Что такое турбовинтовой двигатель

Что такое турбовинтовой двигатель

Турбовинтовой двигатель.

Привет!

Транспортный самолет АН-8 с двигателями АИ-20.

Сегодня продолжаем более подробно говорить о типах авиационных двигателей. На повестке дня следующий тип – турбовинтовой двигатель ( ТВД ).
Кто читал мои статью здесь, тот конечно, знает, что турбовинтовой двигатель – это разновидность газотурбинного.

Газотурбинный двигатель – это тепловая машина и, как в любой тепловой машине, в нем есть устройство расширения, которым является турбина. Ну, а турбина нужна в первую очередь, чтобы вращать компрессор, а во вторую, для привода различных дополнительных агрегатов, то есть полезной нагрузки. Это может быть, например, электрогенератор, винт в судовой установке, а применительно к авиации – винт воздушный или же вспомогательная силовая установка (ВСУ).

Получается, что турбину можно как бы условно разделить на две части – турбину компрессора и турбину полезной нагрузки. Последнюю еще называют свободной турбиной . Часто на практике их так и делают в виде двух агрегатов. Если свободную турбину убрать, то останется неиспользованная часть энергии газового потока ( так называемая свободная энергия ), которая потом в реактивном сопле двигателя может быть преобразована в кинетическую энергию, и мы получим тягу двигателя за счет реакции струи. Вы уже наверное поняли :-), что в этом случае мы будем иметь турбореактивный двигатель.

Однако возможен и промежуточный вариант. То есть часть свободной энергии (большую) можно использовать для полезной нагрузки, а оставшуюся часть (меньшую) для работы в сопле, то есть для получения реактивной тяги. Вот именно по такому принципу и устроен турбовинтовой двигатель. Полезная нагрузка для него – это вышеупомянутый воздушный винт. Справедливости ради стоит сказать, что реактивная тяга играет для ТВД небольшую роль. Доля ее обычно не более 15% (на современных ТВД и того меньше).

Принципиальное устройство турбовинтового двигателя.

Итак классический ТВД по конструкции очень похож на обычный турбореактивный двигатель. У него есть компрессор , камера сгорания , турбина и сопло . Но добавлен еще один важный агрегат. Дело в том, что частота вращения ротора любого газотурбинного двигателя очень высока (до 30000 об/мин), а воздушный винт при таких оборотах работать не может. Поэтому между ротором двигателя и винтом устанавливается редуктор , понижающий обороты. Редукторы бывают разных конструкций, но функции у них одинаковы.

Анимация, показывающая принцип работы ТВД.

Как и все в этом мире турбовинтовой двигатель имеет преимущества и недостатки. Это следствие того, что он соединил в себе качества поршневого и ТРД. Он, как газотурбинный двигатель ( родственник реактивного :-)) является представителем того самого семейства двигателей, которому в свое время сдал свои позиции поршневой движок (об этом здесь). Поэтому ТВД значительно легче поршневого при той же мощности. Это очень хорошо, ведь масса – важнейший показатель для авиации. Все тяжелое, как известно, летает без особой охоты :-).

Одновременно по сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой значительно экономичнее. Дело в том, что от поршневого ТВД взял себе воздушный винт. Этот агрегат, особенно в современных разработках имеет довольно высокий коэффициент полезного действия, до 86%, что и обуславливает экономичность всего двигателя.

Однако винту недоступны большие скорости. «Эффект запирания» не дает возможности винтовым самолетам летать со скоростями выше 750 км/ч (единственный самолет наш бомбардировщик ТУ-95 достигает скорости 920 км/ч). Кроме того современные воздушные винты достаточно шумны, что не одобряют нормы Международной организации гражданской авиации ( ICAO ).
Вот и получается, что турбовинтовой двигатель применяется в основном там, где не нужны большие скорости или же важна экономичность. Чаще всего – это ближне- и среднемагистральная гражданская авиация, а также транспортная авиация. Но, честно говоря, и оттуда ТВД частенько вытесняется современными экономичными двухконтурными турбореактивными двигателями .

Турбовинтовой двигатель АИ-20.

Турбовинтовой двигатель уже достаточно послужил людям и всегда отличался высокой экономичностью и большой надежностью. Хорошо известен, например, двигатель-ветеран АИ-20 (и его модификации, начало выпуска 1957 год)) . Он устанавливался на заслуженный пассажирский самолет ИЛ-18 , а также на транспортные самолеты тип АН-8 , АН-12 , АН-32 , на морские БЕ-12 и военно-морские ИЛ-38 . Этот двигатель в некоторых местах эксплуатируется до сих пор и отличается очень высокой надежностью. Такого ресурса, как у АИ-20 (40 000 часов летной эксплуатации!) нет наверное ни у одного двигателя.

Противолодочный самолет БЕ-12 с двигателями АИ-20.

Пассажирский ветеран ИЛ-18 с двигателями АИ-20.

И, конечно, списывать со счетов турбовинтовой двигатель еще рано. Конструкторы, соблазненные его высокой экономичностью постоянно ведут работу по улучшению существующих образцов и созданию новых. Разрабатываются новые типы винтов, в частности сверхзвуковых ( с переменным, правда, успехом :-)).

Турбовинтовентиляторный двигатель Д-27.

Примером служит сравнительно недавно появившийся двигатель Д-27 , разработанный в Запорожском машиностроительном конструкторском бюро „Прогресс“ имени академика А. Г. Ивченко. В том самом, где создавался когда-то АИ-20. Д-27 внешне очень похож на турбовинтовой двигатель, но на самом деле это качественный скачок вперед. Он даже название имеет измененное: турбовинтовентиляторный двигатель . Предназначен для пассажирских и транспортных самолетов, для которых скорость также важна, как и экономичность. Таких, например, как новый транспортник АН-70 . На оси свободной турбины Д-27 (понятно через редуктор :-)) установлено два винто-вентилятора , вращающихся в разные стороны. Этот двигатель не имеет аналогов и на данный момент является единственным рабочим двигателем такого типа в мире.

Транспортный самолет АН-70 с двигателями Д-27.

Прогресс не остановить :-), так что нам вполне вероятно еще предстоит увидеть новые типы самолетов с «нимбами» винтов и мягким гулом турбовинтовых двигателей.

В заключении предлагаю вам посмотреть два ролика. Первый хорошо показывает принцип работы ТВД. Пояснительные надписи на английском, но, я думаю, понять не сложно. Для тех, кто «совсем не англичанин» :-), поясню, что Gearbox — это редуктор, а Nozzle -это сопло, Inlet — это вход, Combustion Chamber — камера сгорания. Второй ролик — это анимация работы еще одного прогрессивного и очень интересного турбовинтового двигателя Pratt Whitney PT6A . Обратите внимание, что направление движения газов по тракту двигателя организовано «задом наперед»

Двигатели Кузнецова: опережая время

Сегодня исполняется 109 лет со дня рождения легендарного конструктора Николая Дмитриевича Кузнецова .

Читать еще:  Гидравлический регулятор оборотов двигателя

Почти про каждый двигатель, созданный Кузнецовым, можно сказать «первый» или «самый». Это первый отечественный и самый мощный в мире турбовинтовой двигатель, первый в авиации двигатель на криогенном топливе , самый мощный в мире двухконтурный двигатель для сверхзвуковых самолетов и другие рекордсмены.

После себя Николай Дмитриевич оставил большое наследие – созданную им школу конструирования двигателей, огромный научно-технический задел, и даже некоторые проекты, которые конструктор не успел завершить. Сегодня эти темы реализовывает ПАО «ОДК-Кузнецов». О пяти интересных двигателях с инициалами «НК» – в нашем материале.

НК-12: прорыв в турбовинтовых двигателях

В 1949 году КБ Андрея Николаевича Туполева начало работы по созданию перспективного бомбардировщика, способного перелететь океан и вернуться. Правительство в качестве новой машины видело реактивный самолет. Однако Туполев отстаивал концепцию турбовинтового самолета. Как обоснованно считал конструктор, проект реактивного стратегического бомбардировщика обошелся бы стране гораздо дороже. Во-первых, для такой машины просто не существовало подходящего по экономичности двигателя. Туполев же присмотрелся к опытному ТВ-022, который разрабатывался Николаем Кузнецовым.

Общеизвестен тот факт, что данная силовая установка была создана на основе первого в мире серийного газотурбинного агрегата немецкой компании Junkers Motorenbau. Как и многие другие страны-победительницы, СССР перенимал некоторые достижения немецкой промышленности. Однако отечественные ученые под руководством Кузнецова так переработали этот проект ТВД, что получился, можно сказать, новый двигатель. Он обладал необходимой для стратегической авиации мощностью – 12 тыс. л. с. Таким образом, двигатель получил название ТВ-12, а в серийное производство вышел как НК-12, по инициалам своего легендарного создателя.


Самолет Ту-95 с двигателями НК-12. Фото: Фёдор Леухин / wikimedia.org

Первым этот двигатель получил стратегический бомбардировщик Ту-95 «Медведь». Благодаря НК-12 этот самолет мог без посадки и дозаправки пролетать до 15 тыс. км, и брать на борт до 12 тонн вооружения. «Медведь» на службе с 1955 года и до сих пор сохраняет статус самого скоростного турбовинтового самолета в мире.

На протяжении более полувека Ту-95 несколько раз модернизировался, а вместе с ним совершенствовался и НК-12. Мощность базовой модели непрерывно возрастала – НК-12М уже получил 15 000 л. с., а мощность модификации НК-16 составила 12 500 л. с. В настоящее время компания «Туполев» проводит очередную модернизацию Ту-95.

Помимо Ту-95, двигателем НК-12 в различных вариациях оснащались самолет ДРЛО Ту-126, противолодочный Ту-142, дальнемагистральный пассажирский лайнер Ту-114, тяжелый транспортник Ан-22 «Антей» и экраноплан А-90 «Орленок». НК-12 нашел свое место и на земле – в 1970-е годы на его основе был разработан турбовальный газоперекачивающий агрегат НК-12СТ. До сих пор российские добывающие компании эксплуатируют модификации этого двигателя.

НК-32: двигатель для «Белого лебедя»

Еще во время работ по турбовинтовому двигателю НК-12, Николай Кузнецов пришел к выводу, что стратегическая авиация должна преодолеть скорость звука. Для этого турбовинтовые двигатели не подойдут. Конструктор нашел выход из ситуации – воздушный винт должен быть заменен вентилятором в оболочке.

С начала 1953 года под руководством Николая Дмитриевича началась разработка теории двухконтурных двигателей. Такого до него еще никто в мире не делал. Саму идею пришлось отстаивать в Министерстве авиационной промышленности, и здесь в защиту проекта двухконтурных двигателей выступил сам Туполев.

Для преодоления звука Кузнецов предложил не только двухконтурность, но и форсирование двигателя. Так вскоре на свет появился первый в мире двухконтурный с форсажом двигатель НК-6 с максимальной тягой 22 тонны. Его первые испытания состоялись в 1956 году. Стоит отметить, что такие двигатели в США появились спустя 15 лет.


Ту-160 с двигателями НК-32. Фото: Дмитрий Терехов / wikimedia.org

Этот проект Кузнецова стал базой для многих двигателей 1970-1980-х годов, в том числе для НК-32, которым оснащался легендарный ракетоносец Ту-160 «Белый лебедь». Одному из этих самолетов даже присвоено имя «Николай Кузнецов», отдавая дань роли конструктора в принятии стратегических ракетоносцев на вооружение.

Работы над созданием двигателя НК-32 начались в 1977 году, а в серию он вышел уже в 1983 году. Но спустя десять лет серийное производство было прекращено. Однако в 2016 году ПАО «Кузнецов» заявило о том, что возобновляет серийный выпуск двигателей НК-32 для ракетоносцев Ту-160. Новые двигатели устанавливаются на модернизированные самолеты Ту-160М . Двигатели НК-32 второй серии позволят «Белому лебедю» увеличить дальность полета на тысячу километров.

НК-144: обогнать звук и «Конкорд»

Во время войны боевые самолеты успешно преодолели скорость звука, так что в послевоенные годы стали появляться первые проекты сверхзвуковых пассажирских лайнеров. Вскоре выяснилось, что гражданский сверхзвуковой самолет невозможно быстро создать на базе военного истребителя – нужен другой подход.

В 1960-х Великобритания и Франция начали разработку сверхзвукового авиалайнера – проект получил название «Конкорд». Самолет должен был за три часа перевозить около ста пассажиров через океан, когда на обычном авиалайнере этот путь занимал 6-8 часов.

В 1963 году в гражданскую «сверхзвуковую гонку» включаются США и СССР. У нас в стране разработкой такого самолета занялось ОКБ Туполева. Проектом руководил сын знаменитого авиаконструктора – Алексей Андреевич Туполев. Крейсерская скорость нового самолета должна была превысить 2500 км/ч, дальность полета достигнуть 4,5 тыс. км, а количество пассажиров на борту составить 100 человек.


Ту-144 с двигателями НК-144. Фото: Павел Аджигильдаев / wikimedia.org

5 июня 1969 года авиалайнер Ту-144 впервые преодолел число Маха. Таким образом он опередил не только звук, но и весь мир – «Конкорд», разработка которого началась раньше, поднялся в небо спустя несколько месяцев. При этом советский Ту-144 по некоторым характеристикам даже обошел своего европейского «собрата».

Для создания первого сверхзвукового авиалайнера были разработаны многие передовые решения. Но, пожалуй, главным в этой «сверхзвуковой гонке» стал двигатель – двухконтурный турбовентиляторный НК-144 с форсажной камерой, который позволил превысить скорость звука в гражданской авиации.

НК-33: двигатель для «лунной» ракеты

В 1958 году Кузнецов познакомился с Сергеем Павловичем Королевым. После полета Юрия Гагарина, Королев размышлял о доставке советских космонавтов на Луну. Для этого нужны были усовершенствованные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). В этом Королев надеялся на помощь Кузнецова.

Итак, в 1959 году ОКБ под руководством Кузнецова и при участии Королева начало работать над жидкостно-ракетными двигателями. Было решено разработать ЖРД по замкнутой схеме – в стране и в мире ничего подобного еще не создавалось.

Читать еще:  Что такое шестерня двигателя

Пуск ракеты «Союз-2.1в» с двигателем НК-33А с космодрома Плесецк. Фото: Роскосмос

Первое испытание разрабатываемого НК-33 состоялось в ноябре 1963 года. Но двигателю не суждено было стать лунным. В 1966 году не стало Сергея Королева, а спустя три года на Луну вступил первый американский астронавт. В СССР отказываются от лунной программы, хотя в 1972 году двигатели НК-33 и НК-43 уже успешно прошли государственные стендовые испытания.

Произведенные двигатели решено было уничтожить, но Кузнецов не мог пойти на такое. Списанные НК-33 и НК-43 хранили в одном из цехов предприятия, пока в 1992 году им не предоставили второй шанс. Тогда в Москве на первой международной выставке «Авиадвигатель» Николай Кузнецов представил миру свои ракетные двигатели. Они произвели настоящий фурор среди иностранных специалистов. В итоге 46 двигателей НК-33 и НК-43 были проданы США. Американские специалисты немного изменили их и переименовали в AJ-26. В 2013 году они три раза вывели на орбиту ракету Antares. Однако в следующем году ракета с AJ-26 потерпела крушение, и от использования НК-33 американцы отказались, заменив на российские РД-181.

В 2010 году «Кузнецов» совместно с РКЦ «Прогресс» начал адаптацию НК-33 для ракеты «Союз-2.1в». Обновленный двигатель был назван НК-33А. В России первый старт ракеты-носителя с ним состоялся в декабре 2013 года. Программа летно-конструкторских испытаний «Союз-2.1в» с НК-33А завершилась в прошлом году. Всего было проведено пять пусков, все задачи были выполнены в полном объеме.

НК-93: обогнавший свое время

Турбовентиляторный двигатель НК-93 заслуженно в перечне самых ярких разработок Николай Дмитриевича. Уже тогда его назвали двигателем XXI века.

В конце 1980-х годов Кузнецов начал думать над созданием для гражданских самолетов ГТД со сверхвысокой степенью двухконтурности. Чем больше этот параметр, тем больший КПД двигателя можно получить. Особенно это важно для пассажирских самолетов – здесь высокая степень двухконтурности положительно сказывается на экономической эффективности. К примеру, у современных лайнеров Boeing 737 и Airbus A320 этот параметр на уровне 5,5-6,6.

Еще в те годы Николай Дмитриевич решил разработать двигатель с двухконтурностью 16! Сконструированный им НК-93 со степенью двухконтурности 16,7 открыл бы новую главу в авиационном двигателестроении. Переход от степени двухконтурности 6 к 16,7 позволяет уменьшить примерно на 15% удельный расход топлива.


Летающая лаборатория Ил-76ЛЛ с двигателями НК-93. Фото: Игорь Бубин / wikimedia.org

Первое испытание НК-93 состоялось в декабре 1989 года. Но из-за глобальных перемен в стране, нехватки средств, работы по проекту двигались очень медленно, и только в мае 2007 года НК-93 поднялся в небо на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. В том же году на МАКСе был представлен испытательный Ил-76 с силовой установкой НК-93. В серию уникальный двигатель так и не вышел. НК-93 нашел себе применение на земле. На его основе был разработан промышленный НК-38СТ, который устанавливается на ГПА-16 «Волга».

Двигатель НК-93 стал еще одним примером особого стиля Николая Кузнецова – все его проекты на годы опережали работы отечественных и иностранных конструкторов. Научно-технической задел, который остался после выдающегося конструктора, может стать фундаментом для создания новых перспективных моторов, тем самым удерживая место России в лидерах авиационного двигателестроения.

Новейший российский турбовинтовой двигатель ТВ7-117СТ представлен на выставке двигателестроения на ВДНХ

Натурный образец новейшего турбовинтового двигателя ТВ7-117СТ для авиалайнера Ил-114-300 впервые представлен на выставочной экспозиции Объединенной двигателестроительной корпорации (входит в Госкорпорацию Ростех) на проходящем на ВДНХ в Москве III Международном форуме двигателестроения (МФД-2018).

Демонстрируемый двигатель использовался в ходе наземных испытаний, для которого в 2016 г. На предприятии-разработчике ТВ7-117СТ АО «ОДК-Климов» (г. Санкт-Петербург) был создан испытательный стенд, возможности которого позволяют испытывать силовую установку сразу с винтом, мотогондолой и другими элементами самолета (части крыла и фюзеляжа).

ТВ7-117СТ является базовым двигателем для силовой установки перспективного легкого военно-транспортного самолета Ил-112В, а гражданская модификация двигателя — ТВ7-117СТ-01 — станет штатным двигателем регионального пассажирского самолета Ил-114-300, возобновление серийного производства которого планируется в России. Двигатель ТВ7-117СТ-01 также будет сертифицирован в соответствии с гражданскими нормами. Более мощный в сравнении с ранней модификацией ТВ7-117СМ, двигатель ТВ7-117СТ-01, в частности, позволит увеличить грузоподъемность Ил-114-300, сократить время разбега самолета. Применение унифицированного двигателя на самолетах Ил-112В и Ил-114-300 будет способствовать сокращению издержек в производстве и станет примером трансфера военных технологий в гражданский сектор.

Стендовые испытания двигателя ТВ7-117СТ на модернизированном испытательном стенде ОДК-Климов стартовали в сентябре 2016 года. Год спустя, в сентябре 2017 г., ОДК начала летные испытания силовой установки в составе летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. Первый этап испытаний завершился в декабре 2017 г. В результате испытаний подтверждена готовность двигателя ТВ7-117СТ и винта АВ-112 к будущему первому вылету самолета Ил-112В.

Ресурсные испытания двигателя ТВ7-117СТ продолжаются. В 2018 г. будут продолжены опережающие летные испытания в составе летающей лаборатории Ил-76ЛЛ.

В двигатель ТВ7-117СТ заложены современные конструктивные решения, повышающие его летно-технические характеристики. Мощность на максимальном взлетном режиме составляет 3000 л.с., на повышенном чрезвычайном режиме — 3600 л.с. В составе силовой установки двигатель ТВ7-117СТ работает совместно с воздушным винтом АВ112 (разработки ПАО «НПП Аэросила»), обладающим большей производительностью и позволяющим увеличить лобовую тягу. Одной из особенностей ТВ7-117СТ является то, что созданная ОДК-Климов система автоматического управления управляет не только двигателем, но и воздушным винтом, то есть всей силовой установкой самолета. Такое совместное управление позволяет максимально полно использовать потенциал характеристик двигателя и винта, в целом повысить эффективность силовой установки. Двигатели ТВ7-117СТ собираются полностью из российских деталей, узлов и комплектующих. Их производство осуществляется в широкой кооперации предприятий ОДК, которая кроме АО «ОДК-Климов» включает, в частности, АО «ММП им. В. В. Чернышева», АО «НПЦ газотурбостроения «Салют», АО «ОДК-СТАР».

ОДК-Климов занимается разработкой и производством газотурбинных двигателей для самолетов и вертолетов. Включает в себя конструкторское бюро, современную производственную и экспериментальную базы. Предприятием, в частности, созданы вертолетные двигатели семейства ТВ3-117/ВК-2500, ТВ7-117В и самолетные двигатели типа РД-33 и ТВ7-117С/СМ/СТ.

Читать еще:  Что такое двигатель мпа

С 2014 года ОДК на базе ОДК-Климов успешно реализуется программа импортозамещения вертолетных двигателей ТВ3-117/ВК-2500, предназначенных для большинства вертолетов «Ми» и «Ка». В 2015 г. двигатель ВК-2500 был поставлен на производство в России. До этого в страну поставлялись вертолетные двигатели, производившиеся на Украине. Двигатели ВК-2500 собираются полностью из российских комплектующих.

В январе 2017 г. ОДК-Климов за организацию производства в РФ ВК-2500 получило премию Правительства Санкт-Петербурга «Сделано в Петербурге-2016» в номинации «Импортозамещение».

В конце 2017 г. система менеджмента качества ОДК-Климов была сертифицирована по международному стандарту AS 9100. ОДК-Климов стала первой российской компанией, прошедшей сертификацию по новым, усложнившимся требованиям International Aerospace Quality Group (IAQG).

АО «Объединенная двигателестроительная корпорация» (входит в Госкорпорацию Ростех) — интегрированная структура, специализирующаяся на разработке, серийном изготовлении и сервисном обслуживании двигателей для военной и гражданской авиации, космических программ и военно-морского флота, а также нефтегазовой промышленности и энергетики. Одним из приоритетных направлений деятельности ОДК является реализация комплексных программ развития предприятий отрасли с внедрением новых технологий, соответствующих международным стандартам.

Госкорпорация Ростех — российская корпорация, созданная в 2007 г. для содействия разработке, производству и экспорту высокотехнологичной промышленной продукции гражданского и военного назначения. В ее состав входят более 700 организации, из которых в настоящее время сформировано 11 холдинговых компаний в оборонно-промышленном комплексе и 3 — в гражданских отраслях промышленности, а также более 80 организаций прямого управления. В портфель Ростеха входят такие известные бренды, как АВТОВАЗ, КАМАЗ, Концерн Калашников, «Вертолеты России», ВСМПО-АВИСМА, Уралвагонзавод и т. д. Организации Ростеха расположены на территории 60 субъектов РФ и поставляют продукцию на рынки более 70 стран. Консолидированная выручка Ростеха в 2016 году достигла 1 трлн. 266 млрд. рублей, консолидированная чистая — 88 млрд. рублей, а EBITDA — 268 млрд. рублей. Заработная плата в среднем по Корпорации в 2016 году составила 44 000 рублей. Согласно стратегии Ростеха, основной задачей Корпорации является обеспечение технологического преимущества России на высококонкурентных мировых рынках. Одной из ключевых задач Ростеха является внедрение нового технологического уклада и цифровизация российской экономики.

Авиационные двигатели: назад к пропеллеру?

Повышение экономичности авиационных двигателей и снижение уровня производимого ими шума — таковы задачи, над решением которых трудятся сегодня инженеры. Британские конструкторы пытаются возродить одну старую идею.

Несмотря на все старания инженеров и экологов, проблемы загрязнения окружающей среды остаются весьма острыми. При этом речь идет отнюдь не только о химическом загрязнении — выбросах парниковых газов, разливах нефти, складировании радиоактивных отходов и так далее. Не менее остро стоит и проблема акустического загрязнения окружающей среды — прежде всего, шумом самолетов гражданской авиации. Правда, за последние десятилетия авиалайнеры стали несколько тише, зато многократно возросло количество выполняемых ими рейсов. Поэтому инженеры продолжают совершенствовать конструкцию авиационных двигателей, преследуя при этом сразу две цели — снижение уровня шума и уменьшение расхода топлива.

Экономичные, но медленные

Если дальние рейсы сегодня обслуживаются исключительно авиалайнерами с турбореактивными двигателями разных конструкций и модификаций, то на более короткие расстояния — скажем, между многими городами Центральной Европы — летают самолеты с турбовинтовыми двигателями. В первом случае речь идет о реактивной тяге, во втором случае тягу создает воздушный винт. Турбовинтовые двигатели обладают одним важным преимуществом: они гораздо экономичнее турбореактивных и расходуют значительно меньше горючего. Но не все так просто, — говорит Эндрю Брэдли (Andrew Bradley), ведущий инженер британской компании Rolls-Royce — одного из крупнейших производителей авиационных двигателей: «Проблема турбовинтового привода состоит в том, что он работает экономично лишь на малых скоростях полета. А на скоростях выше 700 километров в час это его преимущество сходит на нет».

Но если турбовинтовой двигатель наиболее эффективен на низких скоростях полета, а турбореактивный — на высоких, то, очевидно, существует некий диапазон скоростей, в котором оптимальным является сочетание этих двух технических решений. В такой конструкции, именуемой винтовентиляторным или турбовинтовентиляторным двигателем, воздушная турбина приводит в движение два соосных пропеллера с узкими серповидными лопастями. «Главная особенность этих воздушных винтов состоит в том, что они вращаются в противоположных направлениях, — поясняет Эндрю Брэдли. — При этом задний винт как бы устраняет завихрения, вызванные передним винтом, выпрямляет воздушный поток, что существенно повышает экономичность двигателя, в том числе и на высоких скоростях полета».

Экономичные, но шумные

По расчетам экспертов, такая конструкция позволит сэкономить до 30 процентов горючего. Но ведь сама по себе идея такого двигателя не нова: уже в 70-х и 80-х годах прошлого века в ряде стран проводились соответствующие эксперименты и даже испытательные полеты. Однако сколько-нибудь широкого распространения эти двигатели не получили. Эндрю Брэдли объясняет, почему: «Уровень шума, производимого тогда этими экспериментальными самолетами, был совершенно неприемлем. Однако с тех пор нам удалось найти технические решения, позволившие существенно снизить уровень шума винтовентиляторных двигателей. Сегодня они даже чуть тише, чем турбореактивные».

В частности, значительного снижения уровня шума конструкторы смогли добиться за счет оптимизации формы лопастей. «И все же законы физики не обманешь, — говорит британский инженер. — Нам никогда не удастся сделать винтовентиляторные двигатели такими же тихими, какими турбореактивные двигатели станут уже в ближайшем будущем: там потенциал снижения уровня шума гораздо больше. Поэтому, в конечном счете, нам придется выбирать, что для нас важнее — то ли очень тихие турбореактивные, то ли очень экономичные винтовентиляторные двигатели».

Обе концепции имеют будущее

Скорее всего, впрочем, развитие получат обе концепции. Так или иначе, идея, которую 20 лет назад сочли недостаточно перспективной, переживает второе рождение. Сегодня британские конструкторы ведут активную разработку этой концепции и проводят испытания прототипов двигателя в аэродинамической трубе. Но это только начало, — заверяет Эндрю Брэдли: «Следующий шаг — переход от испытаний двигателя к испытаниям самолета с новым двигателем. Это должно произойти не позднее 2016 года. А серийное производство такого самолета должно начаться, по нашим расчетам, лет через 10-15».

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector