Авиационные двигатели все схема
«Вечные двигатели» и их создатели. Павел Соловьев
26 июня исполняется 102 года со дня рождения советского и российского конструктора Павла Александровича Соловьева, основоположника газотурбинного двигателестроения в СССР, создателя пермской школы конструирования. Его именем назван двигатель ПС-90А, последняя работа Соловьева, один из лучших моторов для дальнемагистральной авиации.
С самого начала карьеры в 1940 году и до последних дней Павел Александрович был связан с работой пермского ОКБ-19 (сегодня «ОДК-Авиадвигатель», входит в Ростех), где прошел путь от конструктора до руководителя бюро. Под началом Соловьева было разработано и запущено в серию не менее 15 авиадвигателей различных схем и назначений, включая ряд модификаций.
Солдат «войны моторов»
Местом рождения будущего создателя авиамоторов стала деревня на Волге в Ивановской области. Павел Соловьев был одним из пяти детей в крестьянской семье. Несмотря на то что мальчику приходилось много помогать по хозяйству, он находил время для чтения книг. После окончания 9 классов школы Соловьев поступает в Рыбинский авиационный институт, который заканчивает с отличием.
В предвоенном 1940 году Соловьев приходит на должность конструктора в опытно-конструкторский цех (ОКЦ) завода №19 имени Сталина города Молотова (ныне АО «ОДК-Авиадвигатель», г. Пермь). Великую Отечественную войну называли «войной моторов», и на коллективы ОКБ, занимавшихся разработкой авиадвигателей, тогда легла гигантская ответственность и нагрузка. Напряженный творческий труд в военные годы закалил молодого конструктора и способствовал его быстрому профессиональному росту – уже в возрасте 31 года, в 1948 году, Павел Соловьев становится первым заместителем главного конструктора завода, а его старшим товарищем и учителем был выдающийся конструктор Аркадий Дмитриевич Швецов.
Руководство ОКБ-19, 1948 год. Соловьев − третий слева во втором ряду
При непосредственном участии Соловьева во время войны создается серия двухрядных авиамоторов АШ-82/83. Эти двигатели устанавливались на истребителях Ла‑5 и Ла‑7, штурмовиках Су-2, бомбардировщиках Ту-2, Пе-2 и Пе‑8, вклад которых в победу в Великой Отечественной войне сложно переоценить.
От поршней к газотурбинам
После войны ОКЦ завода №19 становится основным в СССР разработчиком поршневой техники для нужд военной и гражданской авиации. В 1947 году создается самый мощный серийный поршневой двигатель АШ-73ТК для дальнего четырехмоторного стратегического бомбардировщика Ту-4. Всего до 1953 года было выпущено 1200 бомбардировщиков различных модификаций, стоявших на вооружении ВВС до начала 1960-х годов. В конце 1940-х – начале 1950-х началось широкое внедрение поршневых двигателей ОКБ-19 в транспортную авиацию. Помимо установленных еще в начале войны моторов М-62ИР на самолетах Ли-2, начинается массовое использование двигателей ОКБ-19 на самолетах Ил-12, Ил-14, а также на вертолетах Ми-4 и Як-24. Двигатель АШ-62ИР, который ставился на «кукурузники» Ан-2, выпускался более 60 лет.
Бомбардировщик Ту-4 с двигателями АШ-73ТК
В марте 1953 года уходит из жизни А.Д. Швецов, и Павел Соловьев становится главным конструктором. Эти события пришлись на переходный период в авиационном моторостроении: поршневая техника уже отживала свое, исчерпав возможности для роста, а газотурбинное направление было еще недостаточно развито. Соловьев, несмотря на свой молодой возраст, смог перенаправить работу бюро в новое русло разработки газотурбинной техники и вывести ОКБ на лидирующие позиции в стране и мире.
Период с 1953 по 1956 годы прошел под знаком поиска нужного типа и схем реактивных и газотурбинных двигателей. Важный выбор, определивший тематику ОКБ‑19 на многие годы, был сделан в середине 1955 года, когда коллектив начал проектировать первый двигатель по двухконтурной схеме Д‑20 для установки на бомбардировщике А.Н. Туполева, способном преодолевать зону ПВО на двухрежимном форсажном режиме работы двигателя. Были проведены испытания, однако в 1956 году работы над самолетом и, соответственно, над двигателем были остановлены. При этом двухконтурная схема двигателей и сегодня остается доминирующей во всем мире.
Период с 1956 по 1961 годы ознаменовался для коллектива Соловьева созданием и внедрением в эксплуатацию первого в СССР турбореактивого двухконтурного двигателя Д-20П для самолетов Ту-124. В историю Ту-124 вошел как первый реактивный пассажирский лайнер, принесший на региональные авиалинии комфорт и скорость. Другой важной разработкой тех лет стал первый в мире вертолетный газотурбинный двигатель Д‑25В для тяжелого вертолета Ми-6 и его модификаций Ми-10/10К. Ми-6 поставил 16 мировых рекордов по грузоподъемности и скорости полета, участвовал в боевых действиях в Афганистане. Создавались новые двигатели тоже рекордными темпами − с начала разработки Д-20П до запуска в серию прошло около трех лет, а вертолетная силовая установка была создана всего за 8 месяцев.
Самолет Ту-124 с двигателем Д-20П
С 1963 по 1972 годы ОКБ-19 под руководством Соловьева, несмотря на сильную загруженность работой над ракетными двигателями, создает двухконтурные двигатели третьего поколения Д‑30 и Д‑30КУ/КП. Всего было выпущено более 3000 двигателей Д-30, которые устанавливались на пассажирский ближнемагистральный самолет Ту‑134, ставший самой массовой крылатой машиной в СССР. Силовая установка Д‑30КУ была создана для модернизации дальнемагистрального пассажирского самолета Ил-62, после которой он смог обеспечивать длительные беспосадочные перелеты по территории России, а также в Западное полушарие (США и Южную Америку) через Атлантический океан. Вариация установки Д‑30КП использовалась на военном транспортнике Ил-76 и его многочисленных модификациях, которые и по сей день применяются для доставки грузов МЧС и работы в зонах стихийных бедствий.
Самолет Ту-134 с двигателями Д‑30
Двигатели четвертого поколения: военные и гражданские
1970-е годы в работе Павла Александровича Соловьева и его КБ были в основном посвящены созданию военного двигателя Д‑30Ф6 для истребителя-перехватчика МиГ-31, первого боевого самолета четвертого поколения в СССР. Предварительные работы по созданию сверхзвуковой установки начались в ОКБ еще в середине 1960-х годов. В работе П.А. Соловьев руководствовался принципом сочетания новаторства и преемственности. В ходе создания двигателя Д-30Ф6 была проделана большая работа в кооперации со многими предприятиями авиационной отрасли СССР. Самолеты МиГ-31 до сих пор стоят на вооружении ВКС России. В 2009 году одному из самолетов МиГ-31 авиационного гарнизона «Сокол» было присвоено почетное имя «Павел Соловьев».
Истребитель-перехватчик МиГ-31 с двигателем Д‑30Ф6
Если вернуться к гражданской авиации, то уже в 1970-е годы в Советском Союзе возникла потребность в обновлении магистрального авиапарка для улучшения топливной эффективности самолетов и приведения их в соответствие международным нормам. В конце 1982 года государство открыло конкурс на унифицированный двигатель для пассажирских самолетов нового поколения Ту-204 и Ил-96. Основными соперниками в конкурсе стали двигатели НК-64 ОКБ Н.Д. Кузнецова и Д-90А ОКБ П.А. Соловьева. Победу одержали пермяки: мотор Соловьева показал лучший расход топлива, меньший вес и более низкую себестоимость. В связи с 70-летием Павла Александровича в 1987 году двигателю было присвоено его имя − ПС‑90А.
При высокой конструктивной преемственности ПС‑90А с семейством двигателей Д‑30 Соловьевым был создан качественно новый продукт – высокоэкономичный и экологичный авиационный двигатель широкого применения, по своим характеристикам ставший в один ряд с лучшими мировыми двигателями аналогичного класса. Новый двигатель ПС‑90А впервые поднял в воздух самолет Ил-96 в 1988 году, а в 1989 году – самолет Ту-204.
В настоящее время двигатели семейства ПС-90А установлены на все современные отечественные пассажирские и грузовые самолеты. Двигатель в его различных модификациях выпускается до сих пор и является первым российским авиадвигателем с наработкой более 9000 часов без съема с крыла. ПС-90А поднимает в небо самолеты специального летного отряда «Россия», предназначенные для перевозки президента России и других государственных деятелей. На базе ПС-90А также разработано семейство турбореактивных двигателей ПС-90ГП для наземного использования в составе электрогенераторных и газоперекачивающих установок.
Самолет Ил-96 с двигателем ПС‑90А
Идеи П.А. Соловьева, реализованные в серийных двигателях пермского ОКБ-19, на многие годы определили уровень отечественного двигателестроения. Принципы, которые он использовал в работе, стали основой для новой конструкторской школы, продолжающей традиции русской инженерной мысли. Признанием научных заслуг Павла Александровича Соловьева стало присвоение ему ученого звания профессора кафедры «Авиационные двигатели» Пермского политехнического института, ученой степени доктора технических наук и почетного звания «Заслуженный деятель науки и техники РСФСР». В 1981 году Соловьев был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, с 1970 по 1989 годы работал депутатом Верховного Совета РСФСР, а после выхода на пенсию был назначен советником при руководстве МКБ МАП СССР. Скончался П.А. Соловьев 13 октября 1996 года. Его именем названа улица в Перми. Альма-матер Павла Александровича, Рыбинский государственный авиационный технический университет, сегодня также носит имя конструктора.
События, связанные с этим
«Летающие крепости» Владимира Петлякова
«Вечные двигатели» и их создатели. Сергей Изотов
Кровеносная система авиации
Каждый день в мире выполняется более 100 тысяч авиарейсов. В год мировая авиация потребляет около 300 млн тонн топлива. Эти цифры прекрасно отражают масштаб и сложность системы авиатопливообеспечения. Системы, от надежной работы которой во многом зависит безопасность миллионов людей, пользующихся авиатранспортом
Чем заправляют самолеты
Топливо для самолетов бывает двух видов. Поршневые двигатели, которыми оборудуются небольшие самолеты и вертолеты, работают на бензине — так же, как и автомобильные моторы. Правда, по составу такое топливо несколько отличается от автомобильного. Газотурбинные двигатели (турбореактивные и турбовинтовые), которыми сегодня оснащены практически все коммерческие воздушные суда, потребляют топливо для реактивных двигателей, которое также называют авиакеросином.
Основная марка авиакеросина, которым в России заправляют почти все пассажирские, транспортные и военные дозвуковые самолеты и большую часть вертолетов — ТС-1 — топливо сернистое. Оно вырабатывается из нефти с высоким содержанием серы.
В Европе основа системы авиатопливообеспечения — керосин Jet A-1. Он считается более экологичным как раз за счет меньшего содержания серы — при его производстве прямогонная керосино-легроиновая фракция полностью проходит процедуру гидроочистки. Российский авиакеросин — это смесь гидроочищеного и неочищенного прямогонного дистиллятов. В целом же это аналоги — более того, отечественный продукт может использоваться при гораздо более низких температурах, чем «Джет». ТС-1 сегодня наравне с Jet A-1 включен в международные документы и руководства по эксплуатации не только самолетов российского производства, но и лайнеров семейств Airbus и Boeing (правда, только выполняющих полеты по России). Но это авиакеросин для гражданской авиации, не предназначенный для сверхзвуковых самолетов.
Основное авиатопливо для сверхзвуковой авиации — РТ. При его производстве с помощью гидроочистки из нефтяного дистиллята удаляются агрессивные, а также нестабильные соединения, содержащие серу, азот и кислород. При этом повышается термическая стабильность топлива, что крайне важно при полетах на сверхзвуковых скоростях, когда за счет трения о воздух нагревается весь корпус самолета, а вместе с ним и топливо в баках.
Разумеется, РТ, обладающее такими характеристиками, можно использовать и в обычных воздушных судах вместо ТС-1. Для самых же скоростных самолетов применяется авиакеросин Т-6, обладающий еще большей термостабильностью и повышенной плотностью.
Что касается авиабензина, то это, по сути, автомобильное моторное топливо, но с улучшенными свойствами, влияющими на надежность работы двигателя. Именно потребность в повышении детонационной стойкости, октанового числа, сортности, обеспечивающих запас динамических характеристик и надежности, заставляет производителей авиабензина добавлять в него тетраэтилсвинец (этилировать). Из-за токсичности эта присадка давно запрещена при производстве автомобильного бензина, но двигатель самолета работает в гораздо более напряженном режиме, а создать неэтилированный авиабензин, не уступающий по характеристикам этилированному, октановое число которого превышает пока не удалось никому.
При этом самым современным и совершенным самолетам и вертолетам с поршневыми двигателями нужен авиабензин с повышенным октановым числом — не меньше 100. Поэтому разработкой экологичных аналогов этилированного авиабензина 100LL (одна из самых востребованных марок в мире) сегодня занимаются ведущие производители и научные центры во всем мире. В том числе подобная программа существует и у «Газпром нефти».
100 тысяч авиарейсов выполняется в мире каждый день
Заправка в крыло
Правильная организация заправки даже одного воздушного судна — процесс сложный и при этом очень ответственный. Инцидентов и катастроф, причиной которых стала некачественно организованная заправка, к сожалению, в истории мировой авиации произошло немало. Достаточно вспомнить аварию 2000 года, когда у Ту-154 авиакомпании «Сибирь», летевшего из Краснодара, при посадке в Новосибирске отказали все три двигателя. Как показало расследование, топливные насосы просто забило частицами эпоксидного покрытия, кустарно нанесенного на внутренние стенки топливозаправщика умельцами одного из краснодарских ремонтных предприятий. Но если в этом случае благодаря профессионализму пилотов обошлось без жертв, то в Иркутске при падении гигантского транспортника Ан-124 на жилые дома в 1997 году погибли 72 человека. Одна из версий причины отказа трех двигателей «Руслана» из четырех — превышение содержания воды в авиационном топливе, которое привело к образованию кристаллов льда, забивших топливные фильтры. Чтобы такого не случалось, весь процесс заправки очень жестко регламентирован, а само топливо проходит несколько проверок качества на пути от нефтеперерабатывающего завода до бака самолета.
Первый этап — выходной контроль на самом НПЗ. Однако качественные характеристики керосина могут измениться при его перевозке в случае несоблюдения всех правил транспортировки. Поэтому при приеме керосина на топливозаправочном комплексе (ТЗК), вне зависимости от того, каким путем оно пришло с завода: по трубе, как в аэропортах московского авиаузла или санкт-петербургском Пулково; железнодорожным или автомобильным транспортом, как это происходит в большинстве воздушных гаваней страны, или, тем более, если керосин проделал долгий путь, включающий и наземные и водные маршруты, как при доставке в отдаленные точки, такие как Чукотка, — обязательно проводится входной контроль. Из каждой партии берутся пробы для лабораторных исследований, а также арбитражная проба, которую сразу опечатывают и хранят на случай возникновения разногласий в оценке качества у разных участников процесса топливообеспечения. Само топливо при закачке в приемные резервуары ТЗК проходит через фильтры с тонкостью фильтрации не более 15 мкм.
Затем керосин отстаивается в резервуарах, после чего проходит полномасштабную проверку по всем основным параметрам, определенным ГОСТом, таким как плотность, фракционный состав, кислотность, температура вспышки, кинематическая вязкость, концентрация смол, содержание воды и механических примесей, температура начала кристаллизации, взаимодействие с водой, удельная электропроводность. Если экзамен успешно сдан, керосин получает паспорт качества, который становится для топлива пропуском на перрон аэропорта. Правда, перед выдачей для заправки самолета, керосин проходит еще один этап контроля — аэродромный — и еще раз фильтруется, теперь через еще более мелкий фильтр. Проверке подвергается и сама заправочная техника, которую без специального контрольного талона до самолета не допустят.
Заправляют самолеты двумя способами. В крупных современных аэропортах перрон соединен с ТЗК системой центральной заправки, а на самолетных стоянках установлены топливные гидранты. Из них керосин в баки воздушного судна перекачивается через специальные заправочные агрегаты (ЗА). Однако пока все же более распространен другой способ — с помощью цистерн—топливозаправщиков (ТЗ). В свою очередь в ТЗ керосин наливается на пунктах налива — складских или перронных. В зависимости от размера цистерны топливозаправщик может вместить до 60 тысяч литров керосина.
Перед началом закачки топливо еще раз проверяют, правда, без использования лабораторий. Керосин сливается из резервуаров ТЗ в прозрачную банку, и визуально определяется наличие в нем воды, кристаллов льда или осадка. Также проверяется и наличие воды в баках самолета перед заправкой и после нее. Перед подсоединением рукава топливозаправщика к горловине бака и само воздушное судно, и ТЗ обязательно заземляются. В истории бывали случаи, когда разряды статического электричества воспламеняли топливо и вызывали серьезные пожары. Для обеспечения безопасности людей самолеты практически всегда заправляются до посадки в них пассажиров.
Где хранится керосин
Объем топливных баков самого крупного и вместительного до последнего времени пассажирского лайнера Boeing-747 достигает 241 140 л (у последних модификаций). Это позволяет залить около 200 тонн топлива. Более привычные ближне- и среднемагистральные Boeing-737 и Airbus A-320 могут принять по
В большинстве самолетов топливо размещается в крыльях и баке, расположенном в центральной части самолета. На некоторых моделях еще один бак есть в хвосте или стабилизаторе — для утяжеления задней части самолета и облегчения взлета, а также для регулировки центровки самолета в полете.
Сначала топливо вырабатывается из внутренних отсеков крыла, затем из концевых. Однако непосредственно к двигателям керосин поступает только из одного бака — расходного (как правило, центрального), куда перекачивается изо всех остальных емкостей.
Для того чтобы предотвратить снижение давления при расходе топлива и прекращения его подачи в топливную систему, все баки сообщаются с атмосферой с помощью специальных дренажных баков в концевой части крыла. Попадающий в них забортный воздух замещает объем израсходованного горючего.
Топливо по бакам на современных лайнерах распределяется автоматически с помощью бортового компьютера. Соблюдение баланса крайне важно, так как влияет на центровку самолета, нарушение которой может привести к самым печальным последствиям, вплоть до катастрофы. Контролировать же процесс заправки и скорректировать его в случае необходимости можно со специальной панели, расположенной рядом с местом подсоединения рукава.
Сам оператор топливозаправщика в процессе заправки держит в руке специальный прибор контроля Deadman, кнопку которого необходимо нажимать через определенные промежутки времени. Если этого не происходит, заправка прекращается — система воспринимает пропуск в нажатии как нештатную ситуацию. Как только заданное количество керосина попало в баки, автоматика отключает подачу топлива, и заполняются документы, фиксирующие результаты заправки.
Автоматизация по всем направлениям
Постоянно автоматизируется не только сам процесс того, как заправляют самолеты. Именно в этом направлении развивается и вся система авиатопливообеспечения. Уже сегодня клиенты лидеров мирового рынка в этом сегменте могут в онлайн-режиме заказать заправку своего самолета в любом аэропорту присутствия топливного оператора. Такую схему развивает, например, Air Total International, свою интегрированную облачную систему управления топливозаправкой создает и Air BP, причем делает он это совместно с глобальным центром планирования полетов RocketRoute, в платформу которого интегрируются данные о топливозаправочной сети по всему миру.
В этом же направлении двигается «Газпромнефть-Аэро» в рамках реализации программы «Цифровой ТЗК».
241 тыс. л — объем топливных баков одного из самых крупных и вместительных в настоящее время пассажирских лайнеров Boeing-747
Сам процесс заправки по такой схеме выглядит как кадр из фантастического фильма. К лайнеру на стоянке подъезжает ТЗ, пилот, как на обычной АЗС, платит за топливо пластиковой картой с помощью мобильного терминала, которым оборудован топливозаправщик. Водитель ТЗ с планшета оформляет и распечатывает документы, подтверждающие факт заправки для пилота — уже через 10 минут в офис авиакомпании приходят необходимые финансовые документы, а баки самолета заполняются топливом.
Наличие такой системы, очевидно, повышает конкурентоспособность топливных операторов, так как значительно упрощает и оптимизирует процесс планирования полетов их клиентам — авиакомпаниям.
Зеленый керосин
Еще одно направление развития авиатопливного рынка совпадает с вектором движения рынка автомобильного — это снижение уровня вредных выбросов в атмосферу. Главная технология здесь — создание более чистого топлива, в первую очередь за счет разработки и использования биокомпонентов.
На сегодня процедуру сертификации прошли несколько технологий производства авиационного биотоплива. Биокеросин производят из биомассы с помощью процесса Фишера — Тропша*, из растительного масла, создают горючее для самолетов и на основе этилового спирта. Биокомпоненты в разных пропорциях (максимум 50×50) смешиваются с обычным авиакеросином, что позволяет сократить объем выбросов углекислого газа в атмосферу почти на 50 %. При этом конечный продукт по химическому составу эквивалентен традиционному авиатопливу, и его применение не влияет на эксплуатационные характеристики самолетов.
Одним из первых коммерческие заправки биотопливом начал аэропорт норвежского Осло, а пионером в использовании экологичного керосина стала немецкая Lufthansa. Использование биотоплива одобрено Федеральной авиационной администрацией США (FAA), им уже заправляют свои самолеты в США несколько десятков авиакомпаний.
Но у развития этого направления есть одно но — производство биотоплива пока слишком дорого, поэтому сегодня, во времена низких цен на нефть, оно не может на равных конкурировать с обычным «Джетом», а тем более с ТС-1.
Полезные дополнения
Авиакеросин, как правило, не используется в чистом виде. Для улучшения его характеристик используются различные присадки. Основные из них:
Противодокристаллизационная (ПВК-жидкость): наиболее известная присадка этого типа — жидкость «И-М». При полете на большой высоте топливо охлаждается до очень низких температур (от −30°С до −45°С). В таких условиях вода, содержащаяся в топливе, кристаллизуется, частицы льда могут забить фильтры, и двигатель остановится. Присадки эффективно решают эту проблему.
Антистатическая: увеличивает электропроводность топлива, снижая при этом активность накопления статического электричества в топливной системе и, соответственно, риск возникновения пожара.
Антиокислительная: борется с окислением топлива и отложением смолистых образований в топливной системе и двигателе.
Противоизносная: увеличивает срок эксплуатации механизмов топливной системы.
* Процесс Фишера — Тропша — химическая реакция, происходящая в присутствии катализатора, в которой монооксид углерода (CO) и водород H2 преобразуются в различные жидкие углеводороды. Обычно используются катализаторы, содержащие железо и кобальт. Принципиальное значение этого процесса — производство синтетических углеводородов
На создание авиадвигателя ПД-35 выделят $3 млрд
Москва. 9 августа. INTERFAX.RU — Государство выделяет $3 млрд на создание авиадвигателя большой тяги ПД-35 для проектируемого широкофюзеляжного самолета. Об этом сообщил управляющий директор, генеральный конструктор АО «ОДК-Авиадвигатель» Александр Иноземцев журналистам в пятницу.
В январе 2018 года в то время вице-премьер Дмитрий Рогозин заявил, что перспективный сверхмощный двигатель ПД-35 станет основным для будущих российских военно-транспортных самолетов и позволит перейти на двухмоторную схему на крупных российских самолетах.
«Двигатель ПД-35 нужен не только для российско-китайского широкофюзеляжного пассажирского самолёта. Он позволит уйти от четырехмоторной схемы на ИЛ-476, ИЛ-478, ИЛ-96-400, а также станет базовым двигателем для перспективного авиационного комплекса военно-транспортной авиации», — писал Рогозин в твиттере.
Он отметил, что создание авиационного двигателя тягой более 30 тонн — «крайне важная для развития нашей авиации задача», которая не была решена во времена СССР. По словам Рогозина, сейчас в РФ подошли к решению этой задачи, опираясь на опыт создания базового генератора для двигателя ПД-14 для лайнера МС-21.
Ранее сообщалось, что АО «ОДК-Авиадвигатель» получило от материнской «Объединенной двигателестроительной корпорации» заказ на изготовление двигателя-демонстратора технологий (ДДТ) ПД-35, предназначенного для дальнемагистральных широкофюзеляжных самолетов. Согласно материалам системы «СПАРК-Маркетинг», до 5 декабря 2018 года «ОДК-Авиадвигатель» должно разработать техническое задание на ДДТ, до 5 декабря 2019 г. — эскизный проект. Через год должны быть изготовлены и собраны узлы демонстрационного газогенератора (ДГГ) ПД-35, еще через год — полностью изготовлен и испытан сам ДГГ. К 5 декабря 2022 г. необходимо собрать узлы ДДТ ПД-35, наконец, к 5 декабря 2023 г. должен быть собран и испытан непосредственно ДДТ.
В пресс-службе компании «ОДК-Авиадвигатель» ранее также сообщили, что авиадвигатель тягой порядка 35 тонн планируется сертифицировать в 2025 году.
По данным на январь 2018 года стоимость работ оценивалась в 64,3 млрд рублей.
Решение по разработке «тяжелого» двигателя тягой на 35 тонн было принято в 2016 году. Как отмечалось, он необходим для достижения топливной эффективности на дальнемагистральных авиалайнерах и мощных военно-транспортных самолётах.
23 сентября 2017 года президент РФ Владимир Путин в ходе встречи с руководителем Минпромторга Денисом Мантуровым заявил, что работы по региональному самолету Ил-114 и двигателю ПД-35 будут профинансированы не только в 2018-м, но и вплоть до 2020 года включительно.
Глава государства назвал эту работу одним из приоритетов. «Нам нужен региональный самолет свой, иначе мы так и будем вечно покупать все за границей в этом сегменте. Но и нужен двигатель мощный, ПД-35 нам нужен. Много проектов в авиации связано с этим двигателем», — сказал Путин.
В «ОДК-Авиадвигателе» отмечали ранее, что «на базе двигателя ПД-35 планируется в дальнейшем создать семейство авиадвигателей различной тяги вплоть до тяги на взлете до 50 т».
Авиационные двигатели все схема
В 2020 году исполняется 90 лет Московскому авиационному институту (национальному исследовательскому университету) и моторному факультету («Двигатели летательных аппаратов», сегодня — институт № 2 «Авиационные, ракетные двигатели и энергетические установки»).
Одновременно с образованием факультета были основаны и две профилирующие кафедры: теории авиадвигателей и конструкции авиадвигателей. Учебные планы на тот момент предусматривали подготовку инженеров по авиационным поршневым двигателям. В конце 40-х годов в авиации произошёл революционный переход от двигателей внутреннего сгорания к газотурбинным двигателям. В соответствии с этим и учебный процесс, и план научных исследований были переформатированы в направлении газотурбинного двигателестроения. С появлением жидкостных и твердотопливных ракетных двигателей, электроракетных двигателей на факультете создавались новые кафедры и лаборатории.
Сегодня институт № 2 «Авиационные, ракетные двигатели и энергетические установки» МАИ проводит научно-исследовательские работы и осуществляет учебный процесс по всем типам двигательных установок всех типов летательных аппаратов (ЛА), выполняющих полёт как в воздухе, так и в космосе, а также рассматривающихся и в качестве перспективных двигательных установок ближайшего будущего.
Авиационные двигатели являются сложнейшими техническими устройствами, сконцентрировавшими в себе передовые достижения в самых разных областях науки: теории горения, прочности, надёжности, механики жидкости и газа, материаловедения и т. д. Именно поэтому только четыре страны в мире способны самостоятельно разрабатывать, производить и эксплуатировать авиационные двигатели. Это Россия, США, Великобритания и Франция. Сумев сохранить себя в этой четвёрке, несмотря на катастрофические 90-е, Россия вернула себе уверенность в том, что она является передовой технологической державой.
Одной из составляющих звеньев процесса разработки новых авиационных двигателей является кадровое обеспечение. Необходимо отметить, что обучить вчерашнего школьника на уровень инженера по проектированию авиационных двигателей невозможно менее, чем за 5 лет. Именно поэтому идеология трёхлетнего-четырёхлетнего бакалавриата не очень приживается в авиадвигательной среде. В МАИ инженера по проектированию авиационных двигателей обучают 5,5 лет. При этом руководители предприятий, на которые приходят выпускники института, отмечают, что ещё необходим как минимум год для полной адаптации выпускника вуза к практической работе. В связи со столь значительной инерционностью образовательного процесса необходимо обучать студентов на технологиях следующего поколения авиационной техники. Если сейчас вводятся в эксплуатацию летательные аппараты и двигатели 5-го поколения, то в вузе учебный процесс должен быть ориентирован как минимум уже на 6-е поколение.
В настоящее время в авиационном двигателестроении вновь сложилась ситуация, требующая революционных решений. Уже сейчас прогресс в материаловедении, системах охлаждения привёл к тому, что авиационные газотурбинные двигатели уже приблизились к своему термодинамическому пределу.
Мы находимся на пороге очередной революции в авиационном двигателестроении. Разными авторами называются различные перспективные направления: распределённые силовые установки с механическим, газодинамическим или электрическим способом передачи мощности, двигатели с изменяемой степенью двухконтурности, гибридные силовые установки с газотурбинной и электрической составляющими, двигатели, в камерах сгорания которых реализуется детонационное горение, двигатели с горением в сверхзвуковом потоке, комбинированные силовые установки.
Продолжая заниматься совершенствованием рабочего процесса, конструкции и технологии существующих и разрабатываемых в настоящее время двухконтурных и турбовинтовых двигателей, специалисты института № 2 в силу вышеизложенных обстоятельств всё более активно развивают следующие перспективные темы, которые, по нашему мнению, определят развитие авиадвигателестроения 6-го поколения:
1. Комбинированные силовые установки для перспективных летательных аппаратов с максимальной скоростью полёта, превышающей скорость звука более чем в 4 раза, Мп>4. Отметим, что все существующие летательные аппараты, способные производить самостоятельный взлёт, выполнение целевой задачи, возвращение, обеспечивающие многоразовую эксплуатацию, имеют максимальную скорость полёта, не превышающую скорость звука в 3 раза.
Наиболее наглядно это можно представить на диаграмме зависимости удельного импульса двигательной установки от скорости полёта для различных типов двигательных установок. Возможность создания самолётов, способных преодолеть рубеж скорости Мп=3, определяется, прежде всего, возможностью создания соответствующих силовых установок. Институт № 2 МАИ имеет уникальный опыт изучения рабочего процесса и разработки конструкций двигателей высокоскоростных летательных аппаратов. Отметим лишь некоторые, наиболее важные из выполнявшихся работ в области обеспечения полёта с сверхвысокими скоростями полёта.
Детально изучены проблемы организации горения при сверхзвуковых скоростях потока в камере сгорания. Исследовались различные виды топлива: водород, керосин, метан. Разработаны различные способы охлаждения, создан уникальный экспериментальный исследовательский стенд, оснащённый самыми передовыми методами измерения, который позволяет не только изучать физику горения, но и проводить испытания конструктивных элементов, образцов материалов в условиях высоких температур и скоростей потока. Исследовались проблемы разработки высокоскоростных прямоточных двигателей с твёрдым топливом, турбопрямоточные силовые установки, методы тепловой защиты, при этом использовались как экспериментальные методы исследования, так и передовые вычислительные методы.
Исходя из теоретических положений и имеющегося у коллектива специалистов института № 2 МАИ опыта, очевидно, что летательный аппарат, способный осуществлять управляемый полёт в зависимости от поставленной задачи в диапазоне скоростей от Мп=0 до Мп=4–6, должен иметь турбопрямоточную силовую установку. В классе прямоточных двигателей больших скоростей полёта решены многие проблемы для чисел Мп=3,5 и выше, но они применяются в ракетной технике и являются, по существу, изделиями однократного применения. В то же время для турбопрямоточных двигателей будущих высокоскоростных самолётов имеется ряд вопросов, до сих пор не имеющих сколь-нибудь однозначного решения. По нашему мнению:
- необходимо иметь конструкционные материалы, способные выдерживать длительное время высокие температуры; это относится, в том числе, и к элементам конструкции, ранее считавшимися «холодной частью» двигателя;
- следует разработать принципиально новую систему охлаждения двигателя, так как воздух при таких скоростях полёта уже не может использоваться в качестве охладителя;
- необходимо создать принципиально новые способы обеспечения энергией как борт летательного аппарата, так и систему управления силовой установкой, поскольку традиционный способ получения энергии от вращающегося ротора газотурбинного двигателя становится невозможным из-за того, что при высоких скоростях полёта газотурбинная часть турбопрямоточного двигателя должна будет быть перекрыта от набегающего потока воздуха и остановлена;
- необходимо решить проблему повторного запуска газотурбинного двигателя при возвращении летательного аппарата, что может оказаться проблематичным после длительного полёта на большой скорости и высокой температуры конструкции, а так как ротор будет остывать медленнее статора, то возможно заклинивание ротора; очевидно, что эти вопросы нуждаются в серьёзном изучении.
2. В классе двигателей для дозвуковой гражданской авиации, которая в обозримом будущем (горизонт планирования — 20–30 лет), по нашему мнению, останется основным видом коммерческих авиационных перевозок, несмотря на развитие технологий сверхзвуковой пассажирской авиации, основными критериями оценки совершенства двигателей наряду с экономичностью будут экологические показатели. Для специалистов института № 2 МАИ очевидно, что этим новым вызовам может соответствовать гибридный электротурбореактивный двухконтурный двигатель или электротурбовинтовой двигатель.
Для разработки гибридных двигателей необходимо также решить большое количество конструкторских и технологических проблем. Мы видим, в качестве первоочередных, следующие:
- необходимо исследовать и оптимизировать схемы гибридных силовых установок (ГСУ), применительно к различным типам летательных аппаратов; характеристики электрических машин;
- создать эффективные системы криогенного охлаждения таких установок.
Уже сегодня специалисты Московского авиационного института приступили к работам по гибридным силовым установкам. Эти работы проводятся в кооперации с отечественными предприятиями, а также согласованы планы по международным проектам с ведущими мировыми компаниями и университетами по программам IMOTHEP и FUTPRINT.
Юрий Равикович, проректор по научной работе МАИ, заведующий кафедрой «Конструкция и проектирование двигателей», доктор технических наук, профессор
Алексей Агульник, заведующий кафедрой «Теория воздушно-реактивных двигателей» МАИ, доктор технических наук
