Двигатели на будущее

B конце марта пермская компания "Авиадвигатель", которая специализируется на разработке газотурбинных двигателей авиационного и промышленного назначения (входит в состав Объединенной двигателестроительной корпорации, ОДК), сообщила о своих планах создания двигателя для первого российского полностью электрического самолета (ПЭС). Для этого будет модернизирован двигатель ПС-90А и его системы. Согласно сообщению компании, Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского (ЦАГИ) уже рекомендовал Минпромторгу России утвердить проект Комплексной программы по созданию полностью электрического самолета. Программа рассчитана на период с 2014 по 2022 г. Всего к разработке ПЭС планируется привлечь более 100 предприятий авиационной, радиоэлектронной и электротехнической промышленности, а также некоторые академические институты Российской академии наук. Для проведения летных испытаний нового оборудования предполагается создать летающую лабораторию на базе самолета Ту-214 с дальнейшим его развитием до модернизированного Ту-214Э.
Принятый термин ПЭС, вероятно, не очень удачен и может слегка ввести в заблуждение — скорее, речь должна идти о полностью электрифицированном самолете, все системы которого питаются электричеством, что позволяет исключить гидравлические и пневматические энергосистемы. В мире к концепции ПЭС ближе всего продвинулся самолет Boeing 787, тогда как для самолета Airbus A350 принят более консервативный подход, хотя доля электрифицированного оборудования увеличена по сравнению с традиционной конструкцией.
В принципе, отказ от пневматики и гидравлики позволяет снизить отбор мощности от авиационного двигателя (точнее, отбирать ее более эффективно) и обойтись без коробки приводов. В результате, как отмечают в "Авиадвигателе", будут обеспечены снижение взлетной массы, экономия топлива, сокращение стоимости жизненного цикла самолета и увеличение наработки.
По словам генерального конструктора компании "Авиадвигатель" Александра Иноземцева, при разработке экспериментального двигателя на базе ПС-90А для ПЭС будет использован опыт, накопленный при создании двигателя ПД-14. "Мы должны применить технологии — от проектирования до производства — конкурентоспособные в первой четверти XXI века", — отметил он.
Компания "Авиадвигатель" разрабатывает новый гражданский турбовентиляторный двигатель ПД-14 с тягой 14 т для будущего российского узкофюзеляжного самолета МС-21, двигатель станет основной для семейства силовых установок с тягой от 9 до 18 т. По информации ОДК, основная концепция, определившая выбор архитектуры и параметров ПД-14, — обеспечение конкурентных преимуществ двигателя на крыле по показателям экономической эффективности эксплуатации самолета с минимальными рисками для заказчика и производителя.
Для достижения поставленной цели с учетом специфики эксплуатации ближнесреднемагистрального самолета (короткий полетный цикл, большое количество взлетов и посадок) были приняты умеренно высокие (близкие к оптимальным для указанного применения) термодинамические параметры двигателя и передовые, но достаточно ясные и проверенные конструктивно-технические решения, снижающие риски неполучения тягово-экономических, ресурсных и эксплуатационных характеристик.
Как сообщают в ОДК, по сравнению с современными российскими двигателями (SaM146, ПС-90А) и зарубежными аналогами (CFM56, V2500) при разработке ПД-14 сделан качественный скачок в основных параметрах: по степени двухконтурности — в 1,6–2 раза, по температуре газа перед турбиной — на 100°С, по суммарной степени сжатия в компрессоре — на 20%, что должно обеспечить снижение крейсерского удельного расхода топлива на 12–16%.
Возможность значительного повышения параметров обеспечивается использованием комплекса новых технологий, прежде всего компактного газогенератора и относительно легкого бесполочного вентилятора. В двигателе найдут применение следующие ключевые технологии: моноколеса (блиски) в сварном роторе компрессора высокого давления, монокристаллические лопатки турбины высокого давления с перспективной системой охлаждения, керамические покрытия на деталях горячей части, полые широкохордные титановые лопатки и композитные корпуса вентилятора, лопатки турбины низкого давления из интерметаллидных материалов, композитная мотогондола.
Основными зарубежными конкурентами ПД-14 можно считать двигатели PW1100G-JM и PW1400G компании Pratt & Whithey и  Leap-1A, Leap-1В, Leap-1С компании CFMI (совместное предприятие General Electric и Snecma). Как считают в ОДК, двигатель ПД-14 имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогами-конкурентами:
• меньший на 4–8% диаметр вентилятора обеспечивает снижение массы силовой установки (на 4–5%) и лобового сопротивления (за исключением двигателя Leap-1В, который имеет меньшую взлетную тягу и диаметр);
• меньшие температуры перед турбиной и за компрессором улучшают показатели надежности и долговечности двигателей самолетов с коротким полетным циклом;
• несколько большие размеры внутреннего контура (газогенератора) облегчают решение проблемы относительно больших отборов воздуха из компрессора на различные нужды;
• достаточно высокая расчетная степень сжатия вентилятора (в 1,54 раза) исключает необходимость применения регулируемого сопла наружного контура;
• сочетание умеренно высоких параметров цикла, оптимальных для ближнесреднемагистрального самолета, с проверенной схемой прямого привода вентилятора позволит получить оптимальные затраты на обслуживание и эксплуатацию самолета в целом.
По планам ОДК, в этом году должен быть изготовлен первый прототип ПД-14, после чего начнутся его испытания, а в будущем году новый двигатель должен приступить к летным испытаниям на летающей лаборатории. В ноябре прошлого года Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского (ЦАГИ) завершил первый этап испытаний модели мотогондолы двигателя ПД-14 на крейсерских скоростях полета (до М = 0,82). Испытания проводились в трансзвуковой аэродинамической трубе Т-106 ЦАГИ. Следующий этап аэродинамических испытаний модели гондолы двигателя ПД-14 запланирован на весну 2014 г. Испытания также будут проводиться в аэродинамической трубе.
Первый полет ПД-14 на самолете МС-21-300 намечен на 2016 г., а сертификация силовой установки в Авиационном регистре Межгосударственного авиационного комитета (АР МАК) должна завершиться годом позже. Процесс сертификации уже начался в прошлом году. Весной "Авиадвигатель" подал заявку в АР МАК на получение сертификата типа авиационного маршевого двигателя ПД-14, а следующий этап состоялся с 28 октября по 1 ноября. В ходе работы макетной комиссии были проверены общие требования, конструкции, системы,  материалы и технология изготовления.
Общий объем инвестиций в разработку ПД-14 с 2008 по 2013 г. составил 25 млрд руб., на 2014–2015 гг. требуется еще около 15 млрд руб. При этом в техническое перевооружение производства необходимо вложить около 30 млрд руб. По расчетам ОДК бюджет программы создания ПД-14 до 2020 г. составит 75,2 млрд руб. Из этой суммы на собственные средства корпорации придется 10,2 млрд руб., остальное финансирование пойдет в рамках госпрограмм. Двигатель будет производиться в кооперации Пермским моторным заводом и рыбинским предприятием "Сатурн".    

Демонстратор технологий ПД-14 был выставлен на МАКС­-2013 // Леонид ФАЕРБЕРГ / Transport-photo.com