Несмотря на устоявшееся мнение, согласно которому газотурбинные двигатели (ГТД) почти достигли технологического совершенства и прироста характеристик более чем на единицы процентов в новых моделях ждать не стоит, инженеры продолжают искать способы радикально их улучшить. Компания GE Aviation уже до конца 2020 года собирается представить предсерийные экземпляры своих революционных силовых установок, которые должны быть на 20% долговечнее, на 35% экономичнее и будут иметь улучшенную на 80% энерговооруженность, чем предыдущие аналогичные модели.
Причем такого значительного прогресса достигнут не благодаря удорожанию конструкции, а вопреки — двигатели будут на 45% дешевле в производстве. Все вышеперечисленные проценты улучшения характеристик — цели программы FATE (Future Affordable Turbine Engine, перспективный недорогой газотурбинный двигатель). Ее инициировала Армия США почти десять лет назад, а совсем недавно, как сообщает портал FlightGlobal, специалисты GE Aviation смогли достичь всех показателей во время испытаний прототипов.
Точная дата демонстрации первых экземпляров готовых революционных силовых установок пока не назначена, но компания обещает сделать это до 2021 года. То есть осталось всего пара месяцев — максимум.
Столь впечатляющих результатов удалось добиться благодаря широкому использованию композитов с керамической матрицей (CMC, ceramic matrix composite) в конструкции газотурбинного двигателя. Эти материалы отличаются впечатляющей жаропрочностью, твердостью и относительной простотой в изготовлении, но, в отличие от обычных керамик, не столь хрупкие. Они весьма устойчивы к сколам и возникновению трещин, а это ахиллесова пята даже металлических лопаток турбин и компрессоров.
Массо-габаритный макет ТРД GE T901, в котором будут использоваться технологии, отработанные в рамках программы FATE / ©US Army
Керамики отличаются высоким модулем упругости, что означает способность материала противостоять растяжению или сжатию при упругой деформации. Однако они могут разрушиться из-за появления малейших повреждений в своей структуре, что ограничивает сферу применения керамик. Чтобы придать нужную прочность конструкциям на их основе, часто используют более пластичные слои, например металлические. Однако покрытие керамикой других структур — недешевый процесс.
В свою очередь, CMC получаются путем выращивания керамических волокон и внедрения их в матрицу основного материала. Зачастую оба ключевых компонента производят из одного и того же типа керамики, то есть химические свойства композита остаются едиными, а улучшаются только его физические характеристики.
Sikorsky Raider X / ©Lockheed Martin
Инновационные газотурбинные установки уже прошли более 130 часов испытаний, которые включали в себя как работу двигателей в сборе, так и тесты отдельных компонентов и узлов. На сегодня GE Aviation создала два изделия различной производительности, а в перспективе планирует выпустить целую линейку моделей мощностью от пяти до 10 тысяч лошадиных сил.
Первоочередное назначение этих агрегатов — установка на разрабатываемую в рамках программы Армии США Future Vertical Lift (FVL) технику. Это означает, что они, скорее всего, окажутся в серийных версиях конвертоплана Bell V-280 Valor, винтокрыла Sikorsky-Boeing SB-1 Defiant (подпрограмма FLRAA), а также в Bell 360 Invictus и Sicorsky Raider X (подпрограмма FARA).
Помимо перспективных двигателей и летательных аппаратов, результаты девяти лет упорного труда инженеров GE Aviation можно будет применять для усовершенствования уже выпущенных или стоящих на конвейере изделий. Компания планирует использовать наработки FATE при модернизации ГТД T901, который выбрали для ремоторизации вертолетов Sikorsky UH-60 Black Hawk и Boeing AH-64 Apache в ближайшем будущем, а также T700, приводящей в действие сотни этих машин по всему миру сегодня.
Источник: naked-science
