Какие страны производят реактивные двигатели

Авиадвигатели мира сегодня

Среди главных технических достижений человечества наравне с такими изобретениями, как колесо, парус, паровая машина, ДВС, ракетный двигатель и атомный реактор — турбореактивный двигатель (ТРД).

И при всем этом мировая индустрия авиационных двигателей находится в затяжном упадке . При кажущемся прогрессе она умирает, и причина этого кроется в конкуренции.

Глобализация не смогла вырвать производителей авиадвигателей из-под государственной опеки. Слишком это чувствительная область технологий. И даже собрать всех под одну крышу «мирового гегемона» из США не получилось.

Судите сами — французская СНЕКМА, британская RR. Отдел авиационных двигателей Pratt & Whitney фактически является канадским, формально через United Technologies считается американским. Собственно, американский производитель двигателей для крупных самолетов остался ровно один — General Electric .

Кроме того, есть еще такой производитель авиационных двигателей, как International Aero Engines (IAE) — это как совместное предприятие Pratt & Whitney с японским JAEC и немецким MTU (там раньше участвовал RR, но их доля была куплена PW). Двигатели IAE производятся в очень заметных количествах — они производятся в полтора раза больше, чем двигатели Rolls-Royce всех типов (хотя они дешевле, чем продукты RR).

Формально GE считается крупнейшим в мире (включая участие в любом совместном предприятии). Но и у него наблюдается деградация .

И причина, тем не менее, довольно проста — авиационные двигатели теперь УБЫТОЧНЫ практически у всех, они продаются по более низкой цене из-за большой конкуренции. И чем сложнее двигатель технически, тем больше потери.

Естественно, что в такой ситуации крупные инвестиции в разработку новой не возможны.

Вот, к примеру, двигатель GE9X , который GE представляет в качестве «нового слова в технологии», в реальности оказался тем же GE90-115B от 777 Boeing, у которого вместо 22 лопастей, 16 вентиляторов, но более широких из композита. Другие усовершенствования — в целом, косметические — немного подняли температуру в камере сгорания, немного поменяли конфигурацию лопастей у турбины. Еще придумали крутить смесь в камере сгорания для достижения наилучшего дожигания оксидов азота. Но не тянет все это на «новое слово».

Двигатели LEAP электрики GE сами не смогли осилить — пришлось призвать в качестве поддержки французскую SNECMA. В это время, их канадские конкуренты разрабтали PW1000G, самостоятельно. Это говорит о том, что творческий потенциал GE затух. На самом деле, GE все еще выезжают за счет достижений 70-х годов.

При этом, самое популярное в гражданской авиации семейство авиадвигателей CFM56 , которых в год поставляется больше, чем всех остальных моторов вместе взятых — тоже разработано французами из SNECMA, правда как бы совместно с GE.

Но как был придуман этот двигатель? SNECMA взята горячая часть от двигателя GE F101 (он применяется на бомбардировщике B1B Lancer), и на нее навешен французский вентилятор с приводом от французской турбины низкого давления. Но чтобы GE не очень возмущались — был сделан альянс CFM International, с долями 50/50, соответственно мотор CFM56 пошел не только на европейские Аирбасы, но и на американские Боинги, и даже в US Air Force (там его называют General Electric F108, чтобы не позориться использованием не-американского мотора).

Кстати, с новыми «экономичными» моторами что у GE, что у PW серьезные проблемы.

Русский ПД14 сразу сделан более простым — он вряд ли достигнет показателей экономичности PW, но он сильно дешевле и сам по себе и в обслуживании, по крайней мере потенциально:

Тут русские нашли оригинальное решение, применив широкохордные лопатки на турбине низкого давления. Это позволило уменьшить число колес и диаметр этой турбины. При этом степень двухконтурности у ПД-14 почти такая же, как у LEAP-1B (8.5-8.6 против 9), при схожей компрессии (около 40). Причем LEAP-1B развивает взлетную тягу 130 кН против 137 кН у ПД-14 и 153 кН у ПД-14М. 137 кн развивает LEAP-1C — но у него диаметр вентилятора больше, чем у ПД-14, а это создает некоторые габаритные проблемы. В конце концов, у нас тоже от редукторной версии ПД-14, называемой ПД-18Р, ожидают взлетную тягу аж 178 кН ценой увеличения диаметра вентилятора.

Читайте также:  Двигатель для электрокара своими руками

Ну и в общем не секрет, что русские попятили конструкцию и методику расчета камеры сгорания, примененной в моторах ПД-14, у Pratt&Whitney — примерно так же, как французы попятили камеру сгорания у GE. Но зато широкохордные лопатки турбины низкого давления и блиски в компрессоре — у нас собственные.

Возвращаясь же обратно к «мировым грандам», хочу заметить, что новые моторы у GE и PW сами по себе работают, но вот заявленные расходы на ремонты и близко не показывают. И это — серьезная проблема для их производителей. С одной стороны, более 85% экономии топлива Boeing 737 MAX приходится на эти самые новые двигатели — а с другой стороны, у авиакомпаний и авиастроителей есть достаточно широкий выбор альтернативных моторов, отсюда конкуренция и снижение цен на моторы и на запчасти к ним. Хуже того — авиастроители уже дошли до того, что заставляют производителей авиадвигателей платить за разработку самолетов в обмен на обещание поставить туда их моторы, а не моторы конкурентов. Откуда уж тут взяться прибылям… Не секрет, что RR теряет на каждом проданном моторе Trent около 1,6 млн фунтов. Немногим меньше теряет и GE на своих больших моторах.

Французская промышленная группа Safran включает подразделение «Авиационные и космические двигатели», которое основную часть своей выручки и прибыли получает сегодня от продаж двигателей семейства CFM56 в рамках партнерского проекта CFM International (CFMI), организованного совместно с американской компанией General Electric более сорока лет назад , в 1974 г. (в 2008 г. соглашение было продлено обеими компаниями на период до 2040 г.).

Основной двигателестроительный актив французской группы для коммерческих самолетов – компания Snecma. С конца 70-х гг. выпущено уже свыше 26 тыс. двигателей CFM56, которые сегодня эксплуатируются под крылом более 11 тыс. авиалайнеров Boeing 737 и Airbus A320, включая их многочисленные, в т.ч. военные, варианты. Наработка двигателей превысила уже 630 млн часов, а рекорд «жизнедеятельности», принадлежащий двигателю семейства CFM56, составляет более 50 тыс. часов без съема с крыла.

Собственно, поэтому как бы российский мотор PowerJet SaM146 наше НПО Сатурн делало с этими же французами на основе этого же CFM56. Для французов SaM146 является промежуточным этапом на пути от CFM56 к LEAP — это как бы упрощенный CFM56, на котором внедрен ряд технологий, затем используемых в LEAP (в частности, французы наконец переделали камеру сгорания и горячую турбину, изменив их древнюю американскую схему GE на якобы свою собственную, более модную). Да-да, речь про пресловутую камеру сгорания Twin-Annular, Pre-Mixing Swirler — камера сгорания одинарная, но с двойным закрученным потоком и двумя зонами горения, которую GE придумали для большого мотора GEnx (чтобы конкурировать с RR), а французы попятили у них идею и адаптировали к размерности CFM56.

CFM56 это объективно лучший мотор в мире, но это — технологии тех самых 70-х годов. Попытки двинуться дальше вылились в создание LEAP и PW1000G — но пока что эти моторы не радуют ресурсом, а главное — на самом деле ничего революционного в них нет. Как я уже сказал — LEAP это просто модернизированный CFM56 с вентилятором увеличенного диаметра, а PW1000G — попытка использовать турбовинтовой мотор там, где раньше использовали турбореактивные (то есть поднять у турбовинтового мотора скорость потока и снизить шумность).

Ничего нового не изобрели и в Rolls-Royce . В феврале 2014 г. исполнительный вицепрезидент компании по стратегии и перспективным технологиям Саймон Карлайл объявил о том, что ведется разработка двух новых моделей семейства Trent, которые планируется передать в эксплуатацию в 2020 г. и 2025 г. и которые будут иметь на 10% лучшую топливную экономичность в сравнении с двигателями Trent XWB для A350 XWB. Они получили рабочие наименования Advance и UltraFan. Первый двигатель конструктивно совместит трехвальную конструкцию Trent с более крупным компрессором высокого давления и уменьшенным компрессором промежуточного давления, будет отличаться вентилятором с композитно-титановыми лопастями вентилятора и композитным корпусом, что позволит снизить массу двигателя. Степень двухконтурности данной модели составит 11. Второй же, со степенью двухконтурности 15, будет использовать редукторную схему.

Читайте также:  Стук двигателя на опель астра при пуске

Испытания первой модели планировалось начать уже в 2015 г., второй – ближе к концу десятилетия. Насколько я знаю — не начали до сих пор. А ведь Rolls-Royce занимает долю порядка 54% на рынке двигателей для широкофюзеляжных авиалайнеров.

Видите, какая складывается ситуация? Даже Россия, которая во времена СССР всегда уступала Западу в технологиях турбореактивных двигателей (да-да, уступала, и сильно — даже в военных моторах), сейчас смогла догнать мировой уровень не только в военных, но и в гражданских моторах. И это при том, что большая часть советского моторостроения осталась вна Украине, где и сдохла.

Причина этого — в том, что Запад после 70-х сильно стагнировал в технологиях. Нет там никаких прорывов ни в материалах, ни в конструкциях.

Если Вам понравилась эта публикация и Вы желаете дальше следить за новостями и интересными статьями о мире авиации и авиадвигателях, ставьте лайк и подписывайтесь на наш канал .

Источник

Россия становится родиной лучшего авиадвигателя мира

В России успешно прошли испытания авиадвигателя, который выведет на высшие параметры не только авиа-, но и автомобилестроение

В Центральном институте авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ) успешно прошла серия испытаний роторно-поршневого авиадвигателя нового поколения.

Предельно скучная для широкой публики новость приобретает, однако, особый вес, если учесть, что ЦИАМ – дедушка, отец и мать отечественного авиационного двигателестроения, а испытанная разработка создаётся при участии Фонда перспективных исследований (ФПИ) – финансовых «ясель» для перспективных оборонных разработок. Так что, хоть и не очень понятно, что нового могут добавить авиации поршневые двигатели в пору господства реактивных самолётов, но, очевидно, это «что-то» достаточно важно, коли для его изготовления объединяются мозги ЦИАМ и деньги ФПИ…

Мозги ЦИАМ и деньги ФПИ

Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова имеет статус государственного научного центра Российской Федерации, который проводит полный цикл исследований и разработок в области двигателестроения для авиации.

Полный цикл означает в данном случае счастливое соединение фундаментальных научных исследований и прогнозирования с исследованиями прикладными и итоговый переход к проектированию непосредственно узлов и систем авиадвигателей. Тот самый случай, когда бандам демократов не удалось в 1990-х годах сокрушить прикладную науку и обескровить тем самым науку фундаментальную, как это удалось сотворить во многих других направлениях отечественных научных исследований. Он же – ещё одно подтверждение того, что цивилизационный фундамент России тогда не расползся окончательно, как, например, на Украине, только благодаря оборонке и атомной промышленности. И то и другое оказалось слишком сложно и слишком нужно, чтобы растворить их в царской водке тотальной приватизации.

В общем, не без трудностей, но ЦИАМу, созданному в 1930 году, удалось сохранить интеллектуальную, исследовательскую и техническую связь между прошлым и будущим. И там, где некогда легендарные конструкторы объёма А.А. Микулина и А.Д. Чаромского создавали механические «сердца» для легендарных самолётов от АНТ-25 и Ил-2 до МиГ-21 и Ту-95, сегодня люди не меньшего объёма творят двигатели для гиперзвуковых летательных аппаратов и первенцев возрождающегося гражданского авиастроения России, как перспективный лайнер МС-21. Не говоря уже о том, что на стендах испытательного центра ЦИАМ испытывались или проходили доводку практически все отечественные авиационные двигатели.

Ну, а про Фонд перспективных исследований всё исчерпывающе сказано в официальных документах: государственный фонд, целью которого является содействие осуществлению научных исследований и разработок в интересах обороны России и безопасности государства. Так что синергия двух таких, хм, «учреждений» обещает – должна обещать – достаточно серьёзный эффект.

Эффект от поршневого в эпоху реактивных

«Объект устойчиво работал на основных режимах на протяжении четырёх часов. Были пройдены основные контрольные точки, предусмотренные программой испытаний», – рассказал заместитель начальника отдела ЦИАМ Михаил Ступеньков.

Что это означает, разъяснили специалисты, реально понимающие существо вопроса. Основной результат этих испытаний, пояснил один из таких источников, в том, что удалось подтвердить высокую износоустойчивость элементов двигателя из композитных материалов нового поколения – из так называемых интеркерамоматричных и металлокерамоматричных композитов.

Читайте также:  Может ли троить двигатель из за бегунка

Дело в том, что роторно-поршневый двигатель – а это проводились испытания его демонстратора с использованием композиционных материалов и покрытий нового поколения, – при своих несомненных энергетических и экономических достоинствах обладает некоторыми принципиальными недостатками. Вернее, даже одним принципиальным: быстрый износ уплотнителей на высокой скорости вращения вала.

Тут нужно вспомнить саму конструкцию двигателя. Это тоже двигатель внутреннего сгорания, но, в отличие от обычного поршневого, здесь цикл впрыск – сжатие – зажигание – расширение – работа проходит в цилиндре специального профиля, где вращается трёхгранный ротор. В силу «неправильного» профиля и цилиндра, и ротора, газо-топливная смесь в определённом объёме впускается, затем одна из граней ротора отсекает эту «порцию», прижимает её к стенке цилиндра, отчего происходит уплотнение смеси. Тут же следует зажигание, и «треугольник», вращаясь дальше, выпихивает смесь на выход.

В общем, в основе – известный двигатель Ванкеля, позволяющий осуществлять 4-тактный цикл без применения специального механизма газораспределения. Это сильно упрощает конструкцию двигателя за счёт на порядок меньшего количества деталей, нежели в поршневом, делает его компактным (в два раза меньше аналогичного поршневого) и обеспечивает ему высокие динамические характеристики и высокую удельную мощность. Очень грубо можно сравнить один рабочий цикл с работой двухцилиндрового поршневого двигателя.

Но при этом давление между трущимися поверхностями приводит к быстрому износу соответствующих частей и нагреву двигателя. Износ же уплотнителей вызывает утечки, токсичность выхлопа и в целом падение КПД.

Добрый доктор – керамический пластик

Вот этот недостаток и призвано было устранить применение в двигателе керамических деталей нового поколения, изготовленных к тому же с применением высокоточных технологий 3D-печати. Проведённые же испытания как раз и показали пренебрежимо малый износ соответствующих элементов. И второе – испытана, и тоже с успехом, специально разработанная система турбонаддува с охлаждением воздуха (вспоминаем про недостаток высокого разогрева двигателя), а также новая электронная система управления. Она создана практически с нуля.

«Благодаря этим решениям удалось значительно, примерно вдвое, повысить мощность двигателя по сравнению с ранее разрабатывавшимися в России роторно-поршневыми двигателями», – приводит ТАСС строки из официального сообщения ФПИ, у которого в ЦИАМ имени П.И. Баранова существует отдельная лаборатория, как раз и нацеленная на разработки авиационных двигателей с использованием керамоматричных композиционных материалов.

Керамоматричные композиты – это целый класс материалов, обеспечивающих износоустойчивость механизмов, в которых их применяют. А это не только двигатели для самолётов и автомобилей, но и огромная номенклатура газонефтедобывающего оборудования, компрессоров на перекачивающих станциях, а также, надо полагать, значительная часть вообще любого механически движущегося оборудования в производственной сфере. Применение здесь композитных материалов в значительной степени увеличивает эффект борьбы с теми или иными последствиями механического трения, но полностью ситуацию не спасает. Большинству из таких материалов присущи фундаментальные недостатки в форме повышенной «разрушабельности» – низкой устойчивости при ударных нагрузках, научно говоря.

И вот как раз керамоматричные композиционные материалы позволяют избавиться от этих недостатков, так как их керамическая матрица армирована углеродными волокнами. Благодаря этому достигается высокая противоударная прочность, но в то же время определённая гибкость по отношению к различным напряжениям и высокая устойчивость к дефектам микроструктуры. Получается что-то вроде керамического пластика, хотя специалисты и морщатся при подобном сравнении.

Что же получается в итоге?

До итогов пока далеко. Но в перспективе уже кое-что видно. Во-первых, российское моторостроение получает в перспективе двигатель на основе двигателя Ванкеля, но с фантастическими характеристиками и надёжностью. Понятно, что после авиации (кстати, ведь вертолёты у нас далеко не реактивные) лапу на них наложит автомобильная промышленность, нефтянка, энергетика. Во-вторых, в ходе нынешних и будущих испытаний будет выдана к применению технология использования в моторах керамоматричных материалов, что и позволяет уже сегодня говорить о двигателях нового поколения.

В общем, есть перспектива того, что Россия станет родиной лучших двигателей мира.

Источник

Adblock
detector