|
ПС-90 создавался 12 лет, ПД-14 — десять. Двигатель для «Суперджета» создали за шесть лет
19.05.2025
Создание двигателя ПД-8 явилось ответом на несколько вызовов, с которыми российская авиационная промышленность столкнулась во второй половине 2010-х годов. Толчком для начала работ стала необходимость замены украинского двигателя Д-436ТП на самолёте-амфибии Бе-200. Этот двигатель производился на запорожском предприятии «Мотор Сич», но из-за геополитических изменений, кардинального ухудшения отношений с Украиной и санкционных рисков его дальнейшее использование было невозможным. Без новой силовой установки производство Бе-200 оказалось под угрозой – последний самолёт этого типа был выпущен в Таганроге в 2021 году.
Первоначально для замены на Бе-200 украинского двигателя рассматривался франко-российский SaM146, который уже применялся на SSJ100. Он появился в результате сотрудничества французской компании Snecma и российского НПО «Сатурн». Конструкция SaM146 основана на проверенных решениях широко распространённого в мировой гражданской авиации CFM56. SaM146 обеспечивает тягу до 7 900 кгс и удельный расход топлива 0,64 кг/(кгс•ч), он соответствует нормам ICAO по шуму и выбросам.
Выпуском SaM146 занималось совместное предприятие Powerjet в Рыбинске, которое получало от компании Snecma «горячую» часть двигателя – газогенератор в составе компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины высокого давления. «ОДК-Сатурн» изготавливало «холодную» часть: вентилятор и турбину низкого давления, а также выполняло окончательную сборку. Однако в 2019 году Генпрокуратура предупредила Минпромторг о рисках, связанных с использованием в двигателе SaM146 комплектующих из стран НАТО. Санкционная политика Запада делала такой выбор небезопасным для оборонного заказа. В результате от идеи ремоторизировать Бе-200 под SaM146 отказались, и единственным выходом виделось создание отечественного двигателя сопоставимой тяги.
Параллельно возникла проблема с SSJ100. Чтобы вернуть инвестиции, вложенные в проект SaM146, Snecma не шла на снижение стоимости поставляемых агрегатов, это увеличивало расходы авиакомпаний, эксплуатировавших «Суперджет», а Россия несла убытки из-за негибкой политики поставщика. В 2022 году после введения санкций в отношении российской гражданской авиаотрасли, поставки комплектующих из Франции прекратились.
Сроки разработки ПД-8, которые Минпромторг озвучивал для СМИ, с самого начала были амбициозными. В 2019 году в ведомстве заявили, что двигатель должен быть готов через пять лет, сертифицировать его рассчитывали до конца 2023 года.
Традиционно разработка нового авиационного газотурбинного двигателя занимает не менее десяти лет. ПД-8 стал исключением: его разработали за шесть лет. Для сравнения, двигатель ПС-90 создавался 12 лет, ПД-14 – десять. Такой рывок стал возможен благодаря нескольким факторам, вот некоторые из них.
Конструкторы «ОДК-Сатурн» использовали имеющиеся наработки, в том числе и те, которые были получены при создании двигателя ПД-14. Это сократило время на проектирование ключевых узлов ПД-8, в частности газогенератора. Программа получила высший приоритет из-за санкций, а один из ключевых моментов, который позволил значительно сократить создание ПД-8 – это использование цифровых технологий.
Головным разработчиком и изготовителем выступило «ОДК-Сатурн». Разработка двигателя ПД-8 в Рыбинске с самого начала велась с широким применением современных программных методов проектирования. Были реализованы элементы стратегии цифровой сертификации, которая предполагает использование технологий создания цифрового двойника и компьютерного моделирования для сокращения объёма требуемых реальных испытаний, повышения их эффективности и ускорения процесса сертификации. В сертификационные отчёты вошли результаты компьютерного моделирования, полученные в ходе виртуальных испытаний как отдельных компонентов силовой установки, так и системы в целом.
Использование цифровых двойников и виртуальных испытаний на начальном этапе разработки позволило минимизировать количество дорогостоящих физических проверок. После тщательной отладки всех параметров в виртуальной среде, прошли реальные испытания. Такой подход значительно ускорил процесс разработки и выявления потенциальных проблем. Также для сокращения сроков выполнения проектировочных и сертификационных работ широко использовались средства автоматизации и управления инженерными данными.
С использованием отечественных программных платформ CML-Bench® и pSeven Enterprise инженеры выполнили огромное количество виртуальных испытаний по определению прочностных нагрузок, температурных режимов и аэродинамических характеристик, что сократило количество дорогостоящих натурных испытаний. Результаты компьютерного моделирования ПД-8 закладывались в основу валидационного базиса для сертификации. В будущем это позволит существенно сократить объём стендовых испытаний при создании новых модификаций двигателя ПД-8.
К проекту создания ПД-8 были подключены и другие предприятия Объединённой двигателестроительной корпорации. Пермское конструкторское бюро «ОДК-Авиадвигатель» разработало камеру сгорания и турбину высокого давления, а также коробку приводных агрегатов, центральный привод и угловую коническую передачу.
«ОДК-СТАР» создало систему автоматического управления САУ-8 с полной ответственностью без гидромеханического резервирования FADEC (Full Authority Digital Engine Control). Её основное преимущество перед гидромеханической системой управления в том, что блок управления может обрабатывать большее количество параметров. Эта способность системы используется для оптимизации работы двигателя. Само же «ОДК-СТАР» является единственным в России предприятием, обладающим компетенциями в разработке и серийном производстве систем топливопитания и управления газотурбинными двигателями, включая электронные агрегаты с полной ответственностью типа FADEC.
САУ-8 контролирует десятки параметров: от давления топлива до зазоров между ротором и статором турбин. Её испытания включали проверки при температуре 1100°C. Создана САУ-8 за полтора года, в конструкции использованы только российские электронные компоненты.
Уфимское предприятие «ОДК-УМПО» производит заготовки промежуточного корпуса – одного из самых габаритных элементов двигателя, где происходит разделение уже сжатого воздуха на два потока – наружный и внутренний контуры. Также «ОДК-УМПО» изготавливает отливки корпусов подшипников и переходников для корпуса приводных агрегатов.
Во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов (ВИАМ) в сжатые сроки для ПД-8 были созданы пять инновационных литейных жаропрочных сплавов. Их разработка велась с учётом современных требований к механическим и эксплуатационным характеристикам, они выделяются среди отечественных аналогов оптимальным сочетанием технологичности, прочности и стоимости.
Их серийное производство налажено на базе научно-производственного комплекса НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ. Сплавы прошли общую квалификацию для применения в наиболее ответственных и нагруженных компонентах газовой турбины двигателя. Особое внимание было уделено сплаву ВЖМ12 для монокристаллических рабочих лопаток турбины, который превосходит по механическим свойствам и длительной прочности при 1100°С используемые ренийсодержащие никелевые сплавы.
Сплавы ВЖМ200 для рабочих лопаток с однонаправленной структурой и ВЖЛ125 для сопловых лопаток легированы гафнием, это повышает пластичность при сохранении высокой прочности. В сплавах ВЖЛ718 и ВЖЛ220 упрочнение достигается за счёт интерметаллидной фазы на основе ниобийтриникеля (Ni3Nb), что обеспечивает высокую свариваемость, критически важную для корпусных деталей. Разработка и паспортизация литейных материалов такого класса в России были осуществлены впервые.
Разработка внешних коммуникаций для двигателя ПД-8 велась в АО «ОКБ «Аэрокосмические системы» также с применением комплексного цифрового проектирования. Инженеры использовали цифровые двойники, чтобы точно расположить каждый компонент. Это исключило этап ручной подгонки трубопроводов и жгутов на готовом изделии. Такой подход ускорил производство и снизил риск ошибок. Жгуты электропроводки и трубопроводы проектировались с учётом ограниченного пространства и строгих отраслевых стандартов. Применялись современные бортовые провода с улучшенной изоляцией и уменьшенным диаметром. Это снизило массу конструкции и повысило стойкость к перегрузкам.
Отказаться от физических шаблонов и ускорить процесс разработки трубопроводов смогли, применив 3D-модели и обработку на автоматизированных станках с ЧПУ. В зонах с повышенной вибрацией применили гибкие рукава высокого давления. Они выдерживают температуру до 1100°C и давление до 280 атмосфер. Для защиты от нагрева трубопроводы покрыли теплоизоляцией. Материалом для них выбрали жаропрочный сплав ХН75МБТЮ, устойчивый к коррозии.
ПД-8 построен по классической двухвальной схеме, которая обеспечивает оптимальное распределение нагрузки между узлами. Внешний вал соединяет вентилятор и турбину низкого давления, внутренний – компрессор и турбину высокого давления. Такое разделение позволяет повысить эффективность работы на разных режимах, снизить вибрации и увеличить ресурс двигателя.
Вентилятор двигателя состоит из 24 широкохордных титановых лопаток. За ним расположен трёхступенчатый компрессор низкого давления, который предварительно сжимает воздух. Далее следует семиступенчатый компрессор высокого давления – на одну ступень больше, чем у SaM146. Это повысило степень сжатия до 28:1, улучшив топливную эффективность. Регулируемые направляющие аппараты первых двух ступеней обеспечивают стабильную работу на всех режимах.
Прямоточная кольцевая камера сгорания разработана пермским «ОДК-Авиадвигатель». Она отличается низким уровнем выбросов и высокой температурной стойкостью. Конструкция использует решения для двигателя ПД-14, включая жаропрочные сплавы и покрытия. Это позволило сократить сроки разработки без потери надёжности.
Мотогондола ПД-8 также разработки конструкторов «ОДК-Авиадвигатель» с учётом опыта двигателя ПД-14 на 60 процентов выполнена из композитных материалов, что отразилось на снижении веса силовой установки.
Конструкция включает реверсивное устройство решётчатого типа, которое заменяет ковшовую систему SaM146. Оно срабатывает быстрее и тише, улучшая торможение при пробеге после посадки самолёта. Мотогондола интегрирована с системой смешения потоков, что дополнительно уменьшает уровень шума на 5 EPNdB. Все вспомогательные агрегаты – генераторы, гидронасосы, топливные системы – вынесены на боковые стороны двигателя. Это уменьшает высоту мотогондолы и облегчает интеграцию с крылом самолёта.
Производство мотогондолы организовано на Воронежском авиационном самолётостроительном обществе (ВАСО, филиал ПАО «Ил»). Лётный комплект включает обтекатель, корпус и створки. Изделия из неметаллов и полимерно-композиционных материалов изготавливаются по электронным моделям на высокопроизводительном оборудовании. Узлы мотогондолы и реверсивного устройства двигателя ПД-8 производит «Пермский завод «Машиностроитель».
При проектировании импортозамещённого «Суперджета» была максимально сохранена силовая конструкция планера, в том числе узлы навески двигателей и пилоны. По словам замгендиректора «Яковлева» Александра Долотовского, самолёт в части силовой установки унифицирован по точкам навески с двигателем Sam146. Это было сделано не только для удобной замены франко-российского двигателя на действующих самолётах на ПД-8, но и для того, чтобы уменьшить количество конструктивных изменений в силовой конструкции планера, а также с целью сократить объём испытаний на прочность и ресурс.
Испытания ПД-8 начались в 2021 году – в мае на стенд установили первый опытный газогенератор двигателя. Стендовые испытания этого ключевого элемента любого ГТД прошли с 18 мая по 11 июня. Специалисты ОДК добились стабильных запусков и успешного выхода на максимальный режим работы. Это подтвердило правильность конструкторских решений.
В конце сентября того же года завершили этап стендовой отработки второго газогенератора. Проверили совместную работу узлов, измерили температуру, давление, уровень эмиссии вредных веществ. Результаты подтвердили эффективность горячей части двигателя. Для дальнейших испытаний газогенератора его отправили на высотный стенд ЦИАМ, где были имитированы реальные условия полёта. Параллельно компрессор тестировали на автономной установке, чтобы получить его характеристики.
В ходе стендовых испытаний первого опытного образца ПД-8 была выполнена отладка систем автоматического управления, стабилизирован запуск двигателя с выходом на «малый газ». Получены основные параметры на всех режимах работы, от «малого газа» до «максимального взлётного». Программа включала в себя замеры параметров для оценки температурного состояния, прочности, вибрационной стойкости, а также проверку воздушной, масляной и топливной систем. С помощью 500 датчиков снимались данные о состоянии деталей и узлов для последующего анализа работоспособности основных систем.
В декабре 2022 года ПД-8 впервые поднялся в воздух. Он был установлен под крыло летающей лаборатории Ил-76ЛЛ вместо двигателя №2 Д-30КП-2 (внутренний левый). Лётные испытания включали оценку работы на разных режимах, включая взлётный и крейсерский. В ходе полётов была выполнена проверка взаимодействия двигателя с системами самолёта, сняты основные эксплуатационные данные – частота вращения, давление, температура, а также дополнительные параметры, необходимые для подтверждения принятых конструктивных решений и обеспечения безопасной эксплуатации силовой установки.
В октябре 2023 года ПД-8 впервые был запущен в составе самолёта SJ-100. По результатам лётных и наземных испытаний ПД-8 был доработан, и 17 марта 2025 года состоялся первый полёт SJ-100 с новыми двигателями. Самолёт провёл в воздухе 40 минут, достиг скорости 500 км/ч и высоты 3000 метров. Двигатели показали стабильную работу на постоянных и переменных режимах.
Сертификацию ПД-8 планируют завершить осенью 2025 года. Уже в 2026 году первые SJ-100 с отечественными двигателями поступят заказчикам.
При подготовке статьи были использованы материалы и технические данные, предоставленные пресс-службой Объединённой двигателестроительной корпорации.
Андрей Величко
для сайта «Авиация России»
_________________
Я вас предупреждал. Проклятые вы дураки. (с) Г.Уэллс 1946 г.
|
