研究周报 | 航空动力增程究竟是什么鬼？泰克鲁斯超跑大揭秘

在国内，电动超跑的热度正在上升，蔚来EP9大家耳熟能详，前途K50也时有报道。但其实还有一家神秘来客，就是连续两次亮相日内瓦车展、并在今年3月7日正式推出最终量产版的超级跑车——“泰克鲁斯·腾风”。虽然这名字听起来很欧化，但它却是一家低调的中国汽车研发公司——至玥腾风科技投资集团——推出的产品。

这款超跑的造型设计，据称出自于大名鼎鼎的乔治亚罗父子，国际范儿十足，非常抓人眼球。但更引人好奇的是，其宣称自己是首台采用独有的航空动力增程式技术（TREV）的电动超跑。“TREV”究竟是怎么回事？本期周报带大家来揭开航空动力增程式技术的前世今生。

循着航空动力的线索，在中国航天科工三院的官网上，看到了“三院31所微燃机增程技术亮相日内瓦国际车展搭载最强电动超跑”的消息，可以确定泰克鲁斯腾风搭载的航空技术，正是来自航天三院，其关键词可划分为“微”、“燃机”、“增程”三个。

我们首先解读“燃机”，也称为“燃气轮机”，或者“燃气涡轮发动机”（Gas Turbine Engine)，和汽车发动机一样属于内燃机的一种。燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。最常见的应用案例就是飞机的发动机。

最简单的燃气轮机装置包括三个主要部件：压气机、燃气轮机和燃烧室。燃气轮机的流程是这样的：空气和燃料分别经压气机与泵增压后送入燃烧室，在其中燃料与空气混合并燃烧，释放出热能；燃烧所产生的燃气吸热后温度升高，然后流入燃气轮机的动力涡轮室膨胀做功，做功后的气体排向大气并向大气放热。重复升压、吸热、膨胀和放热过程，燃气轮机就可以连续不断地将燃料的化学能转换成热能，进而转换成机械能。

相对于传统的的汽车活塞式发动机(Piston Engine)，燃气轮机最大的特点是直接输出的是旋转运动，而不需要将直线运动转换为旋转运动。 因此在结构上就省去了曲轴、连杆、活塞、凸轮等复杂机构，结构简单，无故障，使用寿命长，另外燃料机动性好，即可以使用天然气、丙烷等，也可以使用液体的汽油、柴油等，这是它的一大优点。

既然如此，为什么汽车不直接采用燃气轮机来驱动呢？除了造价高、燃油消耗高之外，还有就是体积太大，如果直接将飞机发动机装在汽车上，就是下面这个样子！

然而，如果把这种飞机或者坦克（如美国M1）上应用的燃气发动机进一步缩小体积，并塞进汽车里，那就涉及到关键词“微”（MICO）了。

微型燃气轮机(MicroTurbine，MT)一般功率在数百千瓦以下，MT为全径流式，将传统燃气轮机的多级空气压缩机涡轮和动力涡轮，简化成带有离心压气机涡轮和向心动力涡轮的一个轮盘转子，两者设计为背靠背结构。在原理上与柴油机废气涡轮增压器十分相似，实际上MT就是利用柴油机增压器废气推动涡轮带动压气叶轮吸气的原理和燃气轮机燃烧理论来完成工作的。这样就大大缩小了MT的轴向尺寸，便于车载安装。

MT工作时压气机从外部吸收空气，压缩后在回热器接受动力涡轮排气预热，送入燃烧室，同时燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合受控燃烧。生成的高温高压气体进入透平膨胀做功，推动涡轮高速旋转，从而使转子旋转做功。

其实从上世纪50年代，人们就开始尝试使用MT来直接驱动汽车，比如克莱斯勒的Chrysler Turbine Car。但是至今并未能批量应用，究其原因，除了成本高于活塞发动机外，还有就是MT只适合连续高转速稳定输出，遇到怠速和工况频繁变化时，燃油效率就很低了，而且延迟明显、油门瞬态响应不如发动机。

把MT重新带入人们关注视野的，是电动汽车。用MT高转速稳定输出的特点来发电，可以避免直驱时怠速和低速效率低的弊端，这就涉及到第三个关键词“增程”了。

在这方面最为人熟知的应用就是捷豹推出的C-X75概念车，捷豹这款车采用4个145kw的电动机和两个微型燃气轮机，这两个MT不参与驱动，只提供发电增程作用。

MT被作为增程器使用时，应该称为“微型燃气轮发电机” (Mico Turbine Generator，MTG）。由于小功率燃气轮机转速高，通常需要采用齿轮减速器降速后与发电机相连，比较笨重，而随着高速发电机技术发展，发电机可以与MT的涡轮转子轴直接连接，带动永磁发电机产生高频交流电。

代表性的MTG产品，有美国顶石涡轮公司Capstone Turbine的30KW增程器C30，其主要工作参数如下：

与常规发动机进行对比，虽然MTG的发电效率略低，但其最显著的优势就是工作寿命远远提高，维护成本低，且可以使用多种燃料型号。

泰克鲁斯之所以采用MTG，其负责人解释如下：“由于涡轮机在将化学能转化为驱动车轮的有用机械能方面效率一直很低，因此只有少数人尝试在动力系统中使用涡轮机，并且从未有人因此获得商业成功。”“但是，电动汽车用电动机驱动车轮，从而有效地释放了内燃机，令其可以专门用于将化学能转化为机械能并最终转化为电能。这是一项重大突破，使我们有可能将高效的涡轮发动机作为汽车的超级增程器。”

2000年美国加州采用Capstone MTG技术的HEV公共汽车实测，搭载了MTG的插混公交车排放的污染物指标相比传统柴油内燃机的确具有明显的优势。从分析看来，使用微型燃气轮机增程，从技术方案上讲是完全可行的，阻碍其应用的主要因素应该是成本。据了解Capstone一台30千瓦的C30，成本在2万欧元左右。

这可能也是捷豹和泰克鲁斯不约而同将之首先应用在超跑上的原因，毕竟这个群体更多关注的是性能。另外对于公交领域或者大型卡车来说，安装空间足够大，采用MTG增程技术也许会是一条可考虑的技术路径。