Технології

Революційний «керамічний» вертолітний двигун буде готовий в 2020 році

Незважаючи на усталену думку, згідно з якою газотурбінні двигуни (ГТД) майже досягли технологічної досконалості і приросту показників більш ніж на одиниці відсотків в нових моделях чекати не варто, інженери продовжують шукати способи радикально їх поліпшити. Компанія GE Aviation вже до кінця 2020 року має намір представити передсерійні екземпляри своїх революційних силових установок, які повинні бути на 20% довговічніше, на 35% економічніше і матимуть поліпшену на 80% енергоозброєність, ніж попередні аналогічні моделі.

Концепт газотурбінного двигуна FATE / © GE Aviation

Причому такого значного прогресу досягнуто не завдяки подорожчанню конструкції, а всупереч — двигуни будуть на 45% дешевше у виробництві. Всі перераховані вище відсотки поліпшення характеристик — цілі програми FATE (Future Affordable Turbine Engine, перспективний недорогий газотурбінний двигун). Її ініціювала Армія США майже десять років тому, а зовсім недавно, як повідомляє портал FlightGlobal, фахівці GE Aviation змогли досягти всіх показників під час випробувань прототипів.

Точна дата демонстрації перших примірників готових революційних силових установок поки не призначена, але компанія обіцяє зробити це до 2021 року. Тобто залишилося всього декілька місяців — максимум.

Настільки вражаючих результатів вдалося досягти завдяки широкому використанню композитів з керамічною матрицею (CMC, ceramic matrix composite) в конструкції газотурбінного двигуна. Ці матеріали відрізняються вражаючою жароміцністю, твердістю і відносною простотою у виготовленні, але, на відміну від звичайних керамік, не настільки тендітні. Вони досить стійкі до відколів і виникнення тріщин, а це ахіллесова п’ята навіть металевих лопаток турбін і компресорів.

Масогабаритний макет ТРД GE T901, в якому будуть використовуватися технології, відпрацьовані в рамках програми FATE / © US Army

Кераміки відрізняються високим модулем пружності, що означає здатність матеріалу протистояти розтягування або стиснення при пружній деформації. Однак вони можуть зруйнуватися через появу найменших ушкоджень у своїй структурі, що обмежує сферу застосування кераміки. Щоб надати потрібну міцність конструкцій на їх основі, часто використовують більш пластичні шари, наприклад металеві. Однак покриття керамікою інших структур — недешевий процес.

У свою чергу, CMC виходять шляхом вирощування керамічних волокон і впровадження їх в матрицю основного матеріалу. Найчастіше обидва ключові компоненти виробляють з одного і того ж типу кераміки, тобто хімічні властивості композиту залишаються єдиними, а поліпшуються тільки його фізичні характеристики.

Sikorsky Raider X / © Lockheed Martin

Інноваційні газотурбінні установки вже пройшли понад 130 годин випробувань, які охоплювали як роботу двигунів в зборі, так і тести окремих компонентів і вузлів. На сьогодні GE Aviation створила два вироби різної продуктивності, а в перспективі планує випустити цілу лінійку моделей потужністю від п’яти до 10 тисяч кінських сил.

Першочергове призначення цих агрегатів — установка на розроблювану в рамках програми Армії США Future Vertical Lift (FVL) техніку. Це означає, що вони, швидше за все, виявляться в серійних версіях конвертоплана Bell V-280 Valor, гвинтокрила Sikorsky-Boeing SB-1 Defiant (підпрограма FLRAA), а також в Bell 360 Invictus і Sicorsky Raider X (підпрограма FARA).

Крім перспективних двигунів і літальних апаратів, результати дев’яти років наполегливої праці інженерів GE Aviation можна буде застосовувати для удосконалення вже випущених або виробів, які знаходяться на конвеєрі. Компанія планує використовувати напрацювання FATE при модернізації ВМД T901, який вибрали для ремоторизації вертольотів Sikorsky UH-60 Black Hawk і Boeing AH-64 Apache в найближчому майбутньому, а також T700, що приводить в дію сотні цих машин по всьому світу сьогодні.

Натхнення: naked-science.ru

Кнопка «Наверх»