Что побуждает и/или позволяет переходить на турбовентиляторные двигатели с большей степенью двухконтурности на реактивных лайнерах?

Примечание: я ни в коем случае не эксперт в этом, мне просто любопытно.

Кажется, существует общая тенденция к все более и более высоким коэффициентам двухконтурности в двигателях коммерческих реактивных лайнеров. (Я имею в виду самолеты размером 737/A320 и больше.)

Я понимаю, почему это происходит (экономия топлива и шум). Но чем обусловлен странный темп развития?

Очевидно, что с самого начала существовало стремление к более высокому байпасу. Например, двигатели P&W JT8D, представленные в 1962 г., работали с соотношением 0,96:1, тогда как всего несколько лет спустя, в 1966 г., JT9D работал с соотношением 5:1. Довольно скачок.

Но тогда мне кажется, что за 25 лет он устоялся в районе 5-6:1. Следующим большим скачком станет GE90 с соотношением сторон 9:1. Это был 1992 год, а затем он снова стабилизировался на уровне 9-10:1 еще на пару десятилетий. Последним (меньшим) скачком стал PW1000G с соотношением сторон 12:1.

Что вызвало такие внезапные скачки и плато? Почему от 1960-х до наших дней не было более линейного прогресса? Или гораздо более быстрое продвижение к соотношениям, которые мы наблюдаем сегодня? Они явно желательны.

Я могу себе представить, как инженеры P&W смотрели на JT9D в середине 1960-х и думали: «Ну, мы перешли от 1:1 к 5:1 за один раз. Давайте перейдем к 10:1 в следующий раз!». Но этого не произошло. Кажется, их следующим основным двигателем для авиалайнеров был PW2000 — целых 20 лет спустя — с соотношением 6:1.

  • Было ли это связано с техническими/производственными ограничениями?
  • Сместился ли акцент на тех или иных ТТХ? Например, более постоянная установка на экономичность, а не на скорость.
  • Просто парки стабилизировались вокруг определенных самолетов, а новые двигатели давно не нужны?

Последний пункт кажется очень правдоподобным. Тем не менее, 747-8, 737-MAX и A320neo, хотя и сопоставимы со своими предшественниками по размеру и роли, совершили резкий скачок с двигателей 5-6:1 на 10-12:1. Это похоже на то, что могло произойти раньше или более постепенно.

Конечно, я знаю, что степень двухконтурности — не единственная интересная метрика для двигателя, но она заметна даже для неопытного глаза; двигатели просто становятся больше и больше. Но именно поэтому я спрашиваю о темпах разработки, поскольку «увеличение вентилятора» кажется очевидным шагом (я знаю, что это еще не все, но все же). Также кажется, что скорее всего это произойдет постепенно, а не рывками.

Опять же, я не эксперт, я просто гуглил. Но я, возможно, пропустил что-то основное.

Ваше заявление о P&W JT8D оставляет у меня сомнения относительно моего понимания коэффициента двухконтурности. Как это может быть <1:1?
И мне также интересно, почему «@Flambino» продолжает исчезать в начале моего комментария… Должно быть, это особенность приложения для iPad, с которым я работаю.
@RobVermeulen Если через ядро How can it be <1:1?​​проходит больше воздуха , чем вокруг него. Например, с двигателем 5:1 вокруг активной зоны (в обход) проходит в пять раз больше воздуха, чем через нее. С двигателем 0,2:1 все было бы наоборот: через него проходит в пять раз больше воздуха , чем вокруг. И: Это не ваш iPad. Поскольку вы комментируете мой вопрос, подразумевается часть: я увижу ваш комментарий автоматически. Вам нужен @ только в том случае, если ваш комментарий адресован кому-то другому, а не владельцу сообщения. @flambino
Спасибо, Фламбино, за то, что сделал меня мудрее сразу в двух темах! Я не понял, что всегда есть воздух, обходящий сердечник, очевидно, и что это часть расчета коэффициента.

Ответы (1)

Для подсказки посмотрите на динамику цен на нефть:

Исторический график цен на нефть

Исторический график цен на нефть ( источник )

В то время как первая разработка в области 5: 1 предшествовала первому нефтяному кризису (1973 г.) и была обусловлена ​​​​экономией топлива, большей дальностью полета и меньшим шумом в аэропорту, следующий шаг был начат вторым кризисом в начале 1980-х годов. Потребовалось одно десятилетие, чтобы разработать двигатели и самолеты, которые могли бы их установить, поэтому комбинация Boeing 777 и GE90 появилась в 1995 году во время падения цен на нефть.

Следующий раунд начался только после вторжения США в Ирак, в результате которого цены на нефть взлетели с 2003 года. Опять же, потребовалось десятилетие, чтобы двигатели стали доступны, но теперь увеличение диаметра менее драматично, и существующие конструкции могут быть оснащены ими ( A320neo , 737MAX ).

До начала 1960-х коэффициент двухконтурности не мог расти больше, потому что

  • реактивные двигатели были разработаны для военных самолетов, и больше внимания уделялось максимальной скорости , чем эффективности. Авиалайнеры использовали то, что было доступно (обратите внимание, что Convair 880 был оснащен упрощенной версией J-79 без форсажа , который приводил в движение F-104 Starfighter , F-4 Phantom II и B-58 Hustler ).
  • ранние авиалайнеры ( De Havilland Comet , Туполев 104 ) располагали двигатели в корнях крыла, поэтому для увеличения степени двухконтурности оставалось мало места. Когда компания Rolls-Royce разрабатывала первый турбовентиляторный двигатель Conway , они ограничили степень двухконтурности до 0,25, чтобы он мог поместиться в бомбардировщик Comet и HP Victor , у которых также были двигатели в корнях крыла.

Первый нефтяной кризис 1973 года положил начало разработке винтовентиляторного двигателя без воздуховода (UDF), который сдерживался проблемами с шумом. Опять же, потребовалось около десяти лет, прежде чем он смог подняться в воздух.

Двигатель GE36 UDF, установленный на МД-81

Двигатель GE36 UDF, установленный на МД-81 ( источник изображения )

Разработка нового двигателя занимает больше времени, чем разработка самолета, поэтому каждый раз требовался большой толчок, вызванный существенным скачком цен на нефть, чтобы начать разработку нового поколения со значительно большей степенью двухконтурности. Как только технология двигателя будет готова и сертифицирована, она будет быстро внедрена во многие модели, потому что лучшая экономия топлива заставит всех модернизироваться.

Естественно, цена на нефть является первопричиной, но я не учел время разработки. Конечно имеет смысл. То же касается и части о двигателях, разработанных для военных целей, и их размещении на самолетах. Тем не менее, я нахожу забавным, что не было более непрерывного движения к двигателям с более высокой степенью двухконтурности, учитывая, что лучшая топливная экономичность и более низкий уровень шума кажутся беспроигрышными, независимо от цен на нефть. Хотя я предполагаю, что то же самое верно и для автомобилей, к сожалению.
@Flambino: Да, это беспроигрышный вариант, но производителям сначала пришлось преодолеть препятствие, чтобы начать разработку. Это нуждалось в боли от гораздо более высоких цен на нефть. Как только двигатели стали доступны, все новые самолеты должны были использовать их, чтобы оставаться конкурентоспособными. Вот почему у вас почти нет движения, а затем внезапный прыжок.
Еще раз: имеет большой смысл. Я просто не могу не находить странным экономическим артефактом то, что производители двигателей и/или производители самолетов не будут вносить периодические постепенные изменения самостоятельно. Я считаю, что деловой термин «активный». Конечно, если клиенты потребуют повышения эффективности использования топлива из-за цен на нефть, это произойдет, но я также могу видеть, как компании более регулярно обгоняют друг друга, вместо того, чтобы идти в ногу, как они это делают.
@Flambino: Прочтите Дилберта , и все станет ясно. Все вовлеченные компании управляются менеджерами, а не дальновидными провидцами.
Это так плохо, да? Да, я полагаю, что это так. Это забавный контраст с другими отраслями, где компании регулярно устраивают (часто смехотворные) соревнования за вещи, о которых клиенты на самом деле не просили (например, 4K-телевизоры, когда контента для них практически нет). Тоже не совсем дальновидный материал, но как бы противоположный результат.
Также есть элемент того факта, что если вы только что перешли на двигатель 5:1, вы вряд ли будете спешить менять его на двигатель 6:1 год спустя из-за несоответствия соотношения цена/качество. вверх. Замена этого 5 лет спустя на 9:1, однако, - это другая история, поскольку вы получаете больше преимуществ и приближаетесь к тому времени, когда вам все равно придется заменить его (т.е. меньше необратимых затрат).
@JonStory О, конечно (хотя это больше похоже на 25 лет между обменами). Это была моя собственная теория; перевозчики придерживаются определенных моделей самолета и силовой установки, что диктует развитие (или его отсутствие). Имеет смысл для перевозчиков. Но существует много перевозчиков — по крайней мере, с 1980-х годов — поэтому, даже если перевозчик А будет придерживаться своего парка двигателей 5:1 в течение следующего десятилетия, перевозчик Б может быть на рынке новых блестящих самолетов. Таким образом, можно было бы подумать, что появится рынок для двигателя 6:1, затем 7:1 и так далее. Вместо этого все просто покупают одни и те же вещи в течение 25 лет или более.
@Flambino: с потребительскими товарами, такими как телевизоры 4k, не обязательно важно, что кто-то просил об этом. Пока это звучит круто и престижно, некоторые люди будут убеждены , что хотят это просто потому, что это доступно, даже если это не имеет особого смысла. Следовательно, предложение таких продуктов означает немедленную финансовую выгоду для производителей телевизоров и т. д. OTOH, если вашими клиентами являются такие компании, как авиакомпании, все расходы будут тщательно проверены на предмет того, действительно ли они имеют экономический смысл.
@leftaroundabout О, я знаю, что телевизор 4K — не лучшее сравнение по целому ряду причин. Но я все еще нахожу контраст забавным. Для бытовой электроники это во многом «изобретение — мать необходимости», и кто-то всегда будет покупать новейшие вещи, независимо от того, имеет ли это смысл. И для мира авиаперевозок это как раз наоборот - очень даже так. Кажется, что все хотели бы строить/покупать новые двигатели чаще, но вместо этого это просто противостояние, когда обе стороны соглашаются на одно и то же на протяжении десятилетий, пока не появится что-то еще, чтобы выйти из тупика.
@Flambino: проверенные вещи работают. Если вы пойдете по новому пути, вы должны получить новый гаджет, сертифицированный и принятый скептически настроенной рабочей силой. Когда безопасность имеет значение, о… блестяще! не будет достаточно.
Этот UDF - один из подло выглядящих движков.
Корни крыла Comet на самом деле не были проблемой конструкции Rolls-Royce Conway, поскольку Comet с двигателем Conway (Comet 5) должен был иметь двигатели в гондолах вместо двигателей Comet 1-4.
@Sean Когда началась разработка Conway, Comet 5 была еще далеко в будущем. Rolls-Royce не мог предвидеть, что DeHavilland запланирует десятилетие спустя. Кроме того, Victor был такой же причиной для снижения степени двухконтурности, и ни одна версия Victor с двигателем с гондолой никогда не запускалась.
Что побуждает и/или позволяет переходить на турбовентиляторные двигатели с большей степенью двухконтурности на реактивных лайнерах?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v