С 15 по 18 апреля текущего года в Москве состоялся "Научно-технический конгресс по двигателестроению" (НТКД-2014) в рамках впервые проводимого "Международного Форума двигателестроения" (МФД-2014). На НТКД в первый день работы был представлен ряд докладов, посвященных созданию новых авиационных двигателей. В частности, на Конгрессе с докладом "Создание семейства двигателей для перспективных самолетов гражданской авиации" выступил управляющий директор, генеральный конструктор ОАО "Авиадвигатель" Александр Иноземцев. Ниже следует изложение его выступления.
Семейство авиадвигателей ПД-14
Семейство авиадвигателей ПД-14 создается для его применения, прежде всего, на перспективном семействе пассажирских самолетов МС-21, среди которых наиболее массовыми будут самолеты вместимостью 150-175 человек. Базовым двигателем станет ПД-14 тягой на взлете 14 т. Разработчики пошли в эту "нишу" самолетов, как наиболее массовую и активно развивающуюся. По прогнозам до 2050-2060 гг. ожидается ежегодный пятипроцентный рост спроса на самолеты такой размерности и двигатели для них. Такие компании как Pratt&Whitney и SNECMA с General Electric практически "оккупировали" этот сегмент рынка. Однако постоянно растущий спрос требует принятия новых организационных и управленческих решений по обеспечению темпа сборки двигателей, с чем производители справляются не всегда.
Самолеты семейства МС-21 с двигателями семейства ПД-14 обеспечат превосходство над эксплуатируемыми сейчас самолетами Airbus A320 и Boeing 737 за счет параметров двигателя и обеспечат примерный паритет с теми силовыми установками, которыми будут оснащены ремоторизируемые Airbus A320 Neo и Boeing 737 MAX. Задачей отечественного авиастроения является выдерживание паритетных характеристик по двигателям, а сам самолет МС-21 благодаря "черному" крылу получит превосходство над этими модернизированными западными машинами.
Справка
В семейство авиадвигателей ПД-14 входят двигатель ПД-7 тягой на взлете до 7900 кг для самолетов типа Ан-148 и Sukhoi Superjet 100, ПД-10 тягой до 9900 кг для самолета Sukhoi Superjet 130NG, ПД-14А тягой 12540 кг для самолета МС-21-200/300, ПД-14 тягой 14000 кг для самолета МС-21-400, ПД-14М тягой 15600 кг для самолетов МТС, модификаций Ил-76МД-90А и Ил-78М-90А. Кроме того, в состав прорабатываемого семейства двигателей входят промышленные установки: ГТУ-8 мощностью 6,5-8,5 МВт и КПД 34-36% и ГТУ-16 мощностью 12,4-16,5 МВт, КПД 38-40%.
Сегодняшний этап проводимых работ по ПД-14
На сегодня имеются несколько газогенераторов, несколько полномасштабных модельных узлов, которые проходят испытания на стендах. Также имеются два двигателя ПД-14, один из них представлен на МФД-2014 - его сняли с испытательного стенда и после выставки он вернется для продолжения стендовых испытаний. На четвертом двигателе (№100-04) проверяются основные характеристики модернизированных узлов газогенератора. Пятый двигатель должен иметь "замороженную" конструкцию и он уже на сборке. На нем и на шестом двигателе будут развернуты полномасштабные инженерные и сертификационные испытания по подтверждению расчетных характеристик. Испытания будут проводиться на стендах в ЦИАМ, которые надо еще реконструировать.
Подготовка к летным испытаниям
Сейчас ведутся опытно-конструкторские работы по привязке самолета-летающей лаборатории Ил-76ЛЛ (эта машина выделена и утверждена для летных испытаний) к двигателю ПД-14 для летных испытаний, причем источник финансирования работ уже определен. Если двигатель для летных испытаний будет готов в декабре 2014 года, то ЛИИ им. Громова обещает поднять двигатель в воздух на Ил-76ЛЛ не позже февраля 2015 года. Параллельно с испытаниями опытных двигателей будет запущено производство опытной партии двигателей в количестве 22 экземпляров для целей всесторонних испытаний и сертификации, в том числе четыре двигателя на два самолета, и девять мотогондол. Все эти объемы расписаны в производственных графиках.
На сегодня продолжаются испытания газогенераторов, их наработка достигла 120 часов. Завершается сборка четвертого газогенератора с модернизированными компрессором и турбиной. По каждому узлу созданы рабочие группы, утвержденные генеральным директором ОАО "Объединенная двигателестроительная корпорация" (ОДК), собраны все специалисты по данному узлу.
Кроме того, разработчик ПД-14 привлек запорожских коллег, так как КБ "Ивченко-Прогресс" располагает большим опытом создания малоэмиссионных камер сгорания. Пока по результатам предварительных испытаний запорожская камера сгорания показывает лучшие результаты, чем узел пермской разработки.
Топливная экономичность и шум
Топливная эффективность двигателя должна быть улучшена на 12-16% относительно современных двигателей этого класса. И отечественный, и мировой анализ показал, что если не добиться такого улучшения топливной эффективности, то изделие не будет конкурентоспособно после 2017 года. Кроме того, чтобы конкурировать на рынке, необходимо снизить эксплуатационные расходы минимально на 15%.
Задача стоит делать двигатель с достаточным запасом и по шуму на местности, и по эмиссии в атмосферу вредных веществ, чтобы впоследствии не проводить серьезную модернизацию под меняющиеся со временем требования ИКАО по этим параметрам. Надо выйти на запас на 10-15 дБц по шуму и на 30-45% по эмиссии вредных веществ от сегодняшних требований ИКАО.
Работа с авиакомпаниями
ОАО "Авиадвигатель" плотно работало с авиакомпаниями, которые четко выразили свои требования: топливная эффективность, надежное послепродажное обслуживание, надежность двигателя и его экологичность. Самолетчики добавили свои требования: расход топлива, лобовое сопротивление, международная сертификация. Многие требования противоречивы, и разработчик двигателя потратил несколько лет для оптимизации требований. На сегодня можно считать, что конструкция двигателя оптимизирована при степени двухконтурности 8,5.
Сертификация
К ПД-14 предъявляется требование сертификации не только в Авиационном регистре Межгосударственного авиационного комитета (АР МАК), но и, как минимум, в EASA, а в перспективе и FAA, так как перспективные самолеты планируются для продажи на глобальном рынке. Впервые в практике отечественного авиастроения на проектируемый самолет можно устанавливать два разных типа двигателей, что в мировой практике является нормой - самолеты семейства МС-21 будут предлагаться покупателям с российскими двигателями ПД-14 и американскими Pratt&Whitney.
Кооперация в производстве семейства ПД-14
Перед разработчиком двигателя была поставлена задача в течение 6-7 лет выйти с ПД-14 на уровень ведущих мировых фирм. Понятно, что без создания мощнейшей кооперации это недостижимо. Огромное значение имели разработки ведущих отраслевых НИИ - ЦИАМ и ВИАМ и иных отраслевых НИИ. ЦИАМ выступал не только как научный консультант, но и как проектировщик отдельных узлов. По многим узлам ЦИАМ выступал как полноценное конструкторское бюро, что крайне важно, так как это говорит об уверенности ученых в своих разработках и реальном применении имеющегося научно-технического задела.
На сегодня все ключевые предприятия авиационного двигателестроения подключены к работам по ПД-14 в рамках своих компетенций. Все они входят в состав ОДК. У всех предприятий кооперации, что крайне важно, есть компетенция самостоятельного создания как отдельных узлов, так и двигателя в целом. У некоторых предприятий есть опыт сотрудничества с зарубежными фирмами, опыт сертификации изделий на Западе - это опыт ОАО "Научно-производственное объединение "Сатурн" (НПО "Сатурн") по двигателю SaM-146 и пермских моторостроителей по двигателю ПС-90А2 с Pratt&Whitney. В сотрудничестве с ведущими двигателестроительными фирмами запада был получен опыт обеспечения стабильности производства, тщательности отработки, качества исходных материалов и заготовок, где Россия отставала от западных партнеров.
Директивные производственные показатели материалоемкости и трудоемкости
В России впервые проектируется двигатель на заданную директивную производственную материалоемкость и трудоемкость. То есть решается как бы "обратная" задача - разработчик двигателя поставил рыночную цену двигателя, как конкурентную, как бы идя вниз, "отмотал" задачу вплоть до производственной себестоимости отдельных узлов и деталей, предельные показатели материалоемкости и стоимости были розданы по заводам как директива, вписаны эти требования на уровень основных деталей, и заводы разработали программы технического перевооружения в обеспечение заданных показателей. Это не простая программа, она потребовала инвестирования свыше 20 млрд рублей. Технологи на заводах никогда таких задач не решали. Однако это ключевой вопрос создания двигателя, так как предприятия, включенные в производственную кооперацию, длительное время не проводили техперевооружения.
Поставка интегрированной силовой установки
Разработчик самолета поставил задачу поставлять интегрированную силовую установку, то есть не только двигатель, но и мотогондолу в целом. Вся советская практика отличалась от западной - двигателисты давали только двигатели. Но с некоторых пор, когда появились двухконтурные двигатели, сразу три разработчика в Запорожье, Самаре и Перми делали и большую часть мотогондолы. В тоже время на Западе появились специализированные фирмы, которые делали полностью мотогондолу. Разработчик ПД-14 взялся и за такую работу. ОДК отвечает за полностью оснащенный двигатель с мотогондолой. Проведенный анализ показал, что если доля композиционных материалов по массе мотогондолы будет ниже 60-70%, то силовая установка не будет конкурентоспособной уже в 2018-2020 гг. Естественно, что разработчик ПД-14 должен выдержать показатели доли композитов в массе мотогондолы.
О 6-м поколении
ПД-14 - мощный симбиоз новейших материалов и технологий с уже имеющимися, отработанными и проверенными по всем основным узлам. Все это позволяет не только создать сам продукт, но и формирует мощнейший научно-технический задел для двигателей 6-го поколения. ОАО "Авиадвигатель" сейчас активно лоббирует вместе с отраслевыми институтами, чтобы согласовать с министерством промышленности и торговли программу создания 22 ключевых технологий для последующего создания двигателя 6-го поколения.
Дмитрий Козлов
