Российская наука справилась с модернизацией авиадвигателя

ВИАМ разработал двадцать новых материалов для авиационного двигателя пятого поколения ПД-14, который послужит основой для целого семейства двигателей. Об этом в интервью «Российской газете» рассказал академик Евгений Каблов, генеральный директор ВИАМ.

В апреле вскрылись крупные мошенничества в авиастроительном гиганте «Боинг» и авиационном регуляторе США, который выдавал разрешение на эксплуатацию опасных самолетов. Скандал с Boeing 737 MAX вызвало не столько количество жертв, сколько то, что производитель имел представление о проблеме и скрывал ее.

Россия может предложить конкурента новейшему Boeing: к коммерческой эксплуатации готовится самолет МС-21, в конце мая 2017 года он совершил первый полет. Предполагается выпускать две его версии: МС-21-200 (от 132 до 165 мест) и МС-21-300 (от 163 до 211 мест). В дальнейшем планируется создание версии МС-21-400 (до 250 мест).

«Аэрофлот» намерен взять в лизинг партию из 35 самолетов МС-21 в дополнение к уже ранее заказанным 50. Эти 35 самолетов МС-21 для «Аэрофлота» будут оснащены российским двигателем ПД-14.

Сейчас самолет МС-21 проходит летные испытания с двигателями PW-1400G производства компании Pratt & Whitney. Российский ПД-14 получил сертификат типа в конце 2018 года, сейчас идут испытания первого серийного образца.

Создать современный двигатель ПД-14 удалось на основе научно-технических достижений технологии литья охлаждаемых лопаток с регламентированной макроструктурой. Как рассказал директор ВИАМ Евгений Каблов, способность государства производить литые охлаждаемые лопатки (а вовсе не ядерное оружие) — показатель высочайшего уровня развития машиностроения. Всего четыре страны — Великобритания, Россия, США и Франция — владеют технологиями полного цикла создания современных турбореактивных двигателей. Китай, к примеру, несмотря на предпринимаемые усилия, добиться этого пока не может. Так, китайские ученые быстро скопировали истребитель Су-27, однако скопировать его двигатель АЛ-31Ф им до сих пор не удалось.

Инновационность проекта ПД-14 состоит в том, что при его разработке удалось получить качественное изменение основных параметров рабочего режима двигателя. «Мы добились увеличения степени двухконтурности в два раза, повышения температуры газа перед турбиной на 100 К, до 1900 К, суммарной степени сжатия в компрессоре на 20%, до примерно 61%,— перечислял достижения Евгений Каблов.— Отдельно необходимо отметить разработку нового жаропрочного сплава, легированного рением и рутением; использование композиционных материалов в конструкции двигателя и мотогондолы; полые широкохордные титановые лопатки вентилятора двигателя».

В результате удельный расход топлива снизился на 12%, а экономичность работы двигателя и соответствие экологическим параметрам значительно повысились. По расчетам, эксплуатация двигателя обойдется на 14–17% дешевле действующих аналогов, а общая стоимость жизненного цикла снизится на 15–20%.

Примечательно, что ВИАМ организовал у себя 25 малотоннажных производств. «Мы производим лучшие жаропрочные сплавы с минимальным содержанием вредных примесей — серы, кислорода, азота, которые не должны превышать пять частей на миллион. Все металлургические заводы выдают сплавы с содержанием вредных примесей на уровне двадцать частей на миллион. А разница между пятью и двадцатью частями на миллион предполагает сотни тысяч часов ресурса!» — с гордостью говорит Каблов.

В институте продолжаются материаловедческие и технологические исследования.

В частности, детально исследован новый запатентованный жаропрочный сплав с редкоземельными элементами — на основе интерметаллида TiAl, разработанный специалистами ФГУП ВИАМ. Сплав имеет рабочую температуру 750°С и характеризуется прекрасными физико-механическими и эксплуатационными свойствами, а также низкой склонностью к образованию ликвационной неоднородности химического состава. Редкоземельный элемент (РЗЭ) является модификатором расплава и необходим для формирования как можно более тонкопластинчатой литой структуры «(TiAl)+2(Ti3Al)» за счет повышения гетерогенной скорости зарождения частиц 2-фазы. Второй положительный эффект от введения РЗЭ обусловлен выделением в сплаве сложных оксидов, которые позволяют связать до 90% примесных атомов кислорода в стойкое оксидное соединение, приводя к существенному рафинированию сплава. Оксидные фазы выделяются вследствие склонности РЗЭ к внутреннему окислению из-за большого химического сродства к кислороду. Примесные атомы кислорода, находясь преимущественно на границах бывшего высокотемпературного зерна, тормозят дислокации и препятствуют их перемещению от одного зерна к другому, что существенно затрудняет протекание деформационных процессов, поэтому связывание атомов кислорода в оксидные соединения и, как следствие, освобождение границ зерен способствуют повышению пластичности сплава. Сбалансированный комплекс физико-механических характеристик сплава позволяет изготовлять изделия в виде фасонных отливок методом высокоточного литья в керамические формы по выплавляемым моделям.

Владимир Тесленко, кандидат химических наук