Редукторный турбовентиляторный двигатель — это тип турбовентиляторного авиационного двигателя с планетарным редуктором между компрессором низкого давления/турбиной и вентилятором , что позволяет каждому вращаться с оптимальной скоростью. Преимущество конструкции — меньший расход топлива и гораздо более тихая работа. Недостаток — увеличение веса и усложнение конструкции.
В обычном турбовентиляторе один вал («низконапорный» или вал LP) соединяет вентилятор, компрессор низкого давления и турбину низкого давления (второй концентрический вал соединяет компрессор высокого давления и турбину высокого давления). В этой конфигурации максимальная скорость конца лопасти для вентилятора большего радиуса ограничивает скорость вращения вала LP и, следовательно, компрессора LP и турбины. При высоких степенях двухконтурности (и, следовательно, также высоких степенях радиуса) скорость вращения турбины LP и компрессора должна быть относительно низкой, что означает, что требуются дополнительные ступени компрессора и турбины для поддержания средних нагрузок ступеней и, следовательно, общей эффективности компонентов на приемлемом уровне.
В турбовентиляторном двигателе с зубчатой передачей планетарный редуктор между вентилятором и валом LP позволяет последнему работать с более высокой скоростью вращения, что позволяет использовать меньше ступеней как в турбине LP, так и в компрессоре LP, повышая эффективность и снижая вес. Однако часть энергии будет теряться, поскольку тепло в зубчатом механизме, а сэкономленный вес на ступенях турбины и компрессора частично компенсируется весом редуктора. Также существуют последствия для стоимости производства и надежности.
Более низкая скорость вращения вентилятора обеспечивает более высокие степени двухконтурности, что приводит к снижению расхода топлива и значительному снижению шума. BAe 146 оснащен редукторными турбовентиляторными двигателями и по-прежнему является одним из самых тихих коммерческих самолетов. [1] Значительная часть снижения шума достигается за счет снижения скорости вращения кончиков лопастей вентилятора. В обычных турбовентиляторных двигателях кончики лопастей вентилятора превышают скорость звука , вызывая характерный гул, требующий шумоподавления. Редукторные турбовентиляторные двигатели работают с вентилятором на достаточно низкой скорости вращения, чтобы избежать сверхзвуковых скоростей кончиков лопастей. [2]
Первый турбовентиляторный двигатель с редуктором был создан в 1970 году. [3] Однако экономически эффективное масштабирование этой идеи с малых двигателей на средние и большие стало возможным только в 21 веке.
Рассмотрев вариант редукторной конструкции, компании General Electric и Safran отказались от него для своего CFM LEAP из-за проблем с весом и надежностью, отложив его использование для будущего применения, когда Pratt & Whitney начала разработку редукторного PW1000G . [4]
С момента своего создания в 2016 году, несмотря на то, что долговечность редукторного турбовентиляторного двигателя семейства Pratt & Whitney PW1000G оставалась постоянной проблемой, никаких проблем с надежностью, связанных с конструкцией редуктора, не возникло. [5]
Новейшая конструкция двигателя Rolls-Royce для больших турбовентиляторных двигателей (тяга от 25 000 до 110 000 фунтов), UltraFan [6], включает в себя Powergear, рассчитанный на новый максимум в 64 МВт (87 000 л. с.), и продемонстрировала эту полную мощность во время испытаний в 2021 году. [7]
Технология редукторного турбовентиляторного двигателя используется в следующих двигателях:
Связанные списки
