thexhs (thexhs) wrote,
thexhs
thexhs

Category:

Dowty Ducted Propulsor - Islander с вентиляторами

В свое время мне на глаза попалась картинка самолета Britten-Norman BN-2 Islander с двумя винто-кольцевыми движителями под крылом. Мои навыки поиска информации в интернете были хуже чем сейчас (или поисковые алгоритмы компании Google в те годы были слабей), и долго ничего больше картинки я не имел. Сегодня вбив в сеть бортовой номер - G-FANS увидел куда больше информации - много фото с выставок и в полете, журнальные статьи в Flight и Air Pictorial, рекламные постеры и несколько заметок на английском языке. Думаю созрел пост на русском.






Сам по себе винто-кольцевой движитель (ducted fan) не то чтобы и экзотика, но не так и распространен. Хотя нашел ограниченное применение как и в авиации, так и на флоте (суда на воздушной подушке, аэроглисеры). Среди его преимуществ по сравнению с обычным винтом можно отметить:



  • низкий уровень шума (во первых кольцо служит экраном частично поглощая шум, во вторых скорость конца лопасти меньше в силу меньшего диаметра при равной тяге);

  • больше тягу на малых скоростях (вопрос оптимизации профиля кольца и параметров лопасти);

  • большую безопасность (в кольцо нужно лезть "специально", а вот несчастных случаев с винтом который "не заметили" было много).


К недостаткам следует отнести:



  • дополнительный вес кольца;

  • дополнительное сопротивление самого кольца;

  • сложности в компоновке на самолете.


Эти сложности состоят в влиянии кольца на путевую и продольную устойчивость - кольцо как аэродинамическая поверхность, создает подъемную и боковую силу при наличии углов атаки и скольжения. Кроме того кольцо перекрывает обзор пилота в случае неудачного размещения.



Среди отмеченных выше преимуществ вся эта история вращается вокруг снижения шума. Именно в свете грядущего ужесточения норм по шуму на местности (community noice) и занялись этой работой в именитой британской фирме Dowty (сейчас Dowty Propellers, однако то время она носила имя Dowty Rotol). Это сейчас жесткие ограничения - неотъемлемый элемент рынка, а CFR Title 14 Part 36 настольная книга. А тогда это было в новинку, в начале 70х уровень шума на местности 80 dΒA вполне допускался. Ожидалось же "драконовское" ограничение, с цифрой 68 dΒA для легких самолетов до 600 кг взлетного веса и 75 dΒA для тяжелых больше 1500 кг (с линейной интерполяцией между этими цифрами в случае промежуточных весов) в начале 80х. Это дело лоббировалось со стороны Enviromental Protection Agency которые в то время вертели Конгрессом как хотели. В среде легкой авиации США возник некий переполох и нужда в технологиях снижения шума, ребята с Dowty увидели сегмент рынка и рискнули вложить деньги в исследования. Как мы видим с настоящих лет - "Акелла промахнулся!", переворота не произошло, и винтокольцевой движитель – очень нишевая штука.


Исследовательский проект по созданию малошумного движителя стартовал в 1973 году. Первым направлением исследований выбрали винты большого диаметра с понижающим редуктором. Снижение оборотов позволяло снизить и шум (который функционально связан с окружной скоростью конца лопасти). А для сохранения тяги пришлось наращивать площадь диска винта. Однако это направление признали тупиковым, за счет проблем с компоновкой больших винтов на самолете. Рост диаметра ,при обеспечении требуемых зазоров до земли и до фюзеляжа, требовал как удлинения шасси, так и смещения мотора наружу по размаху. И то, и другое тянуло увеличение взлетного веса. Поэтому пошли другим путем. Снизить обороты при сохранении диаметра. А против потери тяги окружить винт кольцевым кожухом, чтобы воспрепятствовать концевым потерям.


На роль летающей лаборатории назначили рабочую лошадку Britten-Norman BN-2 Islander, жребий пал на борт 1971 года выпуска (начал службу с регистрацией G-51-251), который успел немного поработать в Кении под регистрацией 5Y-AMU, а затем вернулся в Альбион "на опыты". Islander выбрали как раз потому что интересовал сегмент самолетов с 300-400 сильными моторами, на рынке тогда как раз успехом пользовались Лайкоминги и Континентали этой размерности. Конструкторские работы заняли полгода (достаточно быстрый строк как для авиации), а переоборудование типового Islander в летающую лабораторию заняло 12 недель от поставки самолета до выкатки. Новую регистрацию G-FANS самолет получил 13 апреля 1977, а первый полет состоялся 10 июня 1977 года с аэродрома Shoreham (ESH/EGKA), где базировалась компания Miles Dufon (выполнявшая работы по переоборудованию самолета, владелец George Miles). За штурвалом находился Sqn Ldr Neville Duke. Общая стоимость проекта оценивалась в 500 тысяч фунтов стерлингов. Пять лет и пол миллиона фунтов!


По результатам испытаний (планировалось отлетать 100 часов за 18 месяцев) получено снижение шума на 20 dBA в сравнении с пропеллером и некоторый рост тяги. Получено значение тяги в 1200 фунтов (544 кг, в ходе доработок ожидалось достичь и 566 кг) и соотношение давления "перед/после" вентилятора 1.03 (для вентиляторов второго контура реактивных двигателей того времени эта цифра составляла 1.5..1.6, поэтому представители компании избегали общепринятого термина Ducted Fan предпочитая называть свое детище Ducted Propulsor). Окружная скорость конца лопасти составляла 172 м/с (при диаметре винта 1220 мм) против 287 м/с для оригинального винта (диаметром 2030 мм). Вот вам и децибелы.


Цель снизить шум была формально достигнута, однако результаты испытаний пошли на полку. Судьба же летающей лаборатории диктовалась рынком. После завершения испытаний диковинные движители демонтировали, вернули родные пилоны/винты/мотогондолу, и самолет вернулся в комерческую эксплуатацию под новой регистрацией G-HGPC (17 ноября 1983) Затем его продали в Гвиану, где борт получил регистрацию 8R-GGU. Истории остались фотографии в сети и несколько заметок в журналах.


Конструктивно самолет от стандартного отличался только движителем и мотогондолой. Каждая винтомоторная группа (если можно так выразиться, потому что это уже как бы и не винт) весила на 100 фунтов (45.4 кг) больше чем у стандартного самолета с винтом. Т.е. за снижение шума пришлось заплатить 1 пассажиром. Изменение в центровке компенсировали смещением двигателя несколько назад. Хотя большие кольца вентиляторов это аэродинамическая поверхность и находясь впереди центра масс она снижает путевую и продольную устойчивость (вспомним 737ΜΑΧ и его проблемы с большой гондолой двигателя) однако по расчетам существующего оперения было достаточно. Дополнительный вес винтомоторной группы потребовал некоторого упрочнения лонжерона крыла.


Сам двигатель на самолете остался без изменений - Lycoming IO-540-K1B5. Несколько изменили мотораму и виброразвязку - двигатель опустили ниже, пилон стал длиннее, поменялась его жесткость и частоты резонанса. А вот мотогондолу пришлось изрядно обжимать. Штатная мотогондола Islander настолько широкая, что расположи ее позади нового движителя, то площадь ее миделя существенно перекроет плоскость диска винта и вызовет большие потери тяги. В новой обжатой мотогондоле пришлось несколько повозится для обеспечения приемлемого охлаждения, позицию для маслорадиатора например нашли только с третьей попытки. Между механизмом изменения шага и фланцем крепления стандартного винта вставили удлинительный вал длиной 4 дюйма (10 см). Это позволило несколько вытянуть носовую часть мотогондолы улучшив ее обтекаемость, снизив сопротивление и потери тяги.


Диаметр вентилятора составил 48 дюймов (1 м 22 см), а тупоносого кока (внутри которого содержался механизм изменения шага и флюгирования лопастей винта) - 22 дюйма (56 см). Вентилятор состоял из 7 лопастей с тонким профилем большой кривизны, за которыми был установлен статор из 6 пилонов симметричного профиля. Зазор между кончиками лопастей и кожухом движителя составлял от 0.05 до 0.1 дюйма во всех положениях лопастей и скоростей полета. На малой скорости полета под большим углом атаки, на кожух вентилятора действовала аэродинамическая подъемная сила в 340 кг, деформируя его. Аналогичный эффект был и при полете с углом скольжения, в перпендикулярной плоскости. Соответственно, для обеспечения жесткости кольца, внутри содержался приличный силовой набор "как у согнутого в кольцо крыла" с двумя лонжеронами - коробчатым вблизи передней кромки и "channel spar" позади (предполагаю термин для швеллера). Большая часть конструкции кожуха выполнена из алюминиевых сплавов, разве что передняя кромка выполнена из стеклопластика в 12 сегментов, а внутренняя часть обклеена плитами материала "Unitex Blueboard" (деформировался в горячей воде, приклеивался по месту а затем уже после установки гондолы на двигатель обрезался по радиусу базируясь за ось мотора).


Если спекулировать о неудачах проекта с точки зрения завоевания рынка, то можно предположить что идею похоронил вес конструкции и сложности компоновки на самолете, с учетом требований устойчивости и обзора. Хотя случаев применения Ducted Fan в авиации знаток с хорошей эрудицией назовет больше, чем пальцев на руке, но подавляющее большинство имеют это кольцо в хвостовой части за фюзеляжем, или если и по бокам фюзеляжа, то за крылом (например новый Ε-Fan от Airbus). А львиная доля самолетов авиации общего назначения наоборот имеют тянущий винт в носу самолета или два мотора впереди крыла.


P.S. Немного спустя после написания заметки я достал номер журнала Air Pictorial с короткой статьей об этом проекте. Скриншоты страниц добавлю в подвал. Статья добавила несколько занятных деталей:

  • Цифра в 20 dBA была получена в сравнительных испытаниях модифицированного самолета с этой статьи и оригинального Islander с бортовым номером G-BDTJ.
  • Перед летными испытаниями на летающей лаборатории весной 1976 в Staverton были проведены наземные стендовые испытания вентилятора 4-фт диаметра (получаем те же 1.22 м) на которых было получено 1250 фунтов (566 кг) статической тяги и шум в 62 децибела (не понятно - dB или dBA), с тем же мотором и гондолой
  • Тяга винто-кольцевого движителя была на 20% больше на взлетном режиме и такая же как у винта на крейсерском. Лучшее охлаждение мотора (больше скоростной напор) позволило использовать на взлете более бедную смесь, что снижало выбросы в выхлопе.
  • Фирма Dowty создала винтокольцевой движитель для самолета Rhein-Flugzeugbau GmbH (RFB) Fan Trainer совершившего первый полет в октябре того-же 1977. Так что наработки не совсем пропали втуне


  • Статья из Air Pictorial 11 1977:




    Несколько рекламных постеров:


    Три проекции:


    Выставочный стенд:


    Еще фото:


    Источники:
    Статья в Flight International, 16 July 1977, pages 209..211


    Сайт 1001 фото, откуда взял даные о регистрационном номере и судьбе после:
Tags: dowty, ducted fan, Авиация, Англия, Винт, Проект
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments