Серия CFM International CFM56 (военное обозначение США F108 ) представляет собой франко-американское семейство турбовентиляторных авиационных двигателей с высоким двухконтурным функционированием, производимое CFM International (CFMI), с диапазоном тяги от 18 500 до 34 000 фунтов силы (от 82 до 150 кН ). CFMI — это совместная компания Safran Aircraft Engines (ранее известная как Snecma) из Франции и GE Aerospace (GE) из США, в которой доля 50–50 процентов. 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 итальянскими компаниями Avio и Honeywell из США. Обе компании имеют собственную линию окончательной сборки: GE в Эвендейле, штат Огайо , и Safran в Вильяроше , Франция. Первоначально этот двигатель продавался крайне медленно, но со временем стал наиболее часто используемым турбовентиляторным авиационным двигателем в мире.
Впервые CFM56 был запущен в 1974 году. К апрелю 1979 года совместное предприятие не получило ни одного заказа за пять лет, и до его роспуска оставалось две недели. Программа была спасена, когда Delta Air Lines , United Airlines и Flying Tigers выбрали CFM56 для модернизации своего самолета Douglas DC-8 в рамках программы Super 70 . Первые двигатели поступили на вооружение в 1982 году. Позже CFM56 был выбран для модернизации двигателя Boeing 737 . Первоначально компания Boeing ожидала, что программа (позже получившая название Boeing 737 Classic ) будет продаваться скромно, но более тихий и экономичный CFM56 привел к резкому росту продаж.
В 1987 году конкурирующий двигатель IAE V2500 для A320, который обогнал CFM56 в первых продажах A320, столкнулся с техническими проблемами, в результате чего многие клиенты перешли на CFM56. Тем не менее, у CFM56 были свои проблемы: на ранних этапах эксплуатации произошло несколько инцидентов с отказом лопастей вентилятора , в том числе один отказ, ставший причиной авиакатастрофы в Кегворте , а у некоторых вариантов двигателей возникли проблемы, вызванные полетом под дождем и градом. Обе эти проблемы были решены с помощью модификаций 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 (ныне Safran), которая ранее в основном производила военные двигатели, была первой компанией, которая попыталась выйти на рынок, ища партнера с коммерческим опытом для проектирования и производства двигателей этого класса. Они рассматривали Pratt & Whitney , Rolls-Royce и GE Aviation в качестве потенциальных партнеров, и после того, как два руководителя компании, Герхард Нейман из GE и Рене Раво из Snecma, представились на Парижском авиасалоне 1971 года , решение было принято. Обе компании увидели в сотрудничестве взаимную выгоду и встретились еще несколько раз, чтобы конкретизировать основы совместного проекта. [2]
В то время Pratt & Whitney доминировала на коммерческом рынке. Компания GE нуждалась в двигателе этого рыночного класса, и Snecma уже имела опыт работы с ними, участвуя в производстве турбовентиляторного двигателя CF6-50 для Airbus A300 . [3] Pratt & Whitney рассматривала 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 решала финансовые проблемы, которые не позволяли им начинать новые проекты; эта ситуация позволила GE получить титул лучшего партнера программы. [2]
Основная причина интереса GE к сотрудничеству, а не к созданию 10-тонного двигателя самостоятельно, заключалась в том, что проект Snecma был единственным источником средств на разработку двигателя этого класса в то время. Первоначально GE рассматривала возможность использования только технологии своего двигателя CF6, а не гораздо более совершенного двигателя F101 , разработанного для сверхзвукового бомбардировщика B-1 Lancer . Компания столкнулась с дилеммой, когда ВВС США (USAF) объявили в 1972 году о своем проекте Advanced Medium STOL Transport (AMST), который включал финансирование разработки 10-тонного двигателя – либо создание «ограниченной» технологии 10 -тонный двигатель со Snecma, или аналогичный двигатель с "продвинутой" технологией самостоятельно. Обеспокоенная тем, что в портфеле компании останется только «ограниченный» двигатель, если она не выиграет контракт с ВВС (за который она конкурировала с Pratt & Whitney и подразделением General Motors с ее «усовершенствованным» двигателем), GE решила подать заявку на экспортную лицензию на базовую технологию F101. [4]
GE подала заявку на экспортную лицензию в 1972 году в качестве 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 частью стратегической системы национальной обороны (бомбардировщик B-1), она была построена при финансировании Министерства обороны , и что экспорт технологии во Францию ограничит количество американских рабочих на этом проекте. [5] Официальное решение было принято в Меморандуме о решениях по национальной безопасности, подписанном советником по национальной безопасности Генри Киссинджером 19 сентября 1972 года. [6]
Хотя в качестве основания для отказа были названы соображения национальной безопасности, политика также сыграла важную роль. Проект и связанный с ним экспортный вопрос считались настолько важными, что президент Франции Жорж Помпиду в 1971 году обратился напрямую к президенту США Ричарду Никсону с просьбой одобрить сделку, а Генри Киссинджер поднял этот вопрос с президентом Помпиду на встрече в 1972 году. Сообщается, что GE на самом высоком уровне утверждала, что иметь половину рынка лучше, чем не иметь его вообще, что, по их мнению, и произойдет, если Snecma будет разрабатывать двигатель самостоятельно, без участия GE. Представители администрации Никсона опасались, что этот проект может стать началом конца американского лидерства в аэрокосмической отрасли. [7]
Было также предположение, что отказ мог быть отчасти ответом на участие Франции в убеждении Швейцарии не приобретать самолет LTV A-7 Corsair II американского производства , который конкурировал с французской разработкой [7] Dassault Milan. . В конце концов, швейцарцы не закупили ни один самолет, отдав предпочтение Northrop F-5 E Tiger II. [8]
Несмотря на отказ в экспортной лицензии, и французы, и GE продолжали настаивать на том, чтобы администрация Никсона получила разрешение на экспорт технологии F101. Усилия продолжались в течение нескольких месяцев после отказа, кульминацией которых стало то, что двигатель стал темой повестки дня встречи президентов Никсона и Помпиду в Рейкьявике в 1973 году . Обсуждения на этой встрече привели к соглашению, которое позволило продолжить разработку CFM56. В современных сообщениях говорится, что соглашение было основано на гарантиях того, что ядро двигателя, часть, которую GE разработала на базе военного F101, будет построена в США, а затем перевезена во Францию, чтобы защитить чувствительные технологии. [9] Совместное предприятие также согласилось выплатить США гонорар в размере 80 миллионов долларов США (из расчета 20 000 долларов США за каждый двигатель, который, как ожидается, будет построен) в качестве компенсации 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 тарифы на американские самолеты, импортируемые в Европу. [10]
Урегулировав вопрос экспорта, GE и Snecma завершили соглашение, в результате которого была создана CFM International (CFMI), совместная компания с долевым участием 50 на 50, которая будет 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, а «M56» — это название оригинального предложения двигателя Snecma. [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. На CFMI была возложена ответственность за повседневное принятие решений по проекту, в то время как важные решения (например, разработка нового варианта) требовали одобрения руководства GE и Snecma. [3]
Совет директоров CFMI в настоящее время разделен поровну между Snecma и GE (по пять членов в каждой). Есть два вице-президента, по одному от каждой компании, которые поддерживают президента CFMI. Президента, как правило, выбирают из Snecma, и он заседает 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 первоначальное проектирование интеграции планера, в основном за проектирование гондолы , и первоначально отвечала за коробку передач , но передала эту работу GE, когда стало очевидно, что для GE будет более эффективно собрать этот компонент. вместе с другими их частями. [14]
Разработка CFM56 началась еще до официального создания CFMI. Хотя работа шла гладко, международное соглашение привело к созданию уникальных условий труда. Например, обе компании имели сборочные линии, некоторые двигатели собирались и испытывались в США, а другие — во Франции. Двигатели, собранные во Франции, изначально подпадали под действие строгого экспортного соглашения, что означало, что ядро GE было построено в США, а затем отправлено на завод Snecma во Франции, где оно было помещено в запертое помещение, куда не допускался даже президент Snecma. . Компоненты Snecma (передняя и кормовая части двигателя) были привезены в помещение, сотрудники GE смонтировали их к активной зоне, а затем собранный двигатель вывезли на доработку. [15]
Первый законченный 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 был запущен там 13 декабря 1974 года. Эти первые двигатели считались «серийным оборудованием», а не испытательным. примеры 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 , участвовавшем в конкурсе ВВС по усовершенствованному среднему транспортному средству взлета и посадки (AMST). [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] , а не коротким перепускным каналом с несмешанным потоком выхлопных газов. [nb 2] Он был первым, в котором была реализована «система управления тягой». [17]
После нескольких лет испытаний двигателя как в воздухе, так и на земле, CFMI начала поиск заказчиков за пределами возможного контракта AMST. Основными целями были контракты на модернизацию двигателей авиалайнеров Douglas DC-8 и Boeing 707 , включая соответствующий военный танкер KC-135 Stratotanker . Первоначально к двигателю не было особого интереса, но в Boeing поняли, что CFM56 может стать решением будущих норм по шуму. [2] После объявления о том, что 707 будет оснащен двигателем CFM56 для летных испытаний в 1977 году, компания Boeing официально предложила 707-320 с двигателем CFM56 в качестве опции в 1978 году. Новый вариант значился как 707-700. [18] Из-за ограниченного интереса авиакомпаний к модернизированному 707, Boeing прекратил программу 707-700 в 1980 году, не продав ни одного самолета. [19] Несмотря на отсутствие продаж, наличие коммерческого 707-го с CFM56 способствовало повышению конкурентоспособности двигателя для контракта на модернизацию двигателя KC-135. [20]
Победа в контракте на модернизацию танкерного парка KC-135 для ВВС США стала бы огромным благом для проекта CFM56 (более 600 самолетов доступны для модернизации), и CFMI настойчиво преследовала эту цель, как только поступил запрос на Предложения (RFP) были объявлены в 1977 году. Как и другие аспекты программы, в этом контракте свою роль сыграла международная политика. Стремясь 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, предоставив один из первых заказов на двигатель. [21]
В январе 1980 года ВВС США объявили CFM56 победителем контракта на модернизацию двигателя. Официальные лица указали, что они были воодушевлены перспективой замены двигателей Pratt & Whitney J57, которые в настоящее время используются на самолетах KC-135A, назвав их «... самая шумная, самая грязная и [и] самая неэффективная по расходу топлива силовая установка, которая все еще летала» в то время. [22] Самолет с модернизированным двигателем получил обозначение KC-135R. CFM56 принес KC-135 множество преимуществ, уменьшив взлетную дистанцию на целых 3500 футов (1100 м), уменьшив общий расход топлива на 25%, значительно уменьшив шум (на 24 дБ ниже) и снизив общую стоимость жизненного цикла. Помня об этих преимуществах, ВМС США выбрали CFM56-2 для установки на свой вариант Боинга 707, E-6 Mercury , в 1982 году. [20] В 1984 году Королевские ВВС Саудовской Аравии выбрали CFM56-2 в качестве двигателя. их самолет E-3 Sentry (также относящийся к планеру 707 ). E-3 с двигателем CFM56-2 также стал стандартной конфигурацией для самолетов, закупаемых Великобританией и Францией. [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 на KC-135 в 1978 году решение United Airlines в апреле 1979 года модернизировать 30 своих самолетов DC-8-61 с помощью CFM56-2 было важно для обеспечения разработки CFM56; [23] GE и Snecma находились бы в двух неделях от остановки разработки, если бы этот приказ не был реализован. [2] Это решение ознаменовало первую коммерческую закупку двигателя (а не правительством/военными), и компании Delta Air Lines и Flying Tiger Line вскоре последовали этому примеру, обеспечив CFM56 прочную позицию как на военном, так и на коммерческом рынке. [3]
В начале 1980-х годов компания Boeing выбрала двигатель CFM56-3 исключительно для варианта Boeing 737-300 . Крылья 737 были ближе к земле, чем у предыдущих моделей CFM56, что потребовало нескольких модификаций двигателя. Диаметр вентилятора был уменьшен, что уменьшило степень двухконтурности, а коробку передач вспомогательных агрегатов двигателя переместили из нижней части двигателя (положение «6 часов») в положение «9 часов», что придало гондоле двигателя характерную плоскодонную форму. форма. Общая тяга также была уменьшена с 24 000 до 20 000 фунтов силы (от 107 до 89 кН), в основном из-за уменьшения степени двухконтурности. [24]
Поскольку небольшой первоначальный заказ на запуск двадцати самолетов 737-300 был разделен 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 по созданию двигателя для нового узкофюзеляжного самолета, который, как ожидалось, будут строить Airbus и Boeing. Программа была сосредоточена на разработке большого количества новых технологий для теоретического двигателя будущего, 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 «Tech Insertion». Программа, которая сосредоточена на трех областях: топливная экономичность , затраты на техническое обслуживание и выбросы. Запущенный в 2004 году пакет включал модернизированные лопатки компрессора высокого давления, улучшенную камеру сгорания, а также усовершенствованные компоненты турбины высокого и низкого давления [28] [29] , что привело к повышению топливной эффективности и снижению выбросов оксидов азота (NO x ). Новые компоненты также снизили износ двигателя, снизив затраты на техническое обслуживание примерно на 5%. Двигатели поступили на вооружение в 2007 году, и все новые двигатели CFM56-5B и CFM56-7B производятся с использованием компонентов Tech Insertion. CFMI также предлагает эти 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, объявленная вместе с усовершенствованиями самолета Boeing 737 Next Generation, еще больше улучшает турбины высокого и низкого давления, улучшая аэродинамику, а также улучшая охлаждение двигателя, и направлена на сокращение общего количества деталей. [30] CFMI ожидала, что эти изменения приведут к снижению затрат на техническое обслуживание на 4% и снижению расхода топлива на 1% (улучшение на 2%, включая изменения в планере нового Боинга 737); Летные и наземные испытания, завершенные в мае 2010 года, показали, что улучшение сгорания топлива оказалось лучше, чем ожидалось, и составило 1,6%. [31] После 450 часов испытаний двигатель CFM56-7BE был сертифицирован FAA и EASA 30 июля 2010 года [32] и поставлен с середины 2011 года.
Двигатель CFM56-5B/3 PIP (Пакет улучшения производительности) включает в себя эти новые технологии и изменения в оборудовании, позволяющие снизить расход топлива и снизить затраты на техническое обслуживание. Airbus A320 должен был использовать эту версию двигателя, начиная с конца 2011 года. [33]
LEAP — это новая конструкция двигателя, основанная на серии CFM56 и предназначенная для замены, обеспечивающая экономию эффективности на 16% за счет использования большего количества композитных материалов и достижения более высокой степени двухконтурности более 10:1 . LEAP поступил на вооружение в 2016 году. [34]
По состоянию на июнь 2016 года CFM56 является наиболее часто используемым турбовентиляторным двигателем с большим байпасом . Налет двигателей составил более 800 миллионов часов, а при скорости одного миллиона часов полета каждые восемь дней ожидается, что к 2020 году он достигнет одного миллиарда часов полета. У него более 550 операторов и более 2400 самолетов с двигателями CFM56 . самолеты находятся в воздухе в любой момент времени. Он известен своей надежностью : его среднее время налета составляет 30 000 часов до первого посещения магазина , а текущий рекорд парка составляет 50 000 часов. [35]
По состоянию на июль 2016 года построено 30 000 двигателей: 9 860 двигателей CFM56-5 для самолетов Airbus A320ceo и A340-200 /300 и более 17 300 двигателей CFM56-3/-7B для самолетов Boeing 737 Classic и 737NG . В июле 2016 года у CFM было в очереди 3000 двигателей. [36] Lufthansa , первый заказчик самолета А340 с двигателем CFM56-5C, имеет двигатель с налетом более 100 000 часов, введенный в коммерческую эксплуатацию 16 ноября 1993 года и с тех пор подвергавшийся капитальному ремонту четыре раза. [37] В 2016 году компания CFM поставила 1665 CFM56 и получила 876 заказов. Компания планирует производить запасные части CFM56 до 2045 года. [38]
К октябрю 2017 года компания CFM поставила более 31 000 двигателей, из которых 24 000 находились в эксплуатации у 560 операторов, достигла 500 миллионов летных циклов и 900 миллионов летных часов, в том числе 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 штук. [1] Высокий спрос продлит производство до 2020 года по сравнению с 2019 годом. [40]
Запас температуры выхлопных газов снижается по мере использования. Перед снятием двигателя с крыла можно совершить одно или два посещения мастерской по восстановлению характеристик стоимостью 0,3–0,6 миллиона долларов для серии -5, что может восстановить от 60% до 80% первоначальной маржи. После восстановления детали с ограниченным сроком службы должны быть заменены после: 20 000 циклов для горячей секции (0,5 млн долларов США), 25 000 циклов для осевого компрессора и 30 000 циклов для вентилятора и усилителя (0,5–0,7 млн долларов США) для последнего CFM56. Детали двигателя целиком стоят более 3 миллионов долларов, 3,5-4 миллиона долларов с учетом рабочего времени цеха, около 150 долларов за цикл. [41]
К июню 2019 года парк самолетов CFM56 превысил один миллиард часов налета двигателей (почти 115 000 лет), перевезя более 35 миллиардов человек, совершив более восьми миллионов раз вокруг света. [42]
Производство CFM56 будет свернуто, поскольку последний двигатель 737NG был поставлен в 2019 году, а последний двигатель A320ceo будет поставлен в мае 2020 года. Производство военных 737 и запасных двигателей продолжится на низком уровне и завершится примерно в 2024 году. [43]
Стоимость единицы продукции: 10 миллионов долларов США (цена по прейскуранту) [44].
CFM56 представляет собой турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности (большая часть воздуха, ускоряемого вентилятором, обходит сердцевину двигателя и выбрасывается из корпуса вентилятора) с несколькими вариантами, имеющими степени двухконтурности в диапазоне от 5:1 до 6:1, генерируя Тяга от 18 500 до 34 000 фунтов силы (от 80 до 150 кН). Варианты имеют общий дизайн, но детали различаются. CFM56 представляет собой двухвальный (или двухзолотниковый) двигатель, что означает, что имеется два вращающихся вала: один высокого давления, а другой низкого давления. Каждый из них приводится в действие своей турбинной секцией (турбинами высокого и низкого давления соответственно). Вентилятор и бустер (компрессор низкого давления) развивались на протяжении разных версий двигателя, равно как и секции компрессора, камеры сгорания и турбины. [3]
Большинство вариантов CFM56 имеют однокольцевую камеру сгорания . Кольцевая камера сгорания представляет собой непрерывное кольцо, в котором топливо впрыскивается в воздушный поток и воспламеняется, повышая давление и температуру потока. Это контрастирует с баночной камерой сгорания , в которой каждая камера сгорания является отдельной, и канюленой камерой сгорания, которая представляет собой гибрид этих двух. Впрыск топлива регулируется гидромеханическим агрегатом (HMU), построенным компанией Honeywell . HMU регулирует количество топлива, подаваемого в двигатель, с помощью электрогидравлического сервоклапана , который, в свою очередь, приводит в действие клапан дозирования топлива, который передает информацию полномочному цифровому контроллеру двигателя (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. Эта конструкция снижает выбросы как оксидов азота (NO x ), так и углекислого газа (CO 2 ). Первый двигатель CFM56 с двухкольцевой камерой сгорания поступил на вооружение в 1995 году, камера сгорания используется в вариантах CFM56-5B и CFM56-7B с суффиксом «/2» на заводских табличках. [46]
В рамках программы Tech 56 GE начала разработку и тестирование нового типа камеры сгорания под названием Twin Annular Premixing Swirler, или «TAPS». [27] Эта конструкция аналогична двухкольцевой камере сгорания тем, что она имеет две зоны сгорания; эта камера сгорания «закручивает» поток, создавая идеальную топливно-воздушную смесь. Эта разница позволяет камере сгорания производить гораздо меньше NO x , чем другие камеры сгорания. Испытания двигателя CFM56-7B показали 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 « ядра GE 1/9 » компании GE (а именно конструкции с одной турбиной и девятью компрессорами), которая была спроектирована в компактном роторе с основным ротором. Небольшой размах радиуса компрессора означал, что весь двигатель мог быть легче и меньше, так как вспомогательные узлы системы ( подшипники , системы смазки ) могли быть объединены с основной топливной системой, работающей на авиационном топливе. [2] По мере развития конструкции конструкция HPC улучшалась за счет улучшения конструкции аэродинамического профиля. В рамках программы усовершенствования Tech-56 компания CFMI протестировала новую модель CFM-56 с шестиступенчатыми ступенями компрессора высокого давления (диски, составляющие компрессорную систему), которая была разработана для обеспечения тех же степеней давления (коэффициент усиления 30), аналогичных к старой конструкции девятиступенчатого компрессора. Новый не полностью заменял старый, но предлагал обновление HPC благодаря улучшенной динамике блейд-серверов в рамках плана управления «Tech Insertion» от 2007 года. [27] [49] [50]
В начале разработки CFMI протестировала как смешанную, так и несмешанную конструкцию выхлопа; [3] большинство вариантов двигателя имеют несмешанное выхлопное сопло. [nb 2] Только мощный CFM56-5C, разработанный для Airbus A340, имеет выхлопное сопло смешанного потока. [№ 1] [51]
GE и Snecma также проверили эффективность шевронов в снижении шума реактивных двигателей. [nb 3] [52] После изучения конфигураций в аэродинамической трубе CFMI решила провести летные испытания шевронов, встроенных в выхлопное сопло активной зоны. Шевроны снизили шум реактивной струи на 1,3 децибела воспринимаемой громкости во время взлета и теперь предлагаются в качестве опции для CFM56 для Airbus A321 . [53]
CFM56 оснащен одноступенчатым вентилятором, а большинство вариантов имеют трехступенчатый усилитель на валу низкого давления [nb 4] с четырьмя ступенями в вариантах -5B и -5C. [54] Бустер также обычно называют «компрессором низкого давления» (LPC), поскольку он является частью золотника низкого давления и продолжает сжатие воздуха, выполняемое внутренней частью вентилятора, прежде чем он достигнет компрессора высокого давления. . Первоначальный вариант CFM56-2 имел 44 лопасти с кожухами на концах, [55] [nb 5] , хотя количество лопастей вентилятора было уменьшено в более поздних вариантах по мере развития технологии лопастей с широкой хордой до 22 лопастей в варианте CFM56-7. . [56]
Вентилятор CFM56 оснащен лопастями, расположенными в форме « ласточкиного хвоста», что позволяет заменять их, не снимая весь двигатель, и GE/Snecma утверждают, что CFM56 был первым двигателем, обладающим такой возможностью. Этот метод крепления полезен в случаях, когда необходимо отремонтировать или заменить только несколько лопастей вентилятора, например, при столкновении с птицами . [57]
Диаметр вентилятора варьируется 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 моделей CFM56-3; диаметр вентилятора у модели -3 меньше, что снижает скорость вращения лопастей вентилятора. Более низкая скорость позволяет лопаткам вентилятора работать более эффективно (в данном случае на 5,5 % больше), что повышает общую топливную экономичность двигателя (уменьшение удельного расхода топлива почти на 3 %). [24]
.jpg/1280px-F-GTAR_Air_France_(3698209485).jpg)
CFM56 предназначен для поддержки нескольких систем реверса тяги , которые помогают замедлить и остановить самолет после приземления. В вариантах, построенных для Boeing 737, CFM56-3 и CFM56-7, используется реверс тяги каскадного типа. Этот тип реверса тяги состоит из рукавов, которые скользят назад, обнажая сетчатые каскады, и дверок-блокаторов, блокирующих поток перепускного воздуха. Заблокированный перепускной воздух прогоняется через каскады, уменьшая тягу двигателя и замедляя самолет. [58]
CFM56 также поддерживает реверсоры тяги с поворотной дверцей. Этот тип используется в двигателях CFM56-5, которыми оснащены многие самолеты Airbus, такие как Airbus A320. Они работают, приводя в действие дверь, которая поворачивается вниз в обводной 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 «выращиваются» из монокристаллического суперсплава, что придает им высокую прочность и сопротивление ползучести . Турбина низкого давления (ТНД) в большинстве вариантов двигателя имеет четыре ступени, но у CFM56-5C она пятиступенчатая. Это изменение было реализовано для управления более крупным вентилятором в этом варианте. [51] Усовершенствования секции турбины были рассмотрены в ходе программы Tech56, и одной из разработок была аэродинамически оптимизированная конструкция лопаток турбины низкого давления, в которой использовалось бы на 20% меньше лопаток для всей турбины низкого давления, что позволило бы снизить вес. Некоторые из этих улучшений Tech56 вошли в пакет Tech Insertion, где был обновлен раздел турбины. [27] Турбинная секция была снова обновлена в обновлении «Эволюция». [28] [31]
Ступени турбины высокого давления в CFM56 охлаждаются изнутри воздухом от компрессора высокого давления. Воздух проходит через внутренние каналы каждой лопасти и выбрасывается на передней и задней кромках. [57]
.jpg/1280px-CFM56-2_-_Mus%C3%A9e_Safran_(cropped).jpg)
Серия CFM56-2 представляет собой оригинальный вариант CFM56. Он наиболее широко используется в военных целях, где он известен как F108; в частности, в КС-135 , Е-6 «Меркурий» и некоторых самолетах Е-3 Sentry . CFM56-2 состоит из одноступенчатого вентилятора с 44 лопастями, трехступенчатого компрессора низкого давления с приводом от четырехступенчатой турбины низкого давления и девятиступенчатого компрессора высокого давления с приводом от одноступенчатой турбины высокого давления. Камера сгорания кольцевая. [55]
Первая модификация серии CFM56, CFM56-3, была разработана для серии Boeing 737 Classic (737-300/-400/-500) с номинальной статической тягой от 18 500 до 23 500 фунтов силы (от 82,3 до 105 кН). Двигатель -3, производный от двигателя -2, с «обрезанным вентилятором», имеет меньший диаметр вентилятора - 60 дюймов (1,5 м), но сохраняет исходную базовую компоновку двигателя. Новый вентилятор был в первую очередь создан на основе турбовентиляторного двигателя GE CF6-80 , а не CFM56-2, а конструкция усилителя была переработана, чтобы соответствовать новому вентилятору. [24]
Серьезной проблемой для этой серии было достижение дорожного просвета для двигателя, установленного на крыле. Эту проблему удалось преодолеть за счет уменьшения диаметра впускного вентилятора и перемещения коробки передач и других аксессуаров из-под двигателя в стороны. В результате сплюснутая нижняя часть гондолы и воздухозаборная кромка придали характерный внешний вид Боинга 737 с двигателями CFM56. [60]
Серия CFM56-4 представляла собой предложенную улучшенную версию CFM56-2, разработанную для семейства самолетов Airbus A320 . Конкурируя с двигателем RJ500 , разрабатываемым Rolls-Royce, серия -4 была рассчитана на мощность 25 000 фунтов силы (110 кН) и должна была оснащаться новым вентилятором диаметром 68 дюймов (1,73 м), новым компрессором низкого давления и полным приводом. цифровой контроллер двигателя (FADEC). Вскоре после запуска проекта модернизации в 1984 году компания International Aero Engines предложила свой новый двигатель V2500 для А320. В CFMI поняли, что CFM56-4 не имеет преимуществ по сравнению с новым двигателем, и свернули проект, 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). У него есть три различных подварианта; CFM56-5A, CFM56-5B и CFM56-5C, [2] и отличается от своих собратьев Boeing 737 Classic наличием FADEC и дополнительными улучшениями аэродинамической конструкции.
Серия CFM56-5A — это первая серия CFM56-5, разработанная для семейства 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 до 118 кН). Аэродинамические улучшения, 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]
Усовершенствованная серия CFM56-5A, изначально она была разработана для двигателя A321. Имея диапазон тяги от 22 000 до 33 000 фунтов силы (от 98 до 147 кН), он может приводить в движение любую модель семейства A320 (A318/A319/A320/A321) и заменил серию CFM56-5A. Среди изменений по сравнению с CFM56-5A — опция двухкольцевой камеры сгорания, которая снижает выбросы (особенно NO x ), новый вентилятор в более длинном корпусе вентилятора и новый компрессор низкого давления с четвертой ступенью (вместо трех в более ранних вариантах). Это самый массовый двигатель, поставляемый Airbus. [54] [63]
Серия CFM56-5C с номинальной тягой от 31 200 до 34 000 фунтов силы (от 139 до 151 кН) является самой мощной из семейства CFM56. Он установлен на дальнемагистральных авиалайнерах Airbus A340-200 и -300 и введен в эксплуатацию в 1993 году. Основные изменения — это увеличенный вентилятор, пятая ступень турбины низкого давления и тот же четырехступенчатый компрессор низкого давления, что и в -5Б вариант. [64]
В отличие от любого другого варианта CFM56, -5C оснащен насадкой смешанного выхлопа [nb 1] , которая обеспечивает немного более высокую эффективность . [51]
CFM56-7 впервые был запущен 21 апреля 1995 года. [65] Имея диапазон взлетной тяги 19 500–27 300 фунтов силы (87–121 кН), он приводится в движение самолетами Boeing 737 Next Generation -600/-700/-800/-900. ; по сравнению с CFM56-3 он имеет большую долговечность, улучшение расхода топлива на 8% и снижение затрат на техническое обслуживание на 15%. [66]
Улучшения связаны с 61-дюймовым титановым вентилятором с широким хордом , новым сердечником, разработанным с помощью 3D-аэродинамики, и турбиной низкого давления с монокристаллической турбиной высокого давления, а также системой полного цифрового 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 самолет Next-Generation 737 получил 180-минутный сертификат эксплуатации двухдвигательных двигателей с увеличенным запасом хода (ETOPS) от Федерального управления гражданской авиации США (FAA). Он также используется в военных версиях Boeing 737: бортовом комплексе раннего предупреждения и управления , транспортном самолете C-40 Clipper и морском самолете P-8 Poseidon . [66]
После крушения рейса 1380 авиакомпании Southwest Airlines ФАУ потребовало от Boeing перепроектировать гондолу и воздухозаборник варианта 7B в соответствии с применимыми правилами Части 25 . [67] Предложенное правило должно получить комментарии до 26 января 2024 года. Правило потребует от авиакомпаний внести соответствующие изменения до 31 июля 2028 года. [68]
Частота остановок CFM56 в полете составляет 1 инцидент на 333 333 часа. [69] Рекордное время нахождения на крыле до первого посещения магазина составило 30 000 часов в 1996 году, [69] до 40 729 часов в 2003 году [70] и 50 000 часов в 2016 году . [35]
На ранних этапах эксплуатации семейства CFM56 произошло несколько отказов двигателей, которые были достаточно серьезными, чтобы либо остановить парк самолетов, либо потребовать перепроектирования некоторых аспектов двигателя. Двигатели также периодически страдали от нестабильности тяги, предположительно связанной с гидромеханическим агрегатом Honeywell.
Зафиксировано несколько случаев возгорания двигателей CFM56 в условиях сильного дождя и/или града, начиная с самого начала карьеры CFM56. В 1987 году при граде произошло двойное загорание (пилотам удалось повторно зажечь двигатели), за которым последовал инцидент с рейсом 110 TACA в 1988 году. Оба двигателя CFM56 на TACA 737 загорелись при прохождении града и сильного дождя, и экипаж был вынужден приземлиться без двигателей на травянистой дамбе недалеко от Нового Орлеана, штат Луизиана. CFMI модифицировала двигатели, добавив датчик, обеспечивающий постоянное воспламенение камеры сгорания в этих условиях. [2]
В 2002 году рейс 421 компании Garuda Indonesia был вынужден броситься в реку из-за возгорания двигателя, вызванного градом, в результате чего погиб стюардесса и были ранены десятки пассажиров. До этой аварии было еще несколько случаев одиночного или двойного возгорания из-за таких погодных условий. После трех инцидентов, произошедших в 1998 году, CFMI внесла изменения в двигатель, чтобы улучшить его способность справляться с попаданием града. Основные изменения включали модификацию сплиттера вентилятора и усилителя (что затрудняло попадание града в ядро двигателя) и использование эллиптического, а не конического, вращающегося устройства на впуске. Эти изменения не предотвратили аварию 2002 года, и комиссия по расследованию установила, что пилоты не соблюдали надлежащие процедуры при попытке перезапуска двигателя, что способствовало конечному результату. Были даны рекомендации по лучшему обучению пилотов тому, как действовать в таких условиях, а также по пересмотру процедур ФАУ по испытаниям под дождем и градом. Никаких дальнейших модификаций двигателя не рекомендовалось. [71]
Одной из проблем, которая привела к авариям с двигателем CFM56-3C, был выход из строя лопастей вентилятора. Такой отказ привел к авиакатастрофе в Кегворте в 1989 году, в результате которой 47 человек погибли и еще 74 получили ранения. После того, как лопасть вентилятора вышла из строя, пилоты по ошибке выключили не тот двигатель, в результате чего поврежденный двигатель полностью вышел из строя при включении питания на конечном заходе на посадку. После аварии в Кегворте у двигателей CFM56, установленных на самолетах Dan-Air 737-400 и British Midland 737-400, в аналогичных условиях вышли из строя лопасти вентилятора; ни один инцидент не привел к авариям или травмам. [72] После второго инцидента полеты Боингов 737-400 были остановлены.
В то время летные испытания новых вариантов существующих двигателей не были обязательными, а сертификационные испытания не выявили режимов вибрации, которые испытывал вентилятор во время регулярных подъемов на большую высоту. Анализ показал, что вентилятор подвергался многоцикловым усталостным нагрузкам, более сильным, чем ожидалось, а также более серьезным, чем тестировалось для сертификации; эти более высокие напряжения привели к разрушению лезвия. Менее чем через месяц после приземления флоту было разрешено возобновить работу после замены лопастей и диска вентилятора, а электронное управление двигателем было изменено, чтобы уменьшить максимальную тягу двигателя до 22 000 фунтов силы (98 кН) с 23 500 фунтов силы (105 кН). [73] Лопасти вентилятора измененной конструкции были установлены на все двигатели CFM56-3C1 и CFM56-3B2, включая более 1800 двигателей, которые уже были поставлены клиентам. [2]
В августе 2016 года у рейса 3472 Southwest Airlines отказала лопасть вентилятора, но позже он приземлился без дальнейших происшествий. Хотя самолет получил существенные повреждения, пострадавших нет. [74]
17 апреля 2018 года у рейса 1380 авиакомпании Southwest Airlines произошла поломка лопасти вентилятора, обломки которой пробили окно. Боинг 737-700 благополучно приземлился, однако один пассажир погиб и несколько получили ранения. [75] [76]
Авиакомпании сообщили о 32 событиях, связанных с внезапной нестабильностью тяги в различных точках полета, включая настройку высокой тяги во время набора высоты. Проблема существует давно. В 1998 году два пилота Боинга 737 сообщили, что во время полета их двигатели внезапно увеличили тягу до полной тяги. Совсем недавнее расследование привело к предварительному выводу, что проблема возникает в гидромеханическом блоке и может быть связана с неприемлемым уровнем загрязнения топлива (водой или твердыми частицами, включая биоразлагаемые материалы, образующие твердые частицы в топливе) или чрезмерным использованием биоциды для уменьшения роста бактерий. Компания Boeing сообщила Aviation Week и Space Technology , что CFM International пересмотрела свое программное обеспечение FADEC . Новое программное обеспечение «...'сокращает продолжительность и степень нестабильности тяги, переключая клапан контроля подачи топлива (FMV) и EHSV (электрогидравлический сервоклапан) для очистки золотника EHSV». Это исправление программного обеспечения не предназначено для окончательного решения проблемы; CFM заявила, что после внесения этого изменения никаких дополнительных отчетов не поступало. [77]
По сообщению Bloomberg , европейские авиационные регуляторы установили, что базирующаяся в Лондоне компания AOG Technics, контрольный пакет акций которой принадлежит Хосе Самора Ирала, чье гражданство указано как британское в некоторых формах и венесуэльское в других, поставляла детали неизвестного происхождения и фальшивые документы для ремонта самолетов CFM56. [78] [79]
Связанные разработки
Сопоставимые двигатели
Связанные списки
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )