Испытание двигателя ПД-14, предназначенного для лайнера МС-21 началось в 2017 году. Во многом силовая установка своими характеристиками обязана тем материалам, из которых она была создана. Требования к ним сегодня предъявляют крайне высокие, о том, где специально для перспективного двигателя придумали рецепт прочнейшего композита и за счёт чего детали не разрушаются даже при температуре выше тысячи градусов и пойдёт наш рассказ.
Сплавы, которые выдерживают запредельные нагрузки, лёгкие и прочные композиционные конструкции, металлические детали, напечатанные на 3Д-принтере – такие технологии позволили создать первый в постсоветской России авиационный двигатель ПД-14, который по своим параметрам как минимум не уступает зарубежным аналогам. Уникальные материалы для него разрабатывали в Москве во всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов (ВИАМ).
То, что в моторе лопатка работает на 400-500 градусов Цельсия выше температуры плавления мало кто это себе представляет, по идее лопатка в двигателе должна бы расплавиться, но она выдерживает из-за того, что там очень эффективная система охлаждения и соответственно весьма жаропрочные сплавы.
Лопатки для двигателя ПД-14 делаются из сплава ВЖМ-4, который состоит из алюминия, никеля, вольфрама, рения, рутиния и других металлов, всё это очень сложно и поэтому у него такие уникальные свойства. Изобрели его в ВИАМе и здесь же производят. Все металлы смешивают в специальной печи, заливают в формы и в виде заготовок отправляют на заводы и уже там делают лопатки для двигателя ПД-14.
Если лопатка поликристаллическая, как делали раньше, то она состоит из множества зёрен металла по 1-2 мм каждое и граница между этими частицами, по сути, слабое место. При высоких температурах прочность такой детали падает, ВЖМ-4 позволяет создавать монокристаллическую лопатку двигателя, она выдерживает нагрев до 1200 градусов это и приводит к существенному росту мощности и экономии топлива. Собственное производство ВИАМа позволяет обеспечить заводы уникальным сплавом в необходимом количестве.
Институтская печь может плавить до 300 тонн в год сплавов ВЖМ-4 и ВЖМ-5, поскольку она работает в полунепрерывном режиме, то серию сплавов можно производить, не открывая саму печь. Ещё одна отличительная особенность ПД-14 – мотогондола, то есть внешний корпус двигателя и его подвес к крылу. Эти детали состоят из композитных материалов, которые не менее прочнее, чем металл, только гораздо легче.
Углепластики для ПД-14 также разрабатываются и производятся в стенах ВИАМа, здесь создали собственный рецепт композитов. В первую очередь интересовала высокодеформативная связующая, которая сопротивляется ударным нагрузкам и обладает более повышенной трещиностойкостью и на заводе разработали такую связующую.
ВИАМ одно из первых российских предприятий, которое успешно осваивает аддитивные технологии – это проще говоря печать металлических деталей на специальном принтере. Точность изготовления их на порядки выше, если для литьевых деталей точность определена порядка 0.1 мм, то для новой технологии точность сопоставима с диаметром гранулы и составляет порядка 40 микрон.
В двигателе ПД-14 имеется 48 завихрителей, которые служат для создания направленных потоков воздуха. Если их делать по классической технологии литья, то потоки воздуха будут различаться – это существенно усложняет процесс сборки двигателя, но если их сделать по аддитивной технологии, то тогда все детали будут абсолютно одинаковы.
У аддитивной технологии есть ещё несколько важных преимуществ: во-первых, с её помощью можно создавать детали очень сложной формы, во-вторых, увеличивается скорость производства и, наконец, в-третьих – остаётся гораздо меньше отходов, сырьё используется максимально эффективно. Завихритель по традиционной технологии изготовляется в течение 70 дней, по аддитивным технологиям цикл изготовления короче в 7-10 раз, например, партия завихрителей для одного ПД-14 изготовляется за 36 часов.
В случае с ПД-14 – это двигатель в котором использованы десятки новых материалов, что дало российским двигателестроителям конкурировать с мировыми производителями. Сейчас силовая установка проходит лётные испытания, а Пермский моторный завод готовится к серийному производству и в нашей стране появится первый за последние 29 лет полностью отечественный авиационный двигатель для пассажирских самолётов.
