Всего четыре страны в мире обладают научно-техническим и промышленным
потенциалом, позволяющим самостоятельно создавать авиационные двигатели любого
типа и назначения: Россия, США, Великобритания и Франция. Использование принципов
"двойных технологий" позволяет этим странам широко применять авиационные двигатели
в качестве высокоэффективных источников механической, газодинамической и тепловой
энергии в судостроении, энергетике, газоперекачке и других областях народного
хозяйства.
Исследования, проведенные фирмой "Форкаст Интернейшнл",
показали, что в ближайшие 10 лет будет произведено почти 115 тыс. ГТД и
ГТУ всех типов общей стоимостью примерно $279 млрд. Из них на авиационные
двигатели приходится $159 млрд (57 %), а на промышленные и морские - $114
млрд (41 %). Институты отечественной авиационной промышленности и заказчики
оценивают потребность России до 2015 г. в 14 тыс. газотурбинных двигателей
для гражданской авиации. Энергетике нашей страны потребуется более 20 тыс.
экологически чистых, экономичных, надежных газотурбинных установок мощностью
от 4 до 25 МВт.
На сегодня в России созданы или находятся в стадии доводки
ряд двигателей для гражданской авиации:
Эти двигатели по своим характеристикам не уступают зарубежным
аналогам. Однако судьба газотурбинного двигателестроения в России далеко
не безоблачна. Спад деятельности авиадвигателестроительных предприятий
за последние 5-6 лет достиг критического уровня, грозящего России потерей
стратегически важной отрасли.
Для сохранения российской авиационной двигателестроительной
промышленности, кроме ее реструктуризации, реализации государственной защиты
отечественного рынка и проведения активной протекционистской политики в
отношении отечественной авиационной техники необходимо, несмотря на все
финансовые трудности, проведение работ по созданию опережающего научно-технического
задела (НТЗ). Смысл этих работ заключается в отработке в рамках специальных
программ научно-исследовательских и экспериментальных работ (НИЭР) новых
ключевых технических и технологических решений, а также конструкционных
материалов. На этапе создания НТЗ для апробации новых решений разрабатываются
экспериментальные узлы и схемы двигателя, а для комплексной оценки их эффективности
- демонстрационные газогенераторы и двигатели. Реальными результатами НТЗ
являются отработанные конструкции, сертифицированные материалы и технологические
процессы.
Достижение основных показателей конкурентоспособности
(высокие технические показатели, безопасность, приемлемая цена, низкие
эксплуатационные затраты) обеспечивается разработкой новых методов испытаний,
автоматизацией процессов создания двигателя, совершенствованием научно-технической
документации для регламентирования процесса создания двигателя в комплексе
с широким применением математических моделей. Такой подход позволяет существенно
сократить число опытных двигателей и, соответственно, удержать на приемлемом
уровне затраты и сроки выполнения опытно-конструкторских работ (ОКР), избежать
морального устаревания двигателя в процессе разработки.
Как следует из приведенной ниже таблицы:
- объемы затрат и сроки создания двигателей от поколения
к поколению неуклонно растут (примерно удваиваются), но при этом доля собственно
ОКР (по затратам и срокам) в цикле создания двигателя примерно постоянна
или даже несколько уменьшается;
- от поколения к поколению растет доля НИЭР (например,
при переходе от V к VI поколению она возрастает по затратам с 61 % до 74
%, а по срокам - почти в 2 раза).
Об эффективности НТЗ можно судить по времени, необходимому
для достижения качественно новых уровней характеристик двигателя. Так,
благодаря успешно выполняемой в США программе IНРТЕТ, увеличение удельного
веса двигателя (отношение тяги двигателя к его весу) примерно в 2 раза
может быть обеспечено примерно за 15 лет при переходе от двигателя пятого
поколения к шестому. За предыдущие 20-25 лет, при создании двигателя пятого
поколения, этот же показатель увеличился всего на 20...25 %.
Создание НТЗ по перспективным авиационным двигателям
является приоритетным направлением в национальной научно-технической политике
всех индустриально развитых стран Запада. Лидирующее положение при этом
имеет разработка новых технологий применительно к двигателям военного применения
как наиболее напряженным по параметрам процесса ввиду особо жестких требований
к динамическим и массогабаритным характеристикам. Соответственно, программы
по заделу финансируются из средств бюджета по линии Министерства обороны.
В начале 80-х гг. в отечественном двигателестроении были
развернуты работы по созданию НТЗ, цели которых не уступали зарубежным
программам. Однако сейчас финансирование работ со стороны Минобороны сократилось
по сравнению с 1993 г. в 5 раз, что привело к существенному отставанию
в создании базового двигателя V поколения и обусловило крайне низкие темпы
проведения работ по НТЗ для двигателей VI поколения. Таким образом, наш
паритет в области серийных военных двигателей в настоящее время базируется
в основном на НТЗ 80-х годов.
Двигатели VI поколения для боевой авиации, создание которых
следует ожидать примерно в 2010-2015 гг., по отношению к V поколению должны
обладать рядом характеристик, способных придать качественно новый уровень
боевому самолету. К ним относятся, прежде всего: уменьшение удельного веса
двигателя в 1,4...2 раза, удельного расхода топлива - на 15...30
%, повышение надежности на 60...80 %, обеспечение ресурса двигателя, соответствующего
0,5...1 ресурса планера, снижение в 2...3 раза трудоемкости обслуживания
и, в совокупности - снижение стоимости жизненного цикла примерно в 1,5
раза.
Высокий уровень весового и эксплуатационного совершенства
двигателя должен быть обеспечен за счет реализации в его конструкции предельно
высокой температуры газа перед турбиной, близкой к стехиометрической (Т*г
= 2300...2400К), применения композиционных, в том числе керамических, материалов
для изготовления основных узлов двигателя и корпусных деталей, интегральной
системы автоматического управления и топливопитания на основе электропривода,
магнитной подвески роторов, принципиально новых технических решений проектирования
и технологий изготовления отдельных узлов двигателя в целом.
Проводимые в ЦИАМ работы по созданию экспериментального
задела для двигателей VI поколения, хотя и являются приоритетными в тематике
института, но из-за слабого финансирования их в течение последних лет выполняются
в крайне ограниченном объеме и с низкими темпами, что приведет к катастрофическому
отставанию в развитии отечественных двигателей от мирового уровня.
В настоящее время в институте проводится разработка новых
технологий для двигателей. Создана рабочая лопатка турбины высокого давления
для температуры газа выше 2000К. Для этого пришлось решить комплекс материаловедческих,
технологических и прочностных вопросов. Применение лопаток с "проникающим"
охлаждением является одним из перспективных направлений создания лопаток
высокотемпературных турбин, работающих при температуре газа перед турбиной
до 2000...2200К. В настоящее время совместно с ВИАМ проводятся исследования
по оптимизации конструктивно-технологического решения. Проводятся работы
и по компрессору высокого давления с уменьшением в 2 раза числа ступеней.
В ЦИАМ разработана высокотемпературная камера сгорания (Т0г>2100К)
для газотурбинных двигателей с повышенным ресурсом и низким уровнем эмиссии
вредных веществ, многофорсуночное фронтовое устройство обеспечивает высокую
полноту сгорания стехиометрических топливных смесей и малую эмиссию вредных
веществ. Многократное увеличение ресурса обеспечивается благодаря применению
двустенной перфорированной или сегментной жаровой трубы. Существенное (в 2 раза)
уменьшение расхода охлаждающего воздуха обеспечивает снижение неравномерности
поля температуры газа на выходе из камеры сгорания, что обуславливает высокий
ресурс турбины.
Создание перспективных двигателей требует разработки как перспективных
материалов, в частности, легких композиционных материалов на металлической,
интерметаллидной керамической и углеродной основе, так и технологий создания
деталей из этих материалов.
Как правило, результаты НТЗ по двигателям военной авиации затем
используются при разработке двигателей для самолетов гражданской авиации (ГА)
и ГТУ промышленного применения (принцип "двойных технологий"). Но в сложившейся
ситуации ввиду ограниченности такого задела, а также в силу все возрастающих
специфических требований к двигателям ГА, с особой остротой встает вопрос о
развертывании НИЭР по созданию целевых НТЗ.
В настоящее время НИЭР в области двигателей ГА ведутся в основном
в рамках "Программы развития гражданской авиационной техники на период до 2000
года" и, частично, в рамках планов и программ Миннауки. Однако финансирование
этих программ осуществляется по "остаточному" принципу и крайне недостаточно
для экспериментальной отработки новых технических и технологических решений.
В 1996 г. была утверждена президентская программа "Национальная
технологическая база", предусматривающая разработку критических технологий для
решения указанных выше задач, но финансирование по этой программе Правительством
РФ так и не было открыто.
Нам представляется крайне необходимым
разработать и утвердить "Программу развития гражданской авиационной
техники на период до 2015 года". Финансирование комплекса НИЭР по научно-техническому
заделу этой программы должно быть прописано отдельной защищенной строкой в Бюджете
для создания конкурентоспособных перспективных двигателей гражданской авиации
и доведения до конкурентоспособного уровне двигателей, находящихся в эксплуатации.