Думаю не ошибусь, если скажу, что современный турбореактивный двигатель во всем своем видовом многообразии — это настоящий шедевр инженерной и научно-технической мысли.
Причем так можно сказать относительно любой области практической науки, будь то материаловедение или автоматика, аэродинамика или электроника. В двигателе все это есть .
Один из представителей такого рода универсалов — самый, пожалуй, распространенный на данный момент двигатель нынешней коммерческой (и не только) реактивной авиации CFM-56.
Вот некоторые интересные цифры мировой статистики по данным на 31 декабря 2012 года. Более половины самолетного парка коммерческой авиации оборудовано этими двигателями. Всего 531 организация (это авиакомпании, чартерные операторы, лизинговые компании, военные организации) успешно эксплуатируют такие двигатели. Их произведено более 22000 штук и каждые 2,5 секунды в мире взлетает самолет с двигателями типа CFM-56.
Одна из причин такого распространения — немалое количество его модификаций, потому что устанавливается он на различные типы (и варианты) самолетов, и за весь период своего успешного использования зарекомендовал себя удачным и надежным двигателем , при этом обладающим относительно невысокой стоимостью, как в базовом отношении, так и в плане эксплуатационных затрат.
История его началась еще в конце 60-х годов, в период, когда актуальными стали работы по созданию турбовентиляторного двигателя нового поколения. Это должен был быть экономичный двигатель с большой степенью двухконтурности и тягой около 10 тонн и выше. Основное предназначение – коммерческая авиация (как пассажирская, так и транспортная), но не исключались и другуе области использования (в частности военная).
Ведущие авиационные фирмы Европы и Америки имели виды на это. Однако возможности у всех оказались разные. Разработка нового авиационного реактивного двигателя процесс, в принципе, длительный, трудоемкий и достаточно дорогой. В то время первенство на рынке двигателей для коммерческой авиации (да и для военной тоже) держала (аэрокосмическая теперь уже) фирма Pratt & Whitney, выпускавшая двухконтурные двигатели с небольшой степенью двухконтурности (до 1,0).
Уже достаточно известная в тот период французская фирма SNECMA (S.N.E.C.M.A. – Société Nationale d’Etudes et Construction de Moteurs d’Aviation) тоже проводила работы в этом направлении, и у нее были определенные прогрессивные разработки. Однако, к тому времени она имела опыт создания двигателей в основном для военной авиации, и для более уверенного вхождения в быстро развивающийся рынок двигателей коммерческой авиации ей необходим был партнер, уже имеющий опыт работы в этой области. Возможных партнеров для такого дела было трое. Однако…
Тогдашний лидер авиационного коммерческого двигателестроения Pratt & Whitney собиралась заняться дальнейшим усовершенствованием хорошо зарекомендовавшего себя, но уже устаревающего движка JT8D и делать это единолично без какого-либо стратегического партнерства.
Другой возможный партнер фирма Rolls-Royce испытывала в это время определенные финансовые трудности, не позволявшие ей пока заниматься осуществлением новых проектов.
Оставался третий возможный участник – авиационное подразделение фирмы General Electric Company (GE) GE Aviation (c сентября 2005 года оно носит название General Electric Aircraft Engines или GEAE).
GE Aviation вплотную подошла к необходимости разработки нового турбовентиляторного десятитонника и сотрудничество со SNECMA позволяло получить на это дополнительные средства и использовать ее разработки в этом направлении, что безусловно облегчило бы дальнейшую работу.
О принципах такого взаимодействия договорились в 1971 году представители обоих фирм на Парижской аэрокосмической выставке. После этого они встречались еще несколько раз, обсуждая взаимовыгодное сотрудничество.
Тем более, что опыт совместной деятельности в подобного рода направлении уже имелся. SNECMA и GE Aviation сотрудничали при производстве двигателя CF6-50 (договор об этом был заключен в 1969 году), который в целом был разработкой GE (задел SNECMA около 15%) и устанавливался на один из первых широкофюзеляжных аэробусов А300 (различных модификаций). Одним из первых заказчиков этого самолета был, кстати, Air France.
Самолет Conair Airbus A300.
Именно имеющиеся технологии по CF6-50 (и только их ) GE Aviation первоначально намеревалась использовать при своем сотрудничестве со SNECMA для разработки нового двигателя. Но при этом у нее оставались в запасе также более продвинутые разработки и технологии. Это были материалы по ее двигателю F-101, который создавался для сверхзвукового бомбардировщика Rockwell B-1 Lancer.
Стратегический бомбардировщик Rockwell B-1 Lancer.
Для использования этих наработок тогда появилась новая возможность. В 1972 году USAF официально объявили конкурс на создание нового тактического транспортного самолета с укороченными взлетной и посадочной дистанциями взамен Lockheed C-130 Hercules. Полное название этого проекта Advanced Medium STOL Transport (AMST). STOL расшифровывается как short takeoff and landing.
В рамках этой программы предусматривалось и финансирование разработки нового двигателя для такого самолета, как раз необходимого класса коммерческого ТВРД.
Однако, возникшие сомнения в том, сможет ли GE Aviation выиграть этот конкурс, и не останется ли она в этом случае «один на один» со своими продвинутыми технологиями, отказавшись использовать их в сотрудничестве со SNECMA, вылились в решение все-таки использовать кроме технологий по CF6 и разработки по F-101 в полном объеме для работы с французами и разработки нового двигателя.
Одного такого решения, правда, оказалось недостаточно . Теперь в дело вмешалась политика и экономическое противостояние Европы и Америки. Сведения по F-101 были засекречены и причислялись к секретным материалам из области национальной безопасности США. Одно это уже вроде как исключало возможность экспорта технологий во Францию.
Потом сюда примешали интересы американских налогоплательщиков, профсоюзов, рабочих авиазаводов и прочее . В общем, первоначально со стороны правительства США последовал отказ на просьбу о возможности сотрудничества GE Aviation и SNECMA с использованием технологий F-101.
Причем эта преграда оказалась настолько непробиваемой, а необходимость совместной работы двух фирм по созданию нового двигателя стол актуальной, что потребовалось вынесение вопроса о возможности экспорта разработок по F-101 на повестку дня встречи тогдашних президентов США и Франции Ричарда Никсона и Жоржа Помпиду. Она состоялась в 1973 году в Рейкьявике.
Тогда наконец-то было достигнуто соглашение, удовлетворяющее обе стороны, что и явилось по сути формальным началом создания двигателя CFM-56. Интересно, что при этом американцы получили порядка 80 млн. долларов отступного, так называемый авторский гонорар за свои разработки, а европейцы вынуждены были отказаться от политики повышенного налогообложения американской авиатехники, поставляемой в Европу. Вот такие дела …
Американская часть двигателя (та самая, основой для которой послужил двигатель F-101) – это компрессор высокого давления (КНД), камера сгорания (КС) и турбина высокого давления (ТВД), так называемое ядро (core) или сердце двигателя. Она должна была собираться в США и транспортироваться во Францию с соблюдением мер секретности.
Доходило до смешного, когда вновь прибывшие из Америки узлы хранились в закрытом помещении, куда не было доступа даже для президента SNECMA. Только после полной сборки двигателя с участием американских сборщиков, он мог быть вывезен из охраняемого помещения. Было и такое на начальном этапе совместной работы .
Определенные производственные циклы (каждый на своей территории ) в общем-то начались еще до заключения официального соглашения между фирмами, еще с января 1972 года. А само соглашение было подписано в 1974 году, и совместная компания получила название, производное от наименования двигателя, для производства которого она и была создана. Сейчас это уже не один двигатель, а целая линия CFM-56.
Это наименование – аббревиатура. Есть несколько версий ее происхождения, в основном они похожи, поэтому озвучим официальную . Производное CFM-56 получилось из двух названий: двигатель CF6 от GE Aviation и М56 от SNECMA. Считается, что эти два двигателя послужили основой для создания ныне существующего CFM56.
Что касается М56, то это была разработка SNECMA турбовентиляторного двигателя для самолета Dassault Mercure, французского аналога Boeing-737. В этом проекте у французов очень хорошо получился узел вентилятора с турбиной низкого давления, а с разработкой турбокомпрессора высокого давления совместно с камерой сгорания начались проблемы.
Самолет Dassault Mercure 100.
Из-за этих проблем Dassault Mercure в итоге полетел с движками Pratt & Whitney JT8D-15. А у SNECMA осталась отличная разработка, которая была использована для нового двигателя в комплексе с турбокомпрессором и камерой сгорания F-101.
Что касается CF6, то от него на новом двигателе осталась пожалуй в основном только философия инженерного дизайна . Цифра «6» здесь, видимо, мало что значит. Более важны буквы CF, что означает «commercial (civilian) turbofan (fan)» – исторически сложившееся название для такого рода двигателей в GE Aviation (CF6, CF34).
В итоге получилась всем известная марка двигателей CFM56. А компания, эти двигатели производящая обрела название CFMI, то есть добавилась буква «I», что означает international. Смысл этого добавления понятен .
Долевое участие обоих компаний в производстве и продаже готовых двигателей и запчастей к ним, а также их сервисном обслуживании одинаково, то есть 50/50. В совете директоров по пять участников от каждой стороны.
Сборочные линии полного профиля имеются, так сказать, на обоих территориях. Во Франции в местечке Villaroche в 50-ти км юго-восточнее Парижа. Здесь на 86-ти гектарах в центре равнины Brie располагаются заводы SNECMA по сборке и испытанию коммерческих и военных авиационных двигателей, начавшие там создаваться еще в 1947 году.
В Америке сборочные заводы и и испытательные лаборатории располагаются возле городка Evendale на территории округа Hamilton в штате Огайо. Административным центром этого округа является город Cincinnati, в котором и находится штаб-квартира GE Aviation и там же располагается президент компании CFMI.
Заводы во Франции специализируются на изготовлении таких узлов двигателя CFM-56, как вентилятор, компрессор низкого давления, турбина низкого давления и выходные устройства (сопла). GE занимается изготовлением компрессора и турбины высокого давления, а также камеры сгорания. Некоторые узлы двигателя изготавливаются также сотрудничающей с CFMI итальянской компанией Avio, а также подразделением SNECMA испанской фирмой Hispano-Suiza (коробки приводов).
Кроме того изначально прерогативой SNECMA была сборка коробки приводов и инженерно-конструкторские работы по сопряжению двигателя с конструкцией самолета, то есть, по сути, дизайн мотогондолы. Однако, со временем по соображениям целесообразности эти работы стали выполняться также и в GE Aviation.
Отдельные узлы и двигатели для тестирования начали собираться еще до заключения соглашения, то есть до официального образования CFMI. Такие двигатели носили наименование CFM-56. Но первая, достаточно отработанная (серийная) версия этого двигателя была собрана с проведением стендовых испытаний в июне 1974 года на заводе GE. Второй такой двигатель был испытан во Франции в декабре того же года.
Двигатель CFM56 -2.
Эти движки в отличие от тестовых образцов получили наименование CFM56-2. Они были по сути дела первыми в семействе двигателей CFM56, и даже в последствии получили от его создателей характерное название «дедушки» этого семейства .
Прочная и эффективная архитектура двигателя CFM56-2 позволило в дальнейшем стать всему семейству одними из самых популярных двигателей в воздухе. Это был первый десятитонник в своем классе со значительно сниженным уровнем шума и вредными выбросами камеры сгорания.
Первый полет он совершил в феврале 1977 года на опытном самолете McDonnell Douglas YC-15, выполнявшем полеты по программе AMST (упоминалось выше), вместо одного из четырех двигателей Pratt & Whitney JT8D-17, стоявших на этом самолете.
Вскоре после этого второй тестовый полет состоялся с использованием самолета Sud Aviation SE 210 Caravelle 12. На этом самолете был проведен опыт по переоборудованию двигателя выходным устройством со смешением потоков.
Самолет McDonnell Douglas YC-15 ( программа AMST) с двигателями Pratt & Whitney JT8D-17.
Caravelle12. На таком самолете испытывался один CFM56-2 в полете.
Однако, на перспективность проекта AMST рассчитывать не приходилось и CFMI обратила свое внимание на самолеты Boeing-707, а также их последователей, использовавших 707-й как базовый прототип. В частности на самолет заправщик Boeing KC-135 Stratotanker.
Эти самолеты, в большом количестве состоявшие на вооружении USAF, были оборудованы устаревшими двигателями Pratt & Whitney J57 (повышенная шумность, расход топлива и недостаточная тяга) и нуждались в их замене (ремоторизации). Это был лакомый кусок, ведь общее количество заправщиков было более 650 штук и на каждом по четыре двигателя .
Ремоторизация пассажирских Boeing-707 (двигатели Pratt & Whitney JT3D) не удалась из-за отсутствия внимания к этому со стороны авиакомпаний, хотя работы по сопряжению нового двигателя с планером 707-го были проведены, и имелся тестовый вариант самолета, названный 707-700 (еще с января 1979 года). А вот с КС-135 дела пошли хорошо.
Сначала французское правительство в 1978 году объявило о ремоторизации 11-ти своих КС-135 с заменой двигателей на CFM56-2. То есть и тут без политики не обошлось. Так сказать «поддержка отечественного производителя» . Это был первый крупный заказ новых двигателей.
Самолет KC-135 Stratotanker с двигателями CFM56-2В1.
А потом в начале 1980 года командование USAF объявило о заключение контракта с CFMI на замену двигателей своих заправщиков с использованием CFM56. Дальше – больше. В 1982 году командование United States Navy (USN) приняло решение о заключении с фирмой Boeing контракта на разработку нового самолета комплексного управления и связи на базе Boeing-707 с силовой установкой на базе четырех CFM56-2A-2 впоследствии получившего название Boeing E-6 Mercury. Далее пришел черед Аваксов.
Самолет E-6B Merkury с двигателями CFM56-2А-2.
Самолет Boeing E-3D Sentry с двигателями CFM56-2А-3.
Двигатель CFM56-2А-3 на пилоне самолета Boeing E-3 Sentry.
Сначала в 1984 году на это сподвинулись арабы в Royal Saudi Air Force (самолеты Boeing E-3 Sentry – 5 штук и восемь заправщиков КЕ-3А с двигателями CFM56-2А-3), а затем и Великобритания с Францией, получившие семь и четыре самолета E-3 Sentry соответственно (E-3D и Е-3F), оборудованные двигателями CFM56-2А-3.
Однако, это все были государственные (военные) заказы. Первый по-настоящему коммерческий заказ последовал в апреле 1979 года от авиакомпании United Airlines, а вскоре и от Delta Air Lines и Flying Tiger Line. Эти авиакомпании намеревались заменить двигатели устаревающих Douglas DC-8-62 (63 и в последствии 61) на более экономичные и малошумные CFM56-2(С1). Это предприятие казалось более выгодной, нежели покупка новых самолетов.