Взлёт, 2015 № 12

Двигатель для «Руслана»

3 декабря 2015 г. головной научно-исследовательской организации отечественного авиадвигателестроения - Центральному институту авиационного моторостроения им. П.И. Баранова - исполнилось 85 лет. Этому событию была посвящена прошедшая 24-27 ноября в ЦИАМ всероссийская научно-техническая конференция «Авиадвигатели XXI века» с участием руководителей и специалистов ведущих отечественных отраслевых научно-исследовательских, проектно-конструкторских и производственных предприятий авиадвигателестроения. На мероприятие было приглашено большое число представителей СМИ, в т.ч. и корреспонденты нашего журнала. Одна из тем конференции, звучавшая в нескольких докладах, - необходимость импортозамещения по ряду силовых установок, применяемых на отечественных самолетах и вертолетах, но не производимых в России. Так, в нашей стране до сих пор не выпускаются турбореактивные двигатели с высокой степенью двухконтурности тягой более 18 тс, в то время как потребность в них становится все более очевидной. В частности, одной из приоритетных задач отечественного авиамоторостроения признается создание российского двигателя для ремоторизации тяжелого транспортного самолета Ан-124 «Руслан»: производство и ремонт применяемых на «русланах» ТРДД типа Д-18Т тягой 23,4 тс осуществлялись только на Украине, что в нынешних условиях становится серьезным препятствием для продления сроков службы этих самолетов в России. Для перспективных отечественных тяжелых военно-транспортных самолетов и широкофюзеляжных дальнемагистральных лайнеров требуются высокоэффективные двигатели еще большей тяги - вплоть до 35 тс. На конференции в ЦИАМ были впервые публично представлены предложения входящих в Объединенную двигателестроительную корпорацию самарского ОАО «Кузнецов» и пермского ОАО «Авиадвигатель» по созданию линейки ТРДД большой степени двухконтурности тягой от 24 до 35 тс.

Приоритетной задачей ОАО «Кузнецов» в настоящее время, как известно, является возобновление серийного выпуска ТРДДФ типа НК-32 для сверхзвуковых многорежимных стратегических бомбардировщиков-ракетоносцев Ту-160. Газогенератор НК-32 уже использовался «Кузнецовым» для создания двигателей другого применения. Так, еще в 1988 г на его базе был разработан проект ТРДД НК-34 тягой 15 тс для модификации тяжелого реактивного самолета-амфибии А-40 «Альбатрос», а в 1990—1992 гг. — двигатели НК-36СТ и НК-37 выходной мощностью 26,5 МВт для наземных газоперекачивающих установок и парогазовых электростанций.

Как заявил на конференции в ЦИАМ заместитель Генерального конструктора ОАО «Кузнецов» Антон Шацкий, уникальная турбина, выдерживающая длительные высокотемпературные режимы, обеспечивает газогенератору НК-32 параметрический и конструктивный запас для создания на его базе линейки ТРДД большой тяги для применения на транспортных и пассажирских самолетах. Первым в их ряду может стать трехвальный двухконтурный турбореактивный двигатель НК-23Д тягой 24 тс для ремоторизации тяжелых военно-транспортных самолетов Ан-124 «Руслан».

По словам Антона Шацкого, «стоит задача поднять в 2019 г. самолет Ан-124 с отечественными двигателями», но «если сейчас рассуждать о создании научно-технического задела, проведения НИР и ОКР», то на создание нового двигателя такого класса может потребоваться 10—15 лет. Поэтому «Кузнецов» предлагает альтернативное решение — делать двигатель для «Руслана» с максимальным использованием уже имеющегося задела по газогенератору НК-32. При этом перед двигателистами ставятся серьезные условия: «Мы должны точно вписаться в размеры мотогондолы Д-18Т, мотогондола должна остаться в той же длине, примерно в той же массе, т.е. мы имеем ограничения и геометрические, и конструктивные», — сообщил заместитель Генерального конструктора «Кузнецова». Тем не менее, он считает, что уложиться в столь сжатые сроки вполне реально. В течение этого года на предприятии уже проведены предварительные проработки по этой теме.

Согласно представленной на конференции в ЦИАМ презентации, предлагаемый для ремоторизации «русланов» НК-23Д тягой на взлете 24 тс (у Д-18Т — 23,4 тс) будет иметь на крейсерском режиме (высота 11 км, М=0,75) степень двухконтурности 5,4 (у Д-18Т — 5,5) и удельный расход топлива 0,565 кг/(кгс • ч) при тяге 5000 кгс. По официальным данным ПАО «Мотор Сич», тяга и удельный расход топлива Д-18Т серии 3 на крейсерском режиме в аналогичных условиях составляют 4860 кгс и 0,546 кг/(кгс • ч).

На «Кузнецове» планируют не ограничиваться одним лишь 24-тонным НК-23Д для Ан-124. По словам Антона Шацкого, на базе имеющегося на предприятии научно-технического задела по газогенератору НК-32 и другим проектам в дальнейшем планируется разработать и более мощные ТРДД взлетной тягой до 30—35 тс. На конференции в ЦИАМ были представлены два возможных проекта: НК-65 тягой 29,5 тс и НК-35Р-32 тягой 35 тс. Напомним, что впервые планы «Кузнецова» по созданию двигателя 30-тонного класса были анонсированы еще в апреле 2012 г на выставке «Двигатели-2012». Тогда речь шла о редукторном ТРДД взлетной тягой 29,5 тс, названном ПД-30 и предназначавшемся для установки на пассажирские и транспортные самолеты, прорабатываемые по программе «Самолет 2020», а также на модернизированный Ан-124-300. Как заявлял тогда Генеральный конструктор ОАО «Кузнецов» Дмитрий Федорченко, при условии выделения необходимого финансирования ПД-30 можно было создать за 4—5 лет (см. «Взлёт» №5/2012, с. 55). Сравнение данных и изображений по ПД-30 и НК-65, демонстрировавшихся, соответственно, на «Двигателях-2012» и на нынешней конференции в ЦИАМ, показывает, что речь, скорее всего, идет об одном и том же проекте.

Как сообщил Антон Шацкий, в рамках работ по формированию облика ТРДД тягой порядка 30 тс на «Кузнецове» рассматривались схемы как с прямым приводом вентилятора, так и редукторная. «Очевидно, что перспективна редукторная схема. Но для этого необходим высококлассный редуктор, чтобы он не «съел» все плюсы такой схемы. В плане достижения наилучшей экономичности будущее — за редукторной схемой», — подчеркнул заместитель Генерального конструктора ОАО «Кузнецов».

Согласно представленным на конференции данным, двигатель НК-65 с диаметром вентилятора 2950 мм будет иметь, по расчетам, степень двухконтурности 8 и удельный расход топлива на крейсерском режиме 0,545 кгДкгс/ч), а НК-35Р-32 с диаметром вентилятора 3120 мм — соответственно 9,2 и 0,53 кгДкгс/ч). Оба предлагается использовать в качестве силовой установки для Перспективного авиационного комплекса Военно-транспортной авиации, но они могут быть рассмотрены и для комплектации других «больших» самолетов, в т.ч. широкофюзеляжных авиалайнеров.

Демонстрировавшийся на конференции в ЦИАМ слайд из презентации ОАО «Кузнецов».

Заместитель Генерального конструктора ОАО «Кузнецов» Антон Шацкий рассказывает на конференции в ЦИАМ о предложениях по созданию ТРДД большой тяги на базе газогенератора НК-32.

В соответствии с государственной программой «Развитие авиационной промышленности на 2013—2025 гг.» пермское ОАО «Авиадвигатель» ведет создание семейства двигателей нового поколения, первым в котором стал ПД-14 для ближне-среднемагистрального пассажирского самолета МС-21. Нынешней осенью стартовали летные испытания ПД-14 на летающей лаборатории (см. «Взлёт» №11/2015, с. 4—5), успешно завершен первый этап испытаний на высотном стенде ЦИАМ. Сертификация двигателя намечена на 2017 г.

Для прогнозирования типажа перспективных двигателей в ОАО «Авиадвигатель» были проведены исследования рынка, представленные на ноябрьской конференции в ЦИАМ заместителем Генерального конструктора — главным конструктором семейства двигателей ПД Игорем Максимовым. По результатам этого исследования, самыми массовыми и экономически привлекательными для двух- и четырехдвигательных широкофюзеляжных дальнемагистральных пассажирских лайнеров на 10-летнюю перспективу (2014—2023 гг) признаны двигатели в классе тяги от 26 до 38 тс. Это, по оценкам специалистов «Авиадвигателя», около 75% рынка в абсолютном исчислении и 63% — в стоимостном. Двигатели сверхбольшой тяги (38—52 тс) займут заметно меньшую долю — 25 и 37% соответственно.

Исходя из анализа рынка, наиболее привлекательными в ОАО «Авиадвигатель» признаны ниши ТРДД большой тяги (в классе 24—35 тс) для широкофюзеляжных дальнемагистральных пассажирских лайнеров и тяжелых транспортных самолетов, ТРДД средней тяги (10—15 тс) для узкофюзеляжных ближне-среднемагистральных пассажирских и средних военно-транспортных самолетов, а также турбовальные и турбовинтовые двигатели в классе мощности 1500—3000 л.с. для вертолетов и региональных самолетов. Все эти три «интересные» бизнес-ниши предлагается закрыть семействами двигателей, созданных на основе трех базовых газогенераторов.

Наиболее проработанным в настоящее время является так называемый «средний» газогенератор, примененный на двигателе ПД-14 взлетной тягой 14 тс (диаметр вентилятора — 1900 м, степень двухконтурности — 8,5). Он имеет 8-ступенчатый компрессор высокого давления (КВД) и двухступенчатую турбину высокого давления (ТВД) — т.н. формула «8+2» — и позволяет реализовать семейство ТРДД в классе тяги от 9 до 18 тс (ПД-10, ПД-14, ПД-18Р). Кроме того, на базе «среднего» газогенератора возможно создание ТРДД с меньшей тягой (ПД-7 тягой 7,9 тс), а также турбовального двигателя мощностью 11—12 тыс. л.с. для тяжелых вертолетов типа Ми-26 (ПД-12В мощностью 11 500 л.с.). В газогенераторе ПД-14 уже реализован ряд критических (ключевых) технологий, применимых для построения всего семейства двигателей, в частности, примерно на 12% улучшен показатель удельного расхода топлива, что позволяет приближаться по этому параметру к лучшим зарубежным аналогам.

Под крылом летающей лаборатории Ил-76ЛЛ - опытный ПД-14, первый в новом поколении двигателей для гражданской и транспортной авиации, разрабатываемом пермским ОАО «Авиадвигатель»

Продольный разрез двигателя ПД-14. Примерно по такой же схеме «Авиадвигатель» предлагает строить ТРДД тягой 24-35 тс.

«Предельным» по тяге двигателем, который можно создать на основе «среднего» газогенератора «8+2», по словам Игоря Максимова, является редукторный ПД-18Р тягой 18,7 тс (диаметр вентилятора — 2300 мм, степень двухконтурности — 10). Для более мощных ТРДД требуется «большой» газогенератор с дополнительной 9-й ступенью КВД — формула «9+2». На его базе возможно создание семейства двигателей в диапазоне тяги от 20 до 35 тс. «Предельным» здесь определен ТРДД типа ПД-35 взлетной тягой 35 тс (диаметр вентилятора — 3100 мм, степень двухконтурности — 11, удельный расход топлива на крейсерском режиме — 0,488 кг/(кгс • ч)).

Эффективный «большой» газогенератор, по мнению Игоря Максимова, целесообразно создавать на основании новых ключевых технологий, а не простым масштабированием «среднего» газогенератора от ПД-14, хотя он и станет его дальнейшим развитием. Таким образом, семейство ТРДД на базе «большого» газогенератора «9+2» может стать следующим технологическим уровнем, и будет способно и через 15—20 лет достойно конкурировать с зарубежными аналогами. По оценкам «Авиадвигателя», представленным на конференции, преимущество использования новых ключевых технологий, по сравнению с масштабированием имеющегося «среднего» газогенератора, позволит получить на «большом» двигателе выигрыш в удельном расходе топлива на 7% и в массе на 1650 кг (при этом сам газогенератор «9+2» окажется легче на 400 кг). К таким новым критическим технологиям главный конструктор двигателей ПД отнес разработку нового высоконапорного высоконагруженного 9-ступенчатого КВД со степенью сжатия более 20, применение новых конструкционных материалов, рассчитанных на увеличенные температуры газа, обеспечение малоэмиссионного горения, использование композитных лопаток вентилятора и корпусных элементов, создание сверхмощных редукторов (при выборе редукторной схемы привода вентилятора). По мнению пермяков, с учетом длительности сроков создания новых двигателей, альтернативная идея масштабирования газогенератора ПД-14 на момент возможного появления таких ТРДД в следующем десятилетии уже не позволит им сохранить на достойном уровне конкурентоспособность с лучшими мировыми аналогами.

По словам Игоря Максимова, пока нет окончательного решения относительно схемы ПД-35 — будет ли он с прямым приводом вентилятора или с редуктором. «Редуктор дает возможность снизить число ступеней КНД, но требует наличия ряда соответствующих передовых технологий, которых пока нет», — сказал он, в связи с чем «работать надо по обоим направлениям». Кроме того, заместитель Генерального конструктора «Авиадвигателя» заострил вопрос о том, что в России сегодня «существует проблема отсутствия соответствующих производственных мощностей для выпуска столь больших двигателей — диаметром около 4 м, длиной более 8,5 м и массой порядка 8 т». Таким образом, для обеспечения их создания требуется развертывание новой стендовой базы и новых производственных мощностей с оборудованием, рассчитанным на такие параметры.

Выступление на пленарном заседании юбилейной конференции ЦИАМ «Авиадвигатели XXI века» заместителя Генерального конструктора ОАО «Авиадвигатель» - главного конструктора семейства двигателей ПД Игоря Максимова.

«Предельный» по тяге ПД-35 рассматривается базовым в семействе двигателей на базе газогенератора «9+2», в которое могут войти также ТРДД меньшей тяги: ПД-28 (тяга на взлете — 28 тс, диаметр вентилятора — 2773 мм, степень двухконтурности — 10,5, удельный расход топлива на крейсерском режиме — 0,498 кг/(кгс^ч)) и ПД-24 (тяга — 23,6 тс, диаметр — 2539 мм; степень двухконтурности — 9,8, удельный расход — 0,508 кг/(кгс • ч)). Двигатели ПД-35 и ПД-28 могут использоваться в составе силовых установок перспективных широкофюзеляжных дальнемагистральных пассажирских и тяжелых транспортных самолетов, ПД-24 — на широкофюзеляжных ближне-среднемагистральных лайнерах, а также для ремоторизации Ан-124.

В заключение стоит отметить, что процесс создания новых авиадвигателей, тем более таких, как рассматриваются в этом материале, весьма длительный и может занимать 10 лет и более. Так, заместитель Генерального директора ЦИАМ Александр Новиков, касаясь вопросов импортозамещения силовых установок отечественных самолетов и вертолетов, озвучил на ноябрьской конференции мнение института о возможной продолжительности и стоимости соответствующих опытно-конструкторских работ. Например, ОКР по созданию российского двигателя для ремоторизации Ан-124, по оценкам ЦИАМ, могут занять более 6 лет в случае с НК-23Д (на базе газогенератора НК-32) и около 8 лет — для ТРДД на базе масштабируемого газогенератора ПД-14. Очевидно, что работы по принципиально новым конкурентоспособным на мировом рынке двигателям тягой 28—35 тс потребуют гораздо больше времени и затрат, поэтому все еще может не раз поменяться, а озвученную на ноябрьской конференции в ЦИАМ информацию по перспективным отечественным «30-тонникам» пока стоит рассматривать лишь как возможный вариант развития событий.

Антон ПАВЛОВ