В преддверии технологического прорыва: новое поколение авиационных двигателей

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.

 

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, и Airbus уже модернизировали свои наиболее востребованные рынком модификаци до Airbus A320NEO и Boeing 737MAX.

Успех самолета прямо связан с успехом разработанного для него двигателя.

 

Вклад Ростеха

Реализуется сразу несколько проектов.

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».

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-10В 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, среди которых 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.

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».

Выводы

  1. Россия сохранила ключевые технологические заделы в двигателестроении.
  2. Россия наращивает НИОКР и ускоряет перевод в серии новых разработок в сфере авиационного двигателестроения.

Предложения

Для популяризации профессий отрасли разработать несколько мобильных игр по тематике отрасли. Это могут быть экономические стратегии или квесты-головоломки в стиле технологического шпионажа.