Роберт САЙА, Вице-президент Pratt & Whitney по двигателям нового поколения

В мировом авиационном двигателестроении приближается смена эпохи. Одновременное ужесточение экономических и экологических требований к силовым установкам стимулирует двигателестроителей к поиску новых подходов. Ключевой разработкой компании Pratt & Whitney стал двигатель с редукторным приводом вентилятора (GTF). О достоинствах такого решения и его перспективах рассказывает вице-президент Pratt & Whitney по двигателям нового поколения Роберт Сайа.
— Господин Сайа, в чем основные достоинства нового двигателя?
— Заказчики требуют двигатель, имеющий высокую топливную эффективность и низкую стоимость обслуживания. Два наших первых серийных двигателя обеспечат снижение потребления топлива на 12–15%, что означает такое же снижение выбросов CO2, сокращение выбросов оксидов азота на 50%, а также 50%-ное сокращение уровня шума.
Это очень существенное продвижение, ведь типичные темпы улучшения характеристик авиационных двигателей составляют примерно 1% в год.
— За счет чего этого удалось добиться?
— Основной вклад в тягу турбовентиляторного двигателя дает вентилятор, который приводится во вращение турбиной. Эффективность турбины растет с ростом числа ее оборотов, а вентилятору для большей эффективности и меньшего шума лучше крутиться медленнее. У нас благодаря редуктору на один оборот вентилятора приходится три оборота турбины, и это позволяет внести радикальные изменения в конструкцию двигателя и резко повысить его эффективность.
Технически редуктор устроен просто: центральная шестерня, которую приводит турбина, вокруг нее неподвижной звездой расположены пять шестерен, которые вращаются вокруг своих осей и передают мощность на внешнее зубчатое колесо с закрепленным на нем вентилятором. Задача была обеспечить надежную работу редуктора при высоких нагрузках, эффективную смазку и охлаждение системы. Мы не раскрываем точные данные, но могу сказать, что КПД редуктора превышает 99%. Он оказался даже лучше, чем мы ожидали. Мы потратили около 15 лет на этот редуктор, в результате он получился эффективным, легким и компактным.
Благодаря редуктору удалось также упростить конструкцию двигателя; мы на 40% сократили количество аэродинамических элементов (лопаток компрессоров, турбин и спрямляющих аппаратов) — их стало примерно на 1500 меньше, а это позволяет снизить расходы на техническое обслуживание. А редуктор не требует никакого специального обслуживания по сравнению с приводами агрегатов в обычных двигателях, в нем нет частей с ограниченным сроком службы, которые потребовали бы дополнительных затрат. Нам удалось найти сбалансированное решение, в котором одни качества достигаются не в ущерб другим.
— Как на практике подтверждаются заявленные характеристики?
— Мы сделали двигатель-демонстратор — кроме наземных испытаний, он летал на нашей собственной летающей лаборатории Boeing 747 — а также провели совместную программу испытаний Pratt & Whitney и Airbus на A340. Эти полеты успешно продемонстрировали преимущества технологии GTF. Двигатель показал низкий уровень шума и низкое потребление топлива. Редук-торный привод работал без сбоев при полетах с активным маневрированием, когда на двигатель приходятся большие нагрузки. Температура масла была в норме, так что мы показали эффективность системы охлаждения. Наконец, вероятно, самый важный результат летных испытаний заключается в том, что замена обычного двигателя на наш GTF не требует никаких изменений ни в конструкции самолета, ни в процедурах его эксплуатации. И важно отметить, что все это продемонстрировано в рамках совместной программы с компанией Airbus, которую тоже можно считать потенциальным заказчиком, то есть полученные результаты — это не просто собственное мнение компании Pratt & Whitney о том, какой хороший двигатель она сделала.
— На какой рынок ориентирован новый двигатель?
— Корректнее говорить о семействе двигателей, использующих технологию GTF. Мы провели испытания редукторного
привода до тяги около 18 т, так что в принципе мы можем ориентироваться на рынок ВС вместимостью 70–250 пасс. и даже больше — до сих пор в наших исследованиях не обнаружили каких-либо возможных ограничений по тяге.
Но для начала мы ориентируемся на рынок узкофюзеляжных самолетов, который оценивается примерно в 800–1000 машин в год. Это большой и перспективный рынок. Наши стартовые коммерческие применения технологии GTF — японский региональный самолет Mitsubishi Regional Jet с двигателем тягой 8 т и канадский Bombardier CSeries, для которого нужны двигатели с тягой 11 т. Мы участвуем и в конкурсе по МС-21; для него нам потребуется около 14 т тяги. Улучшение технологий идет постоянно, так что двигатель для МС-21 получит что-то новое по сравнению с двигателями для MRJ и CSeries. Нам нужно примерно четыре года от старта программы создания самолета до сертификации нового двигателя, потом обычно требуется один-два года для получения сертификата летной годности ВС. В случае с МС-21 первый полет намечен на 2014 г., начало коммерческой эксплуатации — на 2016 г., так что, если мы выиграем конкурс, у нас достаточно времени.