ПД-14 для МС-21 – надежда российского авиационного двигателестроения
Часть 3. Параметры нового двигателя

Итак, продолжим историю ПД-14.

Основные характеристики двигателя ПС-12 предполагались следующими: тяга на взлетном режиме (Н = 0; М = 0) – 11,8 тс, тяга на максимальном режиме (Н = 0; М = 0) – 13,5 тс, тяга на крейсерском режиме (Н = 11 км; М = 0,8; МСА) – 2,57 тс, приведенный расход воздуха через вентилятор на крейсерском режиме – 540,4 кг/с, степень двухконтурности на крейсерском режиме – 8,38, степень повышения давления в компрессоре на режиме набора высоты – 40,8, удельный расход топлива на крейсерском режиме – 0,550 кг/кгс•ч, диаметр вентилятора – 1870 мм, сухая масса двигателя – 2350 кг. Если что, Н – высота полета, а М – скорость (доля от сверхзвуковой скорости в 1 Мах).

Второй претендент на установку на крыло будущего МС-21 и Ил-214, двухконтурный турбореактивный двигатель АИ-436Т12 (первоначальное рабочее обозначение – Д-435Т-Х), предполагалось создавать на базе модифицированного газогенератора двигателя Д-436Т3 – новейшей на тот момент модификации двигателя Д-436 (показал себя с наилучшей стороны во время эксплуатации на самолетах Бе-200 и в ходе испытательных полетов на авиалайнерах Ту-334 и Ан-148). Конструктивно новый двигатель был бы трехвальным, с новым вентилятором с широкохордными лопатками, и должен был иметь следующие основные параметры: степень двухконтурности – 10,35, тяга на взлетном режиме – 12 тс, тяга крейсерская (Н = 11 км; М = 0,8) – 2,4 тс, удельный расход топлива на взлетном режиме – 0,275 кг/кгс•ч, удельный расход топлива на крейсерском режиме – 0,555 кг/кгс•ч, диаметр вентилятора – 2070 мм, сухая масса – 2230 кг, температура газа после турбины – 1584 К. При этом, согласно расчетам специалистов разработчика, использование широкохордного вентилятора позволяло улучшить равномерность потока воздуха в его «холодной» части и снизить чувствительность двигателя к повышенной турбулентности воздуха, что в конечном итоге позволяло повысить запас газодинамической устойчивости нового двухконтурного турбореактивного двигателя.

В производстве двигателя АИ-436Т12 предполагалось использовать мощности запорожских предприятий ЗМКБ «Прогресс» и «Мотор Сич», а также российских Уфимского моторостроительного производственного объединения (УМПО) и Московского машиностроительного производственного предприятия (ММПП) «Салют» (ныне оба в контуре АО «ОДК»), между которыми было заключено соответствующее соглашение. Причем участники разработки утверждали, что в случае победы в конкурсе они смогут изготовить первый двигатель для проведения испытаний уже через год.

В результате победа заслуженно была присуждена пермскому двигателю, который превосходил своего конкурента по ряду важных для эксплуатантов характеристик. Важным преимуществом пермского предложения была и возможность достаточно быстрого создания на базе основного варианта двигателя, который планировался под установку на будущий МС-21 (тягой около 12,5 тс), целого семейства различных по классу тяги авиадвигателей, которые могли бы включаться в состав силовых установок перспективных российских бизнес-джета (Ту-414, на него планировался самый маломощный вариант – ПС-7 тягой 7 тс), регионального авиалайнера (будущий SSJ-100), ближнемагистрального Ту-334 и самолет-амфибию Бе-200 (вариант ПС-9), а также военно-транспортного самолета, обозначавшегося первоначально «Ил-476» (вариант ПС-14 тягой 14,5 тс).

#технилище #авиация #ПД14 #МС21 #авиадвигатель #ОДК

ПД-14 для МС-21 – надежда российского авиационного двигателестроения
Часть 4. Окончательная концепция

Однако после определенной доработки проекта перспективного авиалайнера МС-21, в результате которой, в частности, его вместимость в базовой модификации выросла до 150 пассажиров (МС-21-200), а в «удлиненном» варианте МС-21-300 – до 180 человек, тягу базового варианта перспективного авиадвигателя пришлось довести до 14 тс (двигатель ПС-14), что в итоге потребовало вести разработку двигателя на базе нового газогенератора и с использованием доработанных остальных компонентов и агрегатов двигателя (например, компрессор низкого давления имел большее количество подпорных ступеней, а диаметр вентилятора достиг 1900 мм). Одновременно с изменением размерности базового двигателя семейства изменились и принципы построения этого семейства. Помимо ПД-14, предназначенного для МС-21-300, в него вошли ПД-14А (тяга 12,5 тс) для МС-21-200 и ПД-14М (15,6 тс) для планируемого 212-местного МС-21-400 и российско-индийского перспективного транспортного МТА. При этом версия ПД-14А полностью идентична базовой конфигурации, отличаясь только регулировками САУ. А ПД-14М уже имеет конструктивные особенности: его КНД получил дополнительную ступень, изменилась и ТНД.

После реорганизации российского авиадвигателестроения, в результате которой практически все отечественные моторостроительные предприятия, включая и пермские, были интегрированы в Объединенную двигателестроительную корпорацию (АО «ОДК»), наименование программы создания перспективного российского двигателя изменили на ПД-14 («Перспективный двигатель с тягой 14 тонн»). При этом после окончательного завершения формирования облика перспективного двигателя отличительными особенностями конструкции последнего стали:

- компактная двухвальная схема с безредукторным, т.е. прямым приводом вентилятора и степенью двухконтурности 8,5;
- двухопорный ротор газогенератора с низким уровнем вибраций;
- вентилятор с широкохордными пустотелыми титановыми лопатками;
- восьмиступенчатый компрессор высокого давления со степенью повышения давления 17, в сварном роторе которого применены блиски;
- малоэмиссионная камера сгорания кольцевого типа из интерметаллидного сплава;
- двухступенчатая турбина высокого давления с эффективной системой охлаждения и шестиступенчатая турбина низкого давления с высоким КПД;
- изготовленная на 65% по массе из композитов короткая мотогондола двигателя с реверсивным устройством решетчатого типа с электромеханическим приводом;
- цифровая система автоматического управления (САУ) с полной ответственностью (FADEC).

Продолжим завтра.

#технилище #авиация #ПД14 #МС21 #авиадвигатель #ОДК

ПД-14 для МС-21 – надежда российского авиационного двигателестроения
Часть 5. Немного пафоса

Итак, возвращаемся к истории о ПД-14.

В интервью в октябре 2012 г. Генеральный конструктор «Авиадвигателя» Александр Иноземцев указывал, что, «с целью обеспечения ресурсных характеристик и последующей сертификации двигателя c применением 3-й стратегии управления ресурсом впервые в российском двигателестроении развернута работа по созданию банка механических характеристик конструкционных материалов, применяемых в двигателе». По словам Александра Иноземцева, задачей российских двигателестроителей является выдерживание паритетных характеристик по двигателям, а вот, собственно, сам МС-21 благодаря «черному» крылу из композиционных материалов сможет получить превосходство над ремоторизированными зарубежными авиалайнерами. Крыло из композиционных материалов…

Следует отметить, что в процессе разработки двигателя ПД-14 российскими специалистами наряду с проверенными и подтвердившими свою практическую значимость решениями впервые в отечественном двигателестроении был применен целый ряд важных технологий и производственных практик, в том числе:
- двигатель впервые в отечественной практике проектировался на директивно заданную производственную себестоимость (производственную материалоемкость и трудоемкость). Как подчеркивал в своем докладе «Создание семейства двигателей для перспективных самолетов гражданской авиации» на московском «Научно-техническом конгрессе по двигателестроению» НТКД-2014 в апреле 2014 г. Александр Иноземцев, в данном случае решалась «обратная» задача – разработчик двигателя определил конкурентоспособную рыночную цену двигателя, от которой «отмотал» задачу вплоть до производственной себестоимости отдельных узлов и деталей, после чего предельные показатели материалоемкости и стоимости по новому двигателю были выданы предприятиям кооперации в качестве директивы (требования были вписаны на уровень основных деталей), на основе чего предприятия разработали программы техперевооружения в обеспечение заданных показателей (в данную подпрограмму были инвестированы более 20 млрд руб.);
- впервые в истории российского авиационного двигателестроения специалистами «Авиадвигателя» создавалась сразу полная двигательная установка, включающая в себя и собственно двигатель, и мотогондолу для него;
- КВД, камера сгорания, а также ТВД и ТНД создавались с использованием методов 3D-проектирования;
- диски компрессора и турбины выполнены из нового никелевого гранульного сплава;
- конструкция камеры сгорания содержит детали из жаростойкого интерметаллидного сплава, а также форсунки с пневмораспылом;
- в конструкции камеры сгорания и ТВД применено теплозащитное покрытие с термобарьерным керамическим слоем второго поколения, а рабочие и сопловые лопатки ТВД были специально «выращены» из монокристаллических сплавов нового поколения – внедрение на Пермском моторном заводе технологии изготовления монокристаллических рабочих лопаток турбины из сплавов нового поколения с ТЗП второго поколения позволило поднять температуру газа перед турбиной до 2000 К;
- конструкция турбин высокого и низкого давления предусматривает активное управление радиальными зазорами.

Технологически базовый двигатель ПД-14 состоит из 14 модулей, из которых семь можно менять во время эксплуатации без съема двигателя с крыла.

#технилище #авиация #ПД14 #МС21 #авиадвигатель #ОДК

ПД-14 для МС-21 – надежда российского авиационного двигателестроения
Часть 6. Чем же он хорош?

Немного поговорим о конкурентных преимуществах двигателя ПД-14, которые по показателям экономической эффективности эксплуатации будут обеспечены реализацией следующих основных параметрических и конструктивных особенностей:
– меньшие температуры на выходе из камеры сгорания – важнейший фактор уменьшения стоимости, снижения рисков в достижении заявленных показателей долговечности и надежности двигателей самолетов с коротким полетным циклом;
– меньший диаметр вентилятора позволяет разработчику ПД-14 добиться объективного снижения массы двигателя и лобового сопротивления мотогондолы;
– оптимальные размеры внутреннего контура – газогенератора – облегчают решение проблемы относительно больших отборов воздуха из компрессора на различные нужды и снижают установочные потери тяги;
– достаточно высокая расчетная степень сжатия вентилятора – вследствие применения несколько меньшей степени двухконтурности – исключает необходимость применения регулируемого сопла наружного контура с неизбежным увеличением массы и сопротивления двигательной установки и снижает установочные потери тяги;
– проверенная в эксплуатации классическая безредукторная схема двигателя ПД-14 позволяет достичь требуемых показателей массы, ресурса, надежности и стоимости обслуживания.

Заложенные в двигатель ПД-14 схемно-конструктивные решения обеспечивают высокую надежность, технологичность производства (это в свою очередь позволяет снизить себестоимость двигателя), а также низкий уровень эксплуатационных расходов. Как подчеркивают представители компании-разработчика, «оптимальное сочетание умеренно высоких параметров цикла и проверенной схемы двигателя с прямым приводом вентилятора позволяет обеспечить снижение цены двигателя, затрат на обслуживание и ремонт, массы и лобового сопротивления двигательной установки и обеспечить преимущество двигателя ПД-14 по показателям экономической эффективности эксплуатации и стоимости жизненного цикла». Причем снизить уровень эксплуатационных расходов разработчику удалось, среди прочего, и за счет внедрения так называемой эксплуатации «по состоянию».

Особо отмечу, что главным разработчиком новых материалов для ПД-14 является ФГУП НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ, а Ваш покорный слуга принимал участие в некоторых работах Института по проекту. Всего для ПД-14 при участии «ВИАМ» было разработано порядка 20 новых материалов.

Помимо пермских организаций, в разработке и производстве ПД-14 участвуют и другие организации как из контура АО «ОДК», так и профильные НИИ и научные центры (Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского – «ЦАГИ», ФГУП «Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И.Баранова» – «ЦИАМ»). Особо следует отметить, что отечественным специалистам удалось выполнить один из главных критериев второго этапа программы – создать эффективную и работоспособную кооперацию по перспективному двигателю.

#технилище #авиация #ПД14 #МС21 #авиадвигатель #ОДК #ВИАМ