Перспективный двигатель на 30 т тяги можно создать за 4-5 лет

Москва. 5 мая. АвиаПорт - Создание перспективного авиационного двигателя большой мощности может быть реализовано на базе имеющегося научно-технического задела самарского ОАО "Кузнецов" в течение 4-5 лет. Об этом сообщил Генеральный конструктор ОАО "Кузнецов" Дмитрий Федорченко, выступая с докладом на Двенадцатом Международном салоне "Двигатели-2012" в рамках проведенного "Научно-технического Конгресса по двигателестроению".

Ниже приводится изложения доклада, с которым выступил Д.Федорченко.

На самарском ОАО "Кузнецов" начались работы исследовательского характера по созданию авиационного двигателя тягой до 30 тонн. В мире уже имеются авиадвигатели и на 30 т, и на 40 т тяги. Однако в России авиадвигателей такого класса нет. Разработка газотурбинного двигателя тягой 30-32 т осуществляется в соответствие с программой развития авиационной промышленности РФ "Двигатель 2020" для установки на пассажирский или транспортный самолеты, создаваемые по программе "Самолет 2020", которому потребуется двигатель тягой 30 т. Кроме того, такой двигатель может понадобиться и для тяжелого транспортного (военно-транспортного) самолета Ан-124-300. Разработка двигателя ПД-30 также поможет накопить НТЗ для последующих работ по созданию аналогичных по мощности авиадвигателей. Поэтому на ОАО "Кузнецов" в инициативном порядка началась разработка такого двигателя.

Разработка двигателя ПД-30 началась не на пустом месте - имеется огромный научно- технический заде (НТЗ) по созданию авиадвигателей большой мощности. В частности, в конце прошлого столетия разрабатывался авиадвигатель большой мощности под обозначением НК-44 тягой 44 тонны. Однако в "лихие" 90-е году проектирование НК-44 было остановлено. Большой опыт был приобретен по новым технологиям и в совместных работах с американской компанией General Electric в 90-е годы.

Двигатель ПД-30 создается по конструктивной схеме двухконтурного двигателя с редуктором. Для снижения технических рисков разработки используется весь НТЗ, накопленный у разработчика. Кроме того, реализуется и опыт, имеющийся и наработанный при создании авиадвигателя ПД-14 на пермском ОАО "Авиадвигатель".

В разработке ПД-30 можно выделить несколько направлений имеющегося НТЗ, используемого при разработке. Так например газогенератор двигателя ПД-30 является модифицированным газогенератором двигателя НК-32 (устанавливается на стратегическом самолете Ту-160 - ред.) второго этапа госиспытаний. Сейчас проводятся испытания газогенератора в термобарокамере ЦИАМ. Всего было изготовлено 38 двигателей НК-32 второго этапа госиспытаний. Сейчас на испытательном стенде ОАО "Кузнецов" находится уже модифицированный газогенератор. Работы по его созданию ведутся совместно с Самарским аэрокосмическим университетом. При модификации базового газогнератора двигателя для обеспечения заявленных параметров предусматривается значительно повысить газодинамические характеристики лопаточных узлов за счет их аэродинамического совершенствования. Модифицированный газогенератор от НК-32 будет иметь достаточно высокую температуру газов перед турбиной - 1750К (на первом этапе госиспытаний НК-32 температура составляла 1635К).

Второй НТЗ, используемый при работах по созданию ПД-30, это редуктор большой мощности. Здесь работа ведется совместно с ЦИАМ, где находится редуктор мощностью 33 тысячи л.с. с подшипниками скольжения, и который имеет КПД примерно 99,4%. Для ПД-30 потребуется редуктор большей мощности. Редукторная схема применима на ПД-30 только по одной причине - чтобы использовать модифицированный базовый газогенератор от двигателя НК-32. К тому же вопрос при проработке стоял так: что лучше: шестиступенчатая турбина или редуктор. Предприятие имеет опыт создания редукторов большой мощности для двигателей НК-12 и НК-93, поэтому было принято наиболее целесообразным выполнить двигатель ПД-30 по редукторной схеме. Редуктор будет иметь мощность порядка 50 тысяч л.с.

Для ПД-30 вновь проектируются турбина низкого давления, компрессор низкого давления, редуктор, однорядный вентилятор, система управления, контроля и диагностики. Мощность от турбины низкого давления передается на привод компрессора низкого давления, и через редуктор на привод вентилятора. Применение редуктора позволяет иметь оптимальные обороты вентилятора и турбины низкого давления и обеспечить передачу мощности на вентилятор валом турбины низкого давления внутри вала турбины среднего давления. Выполнение перспективных норм по шуму может быть обеспечено при окружной скорости вентилятора, не превышающей уровень 340-350 м/с.

Следующий НТЗ - широкохордная пустотелая лопатка вентилятора. Впервые такая лопатка была изготовлена еще в 1985 году по проекту двигателя НК-56, так и оставшемся проектом. В 1999 году велась работа совместно с американской компанией по разработке лопатки для двигателя General Electric GE90. Также были изготовлены лопатки опытной партии, но дальше работы были приостановлены. Однако все разработанные технологии остались в НТЗ ОАО "Кузнецов". На сегодня в России есть технологии и производственные мощности по серийному выпуску пустотелых рабочих лопаток - в настоящее время в Уфе создается завод по прецизионному изготовлению пустотелых лопаток.

Таким образом, на ПД-30 внедряются широкохордные пустотелые рабочие лопатки вентилятора, малоэмиссионная камера сгорания (все вопросы малоэмиссионных камер сгорания отработаны в достаточной мере на камерах сгорания газовых двигателей), редукторная схема двигателя, модифицированный газогенератор на базе газогенератора двигателя НК-32.

Разработчик ПД-30 стремится получить все характеристики современного уровня. Удельный расход топлива на крейсерском режиме полета составит не более 0,54 кг/кгс*час. Это не лучший уровень показателя, но вполне современный. Анализ основных характеристик двигателя ПД-30 и его зарубежных аналогов показывает, что двигатель ПД-30 не обгоняет иностранные аналоги, но находится на их уровне. Однако отработанность его основных конструктивных элементов, минимальность технических рисков позволяют за 4-5 лет создать такой двигатель. Причем стоимость НИОКР составит не десятки млрд рублей, а существенно меньше.

На сегодня по проекту двигателя ПД-30:

выпущена конструкторская документация.

выполнены расчеты на прочность широкохордной пустотелой рабочей лопатки с сотовым наполнителем;

выполнены исследования вибрационной прочности и демпфирующей способности образцов, имитирующих элементы пустотелой лопатки с сотовым наполнителем на вибростенде;

отработана технология изготовления пустотелых лопаток с наполнителем и изготовлено 10 образцов лопаток по разработанной технологии. Образцы прошли испытания на выносливость;

выполнены исследования выносливости и демпфирующей способности полноразмерных пустотелых лопаток;

проработана конструкция альтернативного варианта пустотелой рабочей лопатки с ребром жесткости;

проработана технология изготовления составной пустотелой рабочей лопатки с ребром жесткости.

Применение имеющегося большого НТЗ существенно снижает технические риски создания нового двигателя.

Основные расчетные характеристики двигателя по проекту ПД-30 являются: высота полета 11 км; число М=0,76; тяга двигателя взлетная 29 500 кгс; тяга при отрыве самолета 22 200 кгс; тяга на крейсерском режиме 5 700 кгс. На крейсерском режиме удельный расход топлива 0,535 кг/кгс*час. Степень двухконтурности равна 8,3. Температура газов перед турбиной 1391К (на взлете 1635К). Масса двигателя без реверса 5 140 кг. Диаметр вентилятора в ходе 2950 мм.

Ниже приводятся некоторые сведения об авиадвигателях большой тяги, представленные в докладе.

* - без реверса

Дмитрий Козлов