Что означает «Двигатель с редуктором вентилятора»
Турбовентиляторный двигатель, в котором между вентилятором и турбиной низкого давления стоит редуктор, позволяющий им вращаться с разной частотой.
- Пример
- Pratt & Whitney PW1000G
- Степень двухконтурности
- 9–12
- Экономия топлива
- около 15%
- Шум
- снижение на десятки процентов
Проблема, которую решает редуктор
Чтобы двигатель был экономичным, нужен большой вентилятор: он разгоняет много воздуха на небольшую скорость. Но чем больше диаметр вентилятора, тем быстрее движутся концы лопаток, и они не должны превышать скорость звука. Турбине же, наоборот, выгоднее вращаться быстро. В обычной схеме вентилятор и турбина жёстко соединены общим валом и вынуждены вращаться с одной частотой — получается компромисс: вентилятор слишком быстрый, турбина слишком медленная и многоступенчатая. Редуктор разрывает этот компромисс.
Идея не нова: редукторы ставили на турбовинтовые двигатели с 1940-х, а применительно к вентилятору её предложили в 1960-х. Но серийно такая схема появилась только в 2010-х годах, когда удалось создать лёгкий и надёжный редуктор, способный передавать десятки тысяч лошадиных сил.
Как устроен двигатель
Между валом низкого давления и вентилятором установлен планетарный редуктор с передаточным числом около 3 к 1: вентилятор вращается втрое медленнее турбины. Турбина низкого давления получает возможность вращаться быстро и использовать меньше ступеней, а вентилятор остаётся большим и тихим. Редуктор постоянно охлаждается и смазывается, поскольку теряет в нём около 1 процента передаваемой мощности, а это в абсолютном значении сотни киловатт тепла.
| Параметр | Обычный | С редуктором |
|---|---|---|
| Вентилятор | быстрый, меньше диаметром | медленный, больше |
| Турбина НД | медленная, 5–7 ступеней | быстрая, 3 ступени |
| Степень двухконтурности | 5–8 | 9–12 |
| Шум | выше | ниже |
Результаты
Двигатель PW1000G для самолётов Airbus A320neo, Airbus A220, Embraer E2 и Mitsubishi SpaceJet получил экономию топлива около 15 процентов по сравнению с предшествующими и снижение шума на 75 процентов по площади зоны громкого звука. Параллельно развивается конкурирующий двигатель LEAP без редуктора, а будущие поколения предполагают открытый ротор и ещё большие степени двухконтурности.
- Экономия топлива порядка 15%.
- Меньший шум и выбросы оксидов азота.
- Меньше ступеней турбины — легче и дешевле.
- Сложнее в обслуживании из-за редуктора.
Проблемы раннего периода
Первые годы эксплуатации сопровождались задержками запуска двигателя, повышенной вибрацией, проблемами уплотнений и подшипников, а также неполадками с компонентами. Ряд самолётов простаивал на земле в ожидании запчастей. Производитель провёл доработки, и показатели надёжности постепенно улучшились, а тем временем интересом к схеме с редуктором заинтересовались и другие компании.
Новые типы двигателей проходят период «детских болезней». Это нормально для сложных изделий, но подчёркивает необходимость длительных наземных и лётных испытаний.