Авиационные двигатели: назад к пропеллеру?
21 июня 2010 г.
Несмотря на все старания инженеров и экологов, проблемы загрязнения окружающей среды остаются весьма острыми. При этом речь идет отнюдь не только о химическом загрязнении - выбросах парниковых газов, разливах нефти, складировании радиоактивных отходов и так далее. Не менее остро стоит и проблема акустического загрязнения окружающей среды - прежде всего, шумом самолетов гражданской авиации. Правда, за последние десятилетия авиалайнеры стали несколько тише, зато многократно возросло количество выполняемых ими рейсов. Поэтому инженеры продолжают совершенствовать конструкцию авиационных двигателей, преследуя при этом сразу две цели - снижение уровня шума и уменьшение расхода топлива.
Экономичные, но медленные
Если дальние рейсы сегодня обслуживаются исключительно авиалайнерами с турбореактивными двигателями разных конструкций и модификаций, то на более короткие расстояния - скажем, между многими городами Центральной Европы - летают самолеты с турбовинтовыми двигателями. В первом случае речь идет о реактивной тяге, во втором случае тягу создает воздушный винт. Турбовинтовые двигатели обладают одним важным преимуществом: они гораздо экономичнее турбореактивных и расходуют значительно меньше горючего. Но не все так просто, - говорит Эндрю Брэдли (Andrew Bradley), ведущий инженер британской компании Rolls-Royce - одного из крупнейших производителей авиационных двигателей: "Проблема турбовинтового привода состоит в том, что он работает экономично лишь на малых скоростях полета. А на скоростях выше 700 километров в час это его преимущество сходит на нет".
Но если турбовинтовой двигатель наиболее эффективен на низких скоростях полета, а турбореактивный - на высоких, то, очевидно, существует некий диапазон скоростей, в котором оптимальным является сочетание этих двух технических решений. В такой конструкции, именуемой винтовентиляторным или турбовинтовентиляторным двигателем, воздушная турбина приводит в движение два соосных пропеллера с узкими серповидными лопастями. "Главная особенность этих воздушных винтов состоит в том, что они вращаются в противоположных направлениях, - поясняет Эндрю Брэдли. - При этом задний винт как бы устраняет завихрения, вызванные передним винтом, выпрямляет воздушный поток, что существенно повышает экономичность двигателя, в том числе и на высоких скоростях полета".
Экономичные, но шумные
По расчетам экспертов, такая конструкция позволит сэкономить до 30 процентов горючего. Но ведь сама по себе идея такого двигателя не нова: уже в 70-х и 80-х годах прошлого века в ряде стран проводились соответствующие эксперименты и даже испытательные полеты. Однако сколько-нибудь широкого распространения эти двигатели не получили. Эндрю Брэдли объясняет, почему: "Уровень шума, производимого тогда этими экспериментальными самолетами, был совершенно неприемлем. Однако с тех пор нам удалось найти технические решения, позволившие существенно снизить уровень шума винтовентиляторных двигателей. Сегодня они даже чуть тише, чем турбореактивные".
В частности, значительного снижения уровня шума конструкторы смогли добиться за счет оптимизации формы лопастей. "И все же законы физики не обманешь, - говорит британский инженер. - Нам никогда не удастся сделать винтовентиляторные двигатели такими же тихими, какими турбореактивные двигатели станут уже в ближайшем будущем: там потенциал снижения уровня шума гораздо больше. Поэтому, в конечном счете, нам придется выбирать, что для нас важнее - то ли очень тихие турбореактивные, то ли очень экономичные винтовентиляторные двигатели".
Обе концепции имеют будущее
Скорее всего, впрочем, развитие получат обе концепции. Так или иначе, идея, которую 20 лет назад сочли недостаточно перспективной, переживает второе рождение. Сегодня британские конструкторы ведут активную разработку этой концепции и проводят испытания прототипов двигателя в аэродинамической трубе. Но это только начало, - заверяет Эндрю Брэдли: "Следующий шаг - переход от испытаний двигателя к испытаниям самолета с новым двигателем. Это должно произойти не позднее 2016 года. А серийное производство такого самолета должно начаться, по нашим расчетам, лет через 10-15".
Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман