Hi-Tech новости 19 Ноября 2013 года
Данная новость была прочитана 3281 раз

Новости композитов и композитных структур. Компания Rolls-Royce готова испытать полноразмерный образец вентилятора диаметром 284 см с композиционными лопатками и кожухом

Логотип Rolls-Royce

Преимущества, которые сулит применение углепластиков в авиационных силовых установках, заставляют британского двигателестроителя Rolls-Royce вновь заняться этой темой спустя 40 с лишним лет после первого, неудачного, эксперимента.

Компания готовится к испытаниям полноразмерного образца вентилятора диаметром 284 см с композиционными лопатками. С тех пор как Rolls-Royce потерпел сокрушительную неудачу при разработке углепластиковых лопаток вентилятора в начале 1970-х гг. (в результате обанкротившегося производителя пришлось национализировать), он занимался исключительно изготовлением титановых лопаток методом сверхпластической формовки и диффузионной сварки. По утверждению Rolls-Royce, такие лопатки оказались более легкими и эффективными, чем композитные изделия конкурентов.

Пока Rolls-Royce работал с титаном, General Electric начал применять углепластиковые лопатки в своих изделиях – сначала в вентиляторе двигателя GE90-115B, затем на модели GEnx, а сейчас разрабатывает уже четвертое поколение таких лопаток для двигателя GE9X, предназначенного в качестве силовой установки авиалайнера Boeing 777X. Тем временем CFM International – совместное предприятие GE и Snecma – работает над созданием композитных лопаток трехмерного плетения для вентилятора двигателя LEAP-1.

Как объясняют представители Rolls-Royce, компания была готова вернуться к использованию композитных лопаток лишь при наличии наглядных преимуществ в эффективности и весовых параметрах по сравнению с титановыми. Теперь это условие наконец соблюдено, уверен производитель, который разрабатывает вентиляторную систему CTi (углепластик-титан), включающую кожух вентилятора. По словам Rolls-Royce, экономия в массе при применении системы составит до 340 кг на двигатель.

«По сути, мы говорим об углепластиковой лопатке», – отмечает Алан Ньюби, главный инженер Rolls-Royce по перспективным разработкам. На переднюю и заднюю кромки такой лопатки крепятся титановые накладки для повышения птицестойкости, при этом перо лопатки обладает более тонким и аэродинамически совершенным профилем. Конкуренты оснащают композитные лопатки титановыми накладками по передней кромке, но Ньюби отмечает, что при ударе птицы такие лопатки все равно деформируются, так что необходима и накладка на заднюю кромку.

«Кожух вентилятора системы CTi целиком изготовлен из композитов, а его внутренняя поверхность покрыта некомпозитным материалом, который принимает на себя основную ударную нагрузку в случае отрыва лопатки», – говорит Ньюби. Схему крепления агрегатов двигателя переработали: трубопроводы и элементы обвязки утоплены в модульные композитные профили, что облегчает сборку и снижает массу конструкции.

Испытания нового вентилятора диаметром 284 см начнутся в этом году на демонстраторе Advanced Low-Pressure System (ALPS), который представляет собой экземпляр двигателя Trent 1000, используемый в исследовательских целях. На вентиляторе будут установлены лопатки CTi третьего поколения, говорит Ньюби. Тестовый образец меньшего диаметра ранее уже испытывался на птицестойкость и на отрыв лопатки. «В случае с ALPS, – говорит Ньюби, – мы демонтируем штатный вентилятор и устанавливаем на его место диск с меньшим количеством лопаток». По словам производителя, новый вентилятор будет обладать слегка улучшенными аэродинамическими характеристиками по сравнению со штатным вентилятором Trent 1000; целью разработки было добиться «по крайней мере не худшей аэродинамики».

Предсерийные партии углепластиковых лопаток для опытных двигателей изготавливает компания CTAL, расположенная на британском острове Уайт – совместное предприятие Rolls-Royce с американской компанией GKN Aerospace. Технологии, освоенные в рамках этой работы, впоследствии будут перенесены на серийное производство. По словам Ньюби, Rolls предполагает найти применение системе CTi «к концу десятилетия».

Композиционные материалы начинают использоваться и в других частях авиационных двигателей. Так, Rolls-Royce в конце прошлого – начале нынешнего года проводил испытания высокотемпературных элементов корпуса ТВД, изготовленных из композитов с керамической матрицей, на демонстраторе технологий Environmentally Friendly Engine, представляющем собой газогенератор двигателя Trent 1000 с турбиной и камерой сгорания новой топливоэффективной конструкции. CFM применяет композиционные материалы с керамической матрицей в изготовлении корпуса турбины двигателя LEAP-1, а GE планирует использовать такие материалы для покрытия внутренней поверхности камеры сгорания, корпуса и выходного устройства ТВД, а также лопаток второй ступени турбины двигателя GE9X (это будет первый случай применения подобных материалов в движущихся частях двигателя).

Композиты с керамической матрицей на 30% легче жаропрочных сплавов, но основное их преимущество – способность выдерживать высокие температуры, что позволяет применять их при минимальном воздушном охлаждении или полном его отсутствии, отмечает Ньюби.

«Нам нужно еще поработать над элементами корпуса турбины из композитов с керамической матрицей, но мы довольны нынешним уровнем зрелости этой технологии и собираемся перейти к испытаниям других компонентов двигателя, изготовленных из таких материалов, – отмечает Ньюби. – Скорее всего, следующими на очереди будут лопатки соплового аппарата». Возможно, Rolls-Royce будет устанавливать детали из композитов с керамической матрицей и на существующие модели Trent в ходе их модернизации. В марте 2013 г. производитель приобрел американскую компанию Hyper-Therm, специализирующуюся на производстве таких материалов.

Rolls-Royce рассматривает возможность использования композитов с титановой матрицей в блингах рабочих колесах компрессоров бездисковой кольцевой конструкции. За счет применения кольцевой вставки из металлокомпозита достигается уменьшение массы блинга на 70% по сравнению с традиционной конструкцией. «Мы уже провели испытания подобных изделий, – говорит Ньюби. – Специально строить под них демонстратор технологии мы пока не собираемся, но, возможно, поставим блинги на следующей версии демонстратора ALPS».

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab®  по материалам сайта ATO.ru.

Другие новости по этой теме на сайте FEA.ru:

17.11.2013 Новости композитов и композитных структур. Новые технологии авиационных NZG-шин от Michelin
15.11.2013 Новости композитов и композитных структур. Композитный материал TEPEX снизил вес автомобильного сиденья Opel Astra OPC на 45%
30.10.2013 Новости мира композитов и композитных структур. Фирма Rolls-Royce готовит эксклюзивные предложения моделей с кузовами из углеволокнистых композитов
29.10.2013 Новости мира композитов и композитных структур. Канадские студенты разработают спутник из самовосстанавливающегося материала
10.10.2013 Конкуренция концепций для ремоторизации самолетов Boeing 737MAX и Airbus A320NEO повлияет и на перспективные двигатели для широкофюзеляжных самолетов
08.10.2013 Новости мира композитов и композитных структур. Композиционные материалы в истребителе F-22 Raptor составляют не менее 40 %
05.10.2013 Новости мира композитов и композитных структур. "РТ-Химкомпозит" представил планы развития обнинского высокотехнологичного предприятия "Технология"
02.10.2012 Двигатели GEnx налетали более 100 тыс. часов, при этом их надежность составляет 99,9%
28.09.2012 Rolls-Royce представила модель авиационного двигателя Trent 1000, собранную из Lego
08.09.2013 Новости мира композитов и композитных структур. Все ведущие автопроизводители ищут новые идеи по эффективному использованию композитных материалов (BMW, Daimler и другие)
04.09.2013 Новости мира композитов и композитных структур. Lamborghini: 30 лет опыта работы с углеродным волокном
20.08.2013 Новости мира композитов и композитных структур. Армия США предпочитает более прочные и легкие композитные материалы металлам
19.08.2013 Новости мира композитов и композитных структур. Компании Plasan Partners и Toray укрепляют позиции композитов в автомобильной промышленности
22.05.2013 Новости мира композитов и композитных структур. Вязанные материалы из тройных скользящих узлов обеспечивают создание недорогого материала с рекордной ударной вязкостью
14.07.2012 Boeing и Airbus продали на авиасалоне "Фарнборо" более 500 самолетов
23.07.2012 Стоимость заказов на авиадвигатели компании GE на авиасалоне в Фарнборо превысила $17 млрд
11.09.2012 Крыло для самолета Airbus A350XWB готово к испытаниям на прочность
05.05.2012 Airbus приступила к сборке первого самолета A350 (проект А350 XWB), призванного составить конкуренцию лайнерам Boeing 777 и 787 Dreamliner
05.05.2012 Новый завод Boeing в Южной Каролине выпустил первый "Лайнер мечты" - Boeing 787 Dreamliner
22.04.2012 Lamborghini и Boeing совместно разработали новый композитный суперкар-самолет
13.04.2012 Boeing в I квартале обошел Airbus по числу поставок самолетов
10.04.2012 Airbus приступил к финишной сборке корпуса первого лайнера A350 XWB
07.04.2012 Boeing 787 Dreamliner удостоен высокой награды Collier Trophy
21.02.2012 Компания Boeing приступает к заключительному этапу испытаний 737 MAX в аэродинамической трубе
26.01.2012 Норвежская авиакомпания Norwegian Air Shuttle ASA (NAS) разместила рекордно крупный заказ в истории гражданской авиации Европы на поставку 222 самолетов Airbus и Boeing на сумму 16,6 млрд. евро

Теги новости:
CompMechLab® Rolls-Royce HyperWorks