AEX.RU — Американская компания General Electric провела серию испытаний перспективного реактивного двигателя изменяемого цикла с адаптивной технологией (ADVENT), сообщает Lenta.ru со ссылкой на Flightglobal. Проверка полноценного прототипа силовой установки проводилась в 2014 году.
Предистория и особенности
В настоящее время изучением полученных данных занимается Исследовательская лаборатория ВВС (AFRL) США; анализ планируется завершить в феврале 2015 года.
В ходе испытаний двигатель в частности произвел несколько стабильных переходов из одного режима работы в другой. Во время таких переходов производилось переключение воздушного потока из высокого воздушного контура в низкий. При этом все параметры работы ADVENT соответствовали расчетным параметрам. Во время испытаний также была проведена проверка керамических матричных композитов, из которых изготовлены некоторые узлы ADVENT, на воздействие высоких температур.
Из керамических матричных композитов в двигателе изготовлено сопло турбины высокого давления. Во время испытаний эти элементы нагревались до температуры в 1650 градусов Цельсия. Это на несколько сотен градусов выше предельной температуры для стандартных элементов реактивных двигателей, изготовленных из различных никелевых сплавов. По итогам испытаний сопла турбины каких либо повреждений конструкции выявлено не было.
Между тем, 20 января 2015 года AFRL заключила с GE новый контракт на продолжение разработки и испытаний ADVENT. Сумма сделки составила 325 миллионов долларов. В целом программа разработки реактивного двигателя изменяемого цикла с адаптивной технологий рассчитана на десять лет и предполагает создание, в конечном итоге, адаптивных реактивных силовых установок для боевых и гражданских самолетов.
В конце 2015 года американская компания Northrop Grumman приступила к исследованиям, которые в перспективе позволят значительно снизить температуру боевых лазеров и их систем энергоснабжения, а также бортового оборудования и обычного вооружения перспективных боевых самолетов. В качестве одного из вариантов исследователи рассматривают возможность создания теплового аккумулятора. Тепло от боевых лазеров и систем подачи энергии будет накапливаться в нем, а при достижении полной емкости аккумулятора оно будет отводиться от него в рассеивающий контур.
Рассеивающий контур, помимо прочего, будет включать в себя теплоотводящие элементы в третьем контуре адаптивного двигателя, через который будет проходить воздух во время полета.
По предварительной оценке, многоступенчатая система отвода тепла позволит добиться по меньшей мере неувеличения тепловой заметности боевого самолета при использовании большого количества систем — источников тепла.
Особенностью перспективного адаптивного двигателя является использование третьего (высокого) воздушного контура вдобавок к традиционному низкому (второму). При взлете и полете на максимальной скорости третий контур будет закрываться, чтобы двигатель мог поддерживать максимальный уровень тяги. При полете на крейсерской дозвуковой скорости третий воздушный контур будет открыт, что позволит несколько увеличить тягу двигателя и снизить потребление топлива.
- По предварительным данным, в целом улучшение основных параметров в ADVENT по сравнению с обычными реактивными двигателями составит 35 процентов.
- Экономичность двигателя увеличится на 25 процентов, диапазон рабочих режимов — на 30 процентов, а тяга — на 5-10 процентов.
Работы по ADVENT планировалось завершить в 2016 году, после чего GE переключится на следующий этап программы — создание двигателей AETD для американских боевых самолетов.
Разработку технологий реактивного двигателя изменяемого цикла ВВС США заказали у компании General Electric в сентябре 2012 года.
Тогда сообщалось, что рабочий прототип нового двигателя AETD будет создан к 2017 году, а его установка на боевые самолеты начнется после 2020 года.
- По предварительной оценке, использование адаптивных двигателей позволит ВВС США экономить до 1,2 миллиарда галлонов топлива в год (4,5 миллиарда литров). Это чуть меньше половины ежегодного потребления топлива американскими ВВС.
Настоящее и будущее
Американские компании General Electric и Pratt & Whitney приступили к сборке первых опытных образцов адаптивных турбореактивных авиационных двигателей, которые в будущем будут устанавливаться на самые разные классы летательных аппаратов:
- транспортные самолеты,
- истребители,
- самолеты-заправщики,
- бомбардировщики.
Как пишет Aviation Week, обе силовые установки создаются в габаритных размерах турбореактивного двигателя с форсажной камерой F135, силовой установки истребителя F-35 Lightning II.
Принцип работы турбореактивных моногоконтурных двигателей
Современные турбореактивные двигатели состоят из двух частей. Одна из них — внутренний контур, состоящий из газогенератора и сопловой части. В состав газогенератора входят компрессоры, камера сгорания и турбина высокого давления.
В полете воздух затягивается и немного сжимается вентилятором — самым большим и самым первым винтом по ходу полета.
Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом.
- После сгорания топливной смеси газы из камеры сгорания попадают на турбину высокого давления и вращают ее, а та, в свою очередь, приводит в движение компрессор. После турбины высокого давления газы попадают на турбину низкого давления, приводящую вентилятор. После турбин газовый поток попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя.
- Вторая часть двигателя — внешний контур — представляет собой направляющий аппарат, воздуховод и, в некоторых случаях, собственное кольцевое сопло.
- Во время полета часть немного сжат практически как турбовентиляторная силовая установка с большой степенью двухконтурности. В таком режиме силовая установка будет иметь несколько большую тягу и существенно меньшее потребление топлива.
По предварительной оценке, разработчиков, топливная экономичность адаптивного двигателя по сравнению с F135 будет выше на 25 процентов, диапазон рабочих режимов — на 30 процентов, а тяга — на 5-10 процентов.
Двигатели, сборкой которых занялись компании General Electric и Pratt & Whitney получили обозначение XA100 и XA101. Первые опытные образцы этих силовых установок смогут развивать тягу до 200 килоньютонов. Для сравнения, максимальная тяга двигателя F135 составляет 125 килоньютонов и 191 килоньютон в режиме форсажа.
Процесс сборки и испытания отдельных узлов перспективных двигателей должен завершиться в конце 2019 года, а с 2020 года разработчики приступят к испытаниям силовых установок в сборе.
По теме:
Адаптивные двигатели помогут охладить боевые лазеры.
Началась сборка первых адаптивных реактивных двигателей.
Трёхконтурный адаптивный. Завершены испытания нового авиадвигателя
Испытания первого прототипа перспективного адаптивного авиационного реактивного двигателя XA100 завершены. Мотор разрабатывается по заказу ВВС США компанией GE Aviation с 2007 года.
Адаптивный двигатель XA100 получил три контура: внутренний, состоящий из газогенератора и сопловой части, и два внешних.
При полете на дозвуковой скорости третий воздушный контур будет открыт, и двигатель станет работать практически как турбовентиляторная силовая установка с большой степенью двухконтурности.
В таком режиме силовая установка получит большую тягу, при этом потребление топлива уменьшится. При полете на сверхзвуковой скорости третий контур будет закрываться полностью, при этом объем воздуха, проходящего через второй контур уменшится.
Известно, что в дополнение к адаптивному обводному воздушному потоку, в конструкции XA100 используются керамические матричные композиты (CMC) во вращающихся лопастях турбины высокого давления и полимерные матричные композиты позволяет GE использовать более высокие температуры или снижать охлаждающие нагрузки в конструкции двигателя.
Как пишет Flightglobal, стендовые испытания силовой установки проводились с декабря 2020 года. В ходе тестирования силовая установка показала характеристики, которые соответствуют математическим прогнозам, которые были получены еще на этапе проектирования.
Адаптивный двигатель в первую очередь планируется использовать на истребителе F-35 Lightning II. ВВС США заинтересованы в переоснащении стелс-истребителя. Якобы, необходимо увеличить дальность полета самолета, нынешних 2200 км будет недостаточно, если истребителю потребуется атаковать цели в Китае. Сейчас на истребитель устанавливают газотурбинный двигатель Pratt & Whitney F135.
Визуализация трех контуров адаптивного двигателя XA100
Ожидают, что на 50% увеличится продолжительность полета F-35, если заменят стандартную силовой установки F135 на новый XA100, дальность полета — на 35%, а тяга— на 10%. При этом расход топлива в полете уменьшится на 25%.
Подробности о стендовых испытаниях силовой установки GE Aviation не раскрывает. В настоящее время компания занимается сборкой второго прототипа двигателя, проверки которого начнутся ближе к концу 2021 года.
В отличие от традиционных двигателей с фиксированным воздушным потоком, двигатель GE ACE является двигателем с переменным циклом, который автоматически переключается между режимом высокой тяги, достигая максимальной мощности и режимом высокой эффективности для оптимальной экономии топлива.
Помимо GE Aviation разработкой адаптивного двигателя занимается американская компания Pratt & Whitney. Ее силовая установка получила обозначение XA101.
Первые образцы двигателей XA100 и XA101 смогут развивать тягу до 200кН. Для сравнения, максимальная тяга двигателя F135 истребителя F-35 составляет 125 кН и 191 килон кН ьютон в режиме форсажа.
Немного теории
Современные турбореактивные двигатели состоят из двух частей. Одна из них — внутренний контур, состоящий из газогенератора и сопловой части. В состав газогенератора входят компрессоры, камера сгорания и турбина высокого давления.
В полете воздух затягивается и немного сжимается вентилятором — самым большим и самым первым винтом по ходу полета.
Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом.
После сгорания топливной смеси газы из камеры сгорания попадают на турбину высокого давления и вращают ее, а та, в свою очередь, приводит в движение компрессор.
После турбины высокого давления газы попадают на турбину низкого давления, приводящую вентилятор. После турбин газовый поток попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя.
Вторая часть двигателя — внешний контур — представляет собой направляющий аппарат, воздуховод и, в некоторых случаях, собственное кольцевое сопло.
Во время полета часть немного сжатого вентилятором воздуха, не попавшая во внутренний контур, попадает в направляющий аппарат, где тормозится. Из-за торможения давление в воздушном потоке повышается.
После этого сжатый воздух поступает в воздуховод, а затем — в сопло и формирует остаток тяги.
В современных турбовентиляторных двигателях гражданских самолетов основная часть тяги — до 80 процентов — формируется вентилятором.
В двигателях истребителей большая часть проходящего через двигатель воздушного потока проходит через внутренний контур. Такое решение позволяет несколько повысить «отзывчивость» двигателя на управление, а также уменьшить его поперечные размеры, благодаря чему силовая установка способна обеспечивать сверхзвуковую скорость полета.
В двигателях с форсажной камерой присутствует дополнительная зона, расположенная за турбинами и перед соплом.
В полете в эту камеру впрыскивается дополнительное топливо, которое самовоспламеняется от раскаленных отработавших газов, все еще имеющих высокое содержание кислорода.
Последний и выступает окислителем для топлива в форсажной камере. Такое конструктивное решение позволяет существенно повысить тягу двигателя, но приводит к быстрому расходу топлива.
Началась сборка первых адаптивных реактивных двигателей
Рендер адаптивного двигателя XA100
GE Aviation
Американские компании General Electric и Pratt & Whitney приступили к сборке первых опытных образцов адаптивных турбореактивных авиационных двигателей, которые в будущем будут устанавливаться на самые разные классы летательных аппаратов: транспортные самолеты, истребители, самолеты-заправщики, бомбардировщики. Как пишет Aviation Week, обе силовые установки создаются в габаритных размерах турбореактивного двигателя с форсажной камерой F135, силовой установки истребителя F-35 Lightning II.
Современные турбореактивные двигатели состоят из двух частей. Одна из них — внутренний контур, состоящий из газогенератора и сопловой части. В состав газогенератора входят компрессоры, камера сгорания и турбина высокого давления.
В полете воздух затягивается и немного сжимается вентилятором — самым большим и самым первым винтом по ходу полета.
Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом.
После сгорания топливной смеси газы из камеры сгорания попадают на турбину высокого давления и вращают ее, а та, в свою очередь, приводит в движение компрессор.
После турбины высокого давления газы попадают на турбину низкого давления, приводящую вентилятор. После турбин газовый поток попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя.
Вторая часть двигателя — внешний контур — представляет собой направляющий аппарат, воздуховод и, в некоторых случаях, собственное кольцевое сопло.
Во время полета часть немного сжатого вентилятором воздуха, не попавшая во внутренний контур, попадает в направляющий аппарат, где тормозится. Из-за торможения давление в воздушном потоке повышается.
После этого сжатый воздух поступает в воздуховод, а затем — в сопло и формирует остаток тяги.
В современных турбовентиляторных двигателях гражданских самолетов основная часть тяги — до 80 процентов — формируется вентилятором.
В двигателях истребителей большая часть проходящего через двигатель воздушного потока проходит через внутренний контур. Такое решение позволяет несколько повысить «отзывчивость» двигателя на управление, а также уменьшить его поперечные размеры, благодаря чему силовая установка способна обеспечивать сверхзвуковую скорость полета.
В двигателях с форсажной камерой присутствует дополнительная зона, расположенная за турбинами и перед соплом.
В полете в эту камеру впрыскивается дополнительное топливо, которое самовоспламеняется от раскаленных отработавших газов, все еще имеющих высокое содержание кислорода.
Последний и выступает окислителем для топлива в форсажной камере. Такое конструктивное решение позволяет существенно повысить тягу двигателя, но приводит к быстрому расходу топлива.
Проект адаптивного турбореактивного двигателя предусматривает добавление в конструкцию силовой установки третьего внешнего воздушного контура.
При полете на дозвуковой скорости третий воздушный контур будет открыт, и двигатель будет работать практически как турбовентиляторная силовая установка с большой степенью двухконтурности.
В таком режиме силовая установка будет иметь несколько бо́льшую тягу и существенно меньшее потребление топлива.
По предварительной оценке разработчиков, топливная экономичность адаптивного двигателя по сравнению с F135 будет выше на 25 процентов, диапазон рабочих режимов — на 30 процентов, а тяга — на 5-10 процентов.
Двигатели, сборкой которых занялись компании General Electric и Pratt & Whitney получили обозначение XA100 и XA101. Первые опытные образцы этих силовых установок смогут развивать тягу до 200 килоньютонов.
Для сравнения, максимальная тяга двигателя F135 составляет 125 килоньютонов и 191 килоньютон в режиме форсажа.
Процесс сборки и испытания отдельных узлов перспективных двигателей должен завершиться в конце 2019 года, а с 2020 года разработчики приступят к испытаниям силовых установок в сборе.
В конце 2015 года американская компания Northrop Grumman приступила к исследованиям, которые в перспективе позволят значительно снизить температуру боевых лазеров и их систем энергоснабжения, а также бортового оборудования и обычного вооружения перспективных боевых самолетов.
В качестве одного из вариантов исследователи рассматривают возможность создания теплового аккумулятора. Тепло от боевых лазеров и систем подачи энергии будет накапливаться в нем, а при достижении полной емкости аккумулятора оно будет отводиться от него в рассеивающий контур.
Рассеивающий контур, помимо прочего, будет включать в себя теплоотводящие элементы в третьем контуре адаптивного двигателя, через который будет проходить воздух во время полета. По предварительной оценке, многоступенчатая система отвода тепла позволит добиться по меньшей мере неувеличения тепловой заметности боевого самолета при использовании большого количества систем — источников тепла.
Василий Сычёв
Адаптивные двигатели. Где Россия?
?
vlad_burtsev (vlad_burtsev) wrote, 2019-03-22 12:06:00 vlad_burtsev vlad_burtsev 2019-03-22 12:06:00 Categories:
Американский истребитель F-35 первым получит адаптивный двигатель нового поколения. Обновление позволит самолету составить конкуренцию российскому Су-57.
Компания из США GE Aviation закончила техническое проектирование адаптивного турбореактивного двигателя нового поколения ХА100. Инженеры вели работы около двух лет при участии специалистов ВВС США.
В скором времени будет собрана и испытана полноразмерная авиационная силовая установка, сообщает информационный портал Defense-aerospace.Сборка отдельных узлов ХА100 ведется с сентября 2018 года. Испытания агрегатов должны завершиться до конца 2019 года.
Тестирование полностью собранного двигателя запланировано на 2020 год.
Техническое проектирование – один из важнейших этапов конструирования техники, так как он предполагает создание документации на изделие и окончательное формирование списка используемых конструкторских решений. На основании техдокументов строят готовые изделия и проводят испытания.
Новый адаптивный турбореактивный двигатель, устанавливаемый на боевые самолеты, будет значительно отличаться от своих предшественников за счет трехконтурной конструкции: один внутренний контур с газогенератором и сопловой частью, а также два внешних.
На дозвуковой скорости третий воздушный контур будет открыт, а двигатель будет работать как турбовентилятор с большей степенью двухконтурности. В этом режиме силовая установка обеспечит самолету увеличенную тягу и меньший расход топлива. На сверхзвуке третий контур полностью закроется, а объем воздуха, проходящего через второй контур, будет немного уменьшаться.
По словам разработчиков, новое адаптивное «турбосердце» увеличит самолетам экономию топлива на 25%, диапазон рабочих режимов на 30%, а тягу на 10%.
Информационный портал Nplus1 дополнительно сообщает, что помимо GE Aviation конструированием адаптивного двигателя занимается компания Pratt & Whitney. Ее силовая установка получила обозначение XA101.
Первые образцы новых силовых установок смогут развивать тягу до 200 килоньютонов.
Прирост в мощности очень значителен, особенно с учетом тяги двигателя F135 истребителя F-35 Lightning II в 125 килоньютонов в безфорсажном режиме.
Отметим, тяга двигателя также влияет на скороподъемность, общую скорость самолета и его маневренность. Модернизация F-35 позволит истребителю конкурировать c Су-57, так как новая силовая установка минимизирует главные недостатки самолета: низкую маневренность и скорость.
Отсчет времени для Су-57? Итак, уже скоро американский истребитель F-35 получит адаптивный двигатель нового поколения. Обновление позволит самолету составить конкуренцию российскому Су-57. Тяга двигателя также влияет на скороподъемность, общую скорость самолета и его маневренность.
По словам разработчиков, новое адаптивное «турбосердце» увеличит истребителю экономию топлива на 25%, диапазон рабочих режимов на 30%, а тягу на 10%.
В отличие от традиционных двигателей с фиксированным воздушным потоком, двигатель GE ACE является двигателем с переменным циклом, который автоматически переключается между режимом высокой тяги, достигая максимальной мощности и режимом высокой эффективности для оптимальной экономии топлива. А это означает совершенно новый этап оперативных возможностей для ВВС США.
Источник контента: https://naukatehnika.com/f-35-dogonyaet-su-57-novyj-adaptivnyj-dvigatel.html
naukatehnika.com
«Изделие 30» для Су-57
Один из самых сложных и перспективных проектов в российском двигателестроении – разработка двигателя «второго этапа» для истребителя пятого поколения Су-57.
Силовая установка, которая должна после 2020 года заменить АЛ-41Ф1 (двигатель, очень близкий к АЛ-41Ф1С, который устанавливается на серийные Су-35С), пока разрабатывается под временным названием «изделие 30». По доступной информации, разработку ведет ОКБ им.
Люльки – московский филиал ПАО «ОДК-УМПО» («Уфимское моторостроительное производственное объединение»).
Из информации, в течение последних лет появляющейся в СМИ, известно, что двигатель, как и АЛ-41Ф1, имеет управляемый вектор тяги, а тяга на форсаже достигает 17 000 – 18 000 кгс, против 15 000 кгс у АЛ-41Ф1.
В целом характеристики двигателя должны превосходить таковые у АЛ-41Ф1 на 20–25%, кроме того, можно предположить, что будет проделана работа и по снижению заметности в радиолокационном и инфракрасном спектрах [1].
Сочетание этих факторов должно позволить Су-57 достичь требуемых критериев истребителя пятого поколения.
Комбинированные двигатели
Перспективная задача создания гиперзвуковых и атмосферно-космических самолетов требует разработки соответствующих двигателей.
На гиперзвуковых скоростях использование традиционного ТРД/ТРДД невозможно, при этом применение исключительно прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПРВД) также не представляется возможным – он неэффективен на дозвуковых и низких сверхзвуковых скоростях.
В связи с этим целесообразна разработка комбинированных двигателей – «турбопрямоточных» или же «турборакетных». Опыт создания и реального применения «турбопрямоточных» двигателей имеется в США – пара Pratt & Whitney J58 позволяла самолету-разведчику SR-71 разгоняться до скорости 3,2 М.
Сейчас в США на ранних стадиях ведутся работы по созданию как гражданских [15], так и военных гиперзвуковых самолетов. Как Boeing, так и Lockheed Martin стремятся создать гиперзвуковой самолет-разведчик, фактически «наследника» SR-71.
В рамках программы DARPA Advanced Full Range Engine (AFRE) [16] идут работы по созданию комбинированного двигателя, включающего в себя два компонента – ТРД и двухрежимный ПРВД, со сжиганием топлива в дозвуковом воздушном потоке и со сжиганием топлива в сверхзвуковом воздушном потоке.
На скорости, достаточной для запуска ПРВД, воздушный поток полностью перенаправляется во внешний контур, минуя газогенератор (турбина полностью отключается) и напрямую попадая в камеру сгорания ПРВД, расположенную за турбиной (вероятно, в форсажной камере). В англоязычной литературе такой двигатель получил название turbine-based combined cycle (TBCC).
Работу ведут Boeing в сотрудничестве с Orbital ATK (ныне является частью Northrop Grumman) c 2016 года [17] и Lockheed Martin (отдел Skunk Works) с Aerojet Rocketdyne с 2009 года [18], [19].
Еще один перспективный тип комбинированного двигателя – это «турборакетный» двигатель. Такой двигатель, в отличие от «турбопрямоточного», может работать как в атмосфере, так и в безвоздушном пространстве.
Наиболее интересным проектом в этой области является британский двигатель SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine), разрабатываемый частной компаний Reaction Engines Limited [20].
Фактически в нем сочетаются три компонента – ТРД, ПВРД и ракетный двигатель.
Механизм работы двигателя достаточно сложный: воздух после попадания в воздухозаборник моментально охлаждается до –140 °С (примерно с 1000 °С) в теплообменнике.
Происходит это за счет опосредованной передачи тепла от жидкого водорода (является топливом SABRE) через гелий, который находится в промежуточной петле.
Нагревшийся гелий в дальнейшем применяется для обеспечения работы турбины компрессора, а водород сжигается как в камерах сгорания (всего их четыре), так и в дополнительных прямоточных камерах сгорания (на охлаждение гелия требуется больше водорода, чем для сжигания в основных камерах сгорания), расположенных кольцеобразно вокруг основных. На высоте 28,5 км и скорости 5,14 M двигатель переходит в ракетный режим – воздухозаборник закрывается, а в камеру сгорания начинает поступать жидкий кислород. За счет этого должен обеспечиваться вывод на орбиту одноступенчатого космического аппарата SKYLON [21].
Первые стендовые испытания двигателя планируется провести в 2020 году [22]. На раннем этапе подобные работы проходят и в России – в филиале Военной академии РВСН имени Петра Великого (Серпухов) ведутся работы над двигателем для перспективного воздушно-космического самолета [23].
Что смогут авиационные двигатели будущего?
Авиационные двигатели представляют собой, пожалуй, самый сложный компонент любого летательного аппарата
Их технология производства отличается большой сложностью, а время от начала разработки до начала серийного производства может превышать и 10 лет. Рассмотрим наиболее перспективные проекты в военном двигателестроении.
Перспективные двигатели для истребительной авиации
Современная истребительная авиация является сверхзвуковой, более того, для пятого поколения истребителей необходима также возможность выполнения полета на бесфорсажной сверхзвуковой крейсерской скорости.
Естественно, это требует применения более мощных и эффективных двигателей. На истребителях как четвертого, так и пятого поколения на сегодняшний день применяются двухконтурные турбореактивные двигатели (ТРДД) c низкой степенью двухконтурности с форсажем.
Рассмотрим перспективные силовые установки для истребителей.
«Изделие 30» для Су-57
Один из самых сложных и перспективных проектов в российском двигателестроении – разработка двигателя «второго этапа» для истребителя пятого поколения Су-57.
Силовая установка, которая должна после 2020 года заменить АЛ-41Ф1 (двигатель, очень близкий к АЛ-41Ф1С, который устанавливается на серийные Су-35С), пока разрабатывается под временным названием «изделие 30». По доступной информации, разработку ведет ОКБ им.
Люльки – московский филиал ПАО «ОДК-УМПО» («Уфимское моторостроительное производственное объединение»).
Из информации, в течение последних лет появляющейся в СМИ, известно, что двигатель, как и АЛ-41Ф1, имеет управляемый вектор тяги, а тяга на форсаже достигает 17 000 – 18 000 кгс, против 15 000 кгс у АЛ-41Ф1.
В целом характеристики двигателя должны превосходить таковые у АЛ-41Ф1 на 20–25%, кроме того, можно предположить, что будет проделана работа и по снижению заметности в радиолокационном и инфракрасном спектрах [1].
Сочетание этих факторов должно позволить Су-57 достичь требуемых критериев истребителя пятого поколения.
«Трехконтурные» адаптивные двигатели в рамках программы Adaptive Engine Technology Development (AETD)
Еще в 2007 году стартовала программа министерства обороны США Adaptive Versatile Engine Technology (ADVENT), в которой участвовали General Electric (GE) и Rolls-Royce.
В 2012 году ADVENT была завершена и перешла в программу Adaptive Engine Technology Development (AETD), в которой вместо Rolls-Royce оказалась Pratt & Whitney (P&W).
С 2016 года с обеими компаниями были подписаны контракты на выполнение работ в рамках программы Adaptive Engine Transition Program (AETP). Обе компании получили по 1 млрд долларов, со сроком исполнения программы до 30 сентября 2021 года [2].
Перед обеими компаниями стоит цель разработать и испытать новый тип двигателей, которые в перспективе планируется устанавливать на истребителях F-35 и перспективных истребителях шестого поколения.
Цель программы заключается в создании двигателя, который расходует на 25% меньше топлива и выдает на 10% больше тяги, чем доступные на сегодня силовые установки.
Такое серьезное улучшение показателей достигается за счет добавления третьего контура к ТРДД, который включается в работу только в режиме экономичного полета, сильно повышая степень двухконтурности двигателя.
К тому же более холодный воздух третьего контура используется для снижения температуры газов, покидающих двигатель, и, соответственно, снижения заметности в инфракрасном диапазоне. В боевом режиме достигается повышенная мощность двигателя за счет перехода на традиционный двухконтурный режим с низкой степенью двухконтурности.
Двигатель Adaptive Cycle Engine (ACE), или XA-100, который разрабатывается GE, согласно официальной информации, позволяет снизить потребление топлива на 25%, повысить максимальную дальность полета на 35% и увеличить тягу на 20% [3].
Что касается двигателя P&W под названием XA-101, он представляет собой глубокую модернизацию силовой установки F135, которая используется на истребителях F-35. В двигателе для программы AETP применяется внутренний контур (газогенератор) F-135 практически без изменений, идет разработка остальных компонентов, в том числе и третьего контура [4].
Отметим, что в открытых источниках информации о разработке аналогичных технологий в России пока нет.
Китайские проекты
В Китае, где активно развивается военное авиастроение, разработаны два истребителя пятого поколения – J-20 и J-31.
Оба самолета поначалу полагаются на российские двигатели – АЛ-31Ф и РД-93, однако в перспективе должны получить китайские двигатели – WS-15 [5] и WS-19 [6] соответственно.
Открытой информации о них немного, но ожидать какого-то технологического прорыва не стоит – это будет скорее локальным успехом и сокращением отставания от России и Запада.
 |
| Авиационный высокотемпературный турбореактивный двухконтурный двигатель АЛ-41Ф1 («Изделие 117») с форсажной камерой и всеракурсно управляемым вектором тяги «первого этапа» для истребителя пятого поколения ПАК ФА на Международном авиакосмическом салоне МАКС-2011. (Doomych). |
| Источник: http://supercoolpics.com/ |
Прямоточные воздушно-реактивные двигатели
Несмотря на свою кажущуюся простоту, прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД) – одно из самых многообещающих направлений развития военного двигателестроения.
Прежде всего это касается ПВРД со сжиганием топлива в сверхзвуковом воздушном потоке или гиперзвуковых ПВРД (ГПВРД), а также двухрежимных вариантов – со сжиганием топлива как в дозвуковом, так и сверхзвуковом потоке воздуха.
В первую очередь «чистый» ГПВРД интересен для установки на крылатые ракеты – в таком случае до минимальной для начала работы двигателя скорости ракету может довести твердотопливный ракетный ускоритель.
Российские работы в этой области засекречены, имеется лишь небольшое количество упоминаний в открытых источниках.
Согласно им, авиационная гиперзвуковая крылатая ракета ГЗУР (гиперзвуковая управляемая ракета) получит ПВРД «Изделие 70», разработанный ПАО «ТМКБ «Союз» [7]. Он должен обеспечить полет ракеты на дальность 1500 км на скорости 6 M.
Согласно данным того же источника, серийное производство ГЗУР должно начаться в 2020 году. О характеристиках двигателя ничего не известно.
С другой стороны, научный руководитель Государственного научно-исследовательского института авиационных систем академик Евгений Федосов в интервью «Интерфаксу» в 2017 году упоминал тему ГПВРД и сказал, что пока успехи в этой области не достигнуты [8].
Похожее мнение высказал и советник главы корпорации НПО «Машиностроения» по науке Герберт Ефремов в январе 2018 года [9]. Однако функционирование стандартного ПВРД на скорости 6 M видится маловероятным. Еще меньше известно о двигателе для противокорабельной ракеты «Циркон» разработки НПО «Машиностроения» [10].
Информации о реальных сроках готовности этой ракеты также нет.
Что касается стран Запада, там работы ведутся в более открытом режиме. Пока все известные работы были исключительно исследовательскими и направлены на изучение как тематики непосредственно ГПВРД, так и поведения летательных аппаратов на гиперзвуковой скорости в целом.
На сегодняшний день ведутся работы в рамках программы Hypersonic Air-breathing Weapon Concept (HAWC), финансируемой DARPA и ВВС США [11]. Этим проектом занимаются как Lockheed Martin, так и Raytheon, получив контракты на 171,2 и 174,7 млн долларов соответственно. Еще 14,3 млн долларов было выделено в военном бюджете на 2019 год [12].
Работа заключается в создании прототипа гиперзвуковой крылатой ракеты с ГПВРД, другие детали пока неизвестны.
Есть проекты и в других странах, но менее конкретные и с размытыми перспективами. К примеру, европейская компания MBDA ведет исследования в направлении создания гиперзвуковой крылатой ракеты ASN4G, но ее появление «в металле» ожидается не ранее 2030 года [13].
Ведет работы и Индийская организация космических исследований: в 2016 году прошли успешные испытания ГПВРД – два двигателя были выведены на необходимую стартовую скорость с помощью ракеты-носителя Advanced Technology Vehicle (ATV) и успешно отработали в течение 5 секунд [14].
Комбинированные двигатели
Перспективная задача создания гиперзвуковых и атмосферно-космических самолетов требует разработки соответствующих двигателей.
На гиперзвуковых скоростях использование традиционного ТРД/ТРДД невозможно, при этом применение исключительно прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПРВД) также не представляется возможным – он неэффективен на дозвуковых и низких сверхзвуковых скоростях.
В связи с этим целесообразна разработка комбинированных двигателей – «турбопрямоточных» или же «турборакетных». Опыт создания и реального применения «турбопрямоточных» двигателей имеется в США – пара Pratt & Whitney J58 позволяла самолету-разведчику SR-71 разгоняться до скорости 3,2 М.
Сейчас в США на ранних стадиях ведутся работы по созданию как гражданских [15], так и военных гиперзвуковых самолетов. Как Boeing, так и Lockheed Martin стремятся создать гиперзвуковой самолет-разведчик, фактически «наследника» SR-71.
В рамках программы DARPA Advanced Full Range Engine (AFRE) [16] идут работы по созданию комбинированного двигателя, включающего в себя два компонента – ТРД и двухрежимный ПРВД, со сжиганием топлива в дозвуковом воздушном потоке и со сжиганием топлива в сверхзвуковом воздушном потоке.
На скорости, достаточной для запуска ПРВД, воздушный поток полностью перенаправляется во внешний контур, минуя газогенератор (турбина полностью отключается) и напрямую попадая в камеру сгорания ПРВД, расположенную за турбиной (вероятно, в форсажной камере). В англоязычной литературе такой двигатель получил название turbine-based combined cycle (TBCC).
Работу ведут Boeing в сотрудничестве с Orbital ATK (ныне является частью Northrop Grumman) c 2016 года [17] и Lockheed Martin (отдел Skunk Works) с Aerojet Rocketdyne с 2009 года [18], [19].
Еще один перспективный тип комбинированного двигателя – это «турборакетный» двигатель. Такой двигатель, в отличие от «турбопрямоточного», может работать как в атмосфере, так и в безвоздушном пространстве.
Наиболее интересным проектом в этой области является британский двигатель SABRE (Synergistic Air-Breathing Rocket Engine), разрабатываемый частной компаний Reaction Engines Limited [20].
Фактически в нем сочетаются три компонента – ТРД, ПВРД и ракетный двигатель.
Механизм работы двигателя достаточно сложный: воздух после попадания в воздухозаборник моментально охлаждается до –140 °С (примерно с 1000 °С) в теплообменнике.
Происходит это за счет опосредованной передачи тепла от жидкого водорода (является топливом SABRE) через гелий, который находится в промежуточной петле.
Нагревшийся гелий в дальнейшем применяется для обеспечения работы турбины компрессора, а водород сжигается как в камерах сгорания (всего их четыре), так и в дополнительных прямоточных камерах сгорания (на охлаждение гелия требуется больше водорода, чем для сжигания в основных камерах сгорания), расположенных кольцеобразно вокруг основных. На высоте 28,5 км и скорости 5,14 M двигатель переходит в ракетный режим – воздухозаборник закрывается, а в камеру сгорания начинает поступать жидкий кислород. За счет этого должен обеспечиваться вывод на орбиту одноступенчатого космического аппарата SKYLON [21].
Первые стендовые испытания двигателя планируется провести в 2020 году [22]. На раннем этапе подобные работы проходят и в России – в филиале Военной академии РВСН имени Петра Великого (Серпухов) ведутся работы над двигателем для перспективного воздушно-космического самолета [23].
Источники
https://bmpd.livejournal.com/3002080.html
https://www.defense.gov/News/Contracts/Contract-View/Article/822083
https://www.geaviation.com/military/engines/ge-adaptive-cycle-engine
http://newsroom.pw.utc.com/2017-09-18-Pratt-Whitney-Continues-Adaptive-Engine-Breakthroughs-with-Latest-Tests
Chinese Stealth Goes Operational, Carrier Program and Export Initiatives Accelerate
https://bmpd.livejournal.com/3016213.html
http://www.interfax.ru/interview/577399
https://iz.ru/695749/sergei-valchenko/massovogo-giperzvukovogo-oruzhiia-ne-stoit-ozhidat
http://www.npomash.ru/press/ru/tribuna110310.htm
https://www.darpa.mil/program/hypersonic-air-breathing-weapon-concept
https://breakingdefense.com/2018/03/dod-boosts-hypersonics-136-in-2019-darpa/).
https://www.defensenews.com/industry/2017/12/08/former-procurement-official-joins-mbda-as-france-eyes-new-munitions/
https://www.isro.gov.in/launchers/isro%E2%80%99s-scramjet-engine-technology-demonstrator-successfully-flight-tested
http://aviationweek.com/commercial-aviation/boeing-unveils-hypersonic-airliner-concept
https://www.darpa.mil/news-events/2016-06-24
http://aviationweek.com/defense/boeing-unveils-hypersonic-son-blackbird-contender
http://aviationweek.com/defense/boeing-unveils-hypersonic-son-blackbird-contender
https://www.popularmechanics.com/military/aviation/news/a28577/darpa-aerojet-rocketdyne-hypersonic-jet-engine/
https://www.reactionengines.co.uk/sabre-engine/
https://web.archive.org/web/20160418035934/http://www.reactionengines.co.uk/tech_docs/SKYLON_User_Manual_rev1-1.pdf
https://www.reactionengines.co.uk/westcott-test-site-tf1-1-year-construction/
http://tass.ru/armiya-i-opk/3450192
Леонид Нерсисян
Загрузка...
