NASA уменьшит газогенераторы турбовентиляторных двигателей

NASA дало старт исследовательской программы HyTEC (Hybrid Thermally Efficient Core, гибридный термоэффективный газогенератор), целями которой являются повышение топливной эффективности турбовентиляторных двигателей на 5 — 10 процентов. Как пишет Flightglobal, в проекте принимают участие американские компании GE Aviation и Honeywell, которые должны будут к 2026 году представить рабочие прототипы новых газогенераторов для двигателей.

Современные турбовентиляторные двигатели выполняются двухконтурными, то есть разделены на две части: внутреннюю (газогенератор) и внешнюю. Внутренний контур состоит из зоны компрессоров, камеры сгорания, турбины и, иногда, сопла. Во время полета воздух затягивается и немного сжимается вентилятором, самым большим винтом и самым первым по ходу полета.

Затем часть этого воздуха поступает в компрессор газогенератора и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом. После сгорания горючего раскаленные газы вырываются из камеры сгорания и вращают турбину. Турбина представляет собой жаропрочный воздушный винт, жестко посаженный на вал. Этим валом турбина связана с компрессорами и вентилятором на входе двигателя.

После турбины реактивная струя попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя. Вторая часть воздуха после вентилятора поступает в направляющий аппарат внешнего контура — вертикальные неподвижные лопатки. В этой части воздушный поток тормозится, из-за чего давление в нем повышается. После этого сжатый воздух сразу поступает в сопло и формирует остаток тяги.

По оценке NASA, технический потенциал современных турбовентиляторных двигателей еще не израсходован. Исследователи полагают, что внешний контур мотора, в полете формирующий наибольшую часть тяги, можно увеличить по меньшей мере на 15 процентов за счет уменьшения газогенератора. При этом степень сжатия во внешнем контуре может быть увеличена на 50 процентов. В результате общая эффективность двигателя может быть увеличена на 20 процентов.

При этом газогенератор турбовентиляторного двигателя планируется наделить еще одной функцией — функцией генератора. В NASA полагают, что до 20 процентов мощности газогенератора можно перевести в электричество. На исследования по программе HyTEC планируется потратить 191 миллион долларов. В рамках проекта разработчикам необходимо будет не только уменьшить газогенератор, но и найти новые термостойкие материалы.

В 2017 году GE Aviation обнародовала некоторые данные о перспективной гибридной силовой установке, которую она разрабатывает с 2015 года. Энергетическая мощность новой установки, отдельные элементы которой уже успешно проходят испытания, составляет один мегаватт. Новой разработкой уже заинтересовались несколько авиапроизводителей.

Основу гибридной установки составляет модифицированный турбовентиляторный двигатель F110, энергия с газогенератора которого снимается пневматически в два этапа. На первом этапе отбирается избыточное давление из зоны турбины высокого давления. Газ поступает в генератор и раскручивает его. На этом этапе отбираемая мощность составляет 250 киловатт. Затем избыточное давление отбирается из зоны турбины низкого давления. Тут мощность составляет уже 750 киловатт.

Василий Сычёв