Версия для печати

Волшебный редуктор

Карнозов Владимир
Дискуссия по будущему авиадвигателестроения в России имеет тенденцию возобновляться в апреле каждого четного года, когда в Москве проходит очередная выставка "Двигатели" (нынешняя станет девятой по счету). Одна из острых тем - как сохранить отечественную школу авиационных моторов для гражданской авиации? По этому вопросу в авиационном сообществе нет единого мнения. Наиболее здравой, на наш взгляд, выглядит идея вхождения России в широкую международную кооперацию, в которой наши ведущие предприятия будут специализироваться на некоем важном элементе (модуле) перспективной силовой установки магистральных пассажирских и грузовых самолетов. Например, понижающем редукторе газотурбинного двигателя, через который турбина приводит во вращение вентилятор. Определенные успехи в деле создания критических технологий понижающих редукторов имеются у СНТК им. Н.Д. Кузнецова и ФГУП ММПП "Салют".


ПУТЬ ВЫЖИВАНИЯ - СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ В РАМКАХ МЕЖДУНАРОДНОЙ КООПЕРАЦИИ


Дискуссия по будущему авиадвигателестроения в России имеет тенденцию возобновляться в апреле каждого четного года, когда в Москве проходит очередная выставка "Двигатели" (нынешняя станет девятой по счету). Одна из острых тем - как сохранить отечественную школу авиационных моторов для гражданской авиации? По этому вопросу в авиационном сообществе нет единого мнения. Наиболее здравой, на наш взгляд, выглядит идея вхождения России в широкую международную кооперацию, в которой наши ведущие предприятия будут специализироваться на некоем важном элементе (модуле) перспективной силовой установки магистральных пассажирских и грузовых самолетов. Например, понижающем редукторе газотурбинного двигателя, через который турбина приводит во вращение вентилятор. Определенные успехи в деле создания критических технологий понижающих редукторов имеются у СНТК им. Н.Д. Кузнецова и ФГУП ММПП "Салют".
{{direct_hor}}
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.

Владимир КАРНОЗОВ

Опубликовано в выпуске № 13 (129) за 5 апреля 2006 года

Loading...
Загрузка...

 

 

  • Past:
  • 3 дня
  • Неделя
  • Месяц