Турбореактивный двигатель – это важнейшее техническое достижение человечества, которое можно поставить в ряд, пожалуй, лишь с изобретением колеса, а технологиями разработки которого могут похвастать всего несколько стран в мире. Кроме России, такие двигатели изготавливают в США, Англии и Франции и это изобретение позволило человеку добираться в считаные часы до любого уголка земли и сделало наш земной шар уютным и маленьким.
Задача для двигателестроителей
Всего лишь четыре страны в мире способны создавать современные ТРД полного цикла. Секрет таких технологий важнее производства атомного оружия и технологий ракетостроения для запуска в космос спутников. Даже Китай несколько лет пытался создать подобные двигатели, самолётостроители Поднебесной скопировали все системы Су-27, закупленного в Советском Союзе, но так и не сумели окончательно разобраться в моторе АЛ-31Ф и вынуждены были закупать в России этот далеко не современный ТРД.
В СССР ещё в 80-е годы на поприще двигателестроения трудились восемь ОКБ, но государство распалось в 1991 году и пришлось потратить немало усилий, чтобы воедино собрать все силы отрасли моторостроения для создания прогрессивного двигателя.
Так, в 2008 году закончилось создание Объединённой двигателестроительной корпорации (ОДК), перед которой были поставлены амбициозные задачи – не только восстановить прежние позиции государства в газотурбостроении, но и создать конкуренцию ведущим мировым фирмам в этой отрасли.
По проекту ПД-14 головным исполнительным предприятием стало пермское ОКБ «Авиадвигатель», серийный выпуск будет осуществляться на моторостроительном заводе города Перми, но все основные узлы и системы будут создаваться на различных производственных объединениях по всей России.
Основной показатель, характеризующий прогресс авиастроения, является температура газа перед турбиной. ПД-14 представляет пятое поколение, у первой генерации ТРД этот показатель составлял около 1150 0К и с последующими поколениями он увеличивался примерно на 100-200 градусов, у второго в 50-е годы он поднялся до 1250 0К, третье поколение (60-е годы) характеризовалось температурой газа перед турбиной в 1450 0К, у четвёртого поколения (70-80-е годы) этот параметр вырос до 1650 0К.
Пятая генерация двигателей была разработана в 90-х годах и работает при температуре газов перед турбиной, достигающих значения 1900 0К. Мощность отдельной лопатки турбины такого двигателя сравнима с развиваемой мощностью всего мотора гоночного автомобиля.
Общий вид ПД-14
Воздух в компрессоре у таких моторов сжимается до степени в десять раз большей, чем у остальных современных двигателей, при этом количество ступеней сократилось вдвое, в два раза уменьшился удельный расход топлива, а относительный показатель тяги к весу двигателя возрос на современных моторах в 10 раз.
Двигатель ПД-14
Толчком к созданию прогрессивного мотора ПД-14 послужило начало лётных испытаний российского самолёта для линий средней протяженности МС-21, а введение санкций против России только ускорило этот процесс и похоронило надежды на помощь западных фирм.
Новый двигатель поколения 5+ считается платформой для создания семейства моторов, горячая часть которого так называемый газогенератор состоит из трёх основных слагаемых – компрессора, камеры сгорания и турбины. Технологии производства этих узлов являются критическими для создания всей силовой установки.
Разрез двигателя ПД-14
Изготовленный на авиазаводе в Перми ПД-14 имеет восьмиступенчатый компрессор и турбину с двумя ступенями. Вентилятор его оснащён пустотелыми лопатками с широкой хордой, компрессорная часть изготовлена с применением блисков. В конструкции привода вентилятора исключён редуктор, двухконтурность выполнена с относительно низкой степенью, порядка 8.6.
Впервые пермский авиазавод применил технологию выполнения тепловой защиты путём нанесения иттрия и циркониевой окиси, что сделало возможным существенно повысить параметры мотора.
В результате разработана модификация мотора повышенной мощности ПД-18Р для тяжёлых транспортников, который имеет более высокую двухконтурность и редукторный привод вентилятора, а версия ПД-7 с более низкой тягой, порядка 7 тонн предназначена для замены зарубежного двигателя на SS-100. Планируется создание турбовального мотора ПД-10В для вертолётов класса Ми-26.
Преимущества нового мотора
Российские учёные и конструкторы создали шестнадцать критических технологических процессов во время разработки нового мотора и успешно применили их для изготовления широкоходных лопаток вентилятора, турбинных лопаток для высокого давления с особой охладительной системой, сохраняющих способность работы при температуре 2000 0К.
Впервые по новейшей технологии была изготовлена малоэмиссиная камера сгорания с тепловой защитой из интегрированных металлоидных сплавов. Разработана технология защиты из керамики для узлов газогенератора и освоен технологический процесс производства шумоподавляющих конструкций из композитов.
ВИАМ создал для прогрессивной силовой установки двадцать новых материалов с заданными свойствами, поскольку разработчикам было известно, что для России будет недоступна информация о новейших достижениях западных самолётостроителей.
Учёные и все ведущие работники авиационной отрасли приложили немало усилий, чтобы создать двигатель пятого поколения со следующими преимуществами:
- Высокая надёжность – обеспечивается наработкой двигателя на отказ в воздухе более 200 тыс. часов и готовностью двигателя к вылету самолёта на 99.96%.
- Достаточная экономичность по топливу – обеспечена снижением удельного расхода топлива на 10-15% , по сравнению с современными моторами.
- Повышение экологических показателей – обеспечивается снижением шумности по требованию главы 4 стандарта ИКАО более 15-20 EpNдБ и снижения уровня эмиссии по нормам ИКАО более 30%.
Испытывали двигатель ПД-14 на летающей лабаратории Ил-76ЛЛ
Наш ПД-14 более лёгкий чем американские моторы и диаметр у него на 20 см меньше, значит, лобовое сопротивление ниже, но всё равно он совсем немного отстаёт по экономичности, относительно двигателей США. Российские разработчики отказались от регулируемого сопла и вентиляторного редуктора, чем значительно упростили конструкцию двигателя, а при меньшей температуре газов перед турбиной это дало возможность увеличить ресурс и надёжность, а также снизить цену на изделие.
Заключение
Очевидно, что разработка различных модификаций на самолёты и вертолёты для этого двигателя даёт надежду в выпуске серийных моторов в достаточном количестве, чтобы окупить все затраты на производство. Даже если ПД-14 окажется достаточно хорош в эксплуатации, всё равно забугорные компании не станут его приобретать, останется уповать на бразильские и китайские самолётостроительные фирмы, да ещё потребовать ремоторизации для старых Боингов и Эйрбасов.