ГП "Ивченко-Прогресс" еще в 60-80-е годы прошлого столетия проводило активную политику создания наиболее передовых авиационных двигателей. Были разработаны первые в СССР ТРДД с большой степенью двухконтурности Д-36 и Д-18Т, первый в мире турбовинтовентиляторный двигатель Д-27, создан научно-технический задел, позволяющий реализовать проект ТРДД нового поколения.
Периодически возникающие кризисные явления в сфере нефтедобычи и поставки нефтепродуктов, как это не парадоксально, плодотворно влияют на развитие авиационного двигателестроения. Толчком для закладки основ создания ГТД 5-го поколения явился энергетический кризис 1974 г. В результате роста финансирования широкого комплекса научно-исследовательских работ в области энергосбережения, начавшегося в середине 70-х гг., в 80-е гг. появились демонстрационные, а в 90-е - первые серийные двигатели нового поколения. Экологические проблемы человечества и состояние мирового рынка нефтепродуктов явились мощными факторами для финансирования новых исследований на рубеже XX-XXI столетий, в результате которых сформировался облик двигателей нового поколения, массовое появление которых в эксплуатации ожидается в начинающемся десятилетии. Уже сертифицированы Trent 1000 и GEnx. Разрабатываются PW1000G, Leap-56 и ПД-14. Готовится к разработке ряд других двигателей различной размерности. Ведутся активные исследования по изучению возможности применения в гражданской авиации турбовинтовентиляторного двигателя (open rotor).
Начатые в СССР работы по ГТД нового поколения (Программа развития авиапромышленности СССР до 2000 г. была утверждена в середине 80-х гг.), были практически сорваны вследствие распада СССР и последовавшего экономического кризиса. Все же разработки ТВВД Д 27 и ТРДД со сверхвысокой степенью двухконтурности НК-93 были продолжены, и это позволило приобрести неоценимый научно-технический задел (НТЗ) для создания двигателей 5-го поколения.
ГП "Ивченко-Прогресс" (ранее - ЗМКБ "Прогресс") еще в 60-80-е гг. прошлого столетия под руководством выдающихся инженеров А.Г. Ивченко, В.А. Лотарева и Ф.М Муравченко проводилоактивную техническую политику создания наиболее передовыхобразцов авиадвигателей: -
- были созданы первые в СССР двигатели с высокой степенью двухконтурности - трехвальные Д-36 и Д-18Т с уникальной шестиопорной схемой;
самый мощный и в то время самый экономичный в мире вертолетный ГТД Д-136;
в конце 70-х гг. начата, впервые в СССР, разработка турбовинтовентиляторного двигателя ТВВД Д-236 и построены демонстрационные образцы, проходившие стендовые и летные испытания;
наконец, в конце 80-х гг. была развернута (при поддержке отраслевых институтов МАП СССР и смежных отраслей промышленности) разработка двигателя Д-27 - ТВВД нового поколения с наиболее передовыми для того времени показателями технического уровня: степень повышения давления - К * = 32 в восьмиступенчатом компрессоре, температура газа перед турбиной Тг* > 1700 К, удельный расход топлива - на 15-20 % ниже лучших ТВД, находившихся в то время в эксплуатации, электронная система управления - с полной ответственностью (FADEC).
К сожалению, распад СССР, политический и экономический кризис 90 х годов. не позволили в намеченные сроки завершить разработку этого двигателя, устанавливаемого на военно транспортный самолет Ан 70 с беспрецедентными в мировой авиации характеристиками. Однако опыт, приобретенный в ходе его разработки, является исключительно ценным вкладом в создание НТЗ для нового поколения ГТД.
В период с 1988 по 1995 годы в ГП "Ивченко Прогресс" проведен большой комплекс научно исследовательских и конструкторских работ по выявлению облика перспективных ГТД различного назначения на базе газогенератора ТВВД Д 27.
Были предложены проекты:
- турбовального ГТД Д 127 мощностью 14 500 л.с.;
ТВВД с толкающим высоконагруженным винтовентилятором Д 227 (с редукторным и безредукторным приводами);
ТРДД со сверхвысокой степенью двухконтурности с приводом заднерасположенного соосного вентилятора от биротативной турбины Д 527;
ТВВД с закапотированным соосным винтовентилятором, приводимым от дифференциального редуктора Д 627;
ТРДД со сверхвысокой степенью двухконтурности (ТРДД СВ) с редукторным приводом малошумного широкохордного вентилятора Д 727 тягой 10 000 кгс;
наконец, в 1995 г. для проекта ближне среднего магистрального самолета Як 46 был разработан эскизный проект силовой установки с ТРДД Д 727М со степенью двухконтурности m = 13 и взлетной тягой 11 500 кгс.
При выполнении этих проектов проявлялись проблемы, связанные с необходимостью обеспечения высоких параметров термодинамического цикла, повышения эффективности узлов двигателя, прежде всего турбомашин, применения новых материалов и технологий и т.п., а также велся интенсивный поиск решения этих проблем.
В эти годы предприятие практически перешло на использование в работе персональных ЭВМ, были освоены методики расчета и проектирования с помощью современного программного обеспечения, внедрены комплексы 3 D расчетов для решения газодинамических, тепловых и прочностных задач. В ходе доводки двигателя Д 27 были решены вопросы обеспечения надежной работы высоконагруженного редуктора, высокотемпературной охлаждаемой малоразмерной турбины, малоэмиссионной теплонапряженной камеры сгорания, взаимодействия сверхзвуковых высоконагруженных ступеней осевого компрессора, изготовления и эксплуатации моноколес (blisk) в компрессорных ступенях, изготовления монокристаллических лопаток турбин, нанесения современных теплозащитных покрытий и т.п.
Для ТРДД СВ Д 727 были выполнены расчет и конструкции бесполочного широкохордного малошумного вентилятора, для двигателя Д 527 расчет и конструкция биротативной турбины для непосредственного привода соосного вентилятора.
Отработанные технические решения внедрялись на серийных и проектируемых двигателях:
- более 400 изменений было внесено в конструкцию двигателя Д 18Т, находившегося в эксплуатации с 1986 г. на тяжелых транспортных самолетах Ан 124 "Руслан"; в результате на модификации Д 18Т 3 й серии (сертифицирована в 1992 г.) удельный расход топлива снижен на 4,3 %, установлен эксплуатационный ресурс 24 000 ч;
в ТРДД Д 436Т1/ТП, модификации двигателя Д 36, сертифицированной в 2000 г., внедрение новых решений позволило без изменения размеров увеличить тягу более, чем на 15 % и снизить удельный расход топлива на ~3 %;
в 2000 е годы на предприятии разработан первый в мире малоразмерный турбовальный двигатель АИ 450 (мощность на валу 465 л.с.) с охлаждаемой рабочей лопаткой турбины газогенератора.
В конце 90 х годов ГП "Ивченко Прогресс", в кооперации с рядом российских и украинских предприятий, включилось в разработку НТЗ в интересах создания ТРДД 5 го поколения в классе тяги 12 тс в рамках инициированной ЦИАМ программы "ТРДД 2005"; в 2003 г. совместно с ОАО "СНТК им. Н.Д. Кузнецова" и НПП "Мотор" разработано техническое предложение (ТП) на ТРДД СВ "ДБСМС"; в 2005 г. ТП на ТРДД CВ АИ 436Т12; в 2009 г., совместно с ММПП "Салют" и ОАО "Мотор Сич", ТП на ТРДД СВ СПМ 21, представленное на конкурс по выбору маршевой двигательной установки ближнесреднего магистрального самолета МС 21.
В 2007 - 2010 гг. выполнен большой объем работ по оптимизации параметров и конструктивной схемы ТРДД нового поколения для летательных аппаратов различного назначения.
Главной особенностью, "визитной карточкой" двигателя нового поколения является очень высокая и сверхвысокая степень двухконтурности. Это позволяет радикально снизить удельный расход топлива в условиях, когда другие рычаги повышения эффективности двигателя, как тепловой машины (параметры термодинамического цикла, к.п.д. узлов), ограничены. С учетом много летнего опыта эксплуатации двигателей с редукторами на ГП "Ивченко Прогресс" был сделан вывод, что редукторный привод вентилятора в ТРДД СВ наиболее рационален. Поэтому достаточно большой объем исследований выполняется с целью создания легкого, надежного и эффективного редуктора.
Одной из негативных сторон ТРДД CВ является повышенный мидель мотогондолы и, как следствие, повышенное внешнее сопротивление. Для парирования указанного недостатка проведен комплекс конструкторских работ по созданию реверсивного устройства с подвижными отклоняющими решетками (уменьшение длины мотогондолы) и по размещению большей части агрегатов в подкапотном пространстве (уменьшение миделя и длины мотогондолы).
Ключевым узлом ТРДД СВ является малошумный широкохордный вентилятор. ГП "Ивченко Прогресс" совместно с ОАО "Мотор Сич" и ЦИАМ уже несколько лет занимается разработкой такого вентилятора. В ЦИАМ выполнено аэродинамическое проектирование, в ОАО"Мотор Сич" изготовлена модель вентилятора, испытанная на стенде ЦИАМ. В настоящее время изготовленный в ОАО "Мотор Сич" полноразмерный вентилятор проходит испытания на демонстрационном двигателе Д 36 на 14 м стенде ГП "Ивченко Прогресс".
При выборе ТРДД с увеличенной степенью двухконтурности снижается оптимальная степень повышения давления вентилятора, что позволяет обеспечить высокий к.п.д., снизить окружную скорость и уменьшить шум.
В процессе доводки двигателя Д 27 выполнен большой объем исследований по совместной отработке сверхзвуковых ступеней компрессоров.
Этот опыт позволяет создавать высоконапорные многоступенчатые осевые компрессоры с политропическим к.п.д. 0,89...0,9 для перспективныхавиационных ГТД.
Начиная с конца 80 х годов в ГП "Ивченко Прогресс" ведутся интенсивные опытно конструкторские и экспериментально исследовательские работы по созданию малоэмиссионных эффективных камер сгорания. Отработанная на двигателе Д 27 камера сгорания обеспечивает уровень эмиссий ниже норм IСAO 2008 г.
Экспериментальную апробацию проходит фронтовое устройство перспективной камеры сгорания, обеспечивающей снижение эмиссий NOx на 65 % ниже требований 2008 г.
Большой объем выполненных экспериментальных исследований и освоение новых технологий при создании высокотемпературных охлаждаемых турбин позволили в 1994 г. успешно пройти испытания двигателя Д 18Т с выходом на температуру газа перед рабочим колесом ТВД ТГ* > 1750 К. При температурах более 1700 К работает малоразмерная турбина двигателя Д 27. Ведутся исследования и технологические отработки рабочих лопаток турбины, способных работать при ТГ* > 1800 К.
На двигателях Д 27 и Д 436 148 установлены и отработаны наиболее современные системы автоматического управления, агрегаты топливопитания, разработка и изготовление которых выполнено нашими российскими и украинскими партнерами.
Имеющийся на сегодняшний день в ГП "Ивченко Прогресс" научно технический задел позволяет также создать двигатель со степенью повышения давления более 40, широко использовать в его конструкции композитные материалы, надежные и эффективные безрасходные и щеточные уплотнения, максимально утилизировать тепловую энергию, выносимую из узлов двигателя горячим маслом, обеспечить лета тельному аппарату шум на местности на 10...15 EpNdb ниже требований Главы 4 ICAO, эксплуатировать двигатель по II и III стратегиям и обеспечить ему назначенный ресурс, соизмеримый с ресурсом само лета. Конечно, еще предстоит освоить ряд ключевых технологических процессов, внедрить в производство новые материалы, приобрести новое оборудование. Однако в целом ГП "Ивченко Прогресс" в кооперации с партнерами в России и Украине вполне готово к созданию авиационного двигателя нового поколения.
