Гг.: мощные звездообразные двигатели



ДВИГАТЕЛИ ТРАНСПОРТНЫХ САМОЛЕТОВ 1990-Х ГОДОВ

 

ДВИГАТЕЛИ МАГИСТРАЛЬНЫХ САМОЛЕТОВ

 

Растущие потребности всех отраслей экономики и населения стран мира в воздушных перевозках активизируют деятельность по решению проблем создания транспортных самолетов, стимулируют и развитие авиационного двигателестроения.

Современное самолетостроение предъявляет к двигателям жесткие требования, по надежности, ресурсу, экономичности, шуму I уровню загрязнений атмосферы окислами азота (NО) и углерода (СО).

Согласно основному закону теории двигателей повышение экономичности современных ТРДД достигается снижением удельного расхода топлива за счет одновременного повышения температуры газов перед турбиной, степени двухконтурности и степени повышения давления в компрессоре. Однако при создании двигателей 90-х годов фирмы Роллс-Ройс и Дженерал Электрик с целью увеличения ресурса двигателей сохранили параметр Т3* на уровне предшествующих двигателей, обеспечив требуемый СУД, повышением ПК, степени двухконтурности и рядом конструктивных усовершенствований.

Наряду с СУД экономическая эффективность двигателей оценивается по критерию стоимости жизненного цикла (СЖЦ), который учитывает затраты на создание двигателей, серийное производство и прямые эксплуатационные расходы (ПЭР) на летную эксплуатацию, ремонт и техническое обслуживание. Повышение экономической эффективности требует решения сложных проблем, связанных с увеличением ресурса двигателей (цель - повысить ресурс до уровня ресурса планера), с дальнейшим снижением СУД и ПЭР. ПЭР уменьшаются с внедрением систем оптимального управления двигателями, повышением уровня эксплуатационной технологичности, контролепригодности, диагностирования и развитием неразрушающих методов контроля. Затраты на эксплуатацию и изготовление в настоящее время учитываются на всех этапах проектирования авиационной техники, в том числе и на ранних стадиях разработки. При этом повышение экономической эффективности не должно проводиться за счет снижения надежности двигателя, обеспечивающей безопасность полетов.

Процессы непрерывного развития самолетостроения и дальнейшего совершенствования авиадвигателей взаимосвязаны.

Достижения в двигателестроении оказывают существенное влияние на развитие самолетостроения. Так в 50-х годах внедрение в транспортной авиации ТРД увеличило скорость полета самолетов в 2-3 раза, приблизив скорости полета к скорости звука, а в последующем и к преодолению звукового барьера. Второй пример: появление в начале 70-х годов дальнемагистральных широкофюзеляжных самолетов стало возможным благодаря созданию ТРДД с большой степенью двухконтурности и взлетной тягой 20 тс.

Современный этап развития двигателестроения характеризуется внедрением в транспортную авиацию ТРДД нового поколения: Д 18, ПС-90А, R211-524, RВ211-535E4, PW2000, PW4000, CF6-80, V2500, Д36, RBI83 "ТЭЙ" и др. Эти двигатели, как правило, модульной конструкции, с электронным управлением, имеют  удельный расход топлива на крейсерском режиме 0,57-0,6 и соответствуют требованиям ИКАО по уровню шума и влияния на окружающую среду.

Ко второй половине 90-х годов будут реализованы программы по созданию двигателей: RB 211-524L (Трент-800), GE -90 и PW 4073, PW 4084 с взлетной тягой 30-40 тс, степенью двухконтурности более 6 и удельным расходом топлива 0,53кг/ДаН.ч. Параметры двигателей приведены в таблице 1.

 

 


Таблица 1

Двигатели для дальнемагистральных самолетов

 

Параметры и данные Д - 18Т RB 211-524C CF 6-80C2 PW- 4156 НК-93 ТВВД PW 4084 ТРЕНТ 772 ТРЕНТ 884 GE 90
Взлетный режим   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0
R, кН 234,3 263,3 249 257,4 180 376,5 316 384 310-445
GВ, кг/с 765 728,7 781 767   1180 934 1206  
m 5,6 4,3 5,2 4,8 16,6 6,4 4,8 6,0 10
πКΣ 25 33 30,4 29,7 37   37,8 40,0 40
Т*Г , ◦С 1327   1280 1360   10300      
n В.Д., об/мин                  
Крейсерский режим   Н=11 км, М=0,85   Н=10,7 км, М=0,85     Н=10,7 км, М=0,8       Н=10,7 км, М=0,82   Н=10,7 км, М=0,83  
R, кН 51,5 53,2         51,12 57,79  
GУД, кг/ДаН.ч 0,59 0,564 0,57 0,591 0,49   0,552 0,557  
m       5,2     5,2 6,5  
πКΣ             33,0 34,2  
GВ, кг/с             348 453,6  
πВ       1,72          
  Габариты и масса                  
ДВ, мм 2937 2192 2362 2460 2900 2845 2474 2794 2920-3120
LДВ, мм 4531 3175 4036 3370 5972 4870 3911,6 4369  
МДВ, мм 5600 4483 4030 4173 3650 6215 6200 7325  
Год сертификации 1988 1989 1985 1986 1995 1994 1994 1994 1995
Установлен на самолетах Ан-124 Ан-225 Б747-400 Б767-300   А310-300 МД-11 Б747-400 Б747-400 Б767 А-330 Ил-96М Б-777   А-330 Б-777 (1997г.)   Б-777  

Реализация этих программ дает возможность перейти на многомоторных  самолетах от (трех), четырехдвигательной к двухдвигательной СУ, что упростит и облегчит конструкцию планера и повысит топливную эффективность. Одновременно с повышением экономической эффективности двигателей тяжелых транспортных самолетов решается более сложная проблема обеспечения их безопасности полетов. Для двухдвигательного дальнего магистрального самолета, летающего преимущественно над океаном при удалении от ближайшего запасного аэродрома примерно на. 2000 км, отказ в полете двух двигателей  относится к событию практически невероятному. Даже отказ одного двигателя на двухдвигательном дальнемагистральном самолете в упомянутых условиях полета должен быть исключен.

Это обеспечивается достижением на создаваемых двигателях минимальной наработки на отказ не менее 50 000 часов.

Примерно к 1997 г. завершится программа создания отечественного Бинтовентшюторного двигателя HK-93, предназначенного для самолетов Ил-96М и Ту-204М. Параметры двигателя: тяга на взлетном режиме 18 тс, удельный расход топлива на крейсерском режиме 0,49, степень двухконтурности 16,6, степень повышения давления 37, масса 3650 кг, диаметр винтовентилятора 2900 мм, длина 5972 мм.

В классе тяги 6-8 тс создаются двигатели: Д. 436К и Роллс-Ройс "ТЭЙ" - 670, предназначенные для ближних магистральных самолетов. Параметры двигателей приведены в таблице 2.

 


Таблица 2

      Двигатели для ближнее- и среднемагистральных самолетов

 

Параметры и данные ПС-90А PW-2037 RB 211-535Е4 CFМ 56-5А V 2500А ТЭИ 670 Д436Т
Взлетный режим   РН=730 мм Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0   Н=0, М=0
R, кН 160 170,1 182 113,4 113,4 80,5 75
GВ, кг/с 482 549 522 386 355 227,5  
m 4,8 6,0 4,2 6,0 5,7 2,9 6,2
πКΣ 32 27,6 26,2 31,3 30,3 20,1 21,3
Т*Г , ◦С 1333 1405 1227 1267 1427 1395 1380
n В.Д., об/мин 11820     15183      
Крейсерский режим   Н=11 км, М=0,8   Н=10,7 км, М=0,8   Н=10,7 км, М=0,8   Н=10,5 км, М=0,8   Н=10,7 км, М=0,8   Н=10,7 км, М=0,76    
R, кН 35 36,7 39,5 22,7 22    
GУД, кг/ДаН.ч 0,58 0,563 0,568 0,596 0,579 0,698 0,63
m   5,7 4,1        
πКΣ 36,4 31,8 28,5 31,3      
GВ, кг/с   608          
πВ   1,7   1,58 1,7    
  Габариты и масса              
ДВ, мм 1900 1994 1890 1735      
LДВ, мм 4964 3729 3000 2420      
МДВ, мм 3250 3250 3295 2259      
Год сертификации 1992 1983 1983 1988      
Установлен на самолетах Ту-204 Ил-96 Б-757 Ту-204 С-17А Б-757 Ту-204 С-17А Б 737-400 А-320 А-320 МД-90 МД-95 F-100 Ту-334 Як-42М

Ведущее положение на Западе в авиационном двигателестроении занимают фирмы: Дженерал-Электрик, Пратт-Уитни (США) и Роллс-Ройс (Англия).

Наличие трех конкурирующих семейств двигателей и возможность выбора авиакомпаниями любого из трех ТРДД заставляют авиадвигательные фирмы постоянно работать над повышением эффективности, надежности и эксплуатационной технологичности своей продукции, а также иметь базы по обслуживанию и ремонту ТРДД во многих странах мира.

Крупными двигателестроительными фирмами в мире также являются: SNECMA (Франция) и МТU (Германия).

В России и на Украине крупнейшими научно-производственными объединениями по разработке, производству и испытаниям гражданских ТРДД являются: НПО (Консорциум) "Труд" г.Самара (семейство двигателей НК), МКБ г.Пермь (семейства ПС-90, Д30), МКБ "Прогресс" г.Запорожье (семейства - АИ20, Д18, Д36).

 

Краткая характеристика двигателестроительных фирм

и созданных ими авиадвигателей

 

Роллс-Ройс (Rolls-Roycе Limited)

Фирма разрабатывает, производит, продает и обеспечивает эксплуатацию авиационных и ракетных двигателей, а также силовых установок для промышленности и морских судов. На долю фирмы приходится 25% общего объема поставок гражданских авиадвигателей капиталистическим странам. В 1985 г. оборот фирмы превысил 1,5 млрд.ф.ст., в том числе на 580 млн.ф.ст. было продано гражданских авиадвигателей и запчастей к ним, двигатели конкурентоспособны, поскольку заказы на них с каждым годом увеличиваются.

Фирма основана в 1906 г., авиационные двигатели производит с 1914 г. В 1943г. приступила к разработке военного ТРД.

В конце 40-х годов создан первый ТВД.

В 60-х годах в состав фирмы вошли фирма Нэпиер и Бристоль Сиддли. В 1961г. фирма Роллс-Ройс начала работы по ТРДД трехвальной схемы с большой степенью двухконтурности.

В 1971 г. фирма Роллс-Ройс была национализирована в связи с ее банкротством, в 1974 г. ее платежеспособность и ответственность были восстановлены, и фирма получила наименование Роллс-Ройс Лимитед.

Общая численность персонала 41 500 чел. Имеются филиалы фирмы: четыре в Канаде, три в США и по одному в Бразилии, Франции, Саудовской Аравии, Бахрейне, Индии, Австралии, Японии и Китае.

Фирма имеет также более 300 представительств в авиакомпаниях для материально-технического обеспечения эксплуатации своих двигателей и более 70 ремонтных баз в различных странах мира.

Во многих странах мира, в т.ч. в США, Франции, Германии двигатели

Роллс-Ройс изготавливаются по лицензии.

Фирма производит следующие основные двигатели для дальних, средних и ближних магистральных пассажирских самолетов:

· ТРДД RB 211-524 (B2, C2, D4, G) - серийно производятся с 1977 г.;

· ТРДД RB 211-535 (С, Е4) - серийно производится с 1982 г.;

· ТРДД "ТЭЙ" (RB 183-03, MK 610-8, 650-15) - в серийном производстве с 1985г.

Фирма ведет самостоятельно и в кооперации с другими фирмами НИОКР по созданию новых двигателей и совершенствованию существующих:

· перспективного ТРДД "Суперфэн" с закапотированным вентилятором и приводным редуктором;

· ТРДД "Трент" (RB 211-524D ) с участием фирм Японии, Испании и др. стран;

· ТРДД RB 529 "Контрафэн" с задней двухрядной безредукторной винтовентиляторной приставкой противоположного вращения;

· ТВВД с однорядным и двухрядным (противоположного вращения) винтовентиляторами, в том числе ТВВД 509 с редуктором;

· комбинированного двигателя RB 545 для ВКС "Хотол".

Общие расходы на НИОКР к 1987 г. достигли 234 млн.ф.ст., в том числе 100 млн.ф.ст. из собственных средств фирмы.

 

Дженерал-Электрик (General Electriс)

http://www.ge.com/ru/ru/ (русская версия)

Объединение (фирма) авиационных двигателей - главное подразделение  основано в 1882 г. крупнейшей транснациональной многоотраслевой корпорацией Дженерал-Электрик, имеющей более 230 заводов в США и свыше 130 заводов в 25 других странах мира.

Фирма разрабатывает, изготовляет и обеспечивает техническое обслуживание и ремонт двигателей военного и гражданского назначения.

Правление располагается в Ивендейле (шт. Огайо), а предприятия в 10 штатах. Имеются предприятия в Канаде, Франции, Сингапуре и испытательные установки на базах ВВС США Эдварс (шт. Калифорния) и Пиблз (шт.Огайо).

Общий штатный состав фирмы - 33 000 чел.

Первый ТРД создан в 1942 г. В 1953 г. организовано отделение фирмы для разработки и производства турбовальных ГТД для вертолетов и малоразмерных ТРДД для самолетов. Фирма располагает своими представительствами и базами технического обслуживания в 22 странах.

В последние годы развивает производственную и исследовательскую базу. Имеет специализированный завод по САУ двигателей и самолетов и керамическим материалам.

В н.в. фирма выпускает серийно или в запчастях следующие двигатели для гражданских самолетов:

· ТРДД СF6-80 С2 серийно производится с 1985 г. На изготовление этих двигателей имеется соглашение с фирмами Роллс-Ройс, SNECMA, МТU, Вольво Флюгмотор и Фиат о долевом участии и обеспечении их эксплуатации и ремонта;

· ТРДД GFM56 (-3В1, -3В2, -3с, -5A1) - совместное производство с фирмой SNECMA;

· Фирма совместно с фирмой SNECMA ведет работы по созданию ТВВД (UDF), который проходит интенсивную стендовую и летную доводки. В классе тяги 11350 кгс серийное обозначение GE 36- В22А, в классе тяги 6350 кгс - GE 36-B14.

С 1989 года разрабатывается новый двигатель в классе тяг от 30 до 40 тс. В создании двигателя участвуют фирма SNECMA (25%) и ряд других фирм.

 

Пратт-Уитни  (Pratt & Whitney)

Компания Pratt & Whitney Company была основана в 1860 году Фрэнсисом Праттом и Эмосом Уитни, в Хартфорде, штат Коннектикут. Компания занималась производством станков, запчастей для швейных машин, и оборудования для производства огнестрельного оружия для армии Союза в период Гражданской войны в США.

В 1925 году, Фредерик Брант Рентшлер обратился в компанию Pratt & Whitney с целью предоставления ему средств и места для производства его новых авиационных двигателей. Компания Pratt & Whitney предоставила ему ссуду в размере $250,000, права на использование названия Pratt & Whitney, и площади в своих зданиях. Это было началом фирмы Pratt & Whitney Aircraft Company. Первый двигатель Pratt & Whitney — Wasp, был завершен накануне Рождества 1925 года. Wasp развил мощность 425 л.с. (317 кВт) во время третьего тестового испытания. Wasp стал революцией в американской авиации.

В 1929 году, Фредерик Рентшлер закончил сотрудничество с компанией Pratt & Whitney Machine Tool и основал корпорацию United Aircraft and Transport, которая была предшественницей корпорации United Technologies.

2 августа 2005 года, «Pratt & Whitney» приобрела компанию по производству космических двигателей Rocketdyne у корпорации Boeing и переименовала компанию в Pratt & Whitney Rocketdyne, Inc.

Авиационное объединение (фирма) Пратт-Уитни - основное подразделение американской корпорации Юнайтед Текнолджис (UNITED) TECHOLOGIES крупнейший в мире разработчик, изготовитель и поставщик авиационных двигателей для гражданских и военных самолетов.

В объединении работает более 40 000 чел., в том числе свыше 24 000 чел., занятых на 7 заводах в ряде штатов с общей производственной и служебной площадью в 1133 тыс.кв.м. Объединение имеет филиал в Канаде (г. Лонтей пр. Квебек) PWC, на 5 заводах которого работает 8000 чел., специализируется на разработке, изготовлении, сбыте и обеспечении эксплуатации двигателей для авиации общего назначения.

Фирма образована в 1925 г., выпускала поршневые двигатели. В 1947 г. приобрела лицензию на производство ТРД Роллс-Ройс "Нин" и на его базе начала изготавливать ТРД J42 (JT6) и J48 (JТ7). К 1959 г. было выпущено 5240 таких двигателей.

С конца 40-х годов фирма интенсивно вела разработки ТВД и ТРД собственной конструкции. Было создано более 15 типов двигателей с маркой J или JT.

АВИАКОСМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ является одной из важнейших отраслей канадского машиностроения. Ядром ее служит авиационная промышленность. В целом авиакосмическая отрасль насчитывает около 100 компаний с числом занятых более 40 тыс. человек. Объем производимой продукции составляет более 3,0 млрд. канадских долларов. В мировом капиталистическом производстве авиакосмической техники страна играет существенную роль. Хотя ее доля в суммарном производстве этой продукции, выпускаемой Соединенными Штатами и Канадой, не превышает 2-3 проц., по основным показателям развития она занимает пятое место среди развитых капиталистических государств, уступая лишь США, Великобритании, Франции и ФРГ. Существенную роль Канада играет и на мировом капиталистическом рынке авиационной техники. Большая часть продукции (77 проц.) поступает на экспорт, главным образом в США, а также во Францию, Великобританию и ФРГ. В экспорте преобладают узлы, детали, авиационное оборудование. Вывоз готовой продукции играет меньшую роль. В структуре авиационной промышленности представлены важнейшие отрасли производства - самолетостроение, выпуск авиационных двигателей, авиационного оборудования и отдельных узлов.

Ниже, по данным зарубежной прессы, приводятся краткие сведения о ведущих канадских компаниях по производству авиационной техники и оборудования.

"Де Хэвилленд эркрафт оф Кэнада" имеет два крупных предприятия в городах Торонто и Ванкувер с общим числом занятых более 3,3 тыс. человек. Здесь выпускаются военно-транспортные самолеты DHC-5 "Буффало" (в канадских ВВС обозначается СС-115) и DHC-6 "Твин Оттер" (СС-138). Кроме того, фирмой производится 50-местный пассажирский самолет DHC-7 (СС-132) с укороченным взлетом и посадкой (в настоящее время изготовлено около 110 таких машин). Разработан его модифицированный вариант - DHC-7IR, предназначенный для ведения ледовой разведки, а также охраны территориальных вод и побережья страны. Проводятся летные испытания нового транспортного самолета - DHC-8 и уже имеются заказы на производство 115 машин этого типа.

Фирма "Кэнадэр" располагает несколькими заводами в Монреале. На ее предприятиях занято более 4,3 тыс. человек. Основной продукцией являются самолеты тина "Челленджер-600 и -601" (в канадских ВВС имеют обозначение СС-144) с двумя турбовентиляторными двигателями (к середине 1985 года было продано 128 единиц). Выпускаются двухмоторный противопожарный самолет-амфибия CL-215 и беспилотные средства разведки CL-89 и CL-227 "Сентинел".

Кроме того, компания является субподрядчиком в производстве двигателей и агрегатов для американских истребителей-бомбардировщиков F-111A, тактических истребителей F-15 "Игл" и F-18 "Хорнет", а также для широкофюзеляжных транспортных самолетов Боинг 767, С-5В "Гэлекси", базовых патрульных самолетов СР-140 "Аврора" и Р-ЗС "Орион".

Компания "СПАР аэроспейс", на предприятиях которой занято около 2000 человек, 20 проц. продукции выпускает по правительственным заказам и около 50 проц.- на экспорт. Она специализируется на производстве различных узлов и деталей для силовых установок самолетов и вертолетов (в частности, американских СН-46, французских "Пума" и английских "Линкс"), инфракрасных систем обнаружения целей, РЛС типов AN/SPS-10 и -12, космических спутников связи типов "Алуэтт" и "Аник" (модификации А, С и D). Фирма разработала и производит дистанционные манипуляторы, которые используются на американских пилотируемых космических кораблях многоразового использования "Шаттл" для вывода полезных нагрузок из грузового отсека и захвата космических объектов, находящихся на орбитах.

"Пратт знд Уитни оф Канада" является дочерним предприятием американского концерна "Юнайтед текнолоджи" (число занятых около 6,5 тыс. человек). На экспорт идет 75 проц. выпускаемой продукции. В основном это силовые установки для самолетов (PT6, ST6, JT15D и PW100), небольших кораблей и наземных транспортных средств, а также запасные части к ним. В настоящее время компания разрабатывает новый малогабаритный газотурбинный двигатель PW200.

Фирма "Макдоннелл Дуглас оф Кэнада" специализируется на производстве деталей, частей крыльев и отдельных элементов фюзеляжей как для военных самолетов типа F/A-18 "Хорнет", так и для гражданских типов DC-8, -9 и -10.

Компания "Бристоль аэроспейс" является одной из ведущих фирм в Канаде по производству высотных зондирующих ракет типа "Блэк Брэнт", 70-мм ПУР CRV-7 классов "воздух - воздух" и "воздух - земля", а также изготавливает узлы и детали авиационных газотурбинных двигателей.

Как отмечается в зарубежной печати, оживление, которое наблюдается в авиакосмической промышленности Канады, вызвано выполнением работ по контрактам с корпорациями как США, так и других капиталистических стран, в том числе участниц блока НАТО. Например, в 1981 году был заключен контракт с американской компанией "Макдоннелл Дуглас" на участие в поставках 138 истребителей CF-18. Последняя не только согласилась разместить в Канаде заказы на производство различных компонентов для этих самолетов, но и построить завод по выпуску лопаток реактивного двигателя для них.

Расширяются масштабы производства авиационной техники, предназначенной на экспорт. В частности, по заказу Франции и Италии фирмой "Кэнадэр" выпускаются беспилотные средства разведки CL-89. Они уже приняты на вооружение сухопутных войск ФРГ и Великобритании. Иностранная печать сообщает о совместной с западногерманскими специалистами разработке усовершенствованной модели беспилотною средства разведки CL-289. Полагают, что эта система поступит на вооружение в 1987 году.

 

Двигателями фирмы Пратт-Уитни оснащено около половины самолетов ВВС США. Многие двигатели изготавливаются по лицензии в других странах. С 1948 г. изготовлено более 34000 двигателей военного назначения.

Для гражданской авиации ГТД выпускаются с 1957 г. и изготовлено более 20000 ТРД и ТРДД. Обеспечены двигателями 3/4 парка 250 авиакомпаний мира.

Фирма PWC в Канаде организована в 1957 г. Выпускает турбовинтовые и турбовальные двигатели, которые к концу 1984 г. эксплуатировались на 1870 вертолетах и самолетах в 61 стране мира.

70% всего объема деятельности фирмы «Пратт-Уитни оф Канада» -проектирование, разработка и изготовление малоразмерных авиационных двигателей.

Объединение выполняет НИОКР по программам: ВВС, МВС, армии США и программам федерального управления гражданской авиации по разработке новых и совершенствованию находящихся в серийном производстве двигателей. Совместно с фирмами Аллисон и Гамильтон Стандарт ведутся работы над созданием ТВВД.

В настоящее время фирма выпускает серийно следующие двигатели для гражданских самолетов:

· PW 4000 для дальних магистральных самолетов;

· PW 2000 для средних магистральных самолетов;

· PW 118, -119, -120, -124 и др. для самолетов региональных авиалиний;

· V.2500 совместно с фирмами Роллс-Ройс, JAEC, MTU и ФИАТ;

· совместно с другими фирмами создаются ТВВД 578- DX и ТРДД АДР со сверхвысокой степенью двухконтурности.

Владимир Пономарев, доцент РГАТА


СТРАТЕГИЯ СОЗДАНИЯ СЕМЕЙСТВ СОВРЕМЕННЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Основу современного воздушного транспорта составляют дозвуковые пассажирские самолеты (ДПС) с газотурбинными двигателями. Усложнение задач, решаемых гражданской авиацией, неминуемо ведет к расширению типоразмеров ГТД, и, как следствие, - к увеличению номенклатуры двигателей. В условиях технического прогресса, постоянно изменяющегося спроса, жесткой конкурентной борьбы возрастает цена возможных ошибок, допущенных при проектировании двигателей, особенно на этапах формирования технического задания/предложения. Даже незначительные просчеты в определении облика будущего двигателя могут привести к неблагоприятному выполнению программы нового изделия.

Наиболее эффективны долгосрочные программы с большим объемом производства. Значительную роль в коммерческом успехе играет политика продвижения продукции на рынок, ее сертифицирование и строгое соблюдение сроков поставки двигателей заказчику. Последнее особенно трудно, поскольку, сроки разработки новых самолетов гораздо короче сроков разработки двигателя. Одновременная разработка планера самолета В-747 и двигателя JT9D привела к большим проблемам. Затраты Pratt&Whitney на их решение достигли $200 млн. и сравнялись с затратами на разработку JT9D. По этим причинам В-747 первоначально оснащался двигателем General Electric CF6-6.

Поскольку стоимость разработки нового двигателя и нового планера примерно равны (а при переходе к новому поколению двигателей этап их предварительного проектирования существенно дороже), то двигателестроителям требовалось минимизировать технические и экономические риски, возникающие при выборе двигателя в начале работы по программе создания самолета. В связи с этим необходим переход к новой методологии проектирования, учитывающей при создании нового двигателя неопределенность развития ситуации.

Относительная неудача, постигшая Pratt&Whitney, вынудила ее начать разработку турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД) большой тяги следующего поколения PW4000. Новый двигатель создавался на базе ТРДД PW2037 с учетом опыта эксплуатации многочисленных модификаций JT9D. Решение о начале программы было принято в декабре 1982 г., хотя фактически работа велась уже с 1981 г. К этому времени вполне определилась тенденция развития ДПС, в частности широкофюзеляжных, для которых в основном и предназначены ТРДД большой тяги. В соответствии с указанной тенденцией, для снижения суммарных капитальных затрат разрабатывается не единичный самолет, а целое семейство модификаций, в котором есть и уменьшенные варианты базового самолета, и (значительно чаще) модификации с увеличенной по отношению к базовой взлетной массой.

Следует учитывать, что обычно от момента начала проектных работ до первого вылета ДПС взлетная масса возрастает на 5…30 %. После первого полета возможен дальнейший рост (на 20…50 %) взлетной массы самолета. Так, взлетная масса DC-10 через два года после первого полета возросла на 29 % (DC-10-30), а через 21 год - на 46,6 % (MD-11). Взлетная масса самолета В-767 за такой же период выросла на 74 %.

Для сохранения летно-технических характеристик самолета параллельно должна расти и тяга двигателя. Практически все ТРДД в 70-х годах XX века развивались путем создания новых модификаций, отличающихся повышенной тягой. Так, фирма Pratt&Whitney вынуждена была увеличивать тягу JT9D строго в соответствии с ростом массы B-747. Первое требование о дополнительном увеличении тяги со стороны Boeing последовало в октябре 1966 г., а второе - уже в начале 1967 г. Увеличение тяги обеспечивалось путем создания новых модификаций двигателя, в частности, JT9D-3. Авиастроители, однако, не успокаивались на достигнутом, и, как следствие, рост тяги JT9D в период 1970-1983 гг. составил еще 26,0 %. При подобном развитии событий возникает проблема обеспечения надежности. Единственный способ ее достижения - дорогостоящие и длительные испытания с последующей сертификацией очередной модификации. При этом, если сохранять неизменной размерность вентилятора и газогенератора, то можно увеличить тягу не более чем на треть, что почти в два раза меньше прогнозируемого роста взлетной массы ДПС.

Выход был найден в одновременной разработке не единичного двигателя, модифицируемого по мере необходимости, а целого семейства модификаций ТРДД одного назначения на базе унифицированного газогенератора. Ввод в эксплуатацию производится последовательно, с интервалом около года (или чуть более), по мере возникновения надобности у заказчиков.

Такой подход позволяет гибко реагировать на будущие требования заказчика, а диапазон тяг семейства может достигать 100 %, если за исходную принять наименьшую тягу.

Семейства авиационных ГТД исторически делятся на два типа. К первому типу относят семейства JT8D, JT9D, CFM56, CF6, CF6-50, CF6-80, CF6-80C2, RB.211, НК-8. Второй тип - двигатели, создаваемые на базе полностью унифицированного газогенератора, скомпонованные с турбинами низкого давления и их вентиляторами (турбовентиляторами внешнего контура), имеющими различные наружные диаметры и число ступеней. Полная взаимозаменяемость унифицированных газогенераторов есть свойство скорее желаемое, чем достигаемое в реализованных семействах ТРДД. Комбинация газогенератора с турбовентилятором образует подсемейство ТРДД, представленное несколькими модификациями двигателей разной тяги и перекрывает свой, более узкий диапазон тяг. Характерным признаком второго типа семейств ТРДД служит быстрый рост тяги от модификации к модификации: более 60 кгс/мес. для подсемейства и 150…240 кгс/мес. для семейства (в сравнении с 35…60 кгс/мес. для семейств первого типа).

В настоящее время существуют и развиваются, по крайней мере, три таких семейства ТРДД: Trent производства Rolls-Royce, PW4000 фирмы Pratt&Whitney и BR700 консорциума BMW-Rolls-Royce. При этом Rolls-Royce сразу объявила о разработке трех подсемейств двигателя Trent: Trent600, Trent700 и Trent800, отличающихся тягой и диаметром вентилятора, степенью двухконтурности и суммарной степенью повышения полного давления. Аналогичная картина наблюдается и в семействах PW4000 и BR700. Рост тяги в рамках семейства достигает 40 % (модификации ТРДД Trent на базе одного газогенератора), 47 % (BR700), 102,7 % (PW4000), что вполне соответствует росту массы ДПС.

Стратегию создания семейства ТРДД второго типа иллюстрирует технико-экономическая политика Pratt&Whitney. Все семейство PW4000 подразделяется на три подсемейства, связанных с диаметром вентилятора: 94, 100 и 112 дюймов. Первый двигатель семейства - PW4050, относящийся к подсемейству 94 дюймов (PW4000-94"), был сертифицирован в 1986 г, а к 2000 г. в эксплуатации было 13 основных модификаций.

Ранние модификации первого подсемейства - PW4050, PW4052 и PW4156 соответствуют по тяге двигателям семейства JT9D-7R4. Фирмы-разработчики и фирмы-эксплуатанты самолетов охотно заменяли двигатели предыдущего поколения на новые: JT9D-7R4D на PW4050 для В-767-200, JT9D-7R4 на PW4156 для А-310-300 и т.п. Разрабатывавшиеся в конце 80-х годов модификации ДПС с большей дальностью полета и с большой взлетной массой требовали двигателей с увеличенной взлетной тягой. Возникшую потребность удовлетворили двигатели PW4058, PW4060, PW4062, устанавливавшиеся на самолеты MD-11, B-767-200ER и т.д. Их привлекательность повышалась благодаря полной взаимозаменяемости газогенераторов. Использование двигателей одного подсемейства позволяет экономить на подготовке технического персонала и переносить опыт технического обслуживания и ремонта на новые модификации.

Сертификация двигателей производилась с необходимым опережением сертификации самолета и не задерживала его. За семь лет развития первого подсемейства тяга выросла на 24 %, и возможности по росту тяги двигателя с вентилятором в 94 дюйма были исчерпаны. Темп роста взлетной тяги первого подсемейства PW4000 значительно выше, чем у семейства JT9D. Можно предположить, что все модификации первого подсемейства в той или иной степени являются дефорсированными по температуре и тяге версиями PW4062.

Второе подсемейство с вентилятором в 100 дюймов представлено только двумя модификациями - PW4068 и PW4173. Это объясняется тем, что в возможном для этого семейства диапазоне тяг востребованной оказались тяги в 30845 кгс и 33108 кгс для самолета А-330. Фактически второе подсемейство обеспечивает тягу в диапазоне 29030...33108 кгс, то есть между первым и третьим подсемействами.

В третьем подсемействе PW4000 с вентилятором в 112 дюймов впервые в практике Pratt&Whitney применен широкохордный вентилятор с полыми лопатками без бандажных полок. Двигатели этого подсемейства предназначены для разных модификаций самолета В-777. Рост дальности полета и взлетной массы В-777 от одной модификации к другой вызвал соответствующее увеличение тяги двигателей третьего подсемейства PW4000.

Процесс доводки совместился по времени с эксплуатацией дефорсированных вариантов газогенераторов и позволил перейти в 1994 г. к фактически унифицированному для первых двух подсемейств газогенератору. По сути, сроки доводки двигателя остались прежними - 10…15 лет, но первая, дефорсированная версия начала эксплуатироваться уже через 6 лет, обеспечивая разработчикам опыт эксплуатации и окупаемость вложенных средств. Изменение удельного веса двигателей Pratt&Whitney может служить подтверждением переразмеренности первых модификаций каждого подсемейства. Из заложенного диапазона тяг для каждого подсемейства реализовывался требуемый заказчику вариант.

Темп роста тяги двигателей третьего подсемейства очень велик, превосходя первый вдвое (59 кгс/мес. и 102 кгс/мес.).

Можно предположить, что в момент выбора проектных параметров двигателей семейства и размерности унифицированного газогенератора (скорее всего это происходило в 1978-1980 гг.) основой послужил ТРДД с проектными параметрами, близкими к PW4084 (третьего подсемейства). Позже на его основе был определен облик газогенератора и выбраны проектные параметры двигателей всех подсемейств. Соответственно для первого подсемейства вентилятор имел входной диаметр 2377,4 мм - для обеспечения замены двигателей семейства JT9D-7R4 с таким же диаметром вентилятора на существующих самолетах (на момент сертификации двигателей первого подсемейства). Отсюда и относительно меньшая двухконтурность ТРДД первого подсемейства: 4,8...5,1. Двигатели-современники имеют двухконтурность в диапазоне 6...7,7 (CFM.56-C2, PW2037, Е3 GE, E3 PW).

Для второго подсемейства вентилятор PW2037 был модифицирован по расходу воздуха (с увеличением в 1,65 раза), и его диаметр составил 2535 мм. Дальнейший рост тяги, переход к третьему подсемейству и получение степени двухконтурности, предусмотренной в момент выбора проектных параметров исходного облика ТРДД каждой из будущих модификаций с одновременным увеличением удельной и лобовой тяг, обеспечил новый широкохордный вентилятор с лопатками без бандажных полок. Он разрабатывался и доводился 15 лет. В подсемействе 112-дюймовых вентиляторов имеются две разновидности: диаметром 2845 мм для PW4074, PW4077, PW4084, PW4090 и 2868 мм для PW4098 и PW40102. Вторая версия разработана для обеспечения очень больших тяг (44452 и 46262 кгс) вместо предполагавшегося закапотированного винтовентилятора диаметром 140 дюймов.

К особенностям выбора размерности газогенератора ТРДД большой тяги Pratt&Whitney следует отнести его увеличенную, по сравнению с аналогичных ТРДД других фирм, размерность. Для JT9D-7 величина приведенного взлетного расхода воздуха через первый контур равна 8,5 кг/с, а для CF6-6 - 5,5 кг/с. Аналогична ситуация и для новых двигателей: PW4000 - 8,17 кг/с и GE90 - 6,9 кг/с. Выбор размерности газогенератора очень важен при создании семейства ТРДД второго типа (для обеспечения возможности значительного увеличения тяги при минимальных модификациях). Очевидно, Pratt&Whitney не ставила задачу минимизации расходов топлива в первом подсемействе PW4000, поскольку PW4052 по крейсерскому удельному расходу топлива уступает не только PW2037 (базовому для PW4000), но и CF80-C2-A1, сертифицированному в том же году, но являющемуся модификацией двигателя предыдущего поколения. Крейсерские удельные расходы топлива более поздних модификаций PW4000 в рекламных материалах фирмы вообще не приводятся. Конечно, они выше, чем у конкурирующего ТРДД General Electric GE90 (0,522...0,545 кг/кгс·ч), но сертификация первой модификации семейства PW4000 была проведена на 9 лет раньше, чем GE90. В итоге двигатели семейства PW4000 устанавливаются на семи типах ДПС четырнадцати модификаций, a GE90 - только на одной модификации В-777. К 1996 г Pratt&Whitney захватила 50 % рынка сбыта ТРДД в диапазоне тяг 22680...39354 кгс.

Таким образом, можно отметить следующие основные черты методологии определения облика двигателей, используемой фирмой Pratt&Whitney: на основе анализа тенденций развития ДПС и динамики замены списываемых самолетов выполняется долгосрочный прогноз потребных тяг ТРДД. Далее, выбирается наиболее перспективный диапазон тяг с отношением максимальной тяги к минимальной, равным 1,6. Именно такая величина гарантированно обеспечивается применением трех различных турбовентиляторов, и при этом отличие двигателей семейства от оптимизированного для конкретной тяги не настолько велико, чтобы сделать их неконкурентоспособными. Проектные параметры оптимизируются и выбирается наилучшая по выбранному критерию комбинация обликов ТРДД для трех подсемейств. Они отличаются возрастающим диаметром вентилятора, числом ступеней турбовентилятора и соответствующим увеличением среднемассовой температуры газа перед турбиной. Верхний уровень этой температуры выбирается, исходя из имеющегося задела с расчетом его достижения через 12...15 лет. Уровень технического риска при этом очень низок. Подсемейства должны последовательно, с некоторым перекрытием заполнять весь выбранный диапазон тяг. Ввод в эксплуатацию двигателей начинают с подсемейства с наименьшей температурой газа перед турбиной в освоенном ранее диапазоне тяг. Вместе с тем, непременным условием является наличие спроса на двигатели в соответствующем диапазоне тяг и существенное технико-экономическое превосходство нового двигателя (следующего поколения), делающее привлекательной замену старого изделия на новое.

Наилучшим вариантом является замена двигателей предыдущего поколения, однако может потребоваться сохранение диаметра вентилятора, определяющего двухконтурность двигателей первого подсемейства. Далее, значение температуры газа перед турбиной для первого подсемейства выбирается таким образом, чтобы гарантированно сертифицировать очередную модификацию двигателя в срок не более года. Требуется также обязательно унифицировать газогенератор подсемейства. Кроме того, должна быть обеспечена возможность унификации газогенератора между подсемействами путем установки новых его версий на двигатели более ранних модификаций и подсемейств.

SNECMA

SNECMA ветеран французского двигателестроения

/

Компания SNECMA была создана в 1945 г., спустя всего несколько недель после окончания военных действий в Европе. Под этим наименованием объединились несколько моторостроительных фирм, большинство из которых сформировалось еще в начале ХХ века, одновременно с зарождением самой авиации. Это такие предприятия, как "Гном и Рон", "Испано-Сюиза", "Рено", "Лоррен", поглотившие, в свою очередь, несколько других двигателестроительных предприятий в 20-е и 30-е годы ХХ века. Поэтому SNECMA сегодня имеет право с гордостью называть себя одной из старейших в мире моторостроительных компаний. А с 1997 г. она включила в себя и космическое подразделение, слившись с компанией SЕР (Европейским обществом по производству двигателей), ведущим разработчиком двигателей для носителей "Ариан" и французских баллистических ракет.

Гг.: ротативные двигатели

Моторостроительная фирма "Гном" была основана инженером Луи Сегеном в 1905 г. На первых порах персонал фирмы не превышал 50 человек, а ее стартовый капитал составлял 600 000 франков. Производственные цеха, расположенные в Женевилльерсе, занимали всего 200 м2.

До этого небольшая мастерская Сегена занималась изготовлением одноцилиндровых бензиновых автомобильных двигателей по лицензии немецкой фирмы "Оберурсел Моторен". Накопив определенный опыт, Луи совместно с братом Лораном разработал авиационный ротативный звездообразный мотор, нашедший широкое применение на различных французских самолетах. Важнейшей особенностью ротативного двигателя является неподвижный коленчатый вал, в то время как цилиндры вращаются вместе с винтом. На раннем этапе развития авиации такая схема обеспечивала определенные преимущества, поскольку полностью снимала проблему охлаждения.

В 1915 г. фирма "Гном" объединилась с моторостроительной компанией "Рон", основанной инженером Луи Верде. Так образовалась компания "Гном и Рон", просуществовавшая до 1945 г. В Париже на бульваре Каллерман она располагала собственным заводом. В годы Первой мировой войны "Гном и Рон" производила одно- и двухрядные звездообразные двигатели мощностью от 50 до 150 л.с. Этими моторами оснащались не только французские самолеты ("Кодрон", "Моран", "Спад" и др.), но и английские, итальянские, русские (и даже немецкие, по довоенным лицензиям). За годы войны французские моторостроители выпустили более 100 000 двигателей, в два с половиной раза больше по сравнению с их германскими коллегами.

Деятельность "Гном и Рон" способствовала становлению авиационного моторостроения в других странах - союзницах Франции. Так, в 1912 г. в Москве на Николаевской улице вошел в строй завод, осуществлявший лицензионный выпуск "Гномов". После революции предприятие было национализировано, а затем превратилось в ныне широко известный двигателестроительный завод "Салют".

После окончания войны у “Гном и Рон” возникли определенные трудности, связанные со значительным сокращением военного заказа. Кроме того, и ротативный двигатель достиг своего технического потолка, поскольку его предельная мощность не превышала 200 л.с. Стремясь поддержать уровень производства, компания расширила поле своей деятельности, начав выпускать рамы и двигатели для автомобилей, холодильники, швейные машинки и, главным образом, мотоциклы. Но очень быстро производство всей этой "конверсионной" продукции прекратилось, за исключением выпуска мотоциклов.

гг.: мощные звездообразные двигатели

В 1921 г. "Гном и Рон" приступила к наращиванию производства, купив у английской компании "Бристоль" лицензию на выпуск звездообразного двигателя воздушного охлаждения "Юпитер" мощностью 500 л.с. Двигатель производился в нескольких модификациях, предназначенных для военных и гражданских самолетов, как французских ("Спад", "Девуатин", "Бреге", "Фарман", "Потез" и др.), так и голландских ("Фоккер"), немецких ("Юнкерс", "Дорнье", "Хейнкель"), итальянских ("Пьяджио") и советских (И-5). После смерти Луи Сегена "Гном и Рон" возглавил опытный инженер-производственник Поль-Луи Вейллер, руководивший компанией с 1922 по 1940 гг. В годы Первой мировой войны Вейллер был военным летчиком; в боях он получил несколько ранений, заслужил множество боевых наград, а в 1918 г. в возрасте 25 лет стал майором.

Под руководством Вейллера дела "Гном и Рон" пошли в гору. Он сумел внедрить в производство новейшие технологии, современные методы проектирования и отладки моторов. Акции фирмы на Парижской бирже значительно поднялись в цене. Вейллер использовал все возможности, включая издание быстро ставшего популярным журнала "Небо без границ". На его страницах сугубо технические статьи органично сочетались с произведениями видных французских литераторов.

В начале тридцатых годов совершенствование авиатехники существенно ускорилось. Самолетостроителям потребовались моторы мощностью свыше 500 л.с., обладающие существенно лучшими удельными показателями. "Гном и Рон" наладила производство семейства однорядных и двухрядных звездообразных двигателей с 5, 7, 9 и 14 цилиндрами. Самым мощным из них в 1932 г. являлся мотор 14 К мощностью 725 л.с. Он оказался очень удачным; накануне Второй мировой войны 14 стран, в том числе и СССР, закупили лицензии на его производство. В Советском Союзе на базе 14 К была создана серия моторов М-85 - М-89, которыми оснащались строившиеся большими сериями бомбардировщики ДБ-3, Су-2 и Ил-4.

В 1937 г. большая часть французских предприятий, производивших боевую технику и оружие, была национализирована. Компании "Гном и Рон" удалось избежать национализации, но государство стало совладельцем предприятия. Военно-политическая ситуация в Европе стремительно обострялась, дело явно шло к войне. В 1938 г. "Гном и Рон" активно принимала участие в перевооружении французских ВВС, ее двигателями оснащались истребители MB-152 и средние бомбардировщики LeO-350. Правительство Франции приняло решение о передаче предприятий авиастроительной компании "Вуазен" в состав фирмы "Гном и Рон". Предпринимаются огромные усилия по форсированию производства авиационных моторов. Так, в мае 1940 г. компания сумела изготовить 1000 двигателей против 225, произведенных в сентябре 1939 г. Следует подчеркнуть, что накануне Второй мировой войны только компания "Гном и Рон" и ее конкурент - фирма "Испано-Сюиза" - занимались во Франции серийным производством моторов мощностью более 1000 л.с.

Коль скоро речь зашла об "Испано-Сюизе", следует кратко напомнить ее историю. Появившись на свет в 1911 г., эта компания, подобно фирмам "Рено" и "Лоррен", занялась разработкой рядных двигателей. Расцвет деятельности "Испано-Сюизы" пришелся на годы Первой мировой войны. Произведенными ею двигателями оснащались истребители "Спад", на которых летал, к примеру, известнейший французский ас Гинемер. В период между мировыми войнами "Испано-Сюиза" сумела разработать очень удачный 12-цилиндровый V-образный мотор HS-12Y, который устанавливался на истребителях MS-406 и D-520. В 1937 г. французское правительство приобрело часть акций фирмы, тем самым повысив "управляемость" ею со стороны государства.

Как и другие моторостроительные фирмы, "Испано-Сюиза" продавала свои лицензии за рубеж и, в частности, в Советский Союз. Здесь двигатель HS-12Ycrs был сначала воспроизведен под названием М-100, а затем получил дальнейшее развитие в серии моторов М-103 - М-107А, которыми оснащались массовые советские истребители "Як", "ЛаГГ" и бомбардировщики СБ, Пе-2 и Ер-2. Общее число выпущенных в СССР авиационных двигателей, имевших "французские корни", превысило 100 000 единиц.

Гг.: период оккупации

С момента поражения Франции в июне 1940 г. и до середины 1944 г. "Гном и Рон" и "Испано-Сюиза", как и вся французская промышленность, были вынуждены работать на немецких оккупантов. "Гном и Рон" продолжала выпуск собственной продукции (моторы 14 N, 14 M и 14 R) и, кроме того, изготовляла моторы BMW и их агрегаты. Поль-Луи Вейллер, ставший участником организации "Свободная Франция", был арестован правительством Виши; в компанию он уже не вернулся. Администрации "Гном и Рон" приходилось отчаянно балансировать между требованиями оккупационных властей и настроениями сотрудников. Немцы болезненно реагировали на неоднократные акты саботажа; на заводы то и дело сыпались бомбы союзников; французское Сопротивление и правительственные спецслужбы обменивались ударами. Остро стояла проблема спасения работников, подлежавших принудительной отправке на работы в Германию… Все эти обстоятельства не способствовали высокой производительности, поэтому в период оккупации среднемесячный объем производства "Гном и Рон" не превышал 200 моторов.

В 1941 г. правительство Виши передало "Гном и Рон" завод фирмы SNCM, бывшей "Компании по производству моторов и автомобилей "Лоррен", национализированной в 1937 г. Дальнейшее расширение компании в 1942 г. произошло за счет завода в Лиможе, занимавшегося наряду с моторостроением другими секретными разработками.

В 1944 г., к моменту освобождения Парижа, "Гном и Рон" располагала первоклассным персоналом (около 15 000 человек). В то же время компания утратила значительную долю производственных мощностей в связи с тем, что немцы вывезли часть станков и оборудования в Германию. Большинство заводов компании получило повреждения при бомбардировках. Тем не менее, производство возобновилось почти сразу после ухода немцев. На первых порах важнейшей задачей являлся ремонт американских танков "Шерман".

С окончанием войны объемы военных заказов резко сократились, что вынудило компанию заняться новыми видами деятельности. Она стала выпускать тракторы, молочные сепараторы, автоклавы, автоматы и прочую продукцию. Возобновилось и производство мотоциклов. Освобождение было сопряжено с "чисткой" руководящего состава; правда, в большинстве случаев дела прекращались из-за отсутствия состава преступления.

В области авиационного двигателестроения период оккупации обусловил значительное техническое отставание Франции от союзников. В стране совершенно не велись работы по созданию реактивных двигателей, хотя перед самой войной французская фирма "Рато", занимавшаяся изготовлением паровых турбин, производила исследования по этой тематике. Французское двигателестроение отставало и во внедрении передовых промышленных методов, позволивших, например, Соединенным Штатам выпустить за годы войны более 800 000 авиамоторов.


Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 678; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!