Вентилятор с регулируемым шагом по своей концепции аналогичен пропеллеру с регулируемым шагом и предполагает постепенное уменьшение шага (или угла лопастей) вентилятора на турбовентиляторном двигателе по мере дросселирования двигателя. Хотя вентиляторы с регулируемым шагом используются в некоторых промышленных применениях, основное внимание в этой статье уделяется их использованию в турбовентиляторных двигателях . Ни один производственный движок не использует такую функцию; однако, вероятно, он потребуется, по крайней мере, на некоторых турбовентиляторных двигателях следующего поколения с высокой степенью двухконтурности .
Одним из методов снижения удельного расхода топлива по тяге является повышение КПД. Это предполагает снижение эффективной реактивной скорости двигателя за счет уменьшения удельной тяги. Это, в свою очередь, снижает требуемую оптимальную степень давления вентилятора и, следовательно, степень давления холодного сопла. На крейсерских скоростях полета сопло заглушено, а рабочая линия вентилятора довольно крутая и линейная. Однако на малых скоростях полета повышение давления в воздухозаборнике настолько мало, что сопло остается незасоренным. Следовательно, рабочая линия вентилятора сильно изогнута и находится значительно левее рабочей линии крейсерской скорости полета, что потенциально снижает запас по помпажу вентилятора до опасного уровня, особенно при более низких настройках дроссельной заслонки. Читателям, незнакомым с линиями помпажа, рабочими линиями и т. д., следует прочитать статью в Википедии о карте компрессора .
Есть два решения этой проблемы:
1) Откройте зону холодного сопла на малых скоростях полета, что отодвинет рабочую линию вентилятора от помпажа. Это мало влияет на положение или наклон линии перенапряжения.
ИЛИ
2) Сделайте эффективную линию помпажа вентилятора более мелкой, постепенно уменьшая шаг вентилятора по мере дросселирования двигателя. По мере уменьшения шага карта веера сжимается как с точки зрения массового расхода, так и с точки зрения соотношения давлений , при этом линия выброса перемещается влево и вниз. Все это мало влияет на наклон и положение рабочей линии вентилятора. [1]
Одним из преимуществ варианта с регулируемым вентилятором является то, что изменение шага вентилятора дает возможность реверсировать тягу двигателя без необходимости использования тяжелых блокирующих дверей, каскадов и т. д.
Шаг вентилятора можно изменить с помощью Feather, как и в Turbomeca Astafan . [2] или через Fine Pitch, как это используется в Rolls-Royce/SNECMA M45SD-02. [3] [4]
При включенной реверсивной тяге воздух для вентилятора обычно поступает в двигатель через вспомогательный воздухозаборник, образованный продольным зазором, который открыт вблизи плоскости выхода холодного сопла. Основная часть этого воздуха выбрасывается через обычный воздухозаборник, создавая таким образом силу, препятствующую движению вперед. Однако оставшийся воздух должен совершить своего рода разворот, чтобы он мог попасть в ядро двигателя (т. е. газогенератор) и обеспечить энергию для привода вентилятора.
Обычно турбовентиляторный двигатель с малой удельной тягой имеет сверхвысокую степень двухконтурности и оснащен редуктором между вентилятором и валом НД, позволяющим компрессору ПД и турбине НД работать на гораздо более высокой скорости вращения, чем вентилятор, для уменьшения количество ступеней, необходимых в этих многоступенчатых устройствах.
Rolls-Royce в настоящее время разрабатывает Ultrafan , в котором используется многое из описанного выше. [5] [6]
В 1980-х годах в вентиляторе General Electric GE36 Unducted Fan (UDF), который фактически летал на McDonnell Douglas MD-80 , использовались два ряда лопастей вентилятора с изменяемым шагом, вращающихся в противоположных направлениях, хотя и без какого-либо кожуха вентилятора, поскольку это был винтовой двигатель.