แรงขับกังหันคืออะไร?

Turbine propulsion เป็นแรงขับของยานพาหนะโดยใช้กังหัน เนื่องจากแรงบิดต่ำของกังหันยานพาหนะทางบกจึงถูกขับเคลื่อนด้วยกังหัน อย่างไรก็ตามเรือเดินทะเลได้ใช้กังหันเพื่อขับเคลื่อนตั้งแต่การประดิษฐ์ในปลายศตวรรษที่ 19 กังหันที่ใช้กันทั่วไปประเภทที่ใช้ในการขับเคลื่อนคือกังหันไอน้ำและกังหันก๊าซซึ่งทั้งคู่มีข้อดีและข้อเสียที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเอง วันนี้เรือทหารทันสมัยหลายแห่งใช้กังหันไอน้ำเพื่อความเร็วและประสิทธิภาพที่สูง

กังหันไอน้ำเชิงปฏิบัติเครื่องแรกที่ใช้สำหรับการขับเคลื่อนและการกำเนิดพลังงานถูกคิดค้นโดย Sir Charles Parsons ในปี 1884 กังหัน Parsons ได้รับการปรับปรุงเมื่อเวลาผ่านไปและในที่สุดก็ถูกติดตั้งในเรือที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษ เรือลำนี้เป็นที่รู้จักในนาม "Tubrinia" เป็นเรือลำแรกที่ถูกขับเคลื่อนโดยกังหัน เปิดตัวในปี 1894 เรือสามารถเข้าถึงความเร็ว 34.5 นอต (39.7 ไมล์ต่อชั่วโมง 63.9 กม. / ชม.) และใช้เพื่อแสดงศักยภาพในการขับเคลื่อนกังหันไอน้ำในเรือเดินทะเล

ตั้งแต่นั้นมาการใช้เครื่องยนต์กังหันไอน้ำก็ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ สำหรับเรือเดินทะเล กังหันได้รับความนิยมมากกว่าเครื่องยนต์ไอน้ำขนาดใหญ่แบบลูกสูบในยุคนั้นเนื่องจากประสิทธิภาพเชิงความร้อนความเร็วและอัตราส่วนพลังงานต่อน้ำหนักที่สูงขึ้น เรือสำราญล่องเรือเช่น Cunarder "Lusitania" ใช้กังหันไอน้ำเป็นตัวขับเคลื่อนหลักทำให้พวกเขาเดินทางได้เร็วกว่าลูกน้องที่ขับเคลื่อนด้วยลูกสูบ กังหันไอน้ำที่ขับเคลื่อนด้วย SS "United States" ยังคงถือ Blue Riband สำหรับการข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกทางตะวันตกที่เร็วที่สุดด้วยความเร็วสูงสุดประมาณ 38 นอต (43.8 ไมล์ต่อชั่วโมง, 71 กม. / ชม.)

ด้วยการพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์เครื่องยนต์กังหันไอน้ำยังคงเป็นแหล่งพลังงานที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย เรือที่ใช้พลังงานนิวเคลียร์รวมถึงเรือดำน้ำใช้กังหันไอน้ำเป็นตัวขับเคลื่อนสำคัญ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แทนที่หม้อไอน้ำเพื่อให้ความร้อนกับน้ำเดือดในไอน้ำที่ร้อนเป็นพิเศษ จากนั้นไอน้ำจะไหลผ่านกังหันซึ่งจะหมดและควบแน่นเพื่อใช้ในอนาคต

แม้จะมีแรงบิดต่ำกังหันไอน้ำก็ยังเห็นการใช้งานในยานพาหนะทางบก Ford Nucleon เป็นรถยนต์พลังงานนิวเคลียร์ที่นำเสนอโดยที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดเล็กขับเคลื่อนกังหัน ในปี 2009 ทีมวิศวกรชาวอังกฤษทำลายสถิติความเร็วโลกสำหรับรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยไอน้ำโดยใช้กังหันไอน้ำ นอกจากนี้ยังมีตู้รถไฟวิ่งผ่านกังหันไอน้ำ

หนึ่งในความพินาศของกังหันไอน้ำคือแรงบิดต่ำ อย่างไรก็ตามในการเอาชนะปัญหานี้เกียร์ลดจะถูกใช้เพื่อเพิ่มแรงบิดด้วยค่าใช้จ่ายในการหมุนรอบต่อนาที (RPM) ในขณะที่ความต้องการแรงบิดแตกต่างกันไปตามการใช้งานยานพาหนะที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันไอน้ำเกือบทั้งหมดต้องการแรงบิดในระดับหนึ่งซึ่งไม่สามารถผ่านไดรฟ์โดยตรงได้ ยานพาหนะส่วนใหญ่ที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันไอน้ำจึงใช้เกียร์ลด

อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับการลดเกียร์คือไดรฟ์เทอร์โบไฟฟ้าซึ่งกังหันหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนมอเตอร์ไฟฟ้า จากนั้นมอเตอร์ไฟฟ้าจะใช้เซิร์ฟเวอร์เป็นตัวขับเคลื่อนหลักสำหรับยานพาหนะโดยมีกังหันไอน้ำให้พลังงาน เนื่องจากค่าใช้จ่ายของพวกเขา แต่ระบบเทอร์โบไฟฟ้าได้ถูกนำมาใช้ในเรือและตู้รถไฟจำนวนเล็กน้อยเท่านั้น

กังหันก๊าซยังมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการขับเคลื่อนกังหันแบบใหม่ ซึ่งแตกต่างจากกังหันไอน้ำซึ่งมีไอน้ำความเร็วสูงเปลี่ยนใบพัดหลายใบพัดกังหันก๊าซใช้การเผาไหม้เพื่อผลิตการขยายตัวทางความร้อนที่จำเป็นสำหรับการหมุน กังหันก๊าซไม่เพียง แต่มีประสิทธิภาพมากกว่ากังหันไอน้ำเท่านั้น แต่ยังสามารถหมุนด้วยความเร็วที่สูงกว่ามาก ด้วยเหตุนี้กังหันก๊าซจึงถูกนำมาใช้กับเครื่องบินตู้รถไฟเรือและแม้แต่ยานทหารที่หนักกว่า