Обзор проблемы:
Страна, которая способна серийно производить авиационные двигатели, однозначно входит в число технологических драйверов цивилизации. Россия — одна из нескольких таких стран.
Данный тезис обусловлен тем фактом, что для двигателестроения это конечная сфера практического экономического применения результатов значительного числа высокотехнологичных инновационных процессов:
- исследований в сфере термодинамики и теплодинамики;
- исследований в сфере новых и конструктивных материалов;
- исследований в сфере топлива;
- разработки систем управления и пр.
Значимость авиационного двигателя в современной экономике как минимум не снижается: это ключевое звено авиастроения, а авиация для многих сфер деятельности — обязательный инфраструктурный элемент.
Это видно из данных по росту мирового рынка авиационной техники.
Блок тенденций и аналитически обработанных статистических данных.
Сектор пассажирских перевозок, по прогнозам, в 2014–2033 гг. будет показывать динамику роста выше общеэкономической конъюнктуры: 4,9% в годовом исчислении по миру в сравнении с ожидаемым ростом экономики на 3,3% мирового ВВП.
Разные экспертные центры в период 2013–2015 годов сформировали свои сценарии.
В период 2013–2032 годов мировой спрос на новые воздушные суда превысит 35000 единиц. В том числе в страны СНГ будет поставлено 1 170 новых самолетов на общую сумму $140 млрд.
Данные смелые предположения подтверждаются долгосрочной статистикой за период 1980–2012 годов в отношении числа коммерческих реактивных самолетов, находящихся в эксплуатации. Так, если в 1980 году в эксплуатации находилось 5 600 бортов, произведенных западными компаниями, то в 2012 году — уже 19 900. Таким образом, CAGR составил 4%.
При этом прогноз ведущего глобального экспертного центра Flight Global еще более оптимистичный. Эксперты уверены, что в период 2017–2037 годов рынок авиаперевозок получит 43 725 новых коммерческих реактивных и турбовентиляторных самолетов.
Прогнозы по числу вводимых бортов, по сути, лишь отражают динамику роста перевозок. Так, долгосрочные данные ICAO свидетельствуют о неизменном росте валового пассажиропотока (Revenue Passenger-Kilometres) в период 2007–2016 годов.
Тенденция развития самолётостроения и двигателестроения в России
Очень сильно активизированы работы по доводке ранее созданных моделей (до периода системного кризиса 1990-х и 2000-х годов), постановке их в производство и созданию новых моделей. Так:
- Продолжаются работы по ИЛ-112, Ту-204 (и модификациям), они закроют выпадающие ниши и подведут итог технологического периода советского гражданского авиастроения.
- Реактуализирован вопрос строительства собственных широкофюзеляжных бортов. В частности, ведется речь об их совместной разработке и производстве.
SSJ-100 и МС-21 уже сегодня формируют новую рыночную конфигурацию российского авиапрома.
SSJ-100 позволил апробировать с помощью зарубежных партнеров новые принципы производства, в том числе полностью цифровой цикл документации, и восстановить производственную культуру.
МС-21 — это уже заявка на революцию в своем сегменте. Самолет в целом и его ключевые компоненты существенно превзошли по эксплуатационным и технологическим показателям международные аналоги.
- «Первый полет нашего новейшего гражданского лайнера МС-21 — историческое событие для глобального рынка авиатехники. Проект вобрал в себя лучшие на сегодняшний день конструкторские решения, технологии, производственные практики. Это серьезный шаг вперед в развитии российского самолето- и двигателестроения», — заявил глава Минпромторга России Денис Мантуров.
- «Лайнер будет конкурировать в самом емком сегменте мирового рынка. По состоянию на первый квартал 2017 года, портфель твердых заказов на МС-21 составлял 175 машину», — сообщил Президент ПАО «ОАК» Юрий Слюсарь.
Важно также, что МС -21 выигрывает по параметрам у моделей указанных двух крупнейших авиаконцернов при условии, что и Boeing(США), и Airbus(Франция) уже модернизировали свои наиболее востребованные рынком модификации до Airbus A320NEO и Boeing 737MAX.
Успех самолета прямо связан с успехом разработанного для него двигателя.
Вклад ОДК
Реализуется сразу несколько проектов:
1.Объединенная двигателестроительная корпорация начала летные испытания турбовинтового двигателя ТВ7-117СТ разработки компании «ОДК – Климов».
Он создается для оснащения легкого военно-транспортного самолета Ил-112В и регионального авиалайнера Ил-114-300.
В двигатель ТВ7-117СТ заложены современные конструктивные решения, повышающие его летно-технические характеристики:
- Мощность на максимальном взлетном режиме составляет 3000 л.с., на повышенном чрезвычайном режиме — 3600 л.с.
- В составе силовой установки двигатель ТВ7-117СТ работает совместно с воздушным винтом АВ112 разработки НПП «Аэросила»
, обладающим большей производительностью и позволяющим увеличить лобовую тягу. - Одной из особенностей ТВ7-117СТ является то, что система автоматического управления, созданная «ОДК – Климов», отвечает за управление не только двигателем, но и воздушным винтом, то есть всей силовой установкой самолета. Такое совместное управление позволяет максимально полно использовать потенциал характеристик двигателя и винта, в целом повысить эффективность силовой установки.
- Двигатели ТВ7-117СТ собираются полностью из российских деталей, узлов и комплектующих.
Их производство проводится в широкой кооперации предприятий ОДК, которая, помимо «ОДК – Климов»
, включает:
- ММП им. В.В. Чернышева
, - НПЦ газотурбостроения «Салют»
, - «ОДК – СТАР»
.
«Технически ТВ7-117СТ — лучший российский двигатель для региональных и среднемагистральных самолетов гражданского и военного назначения, — отметил исполнительный директор «ОДК – Климов» Александр Ватагин. — Мы гордимся, что, создавая лучшие решения, формируем направление дальнейшего развития индустрии, расширяем возможности российских технологий, повышаем их конкурентоспособность на мировом рынке».
2. ОДК близок к серийному производству ПД-14. Планируется, что оно может начаться в 2018 году.
- Базовый двигатель ПД-14 тягой 14 т создается для новейшего российского пассажирского самолета МС-21, разрабатываемого корпорацией «Иркут». Более мощные модификации двигателя могут быть применены на самолетах Ту-214, Ил-96-300 и Ил-96-400Т.
- На базе ПД-14 планируется также разработать вертолетный двигатель ПД-12В для самого большого в мире вертолета Ми-26. Кроме того, на основе газогенератора нового двигателя могут быть созданы газоперекачивающие установки или даже газотурбинные электростанции мощностью от 8 до 16 МВт.
В создании ПД-14 участвовали предприятия ОДК,:
- Пермский моторный завод
, - УМПО, НПП «Мотор»
, - рыбинское НПО «Сатурн»
- и московский «Салют».
Головным разработчиком двигателя нового поколения является пермское конструкторское бюро «Авиадвигатель», головным изготовителем выступает Пермский моторный завод.
- Президент России Владимир Путин назвал разработку ПД-14 важнейшим событием в двигателестроении. «В России создан первый новый двигатель с 80-х годов прошлого века. Появление современного авиадвигателя дает возможность нам развивать наше авиастроение», — сказал глава государства, выступая на большой пресс-конференции в декабре прошлого года.
3. Начаты работы и по инновационному решению для перспективного широкофюзеляжного лайнера.
Так, ОАО «Всероссийский институт легких сплавов» (ВИЛС) 
совместно с коллегами из «ОДК-Авиадвигатель»
ведет работы по программе создания семейства двигателей ПД-35. Институт начал разработку инновационной технологии производства заготовок биметаллических турбинных дисков. Кроме того, ВИЛС проводит испытания новейшего суперсплава для перспективного двигателя.
Как рассказали в институте, при разработке этого сплава были приняты во внимание все перспективные мировые тенденции металлургии, в том числе использование редких тугоплавких элементов — тантала и рения, которые уже широко применяются за рубежом. Это позволило существенно повысить служебные характеристики нового сплава:
- длительную прочность,
- сопротивление ползучести и горячей коррозии, — а также уменьшить скорость роста усталостной трещины.
Другим значимым направлением научной деятельности ВИЛС в рамках программы ПД-35 является разработка опытной технологии производства биметаллических заготовок дисков, а также дисков с переменной структурой из гранул новейших жаропрочных никелевых сплавов класса «ВВП».
- «Проект по созданию ПД-35 — один из самых значительных в российской авиастроительной отрасли, он имеет стратегическое значение. Наша научно-практическая деятельность в этой области включает обширный комплекс работ, результаты которой позволят получать детали принципиально нового класса, максимально соответствующие условиям эксплуатации самых современных газотурбинных двигателей, которые должны появиться в России к 2025 году», — прокомментировал генеральный директор ОАО «ВИЛС» Андрей Пилипчук.
Двухконтурный турбореактивный двигатель сверхбольшой тяги ПД-35 будет предназначен для установки на перспективные широкофюзеляжные самолеты. В том числе ими предполагается оснастить китайско-российский широкофюзеляжный дальнемагистральный самолет.
В ключе данных стратегических планов ОДК в рамках Aviation Expo China 2017 подписала с китайской компанией AECC Commercial Aircraft Engine Co., Ltd (AECC CAE) меморандум, определяющий задачи и основные принципы взаимодействия в области совместной разработки газотурбинного двигателя для перспективного широкофюзеляжного дальнемагистрального самолета (ШФДМС / C929).
«Подписание меморандума о создании двигателя для ШФДМС — важнейшая веха для гражданского авиадвигателестроения России и Китая. Это вопрос не просто конкурентоспособности, это вопрос технологической независимости наших стран, — заявил генеральный директор Госкорпорации «Ростех» Сергей Чемезов. — Наша конечная цель — создание мощного двигателя мирового класса, сертифицированного по самым высоким международным стандартам».
4. Проект ПДВ: в России разработали перспективный двигатель для вертолета
Специалисты авиастроительного завода им. В. Я. Климова, входящего в состав Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК), завершили программу научно-исследовательских работ в рамках проекта по разработке перспективного двигателя для вертолета (ПДВ).Об этом сообщает информационный портал «Интерфакс» со ссылкой на пресс-службу компании «ОДК-Климов»
.
Собеседник агентства заявил, что первый этап разработки уже завершен: сформирована концепция дальнейшего развития программы и создан образ силовой установки, который в ближайшее время воплотят в железе для демонстрации заказчику (холдинг «Вертолеты России»).
- «В этом проекте мы стремимся к тому, чтобы сделать не просто эволюционный, а революционный шаг в развитии силовых установок для вертолетов», – отметил источник.
По словам представителя компании, в рамках проекта ПДВ конструкторы ОДК планируют в максимальной степени использовать совершенно новые конструкционные материалы, в том числе, неметаллические. Многие технологические решения взяты из другой перспективной программы по разработке двигателя ВК-2500М. Уникальность данной силовой установки заключается в повышенной мощности при сниженной массе (по сравнению с другими предшественниками семейства ВК-2500) и модульности конструкции. Используя вариативность компоновки и возможность вывода вала мощности вперед или назад, специалисты завода значительно расширили его область применения, при этом ВК-2500М остался традиционным газотурбинным двигателем.
Выводы
- Россия сохранила ключевые технологические заделы в двигателестроении.
- Россия наращивает НИОКР и ускоряет перевод в серии новых разработок в сфере авиационного двигателестроения.
Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) намерена в ближайшее время начать создание новых авиационных и ракетных двигателей, в которых будут использованы детонационные технологии.
Демонстраторы технологий детонационного дозвукового и сверхзвукового двигателей уже созданы. На испытаниях они показали на 30–50% лучшие удельные тягу и расход топлива по сравнению с воздушно-реактивными, сообщает РИА «Новости» со ссылкой на данные корпорации.
Входящее в ОДК опытно-конструкторское бюро им. А.М. Люльки филиала ОАО “Уфимское моторостроительное производственное объединение” (УМПО)
предложило концепцию создания семейства детонационных двигателей различного назначения:
- для беспилотников и крылатых ракет,
- комбинированные силовые установки воздушно-космических самолетов и двигателей ракетно-космических систем.
Детонационные двигатели отличаются широким диапазоном скоростей, что может использоваться при создании гиперзвуковых ракет, проектирование которых активно ведется в России в последние годы.
К настоящему времени авиационные и ракетные двигатели традиционных схем практически исчерпали возможность существенного улучшения своих тягово-экономических параметров. Поэтому с 2011 года в России ведутся работы по созданию пульсирующих детонационных силовых установок.
В 2013 году ОКБ им. Люльки испытало опытный уменьшенный образец пульсирующего резонаторного детонационного двигателя с двухстадийным сжиганием керосиновоздушной смеси. В ходе экспериментов производилось многократное включение и выключение нового двигателя, а также регулирование тяги. По оценке конструкторского бюро, детонационные двигатели позволят увеличить тяговооруженность самолетов в 1,5–2 раза.
Специалисты ОКБ им. А.М. Люльки работают над авиационными двигателями с импульсным детонационным горением более трех десятилетий, но пока проект не выходит из научно-исследовательской стадии и не имеет реальных перспектив. Главная причина – отсутствие заказа и необходимого финансирования. Если проект получит необходимую поддержку, то уже в обозримом будущем может быть создан образец двигателя, пригодный для использования на различной технике.
К настоящему времени российские ученые и конструкторы успели показать весьма примечательные результаты в области реактивных двигателей, использующих новые принципы работы.
Существует сразу несколько проектов, пригодных для применения в ракетно-космической и гиперзвуковой областях. Кроме того, новые двигатели могут применяться и в «традиционной» авиации.
Исследуя тематику реактивных двигателей с детонационным горением, российские специалисты смогли создать стендовый модельный образец камеры сгорания с желаемыми характеристиками. Опытное изделие «Ифрит» уже прошло испытания, в ходе которых было собрано большое количество разнообразной информации. С помощью полученных данных развитие направления будет продолжаться.
Первый запуск опытного изделия “Ифрит”(Россия).
Представители предприятия-разработчика указывали, что уже сейчас можно создать новый детонационный двигатель с тягой 2-2,5 т, пригодный для установки на легкие самолеты или беспилотные летательные аппараты. В конструкции такого двигателя предлагается использовать резонаторные устройства, отвечающие за правильный ход горения топлива. Важным преимуществом нового проекта является принципиальная возможность установки таких устройств в любом месте планера.
К примеру, детонационные двигатели могут использоваться в гиперзвуковых летательных аппаратах.
П. Левочкин напомнил, что двигатели, сейчас предлагаемые для применения на такой технике, используют дозвуковое горение. При гиперзвуковой скорости аппарата полета поступающий в двигатель воздух необходимо затормозить до звукового режима. Однако энергия торможения должна приводить к дополнительным тепловым нагрузкам на планер. В детонационных двигателях скорость горения топлива достигает, как минимум, М=2,5. Благодаря этому появляется возможность повысить скорость полета летательного аппарата. Подобная машина с двигателем детонационного типа сможет разгоняться до скоростей, в восемь раз превышающих скорость звука.
- Впрочем, реальные перспективы ракетных двигателей детонационного типа пока не слишком велики. По словам П. Левочкина, мы «только приоткрыли дверь в область детонационного горения». Ученым и конструкторам предстоит изучить множество вопросов, и только после этого можно будет заниматься созданием конструкций с практическим потенциалом. Из-за этого космической отрасли еще долго предстоит использовать жидкостные двигатели традиционной конструкции, что, однако, не отменяет возможности их дальнейшего совершенствования.
Ротационный детонационный двигатель(США).
Интересен тот факт, что детонационный принцип горения находит применение не только в сфере ракетных двигателей. Уже существует отечественный проект авиационной системы с камерой сгорания детонационного типа, работающей по импульсному принципу. Опытный образец такого рода был доведен до испытаний, и в будущем может дать старт новому направлению. Новые двигатели с детонационным горением могут найти применение в самых разных сферах и частично заменить газотурбинные или турбореактивные двигатели традиционных конструкций.
Отечественный проект детонационного авиационного двигателя разрабатывается в ОКБ им. А.М. Люльки. Информация об этом проекте впервые была представлена на прошлогоднем международном военно-техническом форуме «Армия-2017». На стенде предприятия-разработчика присутствовали материалы по различным двигателям, как серийным, так и находящимся на стадии разработки. Среди последних был перспективный детонационный образец.
Суть нового предложения заключается в применении нестандартной камеры сгорания, способной осуществлять импульсное детонационное горение топлива в воздушной атмосфере. При этом частота «взрывов» внутри двигателя должна достигать 15-20 кГц. В перспективе возможно дополнительное увеличение этого параметра, в результате чего шум двигателя уйдет за пределы диапазона, воспринимаемого человеческим ухом. Такие особенности двигателя могут представлять определенный интерес.
Модельная камера на испытательном стенде.В ходе испытаний модельного образца удалось получить весьма интересные результаты, показывающие правильность использованных подходов. Так, за счет использования правильных материалов и технологий получилось довести давление внутри камеры сгорания до 40 атмосфер. Тяга опытного изделия достигла 2 т.
Однако главные преимущества новой силовой установки связаны с повышенными характеристиками. Стендовые испытания опытных изделий показали, что они примерно на 30% превосходят традиционные газотурбинные двигатели по удельным показателям. Ко времени первой публичной демонстрации материалов по двигателю ОКБ им. А.М. Люльки смогло получить и достаточно высокие эксплуатационные характеристики. Опытный двигатель нового типа смог без перерыва проработать 10 минут. Суммарная наработка этого изделия на стенде на тот момент превысила 100 часов.
В настоящее время известны три вида пульсирующих двигателей:
- клапанные,
- бесклапанные,
- ротационные детонационные,
- французская компания MBDA совместно с Институтом гидродинамики имени Лаврентьева занимается изучением вращающейся детонации и созданием спинового детонационного двигателя.
Новости
Разработанный конструкторским подразделением АО «ОДК-СТАР» в рамках импортозамещения насос-регулятор НР-3 ОК прошел предварительные испытания на собственных стендах предприятия, по результатам которых агрегату была присвоена литера «О». Также завершены наземные испытания насоса-регулятора в составе двигателя ВК-2500 на санкт-петербургском АО «ОДК-Климов», разработчике и производителе вертолетных двигателей.