Вроде немного поутихли разговоры о возобновлении производства старинных Ил-96, российско-китайский широкофюзеляжник CR929 то будут строить, то не будут, то опять будут – достали. Тем временем страна у нас большая и на Дальний Восток, а также тёплые морские курорты дружественных стран после того, как рассыпятся на атомы Boeing 777 и Airbus A330, на чём-то летать будет надо. А на чём?
На этот случай разработана концепция МС-21-400LR: удлинённой версии МС-21 с увеличенными топливными баками и двигателями ПД-18Р с предполагаемой дальностью полёта до 12 000 км – на треть больше, чем у Airbus A321XLR. Концепция интересная: дальнемагистральный узкофюзеляжный самолёт с комфортом почти как в широкофюзеляжном и с отличной эффективностью – загрузить 260-кресельную машину (это максимальная вместимость в одноклассной компоновке) и предложить беспосадочные рейсы между необходимыми парами аэропортов гораздо проще, чем когда мест у тебя 400 с лишним.
Самое интересное в этой концепции (не путать концепцию с готовым проектом) – как раз двигатель. Р в его обозначении означает «редукторный». Таких двигателей для гражданских самолётов в нашей стране ещё не строили, хотя как раз несостоявшийся американский Pratt & Whitney PW1400G, предназначенный для МС-21, имел редукторный привод вентилятора.
Существует несколько разновидностей конструкции турбовентиляторного двигателя. Сейчас наиболее распространена двухвальная схема, состоящая из вентилятора, компрессора низкого давления и компрессора высокого давления (у каждого из компрессоров ещё по несколько ступеней, но в это углубляться нам сейчас не нужно). Каждый компрессор приводится в движение своей турбиной: турбиной низкого давления и турбиной высокого давления; практически это одна турбина с несколькими валами, каждый из которых вращается с разной частотой, например, 3 500 и 10 000 оборотов в минуту.
Так вот, в двухвальной схеме вентилятор находится на одном валу с компрессором низкого давления и вращается с такой же скоростью. Из-за этого внешние части лопаток при рабочих оборотах начинают двигаться быстрее звука, на преодоление звукового барьера тратится энергия, а также это увеличивает уровень шума. И чем больше диаметр вентилятора, тем этот эффект более ярко выражен.
Если же добавить в конструкцию планетарный редуктор, появляется возможность управлять оборотами вентилятора. В этом случае вне зависимости от того, с какой скоростью вращается вал каскада низкого давления, вентилятор никогда не раскручивается до сверхзвука.
По заявлениям Pratt & Whitney, это сокращает расход топлива на 16%, а уровень шума – на 75%. Хотя, конечно, не только за счёт редуктора, но его применение как раз и позволяет значительно увеличить диаметр вентилятора и тем самым увеличить топливную экономичность, поскольку в современных ТРДД до 90% тяги создаёт именно вентилятор через внешний контур, а на реактивную струю приходится только 10%.
Альтернатива редукторному приводу – трёхвальные двигатели (например, типа Rolls-Royce RB211, Trent, советских Д-18 или Д-36 для Як-42), у которых имеется отдельная турбина вентилятора, однако такая конструкция сложнее и тяжелее.
Что же касается МС-21, то в 2021-м планировалось в 2024 году только начать разработку удлинённого МС-21-400. Когда будет LR-версия, прогнозировать нынче сложно.
Илья Шатилин
