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1044马力。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。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。

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。

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。

下图一为装配在测试支架上的来自通用电气GE的GE90航空涡扇喷气发动机。下图二为检修人员正在GE90喷气发动机旁进行检修。由于航空喷气发动机的主要指标是推力，因此一般性能指标就是对应的输出推力值。目前GE90喷气发动机仍然保持着最大推力的世界纪录。推力高达547千牛。波音777机型就配备了该喷气发动机。2台GE90喷气发动机就可以满足波音777这种400座级飞机的推力需求。并且保证当其中的任何一台发动机受损停机的时候，另一台发动机的推力能够使得飞机在足够的航程内备降备用机场。对应惊人的推力，这样的航空发动机的体积也是巨大的，相当于一栋小别墅的大小。看来装进汽车也是无望的。

三、燃气轮机 Gas Turbine
前面提到航空喷气发动机主要将高温高压燃气的动能传递给前级主推力风扇转化为推力，推动飞机飞行。而某些应用场合比如舰船或者重型车辆，则仍然希望动力通过传动轴输出到船桨或者车轮上。因此燃气轮机就应用而生了。如下图所示，燃气轮机的基本结构和航空喷气发动机保持相同，但是取消了前级主推力风扇。从左到右依次分为低温段Cold Section和高温段Hot Section两大部分。空气通过进气口Air Inlet进入并压缩后被送入燃烧室Combustion Chambers。在燃烧室中空气和燃料混合后燃烧产生高温高压燃气。高温高压燃气将动能传递给并推动涡轮Turbine旋转然后通过排气口排出燃气轮机。整个做功过程巧合地和目前常用的车用活塞发动机相同，包括进气INTAKE，压缩COMPRESSION，燃烧COMBUSTION，排气EXHAUST四个阶段。只不过这四个做功阶段同时存在于燃气轮机的不同区域。而不像车用活塞发动机中这四个阶段是分时存在的。

作为传动应用的燃气轮机主要用于舰船和重型车辆两种应用场合。

1. 用于舰船
提到舰船用燃气轮机，不得不提一下来自通用电气GE的LM2500系列燃气轮机。它可以说当之无愧的是舰船燃气轮机中耀眼的明星。从上世纪70年代投入使用以来，LM2500一直保持着极高的市场占有率，应用在绝大部分的大型水面舰船上。由航空喷气发动机改进而来的LM2500燃气轮机，单台输出功率超过了3万马力（也就是22兆瓦）。如下图一所示172昆明驱逐舰就配备了LM2500燃气轮机。如下图二为舰船内部的LM2500燃气轮机。目前LM2500燃气轮机的国产化率已经达到了一个很高的水平，并且我们自己的大功率燃气轮机也逐渐投入了使用。从体积上来看，舰船用燃气轮机虽然直径不大，但是长度类似一个车库，也不太适用于车辆。

2.用于重型车辆
如标题所说，美国主战坦克M1A2所用的心脏就是燃气轮机。因此终于我们能看到塞进车辆里的燃气轮机长什么样子了。如下图一为美国M1爱勃拉姆斯Abrams主战坦克，下图二为维修人员正在对M1坦克尾部的燃气轮机进行吊装操作。

M1坦克配备的是来自美国霍尼韦尔Honeywell公司的AGT1500燃气轮机。这台燃气轮机可以输出1500马力（也就是1120千瓦）的动力。有了如此强大的动力，M1坦克虽然重量超过了60吨，但是仍然能够在公路上达到72公里的时速。感兴趣的朋友可以找来纪录片《超级工厂 M1坦克》（Ultimate Factories M1 Tank）具体研究一下。如下图一，为片中首席燃气轮机支持主管RODNEY BRODEUR站在AGT1500燃气轮机的模型前面介绍其工作原理。下图二为AGT1500燃气轮机工作原理示意图，与前面介绍的舰船用燃气轮机类似，AGT1500分成低温段和高温段两大部分。燃烧室中空气和燃料混合后燃烧产生高温高压燃气推动涡轮旋转输出动力（图片来自国家地理纪录片《超级工厂M1坦克》）。

相比于传统重型车辆用柴油发动机，燃气轮机具有如下优点：
1） 结构简单
2） 维修简便
3） 冷启动性能好（不需要预热）
4） 负荷反应快
5） 扭矩特性好
6） 适应多种燃料（柴油，航空煤油，汽油，常规煤油等均可）
7） 排烟少、振动小、噪音低（减少战场中被发现的概率）
相应的缺点也很鲜明：造价高（为同等性能柴油发动机的两倍）、燃油消耗高、寿命短
前面提到美国坦克心脏所用的燃气轮机技术。它的体积终于得到了大幅减小，但是仍然只有军用装甲车或者重型卡车这样的大型车辆才能装载。那么燃气轮机技术是怎么应用到中国电动超跑上的呢？下面就让我们来看一下燃气轮机在现代乘用车上的应用趋势——微型汽轮机