Рынок
В прошлогоднем прогнозе компании Boeing отмечалось, что в течение последующих 20 лет объем пассажирских воздушных перевозок ежегодно станет возрастать более умеренными темпами, чем в прошедшие годы. Тем не менее, специалисты Boeing полагают, что для удовлетворения этих потребностей в течение ближайших 20 лет может быть поставлено 29 тыс. самолетов. В прогнозе также отмечается, что если бы в течение предстоящих 20 лет поставлялись самолеты, изготовленные без применения перспективных технологий, то мировой парк в 2028 г. следовало бы увеличить еще почти на 12 тыс. единиц. По оценкам компании Boeing, наиболее востребованными станут узкофюзеляжные пассажирские самолеты, для которых будет необходимо изготовить не менее 40 тыс. авиационных ГТД с существенно улучшенными характеристиками.
В свое время и Boeing, и Airbus планировали к 2010 г. создать новые 150-местные ближнемагистральные самолеты для замены своих машин семейства 737 и А320. Однако из-за бума авиаперевозок эту работу пришлось отложить, отодвинув ее еще на десять лет.
Сегодня у ведущих производителей имеются причины для того? чтобы заняться этим делом. Во-первых, экономический кризис заставил авиакомпании искать пути сокращения издержек, пути экономии, в том числе и на авиационном керосине. Следовательно, эксплуатанты постараются покупать наиболее экономичные машины. Во-вторых, европейский совет по авиационно-космическим исследованиям поставил перед собой цель в ближайшие 20 лет добиться уменьшения шума и эмиссии углекислого газа на 50%, а эмиссию оксилов азота сократить на 80%. Все эти требования без новых двигателей самолетчикам просто не выполнить.
Двигатели
Сегодня Boeing 737 и А320 оснащаются ТРДД CFM56, созданными концерном CFM International, совместным предприятием французской SNECMA и американской General Electric. Новый двигатель CFM International разрабатывает по программе Leap-X (Leading Edge Aviation Program), причем решение о его создании концерн еще только планирует принять в следующем году, когда будет накоплено достаточно экспериментальных данных. Так называемый демонстратор технологий нового двигателя должен завершить цикл испытаний в 2012 г. К сертификации и серийному производству двигатель можно будет подготовить в 2016 г. Планируется получить улучшение топливной экономичности на 16%, снижение уровня эмиссии NОх на 50-60% по сравнению с показателями лучших современных ТРДД, и обеспечить уровень шума на 10-15 дБ ниже действующих норм ICAO.
Leap-X будет вполне традиционным двухконтурным турбореактивным двигателем, однако конструкция его узлов будет усовершенствована в целях снижения массы и оптимизации их совместной работы. Разрабатывается совершенно новый вентилятор с лопатками, изготовленными из композиционных волокон пространственного сплетения. Отлажена технология, позволяющая увеличить жесткость и прочность лопаток при одновременном уменьшении массы вентилятора.
В двигателе Leap-X будет использована усовершенствованная камера сгорания TAPS II, такая же, как применяется на двигателе GE 90/GEnx. Лопатки турбины предполагается делать из композиционных материалов на основе керамической матрицы, что сулит существенную экономию веса. Еще 80 кг можно будет сэкономить путем сокращения числа лопаток турбины первой ступени.
Ранее CFM International не форсировала программу Leap-X, предпочитая дождаться начала работ Airbus и Boeing по созданию 100-200-местного самолета следующего поколения. Окончательное решение о целесообразности разработки новых узкофюзеляжных лайнеров планировалось принять не позднее 2012 г., а этого было вполне достаточно для того, чтобы к 2016 г. подготовить двигатель к сертификации. В противном случае, программу Leap-X планировалось приостановить, и перейти к плану "Б".
Суть плана "Б" CFM International состоит в создании на базе газогенератора Leap-X двигателя с открытым ротором. Наиболее перспективным считается двухступенчатый вариант со ступенями противоположного вращения. На первом этапе будут испытаны семь вариантов нового вентилятора (пять комплектов лопаток разработаны специалистами General Electric, а еще два - инженерами SNECMA). К проведению испытаний моделей вентиляторов в центре NASA им. Гленна приступили в первом квартале 2009 г.
General Electric еще в 1980-х годах в рамках программы GE36 UDF создала опытный двигатель с открытым ротором и лопатками вентилятора, выполненными из композиционных материалов. Впоследствии двигатель был испытан в полете на самолетах Boeing 727 и MD-81. Фирма General Electric накопила определенный опыт, позволяющий оценивать уровень шума и характеристики двигателя с открытым ротором. Руководители фирмы утверждают, что новые лопатки вентилятора, изготовленные с использованием самых современных технологий, безусловно обеспечат эффективное снижение шумовой нагрузки и сокращение удельного расхода топлива. При высоких ценах на топливо компоновка с открытым ротором становится исключительно привлекательной. Считая среднюю дальность полета современных узкофюзеляжных самолетов равной приблизительно 1500 км, специалисты CFM International определили, что применение открытого ротора будет способствовать улучшению топливной экономичности на 26% по сравнению с ТРДД CFM56 и на 10% по сравнению с Leap-X. Степень двухконтурности у двигателя с открытым ротором увеличится до 20:1, что на 20% выше по сравнению с Leap-X. Двигатель с открытым ротором может быть готов к вводу в эксплуатацию примерно в 2025 г.
Стратегия фирмы Rolls-Royce заключается в объединении конструктивных решений, технологий изготовления и обслуживания с учетом конкретных запросов клиента. Такой подход на фирме называют "опцион 15-20". Цифры подчеркивают уровни показателей эффективности: 15%-ное улучшение эффективности перспективных двигателей и 20%-ное улучшение эффективности на уровне всей системы "самолет-двигатель".
Для реализации "опциона 15-20" фирма Rolls-Royce рассматривает три основных варианта: двух- и трехвальные ТРДД, а также двигатель с открытым ротором. Для 150-местного самолета разрабатываются трехвальный ТРДД RB285, в конструкции которого используется заимствованный от двигателя Trent каскад среднего давления, двухвальные двигатели RB700, V2500 и RB282, в конструкции которых будут использованы перспективные узлы и материалы, созданные для двигателей семейства Trent, и двигатель с открытым ротором, применение которого обещает 30%-ную экономию топлива, но связано с большим техническим риском.
Летом прошлого года компания Pratt & Whitney подала свои предложения в тендерный комитет на создание двигателя для самолета МС-21, предложив вариант двигателя PW1000G (он получил название PW1400G), который демонстрировался на выставке в Ле Бурже в 2009 г. Этот мотор имеет систему привода вентилятора через редуктор, который понижает частоту его вращения примерно в три раза по сравнению с оборотами турбины. В компании Pratt & Whitney такой способ запатентовали под названием "технология Geared Turbofan" (GTF). Благодаря пониженной частоте вращения вентилятора, удалось достичь снижения уровня шума двигателя на 50%, и уменьшения расхода топлива на 15%.
Демонстрационный образец двигателя - PW1000G - успешно выполнил комплексную программу испытаний, подтвердив лабораторные исследования, которые проводились в 2007-2008 гг. Наземные испытания объемом 250 часов проводились в Уэст-Палм-Бич (Флорида). Летные испытания проводились на летающих лабораториях Boeing 747 (12 полетов, 56 часов) и А340 (27 полетов, 100 часов). Это позволило приступить в прошлом году к рабочему проектированию. Сертифицировать двигатель по требованиям FAR 33 планируется к концу 2011 г. В эксплуатацию мотор может поступить уже в 2013 г.
Используя технологию Geared Turbofan компания Pratt & Whitney планирует создать целое семейство авиационных ТРДД нового поколения с взлетной тягой от 5 до 20 т. PW800 будут иметь тягу от 5 до 7 т, PW1000G - более 13 т. Для МС-21 компания предлагает вариант с взлетной тягой 14-15 т. Это будет уже третий вариант двигателя этого семейства. Он будет готов в 2014 г и сможет поступить в эксплуатацию в 2016 г.
Аналогичный двигатель, только с меньшей тягой, планируется установить на японском региональном самолете Mitsubishi Rejional Jet и на самолете Bombardier CSeries. Более того, японская компания Mitsubishi Heavy Industries (MHI) уже ведет переговоры с Pratt & Whitney относительно возможности организации сборки двигателей GTF.
Без сомнения, двигатель GTF, отличающийся увеличенной степенью двухконтурности, будет иметь вентилятор большего размера, чем у существующих ТРДД. Однако руководство Pratt & Whitney подчеркивает, что это обстоятельство все же создает для компоновщиков самолетов меньше проблем, чем схема с открытым ротором. Для узкофюзеляжных самолетов Boeing и Airbus габаритный диаметр двигателя с редуктором составит примерно 2,4 м, а диаметр двигателя с открытым ротором будет почти в два раза больше - 4,35-5,2 м. Это может привести к необходимости появления новых аэродинамических схем пассажирских самолетов с такими двигателями.
Войдя в список финалистов тендера по МС-21, в октябре прошлого года Pratt & Whitney предложила редукторный двигатель корпорации коммерческой авиации Китая (Commercial Aircraft Corporation of China, COMAC) для самолета C919. Pratt & Whitney рассчитывает, что такой двигатель будет готов к установке на самолет уже в 2013 г., за год до первого полета опытного образца самого самолета. Как и в случае с МС-21, китайская корпорация авиационной промышленности (China Aviation Industry Corporation, AVIC) предлагает и свой вариант мотора для С919. Двухконтурный турбореактивный двигатель, разработанный компанией AVIC коммерческие авиационные двигатели (AVIC Commercial Aircraft Engines, ACAE), получил название SF-A. Согласно заявлениям ACAE, двигатель будет готов к 2016 г., однако потребуется как минимум несколько месяцев, а возможно и более года, для того, чтобы сертифицировать его в Китае.
Столь высокий интерес к двигателю GTF может сыграть злую шутку с авиастроителями, в первую очередь с российскими. Если Boeing и Airbus объявят на выставке в Фарнборо о выборе этого двигателя для ремоторизации своих лайнеров, то даже столь мощная компания как Pratt & Whitney вряд ли сможет быстро удовлетворить такой ажиотажный спрос. Разумеется, первыми получат двигатели американцы и европейцы, а все остальные встанут в конец очереди.
Конкуренция
На выставке в Фарнборо в 2008 г. глава отдела продаж компании Airbus Джон Лехи (John Leahy) впервые намекнул, что для того, чтобы успешно конкурировать на рынке с самолетами Bombardier CSeries, оснащенными редукторными двигателями GTF компании Pratt & Whitney, придется задуматься о ремоторизации лайнеров А320. Вполне вероятно, что на выставке в Фарнборо в этом году можно будет увидеть Д.Лехи, подписывающего первые контракты на поставку самолетов А320 с новыми моторами.
С момента подписания компанией Bombardier контракта на поставку 60 самолетов CSeries для авиакомпании Lufthansa, выбор усовершенствованных ТРДД расширился. В борьбу за ремоторизацию самолетов вступила компания CFM International, компания Boeing начала исследование возможности установки новых двигателей на самолеты Boeing 737.
Заявление компании Bombardier о том, что новые 110- и 145-местные самолеты CSeries с двигателями P&W PW1000G будут значительно более экономичными, чем существующие пассажирские самолеты, подтолкнуло остальных участников рынка к более решительным действиям. Д.Лехи уверен, что "если Airbus решится на ремоторизацию своих А320, авиакомпании получат на 15% более экономичную машину, сохранив при этом все преимущества уже привычного лайнера".
Подлил масла в огонь заказ американской региональной авиакомпании Republic Airways на 80 самолетов Bombardier. Бразильская компания Embraer, боясь потерять свою долю рынка, также приступила к изучению возможности ремоторизации самолетов серии E-Jet в рамках более широкой программы новых коммерческих проектов.
В настоящее время на самолеты серии E-Jet устанавливаются двигатели GE Aviation CF34. Решение о том, стоит ли заниматься ремоторизацией существующих самолетов с внедрением в них новых технологий, или предложить на рынок совершенно новый продукт, компания Embraer планирует принять до конца 2010 г. Пока рассматриваются различные пути модернизации, каждый из вариантов сегодня выглядит достаточно привлекательно. Однако стоит учесть долгое сотрудничество бразильского производителя самолетов с компанией GE Aviation, у которой также есть интересные предложения.
Бразильская компания рассматривает и возможность создания "усиленного" варианта самолета E195, который известен под обозначением E-195X. Руководство Embraer считает, что рынок 100-120-местных самолетов, на котором и работают современные лайнеры Е195, остается очень многообещающим. Учитывая, что Airbus и Boeing рассчитывают принять решение о модернизации A320 и Boeing 737 уже в текущем году, E195 вскоре могут потерять свои преимущества на рынке, поскольку станут менее экономичными.
Однако существующие заказчики самолетов А320 и Boeing 737 на спешат делать каких-то шагов и размещать новые заказы до тех пор, пока не будет ясности в планах ремоторизации "большой двойки".
Появление заказа на поставку самолетов CSeries авиакомпании Republic ясно показало угрозу позициям Airbus и Boeing на рынке, уверен вице-президент компании Teal Group Ричард Абулафья (Richard Aboulafia). Ни одна из компаний не хочет потерять 20-30% рынка, а для этого обе компании должны принять решение о ремоторизации своих семейств самолетов А320 и Boeing 737 уже в этом году, добавляет он.
Пока две модели самолетов CSeries угрожают только тому сегменту рынка, на котором работают наименее вместительные модели самолетов семейств А320 и Boeing 737 - A318/A319 и 737-600/700. Однако не исключена возможность появления и третьего варианта CSeries - 150-местного. И это стало еще одной причиной повышенного внимания "большой двойки" в ремоторизации своих лайнеров.
Пока Boeing предлагает своим клиентами варианты лайнеров 737 с улучшенной аэродинамикой, двигателями и пассажирским салоном, что позволит авиакомпаниям экономить около 2% топлива. Airbus ответил модернизированными законцовками крыла "sharklet", которые с 2012 г. позволят повысить топливную эффективность лайнеров А320 на 3,5%.
Президент Boeing Commercial Airplanes Джим Олбах (Jim Albaugh) считает, что решение о ремоторизации самолетов станет достаточно сложным. Необходимо будет интегрировать существующий планер с новым двигателем, менять отлаженные схемы технического обслуживания. "Сказать, что вы получите на 10-15% более эффективный самолет - просто, но не так просто это сделать", - отметил он.
CSeries должен поступить в эксплуатацию в конце 2013 г. Главным его преимуществом будет то, что это совершенно новая машина с крылом из композиционных материалов и фюзеляжем из алюминиево-литиевых сплавов. Однако именно это и может обернуться "головной болью" в эксплуатации, поскольку поведение таких конструкций полностью пока не изучено. Кроме того, компания Bombardier многие работы отдала своим партнерам по серийному производству, таким как китайский завод Shenyang, который пока не имеет достаточного опыта, а это может вызвать достаточно "серьезные напряжения в работе".
Таким образом, в вопросе ремоторизации пока гораздо больше вопросов, на которые еще нет ответов.
Pratt & Whitney уже предложила вариант двигателя GTF для ремоторизации самолетов А320 и Boeing 737. Казалось бы, то эта компания входит в состав консорциума International Aero Engines (IAE), поставляющего двигатели V2500 для самолетов А320, должно дать компании определенное преимущество. Но этого не случилось, поскольку компания Rolls-Royce, также входящая в состав консорциума, не стремится к сотрудничеству по двигателю GTF, а компания Airbus не желает расставиться с IAE. В итоге руководство IAE рассчитывает взять от своих партнеров все лучшее и создать "оптимальный двигатель" для того, чтобы конкурировать с двигателем Leap X. Тем не менее, президент компании Pratt & Whitney Давид Хесс (David Hess) отметил, что "компания не боится действовать и в одиночку".
"Большая двойка" пока в один голос утверждает, что по крайней мере до 2020 г. никаких новых самолетов в классе 150 мест создавать не планирует. Bombardier же всячески подчеркивает, что даже с новыми двигателями эти машины не смогут состязаться с CSeries, а лишь немного сократят отставание. Кроме того, потенциальная экономия 12-15% топлива может быть перечеркнута возросшими эксплуатационными затратами и ценой таких работ.
Андрей Юргенсон
По материалам Flight International
