Редукторный двигатель способен экономить топливо: турбина вращается быстро, а огромный вентилятор — медленнее, на оптимальных для себя оборотах. Именно такую схему Pratt & Whitney использовала в семействе PW1000G.

Но для российского ПД-35 выбрали другой путь. Генеральный конструктор «ОДК-Авиадвигатель» Александр Иноземцев объяснял, что при передаче мощности порядка 50 МВт и выше через редуктор возникает проблема, которую нельзя решить простым увеличением размеров шестерён.

«Первый технический» объясняет «на пальцах», почему огромное количество энергии приходится передавать через зубчатую передачу, а неизбежные потери превращаются в тепло.

Редуктор разделяет обороты

В обычном турбовентиляторном двигателе вентилятор связан с турбиной напрямую. Однако для этих узлов выгодны разные обороты.

Большому вентилятору эффективнее вращаться медленнее — это улучшает тяговый КПД и снижает шум. Турбина, наоборот, работает эффективнее на высоких оборотах.

Редуктор позволяет разделить эти режимы. Pratt & Whitney использовали такую схему на PW1100G, PW1400G и других двигателях семейства GTF.

Однако для класса сверхтяжёлых двигателей с тягой от 35 тонн редукторная схема становится технически значительно сложнее и может оказаться нерациональной.

Проблема начинается с десятков мегаватт

ПД-35 относится к совершенно другой весовой категории. Двигатель рассчитан на тягу до 35–40 тонн, а диаметр его вентилятора составляет около 3 м.

При передаче мощности порядка 50 МВт даже высокий КПД редуктора не отменяет потери. Часть энергии неизбежно превращается в тепло.

И здесь начинается главная проблема. Нагреваются шестерни и масло, а тепло необходимо постоянно отводить. Чем выше передаваемая мощность, тем больше энергии приходится рассеивать. Это требует более сложной системы охлаждения, увеличивает массу и усложняет конструкцию.

Поэтому для ПД-35 выбрали прямой привод вентилятора без редуктора.

Почему ПД-35 похож на GE9X

По такой же схеме построен американский GE9X — двигатель для Boeing 777X. При огромном вентиляторе диаметром около 3,4 м General Electric также отказалась от редуктора.

При этом ПД-35 без редукторной схемы получил высокую степень двухконтурности — 11:1. У GE9X этот показатель составляет около 10:1.

Высокая степень двухконтурности обычно помогает снизить расход топлива на крейсерском режиме: большая часть воздуха проходит через внешний контур и создаёт тягу вентилятором.

Получается любопытная инженерная развилка. Pratt & Whitney использовали редуктор, чтобы заставить вентилятор и турбину работать на разных оборотах. А создатели ПД-35 и GE9X выбрали прямую схему для двигателей гигантского класса.

Для ПД-35 отказ от редуктора стал не упрощением ради экономии. При мощности в десятки мегаватт лишние «зубья» превращаются в проблему отвода тепла. И иногда самый сложный инженерный выбор — решить, какого механизма в двигателе лучше вообще не иметь.