Серийные ПД-14 в полёте: важнейшее техническое достижение России за десятилетие

Долгожданный, российский

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 %.

МС-21 с российскими моторами впервые в воздухе. Источник: корпорация «Иркут»

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 бы история с 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.

Впервые в статусе прототипа в воздух ПД-14 поднялся под крылом Ил-76ЛЛ. Источник: vk.com

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.

«Технологическая независимость»: как новейший российский двигатель ПД-14 может изменить отечественную авиацию

До конца года российский пассажирский самолёт МС-21 должен совершить первый полёт на перспективных турбореактивных двигателях ПД-14. Об этом заявил генеральный директор Объединённой авиастроительной корпорации (ОАК) Юрий Слюсарь в ходе встречи с президентом РФ Владимиром Путиным.

«И крайнее событие у нас в этом году — это вылет МС-21 с нашим отечественным ПД-14. До конца года мы должны работу завершить. В Иркутске двигатели уже установлены на самолёт, сейчас проходят необходимые отработки, и, собственно, новый самолет МС-21 с новейшим сертифицированным двигателем ПД-14 поднимется», — Слюсарь.

В настоящее время МС-21 находится на этапе испытаний в корпорации «Иркут». На сибирском предприятии планируется выпускать самолёт в двух модификациях: на 163—211 мест и 132—165 мест соответственно.

На первые образцы лайнера, до появления серийного ПД-14, планировалось устанавливались силовые агрегаты PW1400G американской компании Pratt & Whitney. Именно с этими двигателями в мае 2017 года опытный образец МС-21 совершил первый демонстрационный полёт.

ПД-14 доставили на Иркутский авиационный завод в январе 2020 года. В июле завершилась технологическая установка агрегатов на опытный образец МС-21-310. Как уточнили в «Ростехе», куда входит в ОАК, эта «примерка» позволит внести «усовершенствующие корректировки в элементы конструкции двигателя и планера».

«На первом этапе разработка ПД-14 позволит избавить МС-21 от зависимости со стороны Pratt & Whitney. Это очень важно для продвижения нашего самолёта как на внутреннем, так и на зарубежном рынке. Но если заказчик захочет всё-таки американский агрегат — не думаю, что тут возникнут какие-то проблемы», — заявил в комментарии RT заслуженный лётчик РФ генерал-майор Владимир Попов.

Аналогичной точки зрения придерживается исполнительный директор агентства «Авиапорт» Олег Пантелеев. В беседе с RT эксперт отметил, что разработка ПД-14 позволит не только продвигать на рынке МС-21, но и станет прологом к появлению широкой номенклатуры современных силовых установок разного типа.

«Те инвестиции, которые пошли на программу ПД-14, дают возможность создать целую линейку товарных продуктов, которые найдут применение в гражданской, военно-транспортной авиации, в энергетике и нефтегазовом комплексе», — подчеркнул Пантелеев.

Полностью российский

ПД-14 — первый со времён СССР турбовентиляторный самолётный двигатель, созданный в России. Его разработка началась в 2006 году. Спустя шесть лет стартовали наземные тесты, в 2015 году — лётные испытания. В 2018-м силовой агрегат получил от Росавиации сертификат, подтверждающий готовность изделия к серийному производству и эксплуатации.

Как пояснили эксперты, создание любого нового турбовентиляторного авиационного двигателя — чрезвычайно трудоёмкая задача, требующая привлечения значительного количества кадровых, производственных и финансовых ресурсов. Такой силовой агрегат зачастую разрабатывается дольше своего носителя.

Например, по информации «Ростеха», развитыми компетенциями в области авиационного двигателестроения и послепродажного обслуживания обладают всего лишь четыре государства. Помимо России, это Соединённые Штаты, Великобритания и Франция. Причём каждая из этих стран внимательно относится к охране своих технологических достижений.

«ПД-14 — это первый после распада СССР гражданский двигатель для магистральных самолётов. Весь научно-технический задел — полностью российский. При создании этого двигателя не использовались какие-либо прототипы, созданные в советское время. Этот проект очень сложный, но Объединённая двигателестроительная корпорация (ОДК), видимо, смогла наладить кооперацию», — подчеркнул Олег Пантелеев.

В создании ПД-14 участвует широкий круг отечественных заводов и научных организаций. Например, АО «ОДК — Пермские моторы» является головным производителем агрегата, а на мощностях ПАО «ОДК-УМПО» (Уфа) выпускается более 30% комплектующих ПД-14.

Ещё одна пермская компания, «ОДК-СТАР», выступает разработчиком и изготовителем системы автоматического управления двигателем. Данное изделие состоит из электронного регулятора, запорного клапана первого коллектора, гидромеханической части (дозатора топлива), блоков насосов и защиты силового агрегата.

Немаловажную роль в создании ПД-14 сыграло московское ФГУП «ВИАМ». Столичный институт разработал 20 материалов нового поколения для производства двигателя, в том числе его мотогондолы. Продукция предприятия обеспечивает ряд ключевых преимуществ нового отечественного авиационного двигателя.

«Применение в конструкции двигателя ПД-14 инновационной продукции материаловедов ВИАМ обеспечивает не только надёжность, но и высокие эксплуатационные характеристики ПД-14, делая его конкурентоспособным на мировом рынке», — говорится на сайте предприятия.

Свой вклад в создание новых материалов для новейшего российского двигателя внесло научно-производственное предприятие «Технология» (Обнинск). В рамках программы «Импортозамещение» компания из Калужской области производит из композитов звукопоглощающие конструкции и прирабатываемые панели, которые обеспечивают безопасную работу лопаток вентилятора силового агрегата.

В общей сложности российские учёные разработали и внедрили в ПД-14 16 ключевых технологий. В частности, как отмечает «Ростех», были изготовлены лопатки турбины «из легчайшего интерметаллида титана или продвинутая система охлаждения, позволяющая турбине работать при температуре до 2000°К (1726,85 °C. — RT)».

К преимуществам ПД-14 относят экономичный расход топлива, экологичность и экономичность. Предполагается, что эксплуатационные расходы двигателя будут ниже на 14—17%, чем у существующих аналогов, а стоимость жизненного цикла окажется меньше на 15—20%, указывают в «Ростехе».

Как полагают эксперты, по совокупности качеств ПД-14 не уступает лучшим западным образцам, а в случае успешного завершения всех испытаний и налаживания масштабного серийного производства у российского двигателя будет весьма конкурентная для мирового рынка цена.

В настоящее время Россия уже ведёт подготовку к развёртыванию серийного производства ПД-14. Так, в июле на «Пермских моторах» после опытно-промышленной эксплуатации был открыт Центр обработки данных. Как сообщило руководство предприятия, данное событие имеет большое значение для последующего налаживания выпуска новейших двигателей.

«Решать стратегические задачи»

На основе технологических решений, реализованных в ПД-14, российские предприятия планируют создать целое семейство авиационных двигателей. Его различные вариации планируется устанавливать на модификации МС-21, а на образце с уменьшенной тягой ПД-8 смогут летать Sukhoi Superjet 100, Sukhoi Superjet 75, Ан-148, Ту-334, Бе-200.

По информации «Ростеха», на более крупные отечественные гражданские самолёты — Ил-96 и Ту-204 — можно будет монтировать мотор ПД-18 тягой 18—20 т.

«Сфера применения двигателей семейства ПД не ограничится летательными аппаратами. Турбореактивные двигатели на базе единого газогенератора можно будет использовать в промышленных целях в составе электрогенераторных и газоперекачивающих установок», — сообщается в материалах госкорпорации.

Самым мощным представителем семейства отечественных двигателей должна стать модель ПД-35 тягой около 35 т, которая создаётся на базе газогенератора ПД-14 для грандиозного российско-китайского проекта CR929. Это дальнемагистральный самолёт, который совместно разрабатывают ОАК и компания COMAC (Шанхай).

Первые поставки этого лайнера могут начаться в 2025—2027 году. Однако в «Ростехе» отмечают, что к этому моменту ПД-35 вряд ли будет полностью готов. Скорее всего, российский двигатель будет монтироваться на более поздние серийные образцы CR929, так как опытно-конструкторские работы по агрегату должны завершиться в 2027 году.

Как отметил Владимир Попов, с развитием семейства двигателей типа ПД-14 Россия получит возможность, не опасаясь западных санкций, поступательно развивать высокотехнологичный сектор экономики, собственную гражданскую авиацию и наращивать экспортные поставки авиатехники.

«Сложно переоценить значение, которое имеет для нашей страны технологическая и производственная независимость в сфере авиационного двигателестроения. Она позволяет решать такие стратегические задачи, как загрузка реального сектора экономики, занятость инженерных кадров, разработка, продажа и обслуживание новых самолётов», — подытожил Попов.