Παραδείγματα τοποθέτησης ενός πολλά υποσχόμενου κινητήρα αεροσκάφους στροβιλοκινητήρα.
ανοιχτός ρότορας
Τα όνειρα των διευθυντών από αεροπορία είναι πολύ δύσκολο να παραμείνει η βιομηχανία εντός των ορίων της ευπρέπειας. Στο εξωτερικό πιστεύουν σοβαρά ότι μέχρι το 2050, η παγκόσμια αεροπορία θα γίνει ουδέτερη ως προς τον άνθρακα, δηλαδή τα αεροσκάφη δεν θα παράγουν καθόλου περίσσεια διοξειδίου του άνθρακα. Πιο συγκεκριμένα, οι εκπομπές δεν θα εξαφανιστούν πουθενά, αλλά θα αντισταθμιστούν από νέους τύπους καυσίμων, καθώς και από την άμεση δέσμευση διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα.
Ιστορία ακούγεται λίγο παράλογο - τα τελευταία πέντε χρόνια, η παγκόσμια αεροπορία αύξησε τις εκπομπές COXNUMX κατά ένα τρίτο2. Παρόλα αυτά, ο Διεθνής Οργανισμός Πολιτικής Αεροπορίας (περισσότερο γνωστός ως ICAO) ενέκρινε ψήφισμα τον περασμένο Σεπτέμβριο για μηδενικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.
Τώρα φαίνεται λίγο φανταστικό, ειδικά υπό το πρίσμα της ρωσικής ειδικής επιχείρησης και των διεθνών κυρώσεων. Με απλά λόγια, τι σχέση έχει αυτό με τη σύγχρονη Ρωσία;
Γεγονός είναι ότι η περιβόητη αεροπορία με ουδέτερη εκπομπή άνθρακα, με όποια μορφή κι αν εμφανίζεται, αργά ή γρήγορα θα καταλάβει τα αεροδρόμια του κόσμου. Και μπορεί να αποδειχθεί ότι τα εγχώρια MS-21 και SSJ-100 New σε δεκαπέντε ή είκοσι χρόνια δεν θα επιτρέπονται καν στα αεροδρόμια της Κίνας και της Τουρκίας. Οι κινητήρες θα είναι πολύ «βρώμικες». Το μόνο που μένει είναι να αγοράσουμε εξοπλισμό αεροσκαφών στο εξωτερικό, κάτι που είναι πολύ απίθανο, ή να δρομολογήσουμε αερομεταφορείς από φιλικές χώρες.
Η ICAO σχεδιάζει να καταργήσει σταδιακά τις εκπομπές άνθρακα περισσότερες από μία φορές - η επόμενη αυστηροποίηση των προτύπων σχεδιάζεται το 2026 και το 2037. Το βλέμμα στο μέλλον είναι ένα άχαρο έργο, αλλά τα αεροπορικά ταξίδια αυξάνονται κατά 3-5 τοις εκατό κάθε χρόνο, γεγονός που μέχρι το 2050 θα αυξήσει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα από τους κινητήρες των αεροσκαφών κατά 3-3,5 φορές σε σύγκριση με το 2020.
Οι κινητήρες υδρογόνου με ουδέτερο άνθρακα και οι ηλεκτροκινητήρες με έλικες δεν πρέπει να λαμβάνονται σοβαρά υπόψη - πρόκειται για υπερβολικά επαναστατικά σχέδια. Το μέλλον είναι σίγουρα για εξελικτικές λύσεις που θα επιτρέψουν τουλάχιστον μερική προσέγγιση των φαντασιώσεων του ICAO. Ένα από αυτά, φυσικά, είναι ο κινητήρας αεροσκάφους στροβιλοκινητήρα ή propfan, που είναι ένα σύνθετο προϊόν της εξέλιξης του κινητήρα στροβιλοκινητήρα.
Το βασικό χαρακτηριστικό του «ανοιχτού ρότορα» της CFM International είναι η σταθερή δεύτερη σειρά λεπίδων.
Ιστορικά, η εμφάνιση του propfan συνδέεται με την πετρελαϊκή κρίση της δεκαετίας του '70, η οποία ώθησε τους κατασκευαστές κινητήρων να αναζητήσουν οικονομικά σχέδια. Ένα ανοιχτό propfan διαφέρει από ένα κλασικό turboprop από μεγάλο αριθμό λεπίδων και ειδικό σχήμα.
Εάν είναι απολύτως σύμφωνα με το σχολικό βιβλίο, τότε η βίδα μπορεί να θεωρηθεί ως προπάντης εάν υπάρχουν περισσότερες από οκτώ λεπίδες και μοιάζουν με σπαθιά στο περίγραμμα. Αυτό σας επιτρέπει να μειώσετε την ταχύτητα, ώστε να μην φτάσετε σε υπερηχητικές ταχύτητες, οδηγώντας στο «φαινόμενο κλειδώματος», δηλαδή σε απότομη πτώση της απόδοσης. Αυξάνοντας τον αριθμό των πτερυγίων, δεν χρειάζεται να αυξηθεί η διάμετρος της προπέλας, κάτι που είναι ευεργετικό για τη διάταξη του αεροσκάφους.
Στα χαρτιά, ένας ανοιχτός ανεμιστήρας σάς επιτρέπει να εξοικονομήσετε έως και 20-30 τοις εκατό του καυσίμου, ενώ όλα τα άλλα είναι ίσα. Αυτό επιτυγχάνεται μόνο με μεγάλο επίπεδο θορύβου. Για παράδειγμα, ο ανεμιστήρας στροβιλοκινητήρα D-27, που αναπτύχθηκε στα τέλη της δεκαετίας του '80 στο Progress Design Bureau στο Zaporozhye, ο οποίος το 2005 μόλις έλαβε ένα Πιστοποιητικό Τύπου για θόρυβο στο έδαφος, είναι εξαιρετικός. Ο κινητήρας έπρεπε να τοποθετηθεί κάτω από το φτερό του μεταφορικού An-70.
Ούτε το αεροπλάνο ούτε ο κινητήρας είναι ζωντανοί εδώ και πολύ καιρό. Ακριβώς όπως το NK-93 δεν είναι πλέον ζωντανό - ένας κινητήρας αεροσκάφους με στροβιλοκινητήρα ανεμιστήρα με κουκούλα που αναπτύχθηκε για το πολλά υποσχόμενο στρατιωτικό μεταφορικό Il-106 στο Επιστημονικό και Τεχνικό Συγκρότημα Samara που πήρε το όνομά του. Κουζνέτσοβα.
Εξωτερικά μπορεί να φαίνεται ότι ο κινητήρας ανήκει σε ένα turbojet, απλώς με υψηλό βαθμό παράκαμψης. Αλλά αυτό δεν είναι έτσι - ο μπροστινός ανεμιστήρας έχει οκτώ λεπίδες και ο δεύτερος έχει δέκα, που μεταφράζουν αυτόματα το προϊόν στην κατηγορία των ανεμιστήρων turboprop.
NK-93 (κορυφή) και D-27
Η γιγαντιαία κουκούλα που περιβάλλει τον ανεμιστήρα υποτίθεται ότι μειώνει τα επίπεδα θορύβου.
Το κύριο πρόβλημα με έναν κινητήρα με ώθηση 18 τόνων είναι η διάμετρος τριών μέτρων, γεγονός που καθιστά απαραίτητο να επανεξεταστεί σοβαρά ο σχεδιασμός του αεροσκάφους.
Όπως και να έχει, η Ρωσία δεν διεξάγει επί του παρόντος εργασίες ανάπτυξης για το NK-93 ή το ανάλογό του, για να μην αναφέρουμε την επανεξέταση του σχεδιασμού του άλλοτε εγχώριου D-27. Το θέμα του ανοιχτού ρότορα, του ανοιχτού ανεμιστήρα ή του προπανεμιστήρα δεν υπερβαίνει τη θεωρητική έρευνα.
Ενώ βρίσκεται στο εξωτερικό, τυγχάνει μεγάλης προσοχής.
ΑΥΞΗΣΗ
Η απαίτηση μείωσης της κατανάλωσης καυσίμου και, κατά συνέπεια, μείωσης των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, ανάγκασε στο εξωτερικό να ανακαλέσει τον ανοιχτό ρότορα.
Από το καλοκαίρι του 2021, η γαλλοαμερικανική εταιρεία CFM International εργάζεται στο έργο Επαναστατική Καινοτομία για Αειφόρους Κινητήρες (RISE). Ο φιλόδοξος στόχος είναι να μειωθεί η κατανάλωση καυσίμου κατά 20 τοις εκατό σε σύγκριση με τα πιο οικονομικά αντίστοιχα της κατηγορίας. Οι μηχανικοί προτείνουν την ανάπτυξη ενός αρθρωτού προϊόντος ικανού να λειτουργεί με υδρογόνο, καθώς και με ανεμιστήρα που κινείται από ηλεκτρικό κινητήρα.
Οι προγραμματιστές εγκατέλειψαν το σύστημα birotational που αποτελεί τη βάση όλων των προηγούμενων ανεμιστήρα propfan και open fan. Ένα ζευγάρι ανεμιστήρες στον ίδιο άξονα του κινητήρα περιστράφηκε σε διαφορετικές κατευθύνσεις, γεγονός που αύξησε την ώθηση, αλλά αύξησε σημαντικά τον αεροδυναμικό θόρυβο.
Έτσι έγινε με το D-27, και με το NK-93 με κουκούλα, και με τα έμπειρα αμερικανικά GE36 και P&W Allison 578-DX.
Μια μικρή παρέκκλιση.
Η CFM International ιδρύθηκε το 1974 από δύο εταιρείες - την αμερικανική GE Aviation και τη γαλλική Snecma, η οποία είναι θυγατρική της Safran. Οι Γάλλοι είχαν πάντα μια ιδιαίτερη λαχτάρα για εξωτικές λύσεις και ο «ανοιχτός οπαδός» δεν αποτελούσε εξαίρεση.
Η διστροφική δοκιμή "ανοιχτού ανεμιστήρα" του Safran το 2017. Δεν μπήκε στη σειρά, αν και παρείχε 15% οικονομία καυσίμου
Το 2017, η Safran ολοκλήρωσε τις εργασίες για το στροβιλοκινητήρα ώθησης του έργου SAGE 2. Ο σχεδιασμός αναγνωρίστηκε ως επιτυχημένος, αλλά οι συνθήκες της αγοράς δεν υπόσχονταν επιτυχία στην αγορά - οι ουδέτερες από άνθρακα λύσεις του ICAO ήταν ακόμα πολύ μακριά. Αν και το 15 τοις εκατό της αποθηκευμένης κηροζίνης εντυπωσίασε πολλούς.
Και τώρα η CFM International επιστρέφει στο θέμα, αλλά αυτή τη φορά αποφασίστηκε να εγκαταλειφθεί το κύκλωμα ώθησης και ο δεύτερος ανεμιστήρας στον άξονα. Στη θέση του δεύτερου ρότορα, υπάρχουν σταθερά πτερύγια οδήγησης που μπορούν να αλλάξουν μόνο το βήμα τους. Όπως σχεδιάστηκε, αυτό θα πρέπει να μειώσει σημαντικά τις διαταραχές της ροής του αέρα πίσω από τον κύριο ρότορα.
Οι δοκιμές πάγκου του κινητήρα αεροσκαφών του έργου RISE προγραμματίζονται να ξεκινήσουν ήδη από το 2026.
Προβλέπεται ανοιχτός ανεμιστήρας διαμέτρου τεσσάρων μέτρων. Αυτό, παρεμπιπτόντως, είναι γεια σε όλους τους σκεπτικιστές που έθαψαν το εγχώριο NK-93 με τη διατομή τριών μέτρων. Ας πούμε, ο κινητήρας του αεροσκάφους δεν χωρούσε πουθενά. Οι Γάλλοι και οι Αμερικανοί σκέφτονται διαφορετικά. Σύμφωνα με υπολογισμούς, ο κινητήρας RISE με ώθηση 13,6 τόνων θα πρέπει να παρέχει στον μεταφορέα τα ίδια 0,8 Mach με τους παραδοσιακούς κινητήρες στροβιλοτζετ υψηλής παράκαμψης.
Το γιγάντιο A-380 θα πρέπει να γίνει ιπτάμενο εργαστήριο για το RISE
Το πιο ασυνήθιστο πράγμα στην ιστορία είναι ο υποτιθέμενος φορέας ενός πολλά υποσχόμενου κινητήρα αεροσκαφών.
Η CFM International συμφώνησε με την Airbus και έστειλαν ένα ολόκληρο A-380 στους κατασκευαστές κινητήρων. Πρόκειται για έναν τετρακινητήριο διώροφο γίγαντα, που φέρει τον τίτλο του μεγαλύτερου επιβατικού αεροσκάφους στον κόσμο. Αν και δεν παράγεται πλέον μαζικά. Κάτω από την πτέρυγά του, σχεδιάζουν να κρεμάσουν τον πρώτο πειραματικό κινητήρα αεροσκαφών και να ανεβούν στους ουρανούς. Περίπου το ίδιο NK-93 κατέκτησε τη δουλειά στον αέρα με το οικιακό ιπτάμενο εργαστήριο IL-76LL στο Zhukovsky.
Για άγνωστους λόγους, οι συντάκτες του έργου εγκατέλειψαν το ιπτάμενο περίπτερο του Boeing 747. Αν και το «jumbojet» είναι και αυτό με τέσσερις κινητήρες, κάτι που εγγυάται ασφάλεια σε περίπτωση βλάβης του πρωτοτύπου. Είναι πρόωρο να μιλήσουμε για τη χρήση ενός "ανοιχτού ανεμιστήρα" σε αεροσκάφη ευρείας ατράκτου - απλά δεν έχει αρκετή ώθηση για αυτό. Στους τυπικούς καταναλωτές περιλαμβάνονται οι περιφερειακοί Fokker και Bombardier.
Εννοιολογικά, η τοποθέτηση τεράστιων κινητήρων θεωρείται όχι κάτω από το φτερό, αλλά μπροστά λίγο πάνω από την άκρη του φτερού. Ή στην ουρά, η οποία είναι ιδιαίτερα ευεργετική όσον αφορά τη μείωση του θορύβου στην καμπίνα επιβατών. Φυσικά, το πιο προτιμώμενο σχέδιο είναι με ψηλό φτερό, όπως στις οικογένειες An και Il-76.
Όπως μπορείτε να δείτε, τα στρατιωτικά μεταφορικά αεροσκάφη μπορεί κάλλιστα να γίνουν φορείς ενός πολλά υποσχόμενου κινητήρα αεροσκαφών.
Παρά τον αρχικά πολιτικό χαρακτήρα ενός κινητήρα αεροσκαφών, το RISE θα βρει ξεκάθαρα τη θέση του κάτω από τα φτερά των στρατιωτικών μεταφορικών αεροσκαφών. Ειδικά αν οι προγραμματιστές καταφέρουν να τηρήσουν τις υποσχέσεις τους σχετικά με τις ταχύτητες πτήσης. Όλα τα άλλα ίσα, ακόμη και ο στρατός δεν θα αρνηθεί μια οικονομία καυσίμου 20 τοις εκατό.
Η Ρωσία έχασε την ευκαιρία να είναι μεταξύ των παγκόσμιων ηγετών στην ανάπτυξη κινητήρων αεροσκαφών με στροβιλοκινητήρες. Στη Δύση, ξεκάθαρα αρπάζουν την πρωτοβουλία σε μια αρκετά στενή εξειδίκευση, η οποία στο μέλλον μπορεί να καταλάβει ολόκληρη την αγορά.
Αλλά δεν έχουν χαθεί όλα - πριν από την προγραμματισμένη αποδοχή στη σειρά RISE, υπάρχουν ακόμη οκτώ έως δέκα χρόνια. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, υπάρχει κάθε ευκαιρία να καλύψουμε τη διαφορά και να επιτύχουμε ισοτιμία με τη Δύση. Και οι κυρώσεις για τους Ρώσους μηχανικούς παίζουν μόνο καλά εδώ.