Британцы начали сборку авиадвигателя нового поколения
Британская компания Rolls-Royce приступила к сборке турбовентиляторного реактивного двигателя нового поколения Advance, пишет Aviation Week. Испытания силовой установки с новым газогенератором высокого давления планируется начать до конца текущего года. Advance станет первой полностью новой разработкой британской компании, до сих пор проектировавшей турбовентиляторные двигатели на основе архитектуры RB211, включающей в себя и более новые силовые установки семейства Trent.
Газогенератор будет поддерживать степень сжатия более 60:1. Степень двухконтурности двигателя составит 11:1. Предполагается, что удельный расход топлива силовой установкой будет на 20 процентов меньше, чем у турбовентиляторных реактивных установок типа Trent 700. Advance будет лишь демонстратором технологий. Все наработки, полученные в рамках реализации проекта Rolls-Royce планирует использовать в перспективном двигателе UltraFan, который будет устанавливаться на пассажирские самолеты с 2025 года.
В Advance будет использован корпус серийного двигателя Trent XWB-84, устанавливаемого на лайнеры Airbus A350, а также вентилятор и турбина низкого давления от силовой установки Trent 1000, стандартной для самолетов Boeing 787 Dreamliner. При этом сам газогенератор будет абсолютно новым, включая десятиступенчатый компрессор высокого давления, промежуточный компрессор (среднего давления), экономичную камеру сгорания, изоляторы из керамических матричных композитов и новый тип охлаждаемых лопаток турбины.
Отличительной чертой Advance является разделение разных элементов газогенератора. Например, компрессор высокого давления в нем будет приводиться от двухступенчатой турбины высокого давления, в то время как за привод четырехступенчатого промежуточного компрессора будет отвечать турбина среднего давления. Привод вентилятора будет осуществляться через редуктор от промежуточной турбины. Благодаря такому решению станут возможными высокая степень сжатия и работа каждой из частей силовой установки в оптимальном именно для нее режиме.
В двигателе также планируется использовать вентилятор с лопатками, выполненными из композиционных материалов. Окончательный диаметр вентилятора пока не определен. В настоящее время Rolls-Royce проводит испытания вентилятора из композиционных материалов диаметром 3,1 метра. В ближайшее время также начнется испытание компрессоров для силовой установки, после чего их установят в газогенератор. В 2017 году проект Advance планируется закрыть.
После испытаний специалисты проведут анализ данных и будут использовать при разработке двигателя UltraFan, в основу которого ляжет проект Advance. Предполагается, что газогенератор двигателя UltraFan будет обеспечивать степень сжатия 70:1. Степень двухконтурности силовой установки составит 15:1. В компании рассчитывают, что удельный расход топлива перспективным двигателем будет по меньшей мере на 25 процентов меньше такого показателя для Trent 700. Для последнего он составляет 560 граммов топлива в час на килограмм-силы.
Отличительной чертой UltraFan станет полное отсутствие турбины низкого давления, хотя в целом конструкция будет допускать ее установку, если заказчику потребуется привод дополнительных навесных агрегатов.
Архитектура двигателей RB211 была разработана компанией Rolls-Royce во второй половине 1960-х годов. С тех пор двигатели этого и смежных семейств постоянно модернизировались, однако кардинальных изменений конструкция не претерпевала. Двигатели архитектуры RB211 ставились и ставятся на самолеты семейств Boeinh 747, 757, 767, Ту-204, а более новые Trent — на Boeing 777 и 787, Airbus A330, A340 и A380. RB211 — трехвальные двигатели с большой степенью двухконтурности и промежуточными компрессором с приводом на второй вал.
Его система управления автоматически находит оптимальные точки в воздушных потоках
Инженеры разработали алгоритм управления для беспилотников самолетного типа, который позволяет парить на восходящих воздушных потоках, расходуя в 150 раз меньше энергии, чем при активном полете с работающим двигателем. Алгоритм отслеживает и подстраивается под непрерывно изменяющиеся воздушные потоки, сохраняя высоту. Препринт доступен на arXiv.org. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Беспилотники самолетного типа более энергоэффективны, чем мультикоптеры. Благодаря крыльям они способны преодолевать большие дистанции и могут гораздо дольше находиться в воздухе. Причем эти параметры могут быть увеличены за счет парения — планирующего полета, в котором аппарат использует восходящие воздушные потоки для удержания в воздухе без использования тяги двигателей, аналогично тому, как это делают некоторые птицы. Группа инженеров под руководством Гвидо де Круна (Guido de Croon) из Делфтского технического университета разработала систему управления, которая позволяет беспилотникам самолетного типа без какой-либо предварительной информации о поле ветра самостоятельно находить оптимальные точки в восходящих воздушных потоках и использовать их для длительного парения с минимальным расходом энергии. В системе управления вместо обычного ПИД-регулятора используется метод инкрементальной нелинейной динамической инверсии, контролирующий угловое ускорение, подстраивая его под желаемые значения. Система управления может без изменения настроек работать и в режиме парения, и при полете с включенным двигателем во время поиска новых оптимальных точек в воздушных потоках или для компенсации резких порывов ветра. Для поиска оптимальных точек в поле ветра, в которых скорость снижения полностью компенсируется восходящим потоком воздуха, применяется алгоритм имитации отжига. Он случайно выбирает направления в пространстве пытаясь найти такую точку, в которой беспилотник может устойчиво лететь с минимально возможной тягой двигателя. Для тестов инженеры построили 3D-печатный прототип на основе модели радиоуправляемого самолета Eclipson model C. Он имеет размах крыла 1100 миллиметров и массу 716 грамм вместе с аккумуляторной батареей. В качестве полетного контроллера применяется Pixhawk 4. Помимо установленного под крылом и откалиброванного в аэродинамической трубе сенсора скорости, беспилотник имеет GPS-модуль для отслеживания положения во время полетов на открытом воздухе. В помещении применяется оптическая система Optitrack. Испытания проводились в аэродинамической трубе, возле которой установили наклонную рампу, для создания восходящего воздушного потока. Прототип запускали в воздушном потоке сначала на ручном управлении, после чего включали автопилот. Разработчики провели эксперименты двух типов. В первом они постепенно изменяли скорость воздушного потока от 8,5 до 9,8 метров в секунду при фиксированном угле наклона рампы. Во втором эксперименте скорость воздушного потока оставалась неизменной, зато менялся угол установки подиума. В обоих случаях алгоритм системы управления быстро находил в поле ветра точки, в которых мог поддерживать планирующий полет в течение более чем 25 минут, лишь изредка задействуя тягу двигателя в среднем лишь на 0,25 процента от максимальной, хотя при таких значениях воздушного потока для поддержания обычного полета требуется около 38 процентов. При изменении поля ветра из-за изменившегося угла наклона рампы или скорости воздушного потока алгоритм успешно находил и удерживал новое положение равновесия. В будущем инженеры планируют провести испытания на открытом воздухе. https://www.youtube.com/watch?v=b_YLoinHepo Американские инженеры и планетологи предложили использовать планер, способный длительное время держаться в воздухе за счет восходящих потоков и термиков, для изучения каньонов Марса. Предполагается, что такие аппараты с надувными разворачиваемыми крыльями могут стартовать с аэростата или дирижабля и затем планировать в атмосфере Марса от 20 минут до суток.