Страница 9 из 32
Владимир Иванович, двигатель ПД-14, поступивший на летные испытания осенью прошлого года, стал первым гражданским ТРДД нового поколения, разработанным в России после распада СССР. Известно, что в формировании его концепции, разработке и испытаниях активное участие принимает ЦИАМ им. П.И. Баранова. Расскажите, пожалуйста, о наиболее важных моментах работ Вашего института по этому проекту.
Работы ЦИАМ по перспективному семейству двигателей, первым в котором стал проходящий сейчас испытания ПД-14, начались в 1999 г. с разработки совместно с ЦАГИ технического задания на прикладные НИР для создания ТРДД нового поколения. В 2000—2002 гг. совместно с пермским ОАО «Авиадвигатель» был сформирован рациональный технический облик перспективного двухконтурного двигателя с прямым приводом вентилятора, и с 2004 г. начала реализовываться программа создания научно-технического задела для обеспечения его разработки. Эту работу ЦИАМ проводил совместно с другими ведущими отраслевыми институтами — ВИАМ, ВИЛС, ЦАГИ — и предприятиями отечественного двигателестроения.
Научно-технический задел создавался по всем ключевым элементам двигателя — малошумному широкохордному вентилятору, высоконапорному компрессору высокого давления, малоэмиссионной камере сгорания, шевронным соплам разных типов. Большой комплекс работ был проведен по камере сгорания и турбине. Новые технические решения, реализуемые на основе научных исследований, проходили экспериментальную отработку на стендах ЦИАМ.
Созданный к началу опытно-конструкторских работ по двигателю ПД-14 научнотехнический задел позволил заложить в его конструкцию ряд новых для отечественного двигателестроения решений, которые должны обеспечить ему конкурентоспособность на мировом рынке. Стоит заметить, что на этапе ОКР по ПД-14 в рамках ОДК сформировалась широкая кооперация отечественных двигателестроительных предприятий, при этом головным разработчиком было определено ОАО «Авиадвигатель», а ЦИАМ — ответственным за научно-техническое сопровождение работ и соисполнителем в разработке всех основных узлов и систем двигателя.
В частности, в институте, в сотрудничестве с пермскими коллегами, были выполнены аэродинамические проекты вентилятора и компрессора высокого давления. Модель вентилятора с подпорными ступенями прошла комплекс испытаний на нашем стенде Ц-3А (сейчас на нем выполняется отработка мероприятий по минимизации шума вентилятора). Для компрессора высокого давления в ЦИАМ экспериментально отрабатывались несколько типовых ступеней — первая сверхнагруженная, средняя и замыкающая, на которых опробовались лопатки разной профилировки (серповидные и саблевидные), разные их сочетания в направляющем аппарате и в рабочем колесе и т.д. На стендах УВ-13 и Ц5-2 были проведены комплексные испытания полноразмерной камеры сгорания, в процессе которых специалисты ЦИАМ и «Авиадвигателя» проверили ее работоспособность на всех режимах, была определена оптимальная схема подачи топлива, обеспечены надежный запуск в полетных условиях, широкий диапазон горения на режиме малого газа, требуемая неравномерность температурного поля. Значительную роль в обеспечении требуемых параметров ПД-14 сыграли проведенные специалистами ЦИАМ экспертизы проектов турбин высокого и низкого давления с выработкой рекомендаций по их газодинамической доводке. На стенде ТС-2 были проведены испытания нескольких конструктивных вариантов обеих турбин.
Важнейшей вехой в ходе реализации программы ПД-14 стали начавшиеся минувшей осенью испытания полноразмерного двигателя на высотном стенде Ц-1А Научно-испытательного центра ЦИАМ в подмосковном Лыткарино, позволяющем имитировать весь диапазон полетных условий, в котором в дальнейшем будет эксплуатироваться двигатель. В России подобным стендом располагает только наш институт. Первый этап испытаний ПД-14 на нашем высотном стенде, в ходе которого моделировались заданные условия полета на высоте 11 000 м при числе М=0,8, был завершен в декабре 2015 г. Были исследованы высотно-скоростные характеристики двигателя, проверены его управляемость и пусковые характеристики, оценено тепловое состояние элементов конструкции и работа системы охлаждения в высотных условиях. Готовится второй этап испытаний, в ходе которого будет выполнена проверка отсутствия автоколебаний рабочих лопаток вентилятора и вибрационного горения в камере сгорания, отработан запуск с режимов авторотации и в условиях, имитирующих высокогорный аэродром, проверена работа двигателя в условиях обледенения, а также выполнен ряд других обязательных испытаний, подтверждающих безопасность будущей эксплуатации.
На очереди еще работы по испытанию вентилятора ПД-14 на стенде Т14-01 по проверке локализации разрушения при обрыве рабочей лопатки и с забросом крупной птицы, разгонные и эквивалентноциклические испытания деталей роторов на стенде РС-1Д, огневые испытания корпусных деталей, узлов крепления и различных агрегатов на стенде Ц17-Г3 и др.
Кроме того, ЦИАМ занимается разработкой нормативной документации и методик проведения прочностных исследований, а также непосредственно испытаниями конструкционной прочности материалов — ведь на ПД-14 применено значительное количество новых сплавов.
Как видите, объем работ нашего института по программе ПД-14 — весьма значительный. Надеюсь, что успешное выполнение всех предусмотренных испытаний, существенная часть которых проходит в ЦИАМ, позволит завершить сертификацию двигателя в предусмотренный сроки — в 2017 г.
С какими сложностями пришлось столкнуться в рамках работ по ПД-14? Все ли задуманное удалось реализовать? Не могли бы Вы оценить уровень совершенства ПД-14 на фоне имеющихся западных конкурентов? Есть ли у него преимущества?
Основная сложность была связана с тем, что к моменту начала опытно-конструкторских работ по ПД-14 из-за крайне недостаточного финансирования в предыдущие годы не был своевременно создан научно-технический задел высокого уровня готовности технологий по ряду узлов и систем. Как известно, двигатель нового поколения создается в 1,5—2 раза дольше планера самолета, а ОКР по ПД-14 начались на 5 лет позже старта работ по МС-21 (2005 г.). При этом в рамках опытно-конструкторских работ в ряде случаев пришлось создавать не «опережающий», а «догоняющий» научно-технический задел, что привело к задержкам с утверждением типовой конструкции двигателя, обеспечивающей выполнение всех требований технического задания. В связи с этим срок сертификации ПД-14 пришлось перенести на 2017 г., и в первый полет МС-21 поднимется не с отечественным двигателем, а с американским PW1400G. Работы по ПД-14 еще немало, однако, положительные тенденции налицо.
Если сравнивать ПД-14 с PW1400G, то, признавая, что мы, вероятно, будем несколько уступать в экономичности, нельзя не отметить меньшие массу и диаметр ПД-14, а, значит, и меньшее внешнее аэродинамическое сопротивление отечественной силовой установки. Кроме того, у нас ниже температура газа перед турбиной, что упрощает достижение заданных показателей надежности и ресурса. К тому же ПД-14 заметно дешевле западного конкурента и, по предварительным оценкам, будет иметь меньшие затраты на техническое обслуживание и ремонт. В целом прямые эксплуатационные расходы самолета МС-21 с отечественной силовой установкой могут быть примерно на 2,5% ниже. Это немаловажно для авиакомпаний-эксплуатантов. Но главное даже не в этом. Программа ПД-14 стала своего рода локомотивом развития отечественного авиадвигателестроения. После того, как будут выполнены все пункты технического задания можно будет уверенно говорить о том, что в России создан коммерческий авиадвигатель, конкурентоспособный на мировом рынке и находящийся на уровне лучших западных образцов.
Известно, что ПД-14 должен стать первым в семействе перспективных газотурбинных двигателей нового поколения. Каковы, на Ваш взгляд, приоритетные направления модификации базового двигателя?