Сравнительный анализ вариантов компоновки и параметров двигателя сверхзвукового гражданского самолета

В статье представлены результаты исследования, которые могут быть использованы при разработке технического задания на силовую установку сверхзвукового гражданского самолёта. Предлагаемые решения опираются на существующий технический уровень и проверенные конструкции, что исключает необходимость создания двигателей сложных схем. Рассматривается маршевый двигатель для самолёта, рассчитанного на перевозку 20 пассажиров на дальность до 10 000 км при полёте на высоте 20 км со скоростью 2500 км/ч. Описана методика анализа компоновочных схем и основных термодинамических параметров газотурбинного двигателя, включая суммарную степень сжатия и степень двухконтурности. Проанализированы ключевые режимы полёта – взлёт, набор высоты, крейсерский режим и снижение, что позволило объективно оценить тяговые и экономические характеристики установки гражданского самолёта, в отличие от существующих аналогов для многорежимных военных сверхзвуковых летательных аппаратов. Полученные данные дают возможность сформировать требования к проектированию двигателя и оценить его эксплуатационные свойства. Выбор схемы двухконтурного турбореактивного двигателя с камерой смешения обеспечивает высокую технологичность, снижает уровень шума и вредных выбросов, а также повышает безопасность полётов.

1. Дутов А. В. Создание научно-технического задела для разработки перспективных сверхзвуковых гражданских самолетов / А. В. Дутов, А. А. Пухов. Крылья родины. 2022. 9-10. С. 38-39.

2. Клочков В. В. Анализ предпосылок формирования рынков сверхзвуковых пассажирских авиаперевозок и самолетов / В. В. Клочков, С. М. Рождественская. Инновации. 2019. 8 (250). DOI 10.26310/2071-3010.2019.250.8.009

3. Ланшин А. И. Основные результаты деятельности НЦМУ "Cверхзвук" в части силовой установки сверхзвукового пассажирского самолета в 2022-2023 годах / А. И. Ланшин, Д. В. Комратов, А. Д. Алендарь. Неравновесные процессы, Сочи, 07–11 октября 2024 года. Москва: Общество с ограниченной ответственностью "ТОРУС ПРЕСС", 2024. С. 314-320. DOI 10.30826/NEPCAP11A-86. EDN MLLBNI.

4. Матвеев И. А. История сверхзвуковой гражданской авиации / И. А. Матвеев, А. В. Лонин. Актуальные проблемы авиации и космонавтики: сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции, посвященной Дню космонавтики: в 3 т., Красноярск, 11–15 апреля 2022 года. Том 3. Красноярск: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева». 2022. С. 670-672. EDN NYNZNP.

5. Мирзоян А. А. Управление тягой и шумом двигателей сверхзвукового пассажирского самолета на взлете / А. А. Мирзоян, Ю. Д. Халецкий. Авиационные двигатели. 2020. 2(7). С. 51-56. DOI 10.54349/26586061-2020-2-51. EDN WSSUJX.

6. Обзор проблем создания сверхзвукового пассажирского самолёта нового поколения в части силовой установки / А. Д. Алендарь, А. И. Ланшин, А. А. Евстигнеев [и др.] Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2023. Т. 22, 1. С. 7-28. DOI 10.18287/2541-7533-2023-22-1-7-28. EDN TGDJCM.

7. Определение потребных уровней снижения шума СПС-2 / А. В. Демаков, В. Г. Кажан, К. Г. Косушкин [и др.] Материалы XVI школы-семинара «аэродинамика летательных аппаратов», п. Володарского, 03–04 марта, 2005. С. 49-50. EDN WGPVIH.

8. Сидняев Н. И. Перспективы развития современных сверхзвуковых пассажирских самолетов. Инженерный журнал: наука и инновации. 2023. №1 (133). DOI 10.18698/2308-6033-2023-1-2243

9. Челебян О. Г. Оценка эмиссии вредных веществ двигателей сверхзвуковых самолетов / О. Г. Челебян, В. Н. Строкин, Т. В. Шилова. Авиационные двигатели. 2021. 3(12). С. 55-62. DOI 10.54349/26586061-2021-3-55. EDN ZVBYIP.

10. Шапкин В. Современные факторы создания сверхзвукового гражданского самолета нового поколения / В. Шапкин, А. Пухов. АвиаСоюз. 2022. N 3/4 (90). С. 4-9.

11. Эзрохи Ю. А. Идентификация математической модели ГТД по результатам испытаний / Ю. А. Эзрохи, С. М. Каленский. Труды МАИ. 2022. 122. DOI 10.34759/trd-2022-122-19. EDN DZFDXR.

12. Comparative Propulsion System Analysis for the High-Speed Civil Transport (NASA TM 2005-213414) / J. J. Berton, W. J. Haller, P. F. Senick [et al.] / NASA, 2005.

13. Control of Instability Waves in an Unexcited Turbulent Jet Using Plasma Actuators in a Narrow Frequency Band / V. F. Kopiev, O. P. Bychkov, V. A. Kopiev [et al.] / Acoustical Physics, 2021. 67, 413-420. DOI: 10.1134/S1063771021040059

14. Critical Propulsion Components Volume 1 (NASA/CR–2005-213584/VOL1). Glenn Research Center. Work of the US Gov. Public Use Permitted, NASA, 2013.

15. Development and characterization of plasma actuators for high-speed jet control / M. Samimy, I. Adamovich, B. Webb [et al.] / Experiments in Fluids, 2004. 37, 577–588. DOI: 10.1007/s00348-004-0854-7

16. High-fidelity Aerostructural Optimization Studies of the Aerion AS2 Supersonic Business Jet / N. P. Bons, J. R. R. A. Martins, C. A. Mader [et al.] / Proceedings of the AIAA Aviation Forum, 2020. DOI:10.2514/6.2020-3182.

17. Kopiev V. Subsonic jet noise suppression by a corrugated nozzle / V. Kopiev, M. Zaytsev, N. Ostrikov. Acoustical Physics, 2013. 59, 207–209. DOI:10.1134/S1063771013010090

18. On the Fundamental Possibility of a Supersonic Civil Aircraft to Comply with ICAO Noise Requirements Using Existing Technologies / V.F. Kopiev, I.V. Belyaev, A.I. Dunaevsky [et al.] / Aerospace, 2022. 9, 187. DOI: 10.3390/aerospace9040187

19. Papamoschou D. Conceptual development of quiet turbofan engines for supersonic aircraft / D. Papamoschou, M. Debiasi. Journal of Propulsion and Power, 2003. 19, 161-169. DOI: 10.2514/2.6103