Серия CFM International CFM56 (американское военное обозначение F108 ) — это франко-американское семейство турбовентиляторных авиационных двигателей с высокой степенью двухконтурности, производимых CFM International (CFMI), с диапазоном тяги от 18 500 до 34 000 фунтов-сил (от 82 до 150 кН ). CFMI — это совместная компания Safran Aircraft Engines (ранее известная как Snecma) из Франции и GE Aerospace (GE) из США с равным долевым участием. GE производит компрессор высокого давления , камеру сгорания и турбину высокого давления , Safran производит вентилятор, коробку передач , выхлопную систему и турбину низкого давления, а некоторые компоненты производятся Avio из Италии и Honeywell из США. Обе компании имеют собственную линию окончательной сборки, GE в Эвендейле, штат Огайо , и Safran в Виллароше , Франция. Первоначально продажи двигателя были крайне низкими, но впоследствии он стал самым используемым турбовентиляторным авиационным двигателем в мире.
CFM56 впервые был запущен в 1974 году. К апрелю 1979 года совместное предприятие не получило ни одного заказа за пять лет и было в двух неделях от роспуска. Программа была спасена, когда Delta Air Lines , United Airlines и Flying Tigers выбрали CFM56 для переоснащения своих самолетов Douglas DC-8 в рамках программы Super 70. Первые двигатели были введены в эксплуатацию в 1982 году. Позднее CFM56 был выбран для переоснащения Boeing 737. Первоначально Boeing ожидал, что эта программа переоснащения (позже названная Boeing 737 Classic ) будет продаваться скромно, но на самом деле более низкий уровень шума и расход топлива CFM56 (по сравнению со старыми двигателями для 737) привели к высоким продажам.
В 1987 году двигатель IAE V2500 для A320, который превзошел CFM56 в ранних продажах A320, столкнулся с техническими проблемами, что заставило многих клиентов перейти на CFM56. Однако CFM56 не был лишен своих собственных проблем; несколько случаев отказа лопаток вентилятора произошли во время ранней эксплуатации, включая один отказ, который стал причиной авиакатастрофы в Кегворте , а некоторые варианты CFM56 испытывали проблемы при полете сквозь дождь или град. Обе эти проблемы были решены путем модификации двигателя.
Исследования следующего поколения коммерческих реактивных двигателей, турбовентиляторных двигателей с высокой степенью двухконтурности в классе тяги «10 тонн» (20 000 фунтов силы; 89 кН), начались в конце 1960-х годов. Snecma (теперь Safran), которая ранее в основном строила военные двигатели, была первой компанией, которая стремилась выйти на рынок, ища партнера с коммерческим опытом для проектирования и строительства двигателя в этом классе. Они рассматривали Pratt & Whitney , Rolls-Royce и GE Aviation в качестве потенциальных партнеров, и после того, как два руководителя компании, Герхард Нойманн из GE и Рене Раво из Snecma, представились на Парижском авиасалоне 1971 года , было принято решение. Обе компании увидели взаимную выгоду в сотрудничестве и встречались еще несколько раз, конкретизируя основы совместного проекта. [2]
В то время Pratt & Whitney доминировала на коммерческом рынке. GE требовался двигатель в этом классе рынка, и у Snecma уже был опыт работы с ними, они сотрудничали в производстве турбовентиляторного двигателя CF6-50 для Airbus A300 . [3] Pratt & Whitney рассматривали возможность модернизации своего JT8D , чтобы он мог конкурировать в том же классе, что и CFM56, в качестве единственного предприятия, в то время как Rolls-Royce решал финансовые проблемы, которые не позволяли им начинать новые проекты; эта ситуация позволила GE получить звание лучшего партнера для программы. [2]
Основной причиной интереса GE к сотрудничеству, а не к созданию 10-тонного двигателя самостоятельно, было то, что проект Snecma был единственным источником финансирования разработки двигателя этого класса в то время. Первоначально GE рассматривала только возможность внесения технологии из своего двигателя CF6, а не своего гораздо более продвинутого двигателя F101 , разработанного для сверхзвукового бомбардировщика B-1 Lancer . Компания столкнулась с дилеммой, когда ВВС США (USAF) объявили о своем проекте Advanced Medium STOL Transport (AMST) в 1972 году, который включал финансирование разработки 10-тонного двигателя — либо построить «ограниченный» технологический 10-тонный двигатель с Snecma, либо аналогичный двигатель с «продвинутой» технологией самостоятельно. Обеспокоенная тем, что в портфеле компании останется только «ограниченный» двигатель, если она не выиграет контракт ВВС (за который она конкурировала с Pratt & Whitney и подразделением General Motors со своим «усовершенствованным» двигателем), GE решила подать заявку на получение экспортной лицензии на основную технологию F101. [4]
GE подала заявку на экспортную лицензию в 1972 году в качестве своего основного вклада в проект 10-тонного двигателя. Управление по контролю за боеприпасами Государственного департамента США рекомендовало отклонить заявку по соображениям национальной безопасности; в частности, потому что основная технология была аспектом стратегической национальной системы обороны (бомбардировщик B-1), она была построена при финансировании Министерства обороны , и что экспорт технологии во Францию ограничил бы число американских рабочих на проекте. [5] Официальное решение было принято в Меморандуме о решении по национальной безопасности, подписанном советником по национальной безопасности Генри Киссинджером 19 сентября 1972 года. [6]
Хотя в качестве основания для отклонения были названы проблемы национальной безопасности, политика также сыграла важную роль. Проект и связанный с ним вопрос экспорта считались настолько важными, что президент Франции Жорж Помпиду обратился напрямую к президенту США Ричарду Никсону в 1971 году с просьбой одобрить сделку, а Генри Киссинджер поднял этот вопрос с президентом Помпиду на встрече в 1972 году. Как сообщается, GE на самом высоком уровне утверждала, что иметь половину рынка лучше, чем не иметь его вообще, что, по их мнению, произойдет, если Snecma займется двигателем самостоятельно, без участия GE. Чиновники администрации Никсона опасались, что этот проект может стать началом конца американского лидерства в аэрокосмической отрасли. [7]
Также высказывались предположения, что отказ мог быть отчасти ответом на участие Франции в убеждении Швейцарии не покупать американский самолет LTV A-7 Corsair II , который конкурировал с французской разработкой [7] Dassault Milan . В конце концов, швейцарцы не купили ни один из самолетов, выбрав вместо этого Northrop F-5 E Tiger II. [8]
Несмотря на то, что экспортная лицензия была отклонена, и французы, и GE продолжали давить на администрацию Никсона, чтобы получить разрешение на экспорт технологии F101. Усилия продолжались в течение месяцев после отклонения, достигнув кульминации в том, что двигатель стал темой повестки дня во время встречи президентов Никсона и Помпиду в Рейкьявике в 1973 году . Обсуждения на этой встрече привели к соглашению, которое позволило продолжить разработку CFM56. Современные отчеты утверждают, что соглашение было основано на заверениях, что ядро двигателя, часть, которую GE разрабатывала из военного F101, будет построено в США, а затем перевезено во Францию, чтобы защитить чувствительные технологии. [9] Совместное предприятие также согласилось выплатить США роялти в размере 80 миллионов долларов (из расчета 20 000 долларов за двигатель, который, как предполагалось, будет построен) в качестве возмещения за деньги на разработку, предоставленные правительством для ядра двигателя F101. [2] Документы, рассекреченные в 2007 году, показали, что ключевым аспектом экспортного соглашения CFM56 было то, что французское правительство согласилось не вводить пошлины на американские самолеты, импортируемые в Европу. [10]
После урегулирования вопроса экспорта GE и Snecma завершили соглашение, по которому была образована CFM International (CFMI), совместная компания 50/50, которая должна была отвечать за производство и маркетинг 10-тонного двигателя CFM56. Предприятие было официально основано в 1974 году. [11] «CF» в названии двигателя означает обозначение GE для коммерческих турбовентиляторных двигателей, в то время как «M56» — название оригинального предложения Snecma по двигателю. [12] Две основные роли CFMI заключались в управлении программой между GE и Snecma, а также в маркетинге, продаже и обслуживании двигателя в единой точке контакта для клиента. CFMI была назначена ответственной за ежедневное принятие решений по проекту, в то время как основные решения (например, разработка нового варианта) требовали одобрения со стороны руководства GE и Snecma. [3]
Совет директоров CFMI в настоящее время разделен поровну между Snecma и GE (по пять членов от каждой компании). Есть два вице-президента, по одному от каждой компании, которые поддерживают президента CFMI. Президент, как правило, выбирается из Snecma и сидит в штаб-квартире CFMI недалеко от GE в Цинциннати, штат Огайо. [3]
Разделение работ между двумя компаниями дало GE ответственность за компрессор высокого давления (HPC), камеру сгорания и турбину высокого давления (HPT); Snecma отвечала за вентилятор, компрессор низкого давления (LPC) и турбину низкого давления (LPT). [13] Snecma также отвечала за первоначальную интеграцию планера, в основном за конструкцию гондолы , и изначально отвечала за коробку передач , но передала эту работу GE, когда стало очевидно, что для GE будет более эффективно собирать этот компонент вместе с другими своими деталями. [14]
Разработка CFM56 началась до официального создания CFMI. Хотя работа шла гладко, международное соглашение привело к уникальным условиям работы. Например, обе компании имели сборочные линии, некоторые двигатели собирались и испытывались в США, а другие — во Франции. Двигатели, собранные во Франции, подпадали под изначально строгое экспортное соглашение, что означало, что ядро GE собиралось в США, затем отправлялось на завод Snecma во Франции, где оно помещалось в запертую комнату, в которую не допускался даже президент Snecma. Компоненты Snecma (носовая и кормовая части двигателя) приносились в комнату, сотрудники GE монтировали их на ядро, а затем собранный двигатель вывозился для завершения. [15]
Первый завершенный двигатель CFM56 впервые был запущен на заводе GE в июне 1974 года, а второй — в октябре 1974 года. Затем второй двигатель был отправлен во Францию и впервые запущен там 13 декабря 1974 года. Эти первые двигатели считались «серийным оборудованием», а не испытательными образцами, и были обозначены как CFM56-2, первый вариант CFM56. [14]
Двигатель впервые поднялся в воздух в феврале 1977 года, когда он заменил один из четырех двигателей Pratt & Whitney JT8D на McDonnell Douglas YC-15 , участнике конкурса Advanced Medium STOL Transport (AMST) ВВС . [16] Вскоре после этого второй CFM56 был установлен на Sud Aviation Caravelle в летно-испытательном центре Snecma во Франции. Этот двигатель имел немного другую конфигурацию с длинным перепускным каналом и смешанным потоком выхлопных газов, [nb 1] вместо короткого перепускного канала с несмешанным потоком выхлопных газов. [nb 2] Он был первым, включавшим «систему управления тягой». [17]
После нескольких лет испытаний двигателя, как в воздухе, так и на земле, CFMI искала клиентов за пределами возможного контракта AMST. Основными целями были контракты на ремоторизацию для авиалайнеров Douglas DC-8 и Boeing 707 , включая связанный с ними военный танкер KC-135 Stratotanker . Первоначально интерес к двигателю был невелик, но Boeing поняла, что CFM56 может стать решением для предстоящих норм по шуму. [2] После объявления о том, что 707 будет сконфигурирован с двигателем CFM56 для летных испытаний в 1977 году, Boeing официально предложила 707-320 с двигателем CFM56 в качестве опции в 1978 году. Новый вариант был указан как 707-700. [18] Из-за ограниченного интереса со стороны авиакомпаний к ремоторизованному 707, Boeing завершила программу 707-700 в 1980 году, не продав ни одного самолета. [19] Несмотря на отсутствие продаж, наличие коммерческого 707 с двигателем CFM56 помогло повысить конкурентоспособность двигателя для контракта на ремоторизацию KC-135. [20]
Победа в тендере на переоснащение танкеров KC-135 для ВВС США стала бы огромным благом для проекта CFM56 (более 600 самолетов были доступны для переоснащения), и CFMI настойчиво преследовала эту цель, как только в 1977 году был объявлен запрос предложений (RFP). Как и в других аспектах программы, международная политика сыграла свою роль в этом контракте. В попытках повысить шансы CFM56 по сравнению с его конкурентами, Pratt & Whitney TF33 и обновленным Pratt & Whitney JT8D , французское правительство объявило в 1978 году, что они модернизируют свои 11 KC-135 с помощью CFM56, обеспечив один из первых заказов на двигатель. [21]
ВВС США объявили CFM56 победителем контракта на ремоторизацию в январе 1980 года. Чиновники заявили, что они были взволнованы перспективой замены двигателей Pratt & Whitney J57 , которые в то время использовались на самолете KC-135A, назвав их «...самой шумной, грязной [и] самой неэффективной силовой установкой, которая все еще летала» в то время. [22] Ремоторизованный самолет получил обозначение KC-135R. CFM56 принес много преимуществ KC-135, сократив взлетную дистанцию на целых 3500 футов (1100 м), уменьшив общий расход топлива на 25%, значительно снизив шум (на 24 дБ ниже) и снизив общую стоимость жизненного цикла. Учитывая эти преимущества, ВМС США выбрали CFM56-2 для своего варианта Boeing 707, E-6 Mercury , в 1982 году. [20] В 1984 году Королевские ВВС Саудовской Аравии выбрали CFM56-2 для своего самолета E-3 Sentry (также связанного с планером 707 ). E-3 с двигателем CFM56-2 также стал стандартной конфигурацией для самолетов, закупленных британцами и французами. [3]
К концу 1970-х годов авиакомпании рассматривали возможность модернизации своих устаревших самолетов Douglas DC-8 в качестве альтернативы покупке новых, более тихих и эффективных самолетов. После французского заказа KC-135 в 1978 году, решение United Airlines от апреля 1979 года модернизировать 30 своих самолетов DC-8-61 с помощью CFM56-2 было важным для обеспечения разработки CFM56; [23] GE и Snecma были бы в двух неделях от заморозки разработки, если бы этот заказ не материализовался. [2] Это решение ознаменовало первую коммерческую покупку (а не правительственную/военную) двигателя, и Delta Air Lines и Flying Tiger Line вскоре последовали их примеру, обеспечив CFM56 прочную опору как на военном, так и на коммерческом рынке. [3]
В начале 1980-х годов Boeing выбрал CFM56-3 исключительно для оснащения варианта Boeing 737-300 . Крылья 737 были ближе к земле, чем предыдущие применения для CFM56, что потребовало нескольких модификаций двигателя. Диаметр вентилятора был уменьшен, что уменьшило степень двухконтурности, а коробка передач вспомогательных агрегатов двигателя была перемещена из нижней части двигателя (положение 6 часов) в положение 9 часов, придав гондоле двигателя ее характерную плоскодонную форму. Общая тяга также была уменьшена с 24 000 до 20 000 фунтов силы (107 до 89 кН), в основном из-за уменьшения степени двухконтурности. [24]
С момента небольшого первоначального заказа на двадцать самолетов 737-300, разделенного между двумя авиакомпаниями, [3] к апрелю 2010 года было поставлено более 5000 самолетов Boeing 737 с турбовентиляторными двигателями CFM56. [25]
В 1998 году CFMI запустила программу разработки и демонстрации «Tech56» для создания двигателя для нового узкофюзеляжного самолета, который, как ожидалось, будут строить Airbus и Boeing. Программа была сосредоточена на разработке большого количества новых технологий для теоретического будущего двигателя, не обязательно создавая совершенно новую конструкцию. [26] [27] Когда стало ясно, что Boeing и Airbus не собираются строить совершенно новые самолеты для замены 737 и A320, CFMI решила применить некоторые из этих технологий Tech56 к CFM56 в форме программы «Tech Insertion», которая была сосредоточена на трех областях: топливная эффективность , расходы на техническое обслуживание и выбросы. Запущенный в 2004 году, пакет включал переработанные лопатки компрессора высокого давления, улучшенную камеру сгорания и улучшенные компоненты турбины высокого и низкого давления [28] [29] , что привело к лучшей топливной эффективности и снижению выбросов оксидов азота (NO x ). Новые компоненты также уменьшили износ двигателя, снизив расходы на техническое обслуживание примерно на 5%. Двигатели поступили в эксплуатацию в 2007 году, и все новые двигатели CFM56-5B и CFM56-7B строятся с компонентами Tech Insertion. CFMI также предлагает компоненты в качестве комплекта для модернизации существующих двигателей. [28]
В 2009 году CFMI объявила о последней модернизации двигателя CFM56, «CFM56-7B Evolution» или CFM56-7BE. Эта модернизация, анонсированная с улучшениями для Boeing 737 Next Generation, дополнительно улучшает турбины высокого и низкого давления с лучшей аэродинамикой, а также улучшает охлаждение двигателя и направлена на сокращение общего количества деталей. [30] CFMI ожидала, что изменения приведут к 4%-ному сокращению расходов на техническое обслуживание и 1%-ному улучшению расхода топлива (улучшение на 2% с учетом изменений планера для нового 737); летные и наземные испытания, завершенные в мае 2010 года, показали, что улучшение сжигания топлива было лучше ожидаемого и составило 1,6%. [31] После 450 часов испытаний двигатель CFM56-7BE был сертифицирован FAA и EASA 30 июля 2010 года [32] и поставлялся с середины 2011 года.
Двигатель CFM56-5B/3 PIP (Performance Improvement Package) включает в себя эти новые технологии и аппаратные изменения для снижения расхода топлива и снижения затрат на техническое обслуживание. Airbus A320 должны были использовать эту версию двигателя, начиная с конца 2011 года. [33]
LEAP — это новая конструкция двигателя, основанная на серии CFM56 и разработанная для ее замены, с экономией эффективности 16% за счет использования большего количества композитных материалов и достижения более высоких степеней двухконтурности более 10:1. LEAP был введен в эксплуатацию в 2016 году. [ 34]
По состоянию на июнь 2016 года CFM56 является наиболее используемым турбовентиляторным двигателем с высокой степенью двухконтурности . Он налетал более 800 миллионов часов, и при скорости полета в один миллион часов каждые восемь дней ожидается, что к 2020 году он достигнет одного миллиарда часов полета. У него более 550 операторов, и в любой момент времени в воздухе находится более 2400 реактивных самолетов с двигателем CFM56. Он известен своей надежностью : его среднее время нахождения на крыле составляет 30 000 часов до первого посещения магазина , а текущий рекорд парка составляет 50 000 часов. [35]
По состоянию на июль 2016 года было построено 30 000 двигателей: 9 860 двигателей CFM56-5 для Airbus A320ceo и A340 -200/300 и более 17 300 двигателей CFM56-3/-7B для Boeing 737 Classic и 737NG . В июле 2016 года у CFM было 3 000 двигателей в портфеле заказов. [36] Lufthansa , стартовый заказчик A340 с двигателем CFM56-5C, имеет двигатель с более чем 100 000 часов полета, введенный в коммерческую эксплуатацию 16 ноября 1993 года, с тех пор прошедший капитальный ремонт четыре раза. [37] В 2016 году CFM поставила 1665 CFM56 и получила 876 заказов, она планирует производить запасные части CFM56 до 2045 года. [38]
К октябрю 2017 года CFM поставила более 31 000 двигателей, и 24 000 из них находились в эксплуатации у 560 операторов. Компания достигла 500 миллионов летных циклов и 900 миллионов летных часов, включая более 170 миллионов циклов и 300 миллионов часов с 1998 года для B737NG -7B и более 100 миллионов циклов и 180 миллионов часов для A320ceo -5B с 1996 года. [39] К июню 2018 года было поставлено 32 645 двигателей. [1] Высокий спрос продлит производство до 2020 года по сравнению с 2019 годом. [40]
Запас температуры выхлопных газов снижается по мере использования. Один или два визита в мастерскую по восстановлению производительности, стоимостью 0,3–0,6 млн долл. США для серии -5, могут быть выполнены до снятия двигателя с крыла, что может восстановить от 60% до 80% первоначального запаса. После восстановления детали с ограниченным сроком службы должны быть заменены после: 20 000 циклов для горячей секции (0,5 млн долл. США), 25 000 для осевого компрессора и 30 000 для вентилятора и усилителя (0,5–0,7 млн долл. США) для недавнего CFM56. Стоимость целых деталей двигателя составляет более 3 млн долл. США, от 3,5 до 4 млн долл. США с учетом часов работы мастерской, около 150 долл. США за цикл. [41]
К июню 2019 года флот CFM56 превысил отметку в один миллиард часов налета двигателей (почти 115 000 лет), перевезя более 35 миллиардов человек, совершив более восьми миллионов кругосветных путешествий. [42]
Производство CFM56 будет прекращено, поскольку последний двигатель 737NG был поставлен в 2019 году, а последний двигатель A320ceo будет поставлен в мае 2020 года. Производство будет продолжаться на низких уровнях для военных самолетов 737 и запасных двигателей и завершится около 2024 года. [43]
Стоимость единицы товара: 10 миллионов долларов США (цена по прейскуранту) [44]
CFM56 — это турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности (большая часть воздуха, разгоняемого вентилятором, обходит ядро двигателя и выбрасывается из корпуса вентилятора) с несколькими вариантами, имеющими степень двухконтурности от 5:1 до 6:1, что обеспечивает тягу от 18 500 до 34 000 фунтов силы (от 80 кН до 150 кН). Варианты имеют общую конструкцию и отличаются только деталями. CFM56 — это двухвальный (или двухкаскадный) двигатель, что означает наличие двух вращающихся вала, одного высокого давления и одного низкого давления. Каждый из них приводится в действие собственной турбинной секцией (турбины высокого и низкого давления соответственно). Вентилятор и усилитель (компрессор низкого давления) развивались в ходе различных итераций двигателя, как и компрессор, камера сгорания и турбинные секции. [3]
Большинство вариантов CFM56 имеют однокольцевую камеру сгорания . Кольцевая камера сгорания представляет собой непрерывное кольцо, в котором топливо впрыскивается в поток воздуха и воспламеняется, повышая давление и температуру потока. Это контрастирует с камерой сгорания с канюлей , в которой каждая камера сгорания отделена, и камерой сгорания с канюлями, которая является гибридом этих двух. Впрыск топлива регулируется гидромеханическим блоком (HMU), созданным Honeywell . Он регулирует количество топлива, подаваемого в двигатель, с помощью электрогидравлического сервоклапана , который, в свою очередь, управляет клапаном дозирования топлива, который предоставляет информацию цифровому контроллеру двигателя с полным контролем ( FADEC ). [45]
В 1989 году CFMI начала работу над новой двухкольцевой камерой сгорания. Вместо одной зоны сгорания двухкольцевая камера сгорания имеет вторую зону сгорания, которая используется при высоких уровнях тяги. Такая конструкция снижает выбросы как оксидов азота (NO x ), так и диоксида углерода (CO 2 ). Первый двигатель CFM56 с двухкольцевой камерой сгорания поступил в эксплуатацию в 1995 году, и эта камера сгорания используется в вариантах CFM56-5B и CFM56-7B с суффиксом "/2" на их заводских табличках. [46]
GE начала разрабатывать и испытывать новый тип камеры сгорания под названием Twin Annular Premixing Swirler, или «TAPS», во время программы Tech 56. [27] Эта конструкция похожа на двухкольцевую камеру сгорания тем, что она имеет две зоны сгорания; эта камера сгорания «закручивает» поток, создавая идеальную топливно-воздушную смесь. Это отличие позволяет камере сгорания генерировать гораздо меньше NO x, чем другие камеры сгорания. Испытания на двигателе CFM56-7B продемонстрировали улучшение на 46% по сравнению с однокольцевыми камерами сгорания и на 22% по сравнению с двухкольцевыми камерами сгорания. [47] Аналитические инструменты, разработанные для TAPS, также использовались для улучшения других камер сгорания, в частности, однокольцевых камер сгорания в некоторых двигателях CFM56-5B и -7B. [48]
Компрессор высокого давления (HPC), который был в центре первоначального спора об экспорте, имеет девять ступеней во всех вариантах CFM56. Ступени компрессора были разработаны на основе «GE 1/9 core » компании GE (а именно однотурбинной конструкции с девятью ступенями компрессора), которая была спроектирована в компактном роторе с основным сердечником. Небольшой размах радиуса компрессора означал, что весь двигатель мог быть легче и меньше, поскольку вспомогательные узлы в системе ( подшипники , системы смазки ) могли быть объединены с основной системой заправки, работающей на авиационном топливе. [2] По мере развития конструкции конструкция HPC улучшалась за счет улучшения конструкции аэродинамического профиля. В рамках программы усовершенствования Tech-56 CFMI испытала новую модель CFM-56 с шестиступенчатыми ступенями компрессора высокого давления (дисками, составляющими систему компрессора), которая была разработана для обеспечения тех же отношений давления (коэффициент усиления давления 30), что и старая конструкция девятиступенчатого компрессора. Новый процессор не полностью заменил старый, но он предлагал модернизацию в области высокопроизводительных вычислений благодаря улучшенной динамике лопастей в рамках их плана управления «Tech Insertion» с 2007 года. [27] [49] [50]
В начале разработки CFMI испытывал как смешанную, так и несмешанную конструкцию выхлопа; [3] большинство вариантов двигателя имеют несмешанное выхлопное сопло. [nb 2] Только высокомощный CFM56-5C, разработанный для Airbus A340, имеет смешанное выхлопное сопло. [nb 1] [51]
GE и Snecma также протестировали эффективность шевронов по снижению шума реактивной струи. [nb 3] [52] После изучения конфигураций в аэродинамической трубе , CFMI решила провести летные испытания шевронов, встроенных в выхлопное сопло основного двигателя. Шевроны снизили шум реактивной струи на 1,3 децибела воспринимаемой громкости во время взлета и теперь предлагаются в качестве опции с CFM56 для Airbus A321 . [53]
CFM56 оснащен одноступенчатым вентилятором, а большинство вариантов имеют трехступенчатый усилитель на валу низкого давления, [примечание 4] с четырьмя ступенями в вариантах -5B и -5C. [54] Усилитель также обычно называют «компрессором низкого давления» (LPC), поскольку он является частью катушки низкого давления и продолжает сжатие воздуха, выполняемое внутренней частью вентилятора, прежде чем он достигнет компрессора высокого давления. Первоначальный вариант CFM56-2 имел 44 лопатки вентилятора с защитным кожухом, [55] [примечание 5] хотя количество лопаток вентилятора было уменьшено в более поздних вариантах по мере развития технологии лопаток с широкой хордой, до 22 лопаток в варианте CFM56-7. [56]
Вентилятор CFM56 оснащен лопастями вентилятора в форме ласточкина хвоста , что позволяет заменять их без демонтажа всего двигателя, и GE/Snecma утверждают, что CFM56 был первым двигателем, имеющим такую возможность. Этот метод крепления полезен в случаях, когда требуется ремонт или замена только нескольких лопастей вентилятора, например, после столкновений с птицами . [57]
Диаметр вентилятора различается в зависимости от модели CFM56, и это изменение напрямую влияет на производительность двигателя. Например, вал низкого давления вращается с одинаковой скоростью как для моделей CFM56-2, так и для CFM56-3; диаметр вентилятора меньше на -3, что снижает скорость кончика лопастей вентилятора. Более низкая скорость позволяет лопастям вентилятора работать более эффективно (на 5,5% больше в этом случае), что повышает общую топливную эффективность двигателя (улучшая удельный расход топлива почти на 3%). [24]
.jpg/1280px-F-GTAR_Air_France_(3698209485).jpg)
CFM56 разработан для поддержки нескольких систем реверса тяги , которые помогают замедлить и остановить самолет после посадки. Варианты, созданные для Boeing 737, CFM56-3 и CFM56-7, используют каскадный тип реверса тяги. Этот тип реверса тяги состоит из рукавов, которые сдвигаются назад, чтобы обнажить сетчатые каскады и блокировочные двери, которые блокируют поток воздуха по обходу. Заблокированный воздух по обходу проталкивается через каскады, уменьшая тягу двигателя и замедляя самолет. [58]
CFM56 также поддерживает реверсоры тяги типа поворотной двери. Этот тип используется в двигателях CFM56-5, которые установлены на многих самолетах Airbus, таких как Airbus A320. Они работают, приводя в действие дверь, которая поворачивается вниз в обходной канал, одновременно блокируя обходной воздух и отклоняя поток наружу, создавая обратную тягу. [59]
_Boeing_737-838_(WL)_at_the_Canberra_Airport_open_day_(5).jpg/1280px-CFM_International_CFM56-7B26_fitted_to_Qantas_(VH-VZY)_Boeing_737-838_(WL)_at_the_Canberra_Airport_open_day_(5).jpg)
Все варианты CFM56 оснащены одноступенчатой турбиной высокого давления (ТВД). В некоторых вариантах лопатки ТВД «выращены» из монокристаллического суперсплава, что обеспечивает им высокую прочность и сопротивление ползучести . Турбина низкого давления (ТНД) имеет четыре ступени в большинстве вариантов двигателя, но CFM56-5C имеет пятиступенчатую ТНД. Это изменение было реализовано для привода большего вентилятора в этом варианте. [51] Улучшения в секции турбины были рассмотрены в ходе программы Tech56, и одной из разработок была аэродинамически оптимизированная конструкция лопаток турбины низкого давления, которая использовала бы на 20% меньше лопаток для всей турбины низкого давления, что снизило бы вес. Некоторые из этих улучшений Tech56 попали в пакет Tech Insertion, где была обновлена секция турбины. [27] Секция турбины была снова обновлена в обновлении «Evolution». [28] [31]
Ступени турбины высокого давления в CFM56 охлаждаются изнутри воздухом из компрессора высокого давления. Воздух проходит через внутренние каналы в каждой лопатке и выбрасывается на передней и задней кромках. [57]
.jpg/1280px-CFM56-2_-_Mus%C3%A9e_Safran_(cropped).jpg)
Серия CFM56-2 является исходным вариантом CFM56. Наиболее широко она используется в военных целях, где известна как F108; в частности, в самолетах KC-135 , E-6 Mercury и некоторых самолетах E-3 Sentry . CFM56-2 состоит из одноступенчатого вентилятора с 44 лопастями, трехступенчатого компрессора низкого давления, приводимого в действие четырехступенчатой турбиной низкого давления, и девятиступенчатого компрессора высокого давления, приводимого в действие одноступенчатой турбиной высокого давления. Камера сгорания кольцевая. [55]
Первая производная серии CFM56, CFM56-3, была разработана для серии Boeing 737 Classic (737-300/-400/-500) со статической тягой от 18 500 до 23 500 фунтов силы (от 82,3 до 105 кН). Производная от -2, двигатель -3 с «укороченным вентилятором», имеет меньший диаметр вентилятора в 60 дюймов (1,5 м), но сохраняет исходную базовую компоновку двигателя. Новый вентилятор был в первую очередь получен из турбовентиляторного двигателя GE CF6-80 , а не из CFM56-2, а усилитель был перепроектирован, чтобы соответствовать новому вентилятору. [24]
Значительной проблемой для этой серии было достижение дорожного просвета для двигателя, установленного на крыле. Это было преодолено путем уменьшения диаметра всасывающего вентилятора и перемещения коробки передач и других принадлежностей из-под двигателя по бокам. Получившееся в результате сплющенное дно гондолы и кромка впускного отверстия дали отличительный внешний вид Boeing 737 с двигателями CFM56. [60]
Серия CFM56-4 была предложенной улучшенной версией CFM56-2, разработанной для семейства самолетов Airbus A320 . Конкурируя с двигателем RJ500 , разрабатываемым Rolls-Royce, серия -4 была разработана для производства 25 000 фунтов силы (110 кН) и должна была иметь новый 68-дюймовый (1,73 м) вентилятор, новый компрессор низкого давления и полностью цифровой контроллер двигателя ( FADEC ). Вскоре после запуска проекта модернизации в 1984 году компания International Aero Engines предложила свой новый двигатель V2500 для A320. CFMI поняла, что CFM56-4 не идет ни в какое сравнение с новым двигателем, и отказалась от проекта, чтобы начать работу над серией CFM56-5. [2]
Серия CFM56-5 разработана для самолетов Airbus и имеет очень широкий диапазон тяги от 22 000 до 34 000 фунтов силы (от 97,9 до 151 кН). Она имеет три различных подварианта: CFM56-5A, CFM56-5B и CFM56-5C, [2] и отличается от своих собратьев, оснащенных Boeing 737 Classic, наличием FADEC и включением дальнейших усовершенствований аэродинамического дизайна.
Серия CFM56-5A является начальной серией CFM56-5, разработанной для самолетов Airbus A320 малой и средней дальности . Серия -5A, созданная на основе семейств CFM56-2 и CFM56-3, обеспечивает тягу от 22 000 до 26 500 фунтов силы (от 98 кН до 118 кН). Аэродинамические усовершенствования, такие как обновленный вентилятор, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления и камера сгорания, делают этот вариант на 10–11% более экономичным, чем его предшественники. [61] [62]
Усовершенствование серии CFM56-5A, изначально разработанной для самолетов A321. С диапазоном тяги от 22 000 до 33 000 фунтов силы (98 кН и 147 кН) она может использоваться во всех моделях семейства A320 (A318/A319/A320/A321) и заменила серию CFM56-5A. Среди изменений по сравнению с CFM56-5A — опция двухкольцевой камеры сгорания, которая снижает выбросы (особенно NOx ) , новый вентилятор в более длинном корпусе вентилятора и новый компрессор низкого давления с четвертой ступенью (по сравнению с тремя в более ранних вариантах). Это самый многочисленный двигатель, поставляемый Airbus. [54] [63]
С тягой от 31 200 до 34 000 фунтов силы (139 кН и 151 кН) серия CFM56-5C является самой мощной из семейства CFM56. Она установлена на дальнемагистральных авиалайнерах Airbus A340-200 и -300 и поступила в эксплуатацию в 1993 году. Основные изменения - более крупный вентилятор, пятая ступень турбины низкого давления и тот же четырехступенчатый компрессор низкого давления, что и в варианте -5B. [64]
В отличие от всех других вариантов CFM56, -5C имеет сопло смешанного выхлопа , [примечание 1] , которое обеспечивает немного более высокую эффективность . [51]
CFM56-7 впервые поднялся в воздух 21 апреля 1995 года. [65] Рассчитанный на диапазон взлетной тяги 19 500–27 300 фунтов силы (87–121 кН), он установлен на самолетах Boeing 737 Next Generation -600/-700/-800/-900 ; по сравнению с CFM56-3 он имеет большую долговечность, на 8% улучшенное сжигание топлива и на 15% сниженные расходы на техническое обслуживание. [66]
Улучшения обусловлены 61-дюймовым титановым вентилятором с широким хордовым сечением , новым сердечником, спроектированным с помощью 3D-аэродинамики, и турбиной низкого давления с монокристаллической турбиной высокого давления и полнофункциональной цифровой системой управления двигателем (FADEC). [66] Количество лопастей вентилятора уменьшено с 36 (CFM56-5) до 24, и он включает в себя функции CFM56-5B, такие как двухкольцевая камера сгорания в качестве опции.
Менее чем через два года после ввода в эксплуатацию, Next-Generation 737 получил 180-минутный сертификат Extended range twin engine Operations (ETOPS) от Федерального управления гражданской авиации США (FAA). Он также установлен на военных версиях Boeing 737: Airborne Early Warning & Control , C-40 Clipper transport и P-8 Poseidon Maritime Aircraft. [66]
После катастрофы рейса 1380 авиакомпании Southwest Airlines FAA потребовало от Boeing перепроектировать гондолу и воздухозаборник варианта 7B в соответствии с применимыми правилами Части 25. [67] Предлагаемое правило должно принимать комментарии до 26 января 2024 года . Правило потребует от авиакомпаний внести соответствующие изменения до 31 июля 2028 года. [68]
У CFM56 частота остановок в полете составляет 1 инцидент на 333 333 часа. [69] Рекордное время налета до первого посещения мастерской составляло 30 000 часов в 1996 году, [69] 40 729 часов в 2003 году [70] и 50 000 часов в 2016 году. [35]
В начале эксплуатации семейства CFM56 было несколько отказов двигателей, которые были достаточно серьезными, чтобы либо приземлить флот, либо потребовать перепроектирования некоторых аспектов двигателя. Двигатели также периодически страдали от событий нестабильности тяги, предположительно связанных с гидромеханическим блоком Honeywell.
Зафиксировано несколько случаев возгорания двигателей CFM56 в условиях сильного дождя и/или града, начиная с раннего периода эксплуатации CFM56. В 1987 году произошел двойной срыв пламени в условиях града (пилотам удалось повторно зажечь двигатели), за которым последовал инцидент с рейсом TACA Flight 110 в 1988 году. Оба двигателя CFM56 на TACA 737 загорелись во время прохождения через град и сильный дождь, и экипаж был вынужден приземлиться без двигателей на травянистой дамбе недалеко от Нового Орлеана, штат Луизиана. CFMI модифицировала двигатели, добавив датчик, чтобы заставить камеру сгорания непрерывно зажигаться в этих условиях. [2]
В 2002 году самолету Garuda Indonesia Flight 421 пришлось совершить вынужденную посадку в реку из-за вызванных градом срывов пламени двигателя, в результате чего погиб бортпроводник и десятки пассажиров получили ранения. До этой катастрофы было несколько других инцидентов с одним или двумя срывами пламени из-за этих погодных условий. После трех инцидентов в 1998 году CFMI внесла изменения в двигатель, чтобы улучшить его способность справляться с попаданием града. Основные изменения включали модификацию разделителя вентилятора/усилителя (что затрудняло попадание града в ядро двигателя) и использование эллиптического, а не конического кока на впуске. Эти изменения не предотвратили катастрофу 2002 года, и комиссия по расследованию обнаружила, что пилоты не следовали надлежащим процедурам при попытке перезапуска двигателя, что способствовало конечному результату. Были даны рекомендации по улучшению обучения пилотов тому, как справляться с этими условиями, а также по пересмотру процедур испытаний FAA на воздействие дождя и града. Никаких дальнейших модификаций двигателя не рекомендовалось. [71]
Одной из проблем, которая привела к авариям с двигателем CFM56-3C, был отказ лопаток вентилятора. Этот вид отказа привел к авиакатастрофе в Кегворте в 1989 году, в которой погибло 47 человек и 74 получили ранения. После отказа лопатки вентилятора пилоты по ошибке выключили не тот двигатель, в результате чего поврежденный двигатель полностью вышел из строя при включении питания для конечного этапа захода на посадку. После аварии в Кегворте двигатели CFM56, установленные на самолетах Dan-Air 737-400 и British Midland 737-400, пострадали от отказов лопаток вентилятора в аналогичных условиях; ни один из инцидентов не привел к аварии или травмам. [72] После второго инцидента флот 737-400 был приземлен.
В то время не было обязательным проводить летные испытания новых вариантов существующих двигателей, а сертификационные испытания не смогли выявить режимы вибрации, которые вентилятор испытывал во время регулярно выполняемых подъемов мощности на большой высоте. Анализ показал, что вентилятор подвергался многоцикловым усталостным напряжениям, худшим, чем ожидалось, а также более серьезным, чем при испытаниях для сертификации; эти более высокие напряжения привели к разрушению лопасти. Менее чем через месяц после заземления флоту разрешили возобновить работу после того, как лопасти вентилятора и диск вентилятора были заменены, а электронное управление двигателем было изменено для снижения максимальной тяги двигателя до 22 000 фунтов силы (98 кН) с 23 500 фунтов силы (105 кН). [73] Модернизированные лопасти вентилятора были установлены на всех двигателях CFM56-3C1 и CFM56-3B2, включая более 1800 двигателей, которые уже были поставлены клиентам. [2]
В августе 2016 года рейс 3472 авиакомпании Southwest Airlines потерпел неудачу из-за поломки лопасти вентилятора, но позже приземлился без дальнейших инцидентов. Хотя самолет получил существенные повреждения, пострадавших не было. [74]
17 апреля 2018 года рейс 1380 авиакомпании Southwest Airlines пострадал от того, что, по-видимому, было поломкой лопасти вентилятора, обломки которого пробили окно. Boeing 737-700 благополучно приземлился, но один пассажир погиб, а несколько получили ранения. [75] [76]
Авиакомпании сообщили о 32 случаях внезапной нестабильности тяги в разных точках полета, включая высокие настройки тяги во время набора высоты. Проблема существует уже давно. В 1998 году два пилота 737 сообщили, что их двигатели внезапно увеличили дроссельную заслонку до полной тяги во время полета. Совсем недавно расследование привело к предварительному выводу, что проблема возникает в гидромеханическом блоке и может включать неприемлемый уровень загрязнения топлива (водой или твердыми частицами, включая биоразлагаемые материалы, которые создают твердые частицы в топливе) или чрезмерное использование биоцидов для снижения роста бактерий. Boeing сообщил Aviation Week and Space Technology , что CFM International пересмотрела свое программное обеспечение FADEC . Новое программное обеспечение «... 'сокращает продолжительность и степень событий нестабильности тяги' путем циклического переключения клапана контроля топлива (FMV) и EHSV (электрогидравлического сервоклапана) для очистки катушки EHSV». Это исправление программного обеспечения не предназначено для окончательного решения проблемы; CFM заявила, что никаких дальнейших сообщений не поступало после внесения этого изменения. [77]
По данным Bloomberg , европейские авиационные регуляторы установили, что лондонская компания AOG Technics, контрольный пакет акций которой принадлежит Хосе Саморе Ирале, чье гражданство в некоторых формах указано как британское, а в других — как венесуэльское, поставляла детали неизвестного происхождения и поддельные документы для ремонта некоторых самолетов CFM56. [78] [79]
Сопутствующее развитие
Сравнимые двигатели
Связанные списки
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )