Obecnie krajowy przemysł lotniczy znajduje się w swego rodzaju stanie „zawieszenia”: z jednej strony istnieje, ale z drugiej strony w ostatnich latach nie widzieliśmy ani jednego nowoczesnego samolotu o konstrukcji wyłącznie krajowej. A „Super-Jet” się nie liczy, ponieważ pochodzi z języka rosyjskiego - wyłącznie „montaż śrubokręta”. Nadzieją na odrodzenie przemysłu lotniczego jest silnik PD-14, którego właściwości (w porównaniu z analogami) pozwalają nazwać go jednym z najlepszych w ostatnich latach.

Twórcy mają nadzieję, że powstanie nowego silnika będzie miało najkorzystniejszy wpływ na stan całego krajowego przemysłu lotniczego, a także przyczyni się do powstania wielu nowych miejsc pracy.

Nowy projekt

Po co w ogóle powstał? nowy silnik PD-14? Charakterystyka (w porównaniu z modelami zagranicznymi) nowoczesnych rosyjskich silników była taka, że ​​pilnie potrzebne było opracowanie czegoś radykalnie nowego. Projektantom przyświecała idea stworzenia elektrowni, która pozwoliłaby im na dalszy rozwój i budowę własnego samolotu o pojemności od 130 do 180 miejsc. Jedynym samolotem pasażerskim podobnej klasy i całkowicie pochodzenia rosyjskiego jest samolot Tu-214. Jego produkcja w małych partiach trwa do dziś.

Jednak pilnie brakuje tych samolotów; potrzebujemy sprzętu, aby odnowić całą flotę samolotów naszego kraju. Ale zrobienie tego bez zupełnie nowych silników jest absolutnie niemożliwe. Przez specyfikacje techniczne a ich możliwościami w niczym nie ustępowały odpowiednikom wiodących światowych producentów.

Ogólnie rzecz biorąc, w związku z ostatnimi wydarzeniami na Ukrainie i całkowitym zerwaniem powiązań w sferze przemysłowej obu krajów, silnik PD-14 (charakterystyka, porównanie - w tym artykule) ma również ogromne znaczenie w aspekcie pełnego ożywienie rozwoju i produkcji w naszym kraju. Ponadto podczas jego tworzenia planowane jest rozwiązanie kilku ważnych problemów jednocześnie:

• Całkowita restrukturyzacja przemysłu samolotów cywilnych poprzez redystrybucję ról i zaangażowanie nowych graczy w ten projekt.
• Docelowo planuje się podział obszarów odpowiedzialności i odtworzenie podziału pracy przy produkcji wyrobów lotniczych, który został całkowicie zniszczony w momencie upadku Związku Radzieckiego.
• Twórcy projektu spodziewają się także stworzenia nowych materiałów polimerowych i kompozytowych, które są pilnie potrzebne we współczesnym przemyśle lotniczym.

Jak to się wszystko zaczęło?

Pomysł, że kraj pilnie potrzebuje nowego silnika lotniczego, zrodził się w głębinach Aviadvigatel OJSC na początku XXI wieku. Czasy były wtedy niezwykle trudne, a więc i w rzeczywistości tego projektu niewielu wierzyło.

Ale w tym czasie specjaliści organizacji dokładnie i celowo przestudiowali światowe doświadczenia w produkcji silników, a także przeanalizowali krajowy rynek transportowy, próbując przewidzieć, jaki rodzaj silnika w przemyśle samolotów cywilnych będzie duży popyt. Czym właściwie miał się wyróżniać silnik PD-14? Jego charakterystyka (porównanie i porównanie) z wzorami zagranicznymi po prostu musiała ujawnić jego zauważalną wyższość.

Dlaczego? To proste. W tamtych czasach produkty zagranicznych producentów samolotów „wpychano” na nasz rynek niezwykle agresywnymi metodami. Niestety, niektórzy przywódcy przyczynili się do tego w dużym stopniu. Dziś, ze względu na sankcje, kwestia ta nie jest już tak istotna. Co więcej, samo państwo „nagle” zainteresowało się możliwością produkcji silników krajowych. Tak więc przedsiębiorstwo Aviadvigatel OJSC szybko stało się w centrum uwagi mediów krajowych i zagranicznych.

Główne cele projektu

Głównym zadaniem w tamtym czasie było zapewnienie akceptowalnej ceny, po której produkt ten faktycznie zacząłby być intensywnie kupowany. Wtedy właśnie narodził się pomysł stworzenia jednolitego i uniwersalnego generatora gazu. Jeśli się to uda, nasz kraj będzie miał okazję stworzyć ogromną listę własnego sprzętu przemysłowego, z czego nie może się nie cieszyć.

Co to jest silnik turbowentylatorowy, zasada działania

Jak możemy lepiej zrozumieć korzyści, jakie zapewnia nowy silnik turbowentylatorowy? Zasada działania wszystkich podobnych silników jest podobna, dlatego kwestię tę należy rozważyć bardziej szczegółowo, ponieważ w przeciwnym razie zalety nowych technologii raczej nie będą jasne.

W literaturze specjalistycznej silniki turbowentylatorowe nazywane są silnikami o wysokim współczynniku obejścia. Ich charakterystyczną cechą jest obecność wentylatora o dużej średnicy, dzięki czemu przez silnik zawsze przepływa bardzo duża ilość powietrza. Ze względu na duże wymiary tej części, zewnętrzna dysza silnika często staje się zbyt „monumentalna”, dlatego jest skracana. Aby zapobiec powstawaniu niebezpiecznych turbulencji powietrza, w konstrukcji zastosowano stałe kierownice, które kierują przepływ mieszaniny powietrza w pożądanym kierunku.

Odpowiednio, zgodnie z zasadą działania, takie silniki bardzo przypominają silniki rakietowe, ale praktycznie nie ma w nich mieszania przepływów. Zaletą silników turbowentylatorowych jest to, że strumień wychodzący z rakiety „do rury” w tym przypadku wprawia w ruch dodatkowy wentylator, który jest potężne źródło trakcja. To on wytwarza co najmniej 70-80% całkowitej siły trakcyjnej. Dzięki temu silnik lotniczy PD-14 jest niezwykle ekonomiczny. Wewnętrzny kontur tych silników niemal całkowicie odwzorowuje konstrukcję modeli rakiet, ale ich ostatnie stopnie „jednocześnie” działają jak napęd wentylatora.

Zalety i wady

Jak wszyscy jego „krewni”, silnik lotniczy PD-14 ma zarówno pozytywne, jak i negatywne strony. Do jego mocnych stron należy wysoka wydajność, która pozwala na szerokie zastosowanie tych elektrowni nawet na długich trasach.

Jakie ma wady? Najważniejsze są jego bardzo duże wymiary i przyzwoita waga. Pomimo wszystkich wysiłków inżynierów i naukowców silniki turbowentylatorowe stawiają znaczny opór napływającemu powietrzu. przepływ powietrza w locie. Oczekuje się, że problem ten zostanie rozwiązany, gdy zostaną znalezione sposoby zmniejszenia ich całkowitych wymiarów.

Różnice porównawcze

Nowy silnik turbowentylatorowy, którego zasada działania jest podobna do „klasycznych” modeli krajowych, wciąż bardzo różni się od swoich poprzedników. Oczywiście różnice „na oko” są zauważalne tylko dla inżynierów. Jeśli porównamy go z modelem PS-90A (Ił-96, Tu-214, Ił-76), od razu zauważymy, nie bójmy się tego słowa, jakościowy skok w proces technologiczny i możliwości.

Stopień obejścia wzrósł dokładnie dwukrotnie, temperatura gazu przed wejściem do turbiny wzrosła natychmiast o 100 K, całkowity stopień sprężania (w różne warunki) wzrosła o 20-50%. W porównaniu z powyższymi odmianami silników krajowych, nowy silnik lotniczy PD-14 pozwala zaoszczędzić co najmniej 12-16% więcej paliwa.

Oszczędność masy

Po raz pierwszy w krajowym przemyśle samolotów cywilnych w konstrukcji silnika zastosowano technologię wytwarzania pustych łopatek turbiny z wysokowytrzymałych stopów tytanu.

Daje to w sumie zmniejszenie masy o 30%, a nowy silnik lotniczy PD-14 jest lżejszy o około 10%. Ponadto Fabryka Silników w Permie doskonali obecnie technologię produkcji monokrystalicznych łopatek turbin. Podaje się, że takie podejście umożliwi natychmiastowe podniesienie temperatury roboczej gazów do 2000 K.

Ponadto po raz pierwszy krajowi producenci przy projektowaniu i produkcji silników zamierzają zastosować taką ilość polimerowych materiałów kompozytowych. Takie podejście nie tylko znacznie zmniejszy masę silnika, ale także zwiększy jego wytrzymałość i odporność na przeciążenia.

Znaczenie stworzenia nowego silnika

Jak powiedzieliśmy na samym początku artykułu, nie da się stworzyć ani jednego nowego samolotu bez uprzedniego opracowania nowych silników. W przypadku tego ostatniego wszystko stopniowo zaczyna się poprawiać: wkrótce rozpoczną się testy silnika PD-14 w formie przeglądu państwowego... Ale jakie samochody będą w nie wyposażone?

Zakłada się, że samolot MS-21 (dalekiego zasięgu, XXI w.) zostanie stworzony specjalnie dla tych silników. Jeżeli rzeczywiście uda się to zrealizować, wówczas będziemy mogli mówić o prawdziwym przełomie; po raz pierwszy od czasów ZSRR faktycznie powstanie w naszym kraju coś nowego. Co ważniejsze, rosyjski silnik PD-14 umożliwi stworzenie całej linii nowych samolotów przeznaczonych zarówno do wykonywania lotów długodystansowych, jak i na trasach krajowych. Do niedawna wszyscy mówili, że krajowe samoloty będą musiały być wyposażone wyłącznie w importowane silniki. Dziś okazało się, że na szczęście tak nie jest.

Jakie samochody zamierzają w to wyposażyć?

Już dziś jest oczywiste, że ujednolicona konstrukcja nowego silnika pozwoli z powodzeniem stosować go nie tylko w samolotach pasażerskich, ale także samolotach transportowych. Ponieważ jego ciąg wynosi aż 14 ton, model ten można zainstalować na MS-21-200/300/400. Z pewnością dopuszczalne będzie wyposażenie w nie Ił-214. Istnieją informacje o rozpoczęciu tworzenia jeszcze potężniejszej modyfikacji o ciągu 18 ton, czyli PD-18. Ma być stosowany na samolotach Tu-214 i Ił-96. Przypomnijmy, że dziś wszystkie te maszyny są wyposażone w „starca” PS-90A.

Twórcy podają również, że podjęto już decyzję o stworzeniu lekkiej wersji tego silnika o ciągu dziesięciu ton. Można przypuszczać, że będzie on służył do produkcji cierpliwych Superjetów, do których nikt już nie chce kupować silników z Francji. Docelowo powstanie także specjalna śmigłowcowa wersja tego silnika, która zostanie wyposażona w słynną „krowę transportową”, znaną również jako śmigłowiec Mi-26.

Do dziś w produkcji tych maszyn używano ukraińskich silników D-136. Nawet wstępne obliczenia pokazują, że istniejące zapotrzebowanie na te silniki jest więcej niż wystarczające, aby pokryć wszystkie koszty, które zostały poniesione w trakcie opracowywania nowej technologii. W sumie planuje się przyciągnąć co najmniej 70 miliardów rubli inwestycji, z czego połowa będzie pochodzić z budżetu federalnego. Ta ostatnia okoliczność pokazuje, jak bardzo ten projekt jest krajowi potrzebny.

Co jest złego w starym PS90-A?

Najnowszy silnik do MS-21, PD-14, to nowa generacja, ponadto doskonale współpracuje ze stosunkowo starymi modyfikacjami samolotów. Tym samym zaszczyceni „weterani” Ił-76, których modernizacja jest intensywnie prowadzona od ubiegłego roku, po zamontowaniu na nich nowego silnika mogą przelecieć jeszcze kilkadziesiąt tysięcy godzin. Ponadto możliwe będzie zwiększenie zasięgu lotu z czterech do pięciu tysięcy kilometrów, o tysiąc kilometrów zwiększy się także odległość bez ładunku, a zużycie paliwa zmniejszy się o około 14%. Ta ostatnia okoliczność jest szczególnie ważna, ponieważ dzięki niej możliwe będzie obniżenie kosztów transportu tony ładunku o 10%.

Tak więc stary silnik, który wiernie służył swoim czasom w służbie i został opracowany w ZSRR, nadal radzi sobie ze swoimi obowiązkami, ale nie spełnia już współczesnych wymagań. Głównym problemem jest wysokie zużycie paliwa i zwiększony hałas. W zasadzie było to wiadome już od bardzo dawna, jednak dopiero teraz podjęto konkretne kroki w kierunku naprawienia sytuacji i stworzenia nowego silnika. Aby być uczciwym, warto powiedzieć, że dopiero dzisiaj pojawiły się wszystkie niezbędne środki do tej pracy.

Oficjalna informacja o postępie prac

Oficjalnie prace nad silnikiem trwają od 2008 roku, ale tak naprawdę utalentowany zespół projektantów zaczął go projektować już w 1999 roku.

W 2012 roku po raz pierwszy przeprowadzono pełnoprawny montaż wersja demonstracyjna. Jednocześnie trwał intensywny rozwój układów generatorów gazu, co przysporzyło projektantom głównych problemów. Do tej pory wszystkie niedociągnięcia zostały pomyślnie wyeliminowane. Ten silnik permski został po raz pierwszy wprowadzony na rynek w połowie 2012 roku. Jednocześnie konstruktorzy przekonali się, że wysokie wskaźniki konstrukcyjne są w pełni zgodne ze stanem praktycznym, co dodatkowo utwierdziło ich w przekonaniu o konieczności pilnego uruchomienia produkcji nowych silników.

Pierwotnie miały one zostać ukończone trzy lata temu, jednak w związku z pewnymi problemami pojawia się informacja, że ​​częściowo są one kontynuowane do dziś. Oczekuje się, że masowa produkcja rozpocznie się w tym roku, a mieszkańcy Permu powinni montować co najmniej dwa do trzech tuzinów nowych silników rocznie. A to bardzo mało, gdyż krajowi lotnicy uważają, że przy utrzymaniu obecnego tempa lotów, do 2019 roku silniki lotnicze powinny być produkowane w zawrotnym tempie – 200 sztuk w 12 miesięcy. Mam nadzieję, że krajowy przemysł będzie w stanie „wyciągnąć” ten projekt.

A co z MS-21?

Po raz pierwszy informacje o rozpoczęciu prac nad produkcją nowego samolotu zaczęły napływać już na początku ubiegłego roku. W tej chwili wiadomo już na pewno, że Irkuckie Zakłady Lotnicze już pełną parą zajmują się montażem pierwszego kadłuba nowego krajowego samolotu pasażerskiego, który w swoim środowisku jest lepiej znany pod „nieoficjalną” nazwą Jak-242.

Skrzydło jest wykonane z unikalnych materiałów kompozytowych i składane w Uljanowsku. Najprawdopodobniej dotarł już do Irkucka. Krajowe media, które mają swoich przedstawicieli w tym przedsięwzięciu, stanowczo obiecywały, że pierwszy samolot będzie mógł wystartować latem tego roku. Podaje się, że producent ma już podpisanych aż 175 stałych kontraktów na budowę i dostawę MS-21. Klientami było wiele dużych organizacji, w tym nawet Sbierbank, który dostarcza w leasing nowe samoloty.

Pojawiła się także informacja, że ​​zamówionych może zostać dodatkowo 100 samolotów tego typu, a klientami będą nie tylko tłumacze krajowi, ale i zagraniczni. Ta wiadomość jest naprawdę wyjątkowa, ponieważ ostatni raz ktoś zainteresował się naszymi samolotami pasażerskimi dopiero w czasach sowieckich.

Znaczenie projektu MC-21 polega na tym, że jest to pierwszy i jak dotąd jedyny krajowy samolot stworzony samodzielnie i bez wykorzystania starych opracowań z czasów Unii, w którym nie zastosowano obcych podzespołów. Marka ta wejdzie na trasy lotów dopiero po ostatecznym zakończeniu wszelkiego rodzaju testów w locie i na stanowisku badawczym, które trwają do dziś.

Wnioski

Tym samym nowy obiecujący silnik stanowi prawdziwy przełom dla całego krajowego przemysłu, a w szczególności dla konstrukcji samolotów cywilnych. Jeśli chodzi o zapotrzebowanie na te silniki, jest ono kolosalne. Krajowi przewoźnicy od dawna mówią, że nie są zbyt chętni do zakupu wycofywanych z eksploatacji importowanych samolotów, których żywotność jest już prawie wyczerpana. Ale w tym czasie przemysł krajowy nie mógł zaoferować im niczego odpowiedniego.

Dziś istnieje zarówno silnik, jak i samolot. W związku z wprowadzeniem sankcji wobec naszego państwa nie ma możliwości zakupu czegokolwiek za granicą, a gwałtownie rosnący kurs walutowy nie dodaje atrakcyjności tej decyzji. Tak więc projekt krajowy ma świetne perspektywy. Mam nadzieję, że branża nas nie zawiedzie i będzie w stanie zapewnić producentom wszystkie niezbędne komponenty.

PD-14 to silnik piątej generacji, łączący najlepsze krajowe tradycje z nowymi standardami lotniczymi XXI wieku. Silnik turboodrzutowy jest bardzo złożonym urządzeniem inżynierskim, wymagającym bardzo skomplikowanych rozwiązań konstrukcyjnych. Na przykład jedna łopatka turbiny, a jest ich około 70 stopni, obraca się z częstotliwością 12 tysięcy obrotów na minutę i działa na nią siła odśrodkowa równa 18 ton. Dla porównania: jest to obciążenie zawieszenie piętrowego autobusu londyńskiego.

1. Pierwszy silnik lotniczy stworzony w Rosji po rozpadzie ZSRR

Projekt PD-14 - nowa strona w historii turbowentylatorowych silników obejściowych i pierwszym krajowym rozwoju w dziedzinie konstrukcji silników cywilnych w ciągu ostatnich 29 lat: pierwszy lot Ił-76LL w ramach programu testów PS-90A odbył się 26 grudnia 1986 r.

PD-14 powstaje w oparciu o specjalnie opracowany unikalny generator gazu, na który składają się trzy elementy: wysokosprawna sprężarka, turbina wysokociśnieniowa oraz niskoemisyjna komora spalania. Zunifikowany generator gazu PD-14 umożliwia tworzenie silników o ciągu od 8 do 18 ton.

2. Podstawowy projekt rodziny silników

Rodzina silników oparta na PD-14 umożliwi wyposażenie prawie wszystkich rosyjskich samolotów w nowoczesne elektrownie: od PD-7 dla krótkodystansowego Suchoj Superjet 100 po PD-18, który można zainstalować na długodystansowy Ił-96. W oparciu o generator gazu PD-14 planowane jest opracowanie silnika śmigłowca PD-10V, który ma zastąpić silnik D-136 w największym śmigłowcu świata Mi-26. Ten sam silnik można zastosować także w rosyjsko-chińskim ciężkim helikopterze, którego prace już się rozpoczęły. W oparciu o generator gazu PD-14 można tworzyć tłocznie gazu, a nawet elektrownie turbinowe o mocy od 8 do 16 MW.

3. Dla PD-14 opracowano 16 nowych technologii

Dla PD-14, przy wiodącej roli Centralnego Instytutu Produkcji Silników Lotniczych (CIAM), wiodącego instytutu badawczego w branży, oraz Biura Projektowego Aviadvigatel, opracowano 16 kluczowych technologii: monokrystaliczne łopatki turbiny wysokociśnieniowej z obiecujący system chłodzenia, działający w temperaturach gazu do 2000 °K; wydrążona łopatka wentylatora szeroko cięciwowego wykonana ze stopu tytanu, dzięki czemu udało się zwiększyć wydajność stopnia wentylatora o 5% w porównaniu do PS-90; niskoemisyjna komora spalania wykonana ze stopu międzymetalicznego; konstrukcje dźwiękochłonne wykonane z materiałów kompozytowych; powłoki ceramiczne na częściach gorących; puste łopatki turbin niskociśnieniowych itp.

4. Na potrzeby projektu stworzono 20 nowych materiałów

Przy udziale Ogólnorosyjskiego Instytutu Materiałów Lotniczych (VIAM) dla PD-14 opracowano około 20 nowych materiałów. Zastosowanie materiałów kompozytowych w konstrukcji silnika i gondoli silnika oraz wydrążonych, szerokich tytanowych łopatek wentylatora znacznie zmniejszyło masę silnika. PD-14 wygrywa ze względu na swoje niezaprzeczalne zalety: zmniejszenie jednostkowego zużycia paliwa o 10-15%, zmniejszenie kosztów cykl życia o 15-20%; praca silnika będzie kosztować 14-17% mniej niż istniejące analogi.

Jednak stworzenie materiału to połowa sukcesu: jego zastosowanie w silniku samolotu cywilnego wymaga certyfikacji zgodnie z międzynarodowymi standardami. W przeciwnym razie silnik, niezależnie od tego, jak dobry, nie będzie mógł latać poza Rosją. Zasady są tutaj bardzo rygorystyczne, ponieważ mówimy o bezpieczeństwie ludzi. To samo dotyczy procesu produkcji silników: przedsiębiorstwa z branży wymagają certyfikacji zgodnie ze standardami Europejskiej Agencji Bezpieczeństwa Lotniczego (EASA). Wszystko to wymusi na nas poprawę standardów produkcji. Rozwój samego PD-14 odbywał się z wykorzystaniem nowej, cyfrowej technologii, dzięki czemu 7. egzemplarz silnika został zmontowany w Permie w technologii produkcji masowej, podczas gdy wcześniej wyprodukowano partię pilotażową w ilości do 35 egzemplarzy. Ogólnie rzecz biorąc, projekt PD-14 uratuje w Rosji ponad 10 tysięcy wysoko wykwalifikowanych miejsc pracy.

5. Ekologiczny i cichy silnik lotniczy

Optymalizacja parametrów cyklu termodynamicznego, niskoemisyjna komora spalania oraz niskie jednostkowe zużycie paliwa pozwoliły zminimalizować emisję szkodliwych substancji w PD-14. Osiągane poziomy emisji są o 30-45% niższe od ustalonych norm.

PD-14 to cichy silnik. Modelowanie aerodynamiczne 3D podzespołów, zwiększenie współczynnika obejścia w celu przejścia do strefy niskich częstotliwości oraz zastosowanie skutecznych systemów tłumienia hałasu najnowszej generacji pozwoliło znacząco obniżyć poziom hałasu. Poziom hałasu znacznie przekracza normy Organizacji Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego.

6. Pierwszy rosyjski silnik lotniczy 5. generacji

Postęp w produkcji silników lotniczych charakteryzuje się kilkoma parametrami, ale najważniejszym z nich jest temperatura gazu przed turbiną. Przejście na każdą nową generację silników turboodrzutowych, a jest ich w sumie pięć, charakteryzowało się wzrostem tej temperatury o 100-200 stopni.

I tak w silnikach 1. generacji z końca lat 40. XX w. temperatura nie przekraczała 877°C, w 2. generacji (lata 50. XX w.) liczba ta wzrosła do 977°C, w 3. generacji (lata 60. XX w.) parametr ten wzrósł do 977°C. 1176°C, dla silników IV generacji (1970-1980) temperatura gazu osiągnęła 1376°C. Łopatki turbin silników V generacji, których pierwsze egzemplarze pojawiły się na Zachodzie w połowie lat 90-tych, pracują w temperaturze 1626°C. Obecnie zaledwie 15% silników używanych na świecie należy do piątej generacji.

7. Technologie PD-14 – tajemnica państwowa

Oprócz firm krajowych, jedynie firmy z USA, Wielkiej Brytanii i Francji posiadają technologie dla pełnego cyklu tworzenia nowoczesnych silników turboodrzutowych. Czyli państwa produkujące nowoczesne samoloty silniki turboodrzutowe, mniej niż w krajach z broń nuklearna lub wystrzeliwanie satelitów w przestrzeń kosmiczną. Na przykład wieloletnie wysiłki Chin nie doprowadziły jeszcze do sukcesu w tej dziedzinie. Chińczykom szybko skopiowano rosyjski myśliwiec Su-27, jednak nigdy nie udało im się skopiować jego silnika AL-31F. Chiny w dalszym ciągu zmuszone są kupować ten już nie najnowocześniejszy silnik z Rosji. Dlatego technologie rozwoju silników lotniczych są chronione jako najważniejsza tajemnica państwowa.

Jak wiadomo, rosyjski przemysł lotnictwa cywilnego znalazł się w ostatnie dziesięciolecia w trudnej sytuacji. Nie, nie zapomnieliśmy, jak zrobić samoloty, które latają. Jednak światowy rynek transportu lotniczego wymaga sprzętu spełniającego wysokie wymagania operacyjne, szczególnie w zakresie wydajności, poziomu hałasu i przyjazności dla środowiska. Większość tych wymagań została zaprojektowana w Epoka radziecka samoloty pasażerskie nie dorównywały lub w każdym razie były gorsze pod tymi wskaźnikami od konkurentów z Airbusa, Boeinga, Bombardiera, Embraera.

PD-14 to silnik o bardzo wysokim współczynniku obejścia (1:8,3). Widać to już po imponującym wentylatorze o średnicy 1,9 m. Elektrownia będzie bardzo oszczędnie zużywać paliwo.

Nie było żadnego naszego

Pierwszą próbę stworzenia konkurencyjnego produktu w nowej Rosji podjęła firma „ Samolot cywilny Suchoj” swoim Superjetem 100. Twórcom tego regionalnego samolotu pasażerskiego często zarzucano, że – ich zdaniem – samochód można nazwać rosyjskim tylko warunkowo – jest w nim zbyt wiele importowanych komponentów. Weźmy na przykład silniki, które stanowią około jednej trzeciej ceny samolotu. Superjet 100 jest wyposażony w SaM-146 wyprodukowany wspólnie przez francuską firmę Snecma i rosyjską NPO Saturn. Jednak najbardziej złożoną i kosztowną częścią silnika turbowentylatorowego jest generator gazu (sprężarki, komora spalania, turbina wysokociśnieniowa) - rozwiązanie francuskiego partnera. I tylko „zimna” część - wentylator i obracająca ją turbina niskociśnieniowa - została opracowana w Rybińsku w NPO Saturn.

Gondola została opracowana przez Aviadvigatel OJSC, czyli samego producenta PD-14. Zawiera wiele ciekawych rozwiązań, w szczególności unikalny design rewersu.

Innymi słowy, w czasie projektowania Superjeta rosyjski przemysł nie miał prawie nic do zaoferowania producentom samolotów. Rosja nie posiadała własnego konkurencyjnego silnika dla samolotów regionalnych. Jak również wiele innych rzeczy. Jednak dzisiaj sytuacja się zmieniła. Nowy samolot średniodystansowy MS-21 (prawdopodobna nazwa w serii Jak-242) w znacznie mniejszym stopniu będzie zależny od współpracy z zagranicznymi dostawcami. I chociaż, jak to zwykle bywa, klient samolotu będzie miał prawo wyboru i będzie mógł preferować elektrownię produkcji zagranicznej, dla MC-21 będą rosyjskie silniki. Dokładniej, one już istnieją.

PD-14 odnosi się do silników turbowentylatorowych, w których przepływy z obu obwodów nie mieszają się. Powietrze z drugiego obiegu „zimnego” wypływa z dyszy o falistych krawędziach.

Parametry światowej klasy

Silnik PD-14 piątej generacji został opracowany przez Aviadvigatel OJSC z siedzibą w Permie. Opiera się na zunifikowanym generatorze gazu: 8-stopniowym kompresorze, niskoemisyjnej komorze spalania i turbinie wysokociśnieniowej. Generator ten znajdzie zastosowanie także w innych silnikach rodziny PD o mniejszym lub większym ciągu. PD-14 wytwarza ciąg 14 ton, a działanie obwodu wtórnego zapewnia wentylator z wydrążonymi łopatkami o szerokich cięciwach i turbiną niskociśnieniową. Współczynnik obejścia silnika to stosunek przepływu powietrza przez pętlę zewnętrzną do przepływu powietrza przez pętlę wewnętrzną i dla silnika PD-14 wynosi 8,3. Jest to nowoczesny wskaźnik zarówno dla krajowych silników turbowentylatorowych, jak i zagranicznych. Wysoki współczynnik obejścia powoduje znaczną redukcję zużycia paliwa. Według oświadczenia twórcy PD-14 zmniejszenie jednostkowego zużycia paliwa w porównaniu z nowoczesnymi analogami wyniesie 10-15%. Deklarowany poziom hałasu jest o 15-20 dB niższy od norm określonych w IV normie ICAO, a poziom emisji szkodliwych substancji NOx będzie o 30% niższy od norm ICAO z 2008 roku. Jest to zgodne z nowoczesnymi standardami ochrony środowiska.

„Obcy” pod skrzydłem

Podczas gdy pierwszy model lotu MS-21 jest właśnie w fazie budowy, PD-14 wznosi się w przestworza. Zawieszony jest na pylonie latającego laboratorium Ił-76 LL zamiast jednego z czterech standardowych silników. Testami zajmują się piloci doświadczalni i inżynierowie ze słynnego Instytutu Testów Lotowych (LII im. M.M. Gromova), wchodzącego w skład United Aircraft Corporation, a także przedstawiciele producenta - Aviadvigatel OJSC. Silnik eksperymentalny trudno pomylić ze standardowymi silnikami Iłowa, gdyż jego wymiary przekraczają wymiary standardowego D-30KP-2. Dość powiedzieć, że sama średnica wlotu wentylatora wynosi 1,9 m.

Anatolij Dmitriewicz Kułakow, zastępca dyrektora generalnego Instytutu Badań nad Lotami, rozmawiał z Popular Mechanics o technologiach przygotowania i testowania obiecującego rosyjskiego silnika. MM. Gromov o testowaniu elektrowni. Jak dowiedzieliśmy się z naszej rozmowy, zanim silnik mógł wystartować w swój pierwszy lot, specjaliści instytutu musieli rozwiązać wiele skomplikowanych problemów inżynierskich. Pierwszym z nich był wybór latającego laboratorium (FL). LII ma do dyspozycji kilka LL stworzonych na bazie samolotu Ił-76, jednak nie wszystkie z nich mogą przeprowadzać testy PD-14. Wiele zależy od masy elektrowni (czy skrzydło wytrzyma ciężar?) i ciągu wytwarzanego przez PD-14. Wybór padł na Ił-76 LL ze wzmocnionym skrzydłem, który może pomieścić elektrownię o masie do 9 ton i ciągu silnika do 25 000 kgf. Jednak ten samolot ostatni raz brał udział w testach w 1996 roku. Następnie przymocowano do niego unikalny silnik śmigłowo-wentylatorowy D-27, przeznaczony do stosowania na ukraińsko-rosyjskim samolocie An-70. Po niemal dwudziestu latach bezczynności konieczne było przywrócenie Ił-76 LL zdolności do lotu, dla czego opracowano specjalny program przy aktywnym udziale JSC AKB im. S.V. Iljuszyn.” Na starym samolocie wymieniono znaczną część wyposażenia, w tym sprzęt lotniczy i nawigacyjny, uzyskano wszystkie niezbędne wnioski, że samolot może wystartować. Co dalej? Zawiesić silnik i rozpocząć testowanie? NIE! To nie jest takie proste.

Na zdjęciu widać obiecujący rosyjski silnik bez gondoli.

Silnik PD-14 jest także wyjątkowy pod tym względem, że po raz pierwszy w praktyce krajowego budowy silników producent opracował nie tylko sam silnik, ale także gondolę do niego (zwykle gondola silnika jest wykonywana pod konkretny silnik przez firma produkująca samolot). Tym samym silnik posiada już mocowanie przeznaczone dla pylonu MS-21, a nie pasuje do skrzydła Ił-76LL. Specjaliści LII musieli zaprojektować specjalny dystans mocy – adapter pomiędzy mocowaniami pylonu MS-21 a skrzydłem IL-76LL.

To zdjęcie przedstawia proces zawieszania gondoli z silnikiem na pylonie latającego laboratorium. Do łączenia elementów złącznych różne typy Używany jest specjalny zasilacz.

Gdzie umieścić energię?

Najważniejszym problemem inżynierskim jest to, że nowy silnik nie może być testowany pod kontrolą standardowych systemów LL. W laboratorium konieczne jest odtworzenie wszystkich układów sterowania eksperymentalnej elektrowni, podobnych do tych, które będą stosowane w MS-21, a także niezawodne odtworzenie wszystkich obciążeń, pod którymi będzie pracował silnik. W tym celu przed testami konieczne było zaprojektowanie i zintegrowanie w latającym laboratorium całego odpowiedniego wyposażenia.

Silnik nie tylko wytwarza ciąg odrzutowy, ale jest energetycznym sercem samolotu. Za pomocą wału i przekładni wał turbiny wysokiego ciśnienia połączony jest z CPSA (jednostką napędową statku powietrznego). W CPSA przenoszony tam moment obrotowy jest „demontowany” przez generator elektryczny i pompy hydrauliczne. Silniki wymagają obecnie jak największej mocy elektrycznej, zwłaszcza że wiele napędów hydraulicznych jest zastępowanych napędami elektrycznymi. Ił-76LL jest wyposażony w elektryczny układ odbioru mocy. Moc pobierana z generatora realizowana jest w specjalnych ładowarkach termoelektrycznych (TEH), które montowane są w owiewkach nadmuchanych powietrzem zewnętrznym podczas lotu.

W tle widać główny panel sterowania eksperymentalnego silnika: siedząc przy tym panelu, wiodący inżynier LII steruje trybami PD-14 podczas lotu testowego. Bliżej nam są miejsca pracy innych specjalistów monitorujących parametry pracy silnika.

Oprócz momentu obrotowego z silnika pobierane jest sprężone powietrze, które trafia do układów samolotu MC-21. Próbki powietrza są pobierane do różnych celów w kilku punktach generatora gazu. Przykładowo po trzecim stopniu pracy sprężarki usuwane jest powietrze na potrzeby klimatyzacji przedziału pasażerskiego MS-21. Laboratorium latające nie posiada instalacji wyciągu powietrza o parametrach układu klimatyzacji zbliżonych do MS-21, ponieważ odsysanie sprężonym powietrzem jest poborem mocy z silnika, co oznacza, że ​​podczas badań należy uwzględnić także to obciążenie. LL to także pełna aparatura kontrolno-pomiarowa. Podczas pracy silnika szeregowego pokładowy rejestrator parametryczny rejestruje 30-40 parametrów pracy instalacji. Podczas badań pobieranych jest 1066 parametrów z eksperymentalnego silnika wyposażonego w wiele czujników. Dane przesyłane są do centralnego serwera, do głównej konsoli inżyniera w przestrzeni ładunkowej Ił-76LL, do wyświetlacza w kokpicie, kanałem radiowym do naziemnego punktu kontroli i bezpośrednio do specjalistów w Permie, w Aviadvigatel OJSC .

Miejsce pracy jednego z inżynierów biorących udział w badaniach oraz szafkę ze sprzętem komputerowym analizującym dane za pomocą specjalnie opracowanego oprogramowania.

Solo na jednym silniku

Kiedy nadchodzi czas uniesienia LL w powietrze, na miejscach załogi lotniczej zasiadają najbardziej doświadczeni piloci testowi z LII nazwanej ich imieniem. MM. Gromowa. W przestrzeni ładunkowej inżynierowie testujący zajmują miejsca przy konsolach. Piloci mają do dyspozycji wszystkie typowe systemy sterowania samolotem Ił-76LL i jego silnikami. I tylko silnikiem eksperymentalnym steruje wiodący inżynier testowy z LII. Obok niego przy konsoli środkowej siedzi inny przedstawiciel LII i inżynier dewelopera PD-14. „Startujemy na trzech silnikach, stosując specjalną technikę, aby z powodu asymetrycznego ciągu samolot nie wyleciał z pasa startowego” – mówi Aleksander Krutow, Honorowy Pilot Testowy, Bohater Rosji, Kierownik Szkoły Pilotów Testowych LII. — Na tym etapie prób startowych silnik doświadczalny pracuje tylko na biegu jałowym. Najpierw rozgrzewamy trzy standardowe silniki. Następnie kładziemy drugi silnik, symetryczny do doświadczonego, na małym gazie i powoli rozpoczynamy rozbieg. Przełączamy 1. i 4. standardowy silnik w tryb startu. Następnie podczas rozbiegu płynnie wprowadzamy 3. standardowy silnik w tryb startu. Startujemy o trzeciej i nabieramy wysokości. W ten sposób możemy uniknąć niebezpiecznych punktów zwrotnych podczas startu.”

Po wzniesieniu się na wysokość główny inżynier testowy, dysponujący dźwignią sterującą eksperymentalnego silnika zamontowanego na konsoli głównej, bezpośrednio przystępuje do testów. Pierwszy program testów inżynieryjnych dla PD-14 jest przeznaczony tylko na 12 godzin lotu. Na koniec każdego lotu otrzymane informacje są analizowane przez specjalistów LII, a przedstawiciele Aviadvigatel OJSC dokładnie sprawdzają elementy silnika, oceniają jego stan i eliminują ewentualne usterki. Oczywiście nie wszystko zakończy się na pierwszej serii lotów testowych. Silnik zostanie poddany nowym testom pod dużym obciążeniem, w tym na dużych wysokościach, w ekstremalnych temperaturach i silnych mrozach. Ale już teraz, według specjalistów LII biorących udział w testach, charakterystyka silnika PD-14 odpowiada obliczonym danym w sprawdzonych trybach.

Pod koniec ubiegłego roku w latającym laboratorium Ił-76LL rozpoczęły się testy najnowszego rosyjskiego silnika lotniczego PD-14, które eksperci określili jako „wydarzenie o wyjątkowej wadze”. Co jest wyjątkowego w tym silniku i dlaczego nazwano go najważniejszym Projekt rosyjski w dziedzinie lotnictwa cywilnego w ciągu ostatnich 30 lat? Siedem faktów na temat PD-14 pomoże wyjaśnić. PD-14 to silnik piątej generacji, łączący najlepsze krajowe tradycje z nowymi standardami lotniczymi XXI wieku.

Silnik turboodrzutowy jest bardzo złożonym urządzeniem inżynierskim, wymagającym bardzo skomplikowanych rozwiązań konstrukcyjnych. Na przykład jedna łopatka turbiny, a jest ich około 70 stopni, obraca się z częstotliwością 12 tysięcy obrotów na minutę i działa na nią siła odśrodkowa równa 18 ton. Dla porównania: jest to obciążenie zawieszenie piętrowego autobusu londyńskiego.

1. Pierwszy silnik lotniczy stworzony w Rosji po rozpadzie ZSRR

Projekt PD-14 to nowa karta w historii turbowentylatorowych silników obejściowych i pierwsze od 29 lat krajowe osiągnięcie w dziedzinie budowy silników cywilnych: odbył się pierwszy lot Ił-76LL w ramach programu testów PS-90A odbyło się 26 grudnia 1986 r.

PD-14 powstaje w oparciu o specjalnie opracowany unikalny generator gazu, na który składają się trzy elementy: wysokosprawna sprężarka, turbina wysokociśnieniowa oraz niskoemisyjna komora spalania. Zunifikowany generator gazu PD-14 umożliwia tworzenie silników o ciągu od 8 do 18 ton.

2. Podstawowy projekt rodziny silników

Rodzina silników oparta na PD-14 umożliwi wyposażenie prawie wszystkich rosyjskich samolotów w nowoczesne elektrownie: od PD-7 dla krótkodystansowego Suchoj Superjet 100 po PD-18, który można zainstalować na długodystansowy Ił-96. W oparciu o generator gazu PD-14 planowane jest opracowanie silnika śmigłowca PD-10V, który ma zastąpić silnik D-136 w największym śmigłowcu świata Mi-26. Ten sam silnik można zastosować także w rosyjsko-chińskim ciężkim helikopterze, którego prace już się rozpoczęły. W oparciu o generator gazu PD-14 można tworzyć tłocznie gazu, a nawet elektrownie turbinowe o mocy od 8 do 16 MW.

3. Dla PD-14 opracowano 16 nowych technologii

Dla PD-14, przy wiodącej roli Centralnego Instytutu Produkcji Silników Lotniczych (CIAM), wiodącego instytutu badawczego w branży, oraz Biura Projektowego Aviadvigatel, opracowano 16 kluczowych technologii: monokrystaliczne łopatki turbiny wysokociśnieniowej z obiecujący system chłodzenia, działający w temperaturach gazu do 2000 °K; wydrążona łopatka wentylatora szeroko cięciwowego wykonana ze stopu tytanu, dzięki czemu udało się zwiększyć wydajność stopnia wentylatora o 5% w porównaniu do PS-90; niskoemisyjna komora spalania wykonana ze stopu międzymetalicznego; konstrukcje dźwiękochłonne wykonane z materiałów kompozytowych; powłoki ceramiczne na częściach gorących; puste łopatki turbin niskociśnieniowych itp.

4. Na potrzeby projektu stworzono 20 nowych materiałów

Przy udziale Ogólnorosyjskiego Instytutu Materiałów Lotniczych (VIAM) dla PD-14 opracowano około 20 nowych materiałów. Zastosowanie materiałów kompozytowych w konstrukcji silnika i gondoli silnika oraz wydrążonych, szerokich tytanowych łopatek wentylatora znacznie zmniejszyło masę silnika. PD-14 wygrywa dzięki swoim niezaprzeczalnym zaletom: zmniejszeniu jednostkowego zużycia paliwa o 10–15%, obniżeniu kosztów cyklu życia o 15–20%; obsługa silnika będzie kosztować 14–17% mniej niż istniejące analogi.

Jednak stworzenie materiału to połowa sukcesu: jego zastosowanie w silniku samolotu cywilnego wymaga certyfikacji zgodnie z międzynarodowymi standardami. W przeciwnym razie silnik, niezależnie od tego, jak dobry, nie będzie mógł latać poza Rosją. Zasady są tutaj bardzo rygorystyczne, ponieważ mówimy o bezpieczeństwie ludzi. To samo dotyczy procesu produkcji silników: przedsiębiorstwa z branży wymagają certyfikacji zgodnie ze standardami Europejskiej Agencji Bezpieczeństwa Lotniczego (EASA). Wszystko to wymusi na nas poprawę standardów produkcji. Rozwój samego PD-14 odbywał się z wykorzystaniem nowej, cyfrowej technologii, dzięki czemu 7. egzemplarz silnika został zmontowany w Permie w technologii produkcji masowej, podczas gdy wcześniej wyprodukowano partię pilotażową w ilości do 35 egzemplarzy. Ogólnie rzecz biorąc, projekt PD-14 uratuje w Rosji ponad 10 tysięcy wysoko wykwalifikowanych miejsc pracy.

5. Ekologiczny i cichy silnik lotniczy

Optymalizacja parametrów cyklu termodynamicznego, niskoemisyjna komora spalania oraz niskie jednostkowe zużycie paliwa pozwoliły zminimalizować emisję szkodliwych substancji w PD-14. Osiągane poziomy emisji są o 30–45% niższe od ustalonych norm.

PD-14 to cichy silnik. Modelowanie aerodynamiczne 3D podzespołów, zwiększenie współczynnika obejścia w celu przejścia do strefy niskich częstotliwości oraz zastosowanie skutecznych systemów tłumienia hałasu najnowszej generacji pozwoliło znacząco obniżyć poziom hałasu. Poziom hałasu znacznie przekracza normy Organizacji Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego.

6. Pierwszy rosyjski silnik lotniczy 5. generacji

Postęp w produkcji silników lotniczych charakteryzuje się kilkoma parametrami, ale najważniejszym z nich jest temperatura gazu przed turbiną. Przejście na każdą nową generację silników turboodrzutowych, a jest ich w sumie pięć, charakteryzowało się wzrostem tej temperatury o 100–200 stopni.

I tak w silnikach 1. generacji z końca lat 40. XX w. temperatura nie przekraczała 877°C, w 2. generacji (lata 50. XX w.) liczba ta wzrosła do 977°C, w 3. generacji (lata 60. XX w.) parametr ten wzrósł do 977°C. 1176°C, dla silników IV generacji (1970–1980) temperatura gazu sięgała 1376°C. Łopatki turbin silników V generacji, których pierwsze egzemplarze pojawiły się na Zachodzie w połowie lat 90-tych, pracują w temperaturze 1626°C. Obecnie zaledwie 15% silników używanych na świecie należy do piątej generacji.

7. Technologie PD-14 – tajemnica państwowa

Oprócz firm krajowych, jedynie firmy z USA, Wielkiej Brytanii i Francji posiadają technologie dla pełnego cyklu tworzenia nowoczesnych silników turboodrzutowych. Oznacza to, że mniej krajów produkuje nowoczesne lotnicze silniki turboodrzutowe niż kraje posiadające broń nuklearną lub wystrzeliwujące satelity w kosmos. Na przykład wieloletnie wysiłki Chin nie doprowadziły jeszcze do sukcesu w tej dziedzinie. Chińczykom szybko skopiowano rosyjski myśliwiec Su-27, jednak nigdy nie udało im się skopiować jego silnika AL-31F. Chiny w dalszym ciągu zmuszone są kupować ten już nie najnowocześniejszy silnik z Rosji. Dlatego technologie rozwoju silników lotniczych są chronione jako najważniejsza tajemnica państwowa.

Rozwój silnika bazowego stymuluje rozwój krajowego przemysłu i nauki

Celem projektu „Silnik PD-14 do samolotu MS-21” jest stworzenie rodziny silników komercyjnych do samolotów krótko- i średniodystansowych o pojemności pasażerskiej od 130 do 180 miejsc. Silniki obiecującej rodziny muszą konkurować z zagranicznymi analogami pod względem właściwości technicznych i efektywności ekonomicznej.

Głównym celem projektu jest wyeliminowanie w możliwie najkrótszym czasie opóźnień technologicznych Rosji w budowie silników turbinowych. Ponadto podczas jego realizacji rozwiązywane są następujące zadania: