Общие и отличительные особенности конструкции двигателей семейства CFM56. Назначение и эксплуатационно-технические характеристики

Авиационные турбовентиляторные двигатели семейства CFM56, в общей схожести, имеют модульную конструкцию и выполнены по двухвальной прямоточной схеме [2]. Каждый двигатель включает в себя каскады высокого и низкого давления, которые в свою очередь имеют барабанно-дисковый ротор. Вращаются роторы в направлении часовой стрелки по полёту. Все двигатели семейства включают в себя следующие главные модули:

ü главный модуль вентилятора;

ü главный модуль газогенератора;

ü главный модуль турбины низкого давления;

ü главный модуль вспомогательного привода;

В свою очередь, каждый из главных модулей включает в себя подмодули. Главный модуль вентилятора включает в себя:

Ø вентилятор и подпорные ступени;

Ø первую и вторую подшипниковые опоры;

Ø центральный привод и третью подшипниковую опору;

Ø корпус вентилятора.

Главный модуль газогенератора включает в себя:

Ø ротор компрессора высокого давления;

Ø статор компрессора высокого давления;

Ø задний статор компрессора высокого давления;

Ø корпус камеры сгорания;

Ø жаровую трубу;

Ø сопловой аппарат турбины высокого давления;

Ø ротор турбины высокого давления;

Ø сопловой аппарат первой ступени турбины низкого давления.

Главный модуль турбины низкого давления включает в себя:

Ø статор и ротор турбины низкого давления;

Ø вал турбины низкого давления;

Ø задний корпус турбины низкого давления.

Главный модуль вспомогательного привода включает в себя:

Ø коробку приводов и промежуточный привод.

Системы двигателя, без которых работа двигателя невозможна, составляют первую группу систем. В неё входят:

Ø система воздушного охлаждения;

Ø система воздушного уплотнения;

Ø система смазки;

Ø система подачи и распределения топлива;

Ø система контроля;

Ø система управления двигателем;

Ø система индикации;

Ø система зажигания;

Ø система отвода выхлопных газов и реверса тяги;

Ø система запуска;

Ø входное и выходное устройства, капоты.

Системы, которые не относятся к двигателю, но связаны с ним функционально относятся к планеру и являются неактивными при нормальной работе двигателя. Эти системы составляют вторую группу систем, в которую входят:

Ø противопожарная система;

Ø противообледенительная система.

Системы двигателя, связанные с энергообеспечением самолёта, составляют третью группу систем – системы питания. К ним относятся:

Ø система электроснабжения;

Ø пневматическая система;

Ø гидравлическая система.

Все двигатели семейства CFM56 имеют идентичный газогенератор высокого давления, который состоит из девятиступенчатого компрессора, кольцевой камеры сгорания и одноступенчатой турбины. Некоторые компоненты систем и конструкции также являются идентичными.

Под воздействием факторов научно-технического прогресса: морального и физического устаревания АД; потребности в более экономичных, бесшумных и надёжных двигателях с малым уровнем выбросов вредных веществ, конструкция двигателя в процессе эволюции претерпевала некоторые изменения. В первую очередь эти изменения обуславливались потребностями рынка и заключались в том, что двигатели рассчитывались на разные классы тяги, в результате чего двигатели семейства имеют различия в массе, габаритах, степени двухконтурности, в количестве рабочих ступеней компрессора низкого давления и турбины. Требования регулирующих ведомств и органов также привнесли свой вклад в изменение конструкции двигателей. Например, постоянно ужесточающиеся требования по охране и защите окружающей среды вынудили разработчиков поработать над снижением уровня выбросов вредных веществ, поэтому на последних типах двигателей применяются двузонные жаровые трубы и жаровые трубы новой технологии TAPS (Twin Annular Premixing Swirler). Требования по шуму побудили внедрить в конструкцию акустические панели. Предъявляемые требования по безопасности и надёжности повлекли за собой изменения в системе автоматического регулирования двигателем, она перешла от гидромеханической к электронной первого и второго поколения. Использование новых технологий проектирования тоже сыграли значительную роль, возможность трёхмерного аэродинамического проектирования рабочих лопаток позволила повысить КПД ступеней, снизить количество лопаток каждой ступени, а вместе с этим общую массу двигателя. Опыт эксплуатации ранних двигателей также сыграли для последних серий немаловажную роль. В процессе эксплуатации выявлялись несовершенные технические решения элементов конструкции и заменялись более совершенными. К примеру, на двигателях ранних серий использовались конические и эллиптические кок – обтекатели (рис.1), конические обтекатели обеспечивали отличные противообледенительные характеристики, а эллиптические – характеристики по градоустойчивости [18]. На последних же сериях (CFM56-5 и CFM56-7) применены коникоэллиптические обтекатели, как хороший компромисс между противообледенительными и градоустойчивыми характеристиками. В настоящее время, в рамках программы TECH56, многие другие новые технологические решения, полученные с опытом эксплуатации двигателей семейства, внедряются в существующие двигатели (в основном CFM56-5 и CFM56-7) и используются в разработке новых двигателей.

Рис. 1. Схемы кок – обтекателей [18]

Таблица 7

Данные по количеству ступеней и рабочих лопаток двигателей CFM56-ALL [4]

 

1.3.1. Двигатель CFM56-2

 

ТРДД CFM56-2 (рис. 2) предназначался для ремоторизации гражданских и военных самолётов ближне - и среднемагистральных авиалиний: KC-135R, C-135FR, E-3, KE-3 и E-6 Mercury. Этот двигатель имеет гидромеханическую систему автоматического управления и, по сравнению с ранними ТРДД, высокую степень двухконтурности, а также сниженное на 60% количество компонентов.

Рис. 2. ТРДД CFM56-2 [1]

Таблица 8

Эксплуатационно-технические характеристики

Модель двигателя CFM56	-2-C1	-2A-2 -2A-3	-2-B1
Взлётные характеристики(на уровне моря)
Ø Макс. взлётная тяга (т) Ø Расход воздуха (кг/сек) Ø Степень двухконтурности	6,0	5,9	6,0
Полётные характеристики(Н=10 700 м; М=0,8; МСА)
Ø Макс. тяга в наборе высоты (т) Ø Степень повышения давления при макс. тяге в наборе высоты Ø Макс. тяга на крейсерском режиме (т) Ø Удельный расход топлива на крейсерском Продолжение таблицы 8 режиме (кг/кг ·ч)	2,7   31,3 2,49   0,671	2,88   31,8 2,47   0,657	2,73   30,5     0,648
Технические характеристики
Ø Длина (м) Ø Диаметр вентилятора (м) Ø Сухая базовая масса (кг) Ø Реверс тяги Ø Вырабатываемая электроэнергия (кВА) Ø Временные возможности масляного бака (ч)	2,431 1,735 2 102 Есть 1×40	2,431 1,735 2 186 Есть 2×75/90	2,431 1,375 2 119 Есть 1×40

 

1.3.2. Двигатель CFM56-3

 

ТРДД CFM56-3 (рис. 3) предназначен для оснащения самолётов Boing 737 второго поколения: 300/400/500. Этот двигатель отвечает более жёстким требованиям по эксплуатации в неблагоприятных условиях окружающей среды, имеет 40%-ый запас по уровню выбросов NO_x по сравнению с нормами ИКАО и является учредителем новых стандартов по надёжности. В настоящее время для этого двигателя предлагаются услуги по обновлению [1], которые обеспечат для него продление жизненного цикла и уменьшение расходов на содержание. В опции по обновлению входят:

ü трёхмерное аэродинамическое проектирование КВД;

ü 25%-ый запас по температуре выхлопных газов;

ü снижение удельного расхода топлива на 1,6%.

Рис. 3. ТРДД CFM56-3 [1]

Таблица 9

Эксплуатационно-технические характеристики

Модель двигателя CFM56	-3-B1	-3B-2	-3C-1
Взлётные характеристики(на уровне моря)
Ø Макс. взлётная тяга (т) Ø Расход воздуха (кг/сек) Ø Степень двухконтурности	319-327 6,0	5,9	11,75 319-355 6,0
Полётные характеристики(Н=10 700 м; М=0,8; МСА)
Ø Макс. тяга в наборе высоты (т) Ø Степень повышения давления при макс. тяге в наборе высоты Ø Макс. тяга на крейсерском режиме (т)	2,43   27,5 2,33	2,63   28,8 2,52	2,77   30,6 2,69
Технические характеристики
Ø Длина (м) Ø Диаметр вентилятора (м) Ø Сухая базовая масса (кг)	2,362 1,524 2 138	2,362 1,524 2 151	2,362 1,524 2 151
Используемые на типах ВС	B737-300 B737-500	B737-300 B737-400	B737-300 B737-400 B737-500

 

1.3.3. Двигатель CFM56-5A

 

ТРДД CFM56-5A (рис. 4) предназначен для оснащения силовой установкой самолётов семейства Airbus. Он является первым двигателем семейства, к которому предъявлялись требования ETOPS, имеет очень высокую надёжность, низкую эксплуатационную температуру. Впервые на этом двигателе использовалась электронная система автоматического регулирования FADEC, а в изготовлении компонентов использовались современные материалы.

Рис. 4. ТРДД CFM56-3 [1]

 

Таблица 10

Эксплуатационно-технические характеристики

Модель двигателя CFM56	-5A1	-5B3	-5B4	-5B5
Взлётные характеристики(на уровне моря)
Ø Макс. взлётная тяга (т) Ø Расход воздуха (кг/сек) Ø Степень двухконтурности	12,5 6,0	13,3 6,0	6,2	11,75 6,2
Полётные характеристики(Н=10 700 м; М=0,8; МСА)
Ø Макс. тяга в наборе высоты (т) Ø Степень повышения давления при макс. тяге в наборе высоты Ø Макс. тяга на крейсерском режиме (т)	2,63   31,3 2,5	2,63   31,3 2,5	2,63   31,3 2,5	2,63   31,3 2,81
Технические характеристики
Ø Длина (м) Ø Диаметр вентилятора (м) Ø Сухая базовая масса (кг)	2,423 1,735 2 498	2,423 1,735 2 498	2,423 1,735 2 498	2,423 1,735 2 498
Используемые на типах ВС	A320	A320	A319	A319

 

 

1.3.4. Двигатель CFM56-5B

 

ТРДД CFM56-5B (рис. 5) предназначен для оснащения силовой установкой самолётов семейства Airbus: A318/A319/A320/A321. Он является единственным двигателем семейства, который имеет самую высокую степень повышения давления вентиляторной ступени. По сравнению с двигателем ранней серии имеет усовершенствованные электронный блок управления двигателем (ECU) и блок центрального процессора (CPU). Впервые на этом двигателе используется жаровая труба, обеспечивающая ультранизкие выбросы вредных веществ при сгорании топлива.

 

 

Рис. 5. ТРДД CFM56-5B [1]

 

Таблица 11

Эксплуатационно-технические характеристики

Модель двигателя CFM56	-5B1	-5B2	-5B3	-5B4	-5B5	-5B6	-5B7	-5B8	-5B9
Взлётные характеристики(на уровне моря)
Ø Макс. взлётная тяга (т) Ø Расход воздуха (кг/сек) Ø Степень двухконтурности	5,5	15,5 5,5	16,5 5,4	13,5 5,7	6,0	11,8 5,9	13,5 5,7	10,8 6,0	11,7 5,9
Полётные характеристики(Н=10 700 м; М=0,8; МСА)
Ø Макс. тяга в наборе высоты (т) Ø Степень повышения давления при макс. тяге в наборе высоты Ø Макс. тяга на крейсерском режиме (т)	3,21   35,4 2,92	3,21   35,4 2,92	3,21   35,5 2,92	2,82   32,6 2,51	2,82   32,6 2,51	2,82   32,6 2,51	3,21   35,5 2,92	2,82   32,6 2,51	2,82   32,6 2,51
Технические характеристики
Ø Длина (м) Ø Диаметр вентилятора (м) Ø Сухая базовая масса (кг)	2,601 1,735 2 625	2,601 1,735 2 625	2,601 1,735 2 625	2,601 1,735 2 625	2,601 1,735 2 625	2,601 1,735 2 625	2,601 1,735 2 625	2,601 1,735 2 625	2,601 1,735 2 625
Используемые на типах ВС	A321	A321	A321	A320	A319	A319JC	A319	A319	A319

1.3.5. Двигатель CFM56-5C

 

ТРДД CFM56-5C (рис. 6) предназначен для оснащения силовой установкой самолётов семейства Airbus: A340-200/A340-300. Данный двигатель семейства является самым мощным и тихим в своём классе, имеет самый низкий удельный расход топлива и высокую удельную тягу, которая позволяет использовать его на жарких и высотных аэродромах. Системой автоматического регулирования этого двигателя является FADEC второго поколения. Длинный канал выходного устройства со смешением потоков обеспечивает двигателю значительное снижение шума, расхода топлива и увеличение взлётной тяги.

 

Рис. 6. ТРДД CFM56-5C [1]

Таблица 12

Эксплуатационно-технические характеристики

Модель двигателя CFM56	-5C2	-5C3	-5C4
Взлётные характеристики(на уровне моря)
Ø Макс. взлётная тяга (т) Ø Расход воздуха (кг/сек) Ø Степень двухконтурности	15,6 6,5	16,25 6,5	6,4
Полётные характеристики(Н=10 700 м; М=0,8; МСА)
Ø Макс. тяга в наборе высоты (т) Ø Степень повышения давления при макс. тяге в наборе высоты Ø Макс. тяга на крейсерском режиме (т)	3,69 Продолжение таблицы 12 37,4 3,46	3,69   37,4 3,46	3,79   38,3 3,55
Технические характеристики
Ø Длина (м) Ø Диаметр вентилятора (м) Ø Сухая базовая масса (кг) Ø Реверс тяги	2,616 1,836 4 398 Есть	2,616 1,836 4 398 Есть	2,616 1,836 4 398 Есть
Используемые на типах ВС	A340-200	A340-200	A340-200

1.3.6. Двигатель CFM56-7B

 

ТРДД CFM56-7B (рис. 7) предназначен для оснащения силовой установкой самолётов Boing 737 нового поколения: 600/700/800/900/900ER/BBJ. В отличие от своих предшественников этот двигатель имеет большее время эксплуатации до съёма с крыла, которое достигнуто за счёт увеличения запаса по температуре выхлопных газов и сниженный за счёт улучшения параметров термодинамического цикла расход топлива.

 

Рис. 7. ТРДД CFM56-7B [1]

 

Таблица 13

Эксплуатационно-технические характеристики

Модель двигателя CFM56	-7B18	-7B20	-7B22	-7B24	-7B26	-7B27
Взлётные характеристики(на уровне моря)
Ø Макс. взлётная тяга (т) Ø Расход воздуха (кг/сек) Ø Степень двухконтурности	9,75 5,5	10,3 5,5	11,35 5,3	11,1 5,3	13,15 5,1	13,65 5,1
Полётные характеристики(Н=10 700 м; М=0,8; МСА)
Ø Макс. тяга в наборе высоты (т) Ø Степень повышения давления при макс. тяге в наборе высоты Ø Макс. тяга на крейсерском режиме (т)	2,98   32,8 2,73	2,98   32,8 2,73	2,98   32,8 2,73	2,98   32,8 2,74	2,98   32,8 2,74	2,98   32,8 2,74
Технические характеристики
Ø Длина (м) Ø Диаметр вентилятора (м) Ø Сухая базовая масса (кг)	2,507 1,549 2 608	2,507 1,549 2 608	2,507 1,549 2 608	2,507 1,549 2 608	2,507 1,549 2 608	2,507 1,549 2 608
Используемые на типах ВС	B737-600	B737-600/	B737-700/	B737-700/ 800/	B737-700/ 800/	B737-800/ BBJ