Как два двигателя тащат восемьдесят тонн

Стоя у крыла перед посадкой, трудно не поразиться диспропорции. Вот восьмидесятитонный Boeing 737 — фюзеляж, крылья, полный салон людей, тонны багажа и керосина. А вот то, что поднимет всё это в небо и протащит через полконтинента: два двигателя, каждый размером с легковушку, поставленную на торец. Как?

Ответ короткий и старый, как первый закон Ньютона: чтобы толкнуться вперёд, нужно отбросить что-то назад. Двигатель хватает огромную массу воздуха и швыряет её назад. Воздух в ответ толкает самолёт вперёд. Всё остальное — инженерные подробности того, как сделать это эффективно.

Четыре такта без единого перерыва

В основе реактивного двигателя лежит та же идея, что и в моторе автомобиля, только без поршней и без пауз. Англичане описывают её четырьмя глаголами: suck, squeeze, bang, blow — «вдохни, сожми, подожги, выдохни». Процесс идёт непрерывно, потоком.

Вдохни. Спереди воздух всасывается в двигатель.

Сожми. Дальше он попадает в компрессор — каскад вращающихся лопаток, ступень за ступенью сжимающих воздух всё сильнее. К концу компрессора давление вырастает в десятки раз, а воздух от одного сжатия раскаляется до нескольких сотен градусов.

Подожги. Сжатый раскалённый воздух входит в камеру сгорания, туда же впрыскивается керосин. Смесь поджигают, и она горит непрерывным факелом. Температура подскакивает до 1500–1700 градусов — выше точки плавления металла, из которого сделаны лопатки следующей за камерой турбины. Их спасают только хитрые сплавы, керамические покрытия и тонкие каналы, сквозь которые лопатки изнутри обдуваются холодным воздухом, как поры на коже.

Выдохни. Раскалённый газ вырывается назад через турбину — ещё один каскад лопаток. Газ крутит турбину, а та через общий вал крутит компрессор спереди. Двигатель сам себя питает: выхлоп вращает то, что готовит ему следующую порцию топлива. Запустил один раз — и пошла самоподдерживающаяся карусель.

Главный секрет: работает не огонь, а вентилятор

Вот тут начинается самое неожиданное. Если вы думаете, что современный лайнер толкает вперёд реактивная струя раскалённого выхлопа, как у боевого истребителя, — это давно не так.

Загляните в двигатель спереди. Первое, что вы увидите, — огромный вентилятор с широкими лопатками. У больших двигателей его диаметр доходит до трёх с лишним метров — в такой можно зайти в полный рост. И именно этот вентилятор делает основную работу.

Раскалённое ядро двигателя (тот самый компрессор-камера-турбина) у современных лайнеров служит, по сути, мотором для вентилятора. Большая часть воздуха, который захватывает вентилятор, проходит мимо горячего ядра — по внешнему контуру, в обход огня — и просто выбрасывается назад. Этот холодный обходной поток и даёт основную тягу.

Отношение «обходного» воздуха к тому, что идёт через ядро, называют степенью двухконтурности. У современных двигателей вроде Rolls-Royce Trent или General Electric GEnx она доходит до 10–12 к одному: на одну порцию воздуха через горячее ядро приходится десяток порций, которые вентилятор просто прогоняет насквозь.

Почему так лучше? Тягу можно получить двумя способами: швырнуть назад немного воздуха очень быстро (как делает истребитель — шумно и прожорливо) или швырнуть много воздуха умеренно быстро. Второй способ куда экономичнее и в разы тише. Большой вентилятор берёт колоссальную массу воздуха и разгоняет её мягко — отсюда и низкий басовитый гул современного лайнера вместо пронзительного визга ранних реактивных машин.

Немного цифр для масштаба

Самый большой на сегодня двигатель — General Electric GE9X для Boeing 777X. Вентилятор диаметром 3,4 метра. Тяга — около 470 килоньютонов, то есть он способен сдвигать с места эквивалент почти 50 тонн. Один двигатель.

И при всей мощи он эффективнее своих предков: за полвека развития расход топлива на пассажира упал в разы — в основном благодаря тому самому росту вентилятора и степени двухконтурности.

Что будет, если один откажет

Любимый страх пассажира: а если двигатель встанет? Спокойно. Лайнеры рассчитаны так, чтобы уверенно лететь на одном двигателе — взлететь, набрать высоту, дойти до аэродрома и сесть. Это жёсткое требование сертификации, которое проверяют на испытаниях.

Более того, есть специальные правила (их называют ETOPS), по которым двухдвигательным лайнерам разрешают летать над океанами вдали от запасных аэродромов — но только после того, как доказана надёжность, позволяющая часами идти на одном двигателе. Так что два мотора под крылом — это не «впритык», а с запасом.

Что стоит запомнить

Реактивный двигатель кажется чёрной магией из раскалённых лопаток и рёва. Но в основе — простая и честная идея: захватить побольше воздуха и аккуратно, но сильно толкнуть его назад. Огненное ядро внутри нужно лишь затем, чтобы раскрутить большой вентилятор спереди, а уж он-то и тащит самолёт, прогоняя сквозь себя тонны воздуха каждую секунду.

В следующий раз, услышав ровный низкий гул на наборе высоты, знайте: это не взрыв и не пламя несут вас вперёд. Это вентилятор величиной с комнату очень вежливо отодвигает небо назад.