Почему узкофюзеляжные реактивные лайнеры так долго переходили на двигатели с большой двухконтурностью?

ТРДД с большим байпасом были представлены на рынке авиалайнеров примерно в 1970 году, когда были выпущены первые широкофюзеляжные реактивные лайнеры (первым был 747, за которым быстро последовали DC-10, L-1011 и A300); однако узкофюзеляжные двигатели продолжали полагаться на ТРДД с малым байпасом (в первую очередь Pratt & Whitney JT8D ) значительно дольше. Насколько мне известно, первым узкофюзеляжным двигателем с большой двухконтурностью был DC-8-70 (модификация двигателя DC-8-60), который поступил на вооружение в 1982 году; первый узкофюзеляжный самолет с ТРДД большой двухконтурности, 757, не поступал на вооружение до 1983 года. Что касается других узкофюзеляжных самолетов того времени:

  • 707, 720, 1-11, F28: версии с большим байпасом так и не стали доступны (хотя версии 707 и 1-11 с большим байпасом были предложены, они так и не поступили в производство).

  • 727 : Единственными 727-ми, которые когда-либо летали с двигателями с большим байпасом, были четыре 727-100, модернизированные и переименованные в 727-100QF в 1992 году.

  • 737: Первая версия с высоким байпасом, 737-300, была представлена ​​только в 1984 году.

  • DC-9 : упорно держался за JT8D до середины 1990-х, перейдя на двигатели с большим байпасом только с DC-9-90.

Что мешало узкофюзеляжным двигателям сразу или почти сразу воспользоваться преимуществами большей мощности, меньшего расхода топлива и шума ТРДД с большой степенью двухконтурности?

переключение двигателей, в общем, не легко. найти правильный двигатель с надлежащей тягой и весом тоже непросто. просто требуется время, чтобы CFM56 появился и был спроектирован как пригодная замена JT8D.

Ответы (3)

Ранние двигатели с большим байпасом были дорогими и ненадежными.

Усилия по разработке новых технологий и конструкций, а также стоимость создания более крупного вентилятора увеличивают стоимость. Тогда все новые технологии по своей сути менее надежны, чем существующие проверенные конструкции.

JT9D был заведомо ненадежным, что вызвало серьезные проблемы при разработке 747. Проблемы с разработкой и растущие расходы из-за того, что RB211 обанкротили Rolls-Royce, имели огромное количество отказов, что чуть не привело к аварии (рейс 855 Eastern Airlines) и в конечном итоге убило L1011. . Отказ диска вентилятора CF6 привел к тому, что National Airlines 27 высосала пассажира из окна, а также к фатальной аварии United Sioux City.

Даже двигатель, который мы считаем самым надежным на сегодняшний день, CFM56, когда у нового отказал вентилятор, что привело к аварии со смертельным исходом (Кегсворт), в сочетании с проблемами всасывания воды, которые чуть не привели к аварии (TACA 110).

Когда у вас есть такая скомпрометированная технология, вы сужаете ее в том месте, где это имеет смысл. Двигатели с большим байпасом обеспечивают высокую эффективность, снижая расход топлива. У них также была большая тяга, что позволяло использовать более тяжелые самолеты с большим количеством топлива. Сочетание обоих преимуществ позволяет совершать дальнемагистральные прямые рейсы, которые нравятся пассажирам. Они летают с широкофюзеляжными самолетами, поэтому, естественно, эти двигатели использовались в широкофюзеляжных самолетах.

Короткомагистральные узкофюзеляжные самолеты несут меньше топлива за рейс и могут часто дозаправляться, так что здесь не было преимущества. Только после того, как компромиссы с двигателями с большим байпасом были решены, технология просачивалась вниз.

Сегодня вы видите нечто подобное с фюзеляжами из углеродного волокна. Их дорого строить, дорого ремонтировать, и существует неопределенность в отношении долгосрочных затрат. Но снижение веса открывает возможности для сверхдальних перелетов, отсюда и A350 и 787.

Также обратите внимание, что все двигатели с большим двухконтурником дебютировали на самолетах с > 2 двигателями, поэтому, если произошел отказ двигателя, вы продолжали работать на 2/3 или 3/4 мощности двигателя, а не на 1/2. Пока технология не созрела и надежность не повысилась, эти дополнительные от 1/6 до 1/4 расчетной мощности имели значение.
@FreeMan: Учитывая, что (двухмоторный) A300 впервые поднялся в воздух в 1972 году, это означает, что технология большого байпаса развивалась довольно быстро.
@ Шон, я собирался отметить, что A300 был двухмоторным, но если вы посмотрите на его историю, он действительно не продавался хорошо, пока примерно через 10 лет после всех остальных, что больше соответствует эпохе 767. (Известно, что Airbus застрял с кучей белых хвостов, неупорядоченных самолетов, которые были построены). Затем Airbus развернулся и выпустил четырехмоторный самолет A340, в тот момент, когда рынок перешел на близнецы.
@ user71659: A300 не плохо продавался из-за ненадежности; он плохо продавался, потому что ETOPS еще не было.
@ Шон Это повлияет только на трансатлантические рейсы. A300 по-прежнему отлично подходил для перелетов на короткие и средние расстояния с высокой плотностью движения, для которых он был разработан (миссии аэробуса). В итоге он хорошо продавался в Юго-Восточной Азии и Европе.
@ user71659: Да, там, где рынок коротких и средних рейсов был достаточно загружен, чтобы поддерживать это. На рынках ближне- и среднемагистральных рейсов Северной Америки и Европы не было достаточного спроса для поддержки A300.
@ Шон Я подозреваю, что нерешительность купить A300, несмотря на его технологическое превосходство, была вызвана опасениями по поводу долгосрочной жизнеспособности нового Airbus. Concorde потерпел неудачу с коммерческой точки зрения, L-1011 заставил Lockheed уйти, Mercure не продавался. Консервативным решением было бы остаться с Боингом и Дугласом, которые никуда не денутся.
Нет, проблема была не в надежности. Американские авиакомпании будут покупать только широкофюзеляжные самолеты, которые можно использовать на маршрутах на Гавайи и обратно. Кроме того, A300 сдерживался пределом давления на грунт, который был разработан, чтобы исключить его из США.
Я не думаю, что рейс 855 компании Eastern Airlines действительно можно винить в двигателях с высокой степенью двухконтурности; ни один двигатель не будет работать нормально, если выпустить все масло.
@SomeoneSomewhere Фон был таков: у RB211 частота остановок в полете от 0,25 до 1 на 1000 EFH (ETOPS требует 0,01 на 1000, CFM56 составляет около 0,003), при этом за один месяц отказало до 18 двигателей. Эта катастрофическая производительность привела к тому, что они обязали проводить ежедневные проверки с помощью детектора стружки, что резко увеличило вероятность ошибок (это был 5-й IFSD из-за утечек детектора стружки), и привело к тому, что рабочие срезали углы при проверке и эксплуатации двигателей.

Подходящего турбовентиляторного двигателя с большой степенью двухконтурности не было.

На чем летали узкие тела в 1960-х и 70-х годах? Вот список:

  • Sud Aviation Caravelle
  • Боинг 707
  • Дуглас DC-8
  • Hawker-Siddeley Trident
  • БАК Один-Одиннадцать
  • Боинг 727
  • Туполев 134
  • Туполев 154
  • Дуглас DC-9
  • Виккерс ВК-10
  • Ильюшин Ил-62
  • Боинг 737

Тяга, необходимая для этих самолетов, около 10 тонн на двигатель, не обеспечивалась первым поколением двигателей с большой степенью двухконтурности. Помните, их разработка началась с программы Heavy Logistics System (CX-HLS), результатом которой в конечном итоге стали General Electric TF-39 и C-5 Galaxy . Максимальная тяга TF-39 (43 300 фунтов силы или 193 кН) вдвое больше, чем у Pratt & Whitney JT8D (21 000 фунтов силы или 93,4 кН), которые приводили в движение Boeing 707, 727 и 737, DC-8 и -9 и Меркюр. Другим результатом программы CX стал Pratt & Whitney JT9D , который относился к тому же классу тяги, что и TF-39 и его гражданское ответвление CF6.

Другие ранние двигатели с более высокой степенью двухконтурности, такие как General Electric CF700, были слишком малы со статической тягой 4200 фунтов силы или 18,68 кН и не обеспечивали достаточного скачка степени двухконтурности, чтобы заинтересовать авиалайнеры.

Только после того, как в 1980-х годах стал доступен CFM56 , не существовало подходящего двигателя с высокой степенью двухконтурности в 10-тонном классе. Одной из причин длительного времени разработки CFM56 была задержка с экспортной лицензией на технологию ядра двигателя, которая была заимствована из военной конструкции F101. И когда CFM56 вышел на рынок, он был впервые использован для переоснащения старых самолетов Boeing KC-135 (двигатели для французских KC-135 были первым крупным заказом), самолетов 707 и DC-8, которые значительно выиграли от нового двигатель, чем у меньших авиалайнеров средней и малой дальности.

Конкуренты CFM56 ( серии IAE V2500 и Pratt & Whitney 6000 ) появились на рынке намного позже. Раньше просто не было подходящего двигателя!

CFM56 не потребовалось много времени, чтобы просочиться к меньшим узким кузовам; французское правительство выбрало его для переоснащения своих самолетов KC-135 в 1978 году, United Airlines решила модернизировать свои самолеты DC-8 с новым двигателем в 1979 году, а Boeing опубликовал проект 737-300 в середине 1980 года, всего через шесть месяцев после двигатель выиграл контракт USAF KC-135.
@Sean: Да, но это было более чем на одно десятилетие позже, чем первые широкофюзеляжные двигатели с ТРДД с большим байпасом. Вопрос спрашивает, почему это заняло так много времени, и вот ответ: раньше ничего не было доступно.
@PeterKämpf В общем, легче сделать двигатель меньшего размера, чем большой, поэтому, если бы был спрос на небольшой двигатель с большим байпасом, он был бы первым. Например, у JT9D были проблемы с искажением корпуса вентилятора, что напрямую связано с таким большим вентилятором. Другим примером сегодня являются турбореактивные двигатели с редуктором: потребовалось 45 лет, чтобы перейти от двигателей бизнес-джет к тяге 30 тыс., и они нигде больше не появлялись.
@ user71659 Вы правы насчет объема двигателя. Однако большая разница заключалась в том, что американские военные финансировали только турбовентиляторные двигатели 20-тонного класса и оставили 10-тонный класс гражданскому сектору. А кооперация Snecma-GE должна была использовать финансируемую военными горячую секцию (из F101) для создания своего CFM56. Гражданских средств раньше просто не было, хотя двигатель меньшего размера представлял бы меньший риск.
Незначительная коррекция графика: вопрос экспорта был решен в 1973 году, всего через 2 года после запуска программы, а первый запуск был в 1974 году. Основная задержка заключалась в поиске гражданской платформы для продажи двигателя, в которой CFM56 выиграл у JT8D-200. для переоборудования двигателя DC-8, когда он наконец понадобился United, Delta и Flying Tigers.

Одной из причин может быть то, что двигатели с большим байпасом имеют тенденцию быть больше, особенно с большим диаметром.

Это часто требует довольно значительной переделки самолета, чтобы он соответствовал им, если самолет с самого начала не проектировался с их учетом.

Например, Боингу 737 требовалась более длинная ходовая часть, чтобы двигатели большего диаметра могли поместиться под крылом. Самолеты с хвостовыми двигателями почти наверняка требуют усиления хвостовой части фюзеляжа, особенно монтажных пилонов и их опорных конструкций, что увеличивает вес, изменяет центр тяжести и т.д. и т.п.

Вероятно, это просто не стоило затрат, пока правила шума не сделали самолеты с турбореактивными двигателями более трудными для продажи и эксплуатации.

У 737 не было более длинной ходовой части до MAX; Classic и NG 737 имеют шасси той же длины, что и 737-100/200 (иначе им не понадобились бы воздухозаборники двигателя в виде мешочка для хомяка).
@Vikki-formerlySean: У Classic более высокий NLG .