνητα. Το αυτοκίνητο του Γκρανατέλι χρησιμοποιούσε ένα κεντρικό διαφορικό που κατένεμε την ισχύ του κινητήρα στους τέσσερις τροχούς. Ο κινητήρας ήταν της Πρατ και Γουΐτνι του Καναδά και απέδιδε 550 ίππους στις 6230 σ.α.λ. στους 20° C στην επιφάνεια της θάλασσας. Στους 25° C η ισχύς του κινητήρα κατέβαινε στους 515 ίππους και στους 38° στους 450! Το μεγάλο μήκος του κινητήρα και η μικρή διάμετρός του άφηναν σαν μοναδική επιλογή να τοποθετηθεί ακριβώς δίπλα στον οδηγό. Τη σχεδίαση του σασί ανέλαβε ένας αεροναυπηγός, ο Κεν Γουώλσις.
Το αυτοκίνητο δεν κατάφερε να λάβει μέρος στην Ινδιανάπολη του '66 γιατί λίγο πριν τον αγώνα καταστράφηκε το ατσάλινο σασί του κατά τη διαδικασία της τεχνητής σκλήρυνσής του.
Εκείνη τη χρονιά εμφανίστηκε στα δοκιμαστικά τού αγώνα άλλο ένα αυτοκίνητο που χρησιμοποιούσε μια τουρμπίνα της Τζένεραλ Ελέκτρικ που απέδιδε 1350 ίππους. Η ταχύτητά του στην ευθεία ξεπερνούσε τα 200 μίλια αλλά αδυνατούσε να φρενάρει και να στρίψει σωστά κι έτσι αποφάσισαν να το αποσύρουν απ' τον αγώνα. Οι άρχοντες του σπορ τρομοκρατήθηκαν μπροστά στη νέα τεχνολογία βλέποντας τα συμφέροντά τους να βρίσκονται σε κίνδυνο. Η Αμερικάνικη Επιτροπή Κανονισμών στην προσπάθειά της να περιορίσει την ισχύ των στροβιλοαντιδραστήρων μείωσε την επιφάνεια εισαγωγής του αέρα σε 23 τετραγωνικές ίντσες για τους αξονικούς συμπιεστές και 28,5 για τους φυγοκεντρικούς. Αυτό δεν εμπόδισε το Γκρανατέλι να κατέβει την επόμενη χρονιά με τα τουρμπινοκίνητα αυτοκίνητά του προσαρμοσμένα στους νέους κανονισμούς.
Για 196 γύρους και μέσα στη βροχή στην Ινδιανάπολη του '67 ο Παρνέλι Τζόουνς με την STP (blueprint) έφυγε τόσο μπροστά που ο Φόιτ, που τελικά κέρδισε τον αγώνα, είχε πάρει απόφαση να συμβιβαστεί με τη δεύτερη θέση. Ένα ευτελούς αξίας εξάρτημα δεν επέτρεψε στο όνειρο του Άντι να γίνει πραγματικότητα 10 μόλις μίλια πριν από τον τερματισμό.
Η USAC (U.S. Automobile Club) αποφάσισε ότι είχε ήδη δει αρκετά και προχώρησε στην απαγόρευση των τετρακίνητων και στον περιορισμό της ισχύος των τουρμπίνων επιβεβαιώνοντας έτσι την αντιδραστική εικόνα της. Τα επιχειρήματα που πρόβαλε ήταν τουλάχιστον αστεία. Η τετρακίνητη θεωρήθηκε υπερβολικά πολύπλοκη για να μπορέσουν να την αντέξουν οικονομικά οι ομάδες ενώ ακούστηκε ακόμα και η δικαιολογία, ότι οι 300.000 θεατές δεν θα ήθελαν να παρακολουθούν 33 αυτοκίνητα να γλιστρούν αθόρυβα πάνω στην πίστα. Ο Γκρανατέλι πήγε την USAC στα δικαστήρια αλλά έχασε τη δίκη. Όμως ένα χρόνο μετά, το 1968 επέστρεψε δριμύτερος με 3 τουρμπινοκίνητα μονοθέσια φτιαγμένα από τον Κόλιν Τσάπμαν (Lotus 58 Turbine). Ο κινητήρας τοποθετήθηκε πίσω (και όχι πλάι) από τον οδηγό ενώ η είσοδος του συμπιεστή είχε περιοριστεί σε 16 ίντσες. Τα νέα αυτοκίνητα είχαν σχήμα σφηνοειδές, ήταν ελαφρότερα και πιο γρήγορα…
Πηγή 
Σχήμα 1: To Howmet ΤΧ που εμφανίστηκε στους αγώνες αντοχής του 1968 χρησιμοποιούσε έναν στροβιλοαντιδραστήρα της Κοντινένταλ Ερκραφτ. Η συμμετοχή του στο πρωτάθλημα δεν ήταν ιδιαίτερα επιτυχημένη αλλά οπωσδήποτε κατάφερε να τραβήξει την προσοχή του κόσμου.
To Howmet TX στις 24 ώρες της Νταϊτόνα το 1968 (δείτε το Video) και στις 24 ώρες του Μαν της ίδιας χρονιάς (δείτε τις εικόνες)
Σχήμα 2: Το πειραματικό τουρμπινοκίνητο αυτοκίνητο της Μερτσέντες που συνέλαβε ο φακός του Χ. Λίμαν πριν από ένα χρόνο (1985).
Πηγή
Σχήμα 3: Η STP του Παρνέλι Τζόουνς με την τουρμπίνα τοποθετημένη στο πλάι. Στην Ινδιανάπολη του '67 βρισκόταν στην πρώτη θέση μακριά από τον υπόλοιπο συναγωνισμό μέχρι που μια μικρή βλάβη λίγο πριν τον τερματισμό στέρησε τη νίκη στην ομάδα.
Πηγή
Σχήμα 4: Διαμήκης τομή ενός τουρμποπρόπ Ρολς - Ρόις Νταρτ R Da 7. Έχει δύο φυγοκεντρικούς συμπιεστές, επτά θαλάμους καύσης, στρόβιλο 2 βαθμίδων, βάρος 565 κιλά και αποδίδει 3000Nm στις 15.000 σ.α.λ.
Πηγή
Σχήμα 5: Τομή του στροβιλοκινητήρα J85 της Τζένεραλ που χρησιμοποιείται στα F-5 της Νόρθροπ 1.
Πηγή
Σχήμα 6: Σχηματική παράσταση του τουρμποτζέτ της Πραττ& Γουϊτνεϊ J 57 (JT 3C).
Τουρμπινοκίνητα αυτοκίνητα κατέβασε στο Ίντι του '68 και ο Κάρολ Σέλμπι αλλά τα απέσυρε πριν από τα δοκιμαστικά όταν διαπίστωσε διάσταση απόψεων με την ομάδα του ως προς τη νομιμότητα και την ανταγωνιστικότητα της συμμέτοχης τους. Τα αυτοκίνητα του Γκρανατέλι οδηγούσαν οι Τζο Λέοναρντ, Αρτ Πολάρντ και Γκρέιαμ Χιλ. Για τον Άντι Γκρανατέλι η πορεία του αγώνα του '68 ήταν πιστό αντίγραφο του αγώνα της προηγούμενης χρονιάς. Ο Τζο Λέοναρντ πήρε τον πρώτο χρόνο στα δοκιμαστικά με μέση ωριαία ταχύτητα 171,6 μίλια. Δίπλα του στην πρώτη σειρά ξεκίνησε και ο Γκρέιαμ Χιλ ενώ το τρίτο τουρμπινοκίνητο με τον Αρτ Πολάρντ ξεκίνησε από την τέταρτη σειρά.
Στη μέση του αγώνα ο Χιλ έπεσε πάνω στον τοίχο της πίστας αλλά οι Λέοναρντ και Πολάρντ που συνέχιζαν βρίσκονταν σε καλές θέσεις. Στον 191 γύρο μετά από μάχη με τον Μπόμπι Άνσερ, ο Λέοναρντ παίρνει την πρώτη θέση. Σε κάποιο σημείο του αγώνα που άναψαν τα κίτρινα φώτα και οι δύο οδηγοί των τουρμπινοκίνητων κατέστρεψαν τη μετάδοση την ώρα που επιτάχυναν.
Μετά τον αγώνα ο Παρνέλι Τζόουνς αγόρασε 2 από τις STP του Γκρανατέλι. Τα αυτοκίνητα αυτά κέρδιζαν τις πρώτες θέσεις στις γραμμές εκκίνησης των αγώνων του Αμερικάνικου πρωταθλήματος, έκαναν τους ταχύτερους γύρους αλλά ποτέ δεν κατάφεραν να νικήσουν έστω και σε έναν αγώνα. Mια τέταρτη θέση στο Χάνφορντ ήταν η καλύτερη τους επίδοση. Είναι άγνωστο τι εξέλιξη θα είχαν δεχτεί αυτοί οι κινητήρες αν δεν αποθαρρυνόταν η συμμετοχή τους στους αγώνες. Πάντως η ιδέα δεν έχει εγκαταλειφθεί οριστικά. Οι μεγάλες αυτοκινητοβιομηχανίες από χρόνια πειραματίζονται πάνω στους στροβιλοκινητήρες προσπαθώντας να λύσουν τα προβλήματα της κατανάλωσης, κόστους και αξιοπιστίας τους. Δεν αποκλείεται στα επόμενα χρόνια να υπάρξουν σημαντικές εξελίξεις.
Mercedes Benz Jet (4T 180, 9/1985)
Η ΤΟΥΡΜΠΙΝΑ (ΞΑΝΑ)ΖΕΙ
Ο Δαίμων του Τυπογραφείου απήγαγε τις φωτογραφίες της στροβιλοκίνητης Μερτσέντες από το ατελιέ κι άφησε μόνο τη σχετική λεζάντα με αποτέλεσμα οι αναγνώστες να μη δουν το σχήμα της νέας Μερτσέντες Μπεντς, που λέγεται ότι θα είναι η προσφορά της εταιρίας στο γιορτασμό για τα 100 χρόνια της ζωής της. Στις αποκλειστικές φωτογραφίες του Χανς Λίμαν βλέπουμε το γερμανικό υπερ-αυτοκίνητο με το διαξονικό στροβιλοκινητήρα των 127 ίππων.
Στοιχεία 100%, φλαπς 25 κάτω, μττρέικς. Στροβιλοκίνητη Μπεντς: οφ, θροτλ φόργουρντ, στικμπακ… Δημητράκη! Δε σου φαίνεται ότι πετάς πολύ χαμηλά;
JET POWER και για τις «λαϊκές» MB της Κλάσης S.
Ψηφιακός πινάκας ελέγχου για τις MB της νέας γενιάς.
