Сотрудничество пермского моторостроительного КБ с фирмой Андрея Туполева началось еще до Великой Отечественной войны. И первой совместной работой стал пассажирский самолет. Это как будто предопределило основное направление пермских моторостроителей - создавать двигатели прежде всего для гражданского воздушного флота. Хотя из этого правила были очень удачные исключения.
 |
Накануне 90-летнего юбилея фирмы "Туполев" и 75-летия совместной работы конструкторских коллективов мы беседуем с генеральным конструктором ОАО "Авиадвигатель" Александром Иноземцевым.
- Основные вехи в развитии сотрудничества двух КБ, как развивалась и укреплялась кооперация?
- Сотрудничество пермских моторостроителей и фирмы Туполева началось давно. Совместными усилиями мы подняли в небо много самолетов. Но я скажу только о тех самолетах и двигателях, которые производились серийно. В первую очередь, это фронтовой бомбардировщик Ту-2 с двигателями А.Д. Швецова АШ-82ФН. Этот самолет широко применялся в последние годы Великой Отечественной войны. А после войны довольно много лет служил в отечественной авиации: и в ВВС, а особенно широко в морской авиации. После Великой Отечественной войны был создан стратегический бомбардировщик Ту-4 с двигателями А.Д. Швецова АШ-73ТК. Этот самолет тоже строился в больших количествах и обеспечил СССР определенный паритет в противостоянии с США. В первую очередь, в отношении средств доставки ядерного оружия к рубежам потенциального противника. В дальнейшем советская авиация переходит на газотурбинное направление. Преемник А.Д. Швецова П.А. Соловьев сумел наладить контакт с А. Н. Туполевым, и на пассажирских самолетах Туполева стали применяться двигатели Соловьева. Это очень интересный эпизод в нашей истории, потому что пермское КБ тогда было как бы на распутье, выбирая путь своего развития. Мы позже других стали серьезно заниматься газотурбинными двигателями, потому что слишком велики были масштабы применения наших двигателей в поршневой авиации. КБ было чем заняться. П.А. Соловьев сумел найти свою нишу, предложив А.Н. Туполеву двухконтурный двигатель. Тогда это было ново и рискованно, но Туполев Соловьева поддержал. Вообще, надо отметить, что А.Н. Туполев активно поддерживал П.А. Соловьева на всем протяжении сотрудничества наших КБ. На самолете Ту-124 был применен двигатель Д-20П. Это был первый двухконтурный двигатель в СССР. Затем последовал самолет Ту-134 с двигателями Д-30, который эксплуатируется до сих пор.
Следующий этап в нашем сотрудничестве - это самолет Ту-154М, модификация самолета Ту-154Б, переоснащенная двигателями Соловьева Д-30КУ-154. Самолет благодаря двигателям получил новые качества, так же, как и Ту-134, очень много лет был основой пассажирского парка гражданской авиации СССР, затем России, других постсоветских и зарубежных государств. Сейчас эра Ту-154М тоже завершается, сокращается эксплуатация этого самолета.
- Как вы оцениваете сотрудничество ОАО "Авиадвигатель" и ОАО "Туполев" в период новой истории в процессе создания и эксплуатации самолетов семейства Ту-204 и Ту-214?
- Самолет Ту-204 был одной из последних советских разработок в области гражданской авиации. На этих самолетах был применен двигатель нового поколения ПС-90А. Ту-204 был призван сменить Ту-154М и занять его нишу. Но новый авиалайнер был больше, и дальность его была выше. Получился очень удачный самолет. Благодаря слаженной работе в сложные 90-е годы мы успели сертифицировать и двигатель ПС-90А, и исходную версию самолета Ту-204. Это было отличное сотрудничество. У меня и моих коллег сложились прекрасные отношения с главным конструктором Ту-204 Л. А. Лановский, главным конструктором Ту-214 Ю.В. Воробьевым, с нынешними главными конструкторами Ту-204 О. Ю. Алашеевым, Ту-214 И.С. Кабатововым, с легендарным главным двигателистом фирмы Туполева В.М. Вулем, его преемником А.В. Пемовым. Теперь мы очень тесно сотрудничаем с О. П. Мининым. Эффективному сотрудничеству с туполевцами очень помогает личная дружба с президентом ОАО "Туполев" А.П. Бобрышевым. Со всеми этими людьми было очень интересно и приятно работать. Хотя проблем было и остается много.
Следует отметить, что Ту-204 успели сделать в СССР, а вот его модификации Ту-214 и Ту-204-300 создавались и сертифицировались уже в более сложные времена. Совместное желание "Туполева" и "Авиадвигателя" все-таки создать очередной продукт и предложить его рынку сыграло решающую роль. Мы сумели вместе преодолеть все трудности, и теперь самолеты созданы, сертифицированы и находятся в эксплуатации. К сожалению, они не получили достаточного тиражирования, произведены в очень малом количестве, всего несколько десятков. Так получилось по макроэкономическим или системным причинам, не зависящим от нас. И сейчас строятся единичные экземпляры этих самолетов. Ту-204 фактически не строятся, Ту-214 - единицы и только для специальных целей. Надо отметить, что Ту-214 используются СЛО "Россия" для перевозки государственных лиц. Это говорит о том, что статус самолета и его надежность признаны на самом высоком уровне. СЛО "Россия" — обладатель самого большого парка самолетов с двигателями ПС-90А.
Сотрудничество наших фирм на этом не закончилось. В настоящее время проходит летные сертификационные испытания самолет Ту-204СМ с двигателями ПС-90А2. Ту-204СМ - это глубокая модернизация самолета Ту-204, а ПС-90А2 - это глубокая модернизация двигателя ПС-90А, направленные на повышение конкурентоспособности самолета и его систем ППО. За время проведения испытаний мы не получили от летчиков серьезных замечаний или претензий к нашему двигателю.
- Какие новые конструктивные решения и технологии применены при создании двигателей семейства ПС-90А?
- Исходный ПС-90А на момент его создания был двигателем нового, четвертого, поколения. Он был первым отечественным авиационным двигателем с большой степенью двухконтурности. Для гражданской авиации это было ново. Наша страна в те годы значительно отстала от западных конкурентов в области гражданского двигателестроения, и ПС-90А был призван этот разрыв как минимум сократить. И он это сделал.
На ПС-90А реализована предельная степень двухконтурности, при которой еще оптимален двигатель со смешением потоков наружного и внутреннего контура. Для ПС-90А характерны высокие параметры термодинамического цикла: степень сжатия воздуха и температура газа перед турбиной. Параметры были на тот момент также весьма прогрессивны, что обеспечило ПС-90А хороший, конкурентный удельный расход топлива и конкурентную массу двигателя. По этим показателям наш двигатель не уступает ни одному двигателю своего поколения.
Какие новые на тот момент конструктивные решения и материалы были применены? Во-первых, литье рабочих лопаток турбины методом направленной кристаллизации. Для того времени это было достижением. Во-вторых, следует отметить новые гранульные сплавы в дисковых деталях турбины. В целом, в конструкции были применены самые перспективные из существовавших в то время материалов. Впервые была применена FADEC - двухканальная цифровая электронная САУ электронного цифрового регулятора с полной ответственностью. Впервые в СССР эта система была применена на гражданском двигателе. Это позволило усовершенствовать цифровой обмен с бортом, точней устанавливать режимы полета, что давало возможность экономить топливо, выбирать оптимальные профили полета по сравнению с гидромеханической системой управления. Отличительной чертой ПС-90А стала развитая система диагностики.
Широкое применение звукопоглощающих конструкций позволило самолетам Ту-204/214 с ПС-90А соответствовать действовавшим тогда нормам Главы 3 ИКАО по шуму на местности. Затем систему звукопоглощения мы модернизировали, и теперь самолеты с двигателями ПС-90А соответствуют более новым, жестким нормам Главы 4 ИКАО по шуму.
Камера сгорания, также благодаря тщательной доводке, обеспечила соответствие двигателя всем нормам того времени по выбросам вредных веществ, включая окислы азота, в атмосферу. Она также со временем была модернизирована, и теперь двигатель ПС-90А соответствует ужесточенным нормам 2008 года.
Говоря о новых решениях, я перечислю те, которые применены в двигателе ПС-90А2. За счет них он и превосходит базовый ПС-90А.
Итак, использование монокристаллических лопаток ТВД первой и второй ступени из сплава ЖС36. Это уже не литье направленной кристаллизации, а монокристаллическое литье.
Использование керамического теплозащитного покрытия на рабочих и сопловых лопатках ТВД.
Гранульный сплав ЭП741НП с уменьшением размеров гранул для дисков ТВД. Жаропрочный интерметаллидный сплав ВКНА для статорных деталей ТВД.
Хочу подчеркнуть, что все новые материалы и технологии производства полностью отечественные, разработки "ВИАМ", "ВИЛС", "ПМЗ" и др.
Применение принципов малоэмиссионного горения в камере сгорания.
Применение двухслойных звукопоглощающих конструкций из угле- и стеклопластиков в мотогондоле, Т.е., и в ПС-90А, и в ПС-90А2 наше КБ все шире применяет композитные конструкции вместо металлических. Это значительно снижает массу двигателя.
Корпус вентилятора ПС-90А2 удерживает рабочую лопатку, оборвавшуюся под корень. Корпус вентилятора ПС-90А удерживал только надполочную часть. Такой результат достигнут благодаря применению многослойной композитной конструкции с заданными характеристиками.
Применены новые электронные САУ и БСКД. Это означает новые принципы регулирования, новые законы управления, современная элементная база, что позволяет сделать работу автоматики более надежной.
- Что нового в системе послепродажного обслуживания и поддержки эксплуатации пермских моторов?
- Надо отметить, что ПС-90А - это первый отечественный двигатель, который эксплуатируется по второй стратегии управления ресурсами, т.е. без ограничения межремонтного ресурса двигателя, без ограничения ресурса до первого ремонта и назначенного ресурса двигателя. Нормируются только назначенные ресурсы основных деталей в полетных циклах. Это общепринятая мировая практика. Все современные двигатели, включая ПС-90А, эксплуатируются до предотказного состояния. Но чтобы это состояние не превратилось в отказное, двигатель должен быть идеологически и конструктивно спроектирован так, чтобы позволять надежно оценивать его состояние. ПС-90А создан именно так.
Современная система эксплуатации требует развитой системы диагностики двигателя. ПС-90А соответствует этим требованиям. Система диагностики ПС-90А разнонаправлена: это параметрическая диагностика, трибодиагностика, визуальная и инструментальная диагностика.
Параметрическая диагностика. Двигатель ПС-90А оснащен большим количеством датчиков и сигнализаторов, показания которых частично выводятся на приборы в кабине экипажа, а также полностью регистрируются бортовыми системами. У экипажа есть свои средства оценить в полете состояние двигателя. А дальнейшая наземная обработка поступившей информации позволяет оценить состояние двигателя более точно, выдать сообщения по поводу каких-то потенциальных неисправностей, отклонений для того, чтобы специалисты могли принять решение о методе устранения этой неисправности и о дальнейшей судьбе двигателя. Параметрическая диагностика ПС-90А развита достаточно хорошо.
Трибодиагностика - это контроль элементов маслосистемы, состояния смазочного масла, продуктов износа, которые могут в нем содержаться. Для обеспечения самой возможности проведения трибодиагностики двигатель должен быть оснащен достаточным количеством контрольных элементов, пробоотборников и т.д. Должны быть развитые методы анализа, в авиакомпаниях и на аэродромах должна быть соответствующая аппаратура для анализа масла и металлических частиц, которые в нем находятся. Все это у нас тоже есть, и трибодиагностика очень хорошо нам помогает в оценке состояния двигателей.
Система визуальных осмотров также предполагает некоторые особенности конструкции. Двигатель должен быть оснащен достаточным количеством легкодоступных и легкосъемных лючков, через которые можно осматривать двигатель изнутри и принимать решения о состоянии его деталей и узлов.
Иногда мы применяем инструментальную диагностику, основанную на разных физических явлениях. Чаще всего это ультразвуковой контроль, вихретоковый контроль, реже люминесцентный контроль. Этот тип диагностики позволяет нам выявлять достаточно интересные факты о состоянии деталей двигателя и уверенно его эксплуатировать.
Все перечисленные типы диагностики проводятся в условиях эксплуатации.
В последние годы очень облегчился процесс передачи информации, фото- и видеоизображений с помощью цифровой аппаратуры. Сегодня мы имеем возможность в режиме онлайн получать всю необходимую информацию для принятия решений по двигателю.
Теперь несколько слов об обслуживании двигателей нашими специалистами. Практически во всех авиакомпаниях есть представители управления поддержки заказчика "Пермского моторного завода" В некоторых компаниях работают и представители "Авиадвигателя". При необходимости они оперативно выезжают, выполняют ремонт или замену того или иного агрегата и т.д. Судя по отзывам эксплуатирующих организаций, они довольны отношением пермяков к своей работе и к своим двигателям, оперативностью. Желают только, чтобы ТО было бы поменьше, пореже и подешевле.
- Сегодня пермское КБ - головной разработчик семейства двигателей на базе унифицированного газогенератора для авиации, энергетики и транспорта газа. Базовым двигателем нового семейства станет ПД-14. Расскажите, пожалуйста, подробнее об этом проекте.
- Цель Проекта "Двигатели для самолетов МС-21" - создание российского коммерческого двигателя для наиболее емкой ниши мировой гражданской (коммерческой, магистральной) авиации - ближнее - среднемагистральных самолетов пассажировместимостью 130…180 мест, который будет конкурентоспособен с перспективными зарубежными двигателями аналогичного назначения, вводимыми в эксплуатацию в 2014…2016 гг., по техническим характеристикам и экономической эффективности.
По сравнению с современными серийными авиационными двигателями: российским ПС-90А (Ил-96, Ту-204, Ил-76) и франко-российским SaM146 (SSJ-100) при разработке ПД-14 сделан качественный рывок в основных параметрах, в том числе: по степени двухконтурности (в 2 раза), температуре газа перед турбиной (на 100 К), суммарной степени сжатия в компрессоре (на 20…50 %). Все это обеспечивает снижение удельного расхода топлива на 12…16 % и соответствие перспективным экологическим требованиям по шуму и эмиссии вредных веществ.
Указанный рывок обеспечивается применением передовых технологий проектирования.
Нашими партнерами в короткий срок освоены новые уникальные технологии изготовления деталей и узлов нового двигателя:
Технология изготовления пустотелой титановой рабочей лопатки вентилятора (осваивается на УМПО) позволяет снизить массу детали на 30%, что дает суммарное снижение массы двигателя на 8-10%. Внедрение на "Пермском моторном заводе" технологии изготовления монокристаллических рабочих лопаток турбины из сплавов нового поколения с защитным керамическим покрытием второго поколения позволило поднять температуру газа перед турбиной до 2000 К. Технология изготовления деталей мотогондолы и двигателя из полимерных композиционных материалов (до 65% деталей мотогондолы (по массе) из ПКМ) снижает общую массу силовой установки на 7…8%. С целью обеспечения ресурсных характеристик и последующей сертификации двигателя c применением 3-й стратегии управления ресурсом впервые в российском двигателестроении развернута работа по созданию банка механических характеристик конструкционных материалов, применяемых в двигателе.
ПД-14 конкурирует с перспективными продуктами аналогичного назначения лидеров мирового авиадвигателестроения: двигателями PW1400G (самолет МС-21) и PW1100G (самолет А320NEO) компании Pratt & Whitney, а также двигателями Leap-1А (самолет А320NEO) и Leap-1В (самолет В737 МАХ) консорциума CFMI (компании General Electric и Snecma).
По заключению ГНЦ РФ ФГУП "ЦИАМ им. П.И. Баранова" двигатель ПД-14 не уступает конкурентам по сумме технико-экономических параметров. Комплексная оценка экономической эффективности двигателя ПД-14 в составе самолета МС-21, выполненная ОАО "НПК "Иркут", показала, что двигатель ПД-14 конкурентоспособен в сравнении с двигателем PW1400G.
Необходимо подчеркнуть, что все конструкторские наработки и технологические решения могут быть использованы в перспективных программах создания газотурбинных двигателей различного назначения.
Сегодня Проект двигателя "Двигатели для МС-21"находится на этапе разработки рабочей конструкторской документации, по которой начнется изготовление опытных двигателей для проведения для стендовых, сертификационных и летных испытаний.
Этому предшествовали несколько важных этапов проекта:
- Разработка научно-технического задела проекта, который позволил спроектировать узлы и системы двигателя с использованием самых передовых технологических и конструкторских достижений в авиационном двигателестроении;
Разработка, освоение производства и проведение квалификации новых материалов и сплавов с самыми передовыми свойствами, без которых невозможно создать двигатель с конкурентоспособными характеристиками;
Изготовление опытных узлов двигателя и исследование их характеристик на специальных стендах;
Изготовление и проведение испытаний опытных газогенераторов (газогенератор - это основа, ядро авиационного двигателя);
Изготовление и испытание двигателя демонстратора технологий на котором были проверены основные идеи, заложенные в проекте.
Задачи проекта чрезвычайно амбициозны и сложны, цена ошибки крайне велика, поэтому для его технической реализации были привлечены наиболее дееспособные двигателестроительные ресурсы России. Это ОАО "Пермский моторный завод", ОАО "НПО "Сатурн", ОАО "УМПО", ОАО "НПП "Мотор", ОАО "Инкар", ФГУП "НПЦ газотурбостроения "Салют". Вкладываются значительные федеральные средства в технологическое переоснащение этих предприятий.
К участию в Проекте привлечены и профильные институты: ГНЦ РФ ФГУП "ЦИАМ им. П.И. Баранова", ФГУП "ВИАМ", ОАО "ВИЛС", ОАО "ЛИИ им. Громова", ФГУП "ЦАГИ им. Жуковского" и др.
В настоящее время ведутся работы по выпуску конструкторской документации, в т.ч. на оборудование летающей лаборатории для начала летных испытаний, высотных стендов ЦИАМ, увеличивается количество изготовленных опытных узлов, газогенераторов, все интенсивнее идут испытания.
Последовательно решается глобальная российская проблема отсутствия серийного производства специализированных деталей и узлов авиационного двигателестроения из полимерных конструкционных материалов. В рамках создания семейства двигателей на базе унифицированного газогенератора создана промышленная лаборатория разработки технологии и изготовления деталей из ПКМ на базе пермского национального исследовательского технического университета.
Проекты такого масштаба и сложности невозможно реализовать без широкого применения передовых информационных технологий и оборудования:
- создания и использования для сложных расчетов вычислительных кластеров;
трехмерного проектирования деталей и узлов двигателя с использованием цифровых безбумажных технологий;
создания двигателя в кооперации с другими предприятиями с реализацией, впервые в практике отечественного двигателестроения, полнофункционального территориально распределенного ведения электронного проекта двигателя;
обмена конструкторскими данными между предприятиями - соисполнителями в системе Teamcenter Multisite Collaboration;
широкого применения видеоконференцсвязи при проведении организационных и технических совещаний.
- Рассматривается ли перспектива оснащения самолетов Ту-204СМ двигателями ПД-14М? Ведутся ли работы в этом направлении, на каком этапе они находятся?
- Работа по привязке двигателя ПД-14М к самолету Ту-204СМ в настоящее время не ведется. При определенных условиях, двигатель ПД-14М возможно установить на самолете Ту-204СМ, но при этом потребуется провести серьезный объем работ по модернизации самолета и его систем, а также выполнить доработку самого двигателя для обеспечения его интеграции на самолете. После чего предстоит провести цикл сертификационных испытаний двигателя и самолета. Весь перечисленный объем работ потребует значительных финансовых затрат, и работа по замене двигателя на самолете целесообразна при большой заинтересованности экслуатантов в данном варианте самолета. Тем не менее, этот двигатель входит в семейство двигателей ПД-14 и рассматривается нами в перспективном бизнес-плане.
- Что Вы хотите пожелать ОАО "Туполев" в преддверии юбилея?
- 90 лет - это очередная веха на пути развития, активного движения вперед, к передовым технологиям, новым амбициозным проектам. От имени пермских моторостроителей желаю коллективу ОАО "Туполев" больших творческих и производственных успехов! Здоровья, благополучия и процветания на долгие годы!
Виктор Осипов
