Производители начали гонку за создание нового реактивного двигателя для самолета — с открытым вентилятором
Новая конструкция обещает существенно снизить потребление топлива, но ставит перед инженерами сложные задачи.
Как пишет Financial Times, изменение климата требует от авиации решительных действий: чтобы достичь нулевых выбросов к 2050 году, следующее поколение самолетов должно потреблять значительно меньше топлива.
Именно поэтому инженеры GE Aerospace, одного из крупнейших производителей авиадвигателей, в последние три года стали одними из самых активных пользователей суперкомпьютеров Министерства энергетики США. Цель этих сложных вычислений — смоделировать поведение революционного типа двигателя, который, как они надеются, станет основой коммерческой авиации будущего.
Речь идет о концепции «открытого вентилятора» (англ. open fan). GE Aerospace вместе со своим французским партнером, производителем двигателей Safran, делают ставку на конструкцию, в которой лопасти вентилятора вращаются открыто, без традиционного корпуса.
Двигатели с открытым вентилятором лишены привычной гондолы (кожуха), окружающей вентиляторы традиционных турбовентиляторных двигателей. Это снижает вес и аэродинамическое сопротивление, позволяя использовать вентиляторы значительно большего диаметра, что напрямую повышает эффективность использования топлива.
Сама идея не нова: GE уже проводила испытания подобных двигателей еще в 1980‑е годы. Однако тогда прогресс остановили технические проблемы, главной из которых был чрезмерный шум. Теперь доступ к мощным суперкомпьютерам позволяет очень точно моделировать форму и аэродинамику лопастей, чтобы решить проблему акустики.
Как отмечает FT, компании Airbus и Boeing уже изучают планы по созданию преемников своих самых продаваемых семейств самолетов — рабочих лошадок мировой авиации. Ожидается, что новые лайнеры появятся не раньше конца 2030‑х годов, но, учитывая продолжительный цикл разработки, производители двигателей должны предложить решения уже сегодня.
The future of flight is changing fast. ✈️ Folding wings, open fan engines and new innovations - all to help decarbonise aerospace.
Curious how we’lllmake this future a reality? Check out our 5 pillars - straight from Naris Air Show. #PAS25 pic.twitter.com/FyQnovYpDl
На кого рассчитаны новые двигатели
Совместное предприятие GE и Safran — CFM International — рассматривает open fan в качестве главного кандидата для следующего поколения узкофюзеляжных самолетов. Это именно те лайнеры, которые сегодня выполняют основную массу коротких и средних рейсов по всему миру — семейства Airbus A320 и Boeing 737 Max.
И Airbus, и Boeing сейчас только оценивают варианты замены своих бестселлеров. Несмотря на то, что новые модели ожидаются через десятилетие, для производителей двигателей дедлайн наступает гораздо раньше: путь от разработки до сертификации занимает многие годы.
Руководство GE и Safran утверждает, что именно архитектура открытого вентилятора обладает наибольшим потенциалом, предлагая снижение потребления топлива на 20%.
CFM вместе с Airbus уже готовят испытательный полигон для новой техники. К концу этого десятилетия двигатель с открытым вентилятором планируют установить на модифицированный A380.
Результаты этих полетов помогут Airbus определиться с двигателем для будущих серийных самолетов. Но сам производитель утверждает, что до окончательного решения еще далеко: параллельно идут переговоры с другими игроками рынка — Rolls-Royce и Pratt & Whitney (часть холдинга RTX), которые сосредотачиваются на совершенствовании более классических закрытых конструкций.
Скептицизм конкурентов
Rolls-Royce, который специализируется на двигателях для крупных широкофюзеляжных лайнеров, сейчас продвигает собственную разработку — UltraFan. Инженеры компании считают, что открытый вентилятор не является оптимальной технологией.
Аргумент скептиков прост: если у двигателя нет защитного кожуха, любой аварийный разлет лопастей требует дополнительной, очень серьезной защиты фюзеляжа и конструкции крыла. В результате дополнительный вес средств безопасности может свести на нет преимущества в топливной эффективности.
Подобную позицию занимает и компания Pratt & Whitney, которая работает над вторым поколением своего редукторного турбовентиляторного двигателя (Geared Turbofan) для будущих узкофюзеляжных лайнеров. Специалисты компании отмечают, что проблемы с монтажом, шумом и интеграцией в планер самолета делают проект открытого ротора слишком рискованным по сравнению с потенциальной выгодой.
Конструкционные головоломки
Отсутствие кожуха — это не только вызов для безопасности, но и сложная инженерная задача для компоновки самого самолета. Чтобы защитить фюзеляж от возможного удара отломанной лопастью, понадобится дополнительное экранирование и усиление конструкции. Это кардинально меняет подход к тому, где и как крепить такой двигатель.
Airbus рассматривает несколько вариантов:
- классическое размещение под крылом;
- размещение в хвостовой части фюзеляжа;
- более радикальные схемы, такие как «смешанное крыло» (blended wing body), когда крыло плавно перетекает в корпус.
Эксперты отмечают, что просто повесить открытые вентиляторы под крылом, как на современных самолетах, будет сложно как с точки зрения сертификации, так и аэродинамической эффективности. Вариант с задним размещением двигателей и новой формой корпуса мог бы лучше решить и проблему шума, и вопросы безопасности.
Что дальше?
Аналитики авиационной отрасли подчеркивают необходимость учитывать уроки, полученные при эксплуатации современных двигателей. Нынешние модели часто сталкиваются с проблемами долговечности, что приводит к повышению затрат на техническое обслуживание.
Поэтому для следующего поколения двигателей авиакомпании выдвигают жесткие требования: не только экономия топлива на 15%, но и предсказуемые низкие затраты на техническое обслуживание.
В GE Aerospace, однако, сохраняют уверенность: если производители сумеют доказать безопасность и эффективность новой технологии, пассажиры и отрасль примут новый вид самолетов.
Комментарии