Двигатель CFM56. О нем и о том, что вокруг него…

Здравствуйте, уважаемые друзья!

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56-7.

Думаю не ошибусь, если скажу, что современный турбореактивный двигатель во всем своем видовом многообразии — это настоящий шедевр инженерной и научно-технической мысли.

Причем так можно сказать относительно любой области практической науки, будь то материаловедение или автоматика, аэродинамика или электроника. В двигателе все это есть :-) .

Один из представителей такого рода универсалов — самый, пожалуй, распространенный на данный момент двигатель нынешней коммерческой (и не только) реактивной авиации CFM-56.

Вот некоторые интересные цифры мировой статистики по данным на 31 декабря 2012 года. Более половины самолетного парка коммерческой авиации оборудовано этими двигателями. Всего 531 организация (это авиакомпании, чартерные операторы, лизинговые компании, военные организации) успешно эксплуатируют такие двигатели. Их произведено более 22000 штук и каждые 2,5 секунды в мире взлетает самолет с двигателями типа CFM-56.

Одна из причин такого распространения — немалое количество его модификаций, потому что устанавливается он на различные типы (и варианты) самолетов, и за весь период своего успешного использования зарекомендовал себя удачным и надежным двигателем :-) , при этом обладающим относительно невысокой стоимостью, как в базовом отношении, так и в плане эксплуатационных затрат.

История его началась еще в конце 60-х годов, в период, когда актуальными стали работы по созданию турбовентиляторного двигателя нового поколения. Это должен был быть экономичный двигатель с большой степенью двухконтурности и тягой около 10 тонн и выше. Основное предназначение – коммерческая авиация (как пассажирская, так и транспортная), но не исключались и другуе области использования (в частности военная).

Ведущие авиационные фирмы Европы и Америки имели виды на это. Однако возможности у всех оказались разные. Разработка нового авиационного реактивного двигателя процесс, в принципе, длительный, трудоемкий и достаточно дорогой. В то время первенство на рынке двигателей для коммерческой авиации (да и для военной тоже) держала (аэрокосмическая теперь уже) фирма Pratt & Whitney, выпускавшая двухконтурные двигатели с небольшой степенью двухконтурности (до 1,0).

Уже достаточно известная в тот период французская фирма SNECMA (S.N.E.C.M.A. – Société Nationale d’Etudes et Construction de Moteurs d’Aviation) тоже проводила работы в этом направлении, и у нее были определенные прогрессивные разработки. Однако, к тому времени она имела опыт создания двигателей в основном для военной авиации, и для более уверенного вхождения в быстро развивающийся рынок двигателей коммерческой авиации ей необходим был партнер, уже имеющий опыт работы в этой области. Возможных партнеров для такого дела было трое. Однако…

Тогдашний лидер авиационного коммерческого двигателестроения Pratt & Whitney собиралась заняться дальнейшим усовершенствованием хорошо зарекомендовавшего себя, но уже устаревающего движка JT8D и делать это единолично без какого-либо стратегического партнерства.

Другой возможный партнер фирма Rolls-Royce испытывала в это время определенные финансовые трудности, не позволявшие ей пока заниматься осуществлением новых проектов.

Оставался третий возможный участник – авиационное подразделение фирмы General Electric Company (GE) GE Aviation (c сентября 2005 года оно носит название General Electric Aircraft Engines или GEAE).

GE Aviation вплотную подошла к необходимости разработки нового турбовентиляторного десятитонника и сотрудничество со SNECMA позволяло получить на это дополнительные средства и использовать ее разработки в этом направлении, что безусловно облегчило бы дальнейшую работу.

О принципах такого взаимодействия договорились в 1971 году представители обоих фирм на Парижской аэрокосмической выставке. После этого они встречались еще несколько раз, обсуждая взаимовыгодное сотрудничество.

Тем более, что опыт совместной деятельности в подобного рода направлении уже имелся. SNECMA и GE Aviation сотрудничали при производстве двигателя CF6-50 (договор об этом был заключен в 1969 году), который в целом был разработкой GE (задел SNECMA около 15%) и устанавливался на один из первых широкофюзеляжных аэробусов А300 (различных модификаций). Одним из первых заказчиков этого самолета был, кстати, Air France.

Двигатель CFM56.

Самолет Conair Airbus A300.

Именно имеющиеся технологии по CF6-50 (и только их :-) ) GE Aviation первоначально намеревалась использовать при своем сотрудничестве со SNECMA для разработки нового двигателя. Но при этом у нее оставались в запасе также более продвинутые разработки и технологии. Это были материалы по ее двигателю F-101, который создавался для сверхзвукового бомбардировщика Rockwell B-1 Lancer.

Двигатель CFM56.

Стратегический бомбардировщик Rockwell B-1 Lancer.

Для использования этих наработок тогда появилась новая возможность. В 1972 году USAF официально объявили конкурс на создание нового тактического транспортного самолета с укороченными взлетной и посадочной дистанциями взамен Lockheed C-130 Hercules. Полное название этого проекта Advanced Medium STOL Transport (AMST). STOL расшифровывается как short takeoff and landing.

В рамках этой программы предусматривалось и финансирование разработки нового двигателя для такого самолета, как раз необходимого класса коммерческого ТВРД.
Однако, возникшие сомнения в том, сможет ли GE Aviation выиграть этот конкурс, и не останется ли она в этом случае «один на один» со своими продвинутыми технологиями, отказавшись использовать их в сотрудничестве со SNECMA, вылились в решение все-таки использовать кроме технологий по CF6 и разработки по F-101 в полном объеме для работы с французами и разработки нового двигателя.

Одного такого решения, правда, оказалось недостаточно :-) . Теперь в дело вмешалась политика и экономическое противостояние Европы и Америки. Сведения по F-101 были засекречены и причислялись к секретным материалам из области национальной безопасности США. Одно это уже вроде как исключало возможность экспорта технологий во Францию.

Потом сюда примешали интересы американских налогоплательщиков, профсоюзов, рабочих авиазаводов и прочее :-) . В общем, первоначально со стороны правительства США последовал отказ на просьбу о возможности сотрудничества GE Aviation и SNECMA с использованием технологий F-101.

Причем эта преграда оказалась настолько непробиваемой, а необходимость совместной работы двух фирм по созданию нового двигателя стол актуальной, что потребовалось вынесение вопроса о возможности экспорта разработок по F-101 на повестку дня встречи тогдашних президентов США и Франции Ричарда Никсона и Жоржа Помпиду. Она состоялась в 1973 году в Рейкьявике.

Тогда наконец-то было достигнуто соглашение, удовлетворяющее обе стороны, что и явилось по сути формальным началом создания двигателя CFM-56. Интересно, что при этом американцы получили порядка 80 млн. долларов отступного, так называемый авторский гонорар :-) за свои разработки, а европейцы вынуждены были отказаться от политики повышенного налогообложения американской авиатехники, поставляемой в Европу. Вот такие дела :-)

Американская часть двигателя (та самая, основой для которой послужил двигатель F-101) – это компрессор высокого давления (КНД), камера сгорания (КС) и турбина высокого давления (ТВД), так называемое ядро (core) или сердце :-) двигателя. Она должна была собираться в США и транспортироваться во Францию с соблюдением мер секретности.

Доходило до смешного, когда вновь прибывшие из Америки узлы хранились в закрытом помещении, куда не было доступа даже для президента SNECMA. Только после полной сборки двигателя с участием американских сборщиков, он мог быть вывезен из охраняемого помещения. Было и такое на начальном этапе совместной работы :-) .

Определенные производственные циклы (каждый на своей территории :-) ) в общем-то начались еще до заключения официального соглашения между фирмами, еще с января 1972 года. А само соглашение было подписано в 1974 году, и совместная компания получила название, производное от наименования двигателя, для производства которого она и была создана. Сейчас это уже не один двигатель, а целая линия CFM-56.

Это наименование – аббревиатура. Есть несколько версий ее происхождения, в основном они похожи, поэтому озвучим официальную :-) . Производное CFM-56 получилось из двух названий: двигатель CF6 от GE Aviation и М56 от SNECMA. Считается, что эти два двигателя послужили основой для создания ныне существующего CFM56.

Что касается М56, то это была разработка SNECMA турбовентиляторного двигателя для самолета Dassault Mercure, французского аналога Boeing-737. В этом проекте у французов очень хорошо получился узел вентилятора с турбиной низкого давления, а с разработкой турбокомпрессора высокого давления совместно с камерой сгорания начались проблемы.

Двигатель CFM56.

Самолет Dassault Mercure 100.

Из-за этих проблем Dassault Mercure в итоге полетел с движками Pratt & Whitney JT8D-15. А у SNECMA осталась отличная разработка, которая была использована для нового двигателя в комплексе с турбокомпрессором и камерой сгорания F-101.

Что касается CF6, то от него на новом двигателе осталась пожалуй в основном только философия инженерного дизайна :-) . Цифра «6» здесь, видимо, мало что значит. Более важны буквы CF, что означает «commercial (civilian) turbofan (fan)» – исторически сложившееся название для такого рода двигателей в GE Aviation (CF6, CF34).

В итоге получилась всем известная марка двигателей CFM56. А компания, эти двигатели производящая обрела название CFMI, то есть добавилась буква «I», что означает international. Смысл этого добавления понятен :-) .

Долевое участие обоих компаний в производстве и продаже готовых двигателей и запчастей к ним, а также их сервисном обслуживании одинаково, то есть 50/50. В совете директоров по пять участников от каждой стороны.

Сборочные линии полного профиля имеются, так сказать, на обоих территориях. Во Франции в местечке Villaroche в 50-ти км юго-восточнее Парижа. Здесь на 86-ти гектарах в центре равнины Brie располагаются заводы SNECMA по сборке и испытанию коммерческих и военных авиационных двигателей, начавшие там создаваться еще в 1947 году.

Двигатель CFM56.

Villaroche, заводы SNECMA.

В Америке сборочные заводы и и испытательные лаборатории располагаются возле городка Evendale на территории округа Hamilton в штате Огайо. Административным центром этого округа является город Cincinnati, в котором и находится штаб-квартира GE Aviation и там же располагается президент компании CFMI.

Заводы во Франции специализируются на изготовлении таких узлов двигателя CFM-56, как вентилятор, компрессор низкого давления, турбина низкого давления и выходные устройства (сопла). GE занимается изготовлением компрессора и турбины высокого давления, а также камеры сгорания. Некоторые узлы двигателя изготавливаются также сотрудничающей с CFMI итальянской компанией Avio, а также подразделением SNECMA испанской фирмой Hispano-Suiza (коробки приводов).

Кроме того изначально прерогативой SNECMA была сборка коробки приводов и инженерно-конструкторские работы по сопряжению двигателя с конструкцией самолета, то есть, по сути, дизайн мотогондолы. Однако, со временем по соображениям целесообразности эти работы стали выполняться также и в GE Aviation.

Отдельные узлы и двигатели для тестирования начали собираться еще до заключения соглашения, то есть до официального образования CFMI. Такие двигатели носили наименование CFM-56. Но первая, достаточно отработанная (серийная) версия этого двигателя была собрана с проведением стендовых испытаний в июне 1974 года на заводе GE. Второй такой двигатель был испытан во Франции в декабре того же года.

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56 -2.

Эти движки в отличие от тестовых образцов получили наименование CFM56-2. Они были по сути дела первыми в семействе двигателей CFM56, и даже в последствии получили от его создателей характерное название «дедушки» этого семейства :-) .

Прочная и эффективная архитектура двигателя CFM56-2 позволило в дальнейшем стать всему семейству одними из самых популярных двигателей в воздухе. Это был первый десятитонник в своем классе со значительно сниженным уровнем шума и вредными выбросами камеры сгорания.

Первый полет он совершил в феврале 1977 года на опытном самолете McDonnell Douglas YC-15, выполнявшем полеты по программе AMST (упоминалось выше), вместо одного из четырех двигателей Pratt & Whitney JT8D-17, стоявших на этом самолете.
Вскоре после этого второй тестовый полет состоялся с использованием самолета Sud Aviation SE 210 Caravelle 12. На этом самолете был проведен опыт по переоборудованию двигателя выходным устройством со смешением потоков.

Двигатель CFM56.

Самолет McDonnell Douglas YC-15 ( программа AMST) с двигателями Pratt & Whitney JT8D-17.

Двигатель CFM56.

Caravelle12. На таком самолете испытывался один CFM56-2 в полете.

Однако, на перспективность проекта AMST рассчитывать не приходилось и CFMI обратила свое внимание на самолеты Boeing-707, а также их последователей, использовавших 707-й как базовый прототип. В частности на самолет заправщик Boeing KC-135 Stratotanker.

Эти самолеты, в большом количестве состоявшие на вооружении USAF, были оборудованы устаревшими двигателями Pratt & Whitney J57 (повышенная шумность, расход топлива и недостаточная тяга) и нуждались в их замене (ремоторизации). Это был лакомый кусок, ведь общее количество заправщиков было более 650 штук и на каждом по четыре двигателя :-) .

Ремоторизация пассажирских Boeing-707 (двигатели Pratt & Whitney JT3D) не удалась из-за отсутствия внимания к этому со стороны авиакомпаний, хотя работы по сопряжению нового двигателя с планером 707-го были проведены, и имелся тестовый вариант самолета, названный 707-700 (еще с января 1979 года). А вот с КС-135 дела пошли хорошо.

Сначала французское правительство в 1978 году объявило о ремоторизации 11-ти своих КС-135 с заменой двигателей на CFM56-2. То есть и тут без политики не обошлось. Так сказать «поддержка отечественного производителя» :-) . Это был первый крупный заказ новых двигателей.

Двигатель CFM56.

Самолет KC-135 Stratotanker с двигателями CFM56-2В1.

А потом в начале 1980 года командование USAF объявило о заключение контракта с CFMI на замену двигателей своих заправщиков с использованием CFM56. Дальше – больше. В 1982 году командование United States Navy (USN) приняло решение о заключении с фирмой Boeing контракта на разработку нового самолета комплексного управления и связи на базе Boeing-707 с силовой установкой на базе четырех CFM56-2A-2 впоследствии получившего название Boeing E-6 Mercury. Далее пришел черед Аваксов :-) .

Двигатель CFM56.

Самолет E-6B Merkury с двигателями CFM56-2А-2.

Двигатель CFM56.

Самолет Boeing E-3D Sentry с двигателями CFM56-2А-3.

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56-2А-3 на пилоне самолета Boeing E-3 Sentry.

Сначала в 1984 году на это сподвинулись арабы в Royal Saudi Air Force (самолеты Boeing E-3 Sentry – 5 штук и восемь заправщиков КЕ-3А с двигателями CFM56-2А-3), а затем и Великобритания с Францией, получившие семь и четыре самолета E-3 Sentry соответственно (E-3D и Е-3F), оборудованные двигателями CFM56-2А-3.

Однако, это все были государственные (военные) заказы. Первый по-настоящему коммерческий заказ последовал в апреле 1979 года от авиакомпании United Airlines, а вскоре и от Delta Air Lines и Flying Tiger Line. Эти авиакомпании намеревались заменить двигатели устаревающих Douglas DC-8-62 (63 и в последствии 61) на более экономичные и малошумные CFM56-2(С1). Это предприятие казалось более выгодной, нежели покупка новых самолетов.

Двигатель CFM56.

Самолет Douglas DC-8-62 с двигателями CFM56-2С1.

В общем, как говорится, дело пошло :-) . Двигатели хорошо зарекомендовали себя, были разработаны и внедрены в производство новые, во многом более совершенные модификации, которые стали устанавливаться на новые самолеты Boeing (серия 737 Classic) и Airbus (серия 320, 340). На данный момент существует четыре основных варианта двигателя CFM56, и каждый из них имеет определенное количество разновидностей. Всех их объединяет общий инженерный дизайн , однако у каждого есть свои особенности, зачастую довольно существенные.

CFM56 — это двухвальный, двухконтурный турбореактивный двигатель с большой степенью двухконтурности, то есть турбовентиляторный. Основные узлы — это одноступенчатый вентилятор с компрессором низкого давления (КНД) на валу с турбиной низкого давления (ТНД), камера сгорания, компрессор высокого давления (КВД) на валу с турбиной высокого давления и выходное устройство (сопло). Количество ступеней компрессоров и турбин на разных вариантах может меняться.

Первая модификация, двигатель CFM56-2, оригинальный вариант изначального CFM56. В американской военной авиации, известный как F108 и на ней же в основном и устанавливаемый. Двигатели этой модификации имеют вентилятор с 44-мя лопатками и трехступенчатый КНД. КВД имеет 9 ступеней, турбины низкого и высокого давления — четыре и одну соответственно. Камера сгорания на этих движках кольцевая, то есть наилучший вариант среди широко используемых :-) .

CFM56-2B1 (в американском варианте F108-CF-100 ), тяга (в дальнейшем Р) 22,000 lbf , степень двухконтурности (в дальнейшем С) 6,0. Установлен на вышеупомянутые Boeing KC-135 Stratotanker, а также на Boeing RC-135 с 2005 года.
CFM56-2A-2 , Р – 24,000 lbf, С – 5,9. Установлен на самолетах Boeing E-6 Mercury.
CFM56-2A-3, Р и С аналогичны. Установлен на самолетах Boeing E-3 Sentry ( AWACS ), а также Е-3А, КЕ-3А, Е-3F, E-3D.
CFM56-2C1, Р – 22,000 lbf, С — 6,0. Установлен на самолетах Douglas DC-8-62 (63), которые получили при этом индексы 72 и 73 соответственно.

Следующая серия — это CFM56-3. Эти двигатели создавались для установки на самолетах Boeing-737 серии Classic ( то есть300/400/500), что наложило свой определенный отпечаток на конструкцию движка и внешний вид мотогондолы.

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56-3

Сам по себе самолет (точнее его фюзеляж) расположен не очень высоко над поверхностью летного поля :-) . Плюс к этому низкое расположение крыла и подкрыльевое расположение пилонов подвески мотогондол. В итоге, чтобы обеспечить какое-то минимальное с точки зрения безопасной эксплуатации расстояние до бетонки, пришлось двигатель трансформировать. Решение вполне понятное: чего не сделаешь, чтобы завоевать огромный рынок 737-х :-) .

Для этого уменьшили диаметр вентилятора. У CFM56 -2 он был 173 см, а у тройки стал 152 см. По своим параметрам и конструкции он стал гораздо ближе к вентилятору двигателя CF6-80. При этом для сохранения исходных (как минимум) параметров под новый вентилятор пришлось переработать компрессор низкого давления и внести некоторые изменения в компрессор высокого давления.

Двигатель CFM56.

Двигатель CF6-80C2.

Второе кардинальное изменение — это перенос коробки привода агрегатов и многих других устройств из комплекта обвязки двигателя с его нижней части на боковые. При этом сама мотогондола тоже приобрела характерную форму, слегка «раздутую» по бокам и уплощенную снизу.

Двигатель CFM56.

Мотогондола характерной формы самолета Boeing-737-436 c двигателями CFM56-3С.

Частота вращения ротора вентилятора осталась той же, что у “двойки” и из-за уменьшения диаметра вентилятора, окружная скорость концов его лопаток уменьшилась, что позволило увеличить аэродинамическую эффективность их работы, что в свою очередь привело к повышению эффективности двигателя в целом и, как следствие, к уменьшению расхода топлива (до величины в 3%).

При всем этом двигатель «потерял в весе» :-) (от 170 до 240 кг в зависимости от варианта) и сохранил величину тяги практически на уровне своего предшественника. Получилась этакая эффективная и надежная, компактная и облегченная “рабочая лошадка”. Комбинация В737/ CFM56-3 вступив в эксплуатацию в 1984 году, быстро стала одной из самых продаваемых в мире.

Двигатель CFM56.

Самолет Boeing-737-33Q.

В настоящее время CFMI подготовило комплекс мер для апгрэйда CFM56-3, который позволяет продлить срок службы и снижает расходы на обслуживание этого довольно удачного двигателя.

CFM56-3B-1, Р – 20,000 lbf , С – 6.0 . Устанавливается на самолеты В-737/300/500.
CFM56-3B-2, Р – 22,000 lbf , С – 5.9 . Устанавливается на самолеты В-737/300/400.
CFM56-3C-1, Р – 23,500 lbf , С – 6.0 . Устанавливается на самолеты В-737/300/400/500.

Следующим в очереди по логике должен бы стоять CFM56-4. И такой проект был запущен в 1984 году в расчете на семейство самолетов А320. Двигатель создавался на основе CFM56-2, при этом глубокой переработке подвергся КНД и вентилятор, была внедрена электронная компьютерная система управления двигателем. Планировалось получить тягу порядка 25,000 lbf.

Однако, к этому времени на рынке появился новый двигатель IAE V2500, который тоже планировался к установке на А320. CFM56-4 по многим параметрам ему проигрывал, поэтому было принято действительно логичное :-) решение о перепрофилировании этого проекта на создание двигателя следующей серии.

Серия CFM56-5. Модификация двигателя CFM56, имеющая самое большое количество вариантов и подвариантов. Создана для того, чтобы удовлетворить все возможные «запросы» самолетов Airbus (главным образом семейства А320, а также А340), поэтому имеет довольно широкий диапазон тяговых параметров.

Спроектированные на базе своих предшественников CFM56-2 и CFM56-3 двигатели пятой модификации ощутимо отличаются от них аэродинамикой (и аэродинамической компоновкой) проточной части. Кроме того все эти двигатели оборудованы цифровой компьютеризированной системой управления FADEC (Full authority digital engine Controller).

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56-5А, основные узлы.


Версия CFM56-5А. Эти движки создавались для самолетов группы А320. Диаметр вентилятора вернулся к исходному диаметру «двойки» – 173 см. Количество лопаток  в нем 36. При этом сам вентилятор получил (как уже было сказано) улучшенную аэродинамику, как впрочем и оба компрессора (КНД и КВД), и кольцевая камера сгорания. Все это позволило улучшить топливную эффективность серии почти на 11% по сравнению с предшественниками.

CFM56-5A1, Р – 25,000 lbf, С – 6,0. Устанавливается на А320.
CFM56-5A3, Р – 26,500 lbf, С – 6,0.  Устанавливается на А320.
CFM56-5A4, Р – 22,000 lbf, С – 6,2. Устанавливается на А319.
CFM56-5A5, Р – 23,500 lbf, С – 6,2. Устанавливается на А319.

Двигатель CFM56.

Самолет А320-216.

Двигатель CFM56.

Самолет А319-111.

Далее версия CFM56-5С. Это самые мощные двигатели семейства CFM56. Имеют увеличенную тягу, степень двухконтурности, степень повышения давления  в компрессоре и, конечно массу: 3990 кг против 2270 кг (двигатель 5А). Устанавливаются на дальнемагистральные самолеты А340-200/300. Диаметр вентилятора увеличен до 184 см.

Двигатели этой модели на самолете А340 выполнены со смешением потоков. Это единственный такой вариант во всей линейке CFM56. Остальные варианты используются без смешения потоков.

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56-5С

Двигатель CFM56.

Самолет А340-313Х.

Двигатель CFM56.

Мотогондола с двигателем CFM56-5С4. самолет А340-300, двигатель со смешением потоков.

Чтобы иметь возможность вращать такую массу :-) и обеспечивать нужные параметры, компрессору и турбине низкого давления добавлено по одной ступени, то есть КНД имеет 4 ступени, ТНД – пять ступеней.

CFM56-5C2, Р – 31,200 lbf, С – 6,6.         CFM56-5C3, Р – 32,500 lbf, С – 6,5
CFM56-5C4, Р – 34,000 lbf, С – 6,4.

Двигатели модели CFM56-5В.
Если описанные модификации CFM56, -2, -3, -5А и -5С считаются уже моделями отработанными, так сказать базовыми, то следующие две имеют категорию «перспективные». Это CFM56-5B и CFM56-7В.

Версия 5В создана на основе 5А, однако заметно превосходит ее. Поступила в эксплуатацию в 1994 году. Первоначально создавалась для установки на самолет А321, однако широкий диапазон тяговых параметров (всего у 5В аж девять вариантов!) позволяет использовать этот двигатель на всех самолетах семейства А320 и тем самым вытеснить версию 5А.

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56-5В.

Двигатель CFM56.

Самолет А321-211.

Этот двигатель получил новый вентилятор в удлиненном корпусе (диаметр вентилятора 173 см). Компрессор низкого давления стал четырехступенчатым.
CFM56-5B – первый двигатель (серии CFM56), на который можно устанавливать (как опцию) новую двойную кольцевую камеру сгорания, которая позволяет улучшить полноту сгорания топлива и уменьшить количество вредных выбросов (NOx и СО2).

В виде отступления стоит сказать, что новая, более совершенная камера сгорания – это один из пунктов инновационной программы фирмы CFMI, носящей название “Tech Insertion”. Первоначально существовала программа “Tech56″, анонсированная в 1998 году, для создания перспективного двигателя с использованием новейших технологий и разработок.

Двигатель CFM56.

Камера сгорания двигателя CFM56.

Двигатель CFM56.

Пример двойной кольцевой камеры сгорания (другой двигатель, чертеж Purdue University).

Помимо опробования новой камеры сгорания в рамках этой программы проводились испытания КВД с шестью ступенями, причем без снижения степени повышения давления, которая присутствует на девятиступенчатом (выше 30-ти) компрессоре.

Такой двигатель должен был быть создан для установки на новые перспективные узкофюзеляжные самолеты фирм Boeing и Airbus (взамен В737 и А320).
Однако, вскоре стало ясно, что в ближайшем будущем появления такого самолета не ожидается. Поэтому CFMI решила применить некоторые технологии “Tech56″ на имеющихся в наличии CFM56.

Главными направлениями новой программы “Tech Insertion” стали повышение топливной эффективности, снижение стоимости обслуживания и уменьшение количества вредных выбросов.

С этой целью перепрофилируются и улучшаются КВД за счет изменения аэродинамики лопаток. Улучшаются также ТНД и ТВД. В турбине высокого давления используются монокристаллические лопатки. Улучшается камера сгорания. Предусматривается использование двойной кольцевой КС. Программа была введена в действие в 2004 году и начиная с 2007 года все вновь выпускаемые двигатели CFM56-5B и CFM56-7B изготавливаются с применением “Tech Insertion”.

Варианты CFM56-5B:
(B1: Р – 30,000 lbf, С – 5,5; В2: Р – 31,000 lbf, С – 5,5; В3: Р – 33,000 lbf, С – 5,4) -  устанавливаются на самолет А321
(В4: Р – 27,000 lbf, С – 5,7) – устанавливается на самолет А320
( В5: Р – 22,000 lbf, С – 6,0; В6: Р – 23,500 lbf, С – 5,9) – устанавливается на самолет А319
( В7: Р – 27,000 lbf, С – 5,7) – устанавливается на самолет А319 и А319CJ
( В8: Р – 21,600 lbf, С – 6,0; В9: Р – 23,300 lbf, С – 5,9) – устанавливается на самолеты А318.

Двигатель CFM56.

Самолет А318-111.

Версия CFM56-7. Следующая модификация в этой линии. Считается развитием двигателя CFM56-3 и создавался в первую очередь для установки на самолеты серии Boeing 737 Next Generation (737-600/700/800/900). В конструктивном плане (базовая механика) этот двигатель похож на своего предшественника, однако более эффективен и дешев в эксплуатации.

Значительно улучшена аэродинамика и внутренний дизайн проточной части. На «семерке» применена технология «широкохордных» лопаток. За счет этого количество лопаток вентилятора сократилось с 38-ми (у CFM56-3) до 24. От CFM56-5 этому двигателю досталось цифровое управление с использованием FADEC и возможность установки (опция) двойной кольцевой камеры сгорания.

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56-7B.

На этом движке используются передовые материалы и технологии (“Tech Insertion”), в частности применены монокристаллические рабочие лопатки в турбине высокого давления.

Самолеты В-737, оборудованные двигателями CFM56-7 соответствуют правилам ETOPS 180, утвержденным FAA. То есть могут находиться в воздухе на расстоянии досягаемости ближайшего аэродрома в течение 180 минут в случае отказа одного из двигателей. Это максимальное время согласно правилам FAA.

CFM56-7B18 Р – 19,500 lbf, С – 5,5 – устанавливается на Boeing-737-600.
CFM56-7B20 Р – 20,600 lbf, С – 5,5 – устанавливается на Boeing-737-700.
CFM56-7B22 Р – 22,700 lbf, С – 5,3 – устанавливается на Boeing-737-600, -737-700.
CFM56-7B24 Р – 24,200 lbf, С – 5,3 – устанавливается на Boeing-737-700/800/900.
CFM56-7B26 Р – 26,300 lbf, С – 5,1 – устанавливается на Boeing-737-700/800/900.
CFM56-7B27 Р – 27,300 lbf, С – 5,1 – устанавливается на Boeing-737-800/900, Boeing Business Jet.

Двигатель CFM56.

Самолет Boeing737-700 Boeing Business Jet.

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56-7В26 подкрылом самолета Boeing737-838.

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56-7В26 на самолете Boeing737-832.

В 2009 году CFMI анонсировала новую модификацию CFM56-7BЕ (CFM56-7B Evolution) со сниженной на 4% стоимостью технического обслуживания и улучшенной топливной экономичностью (около 2%). В июле 2010 года этот двигатель был сертифицирован EASA и FAA.

Двигатель CFM56.

Двигатель CFM56-7ВЕ на тестовом испытании.

Разработку устройств реверса двигателей CFMI проводит совместно с фирмами-изготовителями самолетов. На двигателях CFM56 используются два типа реверсивных устройств: перенаправление потока при помощи профилированных решеток и дефлекторов и при помощи открывающихся створок. Об этом более подробно написано здесь.

Кроме того для самолетов А321 как опция предлагается установка шевронов на выходном устройстве первого контура (что-то вроде треугольных выступов по краю сопла). Проведенные исследования показали, что такого рода устройство позволяет снижать уровень шума при взаимной турбулизации во время смешения потоков , выходящих из двигателя.

Двигатель CFM56.

Самолет А321-211. Видны шевроны на корпусе выходного устройства первого контура.

Одним из достоинств двигателей CFM56 является их хорошая ремонто- и контролепригодность. Эти параметры очень важны в эксплуатации, потому что напрямую влияют на безопасность полетов, а также на величину финансовых и трудозатрат на обслуживание авиатехники.

Расположение CFM56 на самолетах можно сказать очень удачное :-) . Подвеска на пилоне и открывающиеся (если понадобится съемные) капоты делают двигатель практически полностью доступным для осмотра и при необходимости ремонта.

Двигатель CFM56.

"Раскрытый двигатель" самолета А319-114.

Возможности ремонта улучшает модульная конструкция двигателя. Двигатель имеет четыре главных узла-модуля : 1. Модуль вентилятора; 2. Модуль турбокомпрессора высокого давления (core); 3. Модуль турбины низкого давления (LPT); 4. Модуль коробки привода агрегатов. Иногда в двигателе CFM56-3 четвертый модуль отдельно (в главные) не выделяют.

Двигатель CFM56.

Главные модули двигателя CFM56-3.

Двигатель CFM56.

Модуль вентилятора двигателя CFM56-5В.

Двигатель CFM56.

Коробка приводов CFM56. Такие делает, в частности, Hispano-Suiza (фото с их сайта).

Кроме того главные модули имеют деление на так называемые субмодули. Всего их насчитывается семнадцать. Преимущества модульной конструкции очевидны. Она значительно повышает возможности ремонта, упрощает его, и снижает его стоимость.

Двигатель CFM56.

Модульный состав двигателя CFM56.

Работы на одном из трех главных модулей могут проводиться при минимальной разборке других узлов. Ремонт двигателя в принципе сводится к замене отдельных модулей (субмодулей), причем часто без съема его с самолета. Обработка этих снятых узлов потом может проводится (при необходимости), так сказать, в свободное время и в положенном месте :-) . Самолет в это время уже летает, а не «загорает» на стоянке.

Транспортироваться двигатель тоже может в разборном виде (на три главных модуля, кроме коробки приводов). Причем после сборки не требуются какие-либо дополнительные стендовые испытания, двигатель сразу устанавливается на самолет.

Двигатель CFM56.

Модульная конструкция двигателя CFM56-5А.

Двигатель CFM56.

Модуль турбокомпрессора высокого давления (core) c субмодулями.

Двигатель CFM56.

Модуль вентилятора и КНД CFM56-3 с субмодулями.

Двигатель CFM56.

Модуль коробки приводов CFM56-3.

В систему технического наземного обслуживания двигателей CFM56 заложена концепция, носящая название «по техническому состоянию» («On Condition Maintenance»). То есть двигатель не имеет каких-либо жестких графиков периодических регламетных работ, во время которых он выключается из эксплуатации (или даже снимается с самолета). Работы (съем двигателя) проводятся в случае обнаружения серьезных проблем или по истечению ресурса, полного или же отдельных агрегатов.

В рамках такой концепции существует специальная программа мер для осуществления, так сказать, контроля за ситуацией :-) . Она включает в себя постоянный анализ параметров работы двигателя и определенные проверочные операции, такие как например проверка наличия стружки в масле, спектрометрический анализ масла, постоянные замеры вибрации двигателя штатными датчиками и, конечно, бороскопический контроль.

Без визуального осмотра никак не обойтись. Если взять, например, такое неприятное, но достаточно часто встречающееся явление, как попадание посторонних предметов и птиц в двигатель, то тут возможность осуществления контроля газовоздушного тракта двигателя с последующим ремонтом (если потребуется) становится во главу угла.

Двигатель CFM56 для этого, так сказать, максимально открыт.
Можно достаточно легко через выходное устройство осмотреть лопатки последней ступени турбины низкого давления. Кроме того размер входного устройства позволяет без проблем осматривать вентилятор.

Двигатель CFM56.

Вентилятор CFM56-5 со снятой лопаткой.

Двигатель CFM56.

CFM56 со снятыми лопатками вентилятора.

Причем крепление его лопаток выполнено таким образом, что в случае обнаружения повреждений (из-за попадания птиц, например), при которых дальнейшая эксплуатация невозможна, поврежденная лопатка (лопатки) заменяются достаточно легко без съема двигателя с самолета. CFM56 один из первых двигателей, на которых появилась такая возможность.

Однако, в двигателе часто бывает важно осмотреть те узлы, которые скрыты от глаза человека, так называемые внутренние полости. Вот тут на помощь приходит бороскоп (иначе его еще называют эндоскоп).

Что такое бороскоп? Это оптический прибор, позволяющий увидеть состояние различных закрытых объемов изнутри не разрушая и не разбирая их. Такого рода объемами как раз являются закрытые полости газовоздушного тракта, в которые невозможно заглянуть обычным способом.

Для двигателя CFM56 (как, впрочем и для других) такими полостями являются проточные части компрессоров низкого и высокого давления, камеры сгорания и обоих турбин (ТНД и ТВД).

Бороскоп обычно представляет собой трубу очень малого диаметра (жесткую или гибкую) на одном конце которой расположен окуляр, а на другом объектив, который снабжен подсветкой. Объектив на конце трубы (зонд) может проникать в закрытые полости через функциональные, либо специальные технологические отверстия.

Современные бороскопы уже, конечно, мало соответствуют такому примитивному описанию, хотя принцип работы остался остался тот же :-) . Интересно, что одним из крупнейших разработчиков и производителей современных бороскопов является все та же фирма GE. Для этого у нее существует специальное подразделение «GE Measurement & Control”.

Спектр производимой им продукции достаточно широк, от обычных жестких эндоскопов до видеобороскопов с элементами 3D технологий. Гибкие управляемые зонды различных диаметров с отличной артикуляцией (это изгибные, управляемые специальным джойстиком, движения зонда в пространстве) на 360º (All-way) и мощным освещением позволяют отчетливо рассмотреть внутреннее состояние практически любой полости двигателя.

Двигатель CFM56.

Видеобороскоп XLG3.

Двигатель CFM56.

Видеобороскоп XLGO+.

Двигатель CFM56.

Видеобороскоп XLVU.

При этом изображение отображается на цветном жидкокристаллическом экране, может быть зафиксировано в любом формате, а осматриваемый объект может быть измерен с применением различных режимов (стерео, теневые, сравнительные, 3D). Есть “наворочанные” эндоскопы с функциями компьютера, такие как, например, видеоэндоскоп XLG3, а есть приборы попроще, типа XLGO+ или XLVu. Однако в данном случае слово «попроще» отнюдь не означает примитивнее :-) .

Двигатель CFM56.

Осмотр двигателя CFM56 при помощи бороскопа XLG3.

CFM56 хорошо приcпособлен к такого рода работам, и проведение периодических бороскопических инспекций позволяет поддерживать его надежность на довольно высоком уровне. По всему двигателю расположены специальные бороскопические порты или, попросту говоря, отверстия, прикрытые пробками определенной конструкции.

Через эти отверстия зонд бороскопа легко проникает во внутренние полости двигателя и на экране можно видеть состояние поверхностей. Расположение бороскопических портов можно пояснить на примере двигателя CFM56-5А.

Двигатель CFM56.

Точки бороскопического контроля двигателя CFM56-5А.

Для осмотра компрессора низкого давления имеется один порт (на внешнем корпусе за вентилятором), для компрессора высокого давления девять портов на корпусе статора (по числу ступеней, на схеме S1-S9), на корпусе камеры сгорания выполнены четыре порта (S12-S15) по окружности корпуса, через которые можно осмотреть саму кольцевую жаровую трубу.

Двигатель CFM56.

Порты бороскопического контроля CFM56-5 на компрессоре высокого давления.

Двигатель CFM56.

Камера сгорания CFM56-5А.

Двигатель CFM56.

Камера сгорания CFM56-5А с портами для бороскопического контроля.

Кроме того через пусковые воспламенители камеры сгорания (места установки свечей зажигания, их два) можно выполнить осмотр соплового аппарата и передней кромки лопаток турбины высокого давления. Это точки S10 и S11. Есть и еще одна дополнительная точка без нумерации.

Двигатель CFM56.

Точки бороскопического контроля в районе камеры сгорания CFM56-5А.

Далее следуют точки осмотра турбин высокого и низкого давления (S17-S22). В этих точках зонд бороскопа входит между лопатками соплового аппарата турбины, и за счет его артикуляции могут быть осмотрены передние и задние кромки лопаток соответствующих ступеней.

Двигатель CFM56.

Порты бороскопического контроля на турбине низкого давления CFM56-5.

Ротор двигателя (турбокомпрессора высокого давления) при этом приводится в необходимое для осмотра вращение через коробку приводов агрегатов при помощи специального приспособления. В итоге получается достаточно эффективная и несложная в плане осуществления проверка, которая не занимает много времени и не требует исключения самолета из полетного графика.

Для линии двигателей CFM-56 бороскопический контроль с использованием современных видеоэндоскопов играет большую роль. Это позволяет в сочетании с другими передовыми техническими методами успешно осуществлять эксплуатацию двигателей с высоким уровнем надежности, совмещая его с невысокими затратами на техническое обслуживание.

А отсюда напрямую проистекает популярность этих двигателей. И судя по происходящему на рынке двигателестроения эта популярность будет только возрастать…

На этом пока все. Однако, думается мне, наименование CFM-56 еще на раз будет упомянуто на этом сайте :-) .

В завершение как всегда несколько любопытных роликов. На этот раз касательно бороскопических инспекций CFM-56, как это выглядит на экране видеобороскопа и о приборах XLGO+ и XLG3 3D.

До новых встреч :-)

Фотографии кликабельны.

{lang: 'ru'}
Вам было интересно? Расскажите об этом друзьям:
Приглашаю к общению:

No related posts.

This entry was posted in АВИАЦИОННАЯ ТЕХНИКА. ОБЗОРЫ., АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ and tagged . Bookmark the permalink.

56 Комментариев: Двигатель CFM56. О нем и о том, что вокруг него…

  1. Виталий говорит:

    Здравствуйте! Не могли бы вы подсказать что за датчик находится внутри ВНА данного двигателя в верхней части перед лопатками. Выглядит он как цилиндр около 10 сантиметров с насечками или рёбрами.

  2. хуршед говорит:

    здорово. как раз у меня дипломный проект про cfm56-7. админ у вас есть информации про основных и частых отказов и неисправностей данного типа двигателя? заранее благодарю)

  3. хуршед говорит:

    здорово. как раз у меня дипломный проект про cfm56-7. админ у вас есть информации про основных и частых отказов данного типа двигателя? заранее благодарю)

  4. Гость-1 говорит:

    Спасибо ☺. А как Вы думаете, что лучше, безводильный тягач или обычное буксировочное водило которое выглядит как труба ? Мне почему то кажется что безводильный тягач намного лучше, надежнее и точнее ?

    • Юрий говорит:

      Тягач безводильный видимо все же лучше. Но не везде они есть и, возможно, не для каждого самолета подходят. Размеры стоек и креплений у всех ЛА разные. Водило – вещь универсальная и тягачом может служить практически любое авто достаточной мощности.

  5. Гость-1 говорит:

    И не подскажите еще в CFM-56-5B сколько ступеней в КНД, сколько в КВД, сколько ступеней в ТВД и ТНД ? Весь интернет облазил, млять, нигде не могу найти, какая то прям секретная информация

    • Юрий говорит:

      Плохо облазили :-) … Вот по этой ссылочке в таблице посмотрите: htt://www.safran-aircraft-engines.com/commercial-engines/single-aisle-commercial-jets/cfm56/cfm56-5b только вставьте букву “p” после htt – я ее убрал оттуда.

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

*

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>