Ремонт воздушных судов и авиационных двигателей

Двигатели

CFM56 — семейство турбореактивных двухконтурных двигателей с высокой степенью двухконтурности (турбовентиляторный).
Является продуктом компании CFM International — совместного предприятия американской GE Aviation и французской Safran Aircraft Engines (на момент создания СП и разработки двигателей — Snecma).
Официальный запуск проекта: июнь 1974 года.
Первый полёт: февраль 1977 года.
Начало коммерческой эксплуатации: 24 апреля 1982 года, самолёт Douglas DC-8-71 авиакомпании Delta Air Lines.
Рыночная ниша: магистральные узкофюзеляжные двухмоторные и широкофюзеляжные четырёхмоторные самолёты.
Являются самыми продаваемыми гражданскими авиационными двигателями в истории. На июль 2016 года выпущено 30 тысяч экземпляров семейства CFM56.
Двигатели CFM56 основаны на двигателе General Electric F101 для стратегического бомбардировщика B-1B Lancer — первом турбовентиляторном реактивном двигателе с форсажной камерой, произведённом GE Aviation. Обе компании ответственны за производство разных компонентов двигателя, у каждой из них своя линия конечной сборки. GE Aviation производит компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления и коробку приводов, Safran выпускает вентилятор, компрессор низкого давления и турбину низкого давления. И некоторые компоненты производятся итальянской компанией Avio.
CFM56 — это турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности: большая часть воздуха, ускоренного вентилятором, обходит сердечник двигателя и выпускается из корпуса вентилятора, — с тягой от 80 кН до 150 кН. Варианты имеют общий дизайн, но отличаются в деталях.
Это двухвальный двигатель, что означает наличие двух вращающихся валов: один приводится турбиной высокого давления, второй — турбиной низкого давления.
CFM56 имеет одноступенчатый вентилятор, а большинство вариантов имеют трёхступенчатый усилитель на вале низкого давления (или четырёхступенчатый в вариантах -5B и -5C). Усилитель принято называть компрессором низкого давления (LPC), поскольку он находится на вале низкого давления и сжимает поток до того, как он достигнет компрессора высокого давления. Исходный вариант CFM56-2 имел 44 лопасти вентилятора с наконечником, в более поздних вариантах по мере развития технологии широкой хорды их число уменьшили до 22 — в последнем варианте, CFM56-7.
Вентилятор CFM56 имеет лопасти вентилятора с основанием типа «ласточкин хвост», что позволяет заменять их без снятия всего двигателя. Производитель утверждает, что CFM56 был первым авиадвигателем, обладающим этой способностью. Этот способ прикрепления полезен в тех случаях, когда нужно ремонтировать или заменять только несколько лопастей вентилятора — например, после столкновений с птицами.
Диаметр вентилятора варьируется у различных моделей CFM56, и это изменение напрямую влияет на характеристики двигателя. Например, у моделей CFM56-2 и CFM56-3 вал низкого давления вращается с одинаковой скоростью. Диаметр же вентилятора меньше на варианте -3, что снижает скорость вращения лопаток вентилятора. Меньшая скорость позволяет лопастям вентилятора работать более эффективно (на 5,5% в данном случае), что увеличивает общую топливную экономичность двигателя (удельный расход топлива ниже почти на 3%).

Компрессор высокого давления (HPC), который и был предметом экспортного лицензирования, осевой и имеет девять ступеней во всех вариантах CFM56. В его основе лежит технология «GE1/9 core» (что и означает одноступенчатую ​​турбину с девятью ступенями компрессора) с компактным сердечником ротора. Небольшой радиус лопаток компрессора позволяет облегчить что весь двигатель, так как вспомогательные устройства в системе (подшипники, системы смазки) могут быть объединены с работающей на авиационном топливе основной топливной системой. По программе модернизации Tech56 CFMI разработала шестиступенчатый компрессор высокого давления, опционально устанавливаемый в двигатели с 2007 года.
Большинство вариантов CFM56 имеют кольцевую камеру сгорания.
Кольцевая камера сгорания представляет собой непрерывное кольцо, в котором топливо впрыскивается в воздушный поток и поджигается, поднимая давление и температуру потока. Впрыск топлива регулируется гидромеханической установкой (HMU), производимой Honeywell. HMU регулирует количество подаваемого к двигателю топлива посредством электрогидравлического сервоклапана. Он, в свою очередь, управляет топливным дозатором, который передаёт данные электронно-цифровой системе управления двигателем (FADEC).
В 1989 году CFMI начала работу над двойной кольцевой камерой сгорания: она имеет вторую зону горения, которая используется при высоких уровнях осевого давления. Эта конструкция снижает выбросы как оксидов азота (NOx), так и диоксида углерода (CO2). Первый двигатель CFM56 с обновлённой камерой был введён в эксплуатацию в 1995 году, и конструкция стала серийной после этапа модернизации Tech Insertion на CFM56-5B и CFM56-7B.
На этапе модернизации Tech56 GE разработала новую камеру сгорания — Twin Annular Premixing Swirler burnor, или TAPS. Эта конструкция похожа на двойную кольцевую и тоже имеет две зоны горения. TAPS «закручивает» поток, создавая идеальную топливно-воздушную смесь и ещё сильнее уменьшая генерацию NOx. Испытания в двигателе CFM56-7B показали улучшение на 46% по сравнению с одинарными кольцевыми камерами сгорания и на 22% — по сравнению с двойными кольцевыми.
Аналитические инструменты, разработанные для TAPS, были использованы для модернизации камер предшествующих поколений. В частности, кольцевых камер двигателей CFM56-5B и -7B.
Все варианты CFM56 оснащены одноступенчатой ​​турбиной высокого давления (HPT). В некоторых вариантах лопатки HPT «выращены» из монокристаллического жаропрочного сплава, что дает им высокую прочность и сопротивление ползучести.
Турбина низкого давления (LPT) в большинстве вариантов двигателя имеет четыре ступени, но CFM56-5C обладает пятиступенчатой LPT. Это обусловлено необходимостью приводу вентилятора большего, чем у других представителей семейства, диаметра. По программе модернизации Tech56 в турбине низкого давления оптимизировали аэродинамические свойства лопаток, что позволило сократить их количество на 20% — и уменьшить массу двигателя.
Турбина высокого давления в охлаждается воздухом от компрессора высокого давления. Воздух проходит через внутренние каналы в каждом лезвии и выбрасывается на переднем и заднем краях.
Большинство вариантов двигателя имеют раздельное выпускное сопло вентилятора и газогенератора. Только мощный CFM56-5C, предназначенный для Airbus A340, имеет сопло с смешанным потоком.
Для уменьшения воспринимаемого реактивного шума в условиях взлёта, в сопло газогенератора CFM56 для Airbus A321 опционально встраиваются шевроны.
CFM56 были выпущены в четырёх версиях. Стартовой стала CFM56-2, которая устанавливалась на Douglas DC-8-60/-70 и военные модификации Boeing 707. CFM56-3 была разработана для обновления среднемагистрального семейства Boeing 737, получившей позже название Classic. CFM56-5 были выбраны для опциональной установки на его основном конкуренте — Airbus A320. Наиболее совершенная версия, CFM56-7, предназначена четвёртому поколению семейства Boeing 737, названному Next Generation. После чего работы над конструкцией CFM56 были закончены, и компания перешла к проекту и выпуску двигателей LEAP-1.
Серия CFM56-2 считается «оригинальным» вариантом CFM56.

Впервые выпущена в 1982 году на модифицируемых самолётах Douglas DC-8-61/-62/-63, оборудованных изначально двигателями Pratt & Whitney JT3D и получивших после замены силовых установок индекс DC-8-71/-72/-73. Модификация коснулась также гондол и пилонов, так как CFM56-2 были тяжелее: новые элементы производились Grumman Aerospace Corporation. Причём в связи с разницей в версиях DC-8-61 и -62/-63 (последние имели улучшенное крыло), первую пришлось дорабатывать сильнее. Максимальная взлётная масса не изменилась, но полезная нагрузка из-за возросшего собственного веса двигателей снизилась. К окончанию программы в 1988 году 110 DC-8-60 было переоборудовано в DC-8-70.

Наиболее массовое применение нашли на переработанных для армии Boeing 707: KC-135, E-6 Mercury и некоторых E-3 Sentry, где двигатель носит название F108.
CFM56-2 имеет вентилятор с 44 лопастями, трёхступенчатый компрессор низкого давления, приводимый в действие четырёхступенчатой турбиной низкого давления, и девятиступенчатый компрессор высокого давления, приводимый в действие одноступенчатой турбиной высокого давления. Камера сгорания является кольцевой. Коэффициент компрессии составляет 24,7:1, диаметр вентилятора — 1620 мм, расход воздуха — около 350 кг/сек.
Первая производная серии CFM56 — вариант CFM56-3 — была предназначена для семейства Boeing 737 Classic (737-300/-400/-500) со статической тягой от 82,3 до 105 кН. «Урезанный вентилятор», взятый у силовой установки CF6-80, имел диаметр 1,524 метра и 38 лопастей против 1,620 метра с 44-мя лопастями у исходной версии, однако базовая компоновка двигателя была сохранена.
Особой задачей для этой серии было достижение достаточного дорожного просвета двигателя из-за относительно малой высоты крыла над поверхностью земли. Для этого двигатели были вынесены вперёд, повёрнуты на 5° (это заодно улучшило отвод отработанных газов), а также именно для этого был уменьшен диаметр вентилятора, а коробка приводов и прочая оснастка двигателя перенесены с нижней части на боковые. Получившееся плоское дно гондолы стало отличительной особенностью Boeing 737 с двигателями CFM56.
Коэффициент компрессии здесь составил 27,5:1, расход воздуха – 297 кг/сек.
Версия была сертифицирована в 1984 году и стала наиболее распространённой моделью в истории авиации: всего было изготовлено 3975 экземпляров.
Двигатели серии CFM56-5 проектировались специально для самолётов Airbus A320 и получили очень широкий диапазон тяги — от 98 до 151 кН. В рамках проекта было запущено три варианта: CFM56-5A, CFM56-5B и CFM56-5C.
От собратьев на Boeing 737 Classic эти силовые установки отличались наличием электронно-цифровой системы управления (FADEC) и улучшенными аэродинамическими характеристиками.
ДВИГАТЕЛИ CFM56-5A
CFM56-5A создавались первыми — для стартовых версий A320 для полётов малой и средней дальности — на основе CFM56-2 и CFM56-3. Диапазон тяги составляет от 98 до 118 кН. Аэродинамические улучшения: обновлённые вентилятор, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления и камера сгорания, — позволили этому варианту оказаться на 10-11% экономичнее аналога для Boeing 737 Classic.

ДВИГАТЕЛИ CFM56-5B

При создании силовой установки для более тяжёлых Airbus A321 в конструкцию CFM56-5A внесли ряд изменений. Здесь появилась двойная кольцевая камера сгорания, уменьшающая выбросы (в частности, NOx на 45%), был установлен новый вентилятор в более длинном корпусе и новый компрессор низкого давления с четвёртой ступенью. В итоге получился вариант с диапазоном тяги от 98 до 147 кН, которым начали оснащать не только самые большие, но и средние, и самые малые самолёты семейства A320. Модификация CFM56-5B является самой поставляемой Airbus из силовых установок всех моделей и производителей.
ДВИГАТЕЛИ CFM56-5C
CFM56-5C — самые мощные двигатели модели CFM56, созданные для четырёхмоторных дальнемагистральных широкофюзеляжных самолётов Airbus A340-200 и A340-300. Главные изменения в этом варианте — увеличенный вентилятор, пятая ступень турбины низкого давления при четырёхступенчатом компрессоре низкого давления от -5B и более эффективное сопло со смешанным выхлопом. Максимальная тяга — в диапазоне от 139 до 151 кН.
Самолёты с двигателями CFM56-5C используются на коммерческих маршрутах с 1993 года.