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网易汽车综合3月15日报道 随着2016年日内瓦车展的召开,一款中国品牌(Techrules 泰克鲁斯)电动超跑概念车的发布震惊了国外媒体。因为这款超跑的参数达到了1030马力(768 千瓦)。这个动力参数已经超过了以动力凶残著称的布加迪威龙所用的 16 缸发动机。这款电动超跑单次加油的续航里程可达 2000 公里,可以从上海开到深圳。

燃气轮机!中国电动超跑配备坦克心脏

该续航里程不仅超过了目前的电动汽车,并且可以说挑战了所有乘用汽车的极限。这款车的特别之处就在于它使用了基于汽轮机的增程式混合动力技术(Turbine-Recharging Electric Vehicle,以下简称 TREV)。而汽轮机正是目前美国主战坦克所使用的发动机技术。今天我们就来详细分析一下什么是汽轮机,乘用汽车所用的汽轮机和坦克用的到底有什么异同点,汽轮机在现代乘用车包括这款中国电动超跑上的应用情况和新趋势是什么。

下图为布加迪威龙所配备的 W 型排布 16 缸汽油发动机,该发动机配备了 4 个涡轮增压器。这也是车辆尾标中 16.4 的含义。相应动力参数为 1000 马力,可以将布加迪威龙的极速提升到 407km/h。布加迪威龙目前仍是量产跑车最高极速记录的保持者。同在 2016 年日内瓦车展发布的布加迪 Chiron 动力参数进一步提升到了 1500 马力,相应的最高时速到达了 420 公里。

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那么为什么配备汽轮机技术的电动车超跑动力参数和续航里程可以做到如此之高。它又是什么样的一种黑科技呢?

汽轮机从定义来说是一种撷取高温气体的动能转换为涡轮(叶片)转动动能的机械。汽轮机按照大类来分可以分为蒸汽汽轮机、航空喷气发动机、燃气轮机三大类。常见的主要用途则为发电或者直接传动。

一、蒸汽汽轮机 Steam Turbine

离大家日常生活最近,却又是最难目睹的汽轮机技术就是蒸汽汽轮机。因为每天我们使用的电力主要都来自火力发电厂中蒸汽汽轮机发电机组。蒸汽汽轮机顾名思义就是将高温蒸汽中的动能转化为涡轮的动能再转化为电力的机组。而高温蒸汽就来自火力发电厂中以煤为主要燃料的高压锅炉塔。蒸汽汽轮机由于转速较低(工频 50Hz 对应 3000 转/分转速),又要从高温蒸汽中充分获取动能,因此其涡轮叶片的尺寸都非常巨大。如下图一为来自通用电气 GE 的蒸汽汽轮机机组。下图二为对应蒸汽汽轮机中涡轮叶片。可见蒸汽汽轮机机组的体积已经达到了一个大平层厂房的级别。这样的体积肯定塞不到一辆车里。但是它对应的功率级别却相当巨大。这样的单台蒸汽汽轮机机组可以达到 500 兆瓦的发电量,一个多台蒸汽汽轮机机组组成的火力发电厂就可以供应一个小型城市或者一个中型炼钢厂的用电需求。

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二、航空喷气发动机 Jet Engine

说到飞机用的喷气发动机总算是和我们的出行息息相关,出去出个差旅个游总是能看到的。但你知道它实际上也是汽轮机的一个主要分支吗?航空喷气发动机主要将燃烧的高温可燃气体高速喷射出去,推动相应的涡轮,来实现将高温燃气的动能转化为涡轮的动能,最终产生足够的推力推进飞机飞行。当然其中的部分动能也被用来发电,为飞机上的用电设施供电。这也是为什么部分航空公司航班延误让大家在飞机上干等又不肯开空调的原因。因为空调的电力就来自喷气发动机,这是实实在在需要消耗航空燃油的。

如下图一为目前主流喷气发动机类型涡扇 Turbo Fan 发动机的工作原理。外部温度较低的空气流入喷气发动机的低压压缩机 Low-pressure compressor 和高压压缩机 High-pressure compressor 两级涡轮叶片组对空气进行压缩,然后送入燃烧室 Combustion chamber。在燃烧室中燃料被喷射并点燃形成高温高压燃气,相应的燃气以非常高的速度喷射推动后级的高压涡轮 High-pressure turbine 和低压涡轮 Low-Pressure turbine,并最终从喷嘴 Nozzle 喷出。在此过程中高温高压燃气的动能被转化为了涡轮动能,通过对应高压转轴 High-pressure shaft 和低压转轴 Low-pressure shaft 传递给了前级主推力风扇 Fan,从而和喷射尾流一起形成强大的推力。下图二为对应的高压压缩机 High-pressure compressor 和内部涡轮盘 Disk 及叶片 Blades 的 3D 示意图。

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