Военно-промышленный курьер
5 апреля 2006, 09:59
Волшебный редуктор
Дискуссия по будущему авиадвигателестроения в России имеет тенденцию возобновляться в апреле каждого четного года, когда в Москве проходит очередная выставка "Двигатели"
В отличие от середины 90-х гг. сегодня в стране есть понимание, что сохранение и развитие национального сектора авиационной промышленности требует целенаправленной государственной промышленной политики. И есть некая надежда, что создание мощной национальной самолетостроительной корпорации (в виде ОАК) потянет за собой позитивные преобразования и в отечественном авиадвигателестроении.
Ключевые фигуры "ОАК-процесса" обещали в апреле 2006 г. представить на суд общественности и на утверждение руководству страны перспективный продуктовый ряд корпорации. Руководитель Федерального агентства по промышленности Борис Алешин и президент НП "ОАК" Валерий Безверхний недавно заявили, что продуктовый ряд ОАК "уже практически сформирован". И что в нем "точно остаются" узкофюзеляжные магистральные авиалайнеры. Речь идет об улучшенном варианте Ту-204 (проект, известный как Ту-204NG, суффикс "next generation", по аналогии с семейством 737NG фирмы Boeing) и в более далекой перспективе полностью новом МС-21. Кроме того, определенный шанс сохраниться в производстве есть и у семейства дальнемагистральных Ил-96.
Все три типа оснащаются газотурбинными реактивными двигателями в классе тяги 12-17 т. Этот факт "задает" некое перспективное направление для работы отечественных моторостроителей. Если "двигательная подотрасль" найдет в себе силы объединить усилия и предложить самолетостроителям конкурентоспособные силовые установки в данной размерности, то у нее появится перспектива побороться за некую нишу мирового рынка авиационных силовых установок. Отметим также, что двигатели данной размерности нужны военно-транспортной авиации. Равно как и специализирующимся на перевозках крупногабаритного груза авиакомпаниям "Волга-Днепр", "Атлант-Союз", SilkWay и др. ВТА имеет планы на рамповые самолеты типа Ил-76 ("МФ", "ТД90ВД" и пр.) и Ил-214 (MTA). Эти машины также оснащаются двигателями в классе тяги 12-17 т.
Сегодня в России ведется серийное производство одного-единственного двухконтурного турбореактивного двигателя четвертого поколения. Это ПС-90А Пермского МК. Сохранение за нашей страной статуса двигателестроительной державы немыслимо без разработки авиационных моторов пятого поколения. Он может появиться не ранее 2010-2012 гг. при наличии всемерной поддержки со стороны государства. Получается следующая картина: на ближайшую перспективу рассматриваемый сегмент "закроют" базовый ПС-90А и его варианты А1 и А76. В среднесрочной перспективе - ПС-90А2. Однако уже сегодня требуется начать разработку совершенно нового мотора, который по всем показателям значительно превзойдет ПС-90А.
Каким может быть этот "совершенно новый" мотор? Требования к нему уже определены специалистами ОКБ им. А.С. Яковлева и ОКБ им. С.В. Ильюшина, работающими над проектами МС-21 и Ил-214. Чтобы обеспечить требуемое для конкурентоспособности на мировом рынке 15-процентное улучшение топливной эффективности, двигатели этих самолетов должны быть, по крайней мере, на 7-8% экономичнее в сравнении с наиболее популярным сегодня зарубежным мотором CFM56-7.
Получается, что "совершенно новый мотор" должен иметь удельный расход топлива (specific fuel consumption, SFC) на расчетном крейсерском режиме не хуже 0,55-0,56 кг/кгс*ч (для сравнения: самый экономичный российский двигатель из числа находящихся в производстве ПС-90А показывает 0,595 кг/кгс*ч). И это на рубеже 2010 г., когда в данной размерности ожидается появление нового поколения американских, английских и, возможно, канадских моторов. Над такими проектами работают General Electric (вместе с французской фирмой Snecmа по программе LEAP56), Rolls-Royce (Trent series) и Pratt&Whitney (и ее канадское отделение Pratt&Whitney Canada). Для конкурентоспособности в отдаленной перспективе необходимо обеспечить возможность снижения SFC до 0,5 кг/кгс*ч.
По мнению опрошенных "ВПК" отечественных и зарубежных специалистов, выход на SFC=0.5 (в рассматриваемой размерности двигателя) технически возможен путем установки понижающего редуктора между вентилятором (компрессором низкого давления) и вращающей его вал турбиной. Полностью отработанными технологиями современных редукторов большой мощности (30 тыс. л.с. и более) сегодня не может похвастаться ни один западный производитель. Между тем применение понижающих редукторов для привода вентилятора - неизбежное конструктивное решение для высокоэкономичных двигателей будущего. Только применение понижающего редуктора позволяет обеспечить оптимальные условия работы вентилятора и турбины. Таким образом, удается повысить их КПД. И вместе с этим общий КПД авиационного двигателя как тепловой машины.
В мире уже есть не только опытные, но и серийные авиационные ГТД с понижающими редукторами. Ими оснащены весьма популярные у европейских авиакомпаний большие региональные авиалайнеры семейства British Aerospace BAe-146 и (его развитие) Avro RJ-85/100. Правда, двигатели LF502 и LF507 выполнены в сравнительно небольшой размерности (3-4 т тяги), а их планетарный редуктор имеет коэффициент передачи 2,3:1. Низкая тяга LF502 потребовала установить на BAe-146 четыре мотора. По этой и другим причинам английские самолеты не сумели продемонстрировать существенного преимущества в части топливной эффективности в сравнении с двухдвигательными конкурентами. Тем не менее LF502 и LF507 выпускались большой серией и "налетали" не один миллион часов. Тем самым было доказано, что двухконтурные реактивные с понижающим редуктором вполне жизнеспособны и могут составить конкуренцию "классическим" двухконтурным ГТД.
Следующим шагом в развитии этой линии стали опытные PW8000 (США) и НК-93 (Россия, Самарский НТК им. Н.Д. Кузнецова). Несмотря на обнадеживающие результаты испытаний, Pratt&Whitney вынужденно "заморозил" свою программу. Также по причинам финансового характера многократно переносились сроки начала испытаний опытного НК-93 на летающей лаборатории ЛИИ Ил-76. Самарский мотор в классе тяги 18-20 т классифицируется как "закапотированный винто-вентиляторный двигатель со сверхвысокой степенью двухконтурности". На Западе его называют "ducted fan" ("вентилятор в кольце"). Передовая схема НК-93 обещает снижение удельного расхода топлива на 10-15% к серийным в этом классе тяги, до уровня 0,49 кг/кгс*ч. В основе его конструкции - мощный понижающий редуктор между турбиной и вентилятором, за счет чего удалась сверхвысокая ступень двухконтурности (16,6, против 4-5 у серийных моторов).
Работа над НК-93 началась еще в советское время. По некоторым данным, в его технологии (в том числе и сверхмощного понижающего редуктора) было вложено более миллиарда долларов. К сожалению, этих средств не хватило, чтобы довести мотор "до ума". Проект оказался слишком амбициозным. Однако некоторые из критических технологий, необходимых для создания сверхэкономичного мотора для магистральных авиалайнеров будущего, были разработаны и даже получили некоторое экспериментальное подтверждение (отработка на стендах). В новых условиях перспектива массового строительства НК-93 пока не просматривается. Однако его технологии, без сомнения, представляют собой немалую ценность для мировой авиационной индустрии в условиях резкого подорожания ГСМ.
Также как и технологии винто-вентиляторного Д-27, который в настоящее время завершает сертификационные испытания на военно-транспортном самолете Ан-70. Редуктор Д-27 изготавливается на московской площадке ФГУП ММПП "Салют". Главком ВВС России генерал армии Владимир Михайлов неоднократно критиковал Ан-70 и его силовую установку за низкую надежность и несоответствие поставленным ТТХ. Наверное, Владимир Сергеевич имел на то веские основания. Заметим, однако, что в перечне главкома среди "слабых мест" Ан-70 редуктор двигателя Д-27 не фигурирует. Это позволяет говорить о том, что российским и украинским специалистам удалось решить задачу по созданию современного понижающего редуктора с приемлемым уровнем надежности. Что, собственно, и было продемонстрировано в ходе летных испытаний Ан-70.
Таким образом, у "Салюта" и его партнеров накопился уникальный опыт создания "обязательного элемента" силовой установки летательных аппаратов следующего поколения. И он может стать тем самым "ключиком", которым отечественные моторостроители смогут "открыть дверь" на мировой рынок.
За все время летных испытаний Ан-70 три изготовленных в Москве редуктора Д-27 ни разу не отказывали, работали без существенных замечаний. Инженеры "Салюта" постоянно совершенствуют конструкцию и технологии изготовления редуктора. Эта работа ведется как часть программы по созданию на предприятии базы для разработки и производства более мощных понижающих редукторов, без которых немыслимо создание нового поколения газотурбинных двигателей для авиационных и морских комплексов. Работа идет в тесном контакте с ЦАГИ, ЦИАМ и ВИАМ.
Один из недавно анонсированных проектов - перспективный авиационный двигатель АИ-436 с увеличенным вентилятором и приводом через редуктор. Его критический элемент - понижающий редуктор мощностью 25-30 тыс. л.с. (в сравнении с 14-15 тыс. л.с. для Д-27). По сути дела, решение задачи создания такого редуктора определяет судьбу национального проекта "Ближне-среднемагистральный самолет" (БСМС). Напомним, что в ходе выставки "МАКС-2005" лидер проекта БСМС МС-21 - фирма "Яковлев" - в лице своих руководителей Олега Демченко и Александра Долженкова объявил о "большей привлекательности" предложения по АИ-436 по отношению к альтернативным предложениям.
Разработчикам АИ-436 удалось достичь заданных "яковлевцами" высоких показателей экономичности за счет нового низкоскоростного вентилятора (диаметром 2070 мм) с приводом через "салютовский" редуктор (передаточное соотношение - 2,079:1). И это при использовании газогенератора серийного мотора Д-436! При его замене на перспективный газогенератор, например DEM-21 фирмы Snecma или более совершенный пермский (создаваемый в рамках проекта ПС-12), возможно выйти на SFC=0.5 и менее.
По словам генерального директора "Салюта" Юрия Елисеева, главная цель участия его предприятия в проекте АИ-436 - отработка передовых технологий понижающего редуктора большой мощности на конкретном двигателе. В случае успешного решения задачи российские моторостроители смогут реально претендовать на собственное место в глобальном разделении труда при создании и изготовлении силовых установок для магистральных пассажирских самолетов следующего поколения....
Авторские права на данный материал принадлежат «Военно-промышленный курьер». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.
Поделиться
Май 3, 2024
Аэрофлот открыл онлайн-продажи субсидируемых билетов для жителей Калининградской области
Май 3, 2024
Делегация МГТУ ГА приняла участие в памятных мероприятиях, посвященных Дню Победы
Май 3, 2024
Республика Татарстан получила земельные участки для реконструкции перрона Международного аэропорта "Казань"
Май 3, 2024
Студенты РГАТУ имени П.А. Соловьева стали призерами Всероссийской научно-технической конференции