Супер Джамбо (А380)., Что его двигает?

Данный пост будет интересен истинным ценителям воздушных лайнеров

Будет 44 фото + текст.

Airbus A380-861 c двигателями GP7270.

В конце 90-х годов крупнейшие мировые авиастроительные компании Boeing и Airbus, оценивая состояние и возможности рынка авиационной техники, были всерьез озадачены вопросом создания самолета VLCT (Very Large Commercial Transport). Это должен был быть, в первую очередь, самолет с увеличенной пассажировместимостью (порядка 600-800 мест).
Программа американских авиастроителей носила наименование Boeing-747Х. В этой перспективе предполагались самолеты 747-500Х, -600Х и 700Х с укрупненной «горбатой» частью фюзеляжа, большей, чем у их предшественника Boeing-747-400.

Пример компоновки Boeing 747-500X и 747-600X.

Однако, этим планам помешал Азиатский финансовый кризис 1997—2000 годов. Тогда Боинг решил, что перспективы рынка в выбранном направлении слишком туманны (в первую очередь отсутствие предварительного спроса со стороны авиакомпаний), и проект 747Х был свернут.
Лишившись главного соперника и, тем самым, приобретя определенную свободу действий Airbus продолжил начатую в июне 1994 года работу по созданию собственной концепции самолета VLCT.
При этом с целью еще большего повышения конкурентноспособности нового проекта был взят курс на снижение эксплуатационных расходов на 15-20% по сравнению с уже находящимся в эксплуатации самолетом конкурентов Boeing 747-400. Более того, конструктивно был выбран такой вариант компоновки, который обеспечивал ощутимо большую пассажировместимость, в том числе и по сравнению с 400-м Боингом.

Самолет Boeing 747-400.

В декабре 2000 года программа, тогда еще носившая название А3ХХ, была запущена. Ее итогом стал самый большой в мире пассажирский авиалайнер Airbus А380-800 ( 853 пассажира в одноклассовом варианте), широко сегодня известный в мире широкофюзеляжный двухпалубный самолет, получивший впоследствии полуофициальное название Супер Джамбо (Super Jumbo).
В качестве силовой установки на новом аэробусе изначально предполагалось использовать двигатель Trent 900, как раз в это время находившийся в разработке в британской мультинациональной корпорации Rolls-Royce Group plc.
Rolls-Royce Trent – это целое семейство турбовентиляторных двигателей, получившее такое обозначение по названию реки Трент, относящейся к числу главных рек Великобритании. Один из вариантов перевода названия реки с древнекельтского языка означает что-то вроде «стремительно затапливающий». Определенная логика в сравнении с мощным воздушно-реактивным двигателем просматривается .
Любопытно, что это наименование Rolls-Royce уже и ранее использовал при создании новых образцов двигателей. Так, например, его получил первый в мире турбовинтовой двигатель Rolls-Royce RB.50 Trent, проходивший испытания на самолете Gloster Meteor (в варианте Gloster G.41A Meteor F.Mk.1 (EE227)).

Первый в мире турбовинтовой двигатель Rolls-Royce RB.50 Trent (музей)

Добавлено в 20:51
Инет тупит, постараюсь быстрее. Запасайтесь F5, у меня нет))

Gloster Meteor E227.

В дальнейшем такое же наименование обрел первый двухконтурный двигатель Rolls-Royce, выполненный к тому же по трехвальной схеме Rolls-Royce RB.203 Trent. Он имел степень двухконтурности равную трем. Это была самостоятельная разработка на базе двигателя Rolls-Royce Turbomeca Adour , который был продуктом взаимодействия фирм Rolls-Royce и Turbomeca и устанавливался на военные самолеты SEPECAT Jaguar и Hawker Siddeley Hawk.

Истребитель-бомбардировщик французских ВВС Sepecat Jaguar.

Этот двигатель предполагался как замена существующему семейству двухконтурных двигателей с малой степенью двухконтурности Rolls-Royce Spey (RB.163/168/183Spey, кстати, тоже название реки), устанавливавшихся как на гражданские, так и на военные самолеты в 60-х годах. Однако, в серию он не пошел, но послужил основой для создания нового семейства двигателей Rolls-Royse RB211.
Rolls-Royse RB211 стал уже массовым коммерческим турбовентиляторным двигателем. Создавался он непросто, компания в процессе работы сталкивалась с различными труднорешаемыми техническими проблемами. В результате проекционные затраты оказались значительно больше планируемых, возросла и окончательная стоимость двигателя, и проект вместе с фирмой-проектировщиком оказались в кризисе.
В январе 1971 года Rolls-Royse объявил себя банкротом. Для сохранения на плаву национальной программы L-1011 Tristar, для которой единственно и предназначался двигатель RB211, Правительство Великобритании национализировало компанию и позволило продолжить работу над двигателем.


Лайнер L-1011 Tristar.

Двигатели RB211 на крыле Boeing-747-300.

Добавлено в 20:55

И хотя самолет L-1011 Tristar не выдержал конкуренции, и производство его было прекращено на 250-ом экземпляре, двигатель RB211 понравился эксплуатирующим авиакомпаниям и продолжал эксплуатироваться на самолетах Boeing 747/757/767 в их различных вариантах. Достаточно успешная эксплуатация продолжается и по сей день, а сам двигатель RB211 в 1990-х годах послужил основой для создания новой линии двигателей – Rolls-Royse Trent.
С началом широкого использования двигателя RB211 в коммерческой авиации авиационное подразделение компании Rolls-Royse (к тому времени уже фирма с государственным управлением) становится крупным игроком на рынке авиационного двигателестроения и занимает третье место после GE Aviation и Pratt & Whitney.
Для поддержания имеющихся позиций и дальнейшего продвижения в направлении завоевания рынка двигателестроения специалисты Rolls-Royse пошли по пути создания нового двигателя, отвечающего современным требованиям и подходящего практически для любого дальнемагистрального пассажирского лайнера или транспортного самолета.

А для снижения затрат (которые теперь жестко контролировались правительством) на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок за основу была взята уже достаточно хорошо отработанная конструктивная концепция двигателя RB211, выполненного по трехвальной схеме.
Так было положено начало линии двигателей Rolls-Royse Trent. Первый двигатель в этом семействе Trent 600 предназначался для установки на самолет McDonnell Douglas MD-11 для британских авиакомпаний British Caledonian и Air Europe. Однако, первая компания была приобретена British Airways, которая отменила заказ на MD-11, а вторая «благополучно» прекратила свое существование в начале 90-х.
Trent 600 остался без заказчиков и так и не вышел из ранга демонстационного двигателя программы Trent. Все усилия фирмы были направлены для развития следующей модификации в семействе – Trent 700 для самолета Airbus A330.
Этот двигатель был сертифицирован в январе 1994 года и стал одним из вариантов силовой установки лайнеров типа А330-200/300. При этом в мае 1996 года было достигнуто соответствие двигателя нормам ICAO ETOPS180.


Самолет A330-200 c двигателями Trent-772B-60.

Модификация Trent 800 (877, 895, 892) с мая 1995 года успешно используется на самолетах Boeing-777-200/200ER/300. В этом сегменте двигатель Rolls-Royse занимает 41% рынка двигателей. С целью улучшения тяговых характеристик был увеличен диаметр вентилятора: 2,80 м против 2,47 м у Trent 700.

Двигатель Trent 800.

Самолет Boeing-777/258ER с двигателями Trent 895.

Вариант Trent 500 с 2000-го года устанавливается на сверхдальнем пассажирском лайнере А340-500 (553), а также на модификации А340-600.

Самолет А340-642 с двигателями Trent 500.

В связи с развитием Боингом вариантов В777х увеличенной дальности Rolls-Royse разработал усовершенствованную модификацию двигателя Trent 800, получившую наименование 8104 с дальнейшим развитием ее в вариант 8115. Двигатель рассчитывался на уровень тяги до 100,000 lbf с дальнейшей возможностью преодоления этого знакового порога и увеличения его до 110,000 lbf.
На этой модификации были использованы последние инновационные разработки в области коммерческого двигателестроения, в частности вентилятор сширокохордными титановыми лопатками, имеющими особый саблевидно-стреловидный профиль (swept wide chord fan), позволяющий получить максимальную (на данном этапе) отдачу от вентилятора в плане эффективности работы, снижения массы и шумности. Фирма Rolls-Royse была пионером в этих разработках и занималась ими еще с 1970-х годов.
Однако, Trent 8104 так и остался демонстрационной моделью. Конкурентная борьба сделала свое дело. Boeing получил от GE Aviation более 500 млн.$ на развитие программы 777х с условием эксклюзивного использования в ней двигателей GE – GE90-110B и GE90-115B. Вполне понятно, что вопрос был решен в пользу General Electric.
Но сделанное, конечно, не пропало даром. Серия Trent — это сейчас наиболее популярная линия двигателей Rolls-Royce для коммерческой авиации. Все последние разработки фирмы были воплощены и в последних версиях Трентов — Rolls-RoyceTrent 900, Trent 1000 ( для Boeing 787 Dreamliner )и Trent XWB (для нового самолетаAirbus 350XWB). Одним из самых заметных двигателей серии стал Rolls-Royce Trent 900.
Этот двигатель с начала разработки А380 стал основным для силовой установки этого аэробуса, особенно укрепилось его положение с момента начала формирования массовых заказов на самолет. В марте 2000-го года Singapore Airlines и вслед за ней в феврале 2001 -го австралийская авиакомпания Qantas выбрали Trent 900 в качестве основного двигателя для заказанных ими лайнеров.


Двигатель Trent 900.

Решение о создании Trent 900 конкретно под самолет А380 было принято в 1996 году. В мае 2004 года двигатель был впервые испытан в воздухе в качестве одного двигателей летающей лаборатории на базе самолета А340-300. Европейский сертификат (EASA) был получен в октябре того же года, а в декабре 2006 года была пройдена сертификация в Америке (FAA).

Испытательный A340 с двигателем Trent 900.

Самолет А340 с испытуемым двигателем Trent 900.

Уже в сентябре 2007 года авиакомпания British Airways, так сказать поддерживая отечественного производителя , приняла решение о выборе двигателя Trent 900 для своего комплекта самолетов А380 (их всего было 12 штук). Таким образом на конец 2009 года доля этого двигателя в двигательном парке заказанных и произведенных А380 составила 52%.
Как и у любого современнного промышленного производителя, в особенности производителя авиационной техники, у Rolls-Royce есть партнеры, риски и прибыль среди которых поделены в соответствии с их долевым участием.
Их всего шесть: компания Honeywell International, занимающаяся производством пневмоситем; итальянская компания Avio S.p.A., основной прерогативой которой является коробка приводов агрегатов двигателя; компания Volvo Aero, участвующая в производстве корпуса компрессора; компания Goodrich Corporation — корпус вентилятора и сенсорные системы; итальянская компания Industria de Turbo Propulsores S.A., занимающаяся производством турбины низкого давления; компанияHamilton Sundstrand — приборы электронного управления двигателем.
Trent 900 — трехвальный турбовентиляторный двигатель с большой степенью двухконтурности (8,7-8,5). Считается, что производство и эксплуатация такого двигателя может быть более затруднена, чем обычного двухвального ТВРД, однако в процессе работы такой движок стабильнее и устойчивее.


Схема двигателя Trent 900.

Трехвальность подразумевает наличие газогенератора с тремя независимыми друг от друга механически осевыми агрегатами. Это дает определенную гибкость в конструировании и позволяет выбирать различные комбинации исходных установок, получая при этом различные выходные параметры для различных двигателей, несмотря на внешнюю схожесть конструктивного исполнения.

Конфигурация трехвального двигателя.

Кроме того более короткие и потому более жесткие валы в трехвальном варианте позволяют точнее выдерживать оптимальные скорости обтекания лопаток, повышая тем самым эффективность работы газогенератора, запас его устойчивой, бессрывной работы. Соответственно снижается масса и размеры двигателя.

Различия в размерах двух- и трехвальных ТВРД.

Поэтому Rolls-Royce использует трехвальную конструкцию на всех коммерческих двигателях, получая в итоге целые серии двигателей одинаковой схемы, но разных размеров и тяговых характеристик.
Двигатель Trent 900 унаследовал от своего предшественника, демонстрационной модели Trent 8104, значительное количество передовых технологических решений. В частности вентилятор большого диаметра (2,95 м) с широкохордными лопатками (24 штуки) специальной саблевидно-стреловидной формы. Лопатки как бы отогнуты в сторону, обратную вращению (очень похоже на стреловидное крыло самолета).
При работе двигателя они перемещаются с окружной скоростью до 1730 км/ч, что значительно выше скорости звука. Благодаря лопаткам специфической конфигурации вентилятор и на таких скоростях работает достаточно эффективно и малошумно (один из главных нормативных параметров-требований для эксплуатантов А380), тем более, что скорость потока на входе в двигатель даже на взлетном режиме относительно низка. При этом тяга его выше аналогичного вентилятора обычной формы.

Вентилятор двигателя Trent 900.

Его общая масса почти на 15% ниже массы широкохордных вентиляторов двигателей предшествующих типов. Основная причина этого опять же в лопатках вентилятора. Они изготовлены из титанового сплава, внутри пустотелые и упрочнены по принципуфермы Уоррена (Warren girder — решетка из равносторонних треугольников). Этот делает их прочными, жесткими и одновременно легкими.
Попытки сделать лопатки вентилятора из композитных материалов на этом двигателе не удалась. Он не выдержал тестовых испытаний на попадание птиц в вентилятор.
Интересно, что поставщиком титана для двигателей Роллс-Ройса (как, впрочем, и для большинства авиационной техники, производящейся в мире) является российская корпорация “ВСМПО-Ависма”.
Лопатки турбины используются как монолитные монокристаллические, так и полые с каналами и отверстиями для осуществления эффективного конвективно-пленочного воздушного охлаждения.
Теплонагруженные узлы, такие как элементы камеры сгорания, сопловые и рабочие лопатки турбины защищены специальным антитермальным покрытием (thermal-barrier coating или ТВС) ощутимо уменьшающим теплопередачу.
При профилировании газовоздушного тракта газогенератора за основу взят хорошо зарекомендовавший себя аналогичный агрегат двигателя Trent 500.
Основные компоненты двигателя:
одноступенчатый вентилятор, восьмиступенчатый промежуточный компрессор, шестиступенчатый компрессор высокого давления.
Камера сгорания кольцевая с 24-мя топливными распылителями (форсунками) так называемый тип «Tiled Рhase 5» (собственное название Rolls-Royse). Такого типа камера используется на двигателях Trent 500/800/900/1000. По количеству вредных выбросов удовлетворяет требованиям САЕР 8 с большим запасом.


Камера сгорания типа Phase 5.

Пример камеры сгорания (для Trent 500, такая же стоит на Trent 900)

Такая камера сгорания имеет определенного вида пластинчатую конструкцию стенок жаровой трубы (tiled combustor), которая позволяет в сочетании с антитермальным покрытием (ТВС) значительно улучшить их охлаждение и изоляцию от зоны сверхвысоких температур. Кроме того она обладает укороченной зоной горения и наряду с высокой термальной эффективностью обладает заметно сниженным уровнем выбросов NОх.
Турбина Trent 900 также состоит из трех независимых частей. Это одноступенчатая турбина высокого давления, одноступенчатая промежуточная турбина и пятиступенчатая турбина низкого давления, вращающая вентилятор.

Погрузка Trent 900 в самолет.

Кроме того двигатель, как и практически все современные ТВРД имеет модульную конструкцию, значительно облегчающую (и удешевляющую) его изготовление, эксплуатацию и ремонт.
Как достоинство двигателя преподносится не только его модульная конструкция, но и возможность транспортировки в собранном виде в грузовом отсеке транспортного самолета Boeing-747.
Основные модули конструкции Trent 900.
Module 01. Узел ротора компрессора низкого давления или вентилятора. Этот ротор вместе с диском вентилятора, на нем установленном, вращает турбина низкого давления. В диске выполнены пазы по принципу «ласточкин хвост», в которых установлены лопатки вентилятора. В двигателях серии Trent их количество меняется от 26 до 20. Минимальное количество (20) у Trent 1000, у Trent 900 — 24. Лопатки могут быть заменены без съема двигателя с самолета.
Module 02. Промежуточный компрессор. Конструкция собрана из дисков и лопаток в виде барабана. На последней модели линии Trent (XWB) в этом модуле применены блиски, однако в 900-м их еще нет.
Module 03. Внутренний корпус промежуточного компрессора. Расположен между промежуточным и компрессором высокого давления. Внутри него смонтированы подшипники всех роторов. Имеет полые стойки, в которых проходят магистральные масляные и воздушные трубопроводы, а также ось привода коробки агрегатов.
Module 04. Узел (система) высокого давления. Состоит из внутренних корпусов, компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины высокого давления. На двигателях Trent 500/700/800 ротор этой системы вращается в том же направлении, что и два других ротора. Начиная с двигателя Trent 900 это вращение изменено на противоположное, что позволяет существенно увеличить эффективность узла турбины в целом.

Модули двигателя Trent 900.

Module 05. Промежуточная турбина. Состоит из корпуса турбины, диска, рабочих лопаток, лопаток сопловых аппаратов и подшипников промежуточной турбины и турбины высокого давления. Сопловые аппараты вмонтированы в корпус. В лопатках соплового аппарата 1-ой ступени турбины низкого давления вмонтированы термопары для измерения температуры газа.
Module 06. Высокоскоростная коробка передач (HSGB). Расположена на корпусе компрессора низкого давления (и вентилятора) и приводится от внутренней коробки, размещенной во внутреннем корпусе. Является приводом для насосов, как самолетных, так и двигательных и самолетных электрогенераторов. Обеспечивает скорости привода свыше 15000 об/мин.
Module 07. Корпус компрессора низкого давления и вентилятора. Самый большой (по размерам) из модулей двигателя. Сформирован из 2-ух цилиндрических поверхностей и венца выходных направляющих лопаток. Передняя часть служит корпусом вентилятору. Обе цилиндрические части снабжены специальными шумопоглощающими накладками для снижения уровня шума двигателя.
Module 08. Турбина низкого давления. Специальные болтовые диски формируют ротор турбины. Она через вал низкого давления вращает вентилятор, обеспечивая при этом мощность не менее 80000 л.с., что примерно может быть равно мощности тысячи семейных автомобилей.

Модули двигателя Trent 900.

Для автоматического управления двигателем используется цифровая электронная система производства фирмы Hamilton Sundstrand. Кроме того на нем впервые в линии Trent применена система быстрого непрерывного мониторинга состояния двигателя Engine Health Monitoring (EHM).
Расположение двигателя на А380 с точки зрения ремонтопригодности очень удобное. Двигатель полностью “раскрывается” для обеспечения удобного подхода практически к любой точке его наружной поверхности.

Двигатель Trent 900 под крылом A380.