Создание авиамоторов собственного производства позволит отечественной авиапромышленности выйти на новый качественный уровень. Современный авиационный газотурбинный двигатель ПД 14 является лучшей разработкой, в сравнении с предыдущими аналогами, выпущенными в последние годы. В конструкцию силового агрегата турбовентиляторного типа входит вентилятор большого диаметра. Это необходимо для подачи в двигатель воздуха в больших количествах. Воздушная струя создает условия для создания необходимого тягового усилия.

Устройство и принцип действия двигателя ПД 14

Внутреннее строение авиамоторов напоминает по конструкции ракетные модели. При этом вместо последних ступеней здесь установлен привод вентилятора. Авиационный двигатель ПД 14, как и все существующие механизмы, обладает определенными преимуществами и недостатками.

Основные достоинства ПД 14:

1. Повышенная экономичность (расход топлива уменьшен на 12-16%).
2. Возможность широкого применения в самолетах, работающих на маршрутах различной дальности.
3. Совместимость с различными моделями самолетов, выпущенных ранее.
4. Оснащение системой шумопоглощения, обладающей высокой эффективностью.

К имеющимся недостаткам относятся следующие факторы:

1. Большой вес.
2. Габариты.

Это создает большое сопротивление набегающим воздушным потокам при полетах.

В сравнении с классическими авиадвигателями отечественного производства, выпущенными ранее, ПД-14 обладает многочисленными конструктивными отличиями и улучшенными техническими характеристиками.

Чаще всего его сравнивают с мотором ПС-90А, который установлен на самолетах ИЛ-76, ТУ-14. В сравнении с предыдущей моделью, новый силовой агрегат более технологичен, имеет больше возможностей, увеличены основные рабочие показатели:

• степень двухконтурности – вдвое;
• температура газа у входа в турбину – на 100°К;
• степень сжатия топлива – на 20-50%.

Двигатель ПД 14 технические характеристики

Представленные характеристики двигателя ПД 14 позволяют понять, насколько данная модель опережает своих предшественников по техническим параметрам и эксплуатационным возможностям. Это позволило существенно увеличить длительность эксплуатационного срока силового агрегата. На примере военно-транспортного самолета ИЛ 76 с установленным ПД-14, видно, насколько улучшены характеристики данного воздушного судна:

1. Увеличена дальность полета до 4,8 тыс. км с нагрузкой, равной 6 000 кг; до 10,9 тыс. км – без нагрузки, соответственно.
2. Снижено потребление топлива на 13% из расчета на 1 км пути.
3. Увеличение максимальной скорости до 800 км/час.

Новости о перспективных разработках двигателя ПД 14

С целью снижения общего веса, при проектировании применена новая технология, предусматривающая создание турбинных лопастей в виде пустотелых конструкций. Для их изготовления используются специальные титановые сплавы повышенной прочности. Применение данных технологий привело к уменьшению массы лопастей на 30%, а всего авиамотора – на 10% соответственно.

Коллектив Пермского моторного завода приступил к производству рабочих лопаток для турбин с использованием монокристаллов. Благодаря данному подходу, рабочая температура газов возрастает до 2000°К. В планы разработчиков новых авиационных моторов входит использование большого количества композитных полимеров. Это позволит не только снизить вес двигателя, но и улучшить его прочностные характеристики при работе в условиях значительных перегрузок.

На основе новых авиационных реактивных двигателей создаются современные модели самолетов. Самая известная разработка – магистральный лайнер МС-21.

Благодаря созданию двигателя ПД 14, будет выпущена линейка новейших самолетов, которые будут выполнять рейсы различной степени дальности: от пролетов на внутренних линиях до дальних рейсов. В зависимости от назначения использования, конструкция 14-го двигателя позволяет устанавливать его как на пассажирских, так и на транспортных моделях.

Сила тяги мотора равна 14 тонн. Это дает возможность оснащать двигателем модели ПД 14 такие модели самолетов, как:

• МС-21-200;
• МС-21-300;
• МС21-400;
• ИЛ-214;
• ИЛ-76.

По последним данным, на базе двигателя ПД 14 создается более мощный ПД-18, агрегат данной модификации развивает силу тяги, равную 18 тонн. Новый усиленный мотор предположительно предназначен для самолетов ИЛ-96, ТУ-214. На данный момент они комплектуются устаревшей моделью ПС-90А.

В перспективе будет создан авиационный мотор облегченной версии, рассчитанный на тягу в 10 тонн для установки в самолетах типа «Суперджет» вместо французских двигателей.

Для знаменитых транспортных вертушек МИ-26 создается мотор особой конструкции, выполненный в вертолетном варианте.

Судя по отзывам осведомленных специалистов, вопреки некоторым ожиданиям, выпуск ТУ 334 с двигателем ПД 14 не предусмотрен.

Подготовка к серийному производству двигателей ПД 14

Данные самолетные моторы относятся к двигателям пятого поколения. Главный серийный производитель – объединенная двигательная корпорация «ОДК – Пермские моторы». Здесь подходит к завершению подготовка производства новой продукции. Благодаря постоянному взаимодействия с проверенными надежными поставщиками, механические цеха моторного завода наладили производство более трехсот наименований рабочих элементов для двигателей ПД 14.

Заказчиком современных самолетных авиамоторов является научная корпорация под названием «Иркут».

Каждый двигатель ПД-14 имеет порядковый номер, после сборки он подвергается индивидуальным проверкам конкретных параметров. Для этого создаются специальные стенды с условиями, имитирующими полетный цикл.

Например, после успешного стендового тестирования двигатель №7 устанавливался на летающую лабораторию «ИЛ-76ЛЛ» для последующих летных испытаний. По окончании первого этапа двигатель был демонтирован с самолета. Затем его отправили на завод-изготовитель, где он был разобран на отдельные узлы, с целью проведения дальнейших исследований. После повторной сборки мотор №7 снова проверялся на стендах для последующей установки на Ил-76ЛЛ и проведения новых воздушных испытаний.

Для двигателя ПД-14, выпущенного под №8, предусмотрена другая программа инженерных испытаний. Здесь тестирование проходило на специальном стенде открытого типа «Сатурн». Двигатель устойчиво работал при боковом обдуве. Параллельно проводились испытания реверса и акустических параметров силового агрегата.

Также заводом-изготовителем предусмотрена программа техобслуживания выпускаемой продукции после реализации.

Помимо сборки, на базе завода-изготовителя осуществляется переборка ПД-14, а также модернизация производственных мощностей с целью подготовки их к выпуску авиамоторов в больших количествах. Производственные цеха переоснащаются специализированным оборудованием. Большие надежды возлагаются на приобретение обрабатывающих центров универсального типа, при помощи которых возможно изготовление корпусных узлов и деталей сверхсложной конфигурации.

Программой сборки супермощных авиационных двигателей ПД-14 предусмотрено создание производственной поточной линии, способной обеспечить выпуск до 50 комплектов сборочных узлов в течение одного года.

Испытательные стенды для проверки работоспособности современных авиамоторов предполагается полностью модернизировать.

В соответствии с разработанной программой, планируется создать на основе двигателя ПД-14 целое семейство новых моделей авиационных моторов, обладающих тягой в диапазоне 12,5 – 18 тонн. Эти мощные двигатели будут устанавливаться на самолетах как пассажирского, так и транспортного назначений. В перспективе предполагается выпуск суперлайнера МС 21 с авиадвигателем ПД 14, который находится в плановой разработке корпорации Иркут.

Как сообщается в статье «Vers le PD-14 et au-dela», опубликованной в журнале Air&Cosmos, до конца 2018 года АО «Объединенная двигателестроительная корпорация» (ОДК) поставит первую партию двигателей ПД-14 для пассажирского самолета нового поколения МС-21. Об этом сообщил генеральный директор КБ «Авиадвигатель» Александр Иноземецев. Кроме того, у этого двигателя будет модификация, предназначенная для вертолета Ми-28.

Самая интересная ниша для нового двигателя с точки зрения выручки и объемов – это двигатель для самолета средней дальности. Для этого сегмента был создан ПД-14 и он активно развивается. Другой нишей, которая меньше c точки зрения количества, но сопоставима с точки зрения выручки – это двигатели для широкофюзеляжных самолетов большой дальности. Для них разрабатывается двигатель ПД-35. Третья ниша – это турбовинтовые и турбореактивные двигатели мощностью 1500-3000 л.с. для региональных самолетов и вертолетов. Здесь будет создан ПДВ (перспективный двигатель вертолетный), чья концепция в настоящее время разрабатывается. По словам Иноземцева, возможно, через два года что-то по этой теме представит КБ Климова.

ОДК может разделить работы между различными моторостроительными компаниями и тем самым снизить расходы на программу. Каждое предприятие выпускает свою номенклатуру деталей. Эта производственная модель применяется и к ПД-14. Ответственным за программу в целом, проект камеры сгорания и газогенератора является АО «ОДК-Авиадвигатель» в Перми. «ОДК-Сатурн» в Рыбинске отвечает за вентилятор и компрессор низкого давления. «ОДК-УМПО» - за турбину низкого давления и сопло, в то время как «ОДК-СТАР» в Перми отвечает за систему управления двигателем. По той же схеме распределено и серийное производство между предприятиями «ОДК-Пермь», «ОДК-УМПО», «ОДК-Сатурн», ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют», а окончательная сборка будет вестись в Перми.

Двигатель ПД-14 с тягой 14 тонн является первым гражданским турбореактивным двигателем, созданным в России в постсоветский период, если не считать SaM-146, созданный совместно с французами.

ПД-14 является двухконтурным двигателем со степенью двухконтурности 8,5. По словам Иноземцева, ПЛ-14 не хуже иностранных конкурентов, а именно редукторного двигателя PW1000G и CFMI Leap-1. При этом преимуществом ПД-14 является сниженная температура газов на входе в турбину (на 60-80 градусов). При этом имеются потери в тяге, но получается экономия в ходе эксплуатации. По заявлению представителей Корпорации «Иркут», издержки двигателя на 2,5-3% ниже его конкурентов.

Горячая часть двигателя состоит из восьмиступенчатого компрессора и степенью сжатия 17, камеры сгорания и двухступенчатой турбины. Холодная часть состоит из вентилятора, трехступенчатого компрессора низкого давления и шестиступенчатой турбины низкого давления. Гондола двигателя на 65% состоит из композитов.

Работы по ПЛ-14 начались 10 лет назад, когда в 2008 году российское правительство выделило 15 млрд руб. (450 млн евро по курсу того времени) для ведения НИОКР по новому двигателю. Первый прототип газогенератора 100ГГ-01 совершил первые прокрутки на земле в 2010 году, в первый комплектный демонстратор двигателя впервые заработал 9 июня 2012 года.

30 октября 2015 года двигатель 100-07 совершил первый полет на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. Двигатель прошел на через два этапа испытаний. В ходе первого по состоянию на 4 марта 2016 года двигатель наработал 22 часа и 22 минуты в ходе 16 полетов. В ходе другого этапа с 11 октября 2016 года по 30 марта 2017 года в ходе восьми полетов он наработал 26 часов 31 минуту.

28 декабря 2017 года Ил-76ЛЛ совершил первый полет с новым двигателем 100-11, этот экземпляр предназначен для сертификации. С начала апреля 2018 года Ил-76ЛЛ с двигателем 100-11 совершил 14 полетов с наработкой 49 часов и 10 минут.

Стендовые испытания ПД-14 были обычными для двигателя такого класса тяги. 5 ноября 2016 года прошли испытания турбины на сверхрежиме после обрыва вала низкого давления на двигателе 100-03. 5 мая 2017 года прошли испытания на обрыв лопатки на двигателе 100-04.

В целом, по словам Иноземцева, по итогам испытаний двигатель имеет запас в 15 дБ по сравнению с требованиями главы 4 ИКАО и 20% в части выброса оксида азота.

Главной задачей программы ПД-14 на текущий год является получение сертификата, запланированное на август. Процесс сертификации начался в 2012 году в МАК. Тогда Александр Иноземцев заявлял о том, что сертификат будет получен в 2015 году, а первые серийные двигатели будут поставлены в 2016 году. И если не учитывать технические вопросы, которые сопровождают любую разработку, то сертификация затормозилась действиями российского правительства, которое в ноябре 2015 года лишило МАК права сертифицировать двигатели и передало его Росавиации.

Одновременно шел процесс сертификации двигателя в Европейском агентстве авиационной безопасности (EASA). Разработчики рассчитывают получит сертификат типа в 2019 году, но с учетом взаимоотношений между EASA и Росавиацией, которые еще не урегулированы, это процесс, без сомнения, затянется.

Последний собранный на сегодня двигатель – это 100-13. В течение этого года запланирован выпуск еще трех двигателей – 100-14, -15 и -16, то есть первых, предназначенных для установки на МС-21-300 в ходе его сертификации. В соответствии с планом, двигатели должны быть поставлены в декабре, а первый полет прототипа МС-21 с ПД-14 запланирован на второй квартал 2019 года. Поставки ПД-14 для МС-21 должны начаться с 2021 года.

Начиная с 2023-2024 гг. ОДК планирует выпускать примерно 50 двигателей в год. Проблема в том, что на сегодня имеется мало заказов на МС-21 с ПД-14. В ходе авиасалоне МАКС-2017 компания «Ильюшин финанс» подписала предварительное соглашение на закупку восьми ПД-14 с поставкой в 2022-2023 гг. Эти двигатели предназначены для четырех МС-21-300 авиакомпании Red Wings. Со своей стороны, «Аэрофлот» заказал 50 МС-21-300, из которых первые 25 должны быть оснащены двигателями PW1400G. Двигатели оставшихся самолетов еще не определены. На 12 из них «Аэрофлот» планирует установить ПД-14. Схожий интерес на приобретение трех-четырех МС-21 с ПД-14 проявила компания «ИрАэро». По словам Александра Иноземцева, для стартового заказчика двигатель ПД-14 будет продаваться с дисконтом в 15-22% по сравнению с конкурентами.

Газогенератор ПД-14 также может быть использован для развития семейства двигателей с тягой 9-18 тонн. Изначально двигатель ПД-10 (с тягой 10 тонн) рассматривался для новы модификация самолета SSJ 100, двигатель ПД-14А – для модификации МС-21-200 и ПД-14М (15,6 тонн) для удлиненного варианта МС-21-400. Эти проекты заморожены из-за самих самолетов. Из развития ПД-14 приоритет получил ПД-12В для вертолетов, а именно для ремоторизации вертолета Ми-26, двигатели Д-136 для которого производятся исключительно на украинском ПАО «Мотор Сич». Финансирование программы ПД-12В началось в 2016 году, а на сегодняшний день в производстве находятся детали для опытных двигателей. В будущем ПД-12В может быть использован для установки на новом тяжелом российско-китайском вертолете.

Базовая версия газогенератора ПД-14 позволяет создать вертолетный вариант, отличающийся мощностью 14500 л.с., но у ПД-12В она будет ограничена 11500 л.с. с целью унификации с силовой установкой Ми-26. Двигатель сможет достигать максимальной мощности до высоты 2000 метров (Д-136 выдает максимальную мощность 11400 л.с. только на уровне моря). По сравнению с Д-136 сухая масса вырастет на 100 кг, но удельный расход топлива снизится на 9%.

Другим сегментом станут двигатели для широкофюзеляжных самолетов для авиалиний большой протяженности. Русские хотят проникнуть на этот рынок с двигателем ПД-35 с той же формой сотрудничества между производителями, как и в случае с ПД-14. Главным фактором развития ПД-35 стала программа российско-китайского самолета CR929, на котором китайцы хотят установить свой двигатель CJ2000. Возможен вариант слияния программ ПД-35 и CJ2000, аналогично тому, как объединились программы созданяи китайского самолета С929 и российского ШФДМС.

Программа ПД-35 начала реализовываться в декабре 2017 года после подписания контракта между ОАК и КБ «Авиадвигатель» на сумму 64,3 млрд руб. (935 млн евро) на НИОКР по двигателю ПД-35-1 первого этапа, которые должны завершиться в декабре 2023 года. Результаты работ должны воплотиться в двигатель-демонстратор, который совершил бы испытательные полеты.

ПД-35 будет двигателем традиционной схемы, чей газогенератор будет оснащен компрессором с девятью или десятью ступенями, а также турбиной с двумя ступенями. Вентилятор будет сделан из композитных материалов и т.д.

Начиная с ПД-35 может быть разработано семейство двигателей с тягой от 25 до 50 тонн. Самый крупный из них – ПД-50 будет иметь тягу в 50 тонн, иметь вентилятор диаметром 3,5 метра и сухую массу в 8,7 тонн.

Разговоры о технической отсталости российской промышленности звучат привычным назойливым фоном, а все, что из этого фона выбивается, почему-то не вызывает такого же взрывного интереса, как политические скандалы или личная жизнь медиаперсон. Так и проходят мимо события поистине выдающегося масштаба. В подмосковном Жуковском начались летные испытания первого полностью российского авиадвигателя для гражданских самолетов. И этот двигатель готов к конкуренции с продукцией мировых грандов.

Как известно, российский гражданский авиапром оказался в последние десятилетия в сложном положении. Нет, самолеты, которые летают, у нас делать не разучились. Но на мировом рынке авиаперевозок требуется техника, отвечающая высоким эксплуатационным требованиям, особенно в части экономичности, уровня шума и экологической чистоты. Большинству из этих требований спроектированные в советское время пассажирские самолеты не соответствовали или, во всяком случае, проигрывали по этим показателям конкурентам из Airbus, Boeing, Bombardier, Embraer.

Своего не было

Первую в новой России попытку создать конкурентоспособный продукт предприняла компания «Гражданские самолеты Сухого» со своим Superjet 100. Создателей этого регионального лайнера часто упрекали в том, что, дескать, машину назвать российской можно лишь условно — слишком много в ней импортных комплектующих. Взять, например, двигатели, составляющие порядка трети цены самолета. На Superjet 100 установлены SaM-146 совместного производства французской компании Snecma и российского НПО «Сатурн». Однако самая сложная и дорогая часть турбовентиляторного двигателя — газогенератор (компрессоры, камера сгорания, турбина высокого давления) — решение от французского партнера. И лишь «холодную» часть — вентилятор и вращающую его турбину низкого давления — разрабатывали в Рыбинске на НПО «Сатурн».

Иными словами, на момент проектирования Superjet российской промышленности почти нечего было предложить авиастроителям. Своего конкурентоспособного двигателя для регионального самолета у России не было. Как и многого другого.

Однако сегодня ситуация изменилась. Новый среднемагистральный лайнер МС-21 (вероятное название в серии Як-242) уже в значительно меньшей степени будет зависеть от кооперации с иностранными поставщиками. И хотя, как это принято, заказчик самолета получит право выбора и сможет отдать предпочтение силовой установке иностранного производства, российские двигатели для МС-21 будут. Точнее, они уже есть.

ПД-14 — двигатель со сверхвысокой степенью двухконтурности (1:8,3). Это заметно уже по внушительному вентилятору диаметром 1,9 м. Силовая установка будет расходовать топливо очень экономно

Гондола была разработана ОАО «Авиадвигатель» — то есть самим производителем ПД-14. В ней воплощено немало интересных решений, в частности уникальная конструкция реверса

ПД-14 относится к турбовентиляторным двигателям, в которых потоки из двух контуров не смешиваются. Воздух из второго «холодного» контура истекает из соплового насадка, имеющего волнистые края

Параметры мирового уровня

Двигатель ПД-14 пятого поколения разработан пермским ОАО «Авиадвигатель». В основе его лежит унифицированный газогенератор: 8-ступенчатый компрессор, малоэмиссионная камера сгорания, турбина высокого давления. Этот газогенератор будет также использован в других двигателях семейства ПД с более низкой или более высокой тягой. ПД-14 дает тягу 14 т, а работу второго контура в нем обеспечивают вентилятор с полыми широкохордными лопатками и турбина низкого давления. Степень двухконтурности двигателя есть отношение расхода воздуха через наружный контур к расходу воздуха через внутренний контур, и для двигателя ПД-14 она равна 8,3. Это современный показатель как для отечественных турбовентиляторных двигателей, так и для зарубежных. Высокая степень двухконтурности дает значительное уменьшение расхода топлива. Согласно заявлению разработчика ПД-14, снижение удельного расхода потребления топлива по сравнению с современными аналогами составит 10−15%. Заявленный уровень шума на 15−20 дБ ниже норм, установленных 4-м стандартом ИКАО, а уровень эмиссии вредных веществ NOx будет на 30% ниже относительно норм ИКАО 2008 года. Это соответствует современным экологическим нормам.

«Чужак» под крылом

Пока первый летный образец МС-21 только строится, ПД-14 поднимается в небо. Он подвешен к пилону летающей лаборатории Ил-76 ЛЛ вместо одного из четырех штатных двигателей. Тесты проводят летчики-испытатели и инженеры входящего в Объединенную авиастроительную корпорацию знаменитого Летно-испытательного института (ЛИИ им. М.М. Громова), а также представители производителя — ОАО «Авиадвигатель». Экспериментальный двигатель со штатными «иловскими» перепутать трудно, так как его размеры превышают размеры штатного Д-30КП-2. Достаточно сказать, что только диаметр входа в вентилятор равен 1,9 м.

О технологиях подготовки и проведения испытаний перспективного российского двигателя «Популярной механике» рассказал Анатолий Дмитриевич Кулаков, заместитель генерального директора ЛИИ им. М.М. Громова по испытаниям силовых установок. Как удалось узнать из нашего разговора, прежде чем двигатель смог отправиться в свой первый полет, специалистам института пришлось решать множество сложнейших инженерных задач. Первой из них стал выбор летающей лаборатории (ЛЛ). В распоряжении ЛИИ есть несколько ЛЛ, созданных на базе самолета Ил-76, но не на каждой можно проводить испытания именно ПД-14. Многое зависит от массы силовой установки (выдержит ли вес крыло?) и тяги, создаваемой ПД-14. Выбор пал на Ил-76 ЛЛ с усиленным крылом, на котором можно разместить силовую установку весом до 9 т и тягой двигателя до 25 000 кгс. Однако этот самолет последний раз привлекался к испытаниям в 1996 году. Тогда к нему подвешивали уникальный винто-вентиляторный двигатель Д-27, предназначавшийся к использованию на украинско-российском самолете Ан-70. После почти двух десятилетий простоя необходимо было восстановить летную годность Ил-76 ЛЛ, для чего составили специальную программу при активном участии ОАО «АКБ им. С.В. Ильюшина». На самолете-ветеране заменили значительную часть оборудования, в том числе пилотажного и навигационного, и получили все необходимые заключения о том, что ЛЛ может отправляться в полет. Что дальше? Подвесить двигатель и начинать испытания? Нет! Все не так просто.

Двигатель ПД-14 уникален еще и тем, что впервые в практике отечественного двигателестроения производитель разработал не только сам двигатель, но и гондолу к нему (обычно мотогондолу изготавливает под конкретный двигатель фирма, создающая самолет). Таким образом, у двигателя уже есть крепление, рассчитанное на пилон МС-21, и к крылу Ил-76ЛЛ оно не подходит. Специалистам ЛИИ пришлось конструировать специальную силовую проставку — переходник между креплениями пилона МС-21 и крыла Ил-76ЛЛ.

На фото можно увидеть перспективный российский двигатель без гондолы

На этом фото запечатлен процесс подвешивания гондолы с двигателем к пилону летающей лаборатории. Для соединения креплений разных типов применен специальный силовой переходник

Куда девать энергию?

Самая же главная инженерная проблема в том, что новый двигатель не может испытываться под управлением штатных систем ЛЛ. В лаборатории необходимо воссоздать все системы управления экспериментальной силовой установкой, схожие с теми, что будут использованы на МС-21, а также достоверно воспроизвести все нагрузки, под которыми будет работать двигатель. С этой целью перед испытаниями необходимо было сконструировать и встроить в летающую лабораторию все соответствующее оборудование.

Двигатель не только создает реактивную тягу, он — энергетическое сердце самолета. С помощью вала и редуктора вал турбины высокого давления связан с КПСА (коробкой приводов самолетных агрегатов). В КПСА передаваемый туда крутящий момент «разбирается» электрогенератором и гидравлическими насосами. Сейчас от двигателей требуется как можно больше электрической мощности, особенно ввиду тенденции к замене ряда гидравлических приводов электрическими. На Ил-76ЛЛ установлена система отбора электрической мощности. Отбираемая от генератора мощность реализуется в специальных тепловых электрозагружателях (ТЭН), которые установлены в обтекателях, обдуваемых в полете наружным воздухом.

Кроме крутящего момента от двигателя отбирается сжатый воздух, который поступает в системы самолета МС-21. Отбор воздуха для разных целей производится в нескольких точках газогенератора. Например, после третьей ступени компрессора отводится воздух для нужд кондиционирования пассажирского салона МС-21. На летающей лаборатории нет системы отбора воздуха с параметрами системы кондиционирования, аналогичной той, что будет в МС-21, так как отбор сжатого воздуха — это отбор мощности от двигателя, а значит, во время испытаний эта нагрузка также должна быть реализована. ЛЛ также насыщена контрольно-измерительным оборудованием. При эксплуатации серийного двигателя бортовой параметрический самописец регистрирует 30−40 параметров работы установки. В ходе испытаний с экспериментального двигателя, оборудованного множеством датчиков, снимается 1066 параметров. Данные поступают на центральный сервер, на пульт ведущего инженера в грузовой кабине Ил-76ЛЛ, на дисплей в кабине пилотов, по радиоканалу в наземный контрольный пункт и непосредственно специалистам в Пермь, в ОАО «Авиадвигатель».

На заднем плане виден главный пульт управления опытным двигателем: сидя за этим пультом, ведущий инженер ЛИИ управляет режимами ПД-14 в ходе испытательного полета. Ближе к нам — рабочие места других специалистов, отслеживающих параметры работы двигателя

Рабочее место одного из инженеров, участвующих в испытаниях, и шкаф с вычислительной техникой, анализирующей данные с помощью специально разработанного ПО

Соло на одном моторе

Когда наступает время поднять ЛЛ в воздух, в кресла летного экипажа садятся опытнейшие летчики-испытатели ЛИИ им. М.М. Громова. В грузовой кабине места у пультов занимают инженеры-испытатели. В распоряжении пилотов все обычные системы управления самолетом Ил-76ЛЛ и его двигателями. И только экспериментальным двигателем управляет ведущий инженер-испытатель из ЛИИ. Рядом с ним за центральным пультом еще один представитель ЛИИ и инженер от предприятия-разработчика ПД-14. «Взлетаем мы на трех двигателях по специальной методике, чтобы из-за несимметричной тяги самолет не слетел с полосы, — рассказывает Александр Крутов, заслуженный летчик-испытатель, Герой России, начальник Школы летчиков-испытателей ЛИИ. — На данной стадии испытаний на взлете опытный двигатель работает только на малом газе. Сначала прогреваем три штатных двигателя. Потом второй двигатель, симметричный опытному, убираем на малый газ и потихоньку начинаем разбег. Выводим на взлетный режим 1-й и 4-й штатные двигатели. Затем в процессе разбега плавно выводим 3-й штатный двигатель на взлетный режим. Отрываемся на трех, набираем высоту. Так удается на взлете избежать опасных разворачивающих моментов».

Уже после набора высоты ведущий инженер-испытатель, в распоряжении которого находится установленный на главном пульте рычаг управления опытного двигателя, приступает непосредственно к испытаниям.

Первая программа инженерных испытаний ПД-14 рассчитана всего на 12 часов полетов. По завершении каждого полета полученная информация анализируется специалистами ЛИИ, и представители ОАО «Авиадвигатель» внимательно осматривают узлы двигателя, оценивают его состояние, устраняют возможные недоработки. Конечно, первой серией испытательных полетов все не закончится. Двигатель ждут новые испытания с бóльшими нагрузками, в том числе в условиях высокогорья, сильной жары и лютого холода. Но уже сейчас, по утверждениям специалистов ЛИИ, участвующих в испытаниях, характеристики двигателя ПД-14 соответствуют расчетным данным на проверенных режимах.

ПД-14 - двигатель пятого поколения, он соединяет в себе лучшие отечественные традиции с новыми авиационными стандартами XXI века. Турбореактивный двигатель - сложнейшее инженерное устройство, требующее очень непростых конструкторских решений. Например, одна лопатка турбины, а их в ступенях насчитывается около 70, вращается с частотой 12 тыс. оборотов в минуту, и на нее действует центробежная сила, равная 18 т. Для сравнения: это нагрузка на подвеску двухэтажного лондонского автобуса.

1. Первый авиадвигатель, созданный в России после распада СССР

Проект ПД-14 - новая страница в истории турбовентиляторных двухконтурных двигателей и первая отечественная разработка в области гражданского двигателестроения за последние 29 лет: первый полет Ил-76ЛЛ по программе испытаний ПС-90А состоялся 26 декабря 1986 года.

ПД-14 создан на базе специально разработанного уникального газогенератора, который включает три элемента: высокоэффективный компрессор, турбину высокого давления и малоэмиссионную камеру сгорания. Унифицированный газогенератор ПД-14 позволяет создавать двигатели тягой от 8 до 18 т.

2. Базовый проект для семейства двигателей

Семейство двигателей на базе ПД-14 позволит оснастить современными силовыми установками практически все российские самолеты: от ПД-7 для ближнемагистрального «Сухого Суперджет 100» до ПД-18, который можно установить на дальнемагистральный Ил-96. На базе газогенератора ПД-14 планируется разработать вертолетный двигатель ПД-10В для замены 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 газоперекачивающие установки или даже газотурбинные электростанции мощностью от 8 до 16 МВт.

3. Для ПД-14 разработано 16 новых 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.

4. Для проекта создано 20 новых материалов

При участии Всероссийского института авиационных материалов (ВИАМ) для ПД-14 было разработано порядка 20 новых материалов. Использование композитных материалов в конструкции двигателя и мотогондолы, полые широкохордные титановые лопатки вентилятора существенно снизили вес двигателя. ПД-14 выигрывает благодаря бесспорным преимуществам: уменьшению удельного расхода топлива на 10-15%, сокращению стоимости жизненного цикла на 15-20%; эксплуатация двигателя обойдется на 14-17% дешевле действующих аналогов.

Но создать материал — полдела: для его 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. 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. В целом же проект ПД-14 сохранит для России более 10 тыс. высококвалифицированных рабочих мест.

5. Экологичный и бесшумный авиадвигатель

Оптимизация параметров термодинамического цикла, малоэмиссионная камера сгорания, низкий удельный расход топлива позволили минимизировать вредные выбросы в ПД-14. Достигнутые показатели эмиссии ниже установленных норм на 30-45%.

ПД-14 - это бесшумный двигатель. 3D-аэродинамическое моделирование узлов, повышение степени двухконтурности для перехода в низкочастотную зону и применение эффективных систем шумоглушения последнего поколения позволили значительно снизить уровень шума. Показатели шума с существенным запасом превосходят нормы Международной организации гражданской авиации.

6. Первый российский авиадвигатель 5-го поколения

Прогресс в авиадвигателестроении характеризуется несколькими параметрами, но главным считается температура газа перед турбиной. Переход к каждому новому поколению турбореактивных двигателей, а всего их насчитывают пять, характеризовался ростом этой температуры на 100-200 градусов.

Так, у 1-го поколения двигателей конца 1940-х годов температура не превышала 877 °C, у 2-го поколения (1950-е гг.) этот показатель вырос до 977 °С, в 3-м поколении (1960-е гг.) этот параметр поднялся до 1176 °С, у двигателей 4-го поколения (1970-1980 гг.) температура газа дошла до 1376 °С. Лопатки турбин двигателей 5-го поколения, первые образцы которых появились на Западе в середине 1990-х, работают при температуре 1626 °С. В настоящее время в мире только 15% двигателей, находящихся в эксплуатации, относятся к 5-му поколению.

7. Технологии ПД-14 - государственная тайна

Кроме отечественных компаний, только фирмы США, Великобритании и Франции владеют технологиями полного цикла создания современных турбореактивных двигателей. То есть государств, производящих современные авиационные турбореактивные двигатели, меньше, чем стран, обладающих ядерным оружием или запускающих в космос спутники. К примеру, многолетние усилия Китая до сих пор так и не привели к успеху в этой области. Китайцы быстро скопировали российский истребитель Су-27, однако скопировать его двигатель АЛ-31Ф им так и не удалось. Китай до сих пор вынужден закупать этот уже давно не самый современный двигатель в России. Поэтому технологии разработки авиационных двигателей оберегаются как важнейшая государственная тайна.

Как известно, российский гражданский авиапром оказался в последние десятилетия в сложном положении. Нет, самолеты, которые летают, у нас делать не разучились. Но на мировом рынке авиаперевозок требуется техника, отвечающая высоким эксплуатационным требованиям, особенно в части экономичности, уровня шума и экологической чистоты. Большинству из этих требований спроектированные в советское время пассажирские самолеты не соответствовали или, во всяком случае, проигрывали по этим показателям конкурентам из Airbus, Boeing, Bombardier, Embraer.

ПД-14 — двигатель со сверхвысокой степенью двухконтурности (1:8,3). Это заметно уже по внушительному вентилятору диаметром 1,9 м. Силовая установка будет расходовать топливо очень экономно.

Своего не было

Первую в новой России попытку создать конкурентоспособный продукт предприняла компания «Гражданские самолеты Сухого» со своим Superjet 100. Создателей этого регионального лайнера часто упрекали в том, что, дескать, машину назвать российской можно лишь условно — слишком много в ней импортных комплектующих. Взять, например, двигатели, составляющие порядка трети цены самолета. На Superjet 100 установлены SaM-146 совместного производства французской компании Snecma и российского НПО «Сатурн». Однако самая сложная и дорогая часть турбовентиляторного двигателя — газогенератор (компрессоры, камера сгорания, турбина высокого давления) — решение от французского партнера. И лишь «холодную» часть — вентилятор и вращающую его турбину низкого давления — разрабатывали в Рыбинске на НПО «Сатурн».

Гондола была разработана ОАО «Авиадвигатель» — то есть самим производителем ПД-14. В ней воплощено немало интересных решений, в частности уникальная конструкция реверса.

Иными словами, на момент проектирования Superjet российской промышленности почти нечего было предложить авиастроителям. Своего конкурентоспособного двигателя для регионального самолета у России не было. Как и многого другого. Однако сегодня ситуация изменилась. Новый среднемагистральный лайнер МС-21 (вероятное название в серии Як-242) уже в значительно меньшей степени будет зависеть от кооперации с иностранными поставщиками. И хотя, как это принято, заказчик самолета получит право выбора и сможет отдать предпочтение силовой установке иностранного производства, российские двигатели для МС-21 будут. Точнее, они уже есть.

ПД-14 относится к турбовентиляторным двигателям, в которых потоки из двух контуров не смешиваются. Воздух из второго «холодного» контура истекает из соплового насадка, имеющего волнистые края.

Параметры мирового уровня

Двигатель ПД-14 пятого поколения разработан пермским ОАО «Авиадвигатель». В основе его лежит унифицированный газогенератор: 8-ступенчатый компрессор, малоэмиссионная камера сгорания, турбина высокого давления. Этот газогенератор будет также использован в других двигателях семейства ПД с более низкой или более высокой тягой. ПД-14 дает тягу 14 т, а работу второго контура в нем обеспечивают вентилятор с полыми широкохордными лопатками и турбина низкого давления. Степень двухконтурности двигателя есть отношение расхода воздуха через наружный контур к расходу воздуха через внутренний контур, и для двигателя ПД-14 она равна 8,3. Это современный показатель как для отечественных турбовентиляторных двигателей, так и для зарубежных. Высокая степень двухконтурности дает значительное уменьшение расхода топлива. Согласно заявлению разработчика ПД-14, снижение удельного расхода потребления топлива по сравнению с современными аналогами составит 10−15%. Заявленный уровень шума на 15−20 дБ ниже норм, установленных 4-м стандартом ИКАО, а уровень эмиссии вредных веществ NOx будет на 30% ниже относительно норм ИКАО 2008 года. Это соответствует современным экологическим нормам.

«Чужак» под крылом

Пока первый летный образец МС-21 только строится, ПД-14 поднимается в небо. Он подвешен к пилону летающей лаборатории Ил-76 ЛЛ вместо одного из четырех штатных двигателей. Тесты проводят летчики-испытатели и инженеры входящего в Объединенную авиастроительную корпорацию знаменитого Летно-испытательного института (ЛИИ им. М.М. Громова), а также представители производителя — ОАО «Авиадвигатель». Экспериментальный двигатель со штатными «иловскими» перепутать трудно, так как его размеры превышают размеры штатного Д-30КП-2. Достаточно сказать, что только диаметр входа в вентилятор равен 1,9 м.

О технологиях подготовки и проведения испытаний перспективного российского двигателя «Популярной механике» рассказал Анатолий Дмитриевич Кулаков, заместитель генерального директора ЛИИ им. М.М. Громова по испытаниям силовых установок. Как удалось узнать из нашего разговора, прежде чем двигатель смог отправиться в свой первый полет, специалистам института пришлось решать множество сложнейших инженерных задач. Первой из них стал выбор летающей лаборатории (ЛЛ). В распоряжении ЛИИ есть несколько ЛЛ, созданных на базе самолета Ил-76, но не на каждой можно проводить испытания именно ПД-14. Многое зависит от массы силовой установки (выдержит ли вес крыло?) и тяги, создаваемой ПД-14. Выбор пал на Ил-76 ЛЛ с усиленным крылом, на котором можно разместить силовую установку весом до 9 т и тягой двигателя до 25 000 кгс. Однако этот самолет последний раз привлекался к испытаниям в 1996 году. Тогда к нему подвешивали уникальный винто-вентиляторный двигатель Д-27, предназначавшийся к использованию на украинско-российском самолете Ан-70. После почти двух десятилетий простоя необходимо было восстановить летную годность Ил-76 ЛЛ, для чего составили специальную программу при активном участии ОАО «АКБ им. С.В. Ильюшина». На самолете-ветеране заменили значительную часть оборудования, в том числе пилотажного и навигационного, и получили все необходимые заключения о том, что ЛЛ может отправляться в полет. Что дальше? Подвесить двигатель и начинать испытания? Нет! Все не так просто.

На фото можно увидеть перспективный российский двигатель без гондолы.

Двигатель ПД-14 уникален еще и тем, что впервые в практике отечественного двигателестроения производитель разработал не только сам двигатель, но и гондолу к нему (обычно мотогондолу изготавливает под конкретный двигатель фирма, создающая самолет). Таким образом, у двигателя уже есть крепление, рассчитанное на пилон МС-21, и к крылу Ил-76ЛЛ оно не подходит. Специалистам ЛИИ пришлось конструировать специальную силовую проставку — переходник между креплениями пилона МС-21 и крыла Ил-76ЛЛ.

На этом фото запечатлен процесс подвешивания гондолы с двигателем к пилону летающей лаборатории. Для соединения креплений разных типов применен специальный силовой переходник.

Куда девать энергию?

Самая же главная инженерная проблема в том, что новый двигатель не может испытываться под управлением штатных систем ЛЛ. В лаборатории необходимо воссоздать все системы управления экспериментальной силовой установкой, схожие с теми, что будут использованы на МС-21, а также достоверно воспроизвести все нагрузки, под которыми будет работать двигатель. С этой целью перед испытаниями необходимо было сконструировать и встроить в летающую лабораторию все соответствующее оборудование.

Двигатель не только создает реактивную тягу, он — энергетическое сердце самолета. С помощью вала и редуктора вал турбины высокого давления связан с КПСА (коробкой приводов самолетных агрегатов). В КПСА передаваемый туда крутящий момент «разбирается» электрогенератором и гидравлическими насосами. Сейчас от двигателей требуется как можно больше электрической мощности, особенно ввиду тенденции к замене ряда гидравлических приводов электрическими. На Ил-76ЛЛ установлена система отбора электрической мощности. Отбираемая от генератора мощность реализуется в специальных тепловых электрозагружателях (ТЭН), которые установлены в обтекателях, обдуваемых в полете наружным воздухом.

На заднем плане виден главный пульт управления опытным двигателем: сидя за этим пультом, ведущий инженер ЛИИ управляет режимами ПД-14 в ходе испытательного полета. Ближе к нам — рабочие места других специалистов, отслеживающих параметры работы двигателя.

Кроме крутящего момента от двигателя отбирается сжатый воздух, который поступает в системы самолета МС-21. Отбор воздуха для разных целей производится в нескольких точках газогенератора. Например, после третьей ступени компрессора отводится воздух для нужд кондиционирования пассажирского салона МС-21. На летающей лаборатории нет системы отбора воздуха с параметрами системы кондиционирования, аналогичной той, что будет в МС-21, так как отбор сжатого воздуха — это отбор мощности от двигателя, а значит, во время испытаний эта нагрузка также должна быть реализована. ЛЛ также насыщена контрольно-измерительным оборудованием. При эксплуатации серийного двигателя бортовой параметрический самописец регистрирует 30−40 параметров работы установки. В ходе испытаний с экспериментального двигателя, оборудованного множеством датчиков, снимается 1066 параметров. Данные поступают на центральный сервер, на пульт ведущего инженера в грузовой кабине Ил-76ЛЛ, на дисплей в кабине пилотов, по радиоканалу в наземный контрольный пункт и непосредственно специалистам в Пермь, в ОАО «Авиадвигатель».

Рабочее место одного из инженеров, участвующих в испытаниях, и шкаф с вычислительной техникой, анализирующей данные с помощью специально разработанного ПО.

Соло на одном моторе

Когда наступает время поднять ЛЛ в воздух, в кресла летного экипажа садятся опытнейшие летчики-испытатели ЛИИ им. М.М. Громова. В грузовой кабине места у пультов занимают инженеры-испытатели. В распоряжении пилотов все обычные системы управления самолетом Ил-76ЛЛ и его двигателями. И только экспериментальным двигателем управляет ведущий инженер-испытатель из ЛИИ. Рядом с ним за центральным пультом еще один представитель ЛИИ и инженер от предприятия-разработчика ПД-14. «Взлетаем мы на трех двигателях по специальной методике, чтобы из-за несимметричной тяги самолет не слетел с полосы, — рассказывает Александр Крутов, заслуженный летчик-испытатель, Герой России, начальник Школы летчиков-испытателей ЛИИ. — На данной стадии испытаний на взлете опытный двигатель работает только на малом газе. Сначала прогреваем три штатных двигателя. Потом второй двигатель, симметричный опытному, убираем на малый газ и потихоньку начинаем разбег. Выводим на взлетный режим 1-й и 4-й штатные двигатели. Затем в процессе разбега плавно выводим 3-й штатный двигатель на взлетный режим. Отрываемся на трех, набираем высоту. Так удается на взлете избежать опасных разворачивающих моментов».

Уже после набора высоты ведущий инженер-испытатель, в распоряжении которого находится установленный на главном пульте рычаг управления опытного двигателя, приступает непосредственно к испытаниям. Первая программа инженерных испытаний ПД-14 рассчитана всего на 12 часов полетов. По завершении каждого полета полученная информация анализируется специалистами ЛИИ, и представители ОАО «Авиадвигатель» внимательно осматривают узлы двигателя, оценивают его состояние, устраняют возможные недоработки. Конечно, первой серией испытательных полетов все не закончится. Двигатель ждут новые испытания с большими нагрузками, в том числе в условиях высокогорья, сильной жары и лютого холода. Но уже сейчас, по утверждениям специалистов ЛИИ, участвующих в испытаниях, характеристики двигателя ПД-14 соответствуют расчетным данным на проверенных режимах.