Skip to main content
header-image
Авиация

Самолет на атомной тяге и другие шедевры GE Aviation. История реактивных двигателей

March 04, 2015
Когда Соединенные Штаты Америки вступили в Первую мировую войну, авиация находилась еще в отрочестве. Но уже тогда молодому авиационному ведомству армии США требовались такие самолеты, которые летали бы выше и не теряли бы при этом мощности.
У Сэнфорда Мосса — инженера компании GE и одного из ярчайших умов в отрасли паровых турбин — возникла на этот счет интересная идея. Он был первым в мире, кто додумался, как использовать горячий выхлопной газ для работы турбины, и он предположил, что этот принцип можно применить и к аэропланам.

Мосс и его бюро начали проектировать устройство под названием «турбокомпрессор», выхлопные газы которого использовались для работы небольшой турбины. Она, в свою очередь, увеличивала давление воздуха в цилиндрах и придавала двигателю больше энергии — особенно на больших высотах, где воздух более разрежен.

image

В 1918 году Мосс отвез это устройство на гору Пайкс-Пик в Колорадо (высота 4267 м, см. рис. выше) и доказал, что авиационный двигатель Liberty V-12 с компрессором работает на такой высоте гораздо лучше, чем обычный двигатель. Правительству это решение понравилось, и компания GE получила соответствующий заказ.

image

Мосс приспособил свой турбокомпрессор, который он испытывал на горе Пайкс-Пик, для установки на самолете.
Благодаря этому контракту GE вошла в сферу авиастроения, и с этого начался ее взлет. В 2013 году авиаподразделение компании получило $ 22 млрд. выручки с изготовления авиакомпонентов, авионики и, конечно же, собственно двигателей. Сейчас в мире эксплуатируется более 30 тыс. единиц авиатехники GE/ двигателей от GE — начиная от турбовинтовых самолетов сельхозавиации и самолетов местного сообщения до самых больших и самых мощных в мире реактивных двигателей самолетов «Боинг-777».

Давайте, познакомимся с историей подразделения GE Aviation.

image

Первый авиационный турбокомпрессор: в 1921 году на биплане Ле Пера (см. выше), оборудованном турбокомпрессором Мосса, был поставлен мировой рекорд высоты — 12435 метров. В 1937 Говард Хьюз использовал это устройство для своего рекордного трансконтинентального перелета из Ньюарка (Нью-Джерси) в Лос-Анджелес, который длился 7 часов 28 минут и 25 секунд. Авиаподразделение GE изготавливало турбокомпрессоры в течение нескольких десятилетий. Более современные версии этой технологии использовались на американских бомбардировщиках В-17, В-24 и В-29 во время Второй мировой войны. Так как тогда GE еще не изготавливала двигатели полностью, она работала с поршневыми двигателями Pratt & Whitney и Curtiss-Wright.

image

Первый реактивный двигатель в США: осенью 1941 года засекреченная группа инженеров GE под названием «Хаш-хаш бойз» («Ребята Шшш!», на фото выше) использовала двигатель Фрэнка Уиттла для разработки первого американского реактивного двигателя. Прототип поднялся в воздух в 1942 году, а в 1944 году реактивный двигатель поступил в производство. Он использовался для самолета «Локхид Р-80 Шутинг Стар» — первого реактивного истребителя в арсенале ВВС США.

image

Первый коммерческий реактивный двигатель в США: в 1947 году двигатель J47, произведенный GE, стал первым реактивным двигателем, сертифицированным для коммерческой авиации в США. Компания произвела их более 35 000 единиц по цене $ 32 000 каждый. Они применялись для широкого круга задач. Один такой двигатель использовался в реактивном автомобиле «Спирит оф Америка», а два других приводили в движение реактивный поезд, который до сих пор считается самым быстрым в мире (см. выше).

image

Первые сверхзвуковые двигатели: в 1948 г. компания GE наняла немецкого пионера авиации Герхарда Ноймана, который незамедлительно приступил к работам по реактивному двигателю. Он создал революционную конструкцию, благодаря которой  летчики могли поворачивать лопатки у статора двигателя (см. выше). При этом менялось внутреннее давление, и самолет мог лететь быстрее скорости звука. Когда в GE начали испытывать первый реактивный двигатель с поворотными лопатками Ноймана, инженеры даже подумали, что их приборы неисправны — такова была вырабатываемая мощность.

image

В 1960-е гг. самолеты «XB-70 Валькирия» с двигателем GE (см. выше) достигали скорости более чем 3 Маха — это в три раза больше скорости звука.

image

Два экспериментальных реактора для испытания реактивных атомных двигателей в Арко, штат Айдахо. Графические материалы предоставлены: Wtshymanski.
Атомный реактивный двигатель: в 1954 GE поставила атомный реактивный двигатель на испытательный стенд в Арко, штат Айдахо. Он проработал в безотказном режиме более 100 часов перед тем, как проект был отправлен в архив. Предполагалось, что в самолете будет использоваться тепло от атомного реактора — самолет с такими двигателями теоретически мог бы оставаться в воздухе и сутками, и неделями. Хотя ВВС США и приспособили бомбардировщик «В 36 Peacemaker» под установку атомного реактора, на практике эти двигатели никогда не использовались.

image

Первый турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности: в 1960-х гг. инженеры GE занялись разработкой нового мощного реактивного двигателя, который мог бы поднимать тяжелые грузы и переносить их на дальние расстояния, но при этом и мог более эффективно расходовать топливо. В итоге был создан двигатель TF39 (см. выше), обеспечивавший тягу в более чем 18 000 килограммов). Хотя он разрабатывался для военных задач, последующие версии этого двигателя (семейство CF 6) использовались и для пассажирских самолетов — «Боинг-747», «DC 10», «Локхид L1011» и «Эйрбас А-300». Двигатели типа CF-6 и сейчас используются для президентского борта № 1 США.

image

Первый турбовентилятор с открытым ротором: после нефтяного кризиса в 1970-е гг. GE и NASA разработали забавно выглядящий двигатель под названием «турбовентилятор с открытым ротором» (см. рис. выше, а также основной рисунок). Этот двигатель, названный GE36, стал своего рода гибридом между реактивным и винтовым двигателем. В этой экономичной машине впервые были использованы лопатки, изготовленные из легких и прочных углеродно-волоконных композитных материалов. GE до сих пор является единственной компанией-производителем реактивных двигателей, которая использует эти материалы для лопаток таких двигателей. В 1988 г. пассажирский лайнер «MD-80» с двигателем GE36 совершил полет из США  в Англию на авиашоу в Фарнборо (смотрите архивную съемку демонстрационного полёта).

image

Самый большой и самый мощный двигатель в мире: хотя турбовентилятор с открытым ротором и не стал популярным, технология производства углеродно волоконных лопаток позволила инженерам GE создать новую линию массивных турбовентиляторов с высокой степенью двухконтурности. К этому относится и двигатель GE90-115B (см. выше) (самый мощный в мире реактивный двигатель, с тягой более 52 000 килограммов), двигатель GEnx, а также GE9X — самый большой в мире двигатель с вентилятором диаметром 3,25 метра (этот двигатель до сих пор находится в разработке).

image

Первые двигатели с деталями, изготовленными на 3D-принтере, и из новых керамических материалов: реактивный двигатель LEAP — первый реактивный двигатель с топливными форсунками, выполненными на 3D-принтере, и с компонентами, изготовленными из прочных композитных материалов с керамической матрицей (КМКМ), которые весят гораздо меньше, чем материалы даже из высокосортных сплавов. Двигатель LEAP, который на 15% экономичнее сравнимых с ним двигателей GE, был разработан компанией CFM International — совместным предприятием GE Aviation и Snecma (Safran), Франция. CFM получила заказов и гарантий более чем на $100 млрд. США на более 7700 двигателей LEAP, даже если они и не будут введены в эксплуатацию до 2016 г.
Categories
tags