Вроде немного поутихли разговоры о возобновлении производства старинных Ил-96, российско-китайский широкофюзеляжник CR929 то будут строить, то не будут, то опять будут – достали. Тем временем страна у нас большая и на Дальний Восток, а также тёплые морские курорты дружественных стран после того, как рассыпятся на атомы Boeing 777 и Airbus A330, на чём-то летать будет надо. А на чём?

На этот случай разработана концепция МС-21-400LR: удлинённой версии МС-21 с увеличенными топливными баками и двигателями ПД-18Р с предполагаемой дальностью полёта до 12 000 км – на треть больше, чем у Airbus A321XLR. Концепция интересная: дальнемагистральный узкофюзеляжный самолёт с комфортом почти как в широкофюзеляжном и с отличной эффективностью – загрузить 260-кресельную машину (это максимальная вместимость в одноклассной компоновке) и предложить беспосадочные рейсы между необходимыми парами аэропортов гораздо проще, чем когда мест у тебя 400 с лишним.

Самое интересное в этой концепции (не путать концепцию с готовым проектом) – как раз двигатель. Р в его обозначении означает «редукторный». Таких двигателей для гражданских самолётов в нашей стране ещё не строили, хотя как раз несостоявшийся американский Pratt & Whitney PW1400G, предназначенный для МС-21, имел редукторный привод вентилятора.

Существует несколько разновидностей конструкции турбовентиляторного двигателя. Сейчас наиболее распространена двухвальная схема, состоящая из вентилятора, компрессора низкого давления и компрессора высокого давления (у каждого из компрессоров ещё по несколько ступеней, но в это углубляться нам сейчас не нужно). Каждый компрессор приводится в движение своей турбиной: турбиной низкого давления и турбиной высокого давления; практически это одна турбина с несколькими валами, каждый из которых вращается с разной частотой, например, 3 500 и 10 000 оборотов в минуту.

Двухвальный турбовентиляторный двигатель

Так вот, в двухвальной схеме вентилятор находится на одном валу с компрессором низкого давления и вращается с такой же скоростью. Из-за этого внешние части лопаток при рабочих оборотах начинают двигаться быстрее звука, на преодоление звукового барьера тратится энергия, а также это увеличивает уровень шума. И чем больше диаметр вентилятора, тем этот эффект более ярко выражен.

Если же добавить в конструкцию планетарный редуктор, появляется возможность управлять оборотами вентилятора. В этом случае вне зависимости от того, с какой скоростью вращается вал каскада низкого давления, вентилятор никогда не раскручивается до сверхзвука.

Анимация двухвального турбовентилятора с высокой степенью двухконтурности. A. Ротор низкого давления B. Ротор высокого давления C. Компоненты статора 1. Гондола 2. Вентилятор 3. Компрессор низкого давления 4. Компрессор высокого давления 5. Камера сгорания 6. Турбина высокого давления 7. Турбина низкого давления 8. Сопло газогенератора 9. Сопло вентилятора

По заявлениям Pratt & Whitney, это сокращает расход топлива на 16%, а уровень шума – на 75%. Хотя, конечно, не только за счёт редуктора, но его применение как раз и позволяет значительно увеличить диаметр вентилятора и тем самым увеличить топливную экономичность, поскольку в современных ТРДД до 90% тяги создаёт именно вентилятор через внешний контур, а на реактивную струю приходится только 10%.

Планетарный редуктор

Альтернатива редукторному приводу – трёхвальные двигатели (например, типа Rolls-Royce RB211, Trent, советских Д-18 или Д-36 для Як-42), у которых имеется отдельная турбина вентилятора, однако такая конструкция сложнее и тяжелее.

Что же касается МС-21, то в 2021-м планировалось в 2024 году только начать разработку удлинённого МС-21-400. Когда будет LR-версия, прогнозировать нынче сложно.

ПД-14 – обычный двухвальный двигатель, но давайте хотя бы его освоим серийно

Илья Шатилин