Возвращение России в клуб высоких технологий. Полет МС-21 на серийных ПД-14
Создавать собственные авиационные моторы могут себе позволить далеко не все развитые страны. В своё время Советский Союз был в этом почётном клубе, а Россия долгие десятилетия почивала на былых лаврах.
Серийное производство двигателей для гражданской авиатехники – это настоящий хай-тек, наглядно показывающий истинный уровень развития технологий в стране. Ракетные двигатели и авиамоторы для боевой техники всё-таки стоят на ступеньку ниже гражданских агрегатов. Во-первых, для боевой машины не столь критичны экономичность и низкая конечная стоимость продукта, как для «мирной» техники. Во-вторых, ресурс современных турбореактивных гражданских двигателей вкупе с надёжностью выше, чем у аналогов военного назначения. Особенно если двигатель проходится сертифицировать под международные требования, к примеру, Европейского агентства по безопасности полётов.
Подавляющее большинство современных двухконтурных турбореактивных двигателей в России уходят своими корнями в советское прошлое. Выпускаемый АО «ОДК – Пермские моторы» ПС-90 в различных модификациях разработан ещё в середине 80-х годов. Мотор Д-30КП-2 выпускается в Рыбинске с 1982 года, а его базовая версия вообще с 1972 года. Самым современным до недавнего времени был лёгкий SaM146, но это российско-французский проект, в котором отечественные инженеры отвечали за не самую критически важную «холодную» часть мотора. Ради справедливости стоит отметить, что газогенератор «горячей» части мотора у французов получился не самым лучшим образом в плане надёжности. При этом возникали сложности как с запчастями, так и с ремонтом. Только сейчас уровень локализации по ремонту газогенераторов в Рыбинске приближается к 55 %.
Единственным турбореактивным двухконтурным авиадвигателем, разработанным для гражданского сектора в России с чистого листа, стал ПД-14. Техзадание на мотор пермские моторостроители получили в конце 2007 года, а спустя 11 лет Объединённая двигателестроительная компания заключила с корпорацией «Иркут» контракт на постройку пяти ПД-14 для лайнера МС-21.
За последние годы у россиян было много поводов гордиться научно-техническим потенциалом страны – это и платформа «Армата», и ударный гиперзвуковой комплекс «Авангард», и Су-57. Но именно постройка ПД-14 говорит о том, что Россия возвращается на мировой рынок высоких технологий.
Импортозамещённый
Первоначально среднемагистральный лайнер МС-21 строился с расчётом на установку двух моторов – американского Pratt & Whitney 1431 G-JM и российского ПД-14. Такое решение было принято не только из-за отсутствия в момент начала разработки отечественных аналогов. Всё дело в заказчиках. В стоимости любого авиалайнера доля двигателей может достигать 30 %, и это самые затратные в плане обслуживания агрегаты в конструкции. Немудрено, что потребители в праве выбирать себе силовые установки, к которым лучше приспособлена наземная инфраструктура. К примеру, при покупке снятого с производства A380 авиакомпании ранее могли выбирать между моторами Trent от Rolls-Royce и семейством GP7200 от консорциума Engine Alliance. Обратите внимание, что для разработки GP7200 объединились сразу четыре компании: американские General Electric, Pratt & Whitney, французская SNECMA и немецкая MTU. Всё потому, что создание современного двигателя для магистрального авиалайнера – это дорого и долго.
Импортный PW1431 в исполнении G-JM был создан на основе семейства PW1000, которые в различных модификациях монтируются на самолётах Airbus, Mitsubishi и Embraer. Для МС-21 предусмотрели самый крупный вариант тягой до 14 тонн и диаметром вентилятора 2,1 метра. Первые готовые моторы из США прибыли на Иркутский авиазавод в 2015 году, через 7 лет после старта разработки. Одновременно с подписанием контракта с Pratt & Whitney в России приступили к созданию собственного мотора ПД-14. За последние 30 лет – это самый масштабный проект в отечественном авиационном моторостроении. Трудно сказать, что произошло бы с целой отраслью, если быисторияс ПД-14 не случилась.
Немного о новинках, применённых в конструкции отечественного авиадвигателя. Всероссийский институт авиационных материалов только для ПД-14 разработал 20 новых материалов. Научными коллективами Пермского АО «ОДК-Авиадвигатель» с нуля созданы 16 новых критических технологий, которые в будущем станут основой новых авиамоторов. В частности, на турбинах высокого давления стоят монокристаллические лопатки, способные работать при температурах, превышающих 1700 градусов. В борьбе за топливную эффективность пустотелые лопатки вентилятора изготовлены из титана, что позволило поднять КПД узла на 5 %. Для снижения шума и вредных выбросов в атмосферу мотор оснащён звукопоглощающими элементами из композитов и малоэмиссионной интерметаллидной камерой сгорания. Важнейшим параметром пермского мотора является его полностью российское происхождение, что в наше время стало редкостью. Большая часть «прорывных» отечественных гражданских разработок – это компиляция из устаревших российских и современных зарубежных узлов. За примерами можно сходить в Набережные Челны. Новый электромобиль Кама-1 заимствует литий-никель-марганец-кобальт-оксидные аккумуляторы в Китае, а беспилотные грузовые КамАЗы проекта «Ермак» оснащены «автоматами» Allison и радарами Continental. ПД-14 с этой точки зрения полностью импортозамещённый.
Мотор ПД-14 разработан в качестве конкурента собственному PW1431G-JM, а также PW1100G/JM для самолёта A320NEO. В данной рыночной нише также моторы Leap-1A, Leap-1В, Leap-1С от консорциума CFMI (GE/Snecma) для машин A320NEO, В737МАХ и С919 соответственно. Учитывая курс доллара и полностью отечественное происхождение, цены на мировых рынках на ПД-14 будут вполне привлекательными.
Технический суверенитет
С самого начала инженеры справедливо запланировали на базе ПД-14 разработать целое семейство авиамоторов тягой от 9 до 18 тонн, о которых речь пойдёт чуть позже. Готовый газогенератор пермской новинки, то есть сердце мотора, был готов для стендовых испытаний в ноябре 2010 года. А готовый прототип или, как его ещё называют, демонстратор технологии, впервые завёлся на стенде в июне 2012 года. Поднялся мотор в воздух первый раз в октябре 2015 года, правда не под крылом МС-21, а вместе с летающей лабораторией Ил-76ЛЛ № 08-07.
Первые же исследования параметров мотора подтвердили его техническое преимущество перед импортными аналогами. Удельный расход топлива снижен на 10-15 %, а стоимость жизненного цикла сокращена на 20 %. Удалось разработчикам разобраться и с шумностью, из-за которой отечественные моторы не могли сертифицироваться на Западе. ПД-14 оказался на 15-20 дБ тише, чем того требуют стандарты Международной организации гражданской авиации (ICAO). Изначально топ-менеджеры Объединённой авиастроительной организации оптимистично планировали поднять МС-21 на отечественных моторах уже в начале 2018 года. Но, как видим, случилось это только в декабре 2020.
В январе текущего года три мотора, один из которых резервный, преодолели 4000 километров из Перми до Иркутска на автотрейлерах для того, чтобы оказаться под крылом МС-21 с номером 0012. Эти моторы в Перми были изготовлены ещё в 2018 году, но только сейчас оказались востребованы. В прошлом году были собраны ещё два мотора, на которых МС-21-310 будет проходить сертификацию для Росавиации. Также в 2021 году планируют получить аналогичный сертификат Европейского агентства по безопасности полётов EASA. И если всё пойдет по плану, то Пермский завод будет выпускать до 50 авиамоторов ПД-14 в год. В разработке форсированный вариант с тягой до 14,5 тонн ПД-14А, а также ещё более мощный ПД-14М, рассчитанный на максимальные 15,6 тонн тяги. Есть идея на базе газогенератора пермского двигателя разработать для SuperJet лёгкий вариант ПД-8.
Дальше начинается магия чисел. За счёт увеличения двухконтурности построят ПД-16 для тяжёлой версии самолёта МС-21-400 со взлётной тягой в 17 тонн. Если уменьшить диаметр вентилятора, можно собрать ПД-10 с тягой почти в 11 тонн. Вертолётный турбовальный вариант мощностью 11,5 тысяч л/с на базе пермского турбореактивного будет в перспективе иметь имя ПД-12В. В этом исполнении он уже найдёт своё применение в армейской авиации. И, наконец, для промышленности в разработке «сухопутные» газотурбинные энергоустановки ГТУ-12ПД и ГТУ-16ПД.
В 2021 году на стендовые испытания предполагают вывести ещё один авиамотор с именем ПД, только индекс будет 35. Ранее моторов такого класса в России и СССР вообще не производили: диапазон тяги от 25 до 50 тонн, диаметр вентилятора 3,1 метра, внешний диаметр 3,9 метра, а длина мотогондолы до 8 метров. Гигант планируется в серию в 2027 году. С появлением этого мотора у России появится надежда на возрождение легендарных «Русланов» или более совершенных аналогов.