Новый двигатель Rolls-Royce произведёт революцию во всей авиации

ДЕРБИ, Англия — Компания Rolls-Royce завершила разработку концептуального проекта UltraFan 30, турбовентиляторного двигателя с редуктором, созданного на основе демонстрационного образца UltraFan 80 и предназначенного для узкофюзеляжных самолетов следующего поколения. Двигатель имеет диаметр 90 дюймов, коэффициент байпаса до 15:1 и редуктор мощностью 20 мегаватт…


Новый турбовентиляторный двигатель UltraFan



В ангаре в ДЕРБИ запустили двигатель, у которого диаметр только вентилятора почти 3,5 м. Он шире, чем салон городского автобуса. И когда этот мотор вышел на полную мощность в авиационной индустрии, многие посмотрели на цифры и замолчали, потому что здесь обещают не 2% экономии топлива и не три. Здесь говорят о двадцати пяти. Но самое интересное в этой истории не сам двигатель, а то, что он означает для Боинг, ИАЗ и всех, кто летает на их самолётах.

Начнём с факта, который звучит почти невероятно для отрасли, где каждый процент улучшения считается  победой. Ролс-Ройс заявляет, что их новый двигатель UltraFan 30 способен дать скачок топливной эффективности до 25% по сравнению с первым поколением двигателей семейства Trend. А по сравнению с XWB мотором, который сегодня считается одним из лучших в мире для дальнемагистральных самолётов, речь идёт о дополнительных 10%. Что это означает на практике? Проще говоря, это разница между поколениями. Не обновлённая версия старого мотора, а другая архитектурная логика. Именно поэтому цифра 25% в авиации звучит почти как научная фантастика. Но здесь же начинается первая странность. Обычно, когда компания делает подобное заявление, она сразу кричит об этом на весь мир, показывает рендеры, собирает заказы и обещает начать поставки через пару лет.

С UltraFan 30 всё иначе. Это не серийный двигатель, это демонстратор технологий, то есть летающая, точнее пока стоящая на земле лаборатория, на которой проверяют, работает ли вся конструкция в принципе. И вот это ключевой момент, который легко упустить. UltraFan 30 не продаётся авиакомпаниям, его нельзя заказать. Он существует для того, чтобы доказать, газотурбинный двигатель с огромным вентилятором и редуктором всё ещё способен двигаться вперёд, хотя очень многие отрасли уже поставили на нём крест. Глава инженерного направления Ролс-Ройча Алан Ньюби сформулировал это предельно прямо. Он сказал, что на рынке существует устойчивое мнение, будто классический двигатель в кожухе уже исчечрпнул себя, и добавил: «Он считает, что это совершенно не так». Почему это важно именно сейчас? Потому что авиационная индустрия стоит перед выбором, который случается раз в 50 лет. Эарбас и Боинг готовятся запускать новое поколение узкофузеляжных самолётов, тех самых, на которых летает большинство пассажиров мира. и им придётся решить, какой двигатель ставить на эти машины. От этого решения зависит, кто останется в игре на следующие 30 лет, а кто из неё выпадет. Аналитик Бьёрн Ферм из Лирм описал ситуацию без всякой дипломатии. Таких высоких ставок в двигателестроении не было последние полвека. Последний раз нечто подобное происходило, когда мир переходил от турбовинтовых самолётов к реактивным. И вот на этом фоне Ролс-Ройчи выкатывает двигатель, который многие уже похоронили. 

Каждое новое поколение становилось эффективнее, но принцип оставался тем же. Большой вентилятор, приводимый в движении турбиной низкого давления, которая вращается с той же скоростью, что и вентилятор. А это компромисс.

Вентилятору выгодно вращаться медленно. Так он захватывает больше воздуха и создаёт тягу эффективнее. А турбине и компрессору выгодно вращаться быстро. Так они работают с максимальной эффективностью. Соединить их напрямую означает, что кто-то из них всегда работает не в оптимальном режиме. Именно здесь и возникла идея, которая лежала в столе у инженеров десятилетиями, поставить между ними редуктор, механизм, который позволяет вентилятору и турбине вращаться с разными скоростями. Звучит элементарно. На практике это одна из самых сложных инженерных задач в авиации. Почему? Потому что речь идёт о передаче чудовищной мощности через шестерни, которые должны работать годами без обслуживания при экстремальных температурах и нагрузках. Если такая шестерня разрушится в полёте — это катастрофа. Именно поэтому прямой привод десятилетиями оставался безопасным и привычным выбором. Компания PRМER утни пошла по пути редуктора раньше и начала первой. Их архитектура Герт Турбофен изменила рынок узскофузеляжных самолётов. Но у неё были свои проблемы. 

А Ролс-Ройс тем временем делал нечто другое. Он строил редуктор не для маленького мотора, а для самого большого двигателя, который вообще можно повесить под крыло. И вот здесь история делает поворот, который мало кто ожидал, потому что для того, чтобы этот двигатель понадобился, индустрия должна была сначала упереться в стену.

Прежде чем разбирать технологию, нужно честно ответить на вопрос: а зачем вообще нужен новый двигатель? Что не так со старыми?

Первое — топливо. Авиация сжигает огромные объёмы керосина, и стоимость топлива для авиакомпаний одна из самых больших статей расходов. Каждый процент экономии на дальнем магистральном флоте превращается в миллионы долларов за годы эксплуатации. Ни на одном самолёте, на сотнях.

Второе — выбросы. Авиационная отрасль находится под растущим давлением. Ей нужно сокращать углеродный след, а радикальных решений пока нет. Электрические самолёты существуют, но только в виде небольших машин на короткие расстояния. Водородные проекты есть, но инфраструктуры для них практически нет.  Есть экологичное авиационное топливо, пока дорогое и выпускается в ограниченных объёмах. И вот здесь возникает логичный вывод. Если топливо ещё долго будет жидким, то самый

быстрый способ снизить выбросы просто сжигать его эффективнее. Не менять топливо, а изменить двигатель.

Третье, о чём обычно не говорят вслух, физика. За последние десятилетия авиационные моторы стали настолько совершенными, что каждый следующий процент даётся всё тяжелее. Улучшение на 1-2% уже считается серьёзным достижением. Индустрия подошла к точке, где классическая схема почти выбрала свой потенциал. Именно на этом фоне появилась идея, которая выглядит почти как вызов здравому смыслу. Сделать вентилятор ещё больше, не на пару сантиметров радикально больше. Потому что чем больше воздуха двигатель прогоняет вокруг горячего ядра, не сжигая его, тем выше так называемая степень двухконтурностей и тем эффективнее тяга.