Pod utjecajem brzog razvitka, usavršavanja i primjene plinske turbine u mnogo područja, često se postavlja pitanje bi li se ta vrsta motora mogla uporabiti kao mali pokretački stroj, osobito u cestovnom prometu, tj. za teretna vozila, traktore, autobuse, osobna vozila te za razna vojna vozila

Načelno vrijedi općenita spoznaja kako su motori s tekućim gorivom po svojoj prirodi strojevi velikih radnih mogućnosti, dakle pogodni za velike učinke. To je utemeljeno uglavnom kroz dva stajališta.
Kao prvo, prilikom smanjenja gabarita stroja radi radne sigurnosti, osobito pri visokim temperaturama i zbog njih uzrokovanih promjena oblika, potrebni razmaci između pokretnih i nepokretnih dijelova se ne mogu prema želji smanjiti, što znači kako su ti gubici u malim motorima veći.
Takvi i slični razlozi predstavljaju stajališta koja vode do gradnje turbina. Parna turbina u izvedbi malih gabarita pa prema tome i malih snaga, ima nekoliko glavnih nedostataka; najviši tlak i ostali ekonomični rastući radni oblici (npr. regeneracijsko predgrijavanje, međupregrijavanje itd.) jedva da se mogu uporabiti pri malim snagama. Povećanjem početnog tlaka, duljina lopatice se još više smanjuje i visoki stupnjevi se gotovo ne mogu postići te bi radi toga takve komplikacije pri malim učincima značile prevelik trošak.
Mnogi od spomenutih utjecaja, koji umanjuju ekonomičnost, ne postoje pri uporabi plinske turbine. Plinska turbina radi ekonomičnije ako je početni tlak veći te ne dolazi do kondenzacije.

Oblici izvođenja male plinske turbine
Uobičajeni izvedbeni poredak male turbine sastoji se od jednog radijalnog kompresora i jedne aksijalne turbine na jednom vratilu. Između njih se nalaze jedna, dvije ili po opsegu razdijeljene više komora izgaranja, u kojima izgara dovedena zapaljiva smjesa s komprimiranim zrakom. Pritom se nastali plinovi razvijaju ispred turbine i djeluju na rub turbine, tj. na njezine lopatice. Višak energije pritom može izaći kroz turbinsko vratilo.
Varijante koje su nastale izvedbom malih turbina zbog poboljšanja ekonomičnosti radnog procesa, predstavljaju promjenu izvedbenog oblika pojedinih dijelova postrojenja. Tako su nastale, npr. razne izvedbe protočnih strojeva (aksijalni i radijalni kompresori, aksijalne i radijalne turbine).
Posebno pogodna izvedba pokazuje se konstrukcija s dvije turbine, od koje jedna sa što je moguće manjom promjenom u broju okretaja pokreće kompresor, dok druga u funkciji pogonske turbine daje korisnu snagu.
Prednost dvoturbinskog poretka za motorna vozila proizlazi iz zahtjeva da se održi relativno konstantni tlak plina radne turbine, koji je neovisan o mjenjajućem broju okretaja. S druge strane, na jednoturbinskom poretku, na kojem se s vratilom na kojem su montirani turbina i kompresor, pokreće i radni stroj, dakle kod motornih vozila preko reduktora koji prenosi snagu na kotače, sa smanjenjem broja okretaja vratila u isto vrijeme se smanjuje i broj okretaja kompresora, tako da odnos tlaka, a time sposobnost rada rapidno pada. Time bi ponovno ubrzanje turbine nakon pada broja okretaja znatno dulje trajalo. Iz tog razloga se razvoj malih turbina u inozemstvu povezuje u mnogo slučajeva s dvije turbine, koje se montiraju jedna iz druge.
Pruža se niz mogućnosti promjena u konstrukciji plinske turbine zamjenom radijalnog kompresora aksijalnim, prelaskom na više stupnjeve kompresija, a i isto tako i na turbini uporabom radijalnog protočnog turbinskog stupnja umjesto uobičajeno uporabljene aksijalne turbine kao i povećanjem broja turbinskih stupnjeva. Zadaća je konstruktora otkriti najpogodniju izvedbu za definiranu svrhu, pri čemu treba obratiti pozornost na cijenu izvedbe, koja je razumljivo viša kod višestupnjevitih izvedbi kompresora u odnosu na jednostupanjske izvedbe, kao i zahtjevi ekonomičnosti, propisa itd. Poznato je kako aksijalni kompresor posjeduje strmije karakteristike od centrifugalnog kompresora te je u njegovom slučaju veća neekonomičnost.
Prednost aksijalne izvedbe s daljnjim razvitkom radijalnih kompresora postaje sve manja te se danas sve više cijene prednosti pri malim učincima, osobito mogućnosti zadovoljenja potrebe s jednim jedinim stupnjem kompresora, tako da je većina malih turbina opremljena i s radijalno-protočnim kompresorskim rotorima (impelerima). U toj izvedbi aksijalna turbina s ovakvim odnosima, tj. s izvana malom visinom lopatica ne može biti izvedena s dobrim stupnjem djelovanja. Iskustva s takvim sporohodnim turbinama još su ograničena i njihova primjena je ograničena na male izvedbe, ali pojedinačna mjerenja koja su poznata dala su dobre stupnjeve djelovanja i u izvjesnoj mjeri mnogo obećavajućih osobina.

Pogonska goriva plinskih turbina
Veliki utjecaj na cjelokupni način izvedbe kao i na pomoćne agregate, mogu naravno biti uporabljena goriva. Poznata je jedna posebno dobra strana plinske turbine da može biti pogodna za gotovo svako gorivo. Plinska goriva koja su za ekonomično izgaranje u plinskim turbinama posebno pogodna za vozila dolaze malo u obzir, zbog toga što su vezana za obilna postrojenja za proizvodnju i spremnike. Ako se, doduše, pretpostavi usavršeni sustav boca kao spremnik za visokokomprimirane visokovrijedne plinove s ogrijevnim vrijednostima u visini od 7000 kcal/m3 i više, kao što mogu biti postignuti kod takozvanog Reich-plina (bogatog plina) tada mogu i takva motorna goriva dobiti na važnosti.
Tekuća goriva kao benzin, kerozin (uglavnom rabljen u inozemstvu), plinsko ulje i dizel najpogodnija su za plinske turbine, ali i teža ulja sve do bunker-ulja već su s uspjehom uporabljavana. Njihovo izgaranje može, osobito kod predgrijavanja, biti iskorišteno; uklanjanje ostatka izgaranja i taloženja kod promjenjivog pogona predstavlja, posebno kod motornih vozila u razvitku, izvjesne zadaće. Pritom su najkritičnije pojave korozije, koje nastaju putem Vanadium pentoxyola i slično te koje su vrlo štetne. Svejedno, treba se nadati kako će u dogledno vrijeme i taj problem preradom goriva i krute sirovine gdje vrući plin okružuje dijelove, biti riješen.
Što se tiče krutih goriva, u razmatranje za izgaranje dolazi ugljena prašina, bilo od mrkog ugljena ili kamenog ugljena, premda kada je riječ o uporabi za motorna vozila to izgleda na početku odbojno.

Gubici plinskih turbina u maloj izvedbi
Prilikom istraživanja pojedinačnih svojstava male plinske turbine, kao najvažnije se postavlja pitanje ekonomičnosti. To nije samo zbog toga što je zahtjev konkurentnosti na kraju krajeva pod utjecajem potrošnje goriva, već i zbog toga što je stupanj ekonomičnosti radnog procesa plinske turbine jedan od temeljnih svojstava. Tu se izrazito razlikuje stupanj djelovanja procesa koji uvjetuje potrošak topline i troškovi pogona, tj. ekonomičnosti, koji je uz sve to pod utjecajem cijene toplinske energije uporabljenog goriva.
Stupanj djelovanja plinske turbine je uvjetovan s tri djelomična stupnja djelovanja:
• turbinskog
• kompresorskog i
• stupnjem djelovanja izgaranja u komori izgaranja.
Nadalje, odlučujuća je početna temperatura dekompresije u odnosu na tlak procesa. Postavlja se pitanje je li povoljno pritom znatno povećati stupnjeve djelovanja turbine i kompresora jer oni, mnogo više nego što odgovara njihovoj vlastitoj promjeni, utječu na stupanj djelovanja cijelog pogona. U drugu grupu gubitaka ubrajaju se gubici zbog nužnih kanala različite geometrije, gubici u rasporu između lopatica i trenja struje.

Ekonomičnost malih turbina
Od prethodno spomenutih nedostataka malih turbina, kod kojih male mjere i male snage neizbježno spuštaju stupanj korisnosti, potrebno je odvojiti isto tako ekonomski utjecajne parametre koji u izvjesnom smislu poput izbornih vrijednosti, u većoj ili manjoj mjeri, trebaju biti razmatrani kako bi se određeni razvojni ciljevi, npr. jednostavnost gradnje ili mala težina postrojenja, po mogućnosti mogli održati. Ovamo pripadaju izravne izborne veličine, kao npr. odnosi tlakova, čiji je utjecaj na konstrukciju već prethodno bio spomenut ili temperatura plina i ostalih pogonskih oblika, koji na velikim turbinama djelomično predstavljaju problem i koji su s jedne strane zbog ekonomičnosti, a s druge zbog sigurnosti pogona ili nepredvidive komplikacije u izradi, isto tako ograničene kao i kod malih izvedbi. Za povećanje ekonomičnosti plinske turbine važna su tri čimbenika: poboljšanje pojedinačne korisnosti, povišenje radne temperature i iskorištavanje ispušnih plinova, koji se u međusobnom odnosu trebaju povezati s pitanjem koliko se oni mogu primijeniti na malu turbinu, a posebno na pogonsku turbinu vozila.

Tenkovski motori
U taktičkoj pokretljivosti tenka, jednu od važnijih uloga ima upravo pogonski motor, koji je definiran sa svojim performansama, pouzdanošću te pogodnošću za eksploataciju i održavanje. Tenkovi svoju visoku učinkovitost postižu zahvaljujući istovremenosti paljbene moći, pokretljivosti te oklopnoj i specijalnoj zaštiti. Pokretljivost tenka u kombinaciji s paljbenom moći i oklopnoj zaštiti zapravo je i najvažnija osobina tenka. Za elementarnu procjenu pokretljivosti tenka obično se koristimo specifičnom snagom, tj. snagom motora u odnosu na masu tenka. Za suvremene glavne borbene tenkove MBT (Main Battle Tanks) zahtijeva se da im specifična snaga bude u granicama 20 kW/t. Ovako visoke specifične snage omogućuju i visoku žilavost tenka na bojišnici koja se manifestira u brzoj promjeni položaja nakon ispaljenja projektila. Ako se podsjetimo kako se masa tih tenkova nalazi u području 40-65 t, onda jasno proizlazi da tenkovski motor za ovu skupinu tenkova treba imati snagu od oko 1000 kW i više.
Tenkovi u II. svjetskom ratu uglavnom su se koristili Otto motorima. Prvi uspješni tenkovski motor (4-taktni, dizel) bio je ruski V-2 razvijen potkraj tridesetih godina prošlog stoljeća. Iznimno uspješna primjena tog motora na tenku T-34 u II. svjetskom ratu dovela je u poslijeratnom razdoblju do potpunog istiskivanja Otto motora kao tenkovskog pogonskog stroja. U odnosu na Otto motor, dizel motor se pokazao ekonomičnijim, manje sklon požarima te pouzdaniji u eksploataciji. Pozitivno iskustvo u konstrukciji i eksploataciji tog motora znatno je utjecalo na konstrukciju i daljnji razvoj dizelskog motora za nove tenkove. Za današnje najsuvremenije ruske tenkovske motore može se reći da su zapravo usavršena inačica motora V-2.

Primjena plinske turbine u tenkovima
Od sedamdesetih godina prošlog stoljeća, sve veći konkurent dizelskom motoru postaju plinske turbine. Korištenje plinske turbine za pogon tenkova razmotreno je prvi put u Njemačkoj pred kraj II. svjetskog rata. Tu ideju su kasnije preuzeli Britanci pa su početkom pedesetih godina proveli ispitivanje jedne plinske turbine u tenku Conqueror, ali bez nekog većeg uspjeha. Idući pokušaj primjene plinske turbine za pogon tenkova izveden je u SAD-u. Američka vojska je 1961. zaključila ugovor s tvrtkama Ford i Solar za razvoj turbine snage 441 kW (600KS).
Temeljni moduli plinske turbine za primjenu na tenkovima su:
• kompresor s turbinom kompresora
• komora izgaranja
• izlazna turbina
• izmjenjivač topline – rekuperator
• reduktor broja okretaja.
Zrak iz atmosfere se kompresorom tlači i preko rekuperatora ubacuje u komoru izgaranja, gdje se ubrizgava gorivo i gdje dolazi do izgaranja. Produkti izgaranja prvo pokreću turbinu za pogon kompresora, zatim pokreću izlaznu turbinu te preko rekuperatora izlaze u atmosferu. U rekuperatoru, produkti izgaranja dio topline, koja nije utrošena na turbinama, predaju svježem zraku prije ulaska u komoru izgaranja. Time se smanjuju gubici topline, odnosno povećava učinkovitost turbine te smanjuje temperatura, odnosno toplinsko zračenje ispušnih plinova iz turbine. Brzine vrtnje vratila izlazne turbine su vrlo velike i kreću se i do 50 000 okr./min. pa se preko reduktora brzina mora smanjiti na prihvatljivu brzinu oko 3000 okr./min. Iako se plinske turbine tih tvrtki nisu pokazale prilagođene za ugradnju u tenkove, američka je vojska sredinom 60-ih godina prošlog stoljeća opet zaključila ugovor s tvrtkom Avco Lycoming koji je rezultirao razvojem plinske turbine oznake AGT-1500 snage 1100 kW (1500 KS). Ta turbina je prvo ispitivana na podvozju tenka M48, a tvrtka Chrysler ju je prihvatila za ugradnju u njihovu inačicu tenka na natječaju za razvoj tenka XM1 za američku vojsku, koji je kasnije uveden u naoružanje pod nazivom M1 Abrams.

Motor tenka T-72, M84 i M84A
Ruski tenk T-72 pripada III. generaciji tenkova i nalazi se u naoružanju mnogih država. Tenk T-72 ima masu od 41 t pa i s motorom relativno male snage postiže veliku specifičnu snagu tenka od 14 kW/t. Motor se odlikuje malim dimenzijama i malom masom (oko 1000 kg bez sustava za hlađenje). Zahtijevano srednje vrijeme između otkaza MTBF (Mean Time Between Failure) za taj motor iznosi 200 moto-sati.

Motor tenka LEOPARD 2
Motor tenka LEOPARD 2 je proizašao iz nastavka razvojnog programa MBT-70 koji je počeo još 60-ih godina prošlog stoljeća zajedno sa SAD-om, da bi se kasnije odustalo od njega te svaka od zemalja nastavila sa samostalnim razvojem. Njemačka tvrtka MTU je tim motorom uspješno parirala ruskom T-72 jer je ostvarena specifična snaga od 20 kW/t. Spomenutim motorom ostvaruje se ubrzanje tenka od 0 do 32 km/h za svega 6 s, a maksimalna brzina na tvrdoj podlozi iznosi 72 km/h.

Motor tenka LECLERC
Za pogon tenka LECLERC usvojena je kombinirana izvedba motora: dizelsko-plinska turbina, tzv. hyperbar dizelski motor. Kod tog motora turbokompresor se pokreće energijom ispušnih plinova i plinova koji se stvaraju u dodatnoj komori izgaranja. Ta vrsta motora odlikuje se brzim prihvaćanjem opterećenja pa je i to jedan od razloga što LECLERC mase 53 t može ubrzati od 0 do 32 km/h za svega 5,5s.
Prednosti i nedostaci plinskih turbina u primjeni na kopnenim vozilima u odnosu na klipne motore

Prednosti:
1. Povoljnija raspodjela okretnog momenta.
2. Jednostavnija konstrukcija. Plinska turbina u odnosu na klasične klipne motore ima znatno manji broj dijelova. U usporedbi sa 6-cilindričnim benzinskim motorom iste snage, plinska turbina ima samo oko 20% dijelova.
3. Manja težina i gabariti. Neprekidnost radnog procesa omogućuje dobivanje velikih snaga pri relativno malim dimenzijama turbine. Ta prednost ima čisto teoretski karakter. Ugradnja plinske turbine u automobil komplicira se s težinom i gabaritima reduktora, zračnih i plinskih vodova, toplinskog izolacijskog sloja što u cjelini gledano zahtijeva nešto veće težine i gabarite od klipnog motora.
4. Potpunije izgaranje. Zbog neprekidnog dovoda viška svježeg zraka gorivo u potpunosti izgara. Ispušni plinovi ne sadrže štetni ugljični monoksid (CO) i dušični monoksid (NO).
5. Nepotrebno hlađenje tekućinom. Plinske turbine se hlade zrakom i zato nije potrebno izvođenje posebnog sustava za hlađenje.
6. Veća pouzdanost u eksploataciji. Ta prednost je u uskoj vezi s manjim brojem dijelova. Kod Otto motora najveći broj nedostataka pojavljuje se na sustavu za paljenje. Kod plinske turbine cijeli se sustav za paljenje svodi na elemente potrebne za njezino puštanje u rad.
7. Manja potrošnja maziva. Klasični klipni motori troše nekoliko puta veću količinu maziva od plinske turbine. Razlog tome je potreba za znatno većim brojem ležajeva i zupčanika kod Otto i Diesel motora.
8. Manji radni pritisci. Obično je pritisak zraka 4,2-7 bara, dok pritisak u procesu izgaranja kod Otto motora iznosi 39-53, odnosno, kod Diesel motora 49-70 bara.
9. Jednostavnije održavanje.
10. Mirniji rad jer je okretanje turbine ravnomjerno, s obzirom na to da turbina nema mehanizam koljenastog vratila.
11. Mogućnost korištenja goriva različite vrste i kvalitete.

Nedostaci
1. Manji stupanj korisnosti i veća specifična potrošnja goriva. To je osnovni razlog zašto se plinska turbina malih snaga vrlo sporo uvodi kao pogonski agregat automobila. Stupanj korisnosti se povećava s primjenom izmjenjivača topline, ali se pritom povećavaju težina, gabariti (geometrijske dimenzije) i cijena. Osobito nizak stupanj korisnosti i visoku specifičnu potrošnju imaju turbine pri djelomičnim opterećenjima. Primjenom izmjenjivača topline stupanj korisnosti pri djelomičnim opterećenjima se može znatno poboljšati i dovesti na razinu klasičnih klipnih motora, ali na račun stupnja korisnosti pri punom opterećenju.
2. Visoki brojevi okretaja. Kompresor i turbina rade s visokim brojem okretaja. Želja za smanjenjem težine i gabarita dovodi do daljnjeg povećanja broja okretaja. Plinska turbina Rover 15/60 snage 45kW ima na rotoru kompresora 46 000 okretaja u minuti. Kako bi se dobio optimalni broj okretaja za pogon automobila potreban je reduktor s velikim prijenosnim odnosom. Pritom je nužno osigurati bešumni rad.
3. Veliki protok ispušnih plinova. Kao što je već spomenuto, plinska turbina rabi svježi zrak za izgaranje goriva i za hlađenje u procesu izgaranja. Odvođenje ispušnih plinova zahtijeva, stoga, velike dimenzije ispušnog sustava.
4. Kašnjenje ubrzanja. Pri naglom otvaranju leptira akceleratora dolazi do kašnjenja ubrzanja pri polasku automobila (od 1-2 s) zbog velikih inercijskih momenata rotirajućih masa. Nakon te prijelazne pojave zadano ubrzanje se vrlo brzo postiže.
5. Kočenje motorom nije moguće. Kod plinskih turbina sa slobodnom pogonskom turbinom ne postoji čvrsta veza između pogonskih kotača i motora.
6. Buka struje usisnih i ispušnih plinova.
7. Primjena plinskih turbina za serijsku ugradnju u automobil zahtijeva osiguranje kompletnih agregata za zamjenu. Klasični pristup popravka gubi svoj smisao.

Danijel VUKOVIĆ