Пропан

Не путать с турбовинтовым или турбовантом .

Макет GE36 в аэронавитическом и космическом музее Safran

Крупным планом PW-Allison Propfan Demonament, установленного на стороне порта McDonnell Douglas MD-80 .

Пропфан открытым , также называемый двигателем с открытым ротором , вентилятором двигателя или внедренный вентилятор (в отличие от канального вентилятора ), является типом самолета, связанного с концепцией, как с турбовинтовым , так и турботентом , но отличным от обоих. Конструкция предназначена для того, чтобы предложить скорость и производительность турбовина, с экономией топлива турбовинтового. Пропфан обычно спроектирован с большим количеством коротких, очень скрученных лезвий, аналогичных вееру (Dult) в турбовентом двигателе. По этой причине пропфан был по-разному описан как «снятый вентилятор» (UDF) или «ультра-высокий турбовенщик» (UHB).

Определение

Сравнение двигательной эффективности для различных конфигураций двигателя газовых турбин

В 1970 -х годах Гамильтон Стандарт описал свой пропфан как «небольшой диаметр, сильно нагруженную монеку с несколькими лезденными переменными шагом , имеющими подметанные лезвия с тонкими расширенными секциями аэродинамической промышленности , интегрированной с голубой конфликтующей для замедления воздушного потока через лез , Работайте с турбинным двигателем и используя одноэтапную передачу для сокращения, что приводит к высокой производительности ». В 1982 году еженедельный авиационный журнал Flight International определил Propfan как пропеллер с 8–10 сильно охваченными лезвиями, которые кружились со скоростью 390–480 узлов (450–550 миль в час; 720–890 километров в час), Хотя его определение развивалось через несколько лет с появлением пропанов с противодействием .

В 1986 году британский производитель двигателей Rolls-Royce использовал термин «открытый ротор» в качестве синонима для первоначального значения пропфана. Это действие должно было определить тип двигателя Propfan из ряда канальных предложений двигателя в то время, которые имели пропфан в их именах. К 2000-м годам открытый ротор (ООП) стал предпочтительным термином для технологии пропфана в исследованиях и новостных сообщениях, а открытый ротор с противодействием (CROR) также иногда используется для различения пропанов с одним ротацией. По состоянию на 2015 год Европейское агентство по безопасности авиации (EASA) определило открытый ротор (но в целом) как «стадию вентилятора турбинного двигателя, которая не заключена в корпус»; Напротив, у него было только рабочее определение открытого двигателя ротора (более часто используемый термин для Propfan в 21-м веке), назвав его «турбинным двигателем, который показывает противопоставленные этапы вентилятора, не связанные с корпусом». Двигатель использует газовую турбину для управления неразборчивым (открытым) противополученным винтом, как турбовинтовой, но конструкция самого винта более тесно связана с конструкцией турбины, и они сертифицированы как единое целое.

El-Sayed различает турбовинтовые и пропфаны в соответствии с 11 различными критериями, включая количество лопастей, формы лезвия, скорости наконечника, соотношения обхода , числа Маха и высоты круиза .

История

Примерно через десятилетие после того, как немецкие аэрокосмические инженеры начали изучать идею использования Swept Wings для уменьшения перетаскивания самолета Transonic Speed, стандарт Гамильтона в 1940 -х годах попытался применить аналогичную концепцию к пропеллерам двигателя. Он создал лопасти пропеллера с высоким содержанием сверхзвуковых скоростей наконечника, так что двигатели с открытыми пропеллерами могут питать самолеты до скорости и круизных высот, достигаемых только новыми турбоукесом и турбовентирующими двигателями. Ранние испытания этих лезвий выявили тогдашние нерастворимые лезвия лезвия и проблемы с напряжением лезвий, а высокий уровень шума считался еще одним препятствием. Популярность турбоятных и турбо новостей, ограниченных исследованиями в пропеллерах, но к 1960 -м годам интерес увеличился, когда исследования показали, что открытый винт, управляемый турбиной газовой (11 000 метров). Термин Propfan был создан в течение этого периода.

в 4710 фунтов (21,0 килонвов) Одним из самых ранних двигателей, напоминающих концепцию Propfan, был Metrovick F.5 , в котором были представлены вентиляторы с двойными противоречиями-14 лезви ) вентилятор - в задней части двигателя и был впервые запускался в 1946 году. Однако лезвия были в основном нерапетированными. Другие двигатели с противоположными винтами, которые были представлены на общих самолетах, включали четыре мощных двигателя Kuznetsov NK-12 в Советском Союзе Tupolev TU-95 (каждый из которых поддерживает свой собственный набор коаксиальных пропеллеров, доступающих против, на высокоскоростном военном бомбере ) 22 Военно-транспортные самолеты и двигатели Армстронга Сиддели двойной мамба (ASMD) (оба связаны с одиноким набором коаксиальных пропеллеров с противодействием противоречивым) на британских самолетах Fairey Gannet . Обе настройки имели четыре в основном неопрятные лезвия в переднем винте и заднем винте.

1970 -е - 1980 -е годы

Когда в начале 1970-х годов нефтяной кризис в 1973 году вызвал сказыки на нефть в начале 1970-х годов, выросли интерес к пропанам, и финансируемые НАСА исследования начали ускоряться. Концепция Propfan была изложена Карлом Рорбахом и Брюсом Метцгером из стандартного подразделения Hamilton United Technologies в 1975 году и был запатентован Рорбахом и Робертом Корнеллом из Hamilton Standard в 1979 году. Позднее работа General Electric с аналогичными движениями приняла название «Назначенный вентилятор», который представлял собой модифицированный турбовентивный двигатель, причем вентилятор был помещен вне гондолы двигателя на той же оси, что и лопасти компрессора .

В эту эпоху проблемы пропеллера стали исправлены. Достижения были достигнуты в структурных материалах, таких как композиты титана и графитовые и стеклянные волокно , наполненные смолой . Эти материалы заменили алюминиевые и стальные металлы в строительстве лезвий, что позволило лопастям быть более тонкими и более сильными. Компьютерный дизайн также был полезен при уточнении характеристик лезвия. Поскольку лезвия сгибаются и отклоняются с более высокой нагрузкой мощности и центробежной силой , начальные конструкции должны были основываться на форме в движении. С помощью компьютеров дизайнеры лезвия будут работать назад, чтобы найти оптимальную разгруженную форму в целях производства.

Программы летных испытаний

Земля-тест Установка двигателя Allison 501-M78 с восьми-легочным пропеллером диаметром 9,0 футов (2,7 м) Гамильтона для оценки теста НАСА ПРОПФАН

Hamilton Standard, единственный крупный американский производитель авиационных пропеллеров, разработал концепцию Propfan в начале 1970 -х годов. Стандарт Гамильтона проверил многочисленные вариации в сочетании с НАСА .

В рамках программы оценки теста Propfan (PTA) Lockheed-Georgia предложила изменить Gulfstream II , чтобы выступить в качестве испытательного стенда в полете для концепции Propfan, в то время как McDonnell Douglas предложил изменить DC-9 для той же цели. НАСА выбрало предложение Lockheed . В левом крыле Gulfstream II была добавлена ​​гонща, содержащая 6000 лошадиных сил (4500 киловатт) Allison турбоприз 570 (полученный из турбосафта XT701 разработанного для Boeing Vertol XCH-62 вертолета , ). Двигатель использовал диаметр 9-футового диаметра с восемью лезвиями (2,7 метра; 110 дюймов; 270-сантиметра), стандартный пропфан SR-7 с одним ротацией. Тестовый двигатель, который был назван Allison 501-M78, имел рейтинг тяги 9000 фунтов (40 кН). Впервые он работал в полете 28 марта 1987 года. Обширная программа тестирования, которая стоит около 56 миллионов долларов, Набрал 73 рейса и более 133 часов полета, прежде чем финишировать 25 марта 1988 года. Однако в 1989 году самолет испытательного стенка вернулся в воздух с 3 по 14 апреля, чтобы измерить уровень шума земли во время полета. После этого двигатель был удален, и самолет был преобразован в самолет для тренировочного шаттла в конце в том же году.

GE36 на демонстраторе McDonnell Douglas MD-80 на авиасалоне Фарнборо в 1988 году . Информационный двигатель без редуктора имел общий диаметр 11,67 фута (3,56 м), с восемью или десять лезвий впереди (в зависимости от конкретной конфигурации) и восемь лезвий сзади.

GE36 ( GE Infuld Fan (UDF) от американского производителя двигателей General Electric ) с 35-процентным участием со стороны французского партнера Snecma (ныне Safran ), был вариант оригинальной концепции Propfan и напоминал поршневой двигатель конфигурации толкателя . У UDF GE было новое расположение прямого привода, где коробка передач редуктора была заменена низкоскоростной семиступенчатой ​​свободной турбиной. Один набор турбинных роторов привел к передний набор пропеллеров, в то время как задний набор был приведен другим набором роторов, который вращался в противоположном направлении. У турбины было 14 строк лезвия с семью этапами. Каждый этап представлял собой пару рядов с противоречивыми. Сюрельцы, которые были осторожны с склонными к проблемам передач с 1950-х годов, понравилась GE, без снаряда GE, без снаряжения Propfan: Boeing намеревался предложить двигатель GE's Pusher UDF на платформе 7J7 (у которой была бы круизная скорость MACH 0,83), И Макдоннелл Дуглас планировал сделать то же самое на своем MD-94X авиалайнере . GE36 был первым полевым испытанием, установленным на станции двигателя № 3 Boeing 727-100 20 августа 1986 года. GE36 UDF для 7J7, как должно, было набрать тягу 25 000 фунтов стерлингов (110 кН), но GE утверждал, что в целом ее концепция UDF может охватить диапазон тяги от 9 000 до 75 000 фунтов (от 40 до 334 кН), может охватить диапазон тяги от 9 000 до 75 000 фунтов (от 40 до 334 кН), Таким образом, двигатель UDF мог бы соответствовать или превзойти тягу CF6 , семейства GE широких двигателей в то время.

McDonnell Douglas разработал самолет с проверкой концепции, модифицируя свой MD-80 , принадлежащий компании, который подходит для пропанов из-за его кормовых двигателей, установленных на фюзеляже (например, его предка DC-9), в подготовке к возможным пропану, работающим Деривативы MD-91 и MD-92 и возможный самолет MD-94X чистящего листа. Они заменили левый турбовентивный двигатель JT8D на GE36. Испытательные полеты начались в мае 1987 года, что подтвердило летную господство дизайна, аэродинамические характеристики и шумовую подпись. После первоначальных испытаний была установлена ​​первоклассная кабина внутри кормового фюзеляжа, и руководителям авиакомпании была предложена возможность испытать из первых рук самолета с мощностью UDF. Испытательные и маркетинговые полеты самолета демонстратора Ge-Out, завершившись в 1988 году, демонстрируя снижение расхода топлива на 30% по сравнению с MD-80 с помощью турбо-фанка, полного соблюдения шума 3 и низких уровней внутреннего шума/вибрации. GE36 будет иметь столько же 25 000 фунтов (110 кН) на MD-92X, но тот же двигатель будет снижен до 22 000 фунтов (98 кН) для меньшего MD-91X. MD-80 также был успешно протестирован на полете в апреле 1989 года с 578-dx propfan, который был прототипом компании Allison Engine Company (в то время подразделение General Motors ), которое также было получено от Allison XT701 и построено с Гамильтоном Стандартные пропеллеры. Программа двигателя была разработана совместно между Эллисон и еще одним подразделением United Technologies, производителя двигателя Пратт и Уитни . В отличие от конкурирующего GE36 UDF, 578-DX был довольно обычным, имея редукционную коробку передач между турбиной LP и лезвиями Propfan. Из -за падения цен на топливо и изменяющихся маркетинговых приоритетов Дуглас обложил программу Propfan в конце того же года.

Двигатель PW-Allison 578-DX, установлен на том же испытательном стенде MD-80. Двигатель с противоположным пропфаном, обожающий противоположность диаметром 11,6 фута (3,5 м), с шестью лезвиями спереди и шестью лезвиями в задней части.

Другие предлагаемые приложения

Другие объявления будущих авиалайнеров с двигателем Propfan включали:

• Fokker году FXX, 100–120 сиденья самолета, который был изучен в 1982
• MPC -75 , 80-местная, маха-0,76 круизная скорость, региональные самолеты диапазона 1500 нми (1700 миль; 2800 км), задуманные Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB) в Западной Германии и китайской экспорт/импортной корпорации (Mbbb) и китайской аэрологической технологии ( Ката); Используется в качестве базовой силовой установки два двигателя с прямым приводом General Electric GE38 -B5 UDF, обеспечивающие 9 644 и 2190 фунтов (4,374 и 993 кг, 42,90 и 9,74 кН) в статическом толчке и круизе с потреблением топлива (TSFC) 0,240 и круизом. 0,519 фунтов/(LBF порядка) (6,8 и 14,7 г/(KN порядки)), соответственно, через пропфан диаметром 85 в (2,1 м) с 11 и 9 лезвиями на пропеллерах с противодействием; Предлагается в качестве альтернативной силовой установки статической тяги 14 500 фунтов (6600 кг; 64 кН), двигатель PW-Allison 501-M80E Geared Propfan, который был получен из турбошафта 501-M80C, который был выбран для питания Военно - флота морского . самолеты; Позже описал двигатель Propfan как один с ядром от T406 (военное обозначение для силовой установки Osprey), содержащее пропфан 108 (2,7 м), который обеспечивал 2450 фунтов (1110 кг; 10,9 кН) тяги в круизе с TSFC 0,51 фунт/(LBF порядка) (14 г/(Knts))
• ATR 92, 400 кв. Круизная скорость (460 миль в час; 740 км/ч), пять или шесть атмосферов, 100-местный самолет от Avions de Transport Regional Франции (ATR, совместное предприятие между аэропатией и Италии Aeritalia ) и испанские авиационные конструкции SA (House), который мог бы быть оснащен UDF
• Aerospatiale AS.100, региональный самолет с диапазоном 1500 нм (1700 миль; 2800 км), круизной скоростью MACH 0,74–0,78 на высоте 30 000 футов (9 100 м), и емкость 80–100 мест, которые могут быть оснащены UDF или пропфанской версией Allison T406 Дистрибольный двигатель
• ATRA -90 (Региональный самолет Advanced Technology), 83-115-северенный самолет с диапазоном 1500–2100 нм (1700–2 400 миль; 2800–3900 км) и скорость круиза 0,8 на 30 000 футов (9100 m) Высота, которая должна была быть построена с помощью многонационального совместного предприятия, состоящего из промышленности Pesawat Terbang Nusantara ( IPTN ) из Индонезии, Боинг (США), MBB (Западная Германия) и Фоккер (Нидерланды)
• Tupolev TU-334 -то-тона , 126-местный самолет, который может пройти 1860 нми (2140 миль; 3450 км) с полевой нагрузкой 11 430 кг (25 200 фунтов; 11,43 T; 12,60 как лотарев) D-236 Propfans С конкретным ожогом топлива 0,46 кг/кг-тяга/час, круизная тяга в 1,6 тонн (3500 фунтов; 16 кН) и статическая тяга от 8 до 9 TF (от 18 000 до 20 000 фунтов; от 78 до 88 кН. )
• Ilyushin IL-88 , преемник четырех турбурбопропального тактического транспортера Antonov AN-12 , который будет работать на два 11 000 л.с. (8200 кВт) прогресс D-236 Propfans
• Ilyushin IL-118, обновление до четырех турбурбопропального Ilyushin IL-18 ; авиалайнера Предлагается в 1984 году, самолет вместо этого будет питаться двумя пропфанами D-236, причем восьми легочный передний винт на каждом двигателе вращается со скоростью 1100 об / мин , а шесть-летний пропеллер обращается со скоростью 1000 об / мин до снижения шума и вибрации
• Повторный антонов Antonov AN-124 , заменив четырех прогресса D-18T турболн на 55 100 фунтов на тягу (245,2 кН) Kuznetsov NK-62 Propfans

Отклонить

Ни один из этих проектов не осуществился, однако, в основном из -за чрезмерного шума в салоне (по сравнению с турболубнами) и низкими ценами на топливо. Для General Electric, GE36 UDF должен был заменить турбон-оборудования с высоким содержанием BFM56 , который он производил с равным партнером SNECMA в их международном совместном предприятии CFM. В 1980 -х годах двигатель был изначально неконкурентоспособен против Aero Engines Международного конкурентного предложения , IAE V2500 . В декабре 1986 года председатель SNECMA заявил, что CFM56-5S2 в разработке будет последним турбовентиром, созданным для семьи CFM56, и что « нет смысла тратить больше денег на турбовентирующих. UDF-это будущее». Однако V2500 столкнулся с техническими проблемами в 1987 году, и CFM56 набрал большой импульс продаж. General Electric потерял интерес к тому, чтобы GE36 каннибализировал CFM56, который прошел пять лет до того, как он получил свой первый заказ в 1979 году, и хотя «UDF может быть надежным в соответствии с более ранними стандартами, турбообцы получали намного лучше, намного лучше, чем это». General Electric добавила технологию Blade UDF непосредственно в GE90 , самый мощный реактивный двигатель, когда -либо созданный, для Boeing 777 .

1990 -е годы

Прогресс D-236 пропфановый двигатель на самолете YAK-42 E-LL на парижском авиасалоне в 1991 году

В начале 1990-х годов Советский Союз / Россия провели летные испытания в ходе прогресса D-236 , предназначенного для пропфан-двигателя, основанного на ядре турбовина D-36 , с восемью лезвиями на переднем винте и шестерке Лезвия на заднем винте. Одним из испытательных стендов был пропфан 10 100 л.с. (7500 кВт), установленный на Ильюшин Иль-76 и летал на авиашоу Hannover ILA 90, который был предназначен для неопознанного воздушного судна с четырьмя пропфанами. D-236 вылетел 36 раз в общей сложности 70 часов летных испытаний на IL-76. Другой испытательный стенд был 10,990 л.с. (8195 кВт), 14 футов единицы (4,2 м; 170 дюймов; 420 см), установленная на яковлев як-42 E-LL и прилетел на парижский воздушный выставка 1991 Як-46 самолетов с двигателями с двойным пропфаном, который в своей базовой версии 150 мест будет иметь диапазон 1900 нми (2200 миль; 3500 км) и круиз со скоростью 460 кН (530 миль в час; 850 км/ч; 780 футов/с; 240 м/с) (Маха 0,75). Советы утверждали, что D-236 обладает настоящей аэродинамической эффективностью 28 процентов и экономия топлива в 30 процентов по сравнению с эквивалентным турбовинтовым . Они также выявили планы для Propfans с рейтингами электроэнергии 14 100 и 30 200 л.с. (10 500 и 22 500 кВт).

Прогресс D27 Propfans, установленные на Antonov AN-70

Как и прогресс D-236, более мощный прогресс D-27- двигатель Propfan-это пропфан с противодействием с восемью передними лопастями и шестью лезвиями, сзади, Но D-27 имеет усовершенствованные композитные лопасти с уменьшенным соотношением толщины к требованиям и более выраженной кривизны на переднем крае . Двигатель, который был запущен в 1985 году, D-27 Предоставляет 14 000 л.с. (10 440 кВт) энергии с 27 000 фунтов (119 кН) тяги при взлете. Два задних пропфана D-27 выдвинули украинский Антонов AN-180 , который был запланирован на первый рейс 1995 года и вступил в службу 1997 года. В январе 1994 года Антонов развернул первый прототип военного транспортного самолета AN-70 , прикрепленный к четырем прогрессу D-27, прикрепленным к крыльям, установленным на вершине фюзеляжа. Российские ВВС разместили заказ на 164 самолета в 2003 году , позже отменены. По состоянию на 2013 год, AN-70 все еще считал многообещающим будущим в качестве грузового корабля. Однако, поскольку компонент Propeller прогресса D-27 производится Российской SPE Aerosila , AN-70 был застенчив русской войной . Вместо этого Антонов начал работать с Турцией в 2018 году, чтобы перестроить AN-70 в качестве переименованного AN-77 , чтобы самолет мог соответствовать современным требованиям без участия российского поставщика.

Двадцать первого века

В первом десятилетии 21 -го века рост цен на топливо на реактивных реактивных топливах увеличило акцент на эффективность двигателя/планера, чтобы сократить выбросы, что возобновило интерес к концепции пропфана для дистанторам за пределами Boeing 787 и Airbus A350 XWB. Например, Airbus запатентованные самолеты с двойными задними пропфанами. Rolls-Royce имел задний (толкатель) настроенный RB.509-11 и передний (трактор) настроенные конструкции RB.509-14 Geared Propfan, которые дали 15 000–25 000 фунтов газовой генератор от XG-40 двигателя с 13 000 л.с. (9700 кВт) мощности вала. Это стало теплой технологией Propfan в 1980 -х годах Хотя он разработал открытый дизайн ротора, который считался финалистом самолета с узким телом Irkut MS-21 . Двигатель Rolls-Royce RB3011 будет иметь диаметр около 170 в (430 см; 14 футов; 4,3 м) и потребует коробки передач HP (12 000 кВт) 16 000 вала (12 000 кВт) .

Safran Open Rotor Mockup в 2017 году

Европейская комиссия выпустила открытую демонстрацию ротора в 2008 году во главе с Safran в рамках программы Clean Sky , финансируемой за 65 миллионов евро в течение восьми лет. Демонстратор был собран в 2015 году, и в мае 2017 года на наземной испытательной установке в Исстрие было протестировано наземная проверка , направленная на сокращение расхода топлива и связанные с ними выбросы CO ₂ на 30% по сравнению с текущими турболуби CFM56 . После завершения наземного тестирования в конце 2017 года, двигатель Safran's Geared Open Rotor, достиг уровня готовности к технологии 5. Двенадцати лезвия переднего винта и десяти-лезвию заднего винта имел диаметры 13,1 и 12,5 футов (4,0 и 3,8 м; 160 и 150 дюймов; 400 и 380 см) соответственно. Демонстратор, основанный на ядре военного истребителя SNECMA M88 , использует до 12 200 лошадиных сил (9 мегаватт), обеспечивает тягу около 22 000 фунтов (100 кН) и будет путешествовать на скорости MACH 0,75. Однако будущий открытый ротор -двигатель Safran будет иметь максимальный диаметр почти 14,8 фута (4,50 м; 177 дюймов; 450 см).

США В 2007 году прогресс D-27 был успешно модифицирован в соответствии с правилами 4-го этапа Администрации Федерального авиации (FAA), которые соответствуют стандартам Международной организации гражданской авиации (ICAO). Торговое исследование в 2012 году, по прогнозам, показал, что шум Propfan будет 10–13 децибел тише, чем разрешено в соответствии с правилами 4 этапа. Пределы шума стадии 5 уменьшают ограничения только на семь эффективных воспринимаемых шумовых децибел ( EPNDB ), В пределах оболочки шума пропфана. Исследование также прогнозировало, что открытые роторы будут на девять процентов более экономичными, но остаются 10–12 децибел громче, чем турбообцы. SNECMA утверждала, что его двигатели пропфана будут иметь примерно те же уровни шума, что и его турбовентивный двигатель CFM .

В 2021 году CFM International объявила о своей программе разработки революционных инноваций в устойчивых двигателях (RISE) для производства одностадийного, управляемого передачами пропфана с активными статиторами в съемке/тракторе, конфигурация с летными тестами, начавшимися к 2025 году. Ротор был Ожидается, что будет 12–13 футов (3,7–4,0 м) в диаметре. Ожидалось, что двигатель будет производить 20 000–35 000 фунтов (9 100–15 900 кг / кг; 89–156 кН) тяги с повышением топливной эффективности на 20%. Компания утверждала, что ее мотивация стала глобальным акцентом на сокращение выбросов. Двигатель должен был поддерживать как водород , так и устойчивое авиационное топливо . Ожидалось, что двигатель будет включать компактное ядро ​​высокого давления и рекуперационную систему, чтобы предварительно нагреть воздух сгорания с теплом выхлопных газов вместе с композитами керамической матрицы в горячей секции и композитными лопастями вентиляционных вентиляторов с обработкой смолы. В дополнение к ротору, конструкция включает в себя неретирующий набор лезвий статора с переменной питкой, которые действуют как лопасти восстановления потока. Конструкция увеличивает соотношение давления вентилятора и уменьшает загрузку ротора, увеличивая скорость воздуха. Стадия вентилятора должна работать с высокоскоростным компрессором бустера и высокоскоростной передней коробкой передач с низким давлением. Двигатель предназначен для сертификации как «интегрированный двигатель» вместо традиционного «винта/двигателя» из -за сложности интеграции планера. CFM запланирована для аэродинамического трехмерного ротора с 12 ткаными композитными лопастями из углеродного волокна. При поддержке меньшего ядра двигателя, двигатель CFM Rise будет иметь коэффициент байпаса 75.

Проблемы

Дизайн лезвия

Турбовинтовые области имеют оптимальную скорость ниже около 450 миль в час (390 кН; 720 км/ч), Поскольку винты теряют эффективность на высокой скорости, из -за эффекта, известного как волновое сопротивление , которое происходит чуть ниже сверхзвуковых скоростей. Это мощное сопротивление имеет внезапное начало, и оно привело к концепции звукового барьера, когда впервые встретилась в 1940 -х годах. Этот эффект может произойти всякий раз, когда пропеллер вращается достаточно быстро, чтобы кончики лезвия приближались к скорости звука.

Наиболее эффективным способом решения этой проблемы является добавление лезвий к пропеллеру, что позволяет ему обеспечить большую мощность с более низкой скоростью вращения. Вот почему многие истребители Второй мировой войны начались с двух или трех капеллеров, но к концу войны использовали до пяти лезвий; Поскольку двигатели были обновлены, были необходимы новые винты, чтобы более эффективно преобразовать эту власть. Добавление лезвий затрудняет сбалансирование и поддержание пропеллера, а дополнительные лезвия вызывают незначительные штрафы на производительность из -за проблем с сопротивлением и эффективностью. Но даже с такими видами мер, в конечном итоге прямая скорость плоскости в сочетании со скоростью вращения кончиков лезвия пропеллера (вместе, известная как спиральная скорость наконечника), снова приведет к проблемам волнового сопротивления. Для большинства самолетов это будет происходить на скорости более 450 миль в час (390 кН; 720 км/ч).

Смешанный винт

Метод уменьшения волнного сопротивления был обнаружен немецкими исследователями в 1935 году, вынуждая крыло назад. Сегодня практически все самолеты, предназначенные для летания намного выше 450 миль в час (390 кН; 720 км/ч), используют подхваченное крыло . Поскольку внутренняя часть пропеллера движется медленнее в направлении вращения, чем снаружи, лезвие постепенно больше охватывается обратно, что приводит к изогнутой форме, похожей на скимитара - практика, которая впервые использовалась в 1909 году, В деревянном винке с двумя лезвиями, используемым на Blériot XI . (В корне лезвия лезвие фактически охватывается вперед в направлении вращения, чтобы противостоять скручиванию, которое генерируется кончиками лезвия назад.) Стандартный тест Гамильтона был постепенно охвачен до максимума на 39 градусов на кончиках лезвия, что позволило пропфану производить тягу, даже если у лезвий была спиральная скорость наконечника примерно 1,15.

Лезвия UDF GE36 и 578-дХ имеют максимальную скорость наконечника при вращении около 750–800 футов/с (230–240 м/с; 510–550 миль в час; 820–880 км/ч), Или около половины максимальной скорости наконечника для лопастей по винтам обычного турбовина. Эта максимальная скорость наконечника лезвия будет оставаться постоянной, несмотря на более широкий или более узкий диаметр винта (что приводит к снижению или увеличению оборотов или увеличению, соответственно).

Перетаскивание также может быть уменьшено, сделав лопасти более тонкими, что увеличивает скорость, которую лопасти могут достичь до того, как воздух перед ними станет сжимаемым и вызывает ударные волны. Например, лезвия стандартного тестового пропфана Гамильтона имел соотношение толщины к требованиям , которое сужалось с менее чем 20% на перекрестке прядильщика до 2% на кончиках и 4% в середине пробега. Клинки пропфана имели приблизительно половину соотношения толщины к требованиям лучших традиционных лопастей по винту эпохи, прореженная до бритва резкости по их краям, и весил всего 20 фунтов (9,1 кг). (Двигатель GE36 UDF, который был протестирован на Boeing 727, имел передние и задние лопасти, которые весили 22,5 и 21,5 фунта (10,2 и 9,8 кг) каждый.)

Сравнение пропфана с другими типами авиационных двигателей

Шум

Одной из основных проблем с пропфаном является шум. Исследование Propfan в 1980 -х годах обнаружило способы снижения шума, но за счет снижения топливной эффективности, смягчая некоторые преимущества пропфана.

Общие методы снижения шума включают снижение скорости наконечника и уменьшение нагрузки лезвия или количество тяги на единицу площади поверхности лезвия. Концепция, аналогичная загрузке крыла , нагрузка лезвия может быть уменьшена путем снижения потребности в тяге или увеличения количества, ширины и/или длины лопастей. Для пропанов с противодействием, которые могут быть громче турбовинтовых или одноразовых пропфанов, шум также может быть снижен с помощью:

• увеличение разрыва между пропеллерами;
• Поддерживая длину лезвия пропеллера короче, чем у переднего винта, так что лезвия заднего пропеллера не разрезают вихри с кончиком лезвия переднего винта ( взаимодействие лезвия-виртукс );
• Использование различного количества лезвий на двух винтах, чтобы избежать акустического подкрепления; и
• Повернув передний винт и задний винт на разных скоростях, также для предотвращения акустического подкрепления.

Общественный шум

Производители двигателей ожидают, что реализации Propfan будут соответствовать правилам шума сообщества (в отличие от кабины), не жертвуя преимуществом эффективности. Некоторые считают, что пропфаны могут потенциально вызвать меньшее воздействие на сообщество, чем турбообцы, учитывая их более низкие скорости вращения. Geared Propfans должны иметь преимущество перед пропфанами по той же причине.

В 2007 году прогресс D-27 был изменен в соответствии с правилами 4-го этапа 4-го этапа (FAA) Федерального авиационного администрирования (FAA), которые соответствуют стандартам международной гражданской авиации (ICAO) главы 4 и были приняты в 2006 году. Торговое исследование в 2012 году прогнозировало, что шум от существующей технологии открытого ротора будет 10–13 децибел , чем максимальный уровень шума, разрешенный правилами этапа 4; Более новые ограничения шума на стадии 5 (которые заменили правила 4 стадии для более крупных самолетов в 2018 году и отражали стандарт шума ICAO 14, установленные в 2014 году), являются более ограничительными, чем требование 4 -го этапа только на семь эффективных воспринимаемых шумовых децибеллов ( EPNDDB ), Таким образом, текущей технологии пропфана не следует препятствовать стандартам 5 этапа. Исследование также прогнозировало, что на существующих технологических уровнях открытые роторы будут на девять процентов более экономичными, но остаются на 10–12 децибелах громче, чем турбообцы. SNECMA , однако, утверждает, что открытые тесты показывают, что его двигатели пропфана будут иметь примерно те же уровни шума, что и его CFM . турбовентив который вступил в службу в 2016 году.

Дальнейшие сокращения могут быть достигнуты путем перепроектирования структуры самолета для защиты шума от земли. Например, в другом исследовании подсчитано, что если двигатели Propfan использовались для питания гибридного самолета корпуса крыла вместо обычного самолета трубки и крыла, уровни шума могут быть снижены на 38 EPNDB по сравнению с требованиями ICAO Глава 4. В 2007 году британская бюджетная авиакомпания EasyJet представила свою концепцию Ecojet, самолеты 150–250 сидений с V-монтированными двигателями с открытым ротором, соединенными с задним фюзеляжем и защищены U-Tail. Он безуспешно инициировал дискуссии с Airbus, Boeing и Rolls-Royce для производства самолета.

Размер

Самолет с двумя двигателями, несущий 100–150 пассажиров и пропфан с диаметром пропеллера 236 в (600 см; 19,7 футов; 6,0 м) теоретически будет производить почти 60 000 фунтов (270 кН) тяги. Эти размеры достигают желаемых высоких коэффициентов шунтирования более 30, но они примерно в два раза превышают диаметр турбовентивных двигателей эквивалентной способности. По этой причине самолеты обычно разрабатывают Empennage с помощью конфигурации T-хвоста , чтобы избежать турбулентного пророка, негативного влияния на лифтов и вызывая в них проблемы вибрации. Пропфаны могут быть прикреплены к верхней части задней фюзеляжа . Для прототипа пропфана Rolls-Royce RB3011 для подключения центра каждого двигателя потребуется пилон около 8,3 футов (2,54 м; 100 дюймов; 254 см). Если пропфы будут установлены к крыльям, крылья будут прикреплены к самолету в конфигурации высокого крыла , что позволяет провести заземление без необходимости чрезмерно длинного шасси . Для того же количества производимого мощности или тяги, информированному вентилятору требует более коротких лезвий, чем заправленный пропфан, Хотя общие проблемы с установкой все еще применяются.

Выходной рейтинг

Турбовинции и большинство пропанов оцениваются по количеству мощности шахты (SHP), которое они производят, в отличие от турбо новостей и типа Propfan UDF, которые оцениваются по количеству тяги, которые они выпускают. Правило большого пальца состоит в том, что на уровне моря со статическим двигателем 1 лошадиная сила вала (750 Вт) примерно эквивалентно 2-фунтовой тяге (8,9 Н), но на высоте круиза меняется примерно до 1 фунта (4,4 N) тяга. Это означает, что два двигателя на 25 000 фунтов (110 кН) теоретически могут быть заменены парой из 12 000–13 000 вала HP (8 900–9,700 кВт) или с двумя пропфанами UDF 25 000 фунтов (110 кН).

Список пропанов

• General Electric GE36
• Kuznetsov NK-93
• Метровик Ф.5
• Pratt & Whitney/Allison 578-DX
• Прогресс D-27
• Прогресс D-236
• Rolls-Royce RB3011

Самолеты с пропанами

Основная категория: самолет с двигателем Propfan

• Антонов и 70

Предлагаемый самолеты с пропанами

• Антонов и 180
• ATRA-90
• Boeing 7J7
• McDonnell Douglas MD-94X
• MPC-75
• Yakovlev Yak-44
• Yakovlev Yak-46

Смотрите также

• Пропеллеры с противодействием
• Поклонник
• Гронный турбовант

Ссылки

Общие ресурсы

• Концепции движения фанатов Prop: обзор технологий, методология проектирования, современные проекты и будущие перспективы. Рэймонд Скотт Сискек. Университет Вирджинии факультет механической и аэрокосмической инженерии. Старший тезис проекта. 25 марта 2002 г.

Библиография

• Дюбуа, Тьерри; Уорик, Грэм (9–22 января 2017 г.). «Последнее из Crors: Safran собирается проверить разоблаченный двигатель с открытым ротором, несмотря на апелляцию». Продвинутая движения. Авиационная неделя и космическая технология . Тол. 179, нет. 1. Лион, Франция и Вашингтон, округ Колумбия, США. п. 54. OCLC   969306167 .
• Кинни, Джереми Р. (2017). «4: Поиск двигательной эффективности, 1976–1989» (PDF) . Сила для полета: вклад НАСА в самолет . Серия книг НАСА Aeronautics. Тол. 631. С. 114–125. HDL : 2060/20180003207 . ISBN  9781626830370 Полем OCLC   990183146 . Альтернативный URL
• Уведомление о предлагаемой поправке (NPA) 2015-22: Двигатель и установка Open Rotor (PDF) , Европейское агентство по безопасности авиации , 21 декабря 2015 г., архивировано (PDF) из оригинала 25 августа 2018 года , извлеченные 28 марта 2019 г.
• Халид, С. Ариф; Лурье, Дэвид; Breeze-Stringfellow, Andrew; Вуд, Тревор; Рамакришнан, Кишор; Палиаф, Умеш; Войно, Джон; Джанардан, Бангалор; Гоэриг, Тревор; Опалски, Энтони; Барретт, Джек (май 2013). «Программа FAA Cleen Open Rotor Aeroacoustic Technology Непо проприеменный отчет» (PDF) . Федеральное авиационное управление . General Electric. Архивировано (PDF) из оригинала 8 июля 2018 года . Получено 8 июля 2018 года .
• Конильо, Серхио (февраль 2010 г.). «Движение военного самолета: Джетс против реквизита». Военные технологии (Miltech) . Тол. 34, нет. 2. Mönch Publishing Group. С. 77–84. ISSN   0722-3226 . OCLC   527912380 .
• Боулз, Марк (2010). «Усовершенствованные турбовинтовы и ламинарный поток» (PDF) . Apollo of Aeronautics: Программа энергоэффективности самолетов НАСА, 1973-1987 . NASA-SP. Тол. 2009–574. Вашингтон, округ Колумбия: Национальная авиационная и космическая администрация. С. 122–136. HDL : 2060/20110011568 . ISBN  9780160842955 Полем OCLC   465190382 . Получено 25 сентября 2018 года . Альтернативный URL
• Дойл, Эндрю (6 октября 2009 г.). "Открытый ротор: как это работает?" Полем Flight International . Лондон, Англия, Великобритания. ISSN   0015-3710 .
• Тернер, Аймей (23 марта 2009 г.). «Вернувшись в ветру» . Flight International . Лондон, Англия , Великобритания.
• «ЕС исследует более чистые самолеты» . Фарнборо авиасалон . Ainonline . 24 июля 2008 г.
• Боулз, Марк Д.; Доусон, Вирджиния П. (1998). «Глава 14: Проект передового турбовинтового производства: радикальные инновации в консервативной среде» . В Мак, Памела (ред.). От инженерной науки до крупной науки: победители исследовательского проекта NACA и NASA Collier Trophy . NASA-SP. Тол. 4219. С. 321–343. HDL : 2060/20000012419 . ISBN  978-0-16-049640-0 Полем OCLC   757401658 . Получено 25 сентября 2018 года .
• Kuznetsov, ND (28–30 июня 1993 г.). Пропбанские двигатели . Объединенная конференция и выставка (29 -е изд.). Монтерей, Калифорния, США. doi : 10.2514/6.1993-1981 .
• Кунц, HL; Gatineau, RJ; Prydz, ra; Balena, FJ (октябрь 1991). Разработка и тестирование акустических резонаторов кабины для снижения уровней тона в салоне в самолетах, способствующих пропану (отчет). HDL : 2060/19920004539 . OCLC   976747507 . Альтернативный URL
• Кунц, HL; Gatineau, RJ (май 1991 г.). Лабораторный тест и акустический анализ лечения салона для самолета оценки теста пропфана (отчет). OCLC   27904451 . Альтернативный URL
• США Агентство по охране окружающей среды (EPA) (август 1990 г.). Предварительная технология Оценка затрат на меры, доступные для сокращения выбросов парниковых газов США к 2010 году (отчет). Приложение D: Memo от Michael Kavanaugh на самолете UDF.
• Postlethwaite, Алан (18–24 апреля 1990 г.). «Открытие двери: советская аэрокосмическая промышленность находится в переходе, когда попадают военные сокращения, и ее фабрики начинают производить потребительские товары» . Flight International . С. 28–31.
• Маленький, BH; Польша, DT; Бартель, HW; Hipers, cc; Браун, ПК (июль 1989 г.). Оценка теста Propfan (PTA): окончательный отчет проекта . Тол. НАСА-CR-185138. HDL : 2060/19900002423 . OCLC   891598373 . Альтернативный URL
• Маленький, BH; Ствол, HW; Редди, NN; Swift, G.; Hipers, cc; Браун, ПК (апрель 1989 г.). Оценка теста Propfan (PTA): отчет о летных испытаниях . Тол. НАСА-CR-182278. HDL : 2060/19900002422 . OCLC   57716217 . Альтернативный URL
• «Дуглас сдерживается при запуске Propfan» (PDF) . Flight International . Тол. 134, нет. 4127. 20 августа 1988 г. с. 12
• Degeorge, CL (1988). Крупномасштабный продвинутый проп-фан (LAP): окончательный отчет . Тол. NASA-CR-182112. HDL : 2060/19880010922 . OCLC   23092598 . Альтернативный URL
• Хагер, Рой v.; Врабель, Дебора (1988). Проект Advanced Turbopprop . НАСА SP-495. Исследовательский центр Льюиса, Кливленд, штат Огайо: Национальная авиационная и космическая Управление (НАСА) Отдел научной и технической информации. HDL : 2060/19890003194 . OCLC   17508419 . Архивировано (PDF) из оригинала 13 марта 2017 года . Получено 2 февраля 2019 года . Альтернативный URL
• GE Самолетные двигатели (декабрь 1987 г.). Полномасштабная технология демонстрация современной контртирующей концепции фанатов. Отчет о дизайне . HDL : 2060/19900000732 . OCLC   1013402936 - через интернет -архив. Альтернативный URL
• Донн, Майкл (5 сентября 1986 г.). «Новые авианожины: путь к более дешевому полету» . Финансовые времена . Фарнборо, Англия, Великобритания. п. 20
• Моксон, Джулиан (24 мая 1986 г.). «После больших турбо новостей» . Гражданское движение. Flight International . Тол. 129, нет. 4012. С. 32, 34. ISSN   0015-3710 .
• Скипп, Питер (14 декабря 1985 г.). "Туполев и новое поколение: Алексей Туполев рассчитывает на замену TU-154, наиболее широко используемого авиалайнера Jet-Range с коротким и средним уровнем. Много лет наступило » . Flight International . С. 30–31.
• Whitlow, JB, Jr.; Сиверс, GK (10–11 сентября 1984 г.). Потенциал экономии топлива программы Advanced Turboprop NASA . Симпозиум по сохранению авиационного топлива. Федеральное авиационное управление (FAA) . Вашингтон, округ Колумбия, США. HDL : 2060/19840021809 . OCLC   11694598 . {{cite conference}}: CS1 Maint: Несколько имен: список авторов ( ссылка ) Альтернативный URL
• «Советские дизайнеры смотрят в будущее» . Flight International . 13 февраля 1982 г. с. 335.
• Моксон, Джулиан (16 января 1982 г.). "Propfan: пропеллер для замены самолетов?" Полем Flight International . Виндзорские замки, Коннектикут, США. С. 112–114. ISSN   0015-3710 .
• Голдсмит, IM (февраль 1981 г.). Исследование для определения исследований и технологических требований для передового транспортного самолета Turbo/Propfan . Тол. НАСА-CR-166138. HDL : 2060/19820010328 . Альтернативный URL

Внешние ссылки

• Переменный шаг Propfan . НАСА Льюис Образовательный телевидение (телевизионное производство). 1987.
• «Коллекция архивов Кейта Генри: исследования шумоподавления и пропагандистского движения» . Культурные ресурсы НАСА (CRGIS) . 3 февраля 2016 года . Получено 25 апреля 2019 года .
• Агилар, Гектор; Хаан, Леон де; Knuyt, Джерри; Nieuwendijk, Лиза (декабрь 2017 г.). «Propfan, альтернатива для турботентированных двигателей: борьба с техническими характеристиками проектирования пропфана» (PDF) . AviationFacts.eu . Авиационная академия в Амстердамском университете прикладных наук (AUAS). Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2018 года . Получено 9 октября 2018 года .
• Норрис, парень (12 июня 2007 г.). "Зеленое небо, мышление - углеродные кредиты и возвращение Propfan?" Полем Flight International . ISSN   0015-3710 . Архивировано из оригинала 21 июня 2007 года . Получено 28 января 2019 года .
• Сандру, Майк (27 октября 2008 г.). «Новый реактивный двигатель« открытый ротор », который может снизить расход топлива» . Зеленый оптимистичный . Архивировано из оригинала 17 декабря 2018 года . Получено 28 января 2019 года .
• Норрис, Гай (25 июня 2021 г.). «Эволюционная тропа двигателя с открытым фанком» . aviationweek.com . Получено 2021-06-28 .