ПОЭТАПНАЯ МОДЕРНИЗАЦИЯ - ЭФФЕКТИВНЫЙ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
И КАЧЕСТВА ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Юрий Елисеев, генеральный директор ФГУП ММПП "Салют"

Распоряжением Правительства РФ № 154-Р от 7 февраля 2006 г. ММПП "Салют" сохранен статус "Федерального научно-производственного центра". Научная часть объединения представлена десятью крупными конструкторскими бюро и отделами, семью научно-технологическими и научно-производственными центрами по направлениям технологии производства газотурбинных двигателей, научно исследовательским (НИИД) и учебным (ИЦПС) институтами. Кроме того, "Салют" взаимодействует (в том числе в рамках хозяйственных договоров) с отраслевыми институтами, институтами РАН и с десятью высшими учебным заведениями.

Сегодня на предприятии трудятся 12 докторов технических наук, 36 профессоров, доцентов и старших научных сотрудников, 109 кандидатов технических наук, более 100 аспирантов.

Московское машиностроительное производственное предприятие (ММПП) "Салют" является сегодня одним из безусловных лидеров отечественного авиационного двигателестроения. Производимые им двигатели АЛ-31Ф устанавливаются на самом "востребованном" мировым рынком изделии отечественной "оборонки" - истребителе Су-27 и его многочисленных модификациях. Вариант указанного ТРДДФ с нижним расположением коробок двигательных (КДА) и самолетных (КСА) агрегатов нашел применение на однодвигательном китайском истребителе поколения "4+" САС J-10, недавно запущенном в серийное производство.

На "Салюте" разрабатывается и модифицированный двигатель, предназначенный для использования на самолетах типа МиГ-23 и МиГ-27. Несколько сотен этих машин продолжают нести службу в ВВС десятков стран мира, что обеспечивает достаточно обширный рынок услуг по их модернизации.

Однако двигатель АЛ-31Ф создан еще в 1970-е годы и сегодня, несмотря на свои поистине выдающиеся для двигателей четвертого поколения характеристики, уже не полностью удовлетворяет требованиям к ТРДДФ, предназначенным для модернизируемых и перспективных истребителей. В этих условиях ФГУП "ММПП "Салют" совместно с ЦИАМ, ВИАМ и другими отраслевыми научными центрами проводит большую работу, направленную на создание авиационных двигателей, более полно удовлетворяющих запросам нового века.

По мнению специалистов "Салюта", в настоящее время наиболее рациональным путем развития авиационных двигателей является поэтапная модернизация существующих изделий, а также создание новых на базе уже имеющихся модулей и узлов. Реализация подобной схемы позволяет существенно сократить как сроки, так и стоимость разработки, а также снизить технический риск, обеспечивая при этом преемственность поколений авиадвигателей.

Основными тенденциями развития современной боевой авиации, помимо наращивания "интеллектуального" потенциала авиационных комплексов (АК), по-прежнему остается увеличение дальности полета, потолка и маневренности летательных аппаратов (что приводит к утяжелению ЛА). Вместе с тем, все острее ставится проблема ограничения стоимости АК на этапах разработки, производства и эксплуатации.

Указанные тенденции наиболее полно гармонируют с концепцией использования на боевых самолетах ближайшей перспективы модернизированных двигателей, базирующихся на хорошо отработанной серийной конструкции. Такие двигатели позволят в течение обозримого будущего удовлетворять все возрастающие требования конструкторов летательных аппаратов в отношении тяги и других ключевых параметров, сохраняя в то же время преемственность с уже существующими типами силовых установок.

Развивая один "базовый" двигатель, можно получить достаточно представительный ряд новых изделий, обеспечив тем самым постепенный, эволюционный переход к двигателям следующих поколений, не прерывая при этом цикл "проектирование - производство - продажа".

Подобный подход положен в основу программы модернизации ТРДДФ АЛ-31Ф, реализуемой в настоящее время "Салютом". В этой связи следует заметить, что большое число относительно самостоятельных узлов этого двигателя допускает частичную замену или модернизацию без внесения существенных изменений в конструкцию остальных элементов. Важным моментом является и обеспечение возможности оперативного взаимообмена между программами основного и модернизированного вариантов ТРДДФ в области усовершенствований, связанных с продлением ресурса, усилением деталей, повышением надежности и т.п. Это позволит быстро реализовать нововведения в конструкции деталей и узлов, общих для обоих типов двигателей.

Модернизация двигателя АЛ-31Ф осуществляется в три этапа. При этом каждому этапу должен предшествовать определенный объем экспериментально-проектных и конструкторских работ. Планируется, что двигатели очередного модернизационного этапа будут взаимозаменяемы на борту летательного аппарата с ТРДДФ предшествующего этапа.

В процессе первого этапа модернизации (двигатель 99М1) в конструкцию ТРДДФ введены следующие изменения: установлен компрессор низкого давления с увеличенным расходом воздуха; температура газов перед турбиной увеличена на 25 °С; использован турбостартер повышенной на 15…20 % мощности и высотности запуска, увеличенной до 3,5 км; аналоговый регулятор работы двигателя заменен на цифровой.

Двигатель 99М1 к настоящему времени успешно прошел стендовые испытания, ведется подготовка к началу его серийного производства. В результате проведения доработок первого этапа максимальная тяга двигателя возросла с 12500 до 13300 кгс. Это позволило улучшить летно-тактические характеристики самолета Су-27. В частности, время разгона уменьшилось в среднем на 15 %.

Второй этап модернизации (двигатель 99М2), являющийся логическим продолжением первого, призван обеспечить прирост тяги до 14100 кгс. На этом этапе предусматривается более радикальное усовершенствование исходной конструкции. К изменениям первого этапа добавляются следующие: применяются высокотемпературные турбины высокого и низкого давления с лопатками пространственного профилирования, имеющими термобарьерное покрытие; используется новая, разработанная конструкторами "Салюта", камера сгорания с двухстеночной жаровой трубой. Она обеспечивает организацию горения с высокой полнотой сгорания, надежный запуск без применения кислорода, уменьшенную окружную неравномерность поля температур на выходе, а также увеличенный ресурс при существенном уменьшении расхода охлаждающего воздуха; устанавливается электронно-цифровая система автоматизированного управления с гидромеханическим резервированием.

Следует заметить, что "Салют" успешно провел стендовые испытания на двигателе АЛ-31Ф первой разработанной в России цифровой системы автоматического управления САУ-235С, предназначенной и для перспективных двигателей. Система выполнена с полной ответственностью (т.е. без гидромеханического резерва). Она обеспечивает гибкость в выборе программ управления, позволяет повысить точность их выполнения, оптимизировать их при всех условиях эксплуатации.

Третий этап модернизации (двигатель 99М3) в дополнение к предыдущим изменениям предусматривает внедрение нового трехступенчатого компрессора низкого давления с широкохордными лопатками пространственного профилирования и повышенной (до 4,2) степенью сжатия, что позволяет увеличить тягу до 14600 кгс.

В ЦИАМ уже проведены испытания нового компрессора. На номинальном режиме подтверждены его основные характеристики: расход воздуха, степень сжатия и к.п.д. Разработаны мероприятия, направленные на повышение запаса устойчивости.
Параллельно с работами, связанными с увеличением тяги и экономичности двигателей семейства АЛ-31Ф, на предприятии создается для этого ТРДДФ всеракурсное сопло с системой управления вектором тяги, проходящее в настоящее время длительные испытания.

Отработанные в процессе модернизации новые конструкторские и технологические решения в дальнейшем предполагается взять за основу при создании авиационных двигателей нового поколения, предназначенных для оснащения перспективного авиационного комплекса фронтовой авиации (ПАК ФА).

Однако создание современного авиационного двигателя - сложный и дорогостоящий процесс, требующий концентрации усилий поистине в общенациональном масштабе. Необходимо формирование опережающего научно-технического задела, обеспечивающего сокращение в три-четыре раза сроков и стоимости этапов разработки, сертификации и развертывания серийного производства при количестве опытных двигателей не более 8-12.

По мнению руководителей "Салюта", для сохранения конкурентоспособности отечественного двигателестроения необходимо в течение ближайших двух-трех лет обеспечить приоритетное финансирование работ, связанных с созданием научно-технического задела по ключевым технологиям, отдельным узлам, элементам, системам и базовому газогенератору с опережающим увеличением объемов их экспериментальной отработки. При условии широкой кооперации предприятий это позволит уже в 2010-2012 гг. получить семейство конкурентоспособных двигателей нового поколения для самолетов как военной, так и гражданской авиации России. Совместно с другими предприятиями и отраслевой наукой "Салют" сегодня активно работает в этом направлении.

Однако модернизация АЛ-31Ф и его преемника - далеко не единственное направление работ на "Салюте". Предприятие участвует в разработке и освоении ряда других двигателей в рамках как внутрироссийских, так и международных программ. Так, в настоящее время оно задействовано в программе ТРДД АИ-222-25. Этот двигатель разрабатывается совместно с ЗМКБ "Прогресс" им. Ивченко и объединением "Мотор Сич" при участии ЦИАМ им. П.И. Баранова и других научных организаций.
Двигатель АИ-222-25 предназначен для нового учебно-боевого самолета Як-130 (серийное производство которого организовано на авиазаводе "Сокол" в Нижнем Новгороде), а также ряда других машин. Он является дальнейшим развитием двигателей АИ-25ТЛ и ДВ-2, созданных еще в советское время и используемых на учебно-тренировочных и учебно-боевых самолетах семейства Аэро Водоходы L-39. В то же время АИ-222-25 - изделие нового поколения, полностью отвечающее современным требованиям к ТРДД данного класса. При его создании широко применялось компьютерное моделирование, электронные макеты, математические модели деталей и узлов, использовались самые современные пакеты прикладных программ в области газовой динамики и прочности двигателя, разработанные научными центрами России и Украины.

Модульная конструкция основных узлов двигателя, высокий уровень унификации АИ-222-25 с ранее созданными серийными ТРДД позволяют значительно уменьшить расходы на разработку и освоение двигателя в серийном производстве, обеспечивают значительное снижение затрат на его эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт.

В конструкции ТРДД использованы моноколеса вентилятора типа "блиск", диски турбины, изготовленные с применением гранульной технологии, титановое литье, высокопрочные синтетические материалы, лопатки турбины из монокристаллических сплавов и т.п.

Двигатель АИ-222-25 оснащен современной цифровой двухканальной САУ типа FADEC, выполняющей не только функции управления запуском, дозирования топлива, управления поворотным направляющим аппаратом компрессора, но и обеспечивающей контроль состояния узлов ТРДД. Запуск двигателя осуществляется компактной автономной ВСУ ТА14-324, разработанной на НПП "Аэросила".

Двигатель может работать как на отечественных, так и на зарубежных топливах и маслах. Масляная система обеспечивает его работу при любых эволюциях самолета, в том числе и при отрицательных перегрузках.

Изготовление АИ-222-25 осуществляется с широким применением обработки на многокоординатных станках с ЧПУ, созданием пресс-форм и моделей методами объемного прототипирования (стереолитография, термоджет), контролем формы и размеров деталей на сенсорных и лазерных электронных и измерительных машинах, а также других наиболее современных технологий.
Двигатель АИ-222-25 обладает хорошими перспективами дальнейшего развития. В частности, ведется разработка бесфорсажных модификаций ТРДД с повышенной до 2800…3000 кгс тягой (это достигается путем повышения температуры газа перед турбиной и улучшения газодинамических характеристик проточной части компрессоров и турбин). Прорабатываются и форсажные варианты (в том числе и с системой УВТ), позволяющие увеличить тягу до 5000 кгс. Такие ТРДДФ могут найти применение на легких боевых и учебно-боевых самолетах нового поколения, имеющих хорошие перспективы на мировом авиационном рынке.

Еще одна потенциальная область применения двигателей семейства АИ-222-25 -беспилотные летательные аппараты (БПЛА), развивающиеся в последние годы поистине стремительными темпами. О перспективности работ в этом направлении свидетельствует тот факт, что ряд авиационных специалистов с мировыми именами называют боевые и разведывательно-боевые БПЛА "техникой шестого поколения".

ФГУП "ММПП "Салют" участвует в ряде других российско-украинских программ разработки и производства авиационных двигателей. Среди них - ТРДД Д-436 (предназначенный для установки на самолете-амфибии Бе-200, перспективных ближне- и среднемагистральных лайнерах Ан-148 и Ту-334, а также модернизированном Як-42), винтовентиляторный двигатель пятого поколения Д-27 (им оснащен российско-украинский оперативно-тактический военно-транспортный самолет Ан-70), турбовинтовой двигатель АИ-500, предназначенный для установки на легких летательных аппаратах различного назначения и, в частности, на амфибии Бе-103, производимой в Комсомольске-на-Амуре.

Сегодня "Салют" находится на острие научно-технического прогресса в области авиационного двигателестроения. Работы, проводимые коллективом этого предприятия, способствуют сохранению нашей страны в числе весьма немногих высокоразвитых государств, способных самостоятельно разрабатывать и производить авиационные газотурбинные двигатели. Можно без преувеличения сказать, что ФГУП "ММПП "Салют" является сегодня одним из гарантов экономической независимости и обороноспособности России.