По каким критериям определяются поколения и в чем преимущества современных российских силовых установок.

Самые современные отечественные авиадвигатели разработки и производства Объединенной двигателестроительной корпорации (входит в Госкорпорацию Ростех) - ПД-14, ПД-8 - относятся к двигателям пятого поколения.

Рассказываем о том, по каким критериям определяются поколения и в чем преимущества и уникальность современных российских авиадвигателей.

Авиадвигатели первого, второго и третьего поколений

Чем определяются поколения авиадвигателей? Во-первых, комплексом материалов, которые используются в их конструкции, во-вторых, комплексом технологий, применение которых возможно благодаря использованию этих материалов.

В конструкции двигателей первого поколения использовали сталь, сплавы алюминия и магния. Степень повышения полного давления в компрессоре, то есть отношение давления на выходе из компрессора к давлению на входе, составляла 3-5,5. Температура газа перед турбиной - 950-1150 кельвинов. Первое поколение авиадвигателей появилось в 1940-е - 1950-е годы.

В авиадвигателях второго поколения начали применять титан и жаропрочные сплавы. В компрессорах появились два каскада: низкого и высокого давления. Это увеличило степень повышения полного давления до 7-13. Температура перед турбиной повысилась до 1150-1250 кельвинов. Второе поколение относится к 1960-м годам.

Новшеством авиадвигателей третьего поколения стала технология двухконтурности. Два каскада компрессора давали степень повышения полного давления 15-20. Лопатки турбины впервые стали охлаждать с помощью воздуха. Это позволило увеличить температуру газа перед турбиной до 1300-1450 кельвинов. Авиадвигатели третьего поколения созданы в 1960-е - 1970-е годы.

Первый отечественный авиадвигатель третьего поколения для пассажирских самолетов - Д-20П со степенью двухконтурности 1. Двигатель разработали под руководством конструктора Павла Соловьева в пермском ОКБ-19, сегодня "ОДК-Авиадвигатель".

Вершиной развития двухконтурных реактивных двигателей третьего поколения стал авиадвигатель Д-30КП. Двигатель предназначается для транспортных самолетов и производится на рыбинском предприятии "ОДК-Сатурн". Его степень двухконтурности составляет более 2.

Авиадвигатели четвертого поколения

При создании авиадвигателей четвертого поколения в 1970-е - 1990-е годы были значительно повышены параметры цикла, которые обеспечили улучшение технических характеристик. Температура газа перед турбиной достигала 1600…1700 К; степень сжатия увеличилась до 30-35, а степень двухконтурности возросла до 4-6.

Для обеспечения работоспособности "горячей части" двигателя (камеры сгорания, турбины) при повышенных параметрах были внедрены более эффективные системы охлаждения, применены инновационные технологии литья лопаток турбины с направленной кристаллизацией и монокристаллических лопаток, разработаны и внедрены термозащитные покрытия деталей, работающих в газовом тракте. Для обеспечения конкурентной массы двигателя с увеличенной степенью двухконтурности (с увеличенным диаметром вентилятора) начали применяться композиционные полимерные материалы для деталей наружного контура и мотогондолы.

Мощный технологический рывок в российском гражданском авиадвигателестроении был сделан при разработке отечественного двигателя четвертого поколения ПС-90А в пермском МКБ (сегодня "ОДК-Авиадвигатель") под руководством генерального конструктора Павла Александровича Соловьева. По сравнению с двигателями третьего поколения Д-30КУ/КП параметры цикла ПС-90А были кардинально увеличены: степень двухконтурности - практически в два раза, суммарная степень сжатия в компрессоре - в 1,9 раза, температура газа перед турбиной повышена на 200 К. Это позволило снизить крейсерский удельный расход топлива на 15%.

Параметрический рывок и значительное повышение топливной эффективности достигнуто применением комплекса передовых для того времени технологий и материалов:

• высоконапорного 13-ступенчатого компрессора высокого давления;
• высокотемпературной турбины высокого давления с лопатками с направленной кристаллизацией;
• дисков, полученных методом порошковой металлургии;
• высокоэффективного смесителя потоков наружного и внутреннего контуров;
• композиционных материалов в наружных деталях реверса и сопла;
• сотовых шумопоглощающих панелей;
• электронно-цифровой системы автоматического управления.

В двигателе ПС-90А были реализованы новейшие для своего времени принципы контроля, ремонтопригодности и эксплуатационной технологичности в целом за счет развития принципа модульности конструкции, обеспечено выполнение с запасом действующих норм эмиссии вредных веществ и требований ИКАО (Международная организация гражданской авиации) по шуму в составе самолетов Ил-96-300 и Ту-204. Использование передовых для своего времени конструктивно-схемных решений и технологий позволило создать двигатель, по техническому уровню соответствующий лучшим двигателям-аналогам конца XX века. Двигатель ПС-90А сертифицирован в 1992 г. по нормам НЛГС-3 (нормы летной годности).

Авиадвигатели пятого поколения

Разработка авиадвигателей следующего, пятого поколения производится в 2000-2010-е годы. Основные параметры цикла характеризуются их дальнейшим значительным ростом, основанным на дальнейшем технологическом рывке: температуры газа перед турбиной - до 1800-1900 К, степени сжатия - до 40-50, степени двухконтурности - до 8-10.

Первый отечественный гражданский авиадвигатель пятого поколения ПД-14 для ближне- и среднемагистральных самолетов разработан в АО "ОДК-Авиадвигатель" в широкой кооперации с предприятиями Объединенной двигателестроительной корпорации с участием отраслевых научных институтов. При разработке двигателя ПД-14 так же, как и ранее двигателя четвертого поколения ПС 90А, сделан новый скачок в повышении основных параметров относительно ПС-90А: степени двухконтурности - в два раза, температуры газа перед турбиной - на 200 К, суммарной степени сжатия в компрессоре - на 10…20%, что обеспечило снижение крейсерского удельного расхода топлива на 12%.

Создание конкурентоспособного двигателя 5-го поколения в наиболее емком и конкурентном сегменте рынка потребовало внедрения комплекса критических технологий. Важнейшие из них:

• технология изготовления облегченной широкохордной лопатки из титанового сплава с применением сверхпластичного деформирования и диффузионной сварки;
• технология изготовления и ремонта моноколес (блисков) осевого компрессора и сварных роторов из титановых и никелевых сплавов;
• технология создания жаровых труб большого ресурса для экологически чистых камер сгорания с использованием лазерной и электроэрозионной перфорации и термозащитным покрытием;
• технология изготовления лопаток ТВД с высокоэффективным охлаждением из новых монокристаллических и интерметаллидных сплавов и теплозащитным покрытием нового поколения;
• технология изготовления звукопоглощающих конструкций из композиционных материалов и металлов;
• технология обеспечения и подтверждения конкурентоспособного ресурса основных деталей с учетом современных требований международных норм летной годности;
• система автоматического управления с полной ответственностью, которая обеспечивает надежное управление и контроль за параметрами всех узлов и систем.

При проектировании и сертификации двигателя ПД-14 проведен большой комплекс исследований механических характеристик материалов основных и особо ответственных деталей - специальная квалификация материалов, создан банк данных конструкционной прочности материалов.

Двигатель ПД-14 прошел полный цикл сертификационных испытаний и подтвердил соответствие характеристик требованиям ТЗ и сертификационного базиса. 15 октября 2018 года Авиационный регистр РФ выдал Сертификат типа на авиационный двигатель ПД-14. Серийное производство двигателя ПД-14 освоено на "ОДК-Пермские моторы" с широким привлечением предприятий отрасли.