Разработка базового двигателя стимулирует развитие отечественной промышленности и науки

Цель проекта «Двигатель ПД-14 для самолета МС-21» – создать семейство коммерческих двигателей для ближне- и среднемагистральных самолетов пассажировместимостью от 130 до 180 мест. Двигатели перспективного семейства по техническим характеристикам и экономической эффективности должны конкурировать с зарубежными аналогами.

Сверхзадача проекта – в кратчайший период устранить технологическое отставание России в газотурбинном двигателестроении. Кроме того, в ходе его реализации решаются задачи:

В пресс-службе «Объединенной двигателестроительной корпорации» отметили, что двигатель ПД-14, предназначенный для новейшего российского авиалайнера МС-21, в ходе испытаний подтверждает заявленные характеристики. Об этом сообщает RNS.

В пресс-службе «Объединенной двигателестроительной корпорации» отметили, что двигатель ПД-14, предназначенный для новейшего российского авиалайнера МС-21, в ходе испытаний подтверждает заявленные характеристики. Об этом сообщает RNS.

По словам представителей ОДК, сегодня можно уверенно сказать, что по ряду параметров двигатель ПД-14 опережает западные аналоги. Речь идет о выбросе в атмосферу загрязняющих веществ, уровне шума и т.д.

Испытания ПД-14 идут в соответствии с ранее составленным графиком проведения опытно-конструкторских работ. В настоящее время продолжаются стендовые испытания в термобарокамерах научно-исследовательского института ЦИАМ и испытания в составе летающей лаборатории.

Проект ПД-14 - это целое семейство авиационных силовых агрегатов с тягой от 9 до 18 тонн. Этот двигатель является основным для новейшего авиалайнера МС-21. Более мощные модификации можно будет устанавливать на тяжелые машины, в том числе Ил-96. На его базе планируется изготовить современный вертолетный двигатель. Также он найдет применение на газоперекачивающих станциях и других объектах.

Разработчиком ПД-14 является пермский завод «Авиадвигатель», а производителем - «ОДК-Пермские моторы». Работы над ним стартовали еще в 2008 году. За это время удалось создать по-настоящему передовой продукт.

Фото: irkut.com/Пресс-служба корпорации «Иркут»

Для этого проекта было создано 15 новых технологий и 20 уникальных композитных материалов. В разработке и испытаниях двигателя принимают участие все ведущие предприятия авиационного двигателестроения России.

Новый двигатель, как отметили и в пресс-службе ОДК, обладает уникальными характеристиками. В частности, у него на 10-15% меньше расход топлива по сравнению с зарубежными аналогами. Благодаря этому примерно на 15% удастся снизить эксплуатационные расходы и стоимость жизненного цикла. Также ПД-14 отличается высокой надежностью.

Одновременно с испытаниями проходит процесс сертификации. Речь идет не только о российских, но и западных стандартах. Серийный выпуск двигателя ПД-14 начнется в 2018 году. В год будет выпускаться по 20-30 единиц. Стоимость проекта оценивается в 70 миллиардов рублей.

Проект ПД-14 - большое событие для отечественного авиационного двигателестроения. Его реализация продемонстрирует серьезные возможности российской промышленности.

Макет двигателя ПД-14 / Фото: avid.ru

30 октября 2015 года начались испытания новейшего российского авиационного двигателя ПД-14 на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. Это событие исключительной важности. По достоинству оценить его значение помогут 10 любопытных фактов о турбореактивных двигателях вообще и о ПД-14 в частности.

1. Достижение человечества

Турбореактивный двигатель (ТРД) - одно из главных технических достижений человечества, которое можно поставить в один ряд с изобретением колеса, паруса, паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, ракетного двигателя и атомного реактора. Именно благодаря ТРД наша планета вдруг стала маленькой и уютной. Любой человек может за считанные часы комфортно и безопасно добраться до самого отдаленного ее уголка.

По статистике лишь один полет из 8 млн заканчивается аварией с гибелью людей. Даже если вы будете каждый день садиться на случайный рейс, вам понадобится 21 000 лет, чтобы погибнуть в авиакатастрофе. Согласно статистике, ходить пешком во много раз опаснее, чем летать. И все это во многом благодаря потрясающей надежности современных авиадвигателей.

2. Чудо техники

А ведь ТРД - крайне сложное устройство. В наиболее трудных условиях работает его турбина. Ее важнейший элемент - лопатка, с помощью которой кинетическая энергия газового потока преобразуется в механическую энергию вращения. Одна лопатка, а их в каждой ступени авиационной турбины насчитывается около 70, развивает мощность, равную мощности двигателя автомобиля «Формулы-1», а при частоте вращения порядка 12 тыс. оборотов в минуту на нее действует центробежная сила, равная 18 тоннам, что равняется нагрузке на подвеску двухэтажного лондонского автобуса.

Схема двигателя ПД-14 / Изображение: vtbrussia.ru

Но и это еще не все. Температура газа, с которым соприкасается лопатка, почти равна половине температуры на поверхности Солнца. Эта величина на 200 °С превышает температуру плавления металла, из которого изготавливается лопатка. Представьте себе такую задачу: требуется не дать растаять кубику льда в печи, нагретой до 200 °С. Конструкторы умудряются решить проблему охлаждения лопатки с помощью внутренних воздушных каналов и специальных покрытий. Неудивительно, что одна лопатка стоит в восемь раз дороже серебра. Для создания только этой небольшой детали, которая помещается в ладони, необходимо разработать более десятка сложнейших технологий. И каждая из этих технологий оберегается как важнейшая государственная тайна.

3. Технологии ТРД важнее атомных секретов

Кроме отечественных компаний, только фирмы США (Pratt & Whitney, General Electric, Honeywell), Англии (Rolls-Royce) и Франции (Snecma) владеют технологиями полного цикла создания современных ТРД. То есть государств, производящих современные авиационные ТРД, меньше, чем стран, обладающих ядерным оружием или запускающих в космос спутники. Многолетние усилия Китая, к примеру, до сих пор так и не привели к успеху в этой области. Китайцы быстро скопировали и оснастили собственными системами российский истребитель Су-27, выпуская его под индексом J-11. Однако скопировать его двигатель АЛ-31Ф им так и не удалось, поэтому Китай до сих пор вынужден закупать этот уже давно не самый современный ТРД в России.

4. ПД-14 - первый отечественный авиадвигатель 5-го поколения

Прогресс в авиадвигателестроении характеризуется несколькими параметрами, но одним из главных считается температура газа перед турбиной. Переход к каждому новому поколению ТРД, а всего их насчитывают пять, характеризовался ростом этой температуры на 100-200 градусов. Так, температура газа у ТРД 1-го поколения, появившихся в конце 1940-х годов, не превышала 1150 °К, у 2-го поколения (1950-е гг.) этот показатель вырос до 1250 °К, в 3-м поколении (1960-е гг.) этот параметр поднялся до 1450 °К, у двигателей 4-го поколения (1970-1980 гг.) температура газа дошла до 1650 °К. Лопатки турбин двигателей 5-го поколения, первые образцы которых появились на Западе в середине 90-х, работают при температуре 1900 °К. В настоящее время в мире только 15% двигателей, находящихся в эксплуатации, относятся к 5-му поколению.

Одна лопатка авиационной турбины развивает мощность, равную мощности двигателя автомобиля «Формулы-1»

Увеличение температуры газа, а также новые конструктивные схемы, в первую очередь двухконтурность, позволили за 70 лет развития ТРД добиться впечатляющего прогресса. К примеру, отношение тяги двигателя к его массе увеличилось за это время в 5 раз и для современных моделей дошло до 10. Степень сжатия воздуха в компрессоре увеличилась в 10 раз: с 5 до 50, при этом число ступеней компрессора уменьшилось вдвое - в среднем с 20 до 10. Удельный расход топлива современных ТРД сократился вдвое по сравнению с двигателями 1-го поколения. Каждые 15 лет происходит удвоение объема пассажирских перевозок в мире при почти неизменных совокупных затратах топлива мировым парком самолетов.

ПД-14 разрабатывался для российского среднемагистрального самолета МС-21 / Фото: ПАО «ОАК»

В настоящее время в России производится единственный гражданский авиадвигатель 4-го поколения - ПС-90. Если сравнивать с ним ПД-14, то у двух двигателей схожие массы (2950 кг у базовой версии ПС-90А и 2870 кг у ПД-14), габариты (диаметр вентилятора у обоих 1,9 м), степень сжатия (35,5 и 41) и взлетная тяга (16 и 14 тс).

При этом компрессор высокого давления ПД-14 состоит из 8 ступеней, а ПС-90 - из 13 при меньшей суммарной степени сжатия. Степень двухконтурности у ПД-14 вдвое выше (4,5 у ПС-90 и 8,5 у ПД-14) при том же диаметре вентилятора. В итоге удельный расход топлива в крейсерском полете у ПД-14 упадет, по предварительным оценкам, на 15% по сравнению с существующими двигателями: до 0,53-0,54 кг/(кгс·ч) против 0,595 кг/(кгс·ч) у ПС-90.

5. ПД-14 - первый авиадвигатель, созданный в России после распада СССР

Когда Владимир Путин поздравлял российских специалистов с началом испытаний ПД-14, он сказал, что последний раз подобное событие в нашей стране произошло 29 лет назад. Скорее всего, имелось в виду 26 декабря 1986 года, когда состоялся первый полет Ил-76ЛЛ по программе испытаний ПС-90А.

Советский Союз был великой авиационной державой. В 1980-е годы в СССР работали восемь мощнейших авиадвигательных ОКБ. Зачастую фирмы конкурировали друг с другом, поскольку существовала практика давать одно и то же задание двум ОКБ. Увы, времена изменились. После развала 1990-х годов пришлось собирать все отраслевые силы, чтобы осуществить проект создания современного двигателя. Собственно, формирование в 2008 году ОДК (Объединенной двигателестроительной корпорации), со многими предприятиями которой активно сотрудничает банк ВТБ, и имело целью создание организации, способной не только сохранить компетенции страны в газотурбостроении, но и конкурировать с ведущими фирмами мира.

Головным исполнителем работ по проекту ПД-14 является ОКБ «Авиадвигатель» (Пермь), которое, кстати, разрабатывало и ПС-90. Серийное производство организуется на Пермском моторном заводе, но детали и комплектующие будут изготавливаться по всей стране. В кооперации участвуют Уфимское моторостроительное производственное объединение (УМПО), НПО «Сатурн» (Рыбинск), НПЦГ «Салют» (Москва), «Металлист-Самара» и многие другие.

6. ПД-14 - двигатель для магистрального самолета XXI века

Одним из самых удачных проектов в области гражданской авиации СССР был среднемагистральный самолет Ту-154. Выпущенный в количестве 1026 шт., он долгие годы составлял основу парка «Аэрофлота». Увы, время идет, и этот трудяга уже не отвечает современным требованиям ни по экономичности, ни по экологии (шум и вредные выбросы). Главная слабость Ту-154 - двигатели 3-го поколения Д-30КУ с высоким удельным расходом топлива (0,69 кг/(кгс·ч).

Государств, производящих современные авиационные ТРД, меньше, чем стран, обладающих ядерным оружием

Пришедший на смену Ту-154 среднемагистральный Ту-204 с двигателями 4-го поколения ПС-90 в условиях распада страны и свободного рынка не смог выдержать конкуренцию с зарубежными производителями даже в борьбе за отечественных авиаперевозчиков. Между тем сегмент среднемагистральных узкофюзеляжных самолетов, в котором господствуют Boeing-737 и Airbus 320 (только в 2015 году их было поставлено авиакомпаниям мира 986 шт.), - самый массовый, и присутствие на нем - необходимое условие сохранения отечественного гражданского самолетостроения. Таким образом, в начале 2000-х годов была выявлена острая необходимость создания конкурентоспособного ТРД нового поколения для среднемагистрального самолета на 130-170 мест. Таким самолетом должен стать МС-21 (Магистральный самолет XXI века), разрабатываемый Объединенной авиастроительной корпорацией. Задача невероятно сложная, поскольку конкуренцию с Boeing и Airbus не выдержал не только Ту-204, но и ни один другой самолет в мире. Именно под МС-21 и разрабатывается ПД-14. Удача в этом проекте будет сродни экономическому чуду, но подобные начинания - единственный способ для российской экономики слезть с нефтяной иглы.

7. ПД-14 - базовый проект для семейства двигателей

Буквы «ПД» расшифровываются как перспективный двигатель, а число 14 - тяга в тонна-силах. ПД-14 - это базовый двигатель для семейства ТРД тягой от 8 до 18 тс. Бизнес-идея проекта состоит в том, что все эти двигатели создаются на основе унифицированного газогенератора высокой степени совершенства. Газогенератор - это сердце ТРД, которое состоит из компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины. Именно технологии изготовления этих узлов, прежде всего так называемой горячей части, являются критическими.

30 октября 2015 года начались испытания новейшего российского авиационного двигателя ПД-14 на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ / Фото: ОАО «Авиадвигатель»

Семейство двигателей на базе ПД-14 позволит оснастить современными силовыми установками практически все российские самолеты: от ПД-7 для ближнемагистрального «Сухой Суперджет 100» до ПД-18, который можно установить на флагман российского самолетостроения - дальнемагистральный Ил-96. На базе газогенератора ПД-14 планируется разработать вертолетный двигатель ПД-10В для замены украинского Д-136 на самом большом в мире вертолете Ми-26. Этот же двигатель можно использовать и на российско-китайском тяжелом вертолете, разработка которого уже началась. На базе газогенератора ПД-14 могут быть созданы и так необходимые России газоперекачивающие установки и газотурбинные электростанции мощностью от 8 до 16 МВт.

8. ПД-14 - это 16 критических технологий

Для ПД-14, при ведущей роли Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ), головного НИИ отрасли и ОКБ «Авиадвигатель», было разработано 16 критических технологий: монокристаллические лопатки турбины высокого давления с перспективной системой охлаждения, пустотелая широкохордная лопатка вентилятора из титанового сплава, благодаря которой удалось повысить КПД вентиляторной ступени на 5% в сравнении с ПС-90, малоэмиссионная камера сгорания из интерметаллидного сплава, звукопоглощающие конструкции из композиционных материалов, керамические покрытия на деталях горячей части, полые лопатки турбины низкого давления и др.

ПД-14 и в дальнейшем будет совершенствоваться. На МАКС-2015 уже можно было увидеть созданный в ЦИАМ прототип широкохордной лопатки вентилятора из углепластика, масса которой составляет 65% от массы пустотелой титановой лопатки, применяемой сейчас. На стенде ЦИАМ можно было видеть и прототип редуктора, которым предполагается оснастить модификацию ПД-18Р. Редуктор позволит снизить обороты вентилятора, благодаря чему, не привязанный к оборотам турбины, он будет работать в более эффективном режиме. Предполагается поднять на 50 °К и температуру газа перед турбиной. Это позволит увеличить тягу ПД-18Р до 20 тс, а удельный расход топлива сократить еще на 5%.

9. ПД-14 - это 20 новых материалов

При создании ПД-14 разработчики с самого начала сделали ставку на отечественные материалы. Было ясно, что российским компаниям ни при каких условиях не предоставят доступ к новым материалам зарубежного производства. Здесь ведущую роль сыграл Всероссийский институт авиационных материалов (ВИАМ), при участии которого для ПД-14 разработано порядка 20 новых материалов.

Но создать материал - полдела. Иногда российские металлы превосходят по качеству зарубежные, но для их использования в гражданском авиадвигателе необходима сертификация по международным нормам. Иначе двигатель, как бы он ни был хорош, не допустят к полетам за пределами России. Правила тут очень строги, поскольку речь идет о безопасности людей. То же самое относится и к процессу изготовления двигателя: предприятиям отрасли требуется сертификация по нормам Европейского агентства авиационной безопасности (ЕASA). Все это заставит повысить культуру производства, а под новые технологии необходимо провести перевооружение отрасли. Сама разработка ПД-14 проходила по новой, цифровой технологии, благодаря чему уже 7-й экземпляр двигателя был собран в Перми по технологии серийного производства, в то время как раньше опытная партия изготовлялась в количестве до 35 экземпляров.

Разработка современного двигателя занимает в 1,5-2 раза больше времени, чем разработка самолета

ПД-14 должен вытащить на новый уровень всю отрасль. Да что говорить, даже летающая лаборатория Ил-76ЛЛ после нескольких лет простоя нуждалась в дооснащении оборудованием. Нашлась работа и для уникальных стендов ЦИАМ, позволяющих на земле имитировать условия полета. В целом же проект ПД-14 сохранит для России более 10 000 высококвалифицированных рабочих мест.

10. ПД-14 - первый отечественный двигатель, который напрямую конкурирует с западным аналогом

Разработка современного двигателя занимает в 1,5-2 раза больше времени, чем разработка самолета. С ситуацией, когда двигатель не успевает к началу испытаний самолета, для которого он предназначен, авиастроители сталкиваются, увы, регулярно. Вот и выкатка первого экземпляра МС-21 состоится в начале 2016 года, а испытание ПД-14 только начались. Правда, в проекте с самого начала предусматривалась альтернатива: заказчики МС-21 могут выбирать между ПД-14 и PW1400G компании Pratt & Whitney. Именно с американским двигателем МС-21 и уйдет в первый полет, и именно с ним ПД-14 предстоит конкурировать за место под крылом.

Широкохордные пустотелые титановые лопатки вентилятора - одна из критических технологий ПД-14 / Фото: Рамиль Ситдиков

По сравнению с конкурентом, ПД-14 несколько уступает в экономичности, но зато он легче, имеет заметно меньший диаметр (1,9 м против 2,1), а значит, и меньшее сопротивление. И еще одна особенность: российские специалисты сознательно пошли на некоторое упрощение конструкции. Базовый ПД-14 не использует редуктор в приводе вентилятора, а также не применяет регулируемое сопло внешнего контура, у него ниже температура газа перед турбиной, что упрощает достижение показателей надежности и ресурса. Поэтому двигатель ПД-14 дешевле и, по предварительным оценкам, потребует меньших затрат на техническое обслуживание и ремонт. Кстати, в условиях падения цен на нефть именно более низкие эксплуатационные расходы, а не экономичность становятся схемообразующим фактором и главным конкурентным преимуществом авиадвигателя. В целом прямые эксплуатационные расходы МС-21 с ПД-14 могут быть на 2,5% ниже, чем у версии с американским двигателем.

На сегодняшний день заказано 175 МС-21, из них 35 - с двигателем ПД-14.

При написании материала использовались данные сайтов ПАО «ОАК», ОАО «Авиадвигатель», РИА Новости.

Осенью 2015 года начались испытания новейшего российского авиационного двигателя ПД-14 на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. Это событие особой важности. По достоинству оценить его значение помогут 10 фактов о турбореактивных двигателях вообще и о ПД-14 в частности.

1. Достижение человечества

Турбореактивный двигатель (ТРД) - одно из главных технических достижений человечества, которое можно поставить в один ряд с изобретением колеса, паруса, паровой машины, двигателя внутреннего сгорания, ракетного двигателя и атомного реактора. Именно благодаря ТРД наша планета вдруг стала маленькой и уютной. Любой человек может за считанные часы комфортно и безопасно добраться до самого отдаленного ее уголка.

Магистральный самолет 21 века - первая выкатка >>

По статистике лишь один полет из 8 миллионов заканчивается аварией с гибелью людей. Даже если вы будете каждый день садиться на случайный рейс, вам понадобится 21 000 лет, чтобы погибнуть в авиакатастрофе. Согласно статистике, ходить пешком во много раз опаснее, чем летать. И все это во многом благодаря потрясающей надежности современных авиадвигателей.

2. Чудо техники

А ведь ТРД - крайне сложное устройство. В наиболее трудных условиях работает его турбина. Ее важнейший элемент - лопатка, с помощью которой кинетическая энергия газового потока преобразуется в механическую энергию вращения. Одна лопатка, а их в каждой ступени авиационной турбины насчитывается около 70, развивает мощность, равную мощности двигателя автомобиля «Формулы-1», а при частоте вращения порядка 12 тыс. оборотов в минуту на нее действует центробежная сила, равная 18 тоннам, что равняется нагрузке на подвеску двухэтажного лондонского автобуса.

Но и это еще не все: температура газа, с которым соприкасается лопатка, почти равна половине температуры на поверхности Солнца. Эта величина на 200 °C превышает температуру плавления металла, из которого изготавливается лопатка. Представьте себе такую задачу: требуется не дать растаять кубику льда в печи, нагретой до 200 °C. Конструкторы умудряются решить проблему охлаждения лопатки с помощью внутренних воздушных каналов и специальных покрытий. Неудивительно, что одна лопатка стоит в восемь раз дороже серебра. Для создания только этой небольшой детали, которая помещается в ладони, необходимо разработать более десятка сложнейших технологий. И каждая из этих технологий оберегается как важнейшая государственная тайна.

3. Технологии ТРД важнее атомных секретов

Кроме отечественных компаний, только фирмы США (Pratt & Whitney, General Electric, Honeywell), Англии (Rolls-Royce) и Франции (Snecma) владеют технологиями полного цикла создания современных ТРД. То есть государств, производящих современные авиационные ТРД, меньше, чем стран, обладающих ядерным оружием или запускающих в космос спутники.

Конкурент МС-21 - китайский авиалайнер C919 впервые поднялся в небо >>

Многолетние усилия Китая, к примеру, до сих пор так и не привели к успеху в этой области. Китайцы быстро скопировали и оснастили собственными системами российский истребитель Су-27, выпуская его под индексом J-11. Однако скопировать его двигатель АЛ-31Ф им так и не удалось, поэтому Китай до сих пор вынужден закупать этот уже давно не самый современный ТРД в России.

4. ПД-14 - первый отечественный авиадвигатель 5-го поколения

Прогресс в авиадвигателестроении характеризуется несколькими параметрами, но одним из главных считается температура газа перед турбиной. Переход к каждому новому поколению ТРД, а всего их насчитывают пять, характеризовался ростом этой температуры на 100-200 градусов. Так, температура газа у ТРД 1-го поколения, появившихся в конце 1940-х годов, не превышала 1150 °К, у 2-го поколения (1950-е гг.) этот показатель вырос до 1250 °К, в 3-м поколении (1960-е гг.) этот параметр поднялся до 1450 °К, у двигателей 4-го поколения (1970-1980 гг.) температура газа дошла до 1650 °К. Лопатки турбин двигателей 5-го поколения, первые образцы которых появились на Западе в середине 90-х, работают при температуре 1900 °К. В настоящее время в мире только 15% двигателей, находящихся в эксплуатации, относятся к 5-му поколению.

Увеличение температуры газа, а также новые конструктивные схемы, в первую очередь двухконтурность, позволили за 70 лет развития ТРД добиться впечатляющего прогресса. К примеру, отношение тяги двигателя к его массе увеличилось за это время в 5 раз и для современных моделей дошло до 10. Степень сжатия воздуха в компрессоре увеличилась в 10 раз: с 5 до 50, при этом число ступеней компрессора уменьшилось вдвое - в среднем с 20 до 10. Удельный расход топлива современных ТРД сократился вдвое по сравнению с двигателями 1-го поколения. Каждые 15 лет происходит удвоение объема пассажирских перевозок в мире при почти неизменных совокупных затратах топлива мировым парком самолетов.

Статус программы самолета МС-21 >>

В настоящее время в России производится единственный гражданский авиадвигатель 4-го поколения - ПС-90. Если сравнивать с ним ПД-14, то у двух двигателей схожие массы (2950 кг у базовой версии ПС-90А и 2870 кг у ПД-14), габариты (диаметр вентилятора у обоих 1,9 м), степень сжатия (35,5 и 41) и взлетная тяга (16 и 14 тс).

При этом компрессор высокого давления ПД-14 состоит из 8 ступеней, а ПС-90 - из 13 при меньшей суммарной степени сжатия. Степень двухконтурности у ПД-14 вдвое выше (4,5 у ПС-90 и 8,5 у ПД-14) при том же диаметре вентилятора. В итоге удельный расход топлива в крейсерском полете у ПД-14 упадет, по предварительным оценкам, на 15% по сравнению с существующими двигателями: до 0,53-0,54 кг/(кгс·ч) против 0,595 кг/(кгс·ч) у ПС-90.

5. ПД-14 - первый авиадвигатель, созданный в России после распада СССР

Когда Владимир Путин поздравлял российских специалистов с началом испытаний ПД-14, он сказал, что последний раз подобное событие в нашей стране произошло 29 лет назад. Скорее всего, имелось в виду 26 декабря 1986 года, когда состоялся первый полет Ил-76ЛЛ по программе испытаний ПС-90А.

Советский Союз был великой авиационной державой. В 1980-е годы в СССР работали восемь мощнейших авиадвигательных ОКБ. Зачастую фирмы конкурировали друг с другом, поскольку существовала практика давать одно и то же задание двум ОКБ. Увы, времена изменились. После развала 1990-х годов пришлось собирать все отраслевые силы, чтобы осуществить проект создания современного двигателя. Собственно, формирование в 2008 году ОДК (Объединенной двигателестроительной корпорации), со многими предприятиями которой активно сотрудничает банк ВТБ, и имело целью создание организации, способной не только сохранить компетенции страны в газотурбостроении, но и конкурировать с ведущими фирмами мира.

Головным исполнителем работ по проекту ПД-14 является ОКБ «Авиадвигатель» (Пермь) , которое, кстати, разрабатывало и ПС-90. Серийное производство организуется на Пермском моторном заводе, но детали и комплектующие будут изготавливаться по всей стране. В кооперации участвуют Уфимское моторостроительное производственное объединение (УМПО), НПО «Сатурн» (Рыбинск) , НПЦГ «Салют» (Москва), «Металлист-Самара» и многие другие.

6. ПД-14 - двигатель для магистрального самолета XXI века

Одним из самых удачных проектов в области гражданской авиации СССР был среднемагистральный самолет Ту-154. Выпущенный в количестве 1026 шт., он долгие годы составлял основу парка «Аэрофлота». Время идет, и этот трудяга уже не отвечает современным требованиям ни по экономичности, ни по экологии (шум и вредные выбросы). Главный недостаток Ту-154 - двигатели 3-го поколения Д-30КУ с высоким удельным расходом топлива (0,69 кг/(кгс·ч).

Пришедший на смену Ту-154 среднемагистральный Ту-204 с двигателями 4-го поколения ПС-90 в условиях распада страны и свободного рынка не смог выдержать конкуренцию с зарубежными производителями даже в борьбе за отечественных авиаперевозчиков. Между тем сегмент среднемагистральных узкофюзеляжных самолетов, в котором господствуют Боинг-737 и Аэрбас 320 (только в 2015 году их было поставлено авиакомпаниям мира 986 шт.), - самый массовый, и присутствие на нем - необходимое условие сохранения отечественного гражданского самолетостроения. Таким образом, в начале 2000-х годов была выявлена острая необходимость создания конкурентоспособного ТРД нового поколения для среднемагистрального самолета на 130-170 мест. Таким самолетом должен стать МС-21 (Магистральный самолет XXI века) , разрабатываемый Объединенной авиастроительной корпорацией. Задача невероятно сложная, поскольку конкуренцию с Боинг и Аэрбас не выдержал не только Ту-204 , но и ни один другой самолет в мире. Именно под МС-21 и разрабатывается ПД-14. Удача в этом проекте будет сродни экономическому чуду, но подобные начинания - единственный способ для российской экономики слезть с нефтяной иглы.

7. ПД-14 - базовый проект для семейства двигателей

Буквы «ПД» расшифровываются как перспективный двигатель, а число 14 - тяга в тонна-силах. ПД-14 - это базовый двигатель для семейства ТРД тягой от 8 до 18 тс. Бизнес-идея проекта состоит в том, что все эти двигатели создаются на основе унифицированного газогенератора высокой степени совершенства. Газогенератор - это сердце ТРД, которое состоит из компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины. Именно технологии изготовления этих узлов, прежде всего так называемой горячей части, являются критическими.

Семейство двигателей на базе ПД-14 позволит оснастить современными силовыми установками практически все российские самолеты: от ПД-7 для ближнемагистрального «Сухой Суперджет 100» до ПД-18, который можно установить на флагман российского самолетостроения - дальнемагистральный Ил-96. На базе газогенератора ПД-14 планируется разработать вертолетный двигатель ПД-10 В для замены украинского Д-136 на самом большом в мире вертолете Ми-26. Этот же двигатель можно использовать и на российско-китайском тяжелом вертолете, разработка которого уже началась. На базе газогенератора ПД-14 могут быть созданы и так необходимые России газоперекачивающие установки и газотурбинные электростанции мощностью от 8 до 16 МВт.

8. ПД-14 - это 16 критических технологий

Для ПД-14, при ведущей роли Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ), головного НИИ отрасли и ОКБ «Авиадвигатель», было разработано 16 критических технологий: монокристаллические лопатки турбины высокого давления с перспективной системой охлаждения, работоспособные при температуре газа до 2000 °К, пустотелая широкохордная лопатка вентилятора из титанового сплава, благодаря которой удалось повысить КПД вентиляторной ступени на 5% в сравнении с ПС-90, малоэмиссионная камера сгорания из интерметаллидного сплава, звукопоглощающие конструкции из композиционных материалов, керамические покрытия на деталях горячей части, полые лопатки турбины низкого давления и др.

ПД-14 и в дальнейшем будет совершенствоваться. На МАКС-2015 уже можно было увидеть созданный в ЦИАМ прототип широкохордной лопатки вентилятора из углепластика, масса которой составляет 65% от массы пустотелой титановой лопатки, применяемой сейчас. На стенде ЦИАМ можно было видеть и прототип редуктора, которым предполагается оснастить модификацию ПД-18Р. Редуктор позволит снизить обороты вентилятора, благодаря чему, не привязанный к оборотам турбины, он будет работать в более эффективном режиме. Предполагается поднять на 50 °К и температуру газа перед турбиной. Это позволит увеличить тягу ПД-18Р до 20 тс, а удельный расход топлива сократить еще на 5%.

9. ПД-14 - это 20 новых материалов

При создании ПД-14 разработчики с самого начала сделали ставку на отечественные материалы. Было ясно, что российским компаниям ни при каких условиях не предоставят доступ к новым материалам зарубежного производства. Здесь ведущую роль сыграл , при участии которого для ПД-14 разработано порядка 20 новых материалов.

Но создать материал - полдела. Иногда российские металлы превосходят по качеству зарубежные, но для их использования в гражданском авиадвигателе необходима сертификация по международным нормам. Иначе двигатель, как бы он ни был хорош, не допустят к полетам за пределами России. Правила тут очень строги, поскольку речь идет о безопасности людей. То же самое относится и к процессу изготовления двигателя: предприятиям отрасли требуется сертификация по нормам Европейского агентства авиационной безопасности (ЕASA). Все это заставит повысить культуру производства, а под новые технологии необходимо провести перевооружение отрасли. Сама разработка ПД-14 проходила по новой, цифровой технологии, благодаря чему уже 7-й экземпляр двигателя был собран в Перми по технологии серийного производства, в то время как раньше опытная партия изготовлялась в количестве до 35 экземпляров.

ПД-14 должен поднять на новый уровень всю отрасль . Да что говорить, даже летающая лаборатория Ил-76ЛЛ после нескольких лет простоя нуждалась в дооснащении оборудованием. Нашлась работа и для уникальных стендов ЦИАМ, позволяющих на земле имитировать условия полета. В целом же проект ПД-14 сохранит для России более 10 000 высококвалифицированных рабочих мест.

10. ПД-14 - первый отечественный двигатель, который напрямую конкурирует с западным аналогом

Разработка современного двигателя занимает в 1,5-2 раза больше времени, чем разработка самолета. С ситуацией, когда двигатель не успевает к началу испытаний самолета, для которого он предназначен, авиастроители сталкиваются регулярно. Вот и выкатка первого экземпляра МС-21 состоится в начале 2016 года, а испытание ПД-14 только начались. Правда, в проекте с самого начала предусматривалась альтернатива: заказчики МС-21 могут выбирать между ПД-14 и PW1400G компании Pratt & Whitney . Именно с американским двигателем и уйдет в первый полет, и именно с ним ПД-14 предстоит конкурировать за место под крылом.

По сравнению с конкурентом, ПД-14 несколько уступает в экономичности, но зато он легче, имеет заметно меньший диаметр (1,9 м против 2,1), а значит, и меньшее сопротивление. И еще одна особенность: российские специалисты сознательно пошли на некоторое упрощение конструкции. Базовый ПД-14 не использует редуктор в приводе вентилятора, а также не применяет регулируемое сопло внешнего контура, у него ниже температура газа перед турбиной, что упрощает достижение показателей надежности и ресурса. Поэтому двигатель ПД-14 дешевле и, по предварительным оценкам, потребует меньших затрат на техническое обслуживание и ремонт. Кстати, в условиях падения цен на нефть именно более низкие эксплуатационные расходы, а не экономичность становятся схемообразующим фактором и главным конкурентным преимуществом авиадвигателя. В целом прямые эксплуатационные расходы МС-21 с ПД-14 могут быть на 2,5% ниже, чем у версии с американским двигателем.

На сегодняшний день заказано 175 МС-21, из них 35 - с двигателем ПД-14.

Текст: Леонид Ситник

Цель проекта «Двигатель ПД-14 для самолета МС-21» – создать семейство коммерческих двигателей для ближне- и среднемагистральных самолетов пассажировместимостью от 130 до 180 мест. Двигатели перспективного семейства по техническим характеристикам и экономической эффективности должны конкурировать с зарубежными аналогами.

Сверхзадача проекта – в кратчайший период устранить технологическое отставание России в газотурбинном двигателестроении. Кроме того, в ходе его реализации решаются задачи:

• реструктуризации одной из стратегических отраслей промышленности – авиационного двигателестроения путем вовлечения в проект всех ведущих предприятий, разделения зон ответственности с учетом их сильных сторон и перехода к программно-проектному управлению, соответствующему практике ведущих мировых производителей авиационной техники;
• создания новейших отечественных материалов и технологий металлургии, а также полимерных композиционных материалов и технологий их производства.

Основа кооперации

Идея создания российского авиационного двигателя нового поколения родилась в недрах моторостроительного конструкторского бюро ОАО «Авиадвигатель» в начале 2000-х годов.

Долго и тщательно изучались тенденции развития и технический уровень мировых лидеров двигателестроения, анализировался рынок самолетов и авиаперевозок для правильного выбора диапазона тяги будущего двигателя. С учетом агрессивной экспансии на российский рынок авиатехники иностранного производства новый двигатель должен не только превосходить перспективные зарубежные аналоги по своим техническим характеристикам, но и обеспечивать конкурентоспособность новых российских лайнеров по экономичности, экологическим характеристикам, стоимости летного часа. А для серийного производителя – приемлемую себестоимость изготовления. Учитывая технологическое отставание авиапрома от мирового уровня первого десятилетия 2000-х годов, задача не из легких.

Приступая к разработке нового двигателя, мы понимали, что создать конкурентоспособный продукт силами одной конструкторской школы невозможно. Поэтому изначально проект задумывался как интеграция сильных сторон всех двигателестроительных предприятий и научно-исследовательских институтов Российской Федерации.

Основная бизнес-идея проекта – разработать отечественный современный эффективный газогенератор высокой степени технического совершенства с параметрами, позволяющими на его базе создать семейство двигателей различных мощностей, которые могут быть установлены на разных видах летательных аппаратов и использованы в наземных установках – газоперекачивающих агрегатах и электростанциях. Газогенератор – самый сложный и высоконапряженный узел двигателя, определяющий его конкурентоспособность и стоимость изготовления. Унификация данного узла позволяет обеспечить его массовое изготовление для производства двигателей разного применения и значительно сократить себестоимость каждой из будущих модификаций. Кроме того, материалы, технологии проектирования, испытаний, доводки и производства газогенератора не могут быть импортированы из-за рубежа, ибо всегда являются охраняемым ноу-хау страны, тайной за семью печатями, так как существенным образом определяют место государства в мировой табели о рангах (именно поэтому производство горячей части двигателя SAM146 сосредоточено во Франции).

Идея была поддержана всеми двигателестроительными предприятиями и авиационными научно-исследовательскими институтами. В 2006 году протокол о намерениях по совместной реализации проекта создания семейства авиационных двигателей нового поколения для гражданской авиации на базе унифицированного газогенератора подписали ОАО «Авиадвигатель», ОАО «ПМЗ», ЦИАМ, «Салют», НПО «Сатурн», УМПО, НПП «Мотор», ОАО «МПП им. Чернышева», ОАО «Климов». Руководители предприятий решили объединить усилия для разработки конкурентоспособного двигателя с целью обеспечить российскому авиапрому условия для возвращения России статуса авиационной державы. Этот документ заложил основы будущей кооперации.

Инициатива двигателистов была поддержана правительством РФ. В 2008 году после национализации двигателестроительных активов началось государственное финансирование проекта создания базового двигателя, который получил название ПД-14. Головным исполнителем проекта и получателем бюджетных средств стало ОАО «УК «ОДК», головным разработчиком – пермское конструкторское бюро ОАО «Авиадвигатель». В разработке двигателя участвуют:

• все ведущие отечественные предприятия авиадвигателестроения – ОАО «ПМЗ», ОАО «УМПО», ОАО «НПП «Мотор», ОАО «НПО «Сатурн», ФГУП «НПЦГ «Салют», ОАО «СТАР»;
• отраслевые институты – ЦИАМ, ЦАГИ, ВИАМ, ВИЛС;
• институты Российской академии наук – ИПСМ, ИМСС УрО РАН.

Ключевые вехи

ПД-14 – турбореактивный двухконтурный двигатель тягой 14 тонн, предназначенный для использования на вводимых в эксплуатацию в 2017 году перспективных ближне- и среднемагистральных самолетах МС-21 на 130–180 пассажирских мест. Работы по созданию двигателя ПД-14 ведутся синхронно с работами по созданию самолета МС-21, разрабатываемого Объединенной авиастроительной корпорацией за счет средств бюджета РФ.

Реализация проекта «Двигатель ПД-14 для самолета МС-21» осуществляется с использованием Gate-технологии. После каждого этапа разработки ОАО «Авиадвигатель» организует проведение экспертизы достигнутых результатов со стороны двигателистов, ученых, самолетостроителей, государства, заказчиков – так называемые контрольные рубежи. В качестве экспертов привлекаются высококвалифицированные специалисты отраслевых ведомств, НИИ, ОАК, ОДК. Это дает возможность консолидировать и учесть мнения всех заинтересованных сторон, избежать ошибок, своевременно внести коррективы в конструкцию двигателя и организацию процесса разработки, тем самым минимизируя финансовые затраты и сокращая сроки. Решение задач проекта осуществляется в комплексе Business&Technical («Бизнес и техническая часть»).

Впервые разработка двигателя ведется «на заданную себестоимость» – стоимостные параметры учитываются при определении конструктивного облика двигателя, технологий его изготовления и обслуживания.

При разработке конструкции двигателя ставка сделана на проверенные временем классические конструктивные решения, которые в сочетании с использованием современных технологий проектирования и испытаний дают качественно новые характеристики готовому изделию. В двигателе широко используются новые российские титановые и никелевые суперсплавы, позволяющие обеспечить необходимые параметры. По сравнению с лучшими российскими ТРДД (SaM146, ПС-90А, ПС-90А2) и зарубежными аналогами (CFM56, V2500) сделан качественный скачок в повышении основных параметров, обеспечивающий снижение удельного расхода топлива двигателя ПД-14 на 12–16 процентов.

Использование полимерных композиционных материалов позволяет внедрить современные технологии шумоглушения и снизить массу двигателя. Доля композиционных материалов в конструкции мотогондолы достигает 60–70 процентов. Всего в двигателе используется порядка двадцати наименований новых материалов.

Выделены 16 ключевых технологий, которые обеспечивают качество изготовления и высокую эффективность производства двигателей. Данные технологии, к сожалению, отсутствовали в двигателестроении РФ. Сегодня предприятия, участвующие в реализации проекта, успешно осваивают и внедряют эти технологии, что само по себе является большим шагом вперед для инновационного развития страны и создания в России наукоемких рабочих мест.

В 2012 году двигатель-демонстратор технологий (ДДТ) прошел комплекс стендовых испытаний. Их основная цель – продемонстрировать готовность заложенных в двигатель конструктивных и технологических решений – успешно достигнута. ДДТ показал хорошие результаты по термодинамике, акустике и эмиссии – лучшие, чем у современных аналогов, продемонстрировал результативность использованных технологий.

Для подтверждения летной годности ПД-14 осуществляется специальная квалификация материалов (полуфабрикатов), применяемых в двигателе. Формируется банк данных характеристик материалов, подтверждающих то, что эти материалы имеют необходимый уровень конструкционной прочности. Испытания образцов материалов ведутся в новых, современных, аккредитованных АР МАК лабораториях ОАО «Авиадвигатель», ЦИАМ и ВИАМ. Для сокращения сроков испытаний материалов в «Авиадвигателе» построен не имеющий аналогов в мире роботизированный комплекс изготовления образцов.

При разработке двигателя ПД-14 и внедрении новых технологий учитываются интересы будущих заказчиков, тех, кто будет заниматься его эксплуатацией.

Целенаправленная работа по снижению себестоимости изготовления, затрат на техническое обслуживание и ремонт, обеспечению стабильности характеристик и высокой надежности двигателя, его топливной эффективности, снижению массы, шума и эмиссии вредных веществ гарантирует низкую стоимость жизненного цикла двигателя.

При реализации проекта параллельно с проектированием двигателя решаются вопросы создания современной и удобной для потребителей системы послепродажного обслуживания – максимально приближенной к клиенту ремонтно-технической базы, удобных логистических схем, предоставления наилучших гарантий и сервиса – всего того, что в связи с относительно малым количеством эксплуатирующихся самолетов отечественного производства полностью отсутствует и вызывает справедливые нарекания авиаперевозчиков.

Достигнутые на сегодня результаты дают нам уверенность, что ПД-14 будет конкурентоспособным не только по техническим характеристикам, но и по стоимости летного часа.

Весной 2013-го состоялось значимое событие для проекта – подана заявка в АР МАК на получение сертификата типа двигателя ПД-14, а в конце года проект выйдет на этап международной сертификации в EАSА.

В 2014 году будут начаты испытания двигателя ПД-14 на летающей лаборатории Ил-76 в ЛИИ имени Громова.

Реализация проекта «Двигатель ПД-14 для МС-21» на базе широкой кооперации двигателестроительных предприятий и НИИ позволяет обеспечить высокую эффективность использования бюджетных средств. Государственные деньги вкладываются не только в разработку конкретного наукоемкого современного продукта – двигателя ПД-14, но и в реальное внедрение современных технологий проектирования, испытаний и производства, позволяющих существенно преодолеть технологическое отставание отечественного авиапрома и создать базу для его дальнейшего развития. Во-первых, есть гарантия, что эти технологии будут реально использованы при производстве востребованного конкурентоспособного продукта – двигателя ПД-14. Во-вторых, бюджетные деньги вкладываются в сильные стороны предприятий. Это минимизирует их риски освоения новых компетенций – опираясь на свой практический опыт, они могут предупредить возможные ошибки и неудачи. В-третьих, поскольку участие в кооперации «отвлекает» только часть производственных мощностей предприятий, сохраняя их возможность получать доходы от реализации других продуктов, ни для одного кооперанта не возникает угрозы существенной потери прибыли на этапе первичных, всегда очень ограниченных по объему продаж двигателей и самолетов.