Создание эффективных газовых турбин стало возможным лишь после того, как металлургия освоила производство сплавов, способных более или менее длительное время работать с большими напряжениями и при высокой температуре.
Сейчас металлургическая промышленность поставляет жаропрочные сплавы для газовых турбин, которые работают при температурах 700–800 градусов и выше. В то же время успехи аэродинамики дали возможность изготовлять компрессоры с высоким коэффициентом полезного действия. Они дают значительное увеличение отношения полезной работы к потерянной на компрессоре.
Для повышения экономичности газотурбинных установок применяются регенераторы где часть тепла рабочего тела, выходящего из турбины, отдается рабочему телу, поступающему в камеру сгорания.
Можно без преувеличения сказать, что создание газовой турбины явилось одним из основных условий, обеспечивших развитие турбореактивных и турбовинтовых двигателей, находящих широкое применение в современной авиации. Газовые турбины турбореактивных двигателей отличаются исключительной несложностью конструкции. Турбина в них используется непосредственно для создания тяги.
Однако газовые турбины в стационарных установках и на транспорте применяются еще очень мало.
В авиации насчитываются тысячи газовых турбин. Стационарных газовых турбин во всех странах имеется не более двухсот, а газотурбовозов — лишь несколько десятков.
Коэффициент полезного действия газовой турбины зависит от температуры газа перед соплами: чем выше температура, тем выше коэффициент. Однако по условиям жаропрочности применяемых сплавов современные турбины не допускают высоких температур газа, что приводит к сравнительно невысоким коэффициентам полезного действия. По этим причинам развитие стационарных и транспортных газовых турбин задерживается.
Другим препятствием развитию газотурбостроения служат малоэффективные способы сжигания твердого топлива в камерах турбин.
До сего времени как промышленные, так и транспортные газотурбинные установки работают или на жидком топливе, или на природном газе. Результаты проведенных повсюду опытов сжигания твердого топлива в газотурбинных установках внушают надежду на успех. Надо только усилить исследовательскую и конструкторскую работу в этой области, что и делается в настоящее время с большим размахом.
Газообразное топливо — одно из самых удобных топлив как для поршневого двигателя внутреннего сгорания, так и для газовой турбины. Но с точки зрения тепловой экономичности использование газогенераторного газа в цилиндре двигателя более рационально, чем в камере газовой турбины при низких температурах перед турбиной.
Иное дело непосредственное сжигание угля в камерах газовых турбин. Попытки сжигания угля непосредственно в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания к успеху не привели.
Дизель, проектируя свой двигатель, рассчитывал питать его угольной пылью, но не достиг успеха. Ближайший его сотрудник, Рудольф Павликовский, в течение сорока лет после Дизеля продолжал работать над созданием угольного двигателя, работающего по циклу Дизеля. Накануне войны ему удалось построить такой двигатель, названный им «рупамотор», то есть мотором Рудольфа Павликовского. Секрет оказался будто бы не в слабой прочности материалов, не в плохой конструкции, а в недостаточной размельченности угольной пыли, которую применял Дизель.
Однако дальнейших известий о рупамоторе не появилось. Совершенно ясно, что соединение процессов сжатия, сгорания и расширения в одном цилиндре, удачное для жидкого и газообразного топлива, оказалось непригодным для твердого. Разделение процессов должно оказаться благоприятным при использовании твердого топлива в газовой турбине.
Разделение процессов позволяет осуществить и очистку газов перед их расширением и избежать износа рабочих органов турбины, что помешало использованию угля в цилиндрах двигателей.
Самолеты с турбореактивными двигателями.
Газовых турбин на твердом топливе еще нет, имеются только проекты в США, Англии и СССР. Силовые установки такого рода в США и Англии испытываются на стендах уже в течение многих лет, но трудности поставленной задачи не преодолены, и работы не вышли из стадии экспериментов.