Что сдерживает использование авиационных двигателей с открытым ротором

Двигатели с открытым ротором устраняют ограничения классических турбореактивных двигателей. Но хотя такое решение предполагает снижение расхода топлива на 15%, оно также является наиболее сложным с технологической точки зрения: имеется два вращающихся в противоположных направлениях вентиляторов, один за другими и у него нет гондолы для ослабления шума, создаваемого вращающимися лопастями. Что касается интеграции самолетов, то двигатель с открытым ротором будет примерно в два раза больше диаметра нынешних ТРДД — почти 4,50 метра. И, конечно же, с точки зрения сертификации, это совершенно новая архитектура.

Наиболее существенным изменением в новой конструкции двигателя является вентилятор с открытым ротором, также называемый вентилятором без контура, который обеспечивает существенное повышение эффективности использования топлива при обеспечении высокой тяги.

В целом, открытый ротор — это газотурбинный двигатель, вентилятор которого не находится внутри гондолы. В таких конструкциях вентилятор часто называется пропеллером и может быть либо пропеллером одинарного вращения (т. е. турбовинтовым), либо парой пропеллеров встречного вращения (т. е. открытым ротором).

Технологии с открытым ротором предлагают потенциал для значительного снижения расхода топлива и выбросов CO2 по сравнению даже с новыми турбовентиляторными двигателями.

Для «традиционных» турбовентиляторных двигателей более высокая тяговая эффективность достигается за счет увеличения степени двухконтурности, что, соответственно, приводит к увеличению диаметра вентилятора. Однако, эффективность такой технологии уменьшается по мере увеличения диаметра гондолы, Кроме того, при этом значительно увеличивается вес двигателя и его лобовое сопротивление.

Уровни шума ранее препятствовали попыткам разработать двигатель с открытым ротором. Открытая конструкция означает отсутствие корпуса вентилятора, который бы заглушал звук вращающихся лопастей. Но проект «Чистое небо» считает, что, изменив форму и конфигурацию лопастей ротора, можно снизить уровень шума до параметров, соответствующих нормативным требованиям.

Действительно, у двигателей с открытым ротором встречного вращения существует множество технических проблем, но две из них являются наиболее существенными.

Первая — разработка системы привода лопастей для уменьшения шума, создаваемого лопастями встречного вращения, который у «классического» двигателя в значительной степени глушится мотогондолой и сложность управления коммуникациями и шагом лопастей через систему силовых передач встречного вращения.

Вторая — установка двигателя с открытым ротором на планер. Турбовентиляторные двигатели изолированы от планера гондолой, но воздушный поток, проходящий через лопасти двигателя с открытым ротором, взаимодействует с несущей конструкцией планера, поэтому установка влияет не только на шум системы двигателя, но и на ее эффективность.

Инженеры потратили два года на снижение уровня шума, определив оптимальное расстояние между двумя вращающимися в противоположных направлениях ступенями, количество лопастей на каждой ступени и профиль самих лопастей.

Цель конструкторов — сделать открытые роторы жизнеспособным вариантом для питания узкофюзеляжных авиалайнеров следующего поколения. В перспективе открытый ротор рассматривается как возможный преемник турбореактивных двигателей.