Новые материалы обеспечат создание перспективных российских авиадвигателей

Российские ученые работают над новыми типами полимерных материалов, которые позволят создать авиационные газотурбинные двигатели нового поколения, рассказал Михаил Бакрадзе, заместитель генерального директора Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК) Ростеха, выступая в конце ноября на IV Конгрессе молодых ученых.

"Эволюция авиационных двигателей показывает, что переход к следующему поколению — это результат создания материалов и технологий. Сегодня новые композиционные материалы, из которых мы проектируем лопатки вентилятора, новые интерметаллидные высокотемпературные сплавы — это основа двигателей пятого поколения. Разработка высокотемпературных полимерных композитов, разработка высокотемпературных керамических и металлокерамических материалов обеспечит нам создание двигателей нового [следующего, шестого] поколения", — объяснил он.

По словам Михаила Бакрадзе, достижение принципиально нового уровня развития технологий и материалов в двигателестроении было бы невозможно без опережающего научно-технического задела. Композитные материалы уже составляют около 10% в современных авиадвигателях, а к 2035 году доля неметаллических материалов в российских авиадвигателях возрастет до 30%.

Для формирования опережающего научно-технического задела ОДК тесно сотрудничает с научными организациями, институтами Российской академии наук и высшими учебными заведениями.  

Результатом совместной работы стала разработка новых отечественных технологий и материалов в рамках программы создания двигателя ПД-14 для нового российского среднемагистрального самолета МС-21-310. Чтобы обеспечить технические характеристики ПД-14 на уровне современных мировых аналогов, были разработаны и внедрены 16 критических технологий и 12 новых материалов и покрытий.

Впервые в России на ПД-14 была применена титановая пустотелая широкохордная рабочая лопатка вентилятора, изготовленная по технологии диффузионной сварки и сверхпластической формовки, монокристаллические лопатки турбины высокого давления с высокоэффективной системой охлаждения и с теплозащитным покрытием второго поколения. Также в конструкции ПД-14 применены уникальные детали камеры сгорания, изготовленные с применением аддитивных технологий.

Для деталей и агрегатов мотогондолы ПД-14 во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов (ВИАМ) были созданы перспективные полимерные материалы нового поколения — угле- и стеклопластики, которые по характеристикам соответствуют лучшим мировым аналогам.

Новые материалы разработаны и для нового двигателя ПД-8, который будет устанавливаться на импортозамещенную версию российского ближнемагистрального самолета SJ-100. ОДК в сотрудничестве с НИЦ "Курчатовский институт" — ВИАМ создала для лопаток ПД-8 пять новых жаропрочных никелевых сплавов, способных выдерживать особо высокие нагрузки.

Для первого отечественного двигателя большой тяги большого проекта ПД-35 потребовалось освоить еще 18 новых технологий, включая высокотемпературные полимеры.

На Международном форуме двигателестроения в Москве ОДК впервые продемонстрировала полноразмерную лопатку из полимерных композитов для вентилятора ПД-35. Применение композитов позволило снизить вес конструкции и обеспечить высокую устойчивость к внешним воздействиям.

ОДК представила композитную лопатку вентилятора ПД-35 в 2020 году и провела успешные испытания модели рабочей лопатки вентилятора на двигателе ПД-14. В 2024 году успешно прошел первый этап испытаний уже двигателя-демонстратора технологий ПД-35. При этом был многократно обеспечен выход на взлетный режим с достижением тяги двигателя 35 т.  

"Примером сегодняшнего прорыва в области полимерных материалов для нашего двигателестроения является создание полимерной лопатки вентилятора ПД-35. Без этой технологии было бы невозможно создать двигатель большой тяги, потому что это ключевая позиция. Следующим этапом развития этой технологии будут уже термопластичные полимеры, и это огромный пласт работы, которую нам надо преодолеть — создать технологию производства", — сказал Михаил Бакрадзе.

В новом ПД-35 применены и другие новшества. Там же, на форуме двигателестроения были показаны "выращенные" рабочие и сопловые лопатки двигателя-демонстратора технологий ПД-35. Аддитивные технологии позволяют производить детали сложной формы, которые способны выдерживать высокие нагрузки.

Михаил Бакрадзе отметил, что Россия входит в число пяти стран, которые способны конструировать, производить, серийно выпускать авиационные газотурбинные двигатели. Он также напомнил, что даже при наличии технического и научного задела только опытно-конструкторские работы при создании нового двигателя занимают около 7–10 лет. Сейчас ОДК представляет двигатели и элементы двигателей, соответствующие характеристикам пятого поколения. Разработка полимеров и композитов с еще более высокими характеристиками обеспечит в обозримой перспективе переход к двигателям шестого поколения.