Как демонстратор передовых технологий не пошел в серию
12 марта в Государственной думе под председательством члена Комитета ГД по обороне Вячеслава Тетекина состоялся «круглый стол» фракции КПРФ на тему «Состояние двигателестроения в Российской Федерации». Публикуем выдержки из основных выступлений.
В ходе «круглого стола» эксперты обсудили общее состояние авиадвигателестроения в России и направления его развития. Однако центральной темой стала оценка ситуации, сложившейся с турбовинтовентиляторным двигателем (ТВВД) НК-93.
Самолет – это прежде всего мотор
Недавно группа депутатов от КПРФ – членов Комитета Государственной думы по обороне (В. И. Бессонов, А. П. Тарнаев, В. Н. Тетекин. – Прим. ред.) побывала в Перми в КБ «Авиадвигатель» у А. А. Иноземцева, посетила Пермский мотостроительный завод. Мы ознакомились с состоянием технологии и производства. Сегодня с открытием «круглого стола» делаем следующий шаг.
Жизнь сейчас все больше перемещается в плоскость авиации. С точки зрения гражданской сферы во главу угла ставятся огромные размеры нашей страны. Это предполагает наличие мощной дальнемагистральной, среднемагистральной и местной авиации. С точки зрения военной все формы боевых действий переместились с суши в воздух и в космос. В настоящее время ключевое значение имеют воздушно-космические средства нападения. Соответственно этому и защита от них должна иметь воздушно-космический характер.
Есть мнение, что основой любого самолета является не планер, а двигатель. Мы постоянно вспоминаем о ведущих авиаконструкторах. Среди них и наши – Туполев, Ильюшин, Яковлев, Микоян, Сухой. Но мало кто знает про конструкторов авиадвигателей. Это неправильно.
Вячеслав Тетекин, член Комитета Государственной думы по обороне
Задержка финансирования – основная сложность
Я участвовал в летных испытаниях НК-93. Возглавлял подготовку летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. На 2005-й была запланирована определенная сумма. В течение этого года мы сделали капитальный ремонт четырех серийных двигателей летающей лаборатории и контрольно-восстановительный ремонт. В 2006-м мы оборудовали летающую лабораторию и были готовы к наземным и летным испытаниям, но случилась авария. Мотор вышел из строя в связи с поломкой турбины, которая приводит в действие насосы в маслосистеме. С ремонтом мы задержались.
Двигатель был отремонтирован силами Самарского научно-технического комплекса (СНТК) имени Кузнецова, и в 2007 году 3 мая мы провели первый полет летающей лаборатории с неработающим двигателем НК-93. Почему с неработающим? Потому что надо было посмотреть обороты авторотации, поведение самолета. Силовая установка довольно тяжелая – больше семи тонн. В первом полете мы фиксировали обороты авторотации. Из-за отсутствия финансирования в том году удалось только поучаствовать в авиасалоне «МАКС-2007», фактически никаких работ не велось.
В 2008 году по договору с СНТК мы возобновили работы, но прошло время, значит, пришлось регламентные работы по носителю выполнять заново. Мы подготовили двигатель, начали наземные испытания. Необходимо было провести прочностные тесты (порядка 30 «гонок»). Их количество определялось тем, что некоторые узлы и маслосистема делались в Казани, а сам двигатель собирался в Самаре. Еще раз повторили полет с остановленным двигателем. Затем с работающим мотором 15 декабря 2008 года совершили полет до четырех километров, проверили режимы НК-93 до 0,4 номинала.
Выпустили отчет, с выводами которого многие знакомы. Как всегда, был выявлен ряд недостатков. У нас вышли из строя некоторые подсистемы. Например, в системе «Фотон» сломались датчики. Финансирование закончилось, и мы остановились в ожидании нового этапа с надеждой, что далее завод в Самаре решит этот вопрос. Последовала переписка между руководителями ЛИИ и самарского завода. Производитель двигателя просил нас подождать.
В то же время начальник нашего института Е. А. Горбунов настаивал на том, чтобы летающая лаборатория не простаивала, была в работе. Как получилось в жизни, вы все знаете. Снятый НК-93 на самолет не вернулся.
Отмечу, что во время летных испытаний мы не имели системы автоматического управления (САУ) двигателями с коррекцией по высоте и скорости полета. Вынуждены были лететь только со стендовой, так она у нас называлась, настройкой системы регулирования. Это означало, что мы испытывали НК-93 на высоте до трех-четырех тысяч метров. В этих условиях двигатель показал себя нормально. Точку, соответствующую тяговорасходным характеристикам стенда, мы в воздухе подтвердили. Она у нас практически совпала. Остальные характеристики получили расчетным способом, в частности для высоты 11 километров.
Николай Донковцев, заместитель начальника отделения ЛИИ имени М. М. Громова
Характеристики совпали с расчетными
Подтверждаю, мы остановились только лишь потому, что у нас не было штатной системы регулирования (стояла демонстрационная САУ). Такое устройство в то время стоило мизерные деньги. Тем не менее мы его не получили. НК-93 с летающей лаборатории был снят не потому, что двигатель был плохой, а потому, что методический совет ЛИИ не разрешил испытательной группе работать дальше без регулятора.
Дмитрий Федорченко, генеральный конструктор ОАО «Кузнецов», может подтвердить или опровергнуть мои слова. Что касается зафиксированных дроссельных характеристик, при тех условиях они практически совпали с расчетными.
Анатолий Кулаков, начальник 3-го отделения ЛИИ имени М. М. Громова
Результаты в стационарных условиях блестящие
По динамике прочности могу сказать, что двигатель превзошел все ожидания. Заложенные технические решения позволили преодолеть внешние трудности, в частности вынужденное использование некондиционной системы регулирования. Фактически мы работали с макетом НК-93, поэтому столкнулись с тем, что были некоторые нерасчетные условия, раскрутка заднего винта, очень тяжелая нагрузка с точки зрения проверки динамики роторной системы. Тем не менее двигатель выдержал летные испытания. С этой точки зрения абсолютно никаких замечаний нет. Кратковременно выходили только на нормативные значения на переменных режимах. Что касается стационарных режимов, то все было блестяще.
Удалось нам оценить влияние косого обдува (несовпадения оси вращения турбины и суммарного набегающего потока, что приводит к дополнительным нагрузкам на ротор двигателя и снижает его ресурс). Это один из моментов, который интересует специалистов в двигателях такого класса. Оказалось, что вентилятор в очень ограниченных условиях до 0,4 полетного режима на высоте двух километров этому подвержен.
Уже не как представитель ЛИИ, а как специалист по моторам аналогичного класса (защищал диплом в ЦАМИ по биротативному двигателю НК-12) хочу прокомментировать известную статью помощника генерального директора ГНЦ ФГУП «ЦИАМ имени П. И. Баранова» Дмитрия Боева. Мне кажется, ему не удалось все-таки расставить все точки над i.
Можно по-разному оценивать нежелание продолжать развитие столь затянувшегося проекта. Естественно, главная причина – это развал страны, ликвидация МАП и отсутствие государственного финансирования проекта, но обиднее всего – отсутствие поддержки в отрасли. Ведь проект на самом деле оказался прорывным.
А как еще можно его квалифицировать, если даже через 30 лет после закладки двигателя мы готовы были показать при испытаниях полноразмерного демонстратора самую высокую в мире экономичность для ТВВД класса 18–20 тонна-сил (тс). Приведу пример сводной характеристики всех двигателей мира. Удельный расход топлива на крейсерском режиме (CR=0,49) у НК-93 не достигнут даже двигателями пятого поколения (40-тонниками). Если бы нам дали долетать, подождали месяца два-три, пока сделали программное обеспечение с макетной САУ, мы продемонстрировали бы самый высокий CR для этого класса двигателей. Учитывая даже недобор КПД, который вполне устраним.
Мы могли показать самую высокую в мире экономичность. Полученный CR=0,22 в стартовых условиях позволял ожидать CR=0,51 в рабочей точке. Цена вопроса – заплатить несколько миллионов рублей за программное обеспечение и подождать два-три месяца. Поэтому прекращение летных испытаний НК-93 № 10, на мой взгляд, было ошибкой. После долгих усилий по доводке десяти полноразмерных опытных экземпляров необходимо было продолжать дело хотя бы до законченного концепта. По меньшей мере его можно было бы предъявить на рынок для работы с инвестором в лице Индии или КНР. Запад никогда не пойдет на совместную разработку конкурирующего двигателя.
Сам проект настолько продвинутый, что даже 30-летняя задержка его реализации по объективным и агрессивно-субъективным причинам оставляет определенные перспективы, тем более что политика относительно отечественных двигателей большой тяги еще в стадии становления. В отличие от разработки газогенератора пятого поколения для двигателей указанного класса достаточно существующий газогенератор четвертого поколения довести до кондиции. Это вполне по силам нашей промышленности.
Непревзойденный редуктор двигателей НК-93 позволяет получить самую высокую в мире экономичность для двигателей с тягой класса 18–25 тс. Это наш козырь. Да, мы завязли. Если не навсегда, то надолго отстали по высоким температурам, но четвертое поколение газогенераторов – вполне освоенная вещь. Получить при умеренной температуре в газогенераторах четвертого поколения самый высокий в мире КПД вполне реально.
Превышение заявленного веса демонстратора представляется исправимым путем замены металла на композитные материалы. Даже в РН «Протон» используется углепластик. Более того, в газогенераторе НК-93 заложена возможность форсирования тяги. Винтовентилятор с лопастями из композитного материала с диаметром 2,9 метра в составе двигателя НК-93 соответствует современным тенденциям. Тем более что малое число ступеней в вентиляторе оптимально по условиям минимизации шума. Все вышеизложенное представляется доводом в пользу реализуемости новых технических решений. Это как раз противоречит выводам и предложениям Дмитрия Боева.
Борис Коровин, ведущий инженер по летным испытаниям, начальник лаборатории
Доводка двигателя возможна
Отвечаю по поводу письма из Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, где дается не вполне комплиментарная оценка нашему двигателю. Хочу внести ясность: срок создания НК-93 не 30, а 20 лет. Двигатель начала 90-х годов минувшего века. Далее – по техническому уровню изделия. Если мы рассмотрим тенденции развития двигателестроения, причем это не мои предложения, а мнение ЦИАМа, то к 2020–2025 годам двигатели данного класса должны иметь двухконтурность 14–18. У НК-93 этот показатель 16. Количество ступеней – 12–14. На НК-93 – 22. Многовато, конечно. Здесь ничего не скажешь. Это технологии, безусловно, ушедшего века.
Есть и другие соображения. Допустим, мы согласны, что напорность вентилятора НК-93 не соответствует современным тенденциям. Сейчас она должна быть 1,4, у НК-93 – 1,22–1,27. Но дело-то не в этом. За 20 лет наука продвинулась. Конечно, в ЦИАМе есть хорошие наработки по газодинамике. Перепроектировать компрессор, имея базовый, на наименьшее количество ступеней вполне возможно. При создании двигателя ПД-14, например, очень большие средства были вложены в так называемые прорывные технологии, в которых активное участие также принимал ЦИАМ. Я не делаю институту больших комплиментов, стараюсь объективно обсудить факты. Технологии ПД-14 должны стать достоянием страны, а не какого-то конкретного двигателя. Таким образом, СНТК и ЦИАМ могли бы доработать НК-93.
Сегодня нет самолета в классе 18 тс, он не проектируется. Но все-таки не двигатель строится для самолета, а самолет под двигатель. Банальный пример – модернизированный нами ракетный двигатель действительно 40-летней давности (70-х годов минувшего века) НК-33. 5 апреля намечен старт американской РН «Антарес», сделанной именно под НК-33. Не кажется ли странным, что 40 лет прошло, а США, одна из технологически развитых стран мира, проектируют специальную ракету?
В том виде, в каком НК-93 находится сейчас, его готовым продуктом назвать нельзя. Это, безусловно, демонстратор, или прототип, или демонстратор прототипа двигателя. Есть исследования, подтверждающие, что при степени двухконтурности 12 реверс тяги целесообразно осуществлять так, как это сделано в НК-93. Мир идет в сторону увеличения двухконтурности.
Необходимо проверить двигатель: будет ли он защищен от выключения в полете? Как станет себя вести система флюгирования, сможет ли она надежно обеспечить защиту от авторотации? Если поворотную лопасть заклинит, какое получится лобовое сопротивление? Конструкция НК-93 должна предусматривать нивелирование лобового сопротивления флюгированием. Пока есть проблемы.
Существуют претензии по превышению заявленного веса и размеров. В первом случае за меня ответил Борис Коровин. Просто отметим, что обсуждаемый двигатель экспериментальный. На испытаниях он был обвешен сотнями килограммов датчиков, стояла подпилонная балка стальная, нештатная, устанавливалось множество других дополнительных систем. Поэтому вопрос веса считаю неактуальным.
Есть резерв для совершенствования. В частности, в ЦИАМе появились прекрасные подшипники скольжения. В редукторе испытывавшегося НК-93 применялись подшипники качения. Кстати, в проект заложено и скольжение. Просто не было соответствующих материалов и перешли на качение, редуктор раздулся. В ЦИАМе также появились великолепные металлокерамические материалы, которые подойдут не только для редуктора, а вообще для всего класса редукторных двигателей.
В свое время германская фирма MTU купила у нас отчет по акустическим характеристикам НК-93 за 600 тысяч марок. Тогда это были весьма неплохие деньги. Это своего рода факт признания наших достижений. Итак, обсуждаемый двигатель служит своеобразным прототипом. Развитие темы авиамоторов со сверхвысокой двухконтурностью до 2025 года необходимо продолжать. Вопрос о сертификации уже не является важным, а вот рассмотренная тематика должна находиться в разработке.
В письме министерства фактически подчеркивается необходимость использования задела по НК-93 для перспективных двигателей больших тяг (30 тс). Они будут иметь такой же диаметр, как и НК-93. Диаметр вентилятора – под три метра. Так я оцениваю техническое совершенство этого авиадвигателя. А направление, безусловно, перспективное для моторов будущего. По оценке ЦИАМа, двигатели 2020–2025 годов по удельному расходу топлива будут на уровне 0,5 килограмма на один килограмм тяги в час (кг/кгс ч). Прогноз для НК-93 по замеренным характеристикам (со слов Бориса Коровина) – на уровне 0,51. Таким образом, с учетом современных разработок в области газовой динамики резервы снижения удельного расхода существенные.
Дмитрий Федорченко, генеральный конструктор ОАО «Кузнецов»
Опубликовано в выпуске № 12 (480) за 27 марта 2013 года