В мировой практике создание авиационного двигателя занимает в среднем 10 лет. Так, двигатель четвертого поколения ПС-90 создавался 12 лет, силовая установка нового поколения ПД-14 – 10, двигатель ПД-8 для «Суперджета» создали всего за 6 лет.
О разработке и передовых решения российских конструкторов читайте в нашем материале.
Ненадежные партнеры
Создание двигателя ПД-8 явилось ответом на несколько вызовов, с которыми столкнулась российская авиационная промышленность. Толчком для начала работ стала необходимость замены украинского двигателя Д-436ТП на самолёте-амфибии Бе-200. Этот двигатель производился на запорожском предприятии «Мотор Сич», но из-за изменившийся ситуации и санкционных рисков его дальнейшее применение было невозможным.
Первоначально для замены на Бе-200 двигателя рассматривался франко-российский SaM146, который уже применялся на SSJ-100. Он был создан в рамках проекта французской компании Snecma и российского НПО «Сатурн» (сегодня рыбинское предприятие ОДК-Сатурн). Выпуском SaM146 занималось совместное предприятие в Рыбинске, которое получало от французских партнеров «горячую» часть двигателя – газогенератор в составе компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины высокого давления. Российское предприятие ОДК-Сатурн изготавливало «холодную» часть: вентилятор и турбину низкого давления, а также выполняло окончательную сборку.
Параллельно возникли сложности с SSJ-100. Чтобы вернуть инвестиции, вложенные в проект SaM146, Snecma не шла на снижение стоимости поставляемых агрегатов, это увеличивало расходы авиакомпаний, эксплуатировавших «Суперджет», а Россия несла убытки из-за негибкой политики поставщика. В 2022 году поставки комплектующих из Франции прекратились.
Единственным решением сложившейся ситуации стало создание отечественного двигателя сопоставимой тяги.
Передовые технологии для нового российского двигателя
Традиционно создание нового авиационного газотурбинного двигателя занимает не менее десяти лет. ПД-8 стал исключением: его разработали за шесть лет. Для сравнения, двигатель ПС-90 создавался 12 лет, ПД-14 – десять. Такой рывок стал возможен благодаря нескольким факторам, вот некоторые из них.
Головным разработчиком и изготовителем выступило предприятие ОДК-Сатурн Объединенной двигателестроительной корпорации. Конструкторы ОДК-Сатурн использовали имеющиеся наработки, в том числе и те, которые были получены при создании двигателя ПД-14. Это сократило время на проектирование ключевых узлов ПД-8, в частности газогенератора.
Программа получила высший приоритет из-за санкций, а один из ключевых моментов, который позволил значительно сократить создание ПД-8 – это использование цифровых технологий. Разработка двигателя ПД-8 в Рыбинске с самого начала велась с широким применением современных программных методов проектирования.
Российские конструкторы применяли технологии создания цифрового двойника и компьютерного моделирования для сокращения объёма требуемых реальных испытаний, повышения их эффективности и ускорения процесса сертификации. С использованием отечественных программных платформ инженеры выполнили множество виртуальных испытаний по определению прочностных нагрузок, температурных режимов и аэродинамических характеристик. Использование цифровых двойников и виртуальных испытаний на начальном этапе разработки позволило сократить количество дорогостоящих проверок на стендах.
После тщательной отладки всех параметров в виртуальной среде, прошли натурные испытания. Такой подход значительно ускорил процесс разработки авиационного двигателя и позволил определить наиболее эффективные решения.
Результаты компьютерного моделирования, полученные в ходе виртуальных испытаний как отдельных узлов силовой установки, так и всех систем в целом вошли в основу валидационного базиса для сертификации ПД-8. Также для сокращения сроков выполнения проектировочных и сертификационных работ широко использовались средства автоматизации и управления инженерными данными.
Опыт применения цифровых технологий и созданный научно-технологический задел в будущем позволит существенно сократить объём стендовых испытаний при создании модификаций двигателя ПД-8.
К проекту создания ПД-8 были подключены и другие предприятия Объединённой двигателестроительной корпорации. Пермское конструкторское бюро ОДК-Авиадвигатель разработало камеру сгорания и турбину высокого давления, а также коробку приводных агрегатов, центральный привод и угловую коническую передачу.
Предприятие ОДК-СТАР создало систему автоматического управления САУ-8 с полной ответственностью без гидромеханического резервирования FADEC. Её основное преимущество перед гидромеханической системой управления в том, что блок управления может обрабатывать большее количество параметров. Эта способность системы используется для оптимизации работы двигателя. Само же ОДК-СТАР является единственным в России предприятием, обладающим компетенциями в разработке и серийном производстве систем топливопитания и управления газотурбинными двигателями, включая электронные агрегаты с полной ответственностью типа FADEC.
САУ-8 контролирует десятки параметров: от давления топлива до зазоров между ротором и статором турбин. Её испытания включали проверки при температуре 1100°C. Создана САУ-8 за полтора года, в конструкции использованы только российские электронные компоненты.
Уфимское предприятие ОДК-УМПО производит заготовки промежуточного корпуса – одного из самых габаритных элементов двигателя, где происходит разделение уже сжатого воздуха на два потока – наружный и внутренний контуры. Также ОДК-УМПО изготавливает отливки корпусов подшипников и переходников для корпуса приводных агрегатов.
Во Всероссийском научно-исследовательском институте авиационных материалов (ВИАМ) в сжатые сроки для ПД-8 были созданы пять инновационных литейных жаропрочных сплавов. Их разработка велась с учётом современных требований к механическим и эксплуатационным характеристикам, они выделяются среди отечественных аналогов оптимальным сочетанием технологичности, прочности и стоимости.
Их серийное производство налажено на базе научно-производственного комплекса НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ. Сплавы прошли общую квалификацию для применения в наиболее ответственных и нагруженных компонентах газовой турбины двигателя. Особое внимание было уделено сплаву ВЖМ12 для монокристаллических рабочих лопаток турбины, который превосходит по механическим свойствам и длительной прочности при 1100°С используемые ренийсодержащие никелевые сплавы.
Сплавы ВЖМ200 для рабочих лопаток с однонаправленной структурой и ВЖЛ125 для сопловых лопаток легированы гафнием, это повышает пластичность при сохранении высокой прочности. В сплавах ВЖЛ718 и ВЖЛ220 упрочнение достигается за счёт интерметаллидной фазы на основе ниобийтриникеля (Ni3Nb), что обеспечивает высокую свариваемость, критически важную для корпусных деталей. Разработка и паспортизация литейных материалов такого класса в России были осуществлены впервые.
Разработка внешних коммуникаций для двигателя ПД-8 велась в ОКБ «Аэрокосмические системы» также с применением комплексного цифрового проектирования. Инженеры использовали цифровые двойники, чтобы точно расположить каждый компонент. Это исключило этап ручной подгонки трубопроводов и жгутов на готовом изделии. Применялись современные бортовые провода с улучшенной изоляцией и уменьшенным диаметром. Это снизило массу конструкции и повысило стойкость к перегрузкам.
В зонах с повышенной вибрацией применили гибкие рукава высокого давления. Они выдерживают температуру до 1100°C и давление до 280 атмосфер. Для защиты от нагрева трубопроводы покрыли теплоизоляцией. Материалом для них выбрали жаропрочный сплав ХН75МБТЮ, устойчивый к коррозии.
Новые конструкторские решения
ПД-8 построен по классической двухвальной схеме, которая обеспечивает оптимальное распределение нагрузки между узлами. Внешний вал соединяет вентилятор и турбину низкого давления, внутренний – компрессор и турбину высокого давления. Такое разделение позволяет повысить эффективность работы на разных режимах, снизить вибрации и увеличить ресурс двигателя.
Вентилятор двигателя состоит из 24 широкохордных титановых лопаток. За ним расположен трёхступенчатый компрессор низкого давления, который предварительно сжимает воздух. Далее следует семиступенчатый компрессор высокого давления – на одну ступень больше, чем у SaM146. Это повысило степень сжатия до 28:1, улучшив топливную эффективность. Регулируемые направляющие аппараты первых двух ступеней обеспечивают стабильную работу на всех режимах.
Прямоточная кольцевая камера сгорания разработана пермским ОДК-Авиадвигатель. Она отличается низким уровнем выбросов и высокой температурной стойкостью. Конструкция использует решения для двигателя ПД-14, включая жаропрочные сплавы и покрытия. Это позволило сократить сроки разработки без потери надёжности.
Мотогондола ПД-8 также разработки конструкторов ОДК-Авиадвигатель с учётом опыта двигателя ПД-14 на 60% выполнена из композитных материалов, что отразилось на снижении веса силовой установки.
Конструкция включает реверсивное устройство решётчатого типа, которое заменяет ковшовую систему SaM146. Оно срабатывает быстрее и тише, улучшая торможение при пробеге после посадки самолёта. Мотогондола интегрирована с системой смешения потоков, что дополнительно уменьшает уровень шума на 5 EPNdB. Все вспомогательные агрегаты – генераторы, гидронасосы, топливные системы – вынесены на боковые стороны двигателя. Это уменьшает высоту мотогондолы и облегчает интеграцию с крылом самолёта.
Производство мотогондолы организовано на Воронежском авиационном самолётостроительном обществе (ВАСО, филиал ПАО «Ил»). Лётный комплект включает обтекатель, корпус и створки. Изделия из неметаллов и полимерно-композиционных материалов изготавливаются по электронным моделям на высокопроизводительном оборудовании. Узлы мотогондолы и реверсивного устройства двигателя ПД-8 производит «Пермский завод «Машиностроитель».
При проектировании импортозамещённого «Суперджета» была максимально сохранена силовая конструкция планера, в том числе узлы навески двигателей и пилоны. По словам замгендиректора «Яковлева» Александра Долотовского, самолёт в части силовой установки унифицирован по точкам навески с двигателем Sam146. Это было сделано не только для удобной замены франко-российского двигателя на действующих самолётах на ПД-8, но и для того, чтобы уменьшить количество конструктивных изменений в силовой конструкции планера, а также с целью сократить объём испытаний на прочность и ресурс.
Стендовые и летные испытания
Испытания ПД-8 начались в 2021 году – в мае на стенд установили первый опытный газогенератор двигателя. Специалисты ОДК добились стабильных запусков и успешного выхода на максимальный режим работы. Это подтвердило правильность конструкторских решений.
В конце сентября того же года завершили этап стендовой отработки второго газогенератора. Проверили совместную работу узлов, измерили температуру, давление, уровень эмиссии вредных веществ. Результаты подтвердили эффективность горячей части двигателя. Для дальнейших испытаний газогенератора его отправили на высотный стенд ЦИАМ, где были имитированы реальные условия полёта. Параллельно компрессор тестировали на автономной установке, чтобы получить его характеристики.
В ходе стендовых испытаний первого опытного образца ПД-8 была выполнена отладка систем автоматического управления, стабилизирован запуск двигателя с выходом на «малый газ». Получены основные параметры на всех режимах работы, от «малого газа» до «максимального взлётного». Программа включала в себя замеры параметров для оценки температурного состояния, прочности, вибрационной стойкости, а также проверку воздушной, масляной и топливной систем. С помощью 500 датчиков снимались данные о состоянии деталей и узлов для последующего анализа работоспособности основных систем.
В декабре 2022 года ПД-8 впервые поднялся в воздух. Он был установлен под крыло летающей лаборатории Ил-76ЛЛ вместо двигателя №2 Д-30КП-2 (внутренний левый). Лётные испытания включали оценку работы на разных режимах, включая взлётный и крейсерский. В ходе полётов была выполнена проверка взаимодействия двигателя с системами самолёта, сняты основные эксплуатационные данные – частота вращения, давление, температура, а также дополнительные параметры, необходимые для подтверждения принятых конструктивных решений и обеспечения безопасной эксплуатации силовой установки.
В октябре 2023 года ПД-8 впервые был запущен в составе самолёта SJ-100. По результатам лётных и наземных испытаний ПД-8 был доработан, и 17 марта 2025 года состоялся первый полёт SJ-100 с новыми двигателями. Самолёт провёл в воздухе 40 минут, достиг скорости 500 км/ч и высоты 3000 метров. Двигатели показали стабильную работу на постоянных и переменных режимах. Сейчас летные испытания в составе самолета продолжаются. К ним присоединился второй борт, уже полностью российский – с отечественными системами и агрегатами.
Сертификацию ПД-8 планируют завершить осенью 2025 года. Уже в 2026 году первые SJ-100 с отечественными двигателями должны поступить заказчикам.
Еще больше новостей о ПД-8 смотрите в канале ОДК в ТГ https://t.me/uecrus_official