Одновременно с изменением размерности базового двигателя семейства изменились и принципы построения этого семейства. Помимо ПД-14. предназначенного для МС-21-300, в него вошли ПД-14А (тяга 12,5 тс) для МС-21-200 и ПД-14М (15,6 тс) для планируемого 212-местного МС-21-400 и российско-индийского перспективного транспортного МТА. При этом версия ПД- I4A полностью идентична базовой конфигурации, отличаясь только регулировками САУ. А ПД-14М уже имеет конструктивные особенности: его КНД получил дополнительную ступень, изменилась и ТНД.
Несколько особняком в семействе стоит ПД-10, имеющий тягу 10 900 кге. Он предназначался для установки на дальнейшее развитие Sukhoi SuperJct 100 – самолет SSJ-100NG. Это позволяло увеличить размерность российского «регионала», а также расширить диапазоны базирования по температуре и высотности аэродрома. Немаловажным было и желание получить для программы SSJ полностью отечественный двигатель – в качестве альтернативы использующемуся сейчас российско- французскому SaM146. Конструктивно ПД-10 отличался от базового двигателя довольно заметно. При сохранении базового газогенератора диаметр вентилятора уменьшен до 1670 мм. КНД лишился сразу двух ступеней, став одноступенчатым, а турбина низкого давления «потеряла» одно рабочее колесо (осталось пять ступеней).
Сегодня, в связи с решениями отложить на будущее работы по проектам SSJ- 100NG и «удлиненному» МС-21-400, главными приоритетами пермских моторостроителей стало создание базовой версии ПД-14 тягой 14 000 кге.
Основные технические решения, реализуемые в конструкции перспективного двигателя ПД-14
8-ступенчатый компрессор высокого давления со степенью повышения давления 17 и блисками из титанового сплава на 1, 2, 5-й ступенях и дисками 6, 7, 8-й ступеней из никелевого гранульного сплава нового поколения
Малоэмиссионная кольцевая камера сгорания с деталями зоны горения из жаростойкого интерметаллидного сплава, керамическим теплозащитным покрытием второго поколения и форсунками с пневмораспылом
6-ступенчатая турбина низкого давления с полыми рабочими и сопловыми лопатками всех ступеней и активным управлением зазорами.
Двухступенчатая турбина высокого давления с высокоэффективной системой охлаждения, рабочими и сопловыми лопатками из монокристаллических сплавов нового поколения, керамическим теплозащитным покрытием второго поколения, дисками из никелевого сплава нового поколения и активным управлением зазорами.
Трехступенчатый компрессор низкого давления.
Вентилятор с 18 широкохордными полыми титановыми лопатками, обеспечивающий степень двухконтурности 8,5
– двухвальная схема с прямым приводом вентилятора
– двухопорный ротор газогенератора с низким уровнем вибраций
– цифровая САУ с полной ответственностью типа FADEC
– короткая мотогондола, на 65% выполненная из композиционных материалов, с реверсивным устройством решетчатого типа с электромеханическим приводом.
Исключены из программы и редукторные двигатели. Это обусловлено желанием снизить технические риски, а также уменьшить массу двигателя, его себестоимость и эксплуатационные затраты.
Окончательно сформированный облик ПД-14 базировался на компактной двухвальной схеме с прямым (безредукторным) приводом вентилятора и степенью двухконтурности 8,5. Отличительными особенностями двигателя стали короткая мотогондола с реверсивным устройством решетчатого типа с электромеханическим приводом, вентилятор с широкохордными лопатками, восьмиступенчатый КВД со степенью повышения давления 17, малоэмиссионная камера сгорания кольцевого типа, двухступенчатая ТВД с эффективной системой охлаждения и шестиступенчатая ТНД. имеющая высокий КПД. Двигатель имеет надежную силовую схему, двухопорный ротор газогенератора с низким уровнем вибраций, а также цифровую САУ с полной ответственностью (FADEC).
В конструкции ПД-14 применяется много новых для отечественного двигателестроения технологий. КВД, КС и обе турбины создавались с использованием методов 3D проектирования. Вентилятор имеет широкохордные полые титановые лопатки, в конструкции КВД используются блиски. Диски компрессора и турбины выполнены из нового никелевого гранульного сплава. Конструкция камеры сгорания содержит детали из жаростойкого интерметаллического сплава, и форсунки с пневмораспылом. В КС и ТВД используется керамическое теплозащитное покрытие второго поколения. Рабочие и сопловые лопатки ТВД «выращены» из монокристаллических сплавов нового поколения, а конструкция гурбин подразумевает активное управление радиальными зазорами. Мотогондола на 65% изготовлена из композиционных материалов.
Новые конструктивные и технологические решения, реализованные в проекте ПД 14, базируются на результатах исследований и научных разработок как самого ОАО «Авиадвигатель» и ряда других предприятий ОДК, участвующих в его создании, гак и основных ведущих российских отраслевых научно-исследовательских институтов – ЦИАМ, ВИАМ. ЦАГИ и др., а также 13 организаций Российской Академии Наук – институтов Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН (ОИВТ РАН. ИМАШ РАН. ИПМех РАН. ИПМАШ РАН. ИПУ РАН). Сибирского (ИТ. ИГиЛ, ИТПМ. ИФПМ) и Уральского (ИМСС. ИМ. И ОС) отделении РАН.
В то же время при разработке конструкции двигателя была сделана ставка на проверенные временем классические конструктивные решения, которые в сочетании с использованием современных технологий проектирования и испытаний дают качественно новые характеристики готовому изделию. Важной особенностью процесса разработки ПД-14 являлось также то, что он впервые проектировался на директивно заданную производственную себестоимость. Также впервые в отечественном двигателестроении пермским КБ создавалась сразу двигательная установка. включающая в себя и двигатель (ПД-14), и мотогондолу.
Заложенные в ПД-14 схемно-конструктивные решения обеспечивают высокую надежность, технологичность производства (т.е. пониженную себестоимость), а также низкий уровень эксплуатационных расходов. Последнее обеспечивается. в т.ч.. эксплуатацией «по состоянию». Технологически ПД-14 состоит из 14 модулей. причем семь из них можно менять без съема двигателя с крыла. Двигатель сохранил запасы по уровню шума (> 10 dB) и по выбросам NOx (>20%).
Наряду с изменением размерности пермский двигатель сном получил конкурента, теперь – западного. Корпорация «Иркут» приняла решение о том. что потенциальный покупатель сможет выбрать самолет МС-21 с двигателями разных типов. В качестве потенциального поставщика к концу 2009 г. была выбрана компания Pratt amp;Whitney. В апреле следующего года было заключено соглашение, согласно которому американские моторостроители обязались выполнить предварительную «подгонку» двигателя семейства PW1000G под МС-21. Наконец, летом 2012 г. состоялось подписание окончательного соглашения по версии двигателя PW1000G для семейства самолетов МС-21. Документ предусматривает, что на МС-21-200 может быть установлен PWI428G тягой 12 700 кге, а на МС-21-300 – PW143IG (14 000 кге). Впрочем, наиболее вероятными первыми эксплуатантами МС-21 станут российские авиаперевозчики, и в этом случае шансы у ПД-14 выше.
На сборке ПД-14
Генеральный конструктор Александр Иноземцев знакомит вице-премьера Дмитрия Рогозина и заместителя министра обороны Юрия Борисова с новыми разработками предприятия
Но вернемся к программе разработки семейства ПД-14. Реализация проекта «Двигатель ПД-14 для самолета МС-21» осуществляется с использованием Gate-технологии. Это новый для отечественного двигателестроения инструмент. Система снижения рисков и затрат проекта путем установления точек контроля («контрольных рубежей») и принятия решения широко используется во всем мире при создании новых образцов наукоемкой и высокозатратной продукции. После каждого этапа разработки ОАО «Авиадвигатель» организует проведение экспертизы достигнутых результатов со стороны двигателестроителей, ученых, самолетостроителей, государства. заказчиков. В качестве экспертов привлекаются высококвалифицированные специалисты отраслевых предприятий, НИИ, ОАК. ОДК. Это дает возможность консолидировать и учесть мнения всех заинтересованных сторон, избежать ошибок, своевременно внести коррективы в конструкцию двигателя и организацию процесса разработки, тем самым минимизируя финансовые затраты и сокращая сроки.