Разработка и производство авиационных турбореактивных двигателей сегодня является одной из наиболее наукоемких и высокоразвитых в научном и техническом отношении промышленных отраслей. Помимо России, только США, Англия и Франция владеют полным циклом создания и выпуска авиационных газотурбинных двигателей.
В конце прошлого столетия на первый план вышел ряд факторов, оказывающих сильное влияние на перспективы мирового авиационного двигателестроения – рост стоимости, увеличение полных сроков разработки и цены авиадвигателей. Рост стоимостных показателей авиадвигателей приобретает экспоненциальный характер, при этом от поколения к поколению становится больше доля поисковых исследований по созданию опережающего научно-технического задела. Для авиационного двигателестроения США при переходе от четвертого к пятому поколению эта доля возросла по затратам с 15% до 60%, а по срокам увеличилась почти в два раза. Ситуация в России усугубилась известными политическими событиями и системным кризисом в начале ХХI века.
США на госбюджетной основе сегодня проводят национальную программу ключевых технологий авиационного двигателестроения IНРТЕТ. Конечная цель – к 2015 г. достигнуть монопольного положения, вытеснив с рынка всех остальных. Что делает сегодня Россия, чтобы не допустить этого?
Руководитель ЦИАМ В. Скибин в конце прошлого года сказал: «У нас мало времени, но много работы». Однако НИР, которые выполняет головной институт, не находят места в перспективных планах. При создании Федеральной целевой программы развития гражданской авиатехники до 2020 г. мнения ЦИАМ даже не спросили. «В проекте ФЦП мы увидели очень серьезные вопросы, начиная с постановки задач. Мы видим непрофессионализм. В проекте ФЦП-2020 на науку планируется выделить всего 12%, 20% – на двигателестроение. Этого совсем недостаточно. Институты для обсуждения проекта ФЦП даже не пригласили», – подчеркнул В. Скибин.
Андрей Реус. Юрий Елисеев. Вячеслав Богуслаев.
СМЕНА ПРИОРИТЕТОВ
Федеральной программой «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002-2010 гг. и на период до 2015 г.» предусматривалось создание целого ряда новых двигателей. ЦИАМ на основе прогноза развития рынка авиационной техники разработал технические задания на конкурсную разработку технических предложений по созданию двигателей нового поколения, предусмотренных указанной ФЦП: ТРДД тягой 9000-14000 кгс для ближне-среднемагистрального самолета, ТРДД тягой 5000-7000 кгс для регионального самолета, ГТД мощностью 800 л.с. для вертолетов и легких самолетов, ГТД мощностью 500 л.с. для вертолетов и легких самолетов, авиационного поршневого двигателя (АПД) мощностью 260-320 л.с. для вертолетов и легких самолетов и АПД мощностью 60-90 л.с. для ультралегких вертолетов и самолетов.
Одновременно было принято решение о реорганизации отрасли. Реализация федеральной программы «Реформирование и развитие оборонно-промышленного комплекса (2002-2006 гг.)» предусматривала проведение работ в два этапа. На первом этапе (2002-2004 гг.) планировалось осуществить комплекс мероприятий по реформированию системообразующих интегрированных структур. При этом в авиационной промышленности предполагалось создание девятнадцати интегрированных структур, в том числе ряда структур по двигателестроительным организациям: ОАО «Корпорация «Комплекс имени Н.Д. Кузнецова», ОАО «Пермский центр двигателестроения», ФГУП «Салют», ОАО «Корпорация «Воздушные винты».
К этому времени отечественные двигателисты уже поняли, что надеяться на кооперацию с иностранными предприятиями бессмысленно, а в одиночку выживать очень сложно, и начали достаточно активно сколачивать собственные коалиции, которые позволили бы занять достойное место в будущей интегрированной структуре. Авиационное моторостроение в России традиционно было представлено несколькими «кустами». Во главе стояли КБ, на следующем уровне – серийные предприятия, за ними – агрегатчики. С переходом к рыночной экономике лидирующая роль стала переходить к серийным заводам, получавшим реальные деньги от экспортных контрактов – ММПП «Салют», ММП им. Чернышева, УМПО, «Мотор Сич».
ММПП «Салют» в 2007 г. превратилось в интегрированную структуру ФГУП «Научно-производственный центр газотурбостроения «Салют». В его состав вошли филиалы в Москве, Московской области и Бендерах. Контрольные и блокирующие пакеты акций акционерных обществ НПП «Темп», КБ «Электроприбор», НИИТ, ГМЗ «Агат» и СП «Топаз» находились в управлении «Салюта». Огромным преимуществом стало создание собственного конструкторского бюро. Это КБ быстро доказало, что способно решать серьезные задачи. В первую очередь – создание модернизированных двигателей АЛ-31ФМ и разработку перспективного двигателя для самолетов пятого поколения. Благодаря экспортным заказам «Салют» провел масштабную модернизацию производства и выполнил целый ряд НИОКР.
Вторым центром притяжения стало НПО «Сатурн», по сути, первая в России вертикально интегрированная компания в области авиационного двигателестроения, объединившая конструкторское бюро в Москве и серийный завод в Рыбинске. Но в отличие от «Салюта» это объединение не было подкреплено необходимыми собственными финансовыми ресурсами. Поэтому во второй половине 2007 г. «Сатурн» начал сближение с УМПО, которое имело достаточное количество экспортных заказов. Вскоре в печати появились сообщения, что менеджмент «Сатурна» стал обладателем контрольного пакета акций УМПО, ожидалось полное слияние двух компаний.
С приходом нового руководства еще одним центром притяжения стало ОАО «Климов». По сути, это конструкторское бюро. Традиционными серийными заводами, производящим продукцию этого КБ, являются московское МПП им. Чернышева и запорожский «Мотор Сич». Московское предприятие имело достаточно крупные экспортные заказы на двигатели РД-93 и РД-33МК, запорожцы оставались практически единственным предприятием, поставляющим двигатели ТВ3-117 для российских вертолетов.
«Салют» и «Сатурн» (если считать вместе с УМПО) серийно выпускали двигатели АЛ-31Ф, один из главных источников экспортных доходов. У обоих предприятий была гражданская продукция – SaM-146 и Д-436, но оба этих мотора имеют нероссийское происхождение. «Сатурн» производит также двигатели для беспилотных летательных аппаратов. На «Салюте» такой двигатель есть, а вот заказов на него пока нет.
У «Климова» в области двигателей для легких истребителей и для вертолетов конкурентов в России нет, а вот на поприще создания двигателей для учебно-тренировочных самолетов конкурировали все. ММПП им. Чернышева совместно с ТМКБ «Союз» создавал ТРДД РД-1700, «Сатурн» по заказу Индии – АЛ-55И, «Салют» в кооперации с «Мотор Сич» выпускает АИ-222-25. Реально только последний устанавливается на серийные самолеты. В области ремоторизации Ил-76 «Сатурн» конкурировал с пермским ПС-90, который остается единственным двигателем, который сегодня устанавливается на российские магистральные самолеты. Однако пермскому «кусту» не везло с акционерами: некогда мощное предприятие переходило из рук в руки, за чехардой смены непрофильных собственников растрачивалась мощь. Процесс создания пермского центра двигателестроения затянулся, наиболее талантливые специалисты перебрались в Рыбинск. Сейчас Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) плотно занимаемся вопросами оптимизации структуры управления пермским «кустом». Пока идет присоединение к ПМЗ ряда технологически связанных предприятий, которые от него в прошлом были отделены. С американскими партнерами из Pratt & Whitney обсуждается проект создания единой структуры с участием ПМЗ и КБ «Авиадвигатель». При этом до начала апреля текущего года ОДК ликвидирует «лишнее звено» в управлении своими пермскими активами – пермское представительство корпорации, ставшее правопреемником ЗАО «Управляющая компания «Пермский моторостроительный комплекс» (УК ПМК), которое с 2003 по 2008 гг. управляло предприятиями бывшего холдинга «Пермские моторы».
АИ-222-25.
Наиболее проблемным оставались вопросы создания двигателя в классе тяги 12000-14000 кгс для перспективного ближне-среднемагистрального лайнера, который должен прийти на смену Ту-154. Основная борьба развернулась между пермскими моторостроителями и украинским «Прогрессом». Пермяки предлагали создать двигатель нового поколения ПС-12, их конкуренты предлагали проект Д-436-12. Меньший технический риск при создании Д-436-12 с лихвой компенсировался рисками политическими. Закрадывалась крамольная мысль, что самостоятельный прорыв в гражданском сегменте стал маловероятен. Рынок гражданских реактивных двигателей поделен сегодня еще более жестко, чем рынок летательных аппаратов. Две американские и две европейские компании закрывают все возможные ниши, активно кооперируясь друг с другом.
Несколько предприятий российского двигателестроения остались в стороне от борьбы. Новые разработки АМНТК «Союз» оказались не нужны, самарские предприятия не имели конкурентов на внутреннем рынке, но и рынка для них практически не было. Самарские авиационные двигатели работают на самолетах стратегической авиации, которых и в советское время строилось не так много. В начале 1990-х был разработан перспективный ТВВД НК-93, но он оказался не востребован в новых условиях.
Сегодня, по словам генерального директора ОАО «ОПК «Оборонпром» Андрея Реуса, ситуация в Самаре поменялась кардинально. Самарский «куст» план 2009 г. выполнил полностью. В 2010 г. планируется завершить объединение трех предприятий в единое НПО, а лишние площади продать. По оценке А. Реуса «кризисная ситуация для Самары закончилась, начался нормальный режим работы. Уровень производительности остается ниже, чем в целом по отрасли, но позитивные изменения в производственной и финансовой сферах налицо. В 2010 г. ОДК планирует вывести самарские предприятия на безубыточную работу».
Остается еще и проблема малой и спортивной авиации. Как ни странно, им тоже нужны двигатели. Сегодня из отечественных моторов можно выбрать только один – поршневой М-14 и его производные. Эти двигатели выпускают в Воронеже.
В августе 2007 г. на совещании в Санкт-Петербурге по развитию двигателестроения тогдашний президент РФ Владимир Путин дал поручение создавать четыре холдинга, которые затем объединились бы в одну компанию. Тогда же В. Путин подписал Указ об объединении «Салюта» с ФГУП «Омское моторостроительное объединение имени П.И. Баранова». Срок присоединения к «Салюту» омского завода периодически менялся. В 2009 г. этого не произошло потому, что омский завод имел существенные долговые обязательства, а «Салют» настаивал, чтобы задолженность была погашена. И государство ее погасило, выделив в декабре прошлого года 568 млн. рублей. По мнению руководства Омской области теперь препятствий для объединения нет, и в первой половине 2010 г. это случится.
Из трех оставшихся холдингов по прошествии нескольких месяцев было признано целесообразным создать одно объединение. В октябре 2008 г. премьер-министр России Владимир Путин поручил передать «Оборонпрому» государственные пакеты акций десяти предприятий и обеспечить контрольный пакет акций создаваемой ОДК в целом ряде предприятий, в том числе в «Авиадвигателе», НПО «Сатурн», «Пермских моторах», ПМЗ, УМПО, «Моторостроителе», СНТК им. Кузнецова и ряда других. Эти активы перешли под управление дочерней компании «Оборонпрома» – Объединенной двигателестроительной корпорации. Андрей Реус аргументировал данное решение так: «если бы мы пошли по пути промежуточного этапа создания нескольких холдингов, то никогда не договорились бы делать одно изделие. Четыре холдинга – это четыре модельных ряда, которые никогда бы не удалось привести к единому знаменателю. Я уже не говорю о государственной помощи! Можно себе только представить, что бы происходило в борьбе за бюджетные средства. В тот же проект по созданию двигателя для МС-21 вовлечено НПП «Мотор», КБ «Авиадвигатель», Уфимское моторостроительное производственное объединение, Пермский моторный завод, самарский «куст». НПО «Сатурн», пока объединения не было, отказывался работать над проектом, а сейчас – активный участник процесса».
АЛ-31ФП.
Сегодня стратегической целью ОДК является «восстановление и поддержка современной российской инженерной школы в сфере создания газотурбинных двигателей». ОДК должна к 2020 г. закрепиться в пятерке мировых производителей в сфере ГТД. К этому моменту 40% продаж продукции ОДК должно быть ориентировано на мировой рынок. При этом необходимо обеспечить четырехкратный, а возможно и пятикратный рост производительности труда и обязательное включение сервисного обслуживания в систему продаж двигателей. Приоритетными проектами ОДК являются создание двигателя SaM-146 для российского регионального самолета SuperJet100, нового двигателя для гражданской авиации, двигателя для военной авиации, а также двигателя для перспективного скоростного вертолета.
ДВИГАТЕЛЬ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ БОЕВОЙ АВИАЦИИ
Программу создания ПАК ФА в 2004 г. разбили на два этапа. Первый этап предусматривает установку на самолет двигателя «117С» (сегодня его относят к поколению 4+), второй этап предполагал создание нового двигателя тягой 15-15,5 тонн. В эскизном проекте ПАК ФА пока «прописан» сатурновский двигатель.
В конкурсе, объявленном Минобороны РФ, также были предусмотрены два этапа: ноябрь 2008 г. и май-июнь 2009 г. «Сатурн» почти на год отставал от «Салюта» по предоставлению результатов работ по элементам двигателя. «Салют» все сделал вовремя, получил заключение комиссии.
Видимо, такая ситуация побудила ОДК в январе 2010 г. все-таки предложить «Салюту» создать двигатель пятого поколения совместно. Была достигнута предварительная договоренность о разделении объема работ примерно пятьдесят на пятьдесят. Юрий Елисеев согласен работать с ОДК на паритетных основаниях, но считает, что идеологом создания нового двигателя должен быть именно «Салют».
ММПП «Салют» уже создал двигатели АЛ-31ФМ1 (он принят на вооружение, выпускается серийно) и АЛ-31ФМ2, перешел к стендовой отработке АЛ-31ФМ3-1, за которым последует АЛ-31ФМ3-2. Каждый новый двигатель отличается повышенной тягой и лучшими ресурсными показателями. АЛ-31ФМ3-1 получила новый трехступенчатый вентилятор и новую камеру сгорания, а тяга достигла 14500 кгс. Следующий шаг предусматривает рост тяги до 15200 кгс.
По мнению Андрея Реуса «тема ПАК ФА ведет к очень тесной кооперации, что можно рассматривать как базу для интеграции». При этом он не исключает, что в перспективе будет создана единая структура в двигателестроении.
Программа SaM-146 – пример успешного сотрудничества в сфере высоких технологий между РФ и Францией.
Свои предложения по новому двигателю для самолета МС-21 несколько лет назад представили ОАО «Авиадвигатель» (ПД-14, ранее известный как ПС-14) и «Салют» совместно с украинскими «Мотор Сич» и «Прогресс» (СПМ-21). Первый был совершенно новой работой, а второй планировалось создать на базе Д-436, что позволяло существенно сократить сроки и снизить технические риски.
В начале прошлого года ОАК и НПК «Иркут» наконец-то объявили тендер на двигатели для самолета МС-21, выдав техническое задание нескольким зарубежным двигателестроительным фирмам (Pratt & Whitney, CFM International) и украинским «Мотор Сич» и «Ивченко-Прогресс» в кооперации с российским «Салютом». Создатель российского варианта двигателя уже был определен – ОДК.
В семействе разрабатываемых моторов есть несколько тяжелых двигателей с большей тягой, чем необходимо для МС-21. Прямого финансирования таких изделий нет, но в перспективе двигатели повышенной тяги будут иметь спрос, в том числе и для замены ПС-90А на летающих сейчас самолетах. Все двигатели большей тяги планируется выполнить редукторными.
Двигатель с тягой 18000 кгс может потребоваться и для перспективного легкого широкофюзеляжного самолета (ЛШС). Двигатели с такой тягой необходимы и для МС-21-400.
Пока же НПК «Иркут» принял решение оснастить первый МС-21 двигателями PW1000G. Этот мотор американцы обещают подготовить к 2013 г. и видимо у «Иркута» уже есть основания не бояться запретов Госдепа США и того, что таких двигателей может просто не хватить на всех желающих в случае принятия решение о ремоторизации самолетов Boeing 737 и Airbus A320.
В начале марта ПД-14 прошел «вторые ворота» на совещании в ОДК. Это означает сформированную кооперацию по изготовлению газогенератора, предложения по кооперации по выпуску двигателя, а также детальный анализ рынка. ПМЗ будет изготавливать камеру сгорания и турбину высокого давления. Значительную часть компрессора высокого давления, а также компрессор низкого давления будет выпускать УМПО. По турбине низкого давления возможны варианты кооперации с «Сатурном», не исключена и кооперация с «Салютом». Сборка мотора будет производиться в Перми.
В эскизном проекте ПАК ФА пока «прописан» сатурновский двигатель.
ДВИГАТЕЛИ С ОТКРЫТЫМ РОТОРОМ
Несмотря на то, что российские самолетчики пока не признают открытый ротор, двигателисты уверены, что у него есть преимущества и «самолетчики дозреют до этого двигателя». Поэтому сегодня Пермь ведет соответствующие работы. У запорожцев уже есть серьезный опыт в данном направлении, связанный с двигателем Д-27, и в семействе двигателей с открытым ротором разработку этого узла, вероятно, отдадут запорожцам.
До МАКС-2009 работы по Д-27 на московском «Салюте» были заморожены: не было финансирования. 18 августа 2009 г. Минобороны РФ подписало протокол о внесении изменений в соглашение между правительствами России и Украины по самолету Ан-70, «Салют» начал активные работы по изготовлению деталей и узлов. На сегодняшний день есть дополнительное соглашение на поставку трех комплектов и узлов к двигателю Д-27. Работы финансирует МО РФ, агрегаты, построенные «Салютом», будут переданы ГП «Ивченко-Прогресс» для завершения государственных испытаний двигателя. Общая координация работ по данной теме поручена Министерству промышленности и торговли Российской Федерации.
Была также идея применения двигателей Д-27 на бомбардировщиках Ту-95МС и Ту-142, но ОАО «Туполев» таких вариантов пока не рассматривает, возможность установки Д-27 на самолет А-42Э прорабатывался, но затем его сменил ПС-90.
В начале прошлого года ОАК и НПК «Иркут» объявили тендер на двигатели для самолета МС-21.
ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ВЕРТОЛЕТОВ
Сегодня большинство российских вертолетов оснащены двигателями запорожского производства, а для тех моторов, которые собирает «Климов», газогенераторы все равно поставляет «Мотор Сич». Это предприятие сейчас значительно превосходит «Климов» по количеству выпускаемых вертолетных двигателей: украинская компания, по имеющимся данным, в 2008 г. поставила в Россию 400 моторов, тогда как ОАО «Климов» произвел их в объеме около 100 ед.
За право стать головным предприятием по выпуску вертолетных двигателей несколько лет боролись «Климов» и ММП им. В.В. Чернышева. Производство двигателей ТВ3-117 планировалось перенести в Россию, построив новый завод и отобрав у «Мотор Сич» основной источник доходов. При этом «Климов» был одним из активных лоббистов программы импортозамещения. В 2007 г. финальную сборку двигателей ВК-2500 и ТВ3-117 предполагалось сосредоточить на ММП им. В.В. Чернышева.
Сегодня производство, капремонт и послепродажное обслуживание вертолетных двигателей ТВ3-117 и ВК-2500 ОДК планирует поручить УМПО. Также в Уфе рассчитывают запустить в серию «климовский» ВК-800В. 90% необходимых для этого финансовых ресурсов предполагается привлечь по федеральным целевым программам «Развитие гражданской авиационной техники», «Импортозамещение» и «Развитие оборонно-промышленного комплекса».
Двигатели Д-27.
Производство газогенераторов на смену украинским должно быть налажено на УМПО с 2013 г. До этого времени газогенераторы будут по-прежнему закупаться на «Мотор Сич». ОДК планирует до 2013 г. использовать мощности ОАО «Климов» «по максимуму». То, что не сможет сделать «Климов», будет заказываться на «Мотор Сич». Но уже в 2010-2011 гг. планируется минимизировать закупки ремкомплектов на «Мотор Сич». С 2013 г., когда производство двигателей на «Климове» будет свернуто, петербургское предприятие займется реструктуризацией своих площадей.
В итоге «Климов» получил в ОДК статус головного разработчика вертолетных двигателей и турбореактивных двигателей в классе форсажной тяги до 10 тс. Приоритетными направлениями сегодня являются проведение ОКР по двигателю ТВ7-117В для вертолета Ми-38, модернизация двигателя ВК-2500 в интересах МО РФ, завершение ОКР по РД-33МК. Предприятие также принимает участие в разработке двигателя пятого поколения по программе ПАК ФА.
В конце декабря 2009 г. проектный комитет ОДК одобрил проект «Климова» по строительству нового конструкторско-производственного комплекса с высвобождением площадок в центре Санкт-Петербурга.
ММП им. В.В. Чернышева теперь будет вести серийное производство единственного вертолетного двигателя – ТВ7-117В. Этот двигатель создан на базе самолетного ТВД ТВ7-117СТ для самолета Ил-112В, а его производство также уже осваивает это московское предприятие.
В ответ «Мотор Сич» в октябре прошлого года предложил ОДК создать совместную управляющую компанию. «Управляющая компания может быть переходным вариантом дальнейшей интеграции», – пояснил председатель совета директоров ОАО «Мотор Сич» Вячеслав Богуслаев. По мнению Богуслаева, ОДК вполне могло бы приобрести до 11% акций «Мотор Сич», которые есть в свободном обращении на рынке. В марте 2010 г. «Мотор Сич» сделал еще один шаг, предложив Казанскому моторостроительному производственному объединению открыть на освободившихся у него мощностях производство двигателей для легкого многоцелевого вертолета «Ансат». МС-500 – аналог двигателя PW207К, которым сегодня оснащаются вертолеты «Ансат». По условиям контрактов МО РФ российская техника должна быть оснащена отечественными комплектующими, а исключение для «Ансата» сделано потому, что реальной замены канадцам пока нет. Эту нишу могло бы занять КМПО с двигателем МС-500, но пока вопрос упирается в стоимость. Цена МС-500 – около $400 тыс., а PW207К стоит $288 тыс. Тем не менее, в начале марта стороны подписали программный контракт с намерением заключить лицензионное соглашение (50:50). КМПО, несколько лет назад вложившее большие средства в создание украинского двигателя
АИ-222 для самолета Ту-324, в данном случае хочет защитить себя лицензионным соглашением и получить гарантию возврата инвестиций.
Однако холдинг «Вертолеты России» в качестве силовой установки «Ансата» видит климовский двигатель ВК-800, а вариант с двигателем МС-500В «рассматривается в числе прочих». С точки зрения военных что канадский, что украинский двигатель – одинаково иностранные.
В целом на сегодняшний день ОДК никаких шагов по объединению с запорожскими предприятиями предпринимать не намерена. «Мотор Сич» сделал ряд предложений по совместному выпуску двигателей, но они идут вразрез с собственными планами ОДК. Поэтому «правильно выстроенные договорные отношения с «Мотор Сич» на сегодняшний день нас вполне устраивают», – отметил Андрей Реус.
ПС-90А2.
В 2009 г. ПМЗ построил 25 новых двигателей ПС-90, темп серийного производства сохранился на уровне 2008 г. По словам управляющего директора ОАО «Пермский моторный завод» Михаила Дическула «завод выполнил все контрактные обязательства, не было сорвано ни одного заказа». В 2010 г. ПМЗ планирует начать производство двигателей ПС-90А2, который прошел летные испытания на самолете Ту-204 в Ульяновске и получил сертификат типа в конце прошлого года. В текущем году запланирована постройка шести таких моторов.
Д-436-148
Двигатели Д-436-148 для самолетов Ан-148 поставляют сегодня «Мотор Сич» совместно с «Салютом». В программе киевского авиационного завода «Авиант» на 2010 г. заложен выпуск четырех Ан-148, Воронежского авиазавода – 9-10 машин. Для этого нужно поставить около 30 двигателей с учетом одного-двух резервных в России и на Украине.
Д-436-148.
SаМ-146
По двигателю SaM-146 проведено более 6200 часов испытаний, из них свыше 2700 часов – в полете. По программе его сертификации выполнено свыше 93% объема запланированных испытаний. Предстоит дополнительно испытать двигатель на заброс средней стайной птицы, на обрыв лопатки вентилятора, проверить начальное техническое обслуживание, трубопроводы, датчики засорения маслофильтра, трубопроводы в условиях солевого тумана.
SaM-146.
Получение европейского сертификата (EASA) на типовую конструкцию двигателя запланировано на май. После этого двигатель должен будет получить валидацию Авиарегистра Межгосударственного авиационного комитета.
Управляющий директор «Сатурна» Илья Федоров в марте текущего года еще раз заявил, что «никаких технических проблем для серийной сборки двигателя SaM146 и его ввода в эксплуатацию нет».
Оборудование в Рыбинске позволяет выпускать до 48 двигателей в год, а через три года их выпуск можно увеличить до 150. Первая коммерческая поставка двигателей запланирована на июнь 2010 г. Потом – по два двигателя каждый месяц.
В настоящее время «Мотор Сич» изготавливает двигатели Д-18Т серии 3 и работает над двигателем Д-18Т серии 4, но при этом предприятие старается вести создание модернизированного двигателя Д-18Т серии 4 поэтапно. Ситуация с разработкой Д-18Т серии 4 усугубляется неопределенностью судьбы модернизированного самолета Ан-124-300.
Двигатели АИ-222-25 для самолетов Як-130 выпускают «Салют» и «Мотор Сич». При этом финансирование российской части работ в прошлом году по этому мотору практически отсутствовало – «Салют» не получал денег по полгода. В рамках кооперации приходилось переходить на бартер: менять модули Д-436 на модули АИ-222 и «спасать программы самолетов Ан-148 и Як-130».
Форсажный вариант двигателя АИ-222-25Ф уже проходит испытания, начать государственные испытания планируется в конце 2010 г. или в начале 2011 г. Подписано трехстороннее соглашение между ЗМКБ «Прогресс», ОАО «Мотор Сич» и ФГУП «ММПП «Салют» по продвижению этого двигателя на мировой рынок с долевым участием каждой из сторон.
В прошлом году практически был завершен процесс формирования окончательной структуры ОДК. За 2009 г. совокупный объем выручки предприятий ОДК составил 72 млрд. руб. (в 2008 г. – 59 млрд. руб.). Существенный объем господдержки позволил большинству предприятий значительно сократить кредиторскую задолженность, а также обеспечить расчеты с поставщиками комплектующих.
На поле авиационного двигателестроения России сегодня осталось три реальных игрока – ОДК, «Салют» и «Мотор Сич». Как будет развиваться ситуация дальше – покажет время.
Ctrl Enter
Заметили ошЫ бку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
В котором воздух является основным компонентом рабочего тела. При этом воздух, поступающий в двигатель из окружающей атмосферы, подвергается сжатию и нагреву.
Нагрев осуществляется в камерах сгорания путем сжигания горючего (керосина и др.) с использованием кислорода воздуха в качестве окислителя. В случае применения ядерного топлива воздух в двигателе нагревается в специальных теплообменниках . По способу предварительного сжатия воздуха ВРД подразделяются на бескомпрессорные и компрессорные (газотурбинные).
В бескомпрессорных ВРД сжатие осуществляется только за счет скоростного напора воздушного потока, набегающего на двигатель в полете. В компрессорных ВРД воздух дополнительно сжимается в компрессоре , приводимом во вращение газовой турбиной, поэтому их называют еще турбокомпрессорными или газотурбинными двигателями (ГТВРД). В компрессорных ВРД нагретый газ высокого давления, отдавая часть своей энергии газовой турбине, вращающей компрессор, попадая в реактивное сопло , расширяется и выбрасывается из двигателя со скоростью, превышающей скорость полета ЛА. Это и создает силу тяги. Такие ВРД относят к двигателям прямой реакции. Если же часть энергии нагретого газа, отданная газовой турбине, становится значительной и турбина при этом приводит во вращение не только компрессор, но и специальный движитель (например, воздушный винт), обеспечивающий к тому же создание основной силы тяги, то такие ВРД называются двигателями непрямой реакции.
Использование воздушной среды в качестве компонента рабочего тела позволяет иметь на борту ЛА только одно горючее, доля которого в объеме рабочего тела в ВРД не превышает 2-6%. Эффект подъемной силы крыла позволяет осуществлять полет с тягой двигателя, которая существенно ниже массы ЛА. Оба эти обстоятельства предопределили преимущественное применение ВРД на ЛА при полетах в атмосфере. Особенно широко распространены компрессорные газотурбинные ВРД, являющиеся основным типом двигателей в современной военной и гражданской авиации.
При больших сверхзвуковых скоростях полета (М > 2,5) повышение давления только за счет динамического сжатия воздуха становится достаточно большим. Это позволяет создавать бескомпрессорные ВРД, которые по виду рабочего процесса подразделяются на прямоточные (ПВРД) и пульсирующие (ПуВРД). ПВРД состоит из входного устройства (воздухозаборника), камеры сгорания и выходного устройства (реактивного сопла). В сверхзвуковом полете встречный поток воздуха тормозится в каналах воздухозаборника, и его давление повышается. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания, куда через форсунку впрыскивается горючее (керосин). Горение керосиново-воздушной смеси в камере (после предварительного ее воспламенения) осуществляется практически при мало изменяющемся давлении. Нагретый до высокой температуры (более 2000 К) газ высокого давления ускоряется в реактивном сопле и истекает из двигателя со скоростью, превышающей скорость полета ЛА. Параметры ПВРД в значительной степени зависят от высоты и скорости полета.
При скоростях полета, меньших двойной скорости звука (М > 5,0-6,0) обеспечение высокой эффективности ПВРД сопряжено с трудностями организации процесса горения в сверхзвуковом потоке и другими особенностями высокоскоростных течений. ПВРД находят применение в качестве маршевых двигателей сверхзвуковых крылатых ракет, двигателей вторых ступеней зенитных управляемых ракет, летающих мишеней, двигателей реактивных винтов и др.
Реактивное сопло также имеет изменяемые размеры и форму. Взлет самолета с ПВРД обычно производится с помощью ракетных силовых агрегатов (на жидком или твердом топливе). Преимущества ПВРД - способность эффективно работать на высоких скоростях и высотах полета, чем компрессорные ВРД; более высокая экономичность по сравнению с жидкостными ракетными двигателями (так как в ПВРД используется кислород воздуха, а в ЖРД кислород вводится как компонент топлива), простота конструкции и др.
К их недостаткам относят необходимость предварительного разгона JIA другими типами двигателей, низкую эффективность на малых скоростях полета.
В зависимости от скорости ПВРД подразделяют на сверхзвуковые (СПВРД) при М от 1,0 до 5,0 и гиперзвуковые (ГПВРД) при М > 5,0. ГПВРД перспективны для воздушно-космических аппаратов. ПуВРД отличаются от ПВРД наличием специальных клапанов на входе в камеру сгорания и пульсирующим процессом горения. Горючее и воздух поступают в камеру сгорания периодически, когда клапаны открыты. После сгорания смеси давление в камере сгорания повышается, и входные клапаны закрываются. Газы с высоким давлением с большой скоростью устремляются в специальное выходное устройство и выбрасываются из двигателя. К концу их истечения давление в камере сгорания значительно снижается, клапаны снова открываются, и цикл работы повторяется. ПуВРД находили ограниченное применение в качестве маршевых двигателей дозвуковых крылатых ракет, в авиамоделях и др.
По статистике лишь один полет из 8 млн заканчивается аварией с гибелью людей. Даже если вы будете каждый день садиться на случайный рейс, вам понадобится 21 000 лет, чтобы погибнуть в авиакатастрофе. Согласно статистике, ходить пешком во много раз опаснее, чем летать. И все это во многом благодаря потрясающей надежности современных авиадвигателей.
30 октября 2015 года начались испытания новейшего российского авиационного двигателя ПД-14 на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. Это событие исключительной важности. По достоинству оценить его значение помогут 10 любопытных фактов о турбореактивных двигателях вообще и о ПД-14 в частности.
Чудо техники
А ведь ТРД - крайне сложное устройство. В наиболее трудных условиях работает его турбина. Ее важнейший элемент - лопатка, с помощью которой кинетическая энергия газового потока преобразуется в механическую энергию вращения. Одна лопатка, а их в каждой ступени авиационной турбины насчитывается около 70, развивает мощность, равную мощности двигателя автомобиля «Формулы-1», а при частоте вращения порядка 12 тыс. оборотов в минуту на нее действует центробежная сила, равная 18 тоннам, что равняется нагрузке на подвеску двухэтажного лондонского автобуса.
Но и это еще не все. Температура газа, с которым соприкасается лопатка, почти равна половине температуры на поверхности Солнца. Эта величина на 200 °С превышает температуру плавления металла, из которого изготавливается лопатка. Представьте себе такую задачу: требуется не дать растаять кубику льда в печи, нагретой до 200 °С. Конструкторы умудряются решить проблему охлаждения лопатки с помощью внутренних воздушных каналов и специальных покрытий. Неудивительно, что одна лопатка стоит в восемь раз дороже серебра. Для создания только этой небольшой детали, которая помещается в ладони, необходимо разработать более десятка сложнейших технологий. И каждая из этих технологий оберегается как важнейшая государственная тайна.
Технологии ТРД важнее атомных секретов
Кроме отечественных компаний, только фирмы США (Pratt & Whitney, General Electric, Honeywell), Англии (Rolls-Royce) и Франции (Snecma) владеют технологиями полного цикла создания современных ТРД. То есть государств, производящих современные авиационные ТРД, меньше, чем стран, обладающих ядерным оружием или запускающих в космос спутники. Многолетние усилия Китая, к примеру, до сих пор так и не привели к успеху в этой области. Китайцы быстро скопировали и оснастили собственными системами российский истребитель Су-27, выпуская его под индексом J-11. Однако скопировать его двигатель АЛ-31Ф им так и не удалось, поэтому Китай до сих пор вынужден закупать этот уже давно не самый современный ТРД в России.
ПД-14 - первый отечественный авиадвигатель 5-го поколения
Прогресс в авиадвигателестроении характеризуется несколькими параметрами, но одним из главных считается температура газа перед турбиной. Переход к каждому новому поколению ТРД, а всего их насчитывают пять, характеризовался ростом этой температуры на 100-200 градусов. Так, температура газа у ТРД 1-го поколения, появившихся в конце 1940-х годов, не превышала 1150 °К, у 2-го поколения (1950-е гг.) этот показатель вырос до 1250 °К, в 3-м поколении (1960-е гг.) этот параметр поднялся до 1450 °К, у двигателей 4-го поколения (1970-1980 гг.) температура газа дошла до 1650 °К. Лопатки турбин двигателей 5-го поколения, первые образцы которых появились на Западе в середине 90-х, работают при температуре 1900 °К. В настоящее время в мире только 15% двигателей, находящихся в эксплуатации, относятся к 5-му поколению.
Увеличение температуры газа, а также новые конструктивные схемы, в первую очередь двухконтурность, позволили за 70 лет развития ТРД добиться впечатляющего прогресса. К примеру, отношение тяги двигателя к его массе увеличилось за это время в 5 раз и для современных моделей дошло до 10. Степень сжатия воздуха в компрессоре увеличилась в 10 раз: с 5 до 50, при этом число ступеней компрессора уменьшилось вдвое - в среднем с 20 до 10. Удельный расход топлива современных ТРД сократился вдвое по сравнению с двигателями 1-го поколения. Каждые 15 лет происходит удвоение объема пассажирских перевозок в мире при почти неизменных совокупных затратах топлива мировым парком самолетов.
В настоящее время в России производится единственный гражданский авиадвигатель 4-го поколения - ПС-90. Если сравнивать с ним ПД-14, то у двух двигателей схожие массы (2950 кг у базовой версии ПС-90А и 2870 кг у ПД-14), габариты (диаметр вентилятора у обоих 1,9 м), степень сжатия (35,5 и 41) и взлетная тяга (16 и 14 тс).
При этом компрессор высокого давления ПД-14 состоит из 8 ступеней, а ПС-90 - из 13 при меньшей суммарной степени сжатия. Степень двухконтурности у ПД-14 вдвое выше (4,5 у ПС-90 и 8,5 у ПД-14) при том же диаметре вентилятора. В итоге удельный расход топлива в крейсерском полете у ПД-14 упадет, по предварительным оценкам, на 15% по сравнению с существующими двигателями: до 0,53-0,54 кг/(кгс·ч) против 0,595 кг/(кгс·ч) у ПС-90.
ПД-14 - первый авиадвигатель, созданный в России после распада СССР
Когда Владимир Путин поздравлял российских специалистов с началом испытаний ПД-14, он сказал, что последний раз подобное событие в нашей стране произошло 29 лет назад. Скорее всего, имелось в виду 26 декабря 1986 года, когда состоялся первый полет Ил-76ЛЛ по программе испытаний ПС-90А.
Советский Союз был великой авиационной державой. В 1980-е годы в СССР работали восемь мощнейших авиадвигательных ОКБ. Зачастую фирмы конкурировали друг с другом, поскольку существовала практика давать одно и то же задание двум ОКБ. Увы, времена изменились. После развала 1990-х годов пришлось собирать все отраслевые силы, чтобы осуществить проект создания современного двигателя. Собственно, формирование в 2008 году ОДК (Объединенной двигателестроительной корпорации), со многими предприятиями которой активно сотрудничает банк ВТБ, и имело целью создание организации, способной не только сохранить компетенции страны в газотурбостроении, но и конкурировать с ведущими фирмами мира.
Головным исполнителем работ по проекту ПД-14 является ОКБ «Авиадвигатель» (Пермь), которое, кстати, разрабатывало и ПС-90. Серийное производство организуется на Пермском моторном заводе, но детали и комплектующие будут изготавливаться по всей стране. В кооперации участвуют Уфимское моторостроительное производственное объединение (УМПО), НПО «Сатурн» (Рыбинск), НПЦГ «Салют» (Москва), «Металлист-Самара» и многие другие.
ПД-14 - двигатель для магистрального самолета XXI века
Одним из самых удачных проектов в области гражданской авиации СССР был среднемагистральный самолет Ту-154. Выпущенный в количестве 1026 шт., он долгие годы составлял основу парка «Аэрофлота». Увы, время идет, и этот трудяга уже не отвечает современным требованиям ни по экономичности, ни по экологии (шум и вредные выбросы). Главная слабость Ту-154 - двигатели 3-го поколения Д-30КУ с высоким удельным расходом топлива (0,69 кг/(кгс·ч).
Пришедший на смену Ту-154 среднемагистральный Ту-204 с двигателями 4-го поколения ПС-90 в условиях распада страны и свободного рынка не смог выдержать конкуренцию с зарубежными производителями даже в борьбе за отечественных авиаперевозчиков. Между тем сегмент среднемагистральных узкофюзеляжных самолетов, в котором господствуют Boeing-737 и Airbus 320 (только в 2015 году их было поставлено авиакомпаниям мира 986 шт.), - самый массовый, и присутствие на нем - необходимое условие сохранения отечественного гражданского самолетостроения. Таким образом, в начале 2000-х годов была выявлена острая необходимость создания конкурентоспособного ТРД нового поколения для среднемагистрального самолета на 130-170 мест. Таким самолетом должен стать МС-21 (Магистральный самолет XXI века), разрабатываемый Объединенной авиастроительной корпорацией. Задача невероятно сложная, поскольку конкуренцию с Boeing и Airbus не выдержал не только Ту-204, но и ни один другой самолет в мире. Именно под МС-21 и разрабатывается ПД-14. Удача в этом проекте будет сродни экономическому чуду, но подобные начинания - единственный способ для российской экономики слезть с нефтяной иглы.
ПД-14 - базовый проект для семейства двигателей
Буквы «ПД» расшифровываются как перспективный двигатель, а число 14 - тяга в тонна-силах. ПД-14 - это базовый двигатель для семейства ТРД тягой от 8 до 18 тс. Бизнес-идея проекта состоит в том, что все эти двигатели создаются на основе унифицированного газогенератора высокой степени совершенства . Газогенератор - это сердце ТРД, которое состоит из компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины. Именно технологии изготовления этих узлов, прежде всего так называемой горячей части, являются критическими.
Семейство двигателей на базе ПД-14 позволит оснастить современными силовыми установками практически все российские самолеты: от ПД-7 для ближнемагистрального «Сухой Суперджет 100» до ПД-18, который можно установить на флагман российского самолетостроения - дальнемагистральный Ил-96. На базе газогенератора ПД-14 планируется разработать вертолетный двигатель ПД-10В для замены украинского Д-136 на самом большом в мире вертолете Ми-26. Этот же двигатель можно использовать и на российско-китайском тяжелом вертолете, разработка которого уже началась. На базе газогенератора ПД-14 могут быть созданы и так необходимые России газоперекачивающие установки и газотурбинные электростанции мощностью от 8 до 16 МВт.
ПД-14 - это 16 критических технологий
Для ПД-14, при ведущей роли Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ), головного НИИ отрасли и ОКБ «Авиадвигатель», было разработано 16 критических технологий: монокристаллические лопатки турбины высокого давления с перспективной системой охлаждения, работоспособные при температуре газа до 2000 °К, пустотелая широкохордная лопатка вентилятора из титанового сплава, благодаря которой удалось повысить КПД вентиляторной ступени на 5% в сравнении с ПС-90, малоэмиссионная камера сгорания из интерметаллидного сплава, звукопоглощающие конструкции из композиционных материалов, керамические покрытия на деталях горячей части, полые лопатки турбины низкого давления и др.
ПД-14 и в дальнейшем будет совершенствоваться. На МАКС-2015 уже можно было увидеть созданный в ЦИАМ прототип широкохордной лопатки вентилятора из углепластика, масса которой составляет 65% от массы пустотелой титановой лопатки, применяемой сейчас. На стенде ЦИАМ можно было видеть и прототип редуктора, которым предполагается оснастить модификацию ПД-18Р. Редуктор позволит снизить обороты вентилятора, благодаря чему, не привязанный к оборотам турбины, он будет работать в более эффективном режиме. Предполагается поднять на 50 °К и температуру газа перед турбиной. Это позволит увеличить тягу ПД-18Р до 20 тс, а удельный расход топлива сократить еще на 5%.
ПД-14 - это 20 новых материалов
При создании ПД-14 разработчики с самого начала сделали ставку на отечественные материалы. Было ясно, что российским компаниям ни при каких условиях не предоставят доступ к новым материалам зарубежного производства. Здесь ведущую роль сыграл Всероссийский институт авиационных материалов (ВИАМ), при участии которого для ПД-14 разработано порядка 20 новых материалов.
Но создать материал - полдела. Иногда российские металлы превосходят по качеству зарубежные, но для их использования в гражданском авиадвигателе необходима сертификация по международным нормам. Иначе двигатель, как бы он ни был хорош, не допустят к полетам за пределами России. Правила тут очень строги, поскольку речь идет о безопасности людей. То же самое относится и к процессу изготовления двигателя: предприятиям отрасли требуется сертификация по нормам Европейского агентства авиационной безопасности (ЕASA). Все это заставит повысить культуру производства, а под новые технологии необходимо провести перевооружение отрасли. Сама разработка ПД-14 проходила по новой, цифровой технологии, благодаря чему уже 7-й экземпляр двигателя был собран в Перми по технологии серийного производства, в то время как раньше опытная партия изготовлялась в количестве до 35 экземпляров.
ПД-14 должен вытащить на новый уровень всю отрасль. Да что говорить, даже летающая лаборатория Ил-76ЛЛ после нескольких лет простоя нуждалась в дооснащении оборудованием. Нашлась работа и для уникальных стендов ЦИАМ, позволяющих на земле имитировать условия полета. В целом же проект ПД-14 сохранит для России более 10 000 высококвалифицированных рабочих мест.
ПД-14 - первый отечественный двигатель, который напрямую конкурирует с западным аналогом
Разработка современного двигателя занимает в 1,5-2 раза больше времени, чем разработка самолета. С ситуацией, когда двигатель не успевает к началу испытаний самолета, для которого он предназначен, авиастроители сталкиваются, увы, регулярно. Вот и выкатка первого экземпляра МС-21 состоится в начале 2016 года, а испытание ПД-14 только начались. Правда, в проекте с самого начала предусматривалась альтернатива: заказчики МС-21 могут выбирать между ПД-14 и PW1400G компании Pratt & Whitney. Именно с американским двигателем МС-21 и уйдет в первый полет, и именно с ним ПД-14 предстоит конкурировать за место под крылом.
По сравнению с конкурентом, ПД-14 несколько уступает в экономичности, но зато он легче, имеет заметно меньший диаметр (1,9 м против 2,1), а значит, и меньшее сопротивление. И еще одна особенность: российские специалисты сознательно пошли на некоторое упрощение конструкции. Базовый ПД-14 не использует редуктор в приводе вентилятора, а также не применяет регулируемое сопло внешнего контура, у него ниже температура газа перед турбиной, что упрощает достижение показателей надежности и ресурса. Поэтому двигатель ПД-14 дешевле и, по предварительным оценкам, потребует меньших затрат на техническое обслуживание и ремонт. Кстати, в условиях падения цен на нефть именно более низкие эксплуатационные расходы, а не экономичность становятся схемообразующим фактором и главным конкурентным преимуществом авиадвигателя. В целом прямые эксплуатационные расходы МС-21 с ПД-14 могут быть на 2,5% ниже, чем у версии с американским двигателем.
На сегодняшний день заказано 175 МС-21, из них 35 - с двигателем ПД-14
ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» — крупнейший разработчик и производитель авиационных двигателей в России. Здесь работают более 20 тысяч человек. УМПО входит в состав Объединенной двигателестроительной корпорации.
Основными видами деятельности предприятия являются разработка, производство, сервисное обслуживание и ремонт турбореактивных авиационных двигателей, производство и ремонт узлов вертолетной техники, выпуск оборудования для нефтегазовой промышленности. (52 фото)
УМПО серийно выпускает турбореактивные двигатели АЛ-41Ф-1С для самолетов Су-35С, двигатели АЛ-31Ф и АЛ-31ФП для семейств Су-27 и Су-30, отдельные узлы для вертолетов «Ка» и «Ми», газотурбинные приводы АЛ-31СТ для газоперекачивающих станций ОАО «Газпром».
Под руководством объединения ведется разработка перспективного двигателя для истребителя пятого поколения ПАК ФА (перспективный авиационный комплекс фронтовой авиации, Т-50). УМПО участвует в кооперации по производству двигателя ПД-14 для новейшего российского пассажирского самолёта МС-21, в программе производства вертолётных двигателей ВК-2500, в реконфигурации производства двигателей типа РД для самолётов МиГ.
1. Сварка в обитаемой камере «Атмосфера-24» . Интереснейшим этапом производства двигателя является аргонодуговая сварка наиболее ответственных узлов в обитаемой камере, обеспечивающая полную герметичность и аккуратность сварного шва. Специально для УМПО ленинградским институтом «Прометей» в 1981 году создан один из крупнейших в России участок сварки, состоящий из двух установок «Атмосфера-24».
2. По санитарным нормам рабочий может проводить в камере не более 4,5 часов в день. С утра — проверка костюмов, медицинский контроль, и только после этого можно приступать к сварке.
Сварщики отправляются в «Атмосферу-24» в легких космических скафандрах. Через первые двери шлюза они проходят в камеру, им прикрепляют шланги с воздухом, закрывают двери и подают внутрь камеры аргон. После того, как он вытеснит воздух, сварщики открывают вторую дверь, заходят в камеру и начинают работать.
3. В безокислительной среде чистого аргона начинается сварка конструкций из титана.
4. Контролируемый состав примесей в аргоне позволяет получить качественные швы и повысить усталостную прочность сварных конструкций, обеспечивает возможность подварки в самых труднодоступных местах за счет применения сварочных горелок без использования защитного сопла.
5. В полном облачении сварщик, действительно, похож на космонавта. Чтобы получить допуск к работе в обитаемой камере, рабочие проходят курс обучения, вначале они в полной экипировке тренируются на воздухе. Обычно двух недель достаточно, чтобы понять, годится человек для такой работы или нет — нагрузки выдерживает далеко не каждый.
6. Всегда на связи со сварщиками — специалист, следящий за происходящим с пульта управления. Оператор управляет сварочным током, следит за системой газоанализа и общим состоянием камеры и работника.
7. Ни один другой способ ручной сварки не даёт такого результата, как сварка в обитаемой камере. Качество шва говорит само за себя.
8. Электронно-лучевая сварка. Электронно-лучевая сварка в вакууме — полностью автоматизированный процесс. В УМПО он осуществляется на установках Ebokam. Одновременно сваривается два-три шва, причём с минимальным уровнем деформации и изменением геометрии детали.
9. Один специалист работает одновременно на нескольких установках электронно-лучевой сварки.
10. Детали камеры сгорания, поворотного сопла и блоков сопловых лопаток требуют нанесения теплозащитных покрытий плазменным способом. Для этих целей используется робототехнический комплекс ТСЗП-MF-P-1000.
11. Инструментальное производство . В составе УМПО 5 инструментальных цехов общей численностью около 2 500 человек. Они занимаются изготовлением технологического оснащения. Здесь создают станочные приспособления, штампы для горячей и холодной обработки металлов, режущий инструмент, мерительный инструмент, пресс-формы для литья цветных и черных сплавов.
12. Производство пресс-форм для лопаточного литья осуществляется на станках с ЧПУ.
13. Сейчас для создания пресс-форм нужно всего два-три месяца, а раньше этот процесс занимал полгода и дольше.
14. Автоматизированное средство измерения улавливает мельчайшие отклонения от нормы. Детали современного двигателя и инструмента должны быть изготовлены с предельно точным соблюдением всех размеров.
15. Вакуумная цементация . Автоматизация процессов всегда предполагает уменьшение затрат и повышение качества выполняемых работ. Это относится и к вакуумной цементации. Для цементации — насыщения поверхности деталей углеродом и повышения их прочности — используются вакуумные печи Ipsen.
Для обслуживания печи достаточно одного работника. Детали проходят химико-термическую обработку в течение нескольких часов, после чего становятся идеально прочными. Специалисты УМПО создали собственную программу, которая позволяет осуществлять цементирование с повышенной точностью.
16. Литейное производство . Производство в литейном цехе начинается с изготовления моделей. Из специальной массы прессуются модели для деталей разных размеров и конфигураций с последующей ручной отделкой.
17. На участке изготовления выплавляемых моделей работают преимущественно женщины.
18. Облицовка модельных блоков и получение керамических форм — важная часть технологического процесса литейного цеха.
19. Перед заливкой керамические формы прокаливаются в печах.
21. Так выглядит залитая сплавом керамическая форма.
22. «На вес золота» — это о лопатке с монокристаллической структурой. Технология производства такой лопатки сложная, но и работает эта дорогая во всех отношениях деталь гораздо дольше. Каждая лопатка «выращивается» с использованием специальной затравки из никеле-вольфрамового сплава.
23. Участок обработки полой широкохордной вентиляторной лопатки . Для производства полых широкохордных вентиляторных лопаток двигателя ПД-14 — движущей установки перспективного гражданского самолёта МС-21 — создан специальный участок, где осуществляется вырезка и механическая обработка заготовок из титановых плит, окончательная механическая обработка замка и профиля пера лопатки, включая его механическую шлифовку и полировку.
24. Окончательная обработка торца пера лопатки.
25. Комплекс производства роторов турбины и компрессора (КПРТК) — это локализация имеющихся мощностей для создания основных составляющих элементов реактивного привода.
26. Сборка роторов турбины — трудоёмкий процесс, требующий особенной квалификации исполнителей. Высокая точность обработки соединения «вал-диск-носок» — гарантия долгосрочной и надёжной работы двигателя.
27. Многоступенчатый ротор собирается в единое целое.
28. Балансировку ротора осуществляют представители уникальной профессии, которой в полной мере можно овладеть только в заводских стенах.
29. Производство трубопроводов и трубок . Чтобы все агрегаты двигателя слаженно функционировали — компрессор нагнетал, турбина крутилась, сопло прикрывалось или открывалось, нужно подавать им команды. «Кровеносными сосудами» сердца самолёта считаются трубопроводы — именно по ним передаётся самая разная информация. В УМПО есть цех, который специализируется на изготовлении этих «сосудов» — разнокалиберных трубопроводов и трубок.
30. На мини-заводе по производству трубок требуется ювелирная ручная работа — некоторые детали являются настоящими рукотворными произведениями искусства.
31. Многие операции по трубогибу выполняет и станок с числовым программным управлением Bend Master 42 MRV. Он гнёт трубки из титана и нержавеющей стали. Сначала определяют геометрию трубы по бесконтактной технологии с помощью эталона. Полученные данные отправляют на станок, который производит предварительное сгибание, или на заводском языке — гиб. После производится корректировка и окончательный гиб трубки.
32. Так выглядят трубки уже в составе готового двигателя — они оплетают его, как паутина, и каждая выполняет свою задачу.
33. Окончательная сборка . В сборочном цехе отдельные детали и узлы становятся целым двигателем. Здесь трудятся слесари механосборочных работ высочайшей квалификации.
34. Собранные на разных участках цеха крупные модули стыкуются сборщиками в единое целое.
35. Конечным этапом сборки является установка редукторов с топливно-регулирующими агрегатами, коммуникаций и электрооборудования. Производится обязательная проверка на соосность (для исключения возможной вибрации), центровка, так как все детали поставляются из разных цехов.
36. После предъявительских испытаний двигатель возвращается в сборочный цех на разборку, промывку и дефектацию. Сначала изделие разбирают и промывают бензином. Затем — внешний осмотр, замеры, специальные методы контроля. Часть деталей и сборочных единиц направляется для такого же осмотра в цехи-изготовители. Потом двигатель собирают вновь — на приёмо-сдаточные испытания.
37. Слесарь-сборщик собирает крупный модуль.
38. Слесари МСР выполняют сборку величайшего творения инженерной мысли XX века — турбореактивного двигателя — вручную, строго сверяясь с технологией.
39. Управление технического контроля отвечает за безупречное качество всей продукции. Контролёры работают на всех участках, в том числе — и в сборочном цехе.
40. На отдельном участке собирают поворотное реактивное сопло (ПРС) — важный элемент конструкции, отличающий двигатель АЛ-31ФП от его предшественника АЛ-31Ф.
41. Ресурс работы ПРС — 500 часов, а двигателя — 1000, поэтому сопел нужно делать в два раза больше.
42. На специальном мини-стенде проверяют работу сопла и его отдельных частей.
43. Двигатель, оснащённый ПРС, обеспечивает самолёту большую манёвренность. Само по себе сопло выглядит довольно внушительно.
44. В сборочном цехе имеется участок, где выставлены эталонные образцы двигателей, которые изготавливались и изготавливаются последние 20-25 лет.
45. Испытания двигателей . Испытание авиационного двигателя — завершающий и очень ответственный этап в технологической цепочке. В специализированном цехе осуществляются предъявительские и приёмо-сдаточные испытания на стендах, оснащённых современными автоматизированными системами управления технологическими процессами.
46. В ходе испытаний двигателя используется автоматизированная информационно-измерительная система, состоящая из трех компьютеров, объединенных в одну локальную сеть. Испытатели контролируют параметры двигателя и стендовых систем исключительно по показаниям компьютера. В режиме реального времени производится обработка результатов испытания. Вся информация о проведенных испытаниях хранится в компьютерной базе данных.
47. Собранный двигатель проходит испытания согласно технологии. Процесс может занимать несколько суток, после чего двигатель разбирают, промывают, дефектируют. Вся информация о проведённых испытаниях обрабатывается и выдаётся в виде протоколов, графиков, таблиц, как в электронном виде, так и на бумажном носителе.
48. Внешний вид испытательного цеха : когда-то гул испытаний будил всю округу, теперь наружу не проникает ни один звук.
49. Цех № 40 — место, откуда вся продукция УМПО отправляется заказчику. Но не только — здесь осуществляется окончательная приёмка изделий, агрегатов, входной контроль, консервация, упаковка.
Двигатель АЛ-31Ф отправляется на упаковку.
50. Двигатель ожидает аккуратное обёртывание в слои упаковочной бумаги и полиэтилена, но это не всё.
51. Двигатели помещаются в спроектированную для них специальную тару, которая маркирована в зависимости от типа изделия. После упаковки идёт комплектация сопроводительной технической документацией: паспортами, формулярами и пр.
52. Двигатель в действии!
Фотографии и текст
Экспериментальные образцы газотурбинных двигателей (ГТД) впервые появились в преддверии Второй мировой войны. Разработки воплотились в жизнь в начале пятидесятых годов: газотурбинные двигатели активно использовались в военном и гражданском самолетостроении. На третьем этапе внедрения в промышленность малые газотурбинные двигатели, представленные микротурбинными электростанциями, начали широко применяться во всех сферах промышленности.
Общие сведения о ГТД
Принцип функционирования общий для всех ГТД и заключается в трансформации энергии сжатого нагретого воздуха в механическую работу вала газовой турбины. Воздух, попадая в направляющий аппарат и компрессор, сжимается и в таком виде попадает в камеру сгорания, где производится впрыскивание топлива и поджег рабочей смеси. Газы, образовавшиеся в результате сгорания, под высоким давлением проходят сквозь турбину и вращают ее лопатки. Часть энергии вращения расходуется на вращение вала компрессора, но большая часть энергии сжатого газа преобразуется в полезную механическую работу вращения вала турбины. Среди всех двигателей внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинные установки обладают наибольшей мощностью: до 6 кВт/кг.
Работают ГТД на большинстве видов диспергированного топлива, чем выгодно отличаются от прочих ДВС.
Проблемы разработки малых ТГД
При уменьшении размера ГТД происходит уменьшение КПД и удельной мощности по сравнению с обычными турбореактивными двигателями. При этом удельная величина расхода топлива так же возрастает; ухудшаются аэродинамические характеристики проточных участков турбины и компрессора, снижается КПД этих элементов. В камере сгорания, в результате уменьшения расхода воздуха, снижается коэффициент полноты сгорания ТВС.
Снижение КПД узлов ГТД при уменьшении его габаритов приводит к уменьшению КПД всего агрегата. Поэтому, при модернизации модели, конструкторы уделяют особое внимание увеличению КПД отдельно взятых элементов, вплоть до 1%.
Для сравнения: при увеличении КПД компрессора с 85% до 86%, КПД турбины возрастает с 80% до 81%, а общий КПД двигателя увеличивается сразу на 1,7%. Это говорит о том, что при фиксированном расходе топлива, удельная мощность увеличится на ту же величину.
Авиационный ГТД «Климов ГТД-350» для вертолета Ми-2
Впервые разработка ГТД-350 началась еще в 1959 году в ОКБ-117 под начальством конструктора С.П. Изотова. Изначально задача состояла в разработке малого двигателя для вертолета МИ-2.
На этапе проектирования были применены экспериментальные установки, использован метод поузловой доводки. В процессе исследования созданы методики расчета малогабаритных лопаточных аппаратов, проводились конструктивные мероприятия по демпфированию высокооборотных роторов. Первые образцы рабочей модели двигателя появились в 1961 году. Воздушные испытания вертолета Ми-2 с ГТД-350 впервые были проведены 22 сентября 1961 года. По результатам испытаний, два вертолетных двигателя разнесли в стороны, переоснастив трансмиссию.
Государственную сертификацию двигатель прошел в 1963 году. Серийное производство открылось в польском городе Жешув в 1964 году под руководством советских специалистов и продолжалось до 1990 года.
Ма лый газотурбинный двигатель отечественного производства ГТД-350 имеет следующие ТТХ:
— вес: 139 кг;
— габариты: 1385 х 626 х 760 мм;
— номинальная мощность на валу свободной турбины: 400 л.с.(295 кВт);
— частота вращения свободной турбины: 24000;
— диапазон рабочих температур -60…+60 ºC;
— удельный расход топлива 0,5 кг/кВт час;
— топливо — керосин;
— мощность крейсерская: 265 л.с;
— мощность взлётная: 400 л.с.
В целях безопасности полетов на вертолет Ми-2 устанавливают 2 двигателя. Спаренная установка позволяет воздушному судну благополучно завершить полет в случае отказа одной из силовых установок.
ГТД — 350 на данный момент морально устарел, в современной малой авиации нужны более можные, надежные и дешевые газотурбинные двигатели. На современный момент новый и перспективным отечественным двигателем является МД-120, корпорации «Салют». Масса двигателя — 35кг, тяга двигателя 120кгс.
Общая схема
Конструктивная схема ГТД-350 несколько необычна за счет расположения камеры сгорания не сразу за компрессором, как в стандартных образцах, а за турбиной. При этом турбина приложена к компрессору. Такая необычная компоновка узлов сокращает длину силовых валов двигателя, следовательно, снижает вес агрегата и позволяет достичь высоких оборотов ротора и экономичности.
В процессе работы двигателя, воздух поступает через ВНА, проходит ступени осевого компрессора, центробежную ступень и достигает воздухосборной улитки. Оттуда, по двум трубам воздух подается в заднюю часть двигателя к камере сгорания, где меняет направление потока на противоположное и поступает на турбинные колеса. Основные узлы ГТД-350: компрессор, камера сгорания, турбина, газосборник и редуктор. Системы двигателя представлены: смазочной, регулировочной и противообледенительной.
Агрегат расчленен на самостоятельные узлы, что позволяет производить отдельные запчасти и обеспечивать их быстрый ремонт. Двигатель постоянно дорабатывается и на сегодняшний день его модификацией и производством занимается ОАО «Климов». Первоначальный ресурс ГТД-350 составлял всего 200 часов, но в процессе модификации был постепенно доведен до 1000 часов. На картинке представлена общая смеха механической связи всех узлов и агрегатов.
Малые ГТД: области применения
Микротурбины применяют в промышленности и быту в качестве автономных источников электроэнергии.
— Мощность микротурбин составляет 30-1000 кВт;
— объем не превышает 4 кубических метра.
Среди преимуществ малых ГТД можно выделить:
— широкий диапазон нагрузок;
— низкая вибрация и уровень шума;
— работа на различных видах топлива;
— небольшие габариты;
— низкий уровень эмиссии выхлопов.
Отрицательные моменты:
— сложность электронной схемы (в стандартном варианте силовая схема выполняется с двойным энергопреобразованием);
— силовая турбина с механизмом поддержания оборотов значительно повышает стоимость и усложняет производство всего агрегата.
На сегодняшний день турбогенераторы не получили такого широкого распространения в России и на постсоветском пространстве, как в странах США и Европы в виду высокой стоимости производства. Однако, по проведенным расчетам, одиночная газотурбинная автономная установка мощностью 100 кВт и КПД 30% может быть использована для энергоснабжения стандартных 80 квартир с газовыми плитами.
Коротенькое видео, использования турбовального двигателя для электрогенератора.
За счет установки абсорбционных холодильников, микротурбина может использоваться в качестве системы кондиционирования и для одновременного охлаждения значительного количества помещений.
Автомобильная промышленность
Малые ГТД продемонстрировали удовлетворительные результаты при проведении дорожных испытаний, однако стоимость автомобиля, за счет сложности элементов конструкции многократно возрастает. ГТД с мощностью 100-1200 л.с. имеют характеристики, подобные бензиновым двигателям, однако в ближайшее время не ожидается массовое производство таких авто. Для решения этих задач необходимо усовершенствовать и удешевить все составляющие части двигателя.
По иному дела обстоят в оборонной промышленности. Военные не обращают внимание на стоимость, для них важнее эксплуатационные характеристики. Военным нужна была мощная, компактная, безотказная силовая установка для танков. И в середине 60-ых годов 20 века к этой проблеме привлекли Сергея Изотова, создателя силовой установки для МИ-2 — ГТД-350. КБ Изотова начало разработку и в итоге создало ГТД-1000 для танка Т-80. Пожалуй это единственный положительный опыт использования ГТД для наземного транспорта. Недостатки использования двигателя на танке — это его прожорливость и привередливость к чистоте проходящего по рабочему тракту воздуху. Внизу представлено короткое видео работы танкового ГТД-1000.
Малая авиация
На сегодняшний день высокая стоимость и низкая надежность поршневых двигателей с мощностью 50-150 кВт не позволяют малой авиации России уверенно расправить крылья. Такие двигатели, как «Rotax» не сертифицированы на территории России, а двигатели «Lycoming», применяемые в сельскохозяйственной авиации имеют заведомо завышенную стоимость. Кроме того, они работают на бензине, который не производится в нашей стране, что дополнительно увеличивает стоимость эксплуатации.
Именно малая авиация, как ни одна другая отрасль нуждается в проектах малых ГТД. Развивая инфраструктуру производства малых турбин, можно с уверенностью говорить о возрождении сельскохозяйственной авиации. За рубежом производством малых ГТД занимается достаточное количество фирм. Сфера применения: частные самолеты и беспилотники. Среди моделей для легких самолетов можно выделить чешские двигателиTJ100A, TP100 и TP180, и американский TPR80.
В России со времен СССР малые и средние ГТД разрабатывались в основном для вертолетов и легких самолетов. Их ресурс составлял от 4 до 8 тыс. часов,
На сегодняшний день для нужд вертолета МИ-2 продолжают выпускаться малые ГТД завода «Климов» такие как: ГТД-350, РД-33,ТВЗ-117ВМА, ТВ-2-117А, ВК-2500ПС-03 и ТВ-7-117В.