Прошедший год оказался урожайным на контракты, связанные с поставками новых самолетов, но за успехом ведущих авиастроительных компаний зачастую остаются незаметными достижения моторостроительных фирм. А ведь именно в 2011 г. были подписаны крупные контракты на поставку ремоторизованных узкофюзеляжных самолетов, которые будут оснащаться совершенно новыми двигателями от CFM и Pratt & Whitney.
В течение 2011 г. компания P&W получила практически 2000 заказов на семейство новых редукторных турбовентиляторных двигателей PurePower от 25 авиакомпаний и лизинговых фирм. Напомним, что силовые установки PurePower являются единственными двигателями, которые предлагаются для самолетов Bombardier CSeries, Mitsubishi Regional Jet (MRJ). Ввод в эксплуатацию обоих авиалайнеров запланирован на 2014 г. Двигатели этого же семейства на выбор предлагаются и для самолетов Airbus A320neo, ввод в эксплуатацию которых намечен на 2015 г.
Консорциум CFM International еще не располагает полномасштабным образцом своего турбовентиляторного двигателя Leap-X, однако репутация компании помогает ей получать новые контракты. В 2011 году CFM получила заказы на 2720 двигателей Leap-X, стоимость которых оценивается в $32 млрд. В том числе были получены заказы на 930 двигателей Leap-1A, которые будут устанавливаться на самолетах семейства A320neo, также были получены заказы на 390 силовых установок Leap-1C, которые будут установлены на самолетах Comac C919, ввод в эксплуатацию которых запланирован на 2016 г. Кроме того, были получены заказы на 1400 двигателей семейства Leap-X, которые будут устанавливаться на лайнерах Boeing 737 MAX. Ввод в эксплуатацию этого воздушного судна запланирован на 2017 г.
Нынешний год должен стать ключевым для моторостроителей в рамках их работы над новыми проектами, поскольку в 2012 г. должна пройти сертификация некоторых моделей новых силовых установок. Первым двигателем в списке на сертификацию является модель PW1500G от P&W, которая предлагается для самолетов CSeries. В программе сертификационных испытаний должны участвовать восемь серийных двигателей, а ее завершение запланировано на конец 2012 г. По информации компании P&W, в настоящее время происходит сборка трех первых двигателей PW1524G. Все силовые установки семейства PurePower, начиная с I кв. 2012 г., будут собираться на заводе компании Mirabel Aerospace Centre, который расположен в Монреале (Канада).
Как сообщают в P&W, до настоящего времени в ходе испытаний двигатели PurePower, предназначенные для самолетов CSeries и MRJ, отработали в общей сложности 1250 часов и выполнили 2800 циклов. При этом в сентябре была завершена первая программа летных испытаний моторов PW1524G после выполненных 25 полетов и 115 летных часов. Вторая серия летных испытаний этих силовых установок должна была начаться до конца текущего года. К апрелю 2012 г. P&W планирует начать дополнительную серию летных испытаний двигателей PW1217G, которые предназначены для установки на самолетах MRJ. При этом к концу 2012 г. должна завершиться сборка первого опытного двигателя PW1100G при участии компаний Aero Engines и MTU. Эти силовые установки в будущем будут устанавливаться на лайнерах A320neo.
Очевидно, что главным фактором, побуждающим заказчиков к покупке новых двигателей, является сокращение расхода топлива. Однако, как говорят в компании P&W, при разработке новых силовых установок внимание конструкторов уделяется не только топливной экономичности. Безусловно, затраты на топливо - одна из основных статей расходов в бюджете любой авиакомпании, но около 10% эксплуатационных расходов приходится на затраты, связанные с проведением технического обслуживания двигателей. Компания P&W помимо сокращения затрат на топливо планируют снизить и расходы на обслуживание силовых установок PurePower.
Работа над улучшением ремонтопригодности и надежности двигателей PurePower началась еще четыре года назад. Обычно, как говорят эксперты, такого рода работы проводятся после сертификации силовых установок, но редукторные двигатели PurePower являются пионерами в своей области, поэтому в P&W решили обратиться к вопросу снижения затрат на обслуживания с самого начала.
За отправную точку были приняты двигатели V2500 производства консорциума International Aero Engines (IAE). В компании P&W провели полноценное обследование технологического процесса по техобслуживанию и ремонту этих моторов, были выделены слабые и сильные стороны, которые учитывались при конструировании двигателей PurePower.
Первоочередное внимание было уделено сокращению трудоемкости работ, связанных со снятием/установкой различных компонентов силовой установки. Не осталось без внимания и распределение затрат на обслуживание двигателей по различным видам работ. Были обследованы несколько двигателей V2500, и фактически полученные данные по этим моторам сравнивались с запланированными затратами на обслуживание двигателей PurePower. Существенная оптимизация затрат на ТОиР, как отмечают в P&W, кроется в особенностях архитектуры редукторных турбовентиляторных двигателей.
По оценкам инженеров компании P&W, около 65% затрат на обслуживание связано с контуром высокого давления, тогда как около 35% затрат приходится на систему низкого давления (преимущественно на турбину низкого давления). Количество компонентов в системе низкого давления должно сократиться, что автоматически повлечет за собой и снижение затрат на обслуживание.
Аналогичные работы по снижению затрат на обслуживание двигателей Leap-X проводят и в консорциуме CFM. Решая данную задачу, инженеры компании постарались объединить опыт, полученный во время эксплуатации моторов семейства CFM56, с передовой архитектурой двигателей GE90 и GEnx производства компании General Electric. Кроме того, сокращение затрат на обслуживание планируется достичь за счет использования специальных технологических процессов во время производства компонентов для новых двигателей, например, лопастей вентилятора.
Согласно подсчетам специалистов CFM, около 80% затрат на ТОиР связано с работами, выполняемыми в так называемой "горячей" части двигателя. Около 5% затрат приходится на обслуживание и ремонт вентилятора и компрессора низкого давления. На обслуживание задней секции турбины низкого давления уходит около 15% всех затрат. Учитывая такое распределение расходов, основное внимание, конечно же, было уделено именно "горячей" части двигателя.
В целом же, по мнению ведущих экспертов, позиция моторостроительных компаний в столь динамично изменяющейся конкурентной среде выглядит непросто. Им постоянно нужно адаптироваться и перестраиваться под растущие требования авиакомпаний. Необходимо снижать затраты на обслуживание, уменьшать объемы выбросов вредных веществ, улучшать топливную экономичность двигателей, повышать надежность моторов, и при этом цена на новые силовые установки не должна быть высокой. И создать продукт, который бы удовлетворял потребителя по всем этим критериям, достаточно сложно.
Основным инструментом борьбы за клиентов остаются технологии, главной целью применения которых, как отмечалось ранее, остается топливная экономичность двигателей. По словам Тома Брискена, генерального менеджера компании GE Aviation, расход топлива - это проблема номер один, связанная с большими затратами. В настоящее время однопроцентное сокращение расхода топлива, в конечном итоге, может обернуться экономией до $200 тыс. ежегодно, тогда как в целом на одном самолете можно сэкономить до $2 млн в год. Деньги немалые. Поэтому новые технологии, используемые при создании будущих турбовентиляторных двигателей, направлены, в первую очередь, именно на сокращение расхода топлива.
Определенные надежды возлагаются на редукторные турбовентиляторные двигатели PurePower. По крайней мере, многие эксперты видят за этой технологией огромный потенциал. И не только на рынке двигателей для узкофюзеляжных самолетов. Вполне возможно, что в скором времени редукторные моторы найдут свое применение и на дальнемагистральных авиалайнерах.
Однако на рынке двигателей для широкофюзеляжных самолетов пока используются другие технологии. И здесь решение инженеров было продиктовано несколько иными приоритетами. В частности, желание компании Boeing перейти на использование композитных материалов при производстве лайнеров 787 было обусловлено необходимостью сокращения расхода топлива на 20%. И именно этот фактор был одним из ключевых, которые рассматривались руководством и специалистами компаний Rolls-Royce и GE, когда они приступили к проектированию силовых установок для новых авиалайнеров.
Компания GE для лайнеров Boeing 787 разработала двигатели GEnx-1B, опираясь на архитектуру моторов GE90, причем для самолетов Boeing 747-8 были созданы похожие моторы GEnx-2B. По словам Т. Брискена, силовые установки GEnx стали огромным достижением в моторостроении. По крайней мере, компания GE использовала все имеющиеся у нее в наличии технологии, когда она приступила к проектированию этих двигателей в 2003 г. В Boeing ожидали, что новые двигатели будут на 15% экономичнее своих предшественников. Задача была очень сложной, но как говорит Т. Брискен, инженеры GE все же смогли справиться с нею. Первоначально очень долго не могли определиться - какую архитектуру все же взять за основу: GE90 или CF6. В результате, компания все-таки остановилась на GE90 и, видимо, не прогадала.
Во-первых, двигатели GE90 обладали достаточно большой степенью двухконтурности, которая была увеличена до 10 при проектировании моторов GEnx. По мнению конструкторов GE, степень двухконтурности турбовентиляторных двигателей будет одним из главных факторов эффективности в ближайшие десятилетия, поэтому все последующие силовые установки будут проектироваться с учетом увеличения степени двухконтурности.
В числе других новшеств моторов GEnx можно отметить семиступенчатую турбину низкого давления с меньшим количеством лопаток, использование композитных материалов при изготовлении лопастей вентилятора и т.д. Эти технологии, в конечном итоге, привели к сокращению собственной массы двигателя. Кроме того, композитные материалы обладают большей долговечностью и позволяют снизить затраты на обслуживание.
Использование более легких двигателей, в свою очередь, позволяет авиастроителям спроектировать более тонкое крыло. В результате достигается сокращение собственного веса авиалайнера. По оценкам GE, вес одного двигателя был снижен на 180 кг, тогда как с учетом сокращения массы крыла общее снижение веса составляет примерно 450 кг. В результате самолет может взять на борт дополнительно около четырех человек. Для авиакомпаний, по словам Т. Брискена, это значительная экономия.
Необходимо отметить, что архитектура двигателей GEnx и Leap-X во многом схожа между собой, отличия, в основном, заключаются в их размерах. У двигателей Leap-X газогенератор меньше по размерам, но при этом степень двухконтурности выше, в остальном, силовые установки практически идентичны. В компании GE считают, что такой подход к проектированию был правильным, он уже оправдал себя, поскольку клиенты выражают уверенность в новом семействе двигателей Leap-X.
Артур Нургалеев
Обзор подготовлен по материалам ATW Online, Aviation Week и Flightglobal
