Военно-техническое сотрудничество с РФ помогает китайскому авиационному двигателестроению подняться на мировой уровень
Военная промышленность Поднебесной выходит на уровень, когда страна перестает нуждаться в импорте российских самолетов. Санкционный режим, введенный западными странами в 1989 году после событий на площади Тяньаньмэнь, сохраняется, и КНР лишена возможности покупать западные технологии военного и двойного назначения. Но китайцы не сидят сложа руки: если в стране нет каких-то технологий, их нужно добыть или самостоятельно освоить любой ценой. Одной из таких технологий стали российские авиационные турбореактивные двигатели.
По информации китайских источников, в настоящее время двигателестроительные научно-исследовательские организации (НИИ) и заводы оборонно-промышленного комплекса КНР находятся в затруднительном положении, поскольку для дальнейшего развития оперативно-тактической авиации и модернизации существующих самолетов необходимы новые, более мощные турбореактивные двухконтурные двигатели (ТРДД) повышенной мощности и топливной экономичности, производство которых зависит от двух факторов.
Стратегический контекст
Во-первых, китайским предприятиям недостаточно редкоземельных металлов. Во-вторых, предприятиям оборонно-промышленного комплекса не хватает квалифицированных материаловедов, способных разработать необходимый сплав и технологию его изготовления: порядок загрузки компонентов в сталеплавильную печь и время плавления для полноценного смешивания компонентов.
Эти вопросы являются принципиальными для сталелитейных цехов Аньшанского и Шанхайского металлургических комбинатов, выполняющих целенаправленные и малообъемные заказы авиастроительных предприятий. В отдельных случаях предприятия ОПК КНР могут изготавливать пробные партии сплавов в небольших частных сталеплавильных компаниях, однако подобное сотрудничество ограничено в силу секретности разработок.
Китайские разработчики ТРДД пытаются повысить долю титана в составе сплава, применяемого при изготовлении лопаток компрессора высокого давления (КВД). Однако температурные пределы титана не позволяют серьезно повысить температуру перед газогенератором. Известно, что данную проблему китайские специалисты планируют решить двумя путями.
Первый – применить керамические материалы для нанесения напылений на лопатки КВД, что позволит повысить температуру в горячей части на 100–150 К. Вторым вариантом может стать включение в состав сплава такого тугоплавкового металла, как рений, который позволит уверенно достичь суммарной температуры перед КВД в интервале 1950–2100 К. Крупное месторождение рения обнаружено в районе гор Хуашань, расположенных в провинции Шэньси. Месторождение находится максимально близко к одному из крупнейших самолетостроительных предприятий в КНР в Сиане.
Кроме того, китайские специалисты испытывают необходимость в новой системе зажигания для ТРДД, которая позволит избежать такого негативного явления, как накопление избыточного количества топлива в камере сгорания и его сгорание с эффектом пламени. Данный эффект пагубно влияет на стабильность работы подвижных элементов двигателя, поскольку сопровождается детонацией из-за воспламенения большого количества топлива.
Направления сотрудничества
В качестве первого направления сотрудничества КНР и РФ в области турбореактивных двухконтурных двигателей приведем работы российских производителей – НПО «Сатурн» и УМПО (Уфимское моторостроительное производственное объединение) над новейшим двигателем четвертого поколения под условным обозначением «Изделие-30» (внутреннее производственное обозначение «129С»). В перспективе данный мотор будут выпускать под открытым обозначением АЛ-41Ф2.
На данный момент опытный образец истребителя Т50-7 уже выполнил 16 испытательных полетов с одним из предсерийных ТРДД «Изделие-30». Всего таких моторов изготовлено около десяти, и большинство из них проходит стендовые испытания для проверки комплектующих из металлических и композитных материалов.
Для сравнения: во время испытаний ТРДД АЛ-31 советские/российские специалисты использовали 68 моторов для отработки всех компонентов на разных режимах. По мнению китайских специалистов, уменьшение количества испытываемых моторов указывает на затруднительное экономическое положение УМПО и Объединенной авиастроительной корпорации, поскольку уровень финансирования Государственной программы вооружения (ГПВ) снижен. В перспективе объем финансовых средств будет уменьшаться, что предусмотрено ГПВ-2027.
Новейший ТРДД российской разработки создан на основе двигателя АЛ-41Ф («Изделие 20»), которыми комплектуют истребители Су-35С ВКС РФ и Су-35СК ВВС Народно-освободительной армии Китая. На втором этапе работ российские специалисты создали «Изделие 117» – ТРДД АЛ-41Ф1, который на 70 процентов состоит из компонентов предыдущей модели. Часть комплектующих использована от двигателя АЛ-31ФП.
На третьем этапе российские конструкторы создали ТРДД промежуточного этапа – «Изделие 117С» (он же АЛ-41Ф1С), которые установлены на истребителях Су-35СК ВВС НОАК. Китайские специалисты провели неполный разбор российских моторов, поступивших в КНР согласно дополнительному контракту из расчета четыре двигателя на один самолет.
По результатам работ установлено, что межремонтный интервал для данного двигателя составляет 1500 часов, а общий ресурс – 3000 часов, однако при повторной замене ступеней компрессора высокого давления, а также других его элементов общий срок службы двигателя можно продлить еще на 1000 часов. По расчетам сотрудников двигателестроительных НИИ ОПК КНР, мощность АЛ-41Ф1С на форсажном режиме составляет 14 тысяч кгс/см2, однако даже этот мотор способен выдать в экстренном режиме 18 тысяч кгс/см.кв. при применении новой системы зажигания, а также керамических материалов в горячей части.
Данные двигатели используются как для Су-35С, так и могут быть включены в программу Су-30 до версии Су-30СМД (Д – повышенной дальности полета). Программа также находится под пристальным наблюдением китайских специалистов, которые располагают документами, содержащими решение руководства ОАК о начале работ по Су-30СМД. По мере развития металлургии российским конструкторам удалось постепенно увеличить температуру в компрессоре высокого давления с 1665 К (двигатель АЛ-31ФП) до 1828 К (двигатель АЛ-41Ф). Вполне вероятно, что в двигателе АЛ-41Ф1С данный показатель для КВД составляет 1860–1900 К.
Китайские неуспехи
Командование ВВС НОАК рассчитывает приобрести партию АЛ-41Ф1С в целях модернизации стоящих на вооружении малозаметных истребителей «Цзянь-20», тогда как ТРДД АЛ-41Ф2 (он же «Изделие 30») необходимы для создания модификации самолета под обозначением «Цзянь-20А», который будет обладать увеличенной дальностью, скоростью и ракетно-бомбовой нагрузкой за счет более мощного двигателя. В настоящее время китайские истребители «Цзянь-20» оснащены российскими АЛ-31Ф.
Предположительно китайским авиастроителям необходимо около 330 моторов АЛ-41Ф1С из расчета существующих и запланированных к постройке истребителей «Цзянь-20», по два мотора на самолет, а значит, этого количества достаточно для оснащения семи полков по 24 истребителя в каждом. Представители ВВС НОАК и ОПК КНР намерены продавить российскую сторону в переговорах о стоимости двигателей АЛ-41Ф1С, поскольку они испытывают острую необходимость в мощных моторах, ресурс и возможности которых им известны достоверно.
Китайские военные рассчитывают, что при определенной загруженности по китайскому контракту УМПО, НПО «Сатурн» и другие предприятия этой кооперации не смогут принять заказы от других заказчиков, то есть китайцы пытаются отсрочить заключение аналогичного контракта между ОПК РФ и ВВС Индии, которые нуждаются в модернизации Су-30МКИ. По сути специалисты из КНР предпринимают все возможные меры для блокирования действий Индии по поддержанию боеготовности собственных ВВС.
При получении даже половины необходимого количества АЛ-41Ф1С от требуемого китайские двигателестроители смогут выйти из-под жесткой критики военно-политического руководства и получат время на достройку собственной разработки под обозначением WS-15. Данный двигатель не обеспечивает требуемой мощности – 15 тысяч кгс/см.кв., поскольку в нем использована устаревшая система зажигания, для охлаждения лопаток (изготавливают из монокристаллического материала второго поколения марки DD6) КВД применено жидкостное охлаждение.
К проблемным моментам относятся цельнолитые опорные элементы КВД, которые изготовлены при помощи порошкового литья: такие сплавы не отличаются надежностью и эффективностью на больших скоростях вращения, а также плохо реагируют на перегрев.
В ходе испытательных полетов пилоты 7-го испытательного отряда ВВС НОАК установили, что ТРДД WS-15 нельзя глушить и повторно запускать в полете. Китайские специалисты продолжают попытки получить доступ к технологическому решению российских специалистов, которое позволяет выполнять повторный запуск АЛ-41Ф1С на высотах до 3500 метров.
Одновременно с формированием истребительных полков/бригад, укомплектованных «Цзянь-20», двигатели АЛ-41Ф1С необходимы китайцам по сниженной стоимости для переоснащения новейшей модификации истребителя «Цзянь-11DG» и для истребителей-бомбардировщиков «Цзянь-16».
Новые разработки
Третьим этапом совершенствования конструкции двигателя АЛ-41 является именно мотор в модификации АЛ-41Ф2 («Изделие 30»). Эти ТРДД, установленные на испытательных стендах в РФ, обеспечивают мощность в безфорсажном режиме 10800–11000 кгс/см.кв., а в форсажном от 17 600 до 18 000 кгс/см.кв. Расхождение в параметрах указывает на проблемы с топливной аппаратурой, которая не обеспечивает подачу необходимого количества топлива.
В ВВС НОАК рассчитывают, что российским специалистам удастся стабилизировать тягу двигателей, а для увеличения ресурса до пяти тысяч часов максимальный показатель будет снижен до 16 тысяч кгс/см.кв. АЛ-41Ф2 обладает высоким расходом воздуха – 125 кг/сек, что на 27 процентов выше, чем у АЛ-31ФП. Расход топлива составляет 670 гр/кгс. В этой связи китайцы ожидают, что мощность АЛ-41Ф2 будет выше на 20 процентов, чем у АЛ-41Ф.
Весьма вероятно, что в ближайшее время сборка истребителей Су-57 на авиационном предприятии в Комсомольске-на-Амуре (КНААПО) будет осуществляться с применением моторов АЛ-41Ф1С. Первые серийные моторы АЛ-41Ф2 должны начать поступать на сборочный конвейер КНААПО в 2025–2026 годах для плановой сборки Су-57М. По оценке китайских экспертов, скорость сборки Су-57 на КНААПО не может превышать три самолета в год.
Согласно тактико-техническому заданию ВКС РФ серийный мотор должен обеспечивать истребителю Су-57 возможность выполнять полет в крейсерском режиме на сверхзвуковой скорости 1,6 М, а максимальная скорость самолета должна достигать не менее 2,4 М. Кроме того, российские военные требуют сокращения времени выхода двигателя на максимальный форсажный режим. Также согласно ТТЗ ВКС РФ серийный двигатель АЛ-41Ф2 должен обеспечивать Су-57 тяговооруженность до 1,36 и боевой радиус 1200 километров при полной загрузке внутреннего ракетно-бомбового отсека.
Масса пустого Су-57 составляет 18 тысяч килограммов, нормальная взлетная – 25 тысяч килограммов, полная взлетная – 29 700 килограммов и предельная (критическая) взлетная – 35 тысяч килограммов. Основным недостатком Су-57 является его малая боевая нагрузка – всего 4200 килограммов. Это одна из основных причин, по которой ВВС НОАК отказываются приобретать данный самолет, но очень хотят получить двигатель АЛ-41Ф2.
Проблемные вопросы
Основная проблема российских моторов – недостаточный общий ресурс и малые межремонтные интервалы. Если ресурс АЛ-31ФП составляет 1500 часов, то для АЛ-41Ф1С это показатель равен 3000 часов. В отношении АЛ-41Ф2 известно, что данный мотор должен иметь общий ресурс 5000 часов. Китайские специалисты вынуждены ждать завершения доводки АЛ-41Ф2 до требуемых показателей, поскольку самостоятельно неспособны выполнить комплекс работ в отношении высокотехнологичного мотора.
Предположим, что данный показатель будет достигнут за счет использования нового монокристаллического материала третьего поколения марки ДД9 (применяется в газогенераторе) и нового титаново-алюминиевого сплава для лопаток компрессора высокого давления. Для сравнения: китайские конструкторы работают над вопросом использования высокопрочного углеволокна при изготовлении лопаток вентилятора и лопаток ступеней компрессора низкого давления.
Разработка и испытания предсерийных образцов двигателя АЛ-41Ф2 позволили российским специалистам создать технический задел для силовой установки, которой будут комплектовать перспективный истребитель шестого поколения. При создании нового самолета российские конструкторы намерены использовать S-образные воздухозаборники, позволяющие полностью скрыть лопатки двигателя от радиолокационного обнаружения.
Однако такой профиль внутренних каналов воздухозаборников снижает мощность двигателя. Российские специалисты рассчитывают к 2025 году создать испытательный стенд, позволяющий отработать варианты воздухозаборников с действующими моторами АЛ-41Ф2.
Кроме того, указанные ТРДД уже позволили собрать информацию об облике перспективной силовой установки для истребителей шестого поколения. Перспективный двигатель будет трехконтурным, что позволит повысить его топливную экономичность на крейсерском режиме. Также трехконтурная система подачи воздуха снизит общую температуру самого двигателя и положительно повлияет на тепловую заметность самолета – снижение температуры выхлопных газов за счет продувки от третьего контура.
Кроме S-образных воздушных каналов, перспективный двигатель будет оснащен двухплоскостными модулями отклонения вектора тяги, которая была отработана еще на Су-27ЛЛ. Вероятно, что угол отклонения в вертикальной плоскости составит 24 (по другим данным – 26) градуса, поскольку изменение вектора тяги более чем на 30 градусов ухудшает управляемость самолета.
К настоящему моменту российские технологии позволяют максимально отклонять вектор тяги от оси двигателя на 32 градуса. Благодаря двигателям с отклоняемым вектором тяги (ОВТ) истребитель Су-57 способен осуществлять разворот вокруг собственной оси в горизонтальной плоскости со скоростью 60 градусов в секунду.
Китайские разработки
Специалисты КНР признают, что ресурс модулей ОВТ национального производства составляет всего 50 часов, тогда как аналогичные компоненты российского производства служат от 150 до 200 часов и затем требуют полной замены. Кроме малого срока службы, китайские модули ОВТ отличаются сокращенным диапазоном: в вертикальной плоскости – не более 17 градусов и в горизонтальной – не более 15. Подобное обусловлено особенностью конструкции модуля ОВТ китайского производства, который состоит из 15 подвижных гнущихся трехслойных частей. Установка китайского модуля ОВТ на российские двигатели невозможна, поскольку отсутствуют единый блок управления и программное обеспечение.
Китайские специалисты не располагают собственными квалифицированными конструкторами в области ОВТ и с учетом нестабильной политической ситуации не могут полагаться на помощь украинских партнеров. В данном вопросе они намерены продолжать работу по поиску и найму технических специалистов в РФ.
После неоднократных попыток китайских конструкторов скопировать силовые установки JT8D (опытно-конструкторская работа под шифром WS-8) американского производства в целях повышения дальности полета и нагрузки бомбардировщиков «Хун-6» данные работы были остановлены до момента регулярных поставок из турбореактивных двухконтурных двигателей Д-30КП-2. Данными моторами были оснащены тяжелые транспортные самолеты Ил-76Т и Ил-76МД, приобретенные командованием ВВС НОАК в 90-е годы прошлого столетия. Китайские конструкторы перепроектировали моторные отсеки «Хун-6» под размещение Д-30КП-2, которые изначально не были предназначены для этих самолетов.
К 1998 году Управление вооружения и техники ВВС НОАК высказалось о дороговизне обслуживания транспортных Ил-76 в России, поскольку это требовало значительных затрат в иностранной валюте. В этом же году Чэндусская моторостроительная корпорация (420-й завод авиационных двигателей) направила в командование ВВС НОАК предложение о передаче двух двигателей Д-30КП-2 для освоения процедур аэродромного обслуживания, а также частичного или полного ремонта.
В свою очередь китайские военные потребовали, чтобы моторы после разбора, дефектовки, обслуживания и сборки были установлены на прототип дальнего бомбардировщика «Хун-6К» (Сианьское авиастроительное предприятие). Необходимо уточнить, что данный завод способен собирать шесть бомбардировщиков «Хун-6К» и шесть транспортных самолетов «Юнь-20» ежегодно и одновременно выполнять заказы по другим самолетам и экспортные контракты.
Весь процесс изучения Д-30КП-2 силами китайских специалистов занял около двух лет – с 1998 по 2000 год. Одновременно в рамках переговоров и консультаций с российскими конструкторами и инженерами осуществлялся сбор информации как по Д-30КП-2, так и по Д-30КП-3 «Бурлак». В период с 2009 по 2020 год китайская сторона приобрела 436 двигателей Д-30КП-2. Последний контракт на 54 мотора был подписан в 2018 году, а в 2020-м ВВС НОАК получат 38 моторов. В настоящее время двигателями Д-30КП-2 оснащены тяжелые транспортные самолеты «Юнь-20», которые в 2017 году приняты на вооружение ВВС НОАК.
Анализ китайских военно-технических изданий позволяет утверждать, что специалисты Поднебесной не планируют продолжение закупок в РФ Д-30ПК-2, поскольку уже частично получили документацию на более мощный двигатель Д-30КП-3 «Бурлак», которая в сочетании с моторами второй серии позволила специалистам 420-го завода и 624-го НИИ (Чэнду) разработать аналогичный мотор под обозначением WS-18.
Таким образом, военная промышленность КНР еще раз продемонстрировала жизнеспособность подхода с освоением зарубежных технологий на примере российских авиадвигателей. При этом в условиях китайского государства данное решение представляется вполне жизнеспособным: в отсутствие собственной научной школы китайские специалисты предпринимают попытки проводить НИОКР в сфере двигателестроения. С определенной уверенностью можно предположить, что первые прорывные достижения китайских инженеров-двигателестроителей мы увидим уже в ближайшие пять – семь лет.
Руслан Полончук, востоковед
Газета "Военно-промышленный курьер", опубликовано в выпуске № 45 (858) за 24 ноября 2020 года
