Мир в движении - растущее число людей, имеющих средства и желание летать, по оценкам, потребует более 40 000 новых самолетов в течение следующих 20 лет.


Авиационная промышленность сталкивается с жесткими требованиями по снижению воздействия на окружающую среду. Но технологические инновации и разработки - от концепции до сертифицированного продукта - могут занять десятилетия.

Фактически, самолеты 2050 года сейчас изучается в рамках программ НИОКР, и ему предстоит пройти длительный график наземных и летных испытаний, прежде чем они смогут быть одобрены для безопасной перевозки пассажиров.

Демонстрационный образец открытого ротора Safran Aircraft Engines, разработанный в рамках европейской научно-исследовательской инициативы «Чистое небо», является частью планов Safran Aircraft Engines по разработке силовой установки, которая будет удовлетворять потребности производителей самолетов в 2030 году. Конфигурация открытого ротора направлена ​​на удовлетворение нескольких технологических требований. такие проблемы, как новый режим движения, инновационная аэродинамическая конфигурация и беспрецедентные производственные процессы.

Инновационная архитектура концептуального двигателя с открытым ротором уникальна. Открытый ротор, созданный на базе двигателя M88 Rafale от Safran Aircraft Engines, выбран из-за его компактности, оснащен двумя вентиляторами, вращающимися в противоположных направлениях, с 12 и 10 лопастями из композитных материалов соответственно. Передний винт имеет диаметр 4 метра, а задний немного меньше, чтобы избежать взаимодействия с вихрями, создаваемыми кончиками передних лопастей винта. В отличие от классического двигателя, они не имеют кожуха, что не только снижает общий вес, но и увеличивает приток воздуха, обеспечивая коэффициент обхода (соотношение между холодным и горячим потоками) более 30: 1. Увеличение воздушного потока двигателя приводит к повышению эффективности силовой установки, снижению расхода топлива и, как следствие, сокращению выбросов CO2.

Clean Sky объединяет шесть так называемых интегрированных демонстраторов технологий (ITD). Компания Safran Aircraft Engines, возглавляющая ITD SAGE (Sustainable And Green Engine) в компании Clean Sky , вместе со своими отраслевыми партнерами стремилась доставить и провести наземные испытания полномасштабного двигателя с открытым ротором. Теперь, после восьми лет разработки, Safran Aircraft Engines успешно провела свои первые наземные испытания демонстратора с открытым ротором на своем новом специально построенном испытательном стенде под открытым небом в Истре, на юге Франции.


Испытания опытного образца двигателя - дело сложное

Испытания является неотъемлемой частью этого новаторского проекта, и с такой новаторской новой конструкцией, как открытый ротор, это немаловажное дело. Благодаря революционной  архитектуре с открытым двигателя, использованию новейших материалов и инновационным производственным процессам, испытание двигателя должно обеспечивать сбор всевозможных динамических данных, обеспечение их надежности и целостности, а также предоставить огромное количество данных для аналитиков. Для этого инженеры-испытатели Safran Aircraft Engines использовали решение Brüel & Kjaer для испытаний газовых турбин, которое ранее доказало свою эффективность в еще более масштабных испытаниях, проведенных во время сертификации двигателя CFM LEAP *.

Испітания требует оснащения двигателя множеством различных датчиков для измерения, отслеживания и записи поведения двигателя. Высокопроизводительное оборудование для сбора данных, размещенное в контейнерах рядом с моторной базой, собирает данные и передает их в технический центр площадью 600 м2 через сеть из 10000 м оптоволоконных кабелей.

При прохождении опытного образца двигателя через его рабочий диапазон необходимо очень внимательно следить за динамическими и вибрационными аспектами прототипа двигателя с открытым ротором, чтобы поддерживать целостность двигателя в течение всего периода испытаний. Тринадцать станций мониторинга обеспечивают инженерам постоянный мониторинг за вибрацией и динамической реакцией в режиме реального времени. Все полученные данные затем отправляются непосредственно в конструкторское бюро Safran Aircraft Engines в Вильяроше для анализа после испытаний. Возможность простого обмена данными между сайтами ускоряет процесс оценки данных и принятия решений.

 * LEAP является товарным знаком CFM International, 50/50 совместной компании GE и Safran Aircraft Engines.

Звук двигателя ротора

Параметризация - быстро, легко и надежно

Перед выполнением любого испытания инженеры должны выполнить сложную задачу предварительного планирования и настройки, которая состоит из двух потенциально трудоемких этапов. Первая фазавключает определение множества различных типов датчиков и аспектов измерения. Многие предварительные данные необходимо собрать от группы тестирования, а затем настроить в тестовой системе. Это может быть трудоемкое и привередливое упражнение, которое является предпосылкой для успешного теста, но способно вносить ошибки. Собрав эти данные в один файл Microsoft® Excel® на этапе планирования, Safran Aircraft Engines может просто загрузить их в ПК для сбора основных данных и настроить всю систему. Электронная таблица содержит все определенные параметры для временной записи и обработки сигналов, а также все датчики с их измерительными характеристиками. Кроме того, он содержит все настройки для терминалов мониторинга данных и систему мониторинга аварийных сигналов, которая может сигнализировать о тревоге пилоту испытательного стенда и операторам-испытателям.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ Аппаратный модуль LAN-XI

Вторая фаза состоит из физического подключения сотен  измерительных каналов , таких как вибрации, деформации, давления и динамического перемещения к системе сбора данных. Это может быть сложным делом, когда нужно разобраться, что куда и как идет. Однако, поскольку система построена на аппаратном блоке LAN-XI компании Brüel & Kjaer , который не имеет привязки каналов, любой канал может быть подключен к любому входу.

Это обеспечивает гибкость при настройке системы и экономит время, поскольку нет необходимости назначать определенные типы датчиков для определенных типов систем сбора данных. Один и тот же входной разъем системы сбора данных может принимать все типы преобразователей, что также упрощает настройку и обеспечивает универсальность.

Следите за испытанием

Внимательный контроль испытаний обеспечивает достоверность испытаний и подтверждения того, что динамические параметры остаются в установленных пределах. Команды инженеров отслеживают жизненно важные параметры в режиме реального времени, что в свою очередь гарантирантирует целостность двигателя. Аварийные сигналы в режиме реального времени могут предупреждать о нарушении заданных пределов, дополнительно ведется запись процесса испытаний в журналах.
«Система должна иметь возможность управлять всеми типами датчиков, предлагать быстрое внедрение и обеспечивать мониторинг сигналов в реальном времени на различных компьютерных станциях».
Инженер-испытатель, Safran Aircraft Engines

У отдельных инженерных групп, отслеживающих полученные сигналы, очень разные потребности с точки зрения визуализации и обработки данных. Таким образом, каждая станция мониторинга конфигурируется независимо, обеспечивая каждый отдел только теми сигналами, которые имеют отношение к их соответствующим приложениям. Данные доступны в режиме реального времени, и доступен широкий спектр экранов измерений, позволяющих передавать нужную информацию нужным людям в нужное время. Данные могут быть тщательно обработаны немедленно или воспроизведены во время или сразу после каждого теста, так что каждый этап тестирования может быть проанализирован и оценен перед переходом к следующему.

Открытый ротор на испытательном стендеОткрытый ротор на испытательном стенде, Истр

Обмен данными, когда и где это необходимо

Многие подразделения организации нуждаются в доступе к данным по мере их записи. Независимые станции мониторинга могут быть настроены индивидуально для конкретного расследования, поэтому партнерам и клиентам может быть предоставлен полный доступ к их собственным данным. Поскольку множество разных людей занимаются изучением очень конкретных и различных частей двигателя, чрезвычайно важно, чтобы инженеры-испытатели научились быстро использовать систему с минимальной подготовкой.

Данные должны быть оперативно предоставлены удаленным отделам в определенных форматах. Учебные отделы Villaroche могут получить доступ к данным испытаний в тот же день. 

«Преобразование в реальном времени в формат datx и скорость, с которой данные передаются в инженерный офис, не имеют себе равных». После четырех дней испытаний открытого ротора мы спросили вернувшегося с объекта инженера, что он думает о системе сбора динамических данных, представленной в Истре. Его ответ был обнадеживающим: «Мне нечего сказать; он делал все, что я хотел. Что еще я могу попросить? »

Короткая пауза, и он добавляет: «Я просто хочу, чтобы я мог проводить такой же анализ в реальном времени из своего офиса, потому что много времени я тратил на месте, ожидая вращения двигателя». Для Safran Aircraft Engines общий Результаты этого первого этапа испытаний были многообещающими.

Следующий этап принесет новые вызовы, но каждый этап программы представляет собой огромный шаг вперед к более зеленому и чистому небу.

Ценность COTS

Быстрая доступность, низкая стоимость и низкий риск продуктов COTS (готовых коммерческих продуктов) делают их отличными альтернативами их эквивалентам, изготовленным по индивидуальному заказу. Инженеры-испытатели Safran Aircraft Engines соглашаются: «Использование аппаратного и программного обеспечения COTS обеспечило более быстрое решение аппаратных проблем, более быстрое обновление, снижение затрат на поддержку и открыло множество стандартных функций анализа для дальнейших исследований».

Статьи по Теме

Фотографии © Эрик Друин, Safran Group