В конце прошлого месяца Федеральное управление гражданской авиации США утвердило крупнейший в мире коммерческий реактивный двигатель. Называется он GE9X, и в первую очередь будет использоваться в новом широкофюзеляжном самолете Boeing 777x, по одной штуке под каждым крылом. Этот самолет впервые совершил полет еще в январе этого года и может похвастаться складывающимися законцовками крыльев — в разложенном виде они делают крылья длиннее, тем самым повышая подъемную силу и делая полеты более экономичными, а в сложенном позволяют самолету занимать меньше места на стоянке или в ангаре.
47.5 тонн тяги — хватит для выхода на орбиту
Каждый двигатель может производить по 47.5 тонн тяги, что в сумме составляет 95 тонн для Boeing 777x. Более того, на испытаниях движок смог выдать 60 тонн тяги — это рекорд для реактивных двигателей. Они настольно мощные, что Пэт Доннеллан, инженер по программе двигателей GE9X, говорит, что пилотам, вероятно, не нужно будет доводить тягу двигателей до максимума, чтобы оторвать самолет от земли. Фактически, выведение движка на максимальную мощность для взлета известно как «взлет на полной тяге», объясняет он, но нет причин делать это, если в этом нет необходимости. «Вам просто нужно взлететь, а не насиловать двигатели», — добавляет он.
Доннеллан сравнивает это с вождением: при обычной езде вы не кладете педаль газа в пол, если в этом нет необходимости. Он говорит, что для типичных взлетов, когда соблюдается правильная развесовка самолета (так называемые «взлеты с пониженными номинальными характеристиками»), движкам Boeing 777x и близко не придется выходить на максимальную тягу.
Испытательный стенд с GE9X.
Для сравнения, тяга первой ступени ракета-носителя «Союз-2» на уровне моря составляет «всего лишь» 85.6 тонн. Тяга каждого движка последней модификации известного четырехмоторного Boeing 747-8 составляет около 30 тонн, то есть нужно три таких движка, чтобы потягаться с двумя GE9X.
Вентилятор диаметром 3.5 метра
Именно такие размеры имеет нагнетающий воздух вентилятор в передней части двигателя, если считать расстояние между краями диаметрально противоположенных лопастей. Если вы встанете на краю гондолы, то даже вытянув вверх руку вы не сможете коснуться кончиками пальцев ее верхнего края.
Этот «крутилятор» — звезда шоу, когда дело доходит до создания тяги. «Поскольку 777x оказался достаточно большим, нам нужен был двигатель, который обеспечивал бы уровень тяги, который требовал авиаконструктор», — говорит Доннеллан, имея в виду компанию Boeing, «и при этом был очень эффективным. Чтобы добиться этого с турбовентиляторным двигателем нам пришлось сделать вентилятор большого размера».
16 полутораметровых лопастей
Именно такое количество специально изогнутых лопастей из углеродного волокна используется в вентиляторе движка GE9X. У его предшественников, GE90 и GENX, было 22 и 18 лопастей соответственно. Однако меньше в данном случае не значит хуже: новые лопасти могут производить больше подъемной силы благодаря изменениям в дизайне. «У них более широкая хорда — от передней до задней кромки», — говорит Доннеллан. «Лопасти более скручены в нужных областях, чтобы генерировать дополнительную подъемную силу, когда она вам нужна», — добавляет он. Он также отмечает, что лопасти нового вентилятора похожи на крылья, вращающиеся в двигателях.
Печка на 2400 градусов
Схема GE9X.
Разумеется, при работе внутренности реактивного движка сильно нагреваются. Внутренние компоненты турбовентиляторного двигателя сложны, но нам достаточно знать, что в него входит турбина низкого давления, турбина высокого давления, камера сгорания и компрессор. Воздух в компрессоре, как понятно из названия, сжимается. «То, что мы пытаемся сделать — это сжать нагнетаемый воздух до минимально возможного объема, который мы только можем создать», — говорит Доннеллан. «В дальнейшем мы помещаем этот максимально сжатый воздух в камеру сгорания».
На этом моменте в нашем уравнение появляется еще один компонент — топливо. «Мы поджигаем топливо в камере сгорания, в результате чего сжатый воздух очень быстро и сильно расширяется и проходит через турбину высокого давления, заставляя ее вращаться». В результате вырабатывается энергия, часть которой затем тратится на питание турбины низкого давления, которая приводит в действие вентилятор спереди.
Самая горячая часть двигателя — турбина высокого давления. «Она находится прямо за камерой сгорания», — говорит Доннеллан. Температуры там такие же, как у лавы в жерле вулкана, и достигают 2400 градусов. Чтобы движок не разрушился от такого нагрева, для создания турбины используются керамические матричные композитные материалы. «Они могут выдерживать гораздо более высокие температуры, чем существующие на текущий момент металлические сплавы», — добавляет Доннеллан.
4 метра в диаметре и почти 10 тонн веса
Наглядное сравнение человека и движка GE9X.
Разумеется, в рабочем турбореактивном двигателе вентилятор не крутится снаружи, как пропеллер. Он заключен в специальную рамку. По-научному этот округлый «футляр» называется передним корпусом вентилятора. Одна из целей этого корпуса состоит в том, чтобы он «окутывал» кончики лопастей вентилятора, дабы те могли засасывать воздух только спереди для обеспечивания максимальной эффективности.
Кроме того, в случае повреждения двигателя в целях безопасности нужно, чтобы обломки оставались внутри него, а не выбрасывались наружу, что потенциально может привести к повреждению крыла или фюзеляжа. По оценкам Доннеллана, корпус вентилятора увеличивает размер двигателя примерно на 15-20 сантиметров, а если учесть дополнительный внешний обтекаемый каркас, называемый гондолой, то, как сообщается, весь двигатель приобретает размер более 4 метров в поперечнике. Это примерно длина достаточно просторной четырехместной Toyota Corolla.
Ну и под конец — вес этого гиганта составляет без малого 10 тонн, так что увезти его сможет не каждый КамАЗ. Хотя такая цифра не кажется чрезмерной, если учесть мощность движка и то, что он создан из тяжелых стойких высокотемпературных сплавов с относительно небольшим количеством пластика и композитных материалов.
