Автор: Сильвия Пфайфер, Лондон
Инженеры компании GE Aerospace, одного из крупнейших в мире производителей авиационных двигателей, за последние три года стали одними из самых активных пользователей двух самых быстрых суперкомпьютеров в мире. Доступ к вычислительным машинам Министерства энергетики США помог им смоделировать поведение нового типа двигательной концепции, которая, по их мнению, может стать основой коммерческой авиации будущего.
GE и ее партнер — французский производитель двигателей Safran — работают над технологиями для революционной конструкции, получившей название «open fan» («открытый вентилятор»): это двигатель, у которого лопасти вентилятора вращаются без защитного кожуха, а не внутри корпуса.
Совместное предприятие компаний, CFM International, считает, что именно open fan является ключом к созданию двигателей для следующего поколения узкофюзеляжных самолетов — «рабочих лошадок» мировых авиапарков, используемых на коротких и средних маршрутах. И Airbus, и Boeing изучают планы по созданию преемников своих самых продаваемых семейств самолетов A320 и 737 Max.
Ставки для отрасли чрезвычайно высоки: изменение климата представляет серьезную угрозу для коммерческой авиации, и следующее поколение самолетов должно потреблять значительно меньше топлива, если отрасль намерена достичь цели нулевых чистых выбросов к 2050 году, продолжая при этом расширяться.
Ожидается, что Airbus и Boeing не введут новые самолеты в эксплуатацию раньше конца 2030-х годов, однако с учетом длительных сроков разработки производители двигателей уже сейчас ведут ожесточенную борьбу за поиск решений, способных обеспечить существенное повышение топливной эффективности. Руководители GE и Safran считают, что конструкция open fan обладает наибольшим потенциалом снижения расхода топлива — до 20%.
«Отрасли и миру необходим качественный скачок в характеристиках двигателя, — заявил Арьян Хегеман, вице-президент GE по будущему авиации. — Можно пытаться добиться этого, эволюционируя нынешние архитектуры [двигателей], но возможности такого подхода крайне ограничены».
Двигатели open fan не имеют традиционных гондол, или кожухов, окружающих вентилятор у классических турбовентиляторных двигателей. Это означает меньший вес и сопротивление воздуха, а также возможность установки более крупных вентиляторов, что способствует повышению топливной эффективности.
Такие конструкции не являются новинкой: сама GE тестировала подобные решения еще в 1980-е годы, однако тогда развитию мешали технические проблемы, в том числе высокий уровень шума. По словам Хегемана, доступ к суперкомпьютерам позволил GE оптимизировать форму лопастей вентилятора и снизить шум.
«Физика здесь совершенно очевидна: open fan обеспечивает значительное сокращение расхода топлива по сравнению с любой традиционной архитектурой с кожухом», — заявил генеральный директор Safran Оливье Андриэс во время визита в Лондон в декабре.
CFM работает с Airbus над прототипом двигателя open fan, а крупнейший в мире авиастроительный концерн готовится провести летные испытания на модифицированном сверхбольшом самолете A380 ближе к концу текущего десятилетия. Эти полеты должны помочь принять окончательное решение о том, каким образом оснащать следующее поколение самолетов.
Руководители Airbus подчеркивают, что компания пока не сделала окончательный выбор в пользу того или иного типа двигателя. Параллельно она ведет переговоры и с другими производителями — Rolls-Royce и Pratt & Whitney (подразделение RTX), чьи предложения сосредоточены на более традиционных конструкциях с закрытым вентилятором.
Rolls-Royce, выпускающая двигатели только для более крупных широкофюзеляжных самолетов, рассчитывает начать наземные испытания уменьшенного прототипа своего нового двигателя UltraFan в 2028 году. Компания заявила, что ведет переговоры «со всеми игроками» и «стремится сформировать прочные партнерства, чтобы реализовать эту уникальную, выпадающую раз в жизни возможность».
Алан Ньюби, директор по исследованиям и технологиям компании из индекса FTSE 100, отметил, что Rolls-Royce «прекрасно знакома с двигателями открытого ротора», но пришла к выводу, что это не та технология, которая подходит для следующего поколения самолетов.
Несмотря на обещанную эффективность open fan, «если учитывать дополнительные требования по безопасности для самолетов с такими двигателями, значительная часть этого преимущества нивелируется», добавил он.
Pratt & Whitney, в свою очередь, работает над вторым поколением своего редукторного турбовентиляторного двигателя с кожухом для будущих узкофюзеляжных самолетов. Президент подразделения коммерческих двигателей Рик Дерлу заявил, что в компании пришли к выводу: «проблемы установки, интеграции, шума и промышленной реализации, связанные с архитектурой открытого ротора, повышают общий риск исполнения проекта и снижают потенциальную выгоду по расходу топлива».
Авиационные эксперты отмечают, что отрасли необходимо учитывать уроки, извлеченные из эксплуатации нынешних двигателей, которые сталкиваются с проблемами долговечности, приводящими к росту затрат авиакомпаний на техническое обслуживание. Airbus на этой неделе сообщил, что ожидает сохранения ограничений в поставках двигателей и в текущем году после острого дефицита, наблюдавшегося в течение последних двух лет.
«Что касается следующего поколения двигателей, авиакомпании говорят так: мы хотим, чтобы вы держали расходы на обслуживание под контролем и обеспечили на 15% лучший расход топлива», — отметил Бьорн Ферм, авиационный и экономический аналитик Leeham News and Analysis.
Хегеман из GE подчеркнул, что компания уже учитывает эти уроки, проводя ранние испытания на долговечность, включая тесты на попадание пыли в двигатель.
В случае open fan компании CFM предстоит решить ряд специфических конструкторских задач, включая вопросы безопасности, учитывая отсутствие защитного кожуха двигателя. Вероятно, в конструкцию фюзеляжа самолета будут добавлены элементы защиты для усиления зон, которые могут оказаться уязвимыми в случае отрыва лопасти вентилятора.
Если Airbus все же станет партнером CFM, это повлияет и на саму конструкцию самолета, включая сложные вопросы размещения двигателей. Airbus изучает различные варианты установки open fan — как традиционную под крылом, так и размещение на задней части фюзеляжа.
«Просто подвесить двигатели open fan под крылом самолета классической схемы “труба и крыло” будет трудно реализовать как с точки зрения сертификации, так и с точки зрения эффективности», — считает Ник Каннингем, аналитик Agency Partners.
По его мнению, одним из решений может стать компоновка типа «blended wing body», где крылья плавно переходят в фюзеляж, а двигатели размещаются сзади. Это позволило бы снять вопросы шума и безопасности.
И GE, и Safran подчеркивают, что в настоящий момент сосредоточены на отработке технологий для возможного двигателя open fan, а не на готовности немедленно начинать его полноценную разработку.
«Большинство технологий, которые мы разрабатываем для open fan, могут быть применены и в двигателе с кожухом», — отметил Андриэс. Окончательное решение, добавил он, будет зависеть от Airbus и Boeing, поскольку ни одна из компаний не может позволить себе серьезно отстать по показателям расхода топлива.
Хегеман уверен, что отрасль и пассажиры примут двигатели open fan, как только производители смогут доказать их безопасность и эффективность: «Да, он выглядит иначе… но, на мой взгляд, он выглядит иначе не случайно. Это другой продукт. Его нельзя напрямую сравнивать с прежними. Мы хотим, чтобы он стал новым отраслевым стандартом».
Статья, размещенная на этом сайте, является переводом оригинальной публикации с The Financial Times. Мы стремимся сохранить точность и достоверность содержания, однако перевод может содержать интерпретации, отличающиеся от первоначального текста. Оригинальная статья является собственностью The Financial Times и защищена авторскими правами.
Briefly не претендует на авторство оригинального материала и предоставляет перевод исключительно в информационных целях для русскоязычной аудитории. Если у вас есть вопросы или замечания по поводу содержания, пожалуйста, обращайтесь к нам или к правообладателю The Financial Times.
