Авіадвигунів ПД-14 | Журнал Популярна Механіка

1. Свого не було
2. Параметри світового рівня
3. «Чужинець» під крилом
4. Куди подіти енергію?
5. Соло на одному моторі

Розмови про технічну відсталість російської промисловості звучать звичним настирливим фоном, а все, що з цього фону вибивається, чомусь не викликає такого ж вибухового інтересу, як політичні скандали або особисте життя медіаперсон. Так і проходять повз події воістину видатного масштабу. У підмосковному Жуковському почалися льотні випробування першого повністю російського авіадвигуна для цивільних літаків. І цей двигун готовий до конкуренції з продукцією світових грандів.

Як відомо, російський цивільний авіапром виявився в останні десятиліття в складному становищі. Ні, літаки, які літають, у нас робити не розучилися. Але на світовому ринку авіаперевезень потрібно техніка, що відповідає високим експлуатаційним вимогам, особливо в частині економічності, рівня шуму та екологічної чистоти. Більшості з цих вимог спроектовані за радянських часів пасажирські літаки не відповідали або, у всякому разі, програвали за цими показниками конкурентам з Airbus, Boeing, Bombardier, Embraer.

ПД-14 - двигун з надвисокою ступенем двоконтурного (1: 8,3). Це помітно вже по значному вентилятору діаметром 1,9 м. Силова установка буде витрачати паливо дуже економно.

Свого не було

Першу в новій Росії спробу створити конкурентоспроможний продукт зробила компанія «Цивільні літаки Сухого» зі своїм Superjet 100. Творців цього регіонального лайнера часто дорікали в тому, що, мовляв, машину назвати російської можна лише умовно - занадто багато в ній імпортних комплектуючих. Взяти, наприклад, двигуни, складові близько третини ціни літака. На Superjet 100 встановлені SaM-146 спільного виробництва французької компанії Snecma і російського НВО «Сатурн». Однак найскладніша і дорога частина турбовентиляторного двигуна - газогенератор (компресори, камера згоряння, турбіна високого тиску) - рішення від французького партнера. І лише «холодну» частину - вентилятор і обертає його турбіну низького тиску - розробляли в Рибінську на НВО «Сатурн».

Гондола була розроблена ВАТ «авіадвигунів» - тобто самим виробником ПД-14. У ній втілено чимало цікавих рішень, зокрема унікальна конструкція реверсу.

Іншими словами, на момент проектування Superjet російської промисловості майже не було чого запропонувати авіабудівникам. Свого конкурентоспроможного двигуна для регіонального літака у Росії не було. Як і багато чого іншого. Однак сьогодні ситуація змінилася. Новий середньомагістральний лайнер МС-21 (ймовірне назву в серії Як-242) вже в значно меншому ступені буде залежати від кооперації з іноземними постачальниками. І хоча, як це прийнято, замовник літака отримає право вибору і зможе віддати перевагу силовій установці іноземного виробництва, російські двигуни для МС-21 будуть. Точніше, вони вже є.

ПД-14 відноситься до турбовентиляторні двигуни, в яких потоки з двох контурів не змішуються. Повітря з другого «холодного» контуру закінчується з соплового насадка, що має хвилясті краї.

Параметри світового рівня

Двигун ПД-14 п'ятого покоління розроблений пермським ВАТ «авіадвигунів». В основі його лежить уніфікований газогенератор: 8-ступінчастий компресор, малоеміссіонная камера згоряння, турбіна високого тиску. Цей газогенератор буде також використаний в інших двигунах сімейства ПД з більш низькою або більш високою тягою. ПД-14 дає тягу 14 т, а роботу другого контуру в ньому забезпечують вентилятор з порожніми шірокохорднимі лопатками і турбіна низького тиску. Ступінь двоконтурності двигуна є відношення витрати повітря через зовнішній контур до витрати повітря через внутрішній контур, і для двигуна ПД-14 вона дорівнює 8,3. Це сучасний показник як для вітчизняних турбовентиляторних двигунів, так і для зарубіжних. Високий ступінь двоконтурного дає значне зменшення витрат палива. Згідно із заявою розробника ПД-14, зниження питомої витрати споживання палива в порівнянні з сучасними аналогами складе 10-15%. Заявлений рівень шуму на 15-20 дБ нижче норм, встановлених 4-м стандартом ІКАО, а рівень емісії шкідливих речовин NOx буде на 30% нижче щодо норм ІКАО 2008 року. Це відповідає сучасним екологічним нормам.

«Чужинець» під крилом

Поки перший льотний зразок МС-21 тільки будується, ПД-14 піднімається в небо. Він підвішений до пілона літаючої лабораторії Іл-76 ЛЛ замість одного з чотирьох штатних двигунів. Тести проводять льотчики-випробувачі та інженери входить в Об'єднану авіабудівну корпорацію знаменитого Льотно-випробувального інституту (ЛІІ ім. М.М. Громова), а також представники виробника - ВАТ «авіадвигунів». Експериментальний двигун зі штатними «Іловському» переплутати важко, так як його розміри перевищують розміри штатного Д-30КП-2. Досить сказати, що тільки діаметр входу в вентилятор дорівнює 1,9 м.

Про технології підготовки і проведення випробувань перспективного російського двигуна «Популярною механіці» розповів Анатолій Дмитрович Кулаков, заступник генерального директора ЛІІ ім. М.М. Громова з випробувань силових установок. Як вдалося дізнатися з нашої розмови, перш ніж двигун зміг відправитися в свій перший політ, фахівцям інституту довелося вирішувати безліч складних інженерних завдань. Першою з них став вибір літаючої лабораторії (ЛЛ). У розпорядженні ЛІІ є кілька ЛЛ, створених на базі літака Іл-76, але не на кожній можна проводити випробування саме ПД-14. Багато що залежить від маси силової установки (чи витримає вагу крило?) І тяги, створюваної ПД-14. Вибір припав на Іл-76 ЛЛ з посиленим крилом, на якому можна розмістити силову установку вагою до 9 т і тягою двигуна до 25 000 кгс. Однак цей літак востаннє притягувався до випробувань в 1996 році. Тоді до нього підвішували унікальний гвинто-вентиляторний двигун Д-27, що призначався для використання на українсько-російському літаку Ан-70. Після майже двох десятиліть простою необхідно було відновити льотну придатність Іл-76 ЛЛ, для чого створили спеціальну програму за активної участі ВАТ «АКБ ім. С.В. Ільюшина ». На літаку-ветерана замінили значну частину обладнання, в тому числі пілотажного і навігаційного, і отримали всі необхідні висновки про те, що ЛЛ може відправлятися в політ. Що далі? Підвісити двигун і починати випробування? Ні! Все не так просто.

На фото можна побачити перспективний російський двигун без гондоли.

Двигун ПД-14 унікальний ще й тим, що вперше в практиці вітчизняного двигунобудування виробник розробив не тільки сам двигун, а й гондолу до нього (зазвичай мотогондолах виготовляє під конкретний двигун фірма, що створює літак). Таким чином, у двигуна вже є кріплення, розраховане на пілон МС-21, і до крила Іл-76ЛЛ воно не підходить. Фахівцям ЛІІ довелося конструювати спеціальну силову проставлення - перехідник між кріпленнями пілона МС-21 і крила Іл-76ЛЛ.

На цьому фото зображений процес підвішування гондоли з двигуном до пілона літаючої лабораторії. Для з'єднання кріплень різних типів застосований спеціальний силовий перехідник.

Куди подіти енергію?

Найголовніша ж інженерна проблема в тому, що новий двигун не може проходити випробування під керуванням штатних систем ЛЛ. У лабораторії необхідно відтворити всі системи управління експериментальної силовою установкою, схожі з тими, що будуть використані на МС-21, а також достовірно відтворити всі навантаження, під якими буде працювати двигун. З цією метою перед випробуваннями необхідно було сконструювати і вбудувати в літаючу лабораторію все відповідне обладнання.

Двигун не тільки створює реактивну тягу, він - енергетичне серце літака. За допомогою вала і редуктора вал турбіни високого тиску пов'язаний з КПСА (коробкою приводів літакових агрегатів). У КПСА передається туди крутний момент «розбирається» електрогенератором і гідравлічними насосами. Зараз від двигунів потрібно якомога більше електричної потужності, особливо з огляду на тенденції до заміни ряду гідравлічних приводів електричними. На Іл-76ЛЛ встановлена ​​система відбору електричної потужності. Відбирається від генератора потужність реалізується в спеціальних теплових електрозагружателях (ТЕН), які встановлені в обтічниках, обдуваються в польоті зовнішнім повітрям.

На задньому плані видно головний пульт управління досвідченим двигуном: сидячи за цим пультом, провідний інженер ЛІІ управляє режимами ПД-14 в ході випробувального польоту. Ближче до нас - робочі місця інших фахівців, які відстежують параметри роботи двигуна.

Крім крутного моменту від двигуна відбирається стиснене повітря, що надходить в системи літака МС-21. Відбір повітря для різних цілей проводиться в декількох точках газогенератора. Наприклад, після третього ступеня компресора відводиться повітря для потреб кондиціонування пасажирського салону МС-21. На літаючої лабораторії немає системи відбору повітря з параметрами системи кондиціонування, аналогічної тій, що буде в МС-21, так як відбір стисненого повітря - це відбір потужності від двигуна, а значить, під час випробувань це навантаження також повинна бути реалізована. ЛЛ також насичена контрольно-вимірювальним обладнанням. При експлуатації серійного двигуна бортовий параметричний самописець реєструє 30-40 параметрів роботи установки. В ході випробувань з експериментального двигуна, обладнаного безліччю датчиків, знімається 1066 параметрів. Дані надходять на центральний сервер, на пульт провідного інженера у вантажній кабіні Іл-76ЛЛ, на дисплей в кабіні пілотів, по радіоканалу в наземний контрольний пункт і безпосередньо фахівцям до Пермі, в ВАТ «авіадвигунів».

Робоче місце одного з інженерів, які беруть участь у випробуваннях, і шафа з обчислювальною технікою, яка аналізувала дані за допомогою спеціально розробленого програмного забезпечення.

Соло на одному моторі

Коли настає час підняти ЛЛ в повітря, в крісла льотного екіпажу сідають найдосвідченіші льотчики-випробувачі ЛІІ ім. М.М. Громова. У вантажній кабіні місця біля пультів займають інженери-випробувачі. У розпорядженні пілотів все звичайні системи управління літаком Іл-76ЛЛ і його двигунами. І тільки експериментальним двигуном керує провідний інженер-випробувач з ЛІІ. Поруч з ним за центральним пультом ще один представник ЛІІ і інженер від підприємства-розробника ПД-14. «Злітаємо ми на трьох двигунах за спеціальною методикою, щоб через несиметричною тяги літак не злетів зі смуги, - розповідає Олександр Крутов, заслужений льотчик-випробувач, Герой Росії, начальник Школи льотчиків-випробувачів ЛІІ. - На цій стадії випробувань на зльоті досвідчений двигун працює тільки на малому газі. Спочатку прогреваем три штатних двигуна. Потім другий двигун, симетричний досвідченому, прибираємо на малий газ і потихеньку починаємо розбіг. Виводимо на злітний режим 1-й і 4-й штатні двигуни. Потім в процесі розбігу плавно виводимо 3-й штатний двигун на злітний режим. Відриваємося на трьох, набираємо висоту. Так вдається на зльоті уникнути небезпечних розвертають моментів ».

Уже після набору висоти провідний інженер-випробувач, в розпорядженні якого знаходиться встановлений на головному пульті важіль управління досвідченого двигуна, приступає безпосередньо до випробувань. Перша програма інженерних випробувань ПД-14 розрахована всього на 12 годин польотів. По завершенні кожного польоту отримана інформація аналізується фахівцями ЛІІ, і представники ВАТ «авіадвигунів» уважно оглядають вузли двигуна, оцінюють його стан, усувають можливі недоробки. Звичайно, першою серією випробувальних польотів все не закінчиться. Двигун чекають нові випробування з великими навантаженнями, в тому числі в умовах високогір'я, сильну спеку і лютого холоду. Але вже зараз, за ​​твердженнями фахівців ЛІІ, що беруть участь у випробуваннях, характеристики двигуна ПД-14 відповідають розрахунковими даними на перевірених режимах.

Стаття «Двигун надії» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №1, Январь 2016 ).