Комплекты модернизации двигателей семейства CFM56

Для удовлетворения все более ужесточающимся требованиям к двигателям по уменьшению расхода топлива, увеличению ресурса, улучшению экологических показателей и снижению эксплуатационных затрат одним из основных направлений деятельности в области расширения сферы услуг по послепродажному обслуживанию является разработка комплектов модернизации, в которых реализуются результаты работ по программам создания перспективных технологий. Их применение позволяет не только улучшить характеристики и показатели двигателей, но и придать им черты, характерные для двигателей следующего поколения.

Несмотря на постоянное совершенствование и повышение технического уровня двигателей своего семейства, компания CFM International в рамках программы ТЕСН56 разработала новые технологии, предназначенные как для поддержания конкурентоспособности своих двигателей, так и для формирования базы при создании перспективного ТРДД.

В последние годы CFM International на основе результатов работ по различным программам подготовила пакеты модернизации для своих двигателей, находящихся в эксплуатации. Их применение позволяет не только соответствовать постоянно ужесточающимся требованиям по уровням эмиссии и шума, но и поддерживать конкурентоспособность двигателей своего семейства.

Компанией разработаны пакеты и комплекты модернизации для ТРДД CFM56-3, CFM56-5C, CFM56-5B и CFM56-7B.

ТРДД CFM56-3 (в эксплуатации ~4500 шт. по состоянию на конец июня 2010 г.) предназначен для применения в составе силовой установке самолетов семейства В737 Classic. Он выпускался компанией CFMI в период с 1984 г. по 1997 г [4].

Учитывая ужесточение требований по воздействию авиации на окружающую среду, желание заказчиков снизить эксплуатационные расходы и большое количество двигателей CFM56-3, находящихся в эксплуатации, при тесном взаимодействии компаний General Electric и SNECMA был разработан Advanced Upgrade kit (AUK, Перспективный комплект модернизации).

Комплект модернизации AUK включает новые профили лопаточных венцов КВД, спроектированные с применением 3D методов расчета, и новую ТВД, в которой заменены материалы в лопатках СА и проставках, применено новое защитное покрытие лопаток РК и улучшено охлаждение. Эти изменения позволили увеличить ресурс деталей ТВД, уменьшить норму расходования материалов и снизить стоимость ремонта на ~50%.

Комплект модернизации стал доступен для авиакомпаний с 2001 г. и может быть установлен по их требованию при проведении планового капитального ремонта. Его применение позволяет уменьшить удельный расход топлива на ~1,6%, что соответствует уменьшению выбросов в атмосферу С0₂ около 230 т на самолет в год, и увеличить на ~25°С запас по температуре на выходе из турбины, что позволяет уменьшить стоимость технического обслуживания благодаря увеличению наработки двигателя на крыле на ~1500…2000 ч.

Для того, чтобы авиакомпании могли гибко управлять затратами на техническое обслуживание, компания CFMI для ТРДД CFM56-3 предлагает два дополнительных комплекта модернизации:

- Enhanced Performance kit (Комплект для улучшения характеристик), который включает новые профили лопаточных венцов КВД, спроектированные с применением 3D методов расчета, и обеспечивает увеличение запаса по температуре газа на выходе из турбины;

- Enhanced Durability kit (Комплект для улучшения долговечности), который обеспечивает уменьшение стоимости технического обслуживания.

Для ТРДД CFM56-5C/P (в эксплуатации ~1130 шт. по состоянию на конец июня 2010 г.), применяемого в составе силовой установки самолета А340-300, также разработан комплект модернизации, в котором применяются лопаточные венцы КВД и ТВД, спроектированные с применением 3D методов расчета, и внесены изменения в ТВД для увеличения ее ресурса. Применение этого комплекта на CFM56-5C/P позволяет уменьшить удельный расход топлива на ~1%, увеличить запас по температуре газа на выходе из турбины на ~18°С и уменьшить стоимость технического обслуживания на ~10%.

В сентябре 2004 г. компания CFM International начала работы по программе CFM56 Techlnsertion, в рамках которой разрабатывались пакеты модернизации для ТРДД CFM56-5B и CFM56-7B на базе перспективных технологий, созданных и проверенных по программе ТЕСН56. Разработанные мероприятия обеспечивают:

- уменьшение затрат топлива на ~1 %;

- уменьшение уровня эмиссии NO_x на ~20% относительно требований САЕР6;

- увеличение запаса по температуре на выходе их турбины до 138…158°С;

- увеличение на ~20% наработки двигателя на крыле;

- уменьшение стоимости технического обслуживания на ~5…12% и стоимости владения до ~34%.

Пакет CFM56 Tech Insertion стал новым стандартом для всех серийных ТРДД CFM56-5B и CFM56-7B, которые выпускаются со второй половины 2008 г. (двигатели имеют обозначения CFM56-5B/3 и CFM56-7B/3). Кроме того, компания CFMI разработала комплекты модернизации, которые могут быть применены на двигателях, находящихся в эксплуатации. Они были готовы в конце 2007 г. и по состоянию на конец декабря 2007 г. в эксплуатации находилось около 8100 двигателей CFM56-5B и CFM56-7В, которые создавали потенциальный рынок для их применения.

Пакет CFM56 Techlnsertion включает:

- новые лопатки РК КВД, спрофилированные с применением 3D методов расчета второго поколения;

- малоэмиссионную одноярусную кольцевую высокоэффективную камеру сгорания, удовлетворяющую требованиям САЕР6 с запасом по уровню эмиссии вредных веществ, спроектированную с применением метода расчета, используемого при разработке камеры сгорания TAPS;

- лопатки СА ТНД с улучшенной эффективностью охлаждения, изготовленные из нового материала, обеспечивающего большую долговечность;

- новые профили лопаток РК ТВД, создающие на выходе из лопаток скачки уплотнения низкой интенсивности.

Первый полет самолета B737NG с модернизированным ТРДД CFM56-7B/3 состоялся в августе 2006 г., а сертификация самолета и двигателя – в сентябре того же года. Сертификация самолета А320 с модернизированным ТРДД CFM56-5B/3 состоялась в начале 2007 г.

С середины 2008 г. все серийные двигатели CFM56-5B и CFM56-7B стали выпускаться с применением этих пакетов.

Учитывая большое количество двигателей CFM56-7B, находящихся в эксплуатации (около 6800 шт. на конец апреля 2009 г.), компания CFM International в апреле 2009 г. объявила о начале работ по программе CFM56-7BE Evolution с целью улучшения эксплуатационных характеристик этого двигателя. Благодаря замене лопаток выходного спрямляющего аппарата КВД, СА и РК ТВД и ТНД, для профилирования которых использовались новые 3D метод расчета и проектирования, улучшению охлаждения и уменьшению количества деталей предполагается уменьшить расход топлива на ~2% и в зависимости от величины взлетной тяги уменьшить стоимость технического обслуживания до ~4%.

В программе сертификационных испытаний было задействовано 4 двигателя. В период с сентября 2009 г. по конец января 2010 г. проводились стендовые испытания ТРДД CFM56-7BE, результаты которых подтвердили ожидаемое улучшение характеристик. В марте 2010 г. в г Хай-дерабаде (Индия) начались 150-часовые сертификационные испытания (Block test), в ходе которых проверялась работоспособность двигателя на режимах с максимальными частотами вращения вентилятора и КВД при максимальном уровне температуры газа. Общая наработка двигателей на наземных стендах составила ~390 часов.

В мае 2010 г. были завершены 60-часовые летные испытания ТРДД CFM56-7BE на летающей лаборатории компании General Electric, a в начале августа 2010 г. двигатель был сертифицирован FAA и EASA. Летные испытания CFM56-7BE на самолете B737NG планируется завершить в конце 2010 г., а в середине 2011 г. начать их эксплуатацию.

Таким образом, применение пакетов и комплектов модернизации позволяет улучшить характеристики и показатели двигателей и тем самым продлить его экономически целесообразный срок службы.