Начало испытаний МС-21 с двигателем ПД-14 — главное авиационное событие 2020 года

Современная авиация - это элитный клуб небольшого количества стран, которые имеют технологические, научные, финансовые, производственные и человеческие ресурсы полного цикла создания современных газотурбинных двигателей. Клуб действительно небольшой, всего четыре страны входят в него - это США, Франция, Великобритания и Российская Федерация. Кандидаты на членство в этом клубе в лице Китая, Канады и Бразилии, имеющие на своей территории крупные авиастроительные предприятия, не располагают собственными современными реактивными двигателями для гражданской авиации, т.к. способность государства производить литые охлаждаемые лопатки для современного газотурбинного авиационного двигателя – показатель высочайшего уровня развития машиностроения.

Газотурбинные двигатели – это бесконечная борьба за мощность, топливную эффективность, экологичность и малошумность. В постоянном движении вперёд конструкторы вынуждены искать решения на основе самых передовых технологий в области газодинамики, материаловедения, металлообработки. Ещё недавно российское двигателестроение сильно отставало от мировых грандов, но ситуация меняется, и это доказывает начало испытаний среднемагистрального лайнера МС-21 с ТРДД ПД-14.

 

ПД-14 - это первая отечественная разработка, которая появилась у нас спустя почти 30 лет после развала СССР. Разработка научно-технического задела для будущего двигателя началась в ЦИАМ в 1999 году в инициативном порядке. Совместно с ЦАГИ, Институт разработал техническое задание на формирование облика базового ТРДД нового поколения для магистральных самолётов. В 2008 году, одновременно с созданием Объединённой двигателестроительной корпорации, правительство выделило 15 млрд рублей для проведения НИОКР по ПД-14. Первый прототип газогенератора 100ГГ-01 совершил первые прокрутки на земле в 2010 году, а первый комплектный демонстратор двигателя впервые заработал 9 июня 2012 года.

30 октября 2015 года двигатель 100-07 совершил первый полёт на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. Двигатель прошёл на самолёте два этапа испытаний. В ходе первого этапа по состоянию на 4 марта 2016 года ПД-14 за 16 полётов наработал 22 часа 22 минуты. На втором этапе - с 11 октября 2016 года по 30 марта 2017 года в восьми полётах наработка составила 26 часов 31 минуту.

28 декабря 2017 года Ил-76ЛЛ совершил первый полёт с двигателем 100-11. Этот экземпляр ПД-14 предназначался для сертификации. С начала апреля 2018 года Ил-76ЛЛ с двигателем 100-11 совершил 14 полётов с наработкой 49 часов 10 минут.

18 октября 2018 года Росавиация выдала сертификат типа на авиадвигатель ПД-14.

15 декабря 2020 года опытный лайнер МС-21-310 с бортовым номером 73055 впервые поднялся в небо на двигателях ПД-14.


В чём же особенность нового российского ТРДД и на самом ли деле это прорывной проект отечественного двигателестроения?

ПД-14 – первый отечественный гражданский авиадвигатель 5-го поколения
Прогресс в авиадвигателестроении характеризуется несколькими параметрами, но одним из главных считается температура газа перед турбиной. Переход к каждому новому поколению ТРД, а всего их насчитывают пять, характеризовался ростом этой температуры на 100–200 градусов. Так, температура газа у ТРД 1-го поколения, появившихся в конце 1940-х годов, не превышала 1150 °К, у 2-го поколения (1950-е гг.) этот показатель вырос до 1250 °К, в 3-м поколении (1960-е гг.) этот параметр поднялся до 1450 °К, у двигателей 4-го поколения (1970–1980 гг.) температура газа дошла до 1650 °К. Лопатки турбин двигателей 5-го поколения, первые образцы которых появились на Западе в середине 90-х, работают при температуре 1900 °К. В настоящее время в мире только 15% двигателей, находящихся в эксплуатации, относятся к 5-му поколению.

Одна лопатка авиационной турбины развивает мощность, равную мощности двигателя автомобиля «Формулы-1»

Увеличение температуры газа, а также новые конструктивные схемы, в первую очередь двухконтурность, позволили за 70 лет развития ТРД добиться впечатляющего прогресса. К примеру, отношение тяги двигателя к его массе увеличилось за это время в 5 раз и для современных моделей дошло до 10. Степень сжатия воздуха в компрессоре увеличилась в 10 раз: с 5 до 50, при этом число ступеней компрессора уменьшилось вдвое – в среднем с 20 до 10. Удельный расход топлива современных ТРДД сократился вдвое по сравнению с двигателями 1-го поколения. Каждые 15 лет происходит удвоение объёма пассажирских перевозок в мире при почти неизменных совокупных затратах топлива мировым парком самолётов.

До последнего времени в России производился единственный гражданский авиадвигатель 4-го поколения – ПС-90. Если сравнивать с ним ПД-14, то у двух двигателей схожие массы (2950 кг у базовой версии ПС-90А и 2870 кг у ПД-14), габариты (диаметр вентилятора у обоих 1,9 м), степень сжатия (35,5 и 41) и взлётная тяга (16 и 14 тс).

При этом компрессор высокого давления ПД-14 состоит из 8 ступеней, а ПС-90 – из 13 при меньшей суммарной степени сжатия. Степень двухконтурности у ПД-14 вдвое выше (4,5 у ПС-90 и 8,5 у ПД-14) при том же диаметре вентилятора. В итоге удельный расход топлива в крейсерском полёте у ПД-14 меньше, по предварительным оценкам, на 15% по сравнению с существующими двигателями: до 0,53–0,54 кг/(кгс·ч) против 0,595 кг/(кгс·ч) у ПС-90.

ПД-14 – первый авиадвигатель, созданный в России после распада СССР
Советский Союз был великой авиационной державой. В 1980-е годы в СССР работали восемь мощнейших авиадвигательных ОКБ. Зачастую фирмы конкурировали друг с другом, поскольку существовала практика давать одно и то же задание двум ОКБ. Увы, времена изменились. После развала 1990-х годов пришлось собирать все отраслевые силы, чтобы осуществить проект создания современного двигателя. Формирование в 2008 году ОДК и имело целью создание организации, способной не только сохранить компетенции страны в газотурбостроении, но и конкурировать с ведущими фирмами мира.

Головным исполнителем работ по проекту ПД-14 является ОКБ «Авиадвигатель» (Пермь), которое разрабатывало и ПС-90. Серийное производство организуется на Пермском моторном заводе, но детали и комплектующие будут изготавливаться по всей стране. В кооперации участвуют Уфимское моторостроительное производственное объединение (УМПО), НПО «Сатурн» (Рыбинск), НПЦГ «Салют» (Москва), «Металлист-Самара» и многие другие.

ПД-14 – двигатель для магистрального самолёта XXI века
Одним из самых удачных проектов в области гражданской авиации СССР был среднемагистральный самолёт Ту-154. Выпущенный в количестве 1026 шт., он долгие годы составлял основу парка «Аэрофлота». Увы, время идёт, и этот трудяга уже не эксплуатируется на коммерческих авиалиниях. Ту-154 оснащался двигателями 3-го поколения Д-30КУ с высоким удельным расходом топлива (0,69 кг/кгс·ч).

Государств, производящих современные авиационные ТРДД, меньше, чем стран, обладающих ядерным оружием

Пришедший на смену Ту-154 среднемагистральный Ту-204/214 с двигателями 4-го поколения ПС-90 в условиях распада страны и свободного рынка был вытеснен зарубежными производителями. Между тем сегмент среднемагистральных узкофюзеляжных самолётов, в котором господствуют Boeing-737 и Airbus А320 – самый массовый, и присутствие на нём – необходимое условие сохранения отечественного гражданского самолётостроения. ПД-14 обеспечит российскому лайнеру МС-21 высокую конкурентоспособность, в первую очередь, на нашем внутреннем рынке.

ПД-14 – базовый проект для семейства двигателей
Буквы «ПД» расшифровываются как перспективный двигатель, а число 14 – тяга в тонна-силах. ПД-14 – это базовый двигатель для семейства ТРДД тягой от 8 до 18 тс. Бизнес-идея проекта состоит в том, что все эти двигатели должны создаваться на основе унифицированного газогенератора высокой степени совершенства. Газогенератор – это сердце ТРДД, которое состоит из компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины. Именно технологии изготовления этих узлов, прежде всего так называемой горячей части, являются критическими.

Линейка двигателей на базе газогенератора ПД-14 будет двигаться в сторону уменьшения - к двигателям ПД-12 и ПД-8. Также газогенератор ПД-14 может стать основой для газоперекачивающих установок и газотурбинных электростанций мощностью от 8 до 16 МВт.

ПД-14 служит также платформой для отработки технологий будущего - для двигателя большой мощности самолёта CR929 - 7 июня 2020 года в Перми в составе ПД-14 прошёл первый этап испытаний демонстратора вентилятора из российских полимерных композиционных материалов. Такие лопатки будут использоваться в ПД-35.

30 октября 2015 года начались испытания новейшего российского авиационного двигателя ПД-14 на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ © ОАО «Авиадвигатель»
30 октября 2015 года начались испытания новейшего российского авиационного двигателя ПД-14 на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ
© Валентин Мазанов, RussianPlanet.net

ПД-14 – это 16 критических технологий
Для ПД-14, при ведущей роли Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ), головного НИИ отрасли и ОКБ «Авиадвигатель», было разработано 16 критических технологий: монокристаллические лопатки турбины высокого давления с перспективной системой охлаждения, работоспособные при температуре газа до 2000°К, пустотелая широкохордная лопатка вентилятора из титанового сплава, благодаря которой удалось повысить КПД вентиляторной ступени на 5% в сравнении с ПС-90, малоэмиссионная камера сгорания из интерметаллидного сплава, звукопоглощающие конструкции из композиционных материалов, керамические покрытия на деталях горячей части, полые лопатки турбины низкого давления и др.

ПД-14 продолжает совершенствоваться. Так создана широкохордная лопатка вентилятора из углепластика, масса которой составляет 65% от массы пустотелой титановой лопатки. ЦИАМ разрабатывает редуктор, позволяющий снизить обороты вентилятора, благодаря чему, не привязанный к оборотам турбины, он будет работать в более эффективном режиме. Предполагается поднять на 50°К и температуру газа перед турбиной. Это позволит увеличить тягу будущих разработок, а удельный расход топлива сократить ещё на 5%.

ПД-14 – это 20 новых материалов
При создании ПД-14 разработчики с самого начала сделали ставку на отечественные материалы. Было ясно, что российским компаниям ни при каких условиях не предоставят доступ к новым материалам зарубежного производства. Здесь ведущую роль сыграл ВИАМ, при участии которого для ПД-14 разработано порядка 20 новых материалов.

В 2015 году специалисты ВИАМ впервые в стране изготовили завихритель фронтового устройства камеры сгорания ПД-14 с применением отечественной металлопорошковой композиции.

Посетители у авиационного двигателя ПД-14 на Международном авиационно-космическом салоне МАКС - 2013 в Жуковском. Широкохордные пустотелые титановые лопатки вентилятора – одна из критических технологий ПД-14 © Рамиль Ситдиков, РИА Новости
Посетители у авиационного двигателя ПД-14 на Международном авиационно-космическом салоне МАКС - 2013 в Жуковском. Широкохордные пустотелые титановые лопатки вентилятора – одна из критических технологий ПД-14
© Рамиль Ситдиков, РИА Новости

Но создать материал – полдела. Иногда российские металлы превосходят по качеству зарубежные, но для их использования в гражданском авиадвигателе необходима сертификация по международным нормам. Иначе двигатель, как бы он ни был хорош, не допустят к полётам за пределами России. То же самое относится и к процессу изготовления двигателя: предприятиям отрасли требуется сертификация по нормам Европейского агентства авиационной безопасности (ЕASA). Международная сертификация повышает культуру производства, а на предприятиях ОДК под новые технологии идёт перевооружение отрасли. Сама разработка ПД-14 проходила по новой, цифровой технологии, благодаря чему уже 7-й экземпляр двигателя был собран в Перми по технологии серийного производства, в то время как раньше опытная партия изготовлялась в количестве до 35 экземпляров.

ПД-14 является катализатором, который выводит на новый уровень всё российское гражданское двигателестроение. Даже летающая лаборатория Ил-76ЛЛ после нескольких лет простоя для проведения лётных испытаний ПД-14 нуждалась в дооснащении оборудованием. В целом же проект ПД-14 сохранит для России более 10 000 высококвалифицированных рабочих мест.

ПД-14 – первый отечественный двигатель, который напрямую конкурирует с западным аналогом
Разработка современного двигателя занимает в 1,5–2 раза больше времени, чем разработка самолёта. С ситуацией, когда двигатель не успевает к началу испытаний ВС, для которого он предназначен, авиастроители сталкиваются регулярно. Первый МС-21 поднялся в небо в мае 2017 года, его силовая установка включала двигатели производства США. Сертификат типа ПД-14 получил на полтора года позже - в октябре 2018-го, а первый полёт в составе МС-21 состоялся 15 декабря 2020 года. В проекте МС-21 с самого начала предусматривалась альтернатива: заказчики МС-21 могут выбирать между ПД-14 и PW1400G компании Pratt & Whitney. Правда, если санкционная истерика американских "партнёров" дойдёт до запрета поставлять нам и двигатели, то тем хуже будет для компании P&W - её ждут многомиллионные финансовые потери.

Таким образом, начало испытаний МС-21 с отечественной маршевой силовой установкой можно считать главным событием 2020 года в авиаотрасли, которое открывает новую страницу в российском двигателестроении.

Андрей Величко,
для сайта "Авиация России"



Отвратительно!ПлохоНовость ни о чёмХорошоОтличная новость! (15 оценок, среднее: 4,93 из 5)
Загрузка...