Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие – турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Здравствуйте, друзья!

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.Итак, высокая тяговая эффективность плюс экономичность. Два кита современного авиационного двигателестроения. И то и другое очень важно. Но для газотурбинного двигателя (ГТД) совместить эти два часто противоположных понятия бывает достаточно сложно.

Из всех ГТД, используемых на самолетах, самый экономичный – это турбовинтовой двигатель (ТВД). Но летать с достаточно большой скоростью на нем невозможно. Зато это можно сделать, используя ТРД. Однако, тогда можно забыть об экономичности.

Идея о том, чтобы каким-нибудь образом сблизить две противоположности, ТРД и ТВД, сделать из двух половинок одну выдающуюся вещь уже давно витает в воздухе. Использование большой степени двухконтурности как раз и есть верный (и большой!) шаг в этом направлении.

О нем сегодня и поговорим, и сразу окажем отдельное внимание двигателю, который является на данный момент, пожалуй, самым распространенным в общей массе ТРД. Это турбовентиляторный двигатель (ТВРД). Именно по причине его распространенности и очень частого использования, я решил рассказ о нем разместить отдельно.

В предыдущей статье о двигателях, подобных ему, вобщем-то было уже сказано немало. Ведь турбовентиляторный двигатель – это двухконтурный  двигатель (ТРДД) с большой степенью двухконтурности (К>2). Степень двухконтурности (К), как мы уже говорили, это отношение массы воздуха, проходящего через второй контур к массе воздуха, проходящего через первый.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга

Схема турбовентиляторного двигателя.

Чем выше степень двухконтурности, тем выше экономичность двигателя. А ведь именно за этим в наше время всеобщих и всевозрастающих дефицитов, в том числе и дефицита природных углеводородов, коим является керосин в баках практически любого современного пассажирского лайнера (или транспортного самолета), как раз и гоняются (можно так сказать :-) ) все авиастроители и эксплуатанты современных самолетов.

Экономичность (по сравнению с ТРД) при хороших тяговых показателях – это, как я уже сказал, главное (и перекрывающее все недостатки :-) ) достоинтсво двухконтурных турбореактивных двигателей, еще в большей степени относящееся к турбовентиляторным двигателям. К тому же такие двигатели значительно менее шумны и это тоже замечательное положительное качество.

Турбовентиляторный двигатель обычно можно без труда отличить от других ТРД, в том числе и от ТРДД с малой степенью двухконтурности, по внешнему виду. Они частенько, скажем так, «короткие и толстые». Этакие бочонки на пилонах :-) (справедливости ради добавлю, что это не правило, но все же… :-) ).

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Двигатель GE90 на самолете Boeing-777-200LR. Каков "бочонок"? :-)

Особенно яркие представители этого класса: General Electric GE90 (степень двухконтурности 8,14), устанавливаемые на Boeing-777-200/300 ; CFM56-5А/B (степень двухконтурности 5,5-6,0), устанавливаемые на самолеты семейства А320 ; CFM56-5C2 (степень двухконтурности 6,6), устанавливается на А340-200/300.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Двигатель GE90-115B.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Самолет Boeing-777-312ER с двигателями GE90.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Двигатель CFM56-5.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Самолет А340-200.

Причина такой их внешности проста. Ведь главный прирост тяги в ТРДД обеспечивается за счет увеличения расхода воздуха, а это, в свою очередь, можно сделать увеличивая размер проходного сечения, то есть попросту диаметр движка. Вполне понятно, что основная масса воздуха (на современых двигателях от 80% и больше) пойдет через второй контур. Для того, чтобы это обеспечить используется так называемый вентилятор. Он представляет собой рабочее колесо копрессора большого диаметра, которое подает воздух в оба контура, и в первый и во второй.

В первом воздух, уже немного повысив свое полное давление в рабочем колесе вентилятора, поступает в компрессор низкого давления (КНД) и далее все, как в обычном ТРД. То есть оставшаяся часть компрессора (КНД плюс КВД), камера сгорания, турбина и сопло. Об этом я уже писал, неоднократно, в частности здесь и здесь.

А во втором контуре воздух, сжатый (степень сжатия невысока, 1,5 – 2)) после рабочего колеса вентилятора, проходя дальше по кольцевому каналу, попадает на венец неподвижных лопаток направляющего аппарата (НА).

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга

Работа турбовентиляторного двигателя с большой степенью двухконтурности без смешения потоков.. А - ротор НД, В - ротор ВД, С - корпус (статор) ; 1- мотогондола, 2 - вентилятор, 3 - КНД, 4 - КВД, 5 - камера сгорания, 6 - ТВД, 7 - ТНД, 8 - сопло первого контура, 9 - сопло второго контура.

В нем он немного повышает свое статическое давление. Происходит это потому, что проходы между лопатками направляющего аппарата имеют вид расширяющегося канала и воздух в нем тормозится. По закону Бернулли давление в потоке растет. Так работают все осевые компрессоры, а закон Бернулии – один из основных в аэродинамике. О нем я ранее уже упоминал.

В НА поток выравнивается в осевом направлении и далее попадает в сопло, где и создается реактивная тяга. Рабочее колесо вентилятора вместе с лопатками НА являют собой, по сути дела, ступень компрессора низкого давления. Таких ступеней у турбовентиляторного двигателя может быть и две и, гораздо реже, три. Но в основном, конечно, одна. Рабочее колесо вентилятора на подавляющем большинстве ТВРД вращается в гордом одиночестве :-) .

Из-за необходимости пропускать большой объем воздуха через второй контур, диаметр двигателя достаточно велик. И как раз из этой положительной необходимости и проистекают два главных недостатка ТВРД.

Первое – это сам большой диаметр. Он очень даже бросается в глаза, особенно на самолетах с двумя двигателями (в отличие от четырех), например на В-777, или А320. Такой большой лобовой размер обязательно означает большое лобовое сопротивление. От этого никуда не деться, поэтому и применяются такого рода двигатели на больших, пассажирских и транспортных, самолетах, для которых более важна экономичность, нежели скорость.

А второе – это масса, слово для любого авиапроектировщика неприятное :-) . Ведь не зря при проектировании часто бывает, что борьба ведется чуть ли не за граммы веса. Размер практически всегда тянет за собой массу, этого тоже не избежать. Остается только уменьшать ее каким-либо другим способом.

Из этих соображений канал второго контура вместе с выходным соплом на ТВРД с большой двухконтурностью выполнен укороченным (короче – меньше масса). То есть расстояние от входа и до среза сопла во втором контуре значительно меньше, чем в первом. Первый контур «торчит» этаким удлинненным конусом из центральной части «бочонка», коим является турбовентиляторный двигатель :-) .

Это кстати еще означает, что такие ТРВД, большого диаметра и, соответственно, большой степени двухконтурности работают без смешения потоков (об этом здесь). Однако ТРВД с более низкой степенью двухконтурности могут выполняться и со смешением потоков.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга

Двигатель PW4084 для самолетов Boeing-777-200/300. Пример двигателя без смешения потоков. 1 - воздухозаборник, 2 - узлы крепления двигателя, 3 - пилон, 4 - агрегаты двигателя, 5 - сопло второго контура, 6 - сопло первого контура.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга

Двигатель V2500 для самолетов Airbus A320 и MD-90. Пример двигат еля со смешением потоков в мотогондоле. 1 - воздухозаборник, 2 - пилон, 3 - агрегаты двигателя, 4 - система реверса, 5 - кольцевой смеситель, 6 - общее сопло.

Российские (советские) двигатели типа ПС-90А (степень двухконтурности 4,5 ; самолет ИЛ-96-300/400, ИЛ-76МДТУ-204/214) или Д-18Т (степень двухконтурности 5,6 ; самолет АН-124 «Руслан», АН-225 «МРИЯ») в своих мотогондолах выглядят постройнее (скорей всего из-за меньшей степени двухконтурности, или конструктивного исполнения) :-) .

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Турбовентиляторный двигатель ПС-90А.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга

Самолет ТУ-204-100.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Транспортный ИЛ-96-400Т и ИЛ-76 с двигателями ПС-90А.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Турбовентиляторный двигатель Д-18Т.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Транспортный самолет АН-124 "Руслан" с двигателями Д-18Т.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Транспортный самолет АН-225 "МРИЯ" с двигателями Д-18Т. Самый большой в мире и в единственном экземпляре.

Еще одна конструктивная особенность турбовентиляторных двигателей с большой степенью двухконтурности позволяет уменьшить общую массу движка. Это упрощенная и облегченная система реверса тяги, применяемая при торможении после посадки. Это можно отметить уже как положительное качество. Получается оно за счет того, что реверсирование происходит только с использованием воздуха второго контура, который не имеет ни высокой температуры ни высокого давления.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Реверс тяги на A340 с двигателями CFM56-5C.

Из-за небольших относительных по длинне размеров внешний корпус второго контура вместе с выходным соплом иногда принимают за обтекатель вентилятора. На самом деле это конечно не так. Однако существуют двигатели, внешне похожие на турбовентиляторные, у которых этот обтекатель есть.

Это турбовинтовентиляторные двигатели (ТВВД). Считается, что такой тип двигателя в определенном смысле дальнейшее развитие ТВРД. Степень двухконтурности такого двигателя очень высока и теоретически может изменяться до 20 и даже больше, вплоть до 90 едениц.

Главная его особенность в том, что вентилятор турбовентиляторного двигателя, представляющий в нем по сути ступень компрессора низкого давления, в ТВВД превратился в винтовентилятор, который представляет из себя либо два соосных многолопастных винта относительно малого диаметра, вращающихся в разные стороны, либо один винт такой же конфигурации. Лопасти этих винтов специального профиля и формы, саблевидные. Шаг лопастей изменяемый.

Теоретически такие двигатели занимают, в общем-то, среднее положение между ТВРД и ТВД. Диаметр винтовентилятора меньше диаметра обычного винта (при прочих равных условиях) примерно на 40%. Специальная форма лопастей делает возможной динамическое повышение давления воздуха после прохождения винтовентилятора и на вход в компрессор он поступает уже предварительно динамически сжатым. То есть прослеживается аналогия с ТВРД.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга

Схема турбовинтовентиляторного двигателя.

Однако по данным исследований и испытаний ТВВД в крейсерском полете при одинаковой с ТВРД дальности полета и коммерческой нагрузке расходует топлива на 25-30% меньше. То есть эффект значительный.

Ранее я уже говорил, что двухконтурные ТРД (и конечно же турбовентиляторные двигатели, к ним относящиеся) выполняются чаще всего по многовальной схеме. То есть каждый узел компрессора (КНД, КВД) а также вентилятор вращает своя турбина. В механическом плане они друг от друга не зависят и соединены между собой отдельными валами, конструктивно расположенными один внутри другого.

Но если вентилятор в турбовентиляторном двигателе приводится непосредственно от вала турбины низкого давления (ТНД) (либо свободной турбины), то винтовентилятор в ТВВД получает вращательный момент от той же турбины через промежуточный редуктор, обычно расположенный в передней части движка перед компрессором.

Сделано это, во-первых, из соображений придания винтам винтовентилятора разного направления вращения (если винтовентилятор двойной), а во-вторых (и это главное :-) ) для того, чтобы винт имел пониженную по сравнению с турбиной частоту вращения и, тем самым, было бы обеспечено правильное оптимальное обтекание воздушным потоком лопастей винта с обеспечением его достаточно высокого КПД.

Редуктор (чаще всего он бывает планетарного типа, дифференциальный), являющийся столь важным узлом для турбовинтовентиляторного двигателя, одновременно и слабое место в его конструкции. Он имеет самый низкий КПД из всех шестеренчатых редукторов, надежно работает только до тяги винта порядка 18 тонн (после возможны разрушения), чувствителен к качеству масла, его температуре и давлению.Расход масла в этом редукторе довольно велик.

Однако работы в этом направлении продолжаются и стоит сказать, что по этому же пути в свое время пошли некоторые двигателестроительные фирмы. Именно поэтому в эксплуатации сейчас находятся также и редукторные турбовентиляторные двигатели (geared turbofan). У них вентилятор приводится от вала турбины через планетарный редуктор.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Турбовентиляторный двигатель с редуктором вентилятора. 1 - вентилятор, 2 - редуктор.

И вентилятор и приводящая турбина в результате работают в наиболее подходящих для себя условиях. Считается, что такой двигатель работает более эффективно, расходует меньше топлива, имеет меньшую массу, более простой узел турбины, меньше шумит.

Для примера, двигатель-ветеран такого класса – это изделие американской фирмы Lycoming (ныне Honeywell Aerospace) ALF 502. Он устанавливался на региональные самолеты British Aerospace 146 и самолеты бизнес-класса Bombardier Challenger 600.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Турбовентиляторный двигатель ALF502 с редуктором вентилятора.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Региональный самолет British Aerospace 146-200.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Самолет Bombardier Challenger 604 с двигателями ALF502.

А сейчас усиленно рекламируется ультрасовременный geared turbofan производства фирмы Pratt & Whitney – PW1000G. Он успешно прошел испытания (для этого использовалась летающая лаборатория на базе Boeing-747) и теперь планируется к установке на разрабатываемые и вновь запускаемые в серию новые региональные самолеты, такие как Bombardier C-серии, Mitsubishi Regional Jet и Ирку́т МС-21. Последний из этого списка – это разработка российских КБ. Его планируют запустить в серию к 2017 году.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Двигатель Pratt & Whitney - PW1000G с планетарным редуктором вентилятора.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Планетарный редуктор двигателя типа geared turbofan.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Перспективный самолет Bombardier CS-300.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Перспективный самолет Mitsubishi Regional Jet (модель) на котором планируются к установке двигатели Pratt & Whitney - PW1000G

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Самолет МС-21 Иркут с двигателями Pratt & Whitney - PW1000G.

Помещаю здесь небольшое видео об этом двигателе и его преимуществах. Оно на английском языке, но даже людям его не знающим будут понятны общие принципы (а большего и не нужно :-) )

Однако вернемся к ТВВД. Надо сказать, что они могут быть выполнены как с обтекателем винтовентилятора, так и без него, в зависимости от замысла конструктора и возможностей его реализации.

Широким представительством турбовинтовентиляторные двигатели похвастаться не могут, к сожалению. Наиболее широко известен сейчас двигатель Д-27 (разработка и производство: Запорожское машиностроительное конструкторское бюро „Прогресс“ имени академика А. Г. Ивченко ), который предназначался для установки на новые высокоэкономичные пассажирские и транспортные самолеты с улучшенными взлетно-посадочными характеристиками. Это такие, как АН-70, АН-180, БЕ- 42, ЯК-44.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Турбовинтовентиляторный двигатель Д-27.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга

Самолет ЯК-44 (макет). На нем планировалась установка двигателей Д-27. Работы по созданию самолета прекращены.

К сожалению, самолетам из этого списка (неполного к тому же), мягко говоря, сильно не повезло :-) . Большинство из них по тем или иным причинам (главная – это, вобщем-то развал Советского Союза) не используют двигатель Д-27, либо не летают вообще.

Единственный успешно летающий самолет – это АН-70. Он хорошо показывает преимущества турбовинтовентиляторного двигателя Д-27. Да и сам по себе выглядит и летает очень неплохо :-) .

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Транспортный самолет АН-70 с двигателями Д-27.

А Д-27 по сути дела единственный на данный момент в мире, готовый к эксплуатации турбовинтовентиляторный двигатель без внешнего обтекателя (капота) винтовентилятора. Его предшественник — двигатель Д-236, созданный на основе Д-36. Он был разработан на том же предприятии для отработки концепции турбовинтовентиляторного двигателя. Испытывался на самолетах-лабораториях ИЛ-76ЛЛ и ЯК-42Е-ЛЛ.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Двигатель Д-236 на самолете ЯК-42Е-ЛЛ. Вид сзади.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Двигатель Д-236 на самолете ЯК-42Е-ЛЛ.

Второй известный двигатель типа ТВВД это НК-93. На нем уже установлен обтекатель. Еще говорят, что винтовентилятор закапотирован. Этот двигатель чисто российский и в техническом и инновационном плане является продуктом очень высокого качества.

Один маленький пример. По подсчетам специалистов, на самолете ИЛ-76 вместо ныне стоящих четырех турбовентиляторных Д-30КП (или ПС-90А-76) можно было бы поставить два НК-93. При этом дальность ила увеличилась бы на 45%.

Этот двигатель мог быть успешно использован на перспективных и ныне летающих самолетах, таких как ТУ-204, ТУ-214, ТУ-330, ИЛ-96, ИЛ-76, существенно улучшая их характеристики.

Однако судьба этого движка незавидна. Работы по нему начались еще в 1985 году на СНТК им. Н.Д. Кузнецова в Самаре и вначале шли довольно удачно. Но потом начались мытарства, не завершившиеся по сей день. Пресловутая перестройка, практически полное отсутствие финансирования, произвол, недальновидность и иной раз, я бы сказал, саботаж чиновников и руководителей различных рангов. Этот список сейчас, к сожалению, известен всем живущим в России.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Турбовинтовентиляторный двигатель НК-93.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Схема двигателя НК-93.

Испытания и дальнейшие работы по совершенствованию двигателя были практически полностью остановлены. Из 10-ти построенных НК-93 в воздух не поднялся ни один. И только в мае 2007 года удалось начать летные испытания. Двигатель «полетел» на летающей лаборатории ИЛ-76ЛЛ на аэродроме ЛИИ в Жуковском. Причем это произошло вовсе не потому, что появились деньги, а только благодаря энтузиазму и самоотверженности специалистов и некоторых трезвомыслящих руководителей.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Самолет ИЛ-76ЛЛ с двигателем НК-93.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Двигатель НК-93 под крыло ИЛ-76ЛЛ.

Однако дальше дело не двинулось, а теперь и вовсе застопорилось. Через три года двигатель опять перевезли в Самару и теперь удастся ли его вытащить «из этой помойки» ( слова Владимира Пташина, заместителя генерального директора ОАО «СНТК им. Н.Д. Кузнецова») совсем непонятно.

И это при том, что за рубежом двигателя такого класса до сих пор (пока!) еще нет, а НК-93 готов уже как минимум на 80%. Причем известно, что в России существует постоянный, непроходящий дефицит авиационных двигателей. Вобщем все, как всегда. Наступаем на те же грабли. Прошу прощения за то, что несколько отвлекся, но знаете ли, «за Державу обидно»….

Вернемся, однако, к чисто техническим вопросам :-)
За рубежом в экспериментальном варианте существует еще несколько моделей интересных, необычных по виду двигателей. Все они выполнены по одинаковой схеме и самый, пожалуй, известный среди них это так называемый двигатель с открытым ротором (Open Rotor Jet Engine), носящий наименование GE36. Это разработка компании General Electric (GE) в сотрудничестве с NASA.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Двигатель GE36 на самолете MD-81.

Но это не последнее для него название :-) . Его также ниогда именуют Ultra High Bypass Turbofan. То есть турбовентиляторный двигатель со сверхвысокой степенью двухконтурности.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Схема двигателя GE36.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга

Еще одна (объемная) схема двигателя GE36.

Кроме того этот двигатель также иногда называют турбовинтовентиляторным ( по-английски propfan), хотя отличие в организации воздушного потока первого контура по сравнению с классическими ТВВД (Д-27 и НК-93) видно сразу. Еще одно название двигателя GE 36 – Unducted fan (UDF- принятое как основная маркировка), что я бы перевел как бесканальный турбовентиляторный двигатель. Это в том смысле, что канала второго контура на нем как такового нет. Впрочем это относится ко всем ТВВД :-) .

Он тоже занимает некое промежуточное положение между ТВРД и ТВД. В этом плане высокие тяговые характеристики турбовентиляторного двигателя сочетаются с с высокой экономичностью турбовинтового. Вентилятор в нем полностью вынесен наружу за корпус двигателя в заднюю его часть и превратился в два соосных многолопастных вращающихся в противоположные стороны винта, которые приводятся от газового потока по принципу свободной турбины. Лопасти винтов саблевидные (типа ятаган), изменяемого шага.

Форма лопастей обусловлена старанием разработчиков обеспечить их максимально-возможную эффективность на больших скоростях вращения. Отклонение передней кромки лопасти назад ( как изогнутая сабля) сродни стреловидности крыла самолета, предназначенного для полета со скоростями выше 700 км/ч (в том числе и на сверхзвуковых скоростях).

Это позволяет уменьшить влияние одного из видов аэродинамического сопротивления – волнового. Оно возникает при обтекании поверхности воздушным потоком с около- и сверхзвуковой скоростью. А именно такие условия обтекания возможны на концах лопастей воздушного винта при большой частоте вращения, либо при большом диаметре винта.

Открытый ротор GE36 это и есть, по сути дела, воздушный винт. Поэтому стреловидность его лопастей меняется по принципу ятагана для обеспечения их высокой эффективности. Предполагается, что специальная конструкция и форма лопастей позволит самолету с такими двигателями достичь скоростей порядка 850 -900 км/ч.

Немного овлекаясь скажу, что и на двигателе Д-27 лопасти винтов имеет саблевидную форму по той же вышеописанной причине. Кроме того на многих турбовентиляторных двигателях (особенно безредукторных и с вентилятором большого диаметра) лопатки вентилятора тоже имеют своеобразную, довольно сложную форму, способствующую более эффективному обтеканию их и следующих за ними элементов воздушным потоком.

Двигатель GE90 на самолете Boeing 777-300ER. Обратите внимание на размеры и форму лопаток вентилятора.

На этой фотографии турбовентиляторный двигатель GE90, считающийся самым большим двигателем в мире (по диаметру входа), на самолете Boeing-777-300ER. Обратите внимание на форму лопаток его вентилятора. Это то, о чем я писал выше. Заодно оцените размеры. Каково, а :-) ? (Молодой человек на фото удобен для сравнения :-) .)

Однако, вернемся к нашим баранам :-) … Испытания двигателя GE36 проводились еще во второй половине 80-х годов на базе самолета McDonnell Douglas MD-80 (MD-81 UHB) и Boeing-727. Тогда была зафиксирована его высокая экономичность. По сравнению с ТВРД (при прочих равных условиях) она составила порядка 30-35%.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Самолет МD-81 с двигателем GE36.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

Boeing-727 с двигателем GE36.

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга

Двигатель GE36.

Главным недостатком такого двигателя оказался сильный шум, производимый вращающимися лопастями. Это была одна из причин прекращения его практических испытаний. В настоящее время проводится дальнейшая проработка двигателя в лабораториях NASA.

Особенно активизировалась она с 2008 года. GE и NASA активно сотрудничают с франзуской авиастроительной фирмой SNECMA по вопросу разработки лопастей винтовенилятора. А с 2008 года таким же двигателем вплотную занялась фирма Rolls-Royce. На рисунке их опытная модель RIG 145 (степень двухконтурности 50).

Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие - турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга

Перспективный двигатель с открытым вторым контуром фирмы Rolls-Royce.

Мысль человеческая, как видите, штука пытливая. Постоянно появляются новые идеи, часто способные поднять авиационное двигателестроение на все более высокий уровень. Это, конечно, факт. Только очень бы хотелось, чтобы это почаще происходило именно у нас, в России. Тем более, что возможности для этого еще не иссякли. Нужно только побороть кое-какие беды. Дороги, вот, вроде делаются, значит осталось последнее……

В заключение еще видео. К сожалению, сегодня все ролики о движках на английском. Но я все же решил их разместить, потому что, во-первых, других нет :-) , а во-вторых, несмотря на другой язык все довольно понятно и ролики создают правильное общее впечатление и дают верные понятия о работе и преимуществах турбовентиляторных и винтовентиляторных двигателей. А если что-то непонятно, спрашивайте, я разъясню, все что знаю сам :-) .

Первые четыре ролика – рекламные фирмы GE. В самом первом, кстати, показаны испытания GE36. Показаны так же различные типы турбовентиляторных двигателей, в том числе GE90 и GEnx (для нового лайнера Boeing-747-8), принцип их работы, преимущества и заводская сборка. Крайний ролик – полет АН-70.

На сайте есть отдельная статья, посвященная принципиальному описанию ТВВД.

На этом сегодня все :-) . До новых встреч, буду рад видеть вас на сайте снова :-) .

Фотографии кликабельны.

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

No related posts.

This entry was posted in АВИАЦИОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ, МИР АВИАЦИИ and tagged , . Bookmark the permalink.

91 Комментариев: Турбовентиляторный двигатель (ТВРД) и его дальнйшее развитие – турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). Экономичность + тяга.

  1. Виктор говорит:

    Юрий, добрый день

    Спасибо вам за ваш труд, очень интресные статьи, читаю одну за другой)

    После прочтения данной статьи остался у меня вопрос один.
    Есть ТВРД с высокой степенью двухконтурности (4-9) и есть ТВВД с одним винтом.
    В статье я нашел только два основных различия между их конструкциями- различная форма винтов и наличие планерного редуктора у ТВВД.
    А эффективность ТВВД по сравнеиню с ТВРД указана 25-30%.
    Так и вот за счет чего достигается такой прирост эффективности? при казалось бы столь незначительных различиях в конструкции.

    Как я понимаю у ТВВД винт играет роль не просто части комперссора, а непосредственно винта, помогающего толкать самолет вперед. За счет этого достигаются такие результаты?

  2. Павел говорит:

    В 2010 году учился на Rolls-Royce Trent-700 в городе Darby (UK). Так вот, там, на территории учебного центра, у роллсов есть свой музей, попасть в который можно только по индивидуальному приглашению. Нас была группа около 6 человек. Видел там этот перспективный Turboprop двигатель с двумя винтами сзади. Так и есть, это будущее. Останавливает от внедрения только шум. Я, в свою очередь, заикнулся об НК-93, мол, был у нас такой перспективный мотор… Тогда-то я и понял, что мы впереди планеты всей. Роллсы нам искренне сочувствовали, говорят, если бы мы его внедрили, возможно, не появилась бы серия Trent-700 и GE-90/Nx. За державу очень больно.

    • HZ66 говорит:

      Нет ни одного самолета, где бы НК-93 мог заменить Trent-700 или GE-90. При сопоставимых габаритах тяга в два с лишним раза меньше.

  3. Великолепный рассказ!!!

  4. Виктор говорит:

    Добрый день!

    Спасибо за статью. Все очень подробно расписано. Не понял только в чем преимущества ТВВД в закрытым внешним контуром (закапоченным). По логике капот – дополнительная масса. Единственное, что приходит на ум – меньшая шумность. Так ли это?

    • Юрий говорит:

      Да, капот несомненно дополнительная масса. Но он позволяет уменьшить индуктивные потери при работе лопасти, то есть перетекание с нижней поверхности на верхнюю. Сродни вечной борьбе с потерями в концевых зазорах в турбине и компрессоре или перетеканиям на крыле (гребни, концевые шайбы и винглеты).

  5. Павел говорит:

    Юрий, спасибо за прекрасный сайт и подачу материала!

    У меня к вам есть весьма делитантский вопрос: вы пишите, что самым слабым звеном в ТВВД является редуктор. Но ведь редукторы прменяются и в обычных в ТВД. В чём между ними принципиальная разница, что те же давно отработанные технологии не работают на винтовентиляторе?

    С уважением,
    П.

    • Юрий говорит:

      Принципиально-то они похожи, конечно. Но не универсальны. Редуктор делается под конкретный двигатель. ТВВД имеют более высокие параметры, нежели ТВД (в особенности ранних поколений) и редукторам приходится передавать большие мощности на достаточно громоздкие конструкции винтов-вентиляторов и при этом иметь малые размеры из-за серьезных вопросов сопротивления и обтекаемости, что и отличает их от обычных ТВД. Плюс шумовые характеристики. Мои “конкретные” заявления о слабом звене относятся конкретно к НК-93. Этот двигатель, к сожалению, так и не довели до ума… На днях выйдет отдельная обощающая статейка о ТВВД, а написанное в этой статье я подкорректирую…

      • Павел говорит:

        Юрий, спасибо большое за ответ! В общем, получается, для ТВВД свои тонкости. Но почему же в ТВВД передаваемые мощности выше? Насколько помню из школьного курса физики, передаваемый момент силы должен быть тем больше, чем длиннее винт, но на ТВВД винты короче?.. А уж какой огромный опыт был получен на НК-12, там вроде тоже для редуктора уникальные решения были найдены. Тоже два соосных винта, мощности колоссальные передаются (он ведь до сих пор остаётся самым мощным серийным ТВД?).

        С нетерпением буду ждать отдельную статью во ТВВД!

        • Юрий говорит:

          Вы все правильно говорите. Но идея в другом. Здесь имеется в виду мощность, передаваемая от турбины к редуктору. Параметры газогенератора ТВВД, как более совершенного двигателя выше, кпд тоже. В итоге при меньших размерах и массе двигателя, а значит и самого редуктора (размеры-обтекаемость-скорость), на этот редуктор передается как минимум такая же мощность, а то и больше, чем у ТВД. Плюс к тому большее количество широкохордных лопастей – следовательно усложнение механизмов. Насчет НК-12 – конечно это большой опыт и уникальные решения. Наверняка что-то из этого опыта используется, но двигатель уже другой и редуктор делается под него конкретно….

  6. Женя говорит:

    Ну и чем д-27 принципиально отличается от этого?
    http://commons.wikimedia.org/wiki/File:TU-114_Domodiedovo.jpg

    • Юрий говорит:

      На Ту-114-м стоят турбовинтовые двигатели. Д-27 – ТВВД, то есть нечто среднее между ТВД и ТВРД. К какому из двигателей он ближе трудно сказать, есть признаки и того и другого. В январе будет статья конкретно о ТВВД с открытым контуром, в том числе и о Д-27. Там все и распишем. Заходите, подписывайтесь, почитаете.

    • HZ66 говорит:

      Принципиальная разница в скорости вращения и размерах винта-вентилятора.

  7. Александр говорит:

    Хороший сайт…. прямо музыка для моих ушей :) Бальзам!

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>