{:uk}
Kогда справа стосується реактивних двигунів, набагато ефективніше незначно прискорити велика кількість повітря, ніж надати велику швидкість невеликому обсягу повітря. Саме цей принцип ховається в турбовентиляторних двигунах, і поки галузь намагається знижувати витрата палива і викиди вуглекислого газу, вентилятори будуть ставати все більше для підвищення ступеня двоконтурності силових установок. В цьому і криється проблема для конструкторів, коли вони намагаються пристосувати збільшуються в розмірах мотори до сучасних авіалайнерам. Якщо монтувати двигуни, як і зараз, під крилом, то зі збільшенням діаметра вентилятора стійки шасі будуть довшими і важче. Крім того, виникають проблеми зростаючого аеродинамічного опору при збільшенні розміру мотогондоли і підвищується шумового впливу. Є ознаки того, що конструктори в процесі пошуку нових конфігурацій літаків наступного покоління сходяться до кількох варіантів інтеграції двигунів з ультрависокої ступенем двоконтурного (UHBR). Ці варіанти варіюються від розміщення двигунів над крилом для зниження шумового впливу до їх розташування в задній частині фюзеляжу для зниження аеродинамічного опору. Установка двигунів над крилом здається невідповідним варіантом, оскільки мотогондола може перетинатися з повітряним потоком. Але компанія Honda змогла адаптувати цю конфігурацію зі своїм бізнес-джетом HondaJet. Детальний комп'ютерний аналіз, проведений компанією Lockheed Martin для свого концепту транспортного літака Hybrid Wing Body (HWB), показав, що розташування двигуна над задньою кромкою крила є оптимальним варіантом, більш ефективним, ніж розташування силової установки під крилом або в задній частині фюзеляжу, навіть в випадку з масивним редукторним турбовентиляторних двигуном UltraFan від Rolls-Royce. Модель HWB була протестована в трансзвуковой аеродинамічній трубі в дослідницькому центрі NASA Langley Research Center в липні цього року в спробі підтвердити результати комп'ютерного моделювання. Тим часом NASA уклало угоду з німецьким аерокосмічним центром DLR для проведення високоточних розрахунків шумового впливу на віртуальному літаку з розташуванням турбовентиляторних двигунів під і над крилом, використовуючи набір даних, отриманих DLR при вивченні моделі VFW 614, у якій двигуни були розташовані над крилом. Російський Центральний аерогідродинамічний інститут (ЦАГІ) недавно завершив випробування в аеродинамічній трубі моделі близькомагістрального авіалайнера з двигунами турбовентиляторів великого діаметру, розташованими над задньою кромкою крила зі зменшеною стреловидностью для зниження аеродинамічного опору. Як відзначають в ЦАГІ, дана конфігурація знижує вплив шуму і масу шасі, а також підвищує безпеку в цілому, оскільки двигуни захищені від сміття на ЗПС. Французький аерокосмічний дослідний центр Onera вивчає нову економічну конструкцію середньомагістрального авіалайнера наступного покоління в рамках великого проекту, що фінансується Національним дослідницьким агентством Франції і націленого на інтеграцію двигунів UHBR. Проект NextGen Onera Versatile Aircraft (NOVA) повинен завершитися випробуваннями в аеродинамічній трубі двох відібраних конфігурацій в 2017 і 2018 р NOVA – це проект 180-місного літака, призначеного для заміни Airbus A320. Один з концептів як і раніше має на увазі розміщення двигунів під крилом, але зі збільшеним двогранним кутом на зразок крила чайки, що дозволить розмістити двигуни великого діаметру без збільшення висоти стійок шасі. Інша концепція передбачає розміщення двигунів в хвостовій частині літака, де вони будуть всмоктувати повітря з низькоенергетичного течії в пограничному шарі навколо фюзеляжу, створюючи потік для зниження аеродинамічного опору. Для проекту NOVA були обрані редукторні турбовентиляторні двигуни (GTF) зі ступенем двоконтурного 16, тоді як для двигунів Pratt & Whitney PW1100G на літаках A320NEO цей показник дорівнює 12. Передбачається, що такий літак буде запущений в експлуатацію не раніше 2025 р тому Onera обмежила себе лише двома конфігураціями, але в той же час приготувала кілька інновацій, включаючи широкий фюзеляж з двома проходами і таким же розташуванням крісел, як на літаках Boeing 767 (2-3-2). “Еліптичні секції фюзеляжу будуть важчими, оскільки їм доведеться витримувати підвищені навантаження, пов'язані з герметизацією салону, але більш широкий фюзеляж стане на 14% коротше в порівнянні з вузькофюзеляжного літаками, так що проблеми будуть не такими серйозними”, – говорить інженер Людовик Віарт. Оскільки фюзеляж буде ширше, Onera вирішила, що він повинен вносити свій вклад в створення підйомної сили. Як орієнтир інженери використовували концепт D8, що розробляється для NASA Массачусетським технологічним інститутом (MIT). Onera вибрала крило з високим відносним подовженням (цей показник дорівнює 13) і більш ефективними законцовками, спрямованими вниз. В конфігурації “чайка” поперечний кут V-образності внутрішньої секції крила дорівнює 12 °, а зовнішньої – 5 °. Така конструкція забезпечує зниження висоти стійок шасі на 50 см і зниження маси на 250 кг. Більш високий кут V-образності внутрішньої секції крила збільшує його масу на 125 кг, але в цілому відзначається зниження маси всієї конструкції. Інші особливості конфігурації за схемою “чайка” – V-подібне хвостове оперення для зниження маси і вузька мотогондола, нижня кромка якого видається вперед для зниження шуму від двигуна. Onera розглядає можливість використання регульованого перетину вхідного сопла вентилятора двигуна GTF, щоб трохи змінити напрямок вектора тяги під час крейсерського польоту, що дозволило б знизити додаткове аеродинамічний опір, що створюється тріммірованіем хвостового оперення при балансуванню літака. “Однак ми не впевнені, що зможемо знизити цей опір”, – говорить Віарт. Конфігурація з відсмоктуванням прикордонного шару (BLI) нагадує концепт D8 від MIT, але зі звичним Т-образним хвостовим оперенням. В рамках дослідження NOVA ця концепція порівнюється з еталонною конфігурацією в стилі лайнерів MD-80, коли двигуни UHBR розміщуються в задній частині фюзеляжу. У концепті BLI 40% двигунів приховано під корпусом кормовій частині фюзеляжу. Силові установки GTF мають вентилятором такого ж діаметру і такою ж площею перетину сопла, але сам повітрозабірник більше, що забезпечує забір більшої кількості повітря. Збільшена і мотогондола з метою необхідності розміщення великого повітрозабірника. Дослідження конфігурації BLI тривають, їх мета – визначення аеродинамічного опору конструкції, ваги та ефективності. Onera також вивчає конструкцію вентилятора, який міг би функціонувати в потоці повітря прикордонного шару. При традиційній конструкції мотогондоли особливості вхідного потоку не впливають на режим роботи двигуна. Однак в двигунах UHBR ступінь стиснення вентилятора настільки мала, що зовнішні аеродинамічні потоки можуть вплинути на роботу вентилятора. NOVA – один з яскравих прикладів зростаючого інтересу європейців до концепції BLI. Ще один цікавий проект – Propulsive Fuselage Concept (PFC), що розробляється німецьким дослідницьким інститутом Bauhaus Luftfahrt за фінансової підтримки Євросоюзу. Робота над цим проектом, який отримав назву Dispursal, була завершена в січні цього року. У проекті брали участь компанії Airbus Group Innovations, Onera і російський Центральний інститут авіаційного моторобудування (ЦІАМ). Необхідно відзначити, що Airbus при цьому є акціонером інституту Bauhaus Luftfahrt. Концепт PFC відрізняється наявністю вентилятора діаметром 4 м в задній частині фюзеляжу, а також повітрозабірником висотою 0,5 м, який проводить забір повітря навколо всього корпусу фюзеляжу в прикордонному шарі. Вентилятор приводиться в рух через редуктор турбовентиляторних установкою в хвості літака, яка також створює невелику тягу. У порівнянні зі звичайним вузькофюзеляжного літаком рівня 2035 року фахівці Bauhaus очікують, що витрата палива концепту PFC буде на 9,2% менше при крейсерській швидкості 0,80M і на 14,1% менше при швидкості 0,78M. Недоліком є наявність третього двигуна в хвості машини, тоді як сам літак розроблений для традиційного розміщення двох двигунів під крилами повітряного судна. Така компоновка призводить до збільшення максимальної злітної маси ВС на 1,3%, в результаті чого економія палива знижується на величину від 5,2 до 11,0%. Розглянутий гибридно-електричний варіант, що полягає в приводі вентилятора від електроенергії, що виробляється підкрильними двигунами, також призводить до збільшення маси ВС. Коли фахівці MIT провели випробування в аеродинамічній трубі NASA варіантів з інтегрованим двигуном і з силовою установкою, що розміщується в мотогондолі, вони зафіксували 7% -ве зниження споживаної потужності внаслідок забору повітря з прикордонного шару. Але Аскін Ізікверен, керівник відділу з проектування концептуальних ВС в інституті Bauhaus, вважає дані оцінки занадто консервативними. Він зазначає, що в Європі є досить високий інтерес до подальших випробувань проекту BLI. Так, наприклад, компанія Airbus в рамках європейської програми Clean Sky 2 планує провести льотні випробування концепту BLI, який може мати схожість з PFC. У заключному звіті Bauhaus рекомендує побудувати дослідну модель для льотних випробувань і пропонує два варіанти. Перший – встановити масштабну копію PFC (1: 3) на регіональний літак Saab 340. У цій моделі циліндричний фюзеляж і низкорасположенное крило, проте Супутні струмінь від гвинтів двигуна може перешкодити роботі силової установки BLI. В якості альтернативи можна використовувати Dornier 328Jet з двигунами турбовентиляторів. Але в даному випадку проблему можуть викликати виходять від високорозташованого крила повітряні потоки. З точки зору моторобудівних компаній, що підтримують багато досліджень в даній області, тенденція до підвищення ступеня двоконтурності двигунів приходить разом з необхідністю більш високої інтеграції систем в конструкції повітряного судна і силових установок. “Дні, коли літаки і двигуни оптимизировались окремо один від одного, полічені”, – говорить Алан Ньюбі, головний інженер компанії Rolls-Royce за програмами і технологіями наступного покоління. “Ми інвестуємо великі кошти в технології наступного покоління і їх демонстратори. Ми також намагаємося заглянути в майбутнє, щоб знайти якісь незвичайні рішення, здатні розворушити ринок, концепції, здатні направити нас по зовсім іншому шляху”, – говорить він. Програма розвитку Rolls-Royce включає в себе проект UltraFan – редукторного турбовентиляторного двигуна великого класу зі ступенем двоконтурного 15+. Дана силова установка в першу чергу призначається для літаків, які будуть запущені в експлуатацію після 2025 р і є один з двигунів великого діаметра, які стимулюють вивчення альтернативних конфігурацій. “Необхідно звернути більш пильну увагу на інтеграцію двигунів, мотогондол і пілонів. Але ми не можемо зробити це самостійно. Потрібно приділяти більше уваги питанням інтеграції силових установок з літаками, так що тут ми повинні співпрацювати з авіабудівниками”, – говорить Ньюбі. Органи управління з електроприводом і системи також повинні стати більш інтегрованими. “Таким чином, це не просто традиційні технології, – зазначає він, – це інтеграція систем, і такі речі, як розподілена тяга, всерйоз вивчаються в рамках європейських дослідницьких програм”. Як приклад можна привести вентилятор із змінним кроком лопатей. “Коли справа стосується дуже високого ступеня двоконтурності, дієвість вентилятора на різних режимах стає значною проблемою, яку можна вирішувати за рахунок регульованого повітрозабірника. Але якщо у нас з'явиться вентилятор зі змінним кроком, можна відмовитися і від регульованого повітрозабірника, і від пристрою реверсу, а це дозволить знизити вагу і розміри мотогондоли “, – говорить Ньюбі. Незважаючи на збільшення розмірів двигунів, вимоги до величини тяги стають менше, оскільки зростає ефективність нових літаків. Так, двигуни General Electric GE90 з тягою 51,1 т, що встановлюються на літаках Boeing 777-300ER, є, швидше за все, найпотужнішими на сьогоднішній день в цивільній авіації. Але при цьому мотори GE9X для літаків Boeing 777X, що володіють великим діаметром, відрізняються зниженою тягою. Компанія Rolls-Royce підтримує дослідження авіабудівників, спрямовані на розробку літаків з високим розташуванням крила. Це рішення має високий значенням відносного подовження крила при малому аеродинамічному опорі і при цьому полегшує процес установки двигунів з високим ступенем двоконтурного. Ньюбі бачить кілька кроків в майбутнє. Перший крок – поліпшення інтеграції компонентів в двигуні – вже виконується. Другий – інтеграція силової установки і безпосередньо повітряного судна. І третій – гибридно-електрична тяга. “До електричного літака ще далеко, але гібридні рішення можуть стати звичайною практикою, коли щільність заряду в батареях досягне певного рівня”, – говорить Ньюбі. В даний час фахівці Rolls-Royce набираються досвіду по створенню електричних і гібридних систем.
{:uk}Двигуни змінюють все
