«Изделие 30» для проекта ПАК ФА / Т-50 / Су-57
В настоящее время продолжается подготовка к серийному производству перспективных истребителей Су-57. Как и в случае с прототипами, серийная техника будет комплектоваться двигателями двух моделей. Первые серийные образцы получат существующие двигатели АЛ-41Ф1 (они же «двигатели первого этапа»), а затем их в серии сменят более новые «Изделия 30». С конца 2017 года перспективные турбореактивные двигатели «Изделие 30» испытываются в воздухе, и в будущем ожидается освоение их производства в интересах серийного выпуска самолетов.
ТРДДФ типа «Изделие 30», или «двигатель второго этапа», является одной из главных тем в контексте проекта ПАК ФА / Т-50 / Су-57. При этом эта тема является одной из самых закрытых.
Впрочем, к настоящему времени разработчик в лице НПО «Сатурн», а также официальные лица из Министерства обороны и других структур успели раскрыть часть данных и составить примерную картину. Стоит ожидать, что в будущем продолжится поступление новой информации, и промышленность раскроет новые подробности интереснейшего проекта.
Двигатель пятого поколения
Истребитель Су-57 относят к условному пятому поколению, что говорит о наличии ряда характерных требований. Одно из главных таких требований – обеспечение крейсерской сверхзвуковой скорости, в том числе без использования форсажных камер. Существующие серийные двигатели не позволяют получить такие характеристики, в связи с чем требуется совершенно новая силовая установка. Перспективный двигатель, предназначенный для Су-57, как и сам самолет, относят к условному пятому поколению – однако уже в сфере моторостроения.
Самолет Су-57 с двигателями «первого этапа» — АЛ-41Ф1. Фото ОАК / uacrussia.ru
Считается, что разница между поколениями турбореактивных двигателей проявляется в изменении основных параметров. Резкий рост удельной тяги или сокращение удельного расхода топлива, достигнутые в новом проекте, позволяют относить его к следующему поколению. Новейший ТРДДФ «Изделие 30» по этим показателям выгодно отличается от существующих систем, что позволяет его разработчикам говорить о создании двигателя поколения «5» или «5+».
Высокие характеристики нового двигателя достигаются, в первую очередь, за счет применения самых современных технологий, материалов и решений. При этом используются и уже освоенные идеи. Так, «Изделие 30» продолжает линейку отечественных двигателей со штатным соплом, имеющим средства управления вектором тяги.
Впрочем, от некоторых современных решений пришлось отказаться. К примеру, в 2013 году НПО «Сатурн» показало перспективную конструкцию лопатки для компрессора высокого давления, изготовленную из алюминида титана. Появились сообщения о возможном внедрении такого материала в конструкцию турбины. Однако позже от алюминида титана в составе «Изделия 30» отказались. Экономия массы оказалась незначительной, а стойкость к повышенным механическим и тепловым нагрузкам, характерным для двигателей военного назначения, – недостаточной.
Технические подробности
По известным данным, «Изделие 30» представляет собой двухконтурный турбореактивный двигатель с форсажной камерой. На уровне некоторых основных идей он имеет сходство с более старыми двигателями семейств АЛ-31 и АЛ-41, но все его агрегаты разрабатывались заново и с применением современных наработок. Результатом этого стал заметный рост всех основных характеристик, позволяющий относить «Изделие 30» к следующему поколению ТРДДФ.
Двигатель имеет обычную для своего класса архитектуру с многоступенчатыми компрессорами высокого и низкого давления, камерой сгорания и многоступенчатыми турбинами. Позади турбин находятся форсажная камера и сопло с УВТ. На внешней поверхности двигателя помещены необходимые агрегаты того или иного назначения. Разработчики «Изделия 30» не спешат раскрывать все подробности конструкции, но часть особенностей нового проекта уже известна.
Компрессор обеспечивает сжатие поступающего воздуха со степенью 6,7, обеспечивая расход воздуха до 20-23 кг/с. Камера сгорания оснащается плазменной системой зажигания, устанавливаемой прямо на форсунках. Такие средства обеспечивают воспламенение топлива сразу после его попадания в камеру сгорания. Благодаря этому поддерживается оптимальный режим горения, а также исключается т.н. факеление – неправильное сгорание топлива, скопившегося в двигателе. Температура газов перед турбиной находится в пределах от 1950 до 2100°K. Для сравнения, у серийного двигателя АЛ-31Ф этот параметр не превышает 1700°K.
Опытный Су-57 с двигателем «Изделие 30». Фото Nickolay Krasnov / russianplanes.net
Двигатель «30» комплектуется новым соплом, имеющим функции управления вектором тяги. Этот агрегат заметно меньше использовавшихся ранее и имеет иные обводы. В частности, задняя кромка сопла, образуемая отдельными створками, получает неровную форму.
Важной особенностью конструкции, обеспечивающей получение новых возможностей, является изменение степени двухконтурности. Также проект учитывал необходимость сокращения заметности двигателя и самолета в целом для радиолокационных и инфракрасных систем наблюдения. Такие задачи решались путем создания оптимальных конструкций воздухозаборника и сопла.
Для нового двигателя создана оригинальная электронно-цифровая система управления с полной ответственностью. Она принимает данные с множества различных датчиков и следит за работой всех компонентов двигателя. Получая команды от летчика, система управления выполняет их с учетом текущих параметров и различных факторов. Автоматика управления двигателем упрощает работу летчика, а также облегчает настройку силовой установки для работы в тех или иных условиях.
Все новые идеи и решения предназначаются для повышения основных характеристик двигателя. Согласно открытым данным, максимальная тяга двигателя «Изделие 30» достигает 11000 кгс, форсажная – 18000 кгс. Для сравнения, двигатель первого этапа АЛ-41Ф1 имеет тягу 9500 и 15000 кгс соответственно. Таким образом, самолет Су-57 даже при максимальной взлетной массе, превышающей 35 т, будет иметь тяговооруженность более единицы. При нормальном взлетном весе этот параметр достигнет 1,15-1,2.
Удельные параметры нового двигателя либо улучшились, либо остались на уровне предшествующих изделий. Так, руководство НПО «Сатурн» указывает, что удельный расход топлива у «Изделия 30» остался на уровне двигателя АЛ-31Ф – около 0,67 кг•кгс/час. Одновременно повысилась удельная тяга, но точное значение этого параметра не называется. При таких параметрах, по своим габаритам и массе двигатель «30» почти не отличается от серийных отечественных ТРДДФ.
Планы на будущее
Пока перспективный ТРДДФ «Изделие 30» остается на стадии летных испытаний и проверяется на опытных самолетах Т-50 / Су-57. К настоящему времени изготовлено около двух десятков опытных двигателей, предназначенных для проверок на земле и в воздухе. Летные испытания двигателей продолжаются больше года и требуют еще времени. Так, в начале прошлого года сообщалось, что весь цикл летных испытаний может занять три года.
Двигатель «30» в сборочном цеху (предположительно). Фото Militaryrussia.ru
Согласно нынешним планам, в ближайшие годы российские воздушно-космические силы получат несколько первых серийных истребителей Су-57. Первые машины этого типа будут оснащаться т.н. двигателями первого этапа – ТРДДФ АЛ-41Ф1. В 2020 году должен появиться второй контракт на поставку серийной техники. На этот раз речь идет о внедрении новых двигателей. Часть истребителей второй серии будет оснащаться «Изделиями 30». Серийное производство таких двигателей будет освоено предприятием «ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение». В дальнейшем, ориентировочно в середине двадцатых годов, новый двигатель станет стандартным для всех серийных Су-57.
Параллельно с испытаниями и доводкой «Изделия 30» в его существующей версии ведутся работы по созданию новых агрегатов для такого двигателя. Осуществляется разработка плоского сопла, способного снизить заметность самолета в разных спектрах. Вместо штатного сопла за двигателем планируется помещать изогнутый канал, на котором должны устанавливаться две подвижные плоские створки.
S-образный канал прикрывает лопатки турбины от излучения радиолокаторов, а прямоугольное сечение сопла сокращает инфракрасное излучение от реактивных газов. В то же время, такие агрегаты создают дополнительное сопротивление движению газов, что приводит к небольшому сокращению технических характеристик двигателя. Новое сопло пока находится на ранних стадиях, и пока неизвестно, внедрят ли его при проведении будущих модернизаций Су-57. Впрочем, с помощью такого проекта российские двигателестроители получают важный опыт.
Также сообщается о проработке вопросов создания двигателя «шестого поколения». Для дальнейшего повышения основных и удельных характеристик предлагается добавить третий контур в дополнение к двум существующим. Однако такие идеи пока остаются на стадиях самых ранних исследований, и потому их вряд ли можно рассматривать в контексте дальнейшей доработки истребителей Су-57.
Пока основной задачей двигателестроителей в рамках программы ПАК ФА является доводка «Изделия 30» с последующим запуском его производства и внедрением в серийный выпуск истребителей Су-57. По всей видимости, в серию пойдет двигатель в его нынешней конфигурации – с рядом особых технических решений, повышающих общие характеристики. При этом кардинальные переработки, такие как установка нового сопла, пока не планируются.
Главным результатом проекта под рабочим обозначением «30» является создание ТРДДФ с высокими характеристиками для новейшего российского истребителя. При этом не стоит забывать и о других важных моментах. Завершив работы по «Изделию 30» и доведя его до эксплуатации в войсках, российское двигателестроение в очередной раз покажет свой потенциал и подтвердит свои лидирующие позиции.
Источник:
alex-news.ru
Новый двигатель Су-57. Устройство, особенности, характеристики — Новосибирский сайт
Войти Регистрация- Новости
- Блоги
- Про Н-ск
- Проблемы города
- Места отдыха
- Куда пойти?
- Объявления
- Группы
- Ещё
- Фото
- Активность
- Комментарии
- Люди
- Статьи
- Кругозор — интересные факты со всего мира
- Наука и технологии. Последние новинки техники
- Путешествия по Сибири
- Туристу на заметку. Рассказы о путешествиях
- Женский онлайн журнал
- Авторынок. Обзор автомобилей
- Стройка и ремонт
- Новости партнеров
- Войти
- Регистрация
- Войти
- Регистрация
tvoi54.ru
Плазменный мотор
Российские воздушно-космические силы в 2018 году приняли в опытно-боевую эксплуатацию перспективные истребители Су-57 пятого поколения, а до конца 2019 года планируется принять эти самолеты на вооружение. На первом этапе эти машины будут поступать в войска с «упрощенными» силовыми установками АЛ-41Ф1, похожими на те, что устанавливаются на истребители Су-35С четвертого поколения. С середины 2020-х годов Су-57 получат двигатели уже пятого поколения, больше известные сегодня под обозначением «Изделие 30». Чтобы разобраться в поколениях реактивных двигателей боевых самолетов, особенностях разработки новых силовых установок и перспективах двигателестроения, мы обратились за помощью к генеральному конструктору ОКБ имени А. Люльки и разработчику двигателя пятого поколения для Су-57 Евгению Марчукову.
Предварительная проработка проекта истребителя пятого поколения Су-57 велась с начала 2000-х годов. В 2005 году начался этап проектирования нового российского боевого самолета. Летные испытания проводятся с 2010 года. В целом, информация по проекту перспективного истребителя засекречена. Известно только, что новые самолеты смогут нести во внутренних отсеках вооружения ракеты и бомбы общей массой до 4,2 тонны. Кроме того, истребители будут оснащены восемью внешними точками подвески для авиационного вооружения.
Су-57 будет принят на вооружение в два этапа. На первом этапе в войска начнут поступать боевые самолеты с двигателями АЛ-41Ф1 («изделие 117») — похожие двигатели устанавливаются сегодня на истребители Су-35С. На втором этапе Су-57 получат двигатели уже пятого поколения, сегодня обозначаемые как «изделие 30».
Поколения и контуры
В реактивной авиации условно выделяют пять поколений турбореактивных двигателей. «Родовые» ветки этих силовых установок разделены на боевые и гражданские, и к ним предъявляются совершенно разные требования.
Например, гражданские двигатели должны иметь высокий ресурс и относительно небольшой расход топлива, а их техническое обслуживание не должно быть дорогостоящим, иначе они будут экономически невыгодными в эксплуатации. Значительная часть этих требований для военных авиационных двигателей может быть в той или иной степени принесена в жертву высоким характеристикам — большой скорости полета или наименьшему времени выхода на режим максимальной тяги.
Современные авиационные двигатели состоят из двух частей. Одна из них — внутренний контур, состоящий из газогенератора и сопловой части. В состав газогенератора входят компрессор высокого давления, камера сгорания и турбина высокого давления.
В полете воздух затягивается и немного сжимается вентилятором — самым большим и самым первым винтом по ходу полета. Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом. После сгорания топливной смеси газы из камеры сгорания попадают на турбину высокого давления и вращают ее, а та, в свою очередь, приводит в движение компрессор.
Схема турбовентиляторного двигателя Volvo RM12
Volvo
После турбины высокого давления газы попадают на турбину низкого давления, приводящую вентилятор. После турбин газовый поток попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя.Вторая часть военного авиационного двигателя — внешний контур — представляет собой компрессор низкого давления, направляющий аппарат и воздуховод (во многих гражданских двигателях компрессор низкого давления в состав внешнего контура не входит). Во время полета часть немного сжатого вентилятором и компрессором воздуха, не попавшая во внутренний контур, попадает в направляющий аппарат, где тормозится. Из-за торможения давление в воздушном потоке повышается. После этого сжатый воздух поступает в воздуховод, а затем — в сопло и формирует остаток тяги.
В современных турбовентиляторных двигателях гражданских самолетов основная часть тяги — до 80 процентов — формируется вентилятором. В двигателях истребителей бóльшая часть проходящего через двигатель воздушного потока проходит через внутренний контур. Это позволяет несколько повысить «отзывчивость» двигателя на управление и уменьшить его поперечные размеры, благодаря чему силовая установка способна обеспечивать сверхзвуковую скорость полета.
Совокупность удельных параметров
«Разница между двигателями разных поколений проявляется, прежде всего, в их удельных параметрах. Основных параметров несколько: это удельный вес, удельная тяга и удельный расход топлива на килограмм тяги в час. Смена поколений происходит при одновременном улучшении всех этих характеристик. „Изделие 30“ в этом плане можно даже отнести к поколению „5+“, так как этот двигатель создан с учетом отечественного и зарубежного опыта в разработке и эксплуатации двигателей пятого поколения. В СССР, а затем в России таким двигателем было „Изделие 20“. Его планировали установить на разрабатывавшийся корпорацией „МиГ“ истребитель Миг-1.44 МФИ. Затем появилось „Изделие 30“», — рассказал N + 1 Марчуков.
Су-35С
КнААЗ
Су-35С
КнААЗ
Су-35С
КнААЗ
Су-35С
КнААЗ
Удельным весом в авиации принято называть отношение массы двигателя к его полной тяге. Для перспективного «Изделия 30» этот показатель составляет менее 0,1, то есть двигатель способен выдавать более чем в 10 раз больше тяги, чем весит сам. Удельной же тягой называется отношение полной тяги к расходу воздуха двигателем.В двигателе второго этапа для Су-57 разработчики применили ряд новых конструкторских подходов и технологий, благодаря чему «Изделие 30» по удельному расходу топлива примерно соответствует двухконтурному двигателю АЛ-31Ф (670 граммов на килограмм-силы в час в крейсерском режиме), однако превосходит его по показателю удельной тяги. АЛ-31Ф и его варианты являются одними из самых экономичных двигателей для боевых самолетов в мире; такие двигатели ставятся на истребители Су-27, Су-30 и Су-34, а также на китайский истребитель пятого поколения J-20.
Удельный расход топлива в значительной степени влияет на боевые возможности самолета. При равной боевой нагрузке низкий расход дает больший боевой радиус (расстояние, которое самолет может пролететь от точки старта до цели и обратно, включая время, необходимое на выполнение боевой задачи) или бóльшую боевую нагрузку при сохранении боевого радиуса. При сохранении же неизменными радиуса и боевой нагрузки самолету потребуется взять на борт меньше топлива, что сделает массу летательного аппарата меньше и заметно повысит его летные характеристики.
Например, во время Корейской войны 1950-1953 годов в затяжных воздушных боях американские истребители F-86 Sabre и советские МиГ-15 становились более верткими и быстрыми по мере расходования топлива, и с каждой минутой бой становился все более динамичным.
«Удельный расход топлива оппонирует с удельной тягой. Самый лучший расход топлива получается на гражданских двухконтурных двигателях, но у них меньше всего удельная тяга за счет высокой степени двухконтурности. У одноконтурных двигателей — наоборот, удельная тяга высока, но и расход высокий. За счет применения новых конструкций и технологий в «Изделии 30» удельный расход остался на прежнем уровне, но удельная тяга увеличилась», — рассказал Марчуков.
«Изделие 30»
Двигатель поколения «4+» АЛ-41Ф1, пока что устанавливаемый на истребители Су-57, конструктивно похож на АЛ-31Ф и АЛ-41Ф1С, но имеет несколько серьезных отличий. В частности, силовая установка оснащена плазменной системой зажигания и управлением вектором тяги в вертикальной плоскости. По словам Марчукова, система плазменного зажигания встроена в сами топливные форсунки двигателя, благодаря чему зажигание плазменной дуги происходит одновременно с подачей керосина. Помимо прочего, такое техническое решение позволяет избегать факеления, выброса огненного столба из двигателя из-за переизбытка топлива в камере сгорания при запуске.
АЛ-41Ф («Изделие 20»), АЛ-41Ф1 («Изделие 117») и АЛ-41Ф1С («Изделие 117С») — три существенно различающихся между собой двигателя. Первый должен был устанавливаться на советский прототип истребителя пятого поколения Миг-1.44 МФИ, но в связи с развалом СССР в серию не пошел. АЛ-41Ф1 — двигатель, в котором использовались наработки по АЛ-41Ф и АЛ-31ФП. Сегодня он стоит на опытных образцах Су-57. АЛ-41Ф1С — фактически несколько увеличенный в размерах АЛ-31Ф. Этот двигатель производится серийно и устанавливается на Су-35С. В АЛ-41Ф1С, несмотря на схожую конструкцию с АЛ-31Ф, использовано более 70 процентов новых деталей, и значительно улучшены удельные характеристики, а в АЛ-41Ф1 этот показатель достигает 80 процентов.
Российский двигатель пятого поколения получил и электронно-цифровую систему управления с полной ответственностью. Такая система дает возможность устанавливать произвольные законы регулирования двигателя и гибко адаптировать их под различные условия. Это значительно ускоряет время настройки и повышает надежность системы, позволяет быстро вводить изменения. В старых системах управления любое изменение было очень нетривиальной задачей.Если говорить в общем, то электронно-цифровая система позволяет еще больше упростить управление самолетом благодаря тому, что она полностью отвечает за регулирование впрыска топлива, подачу воздуха, зажигание и управление некоторыми другими параметрами работы силовой установки. Благодаря этому от летчика требуется только отдавать управляющие указания.
Двигатель пятого поколения «Изделие 30» будет отличаться от АЛ-41Ф1 повышенной топливной эффективностью и меньшей стоимостью жизненного цикла.
«По сравнению с двигателями четвертого поколения в пятом добавилась возможность крейсерского сверхзвукового движения — для этого двигатель должен обладать изменяемой степенью двухконтурности. Это требование добавило еще один удельный параметр — удельный расход топлива на крейсерском сверхзвуке. Также у двигателя должна быть значительно меньшая заметность в инфракрасном и радиоволновом диапазоне. Это достигается специальной конструкцией сопла и воздухозаборника. Серьезным аспектом нового двигателя является также снижение стоимости жизненного цикла машины — меньше расхода на обслуживание, больше межремонтный ресурс», — рассказал о новых силовых установках Марчуков.
Сопла и лопатки
Для нового двигателя, который будет устанавливаться на истребители Су-57 с середины 2020-х годов, сегодня разрабатывается плоское сопло. Обычно такой аппарат представляет собой две подвижные пластины, установленные на S-образном канале на выходе реактивного двигателя. В частности, так сделано на американском истребителе F-22 Raptor пятого поколения.
Такое сопло, вместе с S-образным каналом скрывающее раскаленные лопатки турбины двигателя, позволяет снизить инфракрасную заметность боевого самолета для систем наблюдения, в том числе и инфракрасных поисково-следящих систем. Однако это же техническое решение вводит дополнительное сопротивление для истекающих газов, из-за чего характеристики двигателя ухудшаются в среднем на 2-3 процента.
Будет ли плоское сопло входить в состав двигательной установки с «Изделием 30» в основе, пока неизвестно. Сегодня этот двигатель испытывают с обычным соплом.
В 2013 году разработчики показали лопатки компрессора высокого давления для двигателя второго этапа, предназначенного к установке на Су-57. Они были изготовлены из алюминида титана — сплава титана и алюминия. В СМИ появлялась информация и о том, что этот же сплав может быть использован для изготовления лопаток турбины низкого давления «Изделия 30». Но позднее все эти работы были приостановлены. По словам Марчукова, алюминид титана не подходит для военного двигателя.
«Лопатки из алюминида титана используются в самых последних ступенях турбины низкого давления на гражданских самолетах, где температура газов относительно низка. Это дает значительную экономию по массе, так как в гражданских двигателях турбины многоступенчатые. В военном двигателе температура газов даже перед турбиной низкого давления значительно выше, и алюминид титана в этих условиях просто неприменим», — пояснил генеральный конструктор ОКБ имени А. Люльки.
Су-27СМ
КнААЗ
Су-27СМ
КнААЗ
Су-27СМ
КнААЗ
Су-27СМ
КнААЗ
«Интерметаллиды вроде алюминида титана не подходят и для лопаток компрессора. Этот материал хрупок, и любая забоина на лопатке чревата ее разрушением. Да и экономия по весу для компрессора получается незначительной», — добавил Марчуков.В целом же разработка «Изделия 30» ведется с применением технологий компьютерного моделирования и симуляций. Благодаря этому полную программу испытаний двигателя планируется завершить с помощью всего десяти опытных образцов.
«У конструктора двигателей Архипа Люльки на столе была огромная логарифмическая линейка, с помощью которой он проводил и проверял расчеты. Но руками все рассчитать невозможно, нужно множество испытаний. И при создании двигателя АЛ-31 было сделано 68 опытных изделий перед тем, как он окончательно обрел свою форму», — рассказывает Марчуков.
Плюс контур, плюс поколение
Параллельно с разработкой двигателя второго этапа для Су-57 конструкторы уже создают и научно-технический задел для двигателей шестого поколения. В первую очередь исследования направлены на улучшение удельных характеристик силовой установки по сравнению с двигателями пятого поколения.
По словам Марчукова, такой проект предусматривает добавление в конструкцию силовой установки третьего внешнего воздушного контура. Благодаря этому можно добиться низкого удельного расхода топлива на крейсерском сверхзвуковом режиме.
Над созданием трехконтурного двигателя работают и в США, в частности, на заводах компании GE Aviation. Американские военные называют свой двигатель адаптивным, поскольку он способен адаптировать некоторые удельные характеристики под текущие параметры полета.
При полете на дозвуковой скорости третий воздушный контур будет открыт. Благодаря этому воздушный поток от вентилятора будет проходить через второй и третий контуры и двигатель будет работать практически как турбовентиляторная силовая установка с большой степенью двухконтурности. В таком режиме силовая установка будет иметь несколько бóльшую тягу и существенно меньшее потребление топлива.
При сверхзвуковом же полете третий контур будет перекрываться полностью, а второй частично, благодаря чему двигатель будет работать уже как силовая установка с низкой степенью двухконтурности.
«Во всем двигателе и во всех его узлах сконцентрированы высокие технологии, множество расчетов и сложностей. Они проявляются по-разному. Например, компрессор двигателя является очень сложной конструкцией с точки зрения аэродинамики, но он относительно прост в используемых материалах и технологиях, так как там нет высоких температур. Турбина, напротив, с аэродинамической точки зрения проста, но лопатки турбины испытывают огромные температурные и механические нагрузки, что требует использования сложных материалов, систем охлаждения и длительных испытаний. Современные двигатели для боевых самолетов могут разрабатывать лишь несколько стран, и конструкторская мысль в них развивается схожим образом», — отметил Марчуков.
Сергей Иванов
nplus1.ru
Часть 2. Двигатель V поколения как объективная реальность
Это были принципиально новые, не опирающиеся на конкретные прототипы, изделия. Некоторые технологии, использованные в двигателе YF119-PW, проходили предварительную отработку на запущенном в серию раньше ТРДДФ F110-PW-229 поколения IV+, но создавались эти технологии именно для AFE.
Российские двигатели V поколения АЛ-41Ф конструкции московского НПО «Сатурн» им. А.М. Люльки и Д30Ф9 пермского ПО «Авиадвигатель» опирались на изделия поколения IV. Причем пермский ТРДДФ, по сути, «вырос» еще из первого Д-30 поколения II. Из-за этого многие эксперты относят эти двигатели лишь к поколению IV++, не обращая особого внимания на суть и объем внесенных изменений.
Использование в качестве базы для двигателя нового поколения серийного изделия поколения предыдущего могло бы позволить быстрее довести их до стадии летных испытаний, если бы они не появились в такое неподходящее время. «Перестройка» привела к полному развалу СССР, и на фоне этого катаклизма провал с их внедрением в серию выглядел уже «мелкой неприятностью», хотя какое разочарование испытали тысячи людей, участвовавших в их создании! Первый полет истребителя Сухой С-37 МФИ состоялся 25 сентября 1997 г., а соревновавшегося с ним 1.42 МФИ конструкции АНПК «МиГ» им. Микояна 29 февраля 2000 г., испытания обоих шли довольно долго, но в серийное производство они так и не поступили.
Американские истребители V поколения должны были получить и принципиально новые двигатели. На фото не пошедший в серию прототип Нортроп YF-23 и его двигатель Дженерал Электрик YF120-GE (GE37)
Фото: G. Brosett // архив автора
Советский и российский истребитель V поколения Сухой С-37 (Су-47) получил двигатели Д30Ф9, которые можно считать глубоким развитием ТРДД еще поколения II типа Д-30. Если смотреть на название, а не разбираться в конструкции
Фото: camoblood.ru
Американцам на испытания и доводку двигателей AFE понадобилось 10 лет – первый серийный F119-PW-100 был собран только в 2000 г. Он значительно отличался от прототипа и имел ограничения по тяге, тем не менее, позволил начать строевую эксплуатацию парка самолетов F-22A и тем самым приступить к последнему и главному этапу доводки самой силовой установки – устранению её дефектов по результатам этой самой эксплуатации.
В ходе испытаний первых российских самолетов V поколения удалось выполнить лишь часть программ, посвященных отработке их силовых установок, но тот опыт, который удалось получить, говорил о том, что эволюционный путь не дает таких быстрых результатов, на которые рассчитывали. Тем не менее, разработка двигателя V поколения в России продолжилась в том же ключе, но с более радикальными переделками. По сравнению с АЛ-41Ф, новый АЛ-41Ф1 имел 80% отличающихся деталей и узлов, появились регулируемый ВНА и широкоходная первая ступень компрессора, внедрили управление по принципу FADEC (с описанными в 1-й части отличиями), даже размеры проточной части и лопаток роторов пришлось увеличить. Как и в американском двигателе, часть сложных сборочных единиц была заменена монолитными деталями. Все это потребовало огромных усилий и капиталовложений не только в силу технической сложности задачи, но и потому, что после длительного периода «сидения без госзаказа» оборонная, в т.ч. и авиационная промышленность Российской Федерации вынуждена была выбираться из «долговой ямы», набрав кредитов, чтобы хоть как-то выжить. Кроме того, она была вынуждена перестраиваться на ходу, «варясь в собственном соку», почти без поддержки государства, к которой так привыкла.
Проблема менеджмента
Разработка двигателя АЛ-41Ф1 (изделие 117) была начата в рамках научно-исследовательской работы (НИР) «Демон» для истребителей IV++ и поколения V в «лихие девяностые». В этой программе главную роль играли институты, ОКБ и заводы, которые были основаны еще в советские годы и уже мели то тяжелое время существенно пострадали и были вынуждены менять свою организационную структуру. Вообще удивительно, что тогда они смогли сделать такой двигатель и в конце 1990-х гг. начать его летные испытания на летающей лаборатории, переоборудованной из МиГ-25.
Это было время реформ по Гайдару и Чубайсу, изобретателям «шоковой терапии» для здоровой экономики. Да, новая форма их существования действительно лучше соответствовала требованиям, которые диктовали условия, в которые промышленность загнали, но она была направлена на экспортные задачи и лишена управляющего административного органа, координирующего такие сложные программы, выполняемые в интересах собственных вооруженных сил.
Головным исполнителем проекта «117» стал филиал НПО «Сатурн» – Научно-технический центр (НТЦ) им. А.М. Люльки, на который приходится примерно 70% объема научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР). Его возглавляет Генеральный конструктор Евгений Марчуков, который является ответственным за общую разработку двигателя. Создание компрессора высокого давления поручено НПЦ газотубостроения «Салют». Опытное производство НПО «Сатурн» изготовило несколько партий деталей, узлов, модулей и комплектных двигателей для испытаний, а также большое количество специального стендового оборудования. В производственном процессе с самого начала участвовало и серийное предприятие – Уфимское моторостроительное производственное объединение (УМПО), которое провело практическую отработку всего пакета необходимых технологий. В НИОКР также принимали участие научные учреждения (прежде всего, Центральный институт авиационного моторостроения – ЦИАМ), а также ОКБ им. П.О. Сухого, для самолетов которого этот двигатель предназначался.
Одной из самых болезненных проблем российской авиапромышленности постперестроечного периода стало разрушение централизованной системы административного управления, что затрудняло координацию усилий организаций-участников в выполнении столь сложных программ. Когда на рубеже 90-х гг. в Кремле сменилась власть, одной из первых ее задач стало восстановление управляемости «сектора реальной экономики», т.е. промышленности. И это оказалось необходимо не только потому, что в здесь для государственной собственности все еще оставалась достаточно велика – без общей координации и частник не очень-то эффективно работал.
Для этого надо было создать внятную и вменяемую систему взаимоотношений с теми частными и полугосударственными предприятиями, которые работали хорошо, и помочь восстановить продуктивный потенциал тем, кто такую способность подрастерял.
Когда президентом России стал Владимир Владимирович Путин и заговорили о «вертикали власти», многие либеральные экономисты предрекали возврат к системе жесткого администрирования, однако этого не произошло. Мы не будем здесь разбирать, чем отличаются созданные для управления «подотраслями» промышленности корпорации от осуществившего в Советском Союзе министерств, обратим внимание лишь на их более узкую направленность. Например, за общую организацию НИОКР в рамках всей программы создания двигателя АЛ-41Ф1, организацию его серийного производства, выполнение Гособоронзаказа и продвижение изделия на внешний рынок осуществляет Объединенная двигательная корпорация (ОДК), тогда как в Министерстве авиапромышленности «советского образца» это был лишь уровень одного главка.
О том, хорошо или плохо ОДК и другие корпорации работают, разнообразные эксперты спорят с момента их появления, приводя в качестве аргументов конкретные факты их успешной деятельности и различных неудач и нарушений. Однако очевидно одно – при всех недостатках такая система лучше её отсутствия. Ведь что было до того все еще хорошо помнят.
В последнее время вновь заговорили о том, что вошедшие в такие корпорации (в т.ч. и в ОДК) предприятия должны получить больше свободы действий, и это позволит привлечь им больше инвестиций. Что же, дополнительные средства – это хорошо. Но орган, который будет направлять деятельность разнородных предприятий в русло конкретного проекта и жестко контролировать их деятельность, в т.ч. финансовую, должен остаться. Иначе все может повториться.
От изделия 117 к изделию 117С
Как же российские моторостроители шли к двигателю V поколения?
Путь этот оказался очень непрост и не только по причинам финансового и менеджерского плана, но и по чисто техническим. Так на двигателе АЛ-41Ф1 не удалось довести цифровую систему с полной ответственностью до такого уровня надежности, который бы позволил отказаться от электронно-гидромеханического дублирования. И на серийном АЛ-41Ф1С (изделие 117С) она вновь появилась, причем аналоговая.
Турбореактивный двухконтурный двигатель АЛ-41Ф1С (изделие 117С) поколения IV+ с форсажной камерой и всеракурсно управляемым вектором тяги «первого этапа» используется на серийном самолете Су-35С и для I этапа испытаний истребителя пятого поколения ПАК ФА
Фото: http://bastion-karpenko.ru
Хорошо это или плохо? Естественно, это дополнительный вес, объем и «лишние» коммуникации. Да, она при выходе из строя основной системы не сможет её заменить в полном объеме и обеспечит лишь выход из боя. Но судя по опыту эксплуатации пассажирских самолетов, полные отказы FADEC – вещь не редкая даже в мирной жизни, а если завтра война?
Заказчик был недоволен величиной межремонтного ресурса – ее удалось увеличить, но ценой ограничения взлетной форсажной тяги с 15000 до 14500 кгс, зато одновременно снизили и массу на 50 кг (это с «тяжелой и старой» системой регулирования), и удельный вес не пострадал.
Несколько ухудшились показатели тяги, отнесенной к площади входного сечения и объему двигателя, но за счет улучшения его газодинамики удалось вновь добиться выхода на сверхзвуковой бесфорсажный крейсерский режим – причем для самолета Су-35 с аэродинамикой поколения IV.
К 2007 г. было построено 7 опытных двигателей АЛ-41Ф1С. Летные испытания прошли на переоборудованном в летающую лабораторию истребителе Т10М-10. В феврале 2008 г. НПО «Сатурн» завершило стендовые испытания двигателя и начало лётные на опытном Су-35, которые завершились 20 февраля 2008 г.
Входящее в состав Объединенной двигателестроительной корпорации России Уфимское моторостроительное производственное объединение (УМПО) 9 августа 2010 г. начало поставки двигателей АЛ-41Ф1С для самолетов Су-35С, строящихся в Комсомольске-на-Амуре и в 2011 г. первые такие истребители поколения IV++ начали поступать в строевые части ВВС РФ. Завод УМПО получил первый заказ на поставку 96 двигателей 117С до 2015 г., на 2015…2020 гг. планируется закупка еще 96 двигателей.
Истребители поколения IV++ Сухой Су 35С серийной постройки имеют двигатели АЛ-41Ф1С
Фото: paralay.com
Война моторов в разгаре
Итак, двигатель АЛ-41Ф1С сделан и выпускается серийно и эксплуатируется в строевых частях на самолете Су-35С, о котором писал НиТ № 8 в 2013 г. Он вышел на этот этап в ускоренном режиме в т.ч. и «с помощью» ограничения на 500 кгс тяговых показателей (как в свое время и американский F119-PW-100). Это несколько снижает летные данные самолета в том виде, в котором он есть сейчас, но ускоряет его отработку и приближает то время, когда самолет обретет полные свои возможности.
Подробные характеристики двигателей АЛ-41Ф1, АЛ-41Ф1С и их зарубежных аналогов по понятным причинам остаются секретными. Обнародованы лишь величины их тяг на взлете, размеры и масса. И из этих данных следует, что российское изделие превосходит американское по такому важнейшему показателю как удельный вес (отношение сухой массы к тяге), а также по отношению тяги к площади поперечного сечения и объему, занимаемому двигателем в фюзеляже.
Но важно не только это. Как мы уже неоднократно говорили на страницах нашего журнала, существенные преимущества российскому истребителю Сухой Т-50 дает легкое, осесимметричное сопло с хорошей внутренней и внешней аэродинамикой, а также способ управления вектором тяги, обеспечивающий его всеракурсное отклонение. Вкупе с удачной компоновкой Т-50 это и является залогом более высоких характеристик российских истребителей в маневренном воздушном бою, роль которого сегодня всё также велика, как и прежде.
Американский истребитель V поколения Локхид-Мартин F 22А имеет и двигатели поколения V
Фото: paralay.com
Вариант двигателя АЛ-41Ф1 – АЛ-41Ф1С («Изделие 117С»)
Фото: paralay.com
Сильной стороной американского двигателя F119-PW-100 традиционно остается ресурс, что при более высокой цене самого двигателя и его ремонта снижает общую стоимость жизненного цикла самолета. Тем не менее, по отношению к отечественным ТРДДФ предыдущего поколения создателям АЛ-41Ф1 удалось существенно продвинуться вперед и в этом направлении. Сегодня серийный двигатель АЛ-41Ф1С имеет взлетную тягу на форсаже 14500 кгс и 8800 кгс без него и при этом его начальный назначенный ресурс достиг 4000 ч, ресурс до 1-го контрольно-восстановительного ремонта (КВР) и межремонтный – 1500 кгс, но это еще предстоит подтвердить в условиях широкой летной эксплуатации.
Для истребителя V поколения Т-50 (ПАК ФА) – Су-57 это двигатель «I этапа», т.е. ему на смену идет изделие этапа II. Именно он должен быть на тех серийных истребителях Су-57, которые предназначены не для войсковых эксплуатационных испытаний, а для строевой службы.
Двигатель II этапа для Су-57 есть!
Рассказывая на страницах журнала «Наука и Техника» о создаваемом в России «Перспективном авиационном комплексе фронтовой авиации», который ныне получил официальное обозначение Су-57, мы говорили, что серийный самолет для достижения проектных характеристик должен получить силовую установку II этапа с двигателями «Изделие 30» поколения V+. То, что самолет Т-50 вышел на летные испытания не с ними, объясняется прозаической причиной их отсутствия на тот момент. Но дело делалось.
Разработка ТРДДФ «30» начата конструкторским бюро АООТ «Люлька-Сатурн», которое является филиалом ПАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» Объединенной двигателестроительной корпорации России. Проектирование было начато под руководством Генерального конструктора предприятия В. Чепкина. Сложность задачи предопределила большой объем научно-исследовательских работ (НИР), которые пришлось сделать, прежде чем приступать к проектированию двигателя в целом и строительству его опытных образцов. Далеко не все они рассекречены, лишь некоторые известны по номерам и основному содержанию, т.к. проходили по «открытым» статьям госбюджета. Это тема «129» – трехступенчатый компрессор низкого давления, «133» – газогенератор (пятиступенчатый компрессор высокого давления – основная камера сгорания – одноступенчатая турбина высокого давления), «135» – системы двигателя и «137» по системам двигателя. Отдельная НИР была проведена по разработке одноступенчатой турбины низкого давления, но ее номер не известны, результаты всех этих по понятным причинам не разглашаются, но общий известен: 11 ноября 2016 г. состоялся первый запуск двигателя на стенде, а 5 декабря 2017 г. он был испытан в воздухе. Для этого этапа испытаний его установили в левой мотогондоле опытного истребителя Т50-2, который был оснащен контрольно-записывающей аппаратурой и превращен в летающую лабораторию. Первый полет продолжительностью 17 минут на Т50-2 ЛЛ выполнил с аэродрома ЛИИ летчик-испытатель ОКБ имени Павла Осиповича Сухого Герой России Юрий Богдан.
Самолет Т50-2, переоборудованный в летающую лабораторию для испытаний двигателей изделие 30 для силовой установки ПАК-ФА II этапа
Фото: topwar.ru
Конструкция двигателя «30» засекречена, лишь немногое о нем известно точно, об остальном пока можно лишь строить предположения.
Двигатель имеет предельно компактную модульную конструкцию. У него всего 10 ступеней ротора, тогда как у F129-PW и АЛ-41Ф1С их 11, а у F135-PW-100 и -400 – 12. Он состоит из трехступенчатого компрессора низкого давления, пятиступенчатого компрессора высокого давления, основной камеры сгорания, одноступенчатых турбин высокого и низкого давления, форсажной камеры, регулируемого сопла с вектором тяги всеракурсного отклонения. На корпусе установлены блок топливной автоматики, коробка приводов агрегатов самолета, устройство отбора давления для питания системы кондиционирования воздуха и других потребителей на борту самолета, а также блок цифровой системы управления, который связан с системами основного управления самолетом, механизацией крыла и шасси самолета.
Это что мы знаем, остальное – предположения. Один из самых спорных моментов – конструкция входного направляющего аппарата и первой ступени компрессора. Есть два противоположных мнения: она полностью заимствовала у изделия 117С и другое – она полностью новая. Сторонники этой точки зрения утверждают, что особенностью двигателя «30» является криволинейная форма лопаток ротора и статора ВНА, ранее отработанная на ТРДД большой двухконтурности для пассажирских и грузовых самолетов.
Входная ступень широкоходного ТРДДФ для истребителя поколения V+ – в некоторых источниках указано, что это стендовый образец экспериментального компрессора, который был использован для создания ТРДДФ «30» – двигателя II этапа для истребителя ПАК ФА / Т-50 / Су-57
Фото: forums.airbase.ru
Там за счет такой формы лопаток удалось улучшить устойчивость работы двигателя как в полете, так и при попадании воды при движении по взлетно-посадочной полосе – у самолета Су-57 воздухозаборники расположены пусть и не так, как у авиалайнера с двигателями под крылом, но все же довольно низко и это требует учитывать такой фактор.
Криволинейная форма также рассеивает отраженный сигнал РЛС и при правильном ее подборе может значительно снизить его интенсивность, уменьшив тем самым расстояние, с которого противник будет способен обнаруживать Су-57 и брать его на сопровождение своим радаром или головкой самонаведения ракеты.
Сопло двигателя «30» также значительно отличается от этого агрегата на АЛ-41Ф1С, поскольку рассчитано на большую тягу. Еще один момент – зубчатая форма кромок как на американском ТРДДФ F135-PW. Она также служит для снижения радиолокационной заметности в своем ракурсе.
Показ новых двигателей разработки «Люлька-Сатурн» мэру Москвы. Считается, что это первый подробный снимок ТРДДФ II этапа для истребителя поколения V+ ПАК ФА / Т-50 / Су-57 – изделие «30». На борту Су-57 механика створок сопла закрыта внешним венцом створок, который является агрегатом самолета
Фото: www.youtube.com
Поставлена задача достичь взлетной тяги на полном форсаже 17500 кгс при сухой массе 1400 кг. Если это удастся, тогда «тридцатка» будет самым совершенным ТРДДФ в отношении удельного веса военный ТРДДФ – этот показатель у него должен быть 0,080 против 0,087 у Пратт-Уитни F135-PW-100 самолета «Лайтнинг» II и 0,111 у более старого, но тоже V поколения F119-PW-100 на «Рапторе».
Необычно высока у него и степень форсирования – 60%, тогда как у F135-PW-100 эта величина равна 34,9%, а у F119-PW-100 – лишь 25,7%. Это означает, что бесфорсажная тяга сравнительно невелика, а коли так, то мал и крейсерский расход топлива. При этом сообщается, что крейсерский режим у самолета Су-57 с двигателями II этапа остается сверхзвуковым, так как без этого самолет не может принадлежать к V поколению.
Можно смело предположить, что такая большая степень форсирования, которая очевидно велика и на полетных режимах, обеспечит Су-57 такие характеристики разгона от крейсерской до боевой скорости, которые недоступны американским истребителям F-22 и F-35. Мало того, с такой тягой следует ожидать и превосходства в максимальном числе М и высоте полета.
Таковы в вкратце цели, которые были поставлены перед создателями двигателя «30» – конструкторским бюро «Люлька-Сатурн» и УМПО. Желающие же ознакомиться с эволюцией современных ТРДДФ подробнее могут посмотреть приведенную ниже таблицу, где сравнение приведено наглядно в цифрах.
Таблица Двигатели истребителей 5 поколения
Долгое время военные не требовали роста этих показателей, т.к. стремление затруднить противнику обнаружение своего самолета локатором заставляло «жаться к земле». Внедрение технологий искусственного снижения радиолокационной заметности изменило тактику применения авиации, она стала гораздо чаще использовать максимальные высоты и скорости, добиваясь значительного роста радиуса действия за счет оптимизации соотношения тяги силовой установки и аэродинамического сопротивления самолета, которое на высоте лучше, чем у земли. И в результате теперь, как и на заре реактивной авиации, скорость и высотность снова становятся решающими показателями и при нанесении удара по наземной цели, и для перехвата бомбардировщика, и даже в маневренном воздушном бою.
Естественно, все преимущества двигателя «30» дадут реальный эффект в виде превосходных летных качеств самолета Су-57 только в случае успешного завершения их испытаний. А до этого еще далеко, и на пути создателей и самолета ПАК ФА, и двигателя для него по-прежнему стоят не только технические, но и организационные препоны.
И самая неприятная из них – внезапное изменение отношения к программе со стороны первых лиц государства, в том числе и выходцев из среды ВВС, а теперь чиновников. Об этом на сайте мы говорили достаточно подробно и повторяться нет нужды, здесь же заметим, что задержка с началом серийного выпуска Су-57 (а 12 заказанных машин для войсковых эксплуатационных испытаний полноценной серией считать нельзя) отразится и на судьбе двигателя «изделие 30».
Сейчас вновь заговорили о беспилотных истребителях как о VI поколении реактивных самолетов этого класса. Оставив в стороне спорность самой этой тенденции, можно смело сказать, что для нового поколения самолетов всегда было нужно и новое поколение двигателей. И если сейчас отказаться от Су-57 с двигателями «30» в пользу этого самого VI поколения в любом его виде, то нужно будет строить совершенно новый самолет с совершенно новой силовой установкой. И процесс этот будет напоминать не запрограммированную на успех планомерную эволюцию, а прыжок через пропасть отсутствующего звена с непредсказуемым результатом.
И еще – колоссальные деньги, которые были вколочены в проектирование, постройку и испытания самолета ПАК ФА и его силовой установки окажутся просто потраченными впустую. Почему? Все просто: не испытания, а строевая эксплуатация нового образца сложной техники и лишь одна она показывает, насколько правильны были решения, заложенные в его основу, куда надо двигаться дальше и стоит ли на эти решения опираться.
Летные испытания ТРДДФ II этапа изделие «30» на превращенном в летающую лабораторию самолете ПАК ФА Сухой Т-50 борт 052
Фото: youtube.com
Напоминаем Вам, что в нашем журнале «Наука и техника» Вы найдете много интересных оригинальных статей о развитии авиации, кораблестроения, бронетехники, средств связи, космонавтики, точных, естественных и социальных наук. На сайте Вы можете приобрести электронную версию журнала за символические 60 р/15 грн.
В нашем интернет-магазине Вы найдете также книги, постеры, магниты, календари с авиацией, кораблями, танками.
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.
Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!
Email*
Подписаться
naukatehnika.com
Плазменный мотор. «Изделие 30» для истребителя Су-57
Российские воздушно-космические силы в 2018 году приняли в опытно-боевую эксплуатацию перспективные истребители Су-57 пятого поколения, а до конца 2019 года планируется принять эти самолеты на вооружение. На первом этапе эти машины будут поступать в войска с «упрощенными» силовыми установками АЛ-41Ф1, похожими на те, что устанавливаются на истребители Су-35С четвертого поколения. С середины 2020-х годов Су-57 получат двигатели уже пятого поколения, больше известные сегодня под обозначением «Изделие 30». Чтобы разобраться в поколениях реактивных двигателей боевых самолетов, особенностях разработки новых силовых установок и перспективах двигателестроения, мы обратились за помощью к генеральному конструктору ОКБ имени А. Люльки и разработчику двигателя пятого поколения для Су-57 Евгению Марчукову.
Предварительная проработка проекта истребителя пятого поколения Су-57 велась с начала 2000-х годов. В 2005 году начался этап проектирования нового российского боевого самолета. Летные испытания проводятся с 2010 года. В целом, информация по проекту перспективного истребителя засекречена. Известно только, что новые самолеты смогут нести во внутренних отсеках вооружения ракеты и бомбы общей массой до 4,2 тонны. Кроме того, истребители будут оснащены восемью внешними точками подвески для авиационного вооружения.
Су-57 будет принят на вооружение в два этапа. На первом этапе в войска начнут поступать боевые самолеты с двигателями АЛ-41Ф1 («изделие 117») — похожие двигатели устанавливаются сегодня на истребители Су-35С. На втором этапе Су-57 получат двигатели уже пятого поколения, сегодня обозначаемые как «изделие 30».
Поколения и контуры
В реактивной авиации условно выделяют пять поколений турбореактивных двигателей. «Родовые» ветки этих силовых установок разделены на боевые и гражданские, и к ним предъявляются совершенно разные требования.
Например, гражданские двигатели должны иметь высокий ресурс и относительно небольшой расход топлива, а их техническое обслуживание не должно быть дорогостоящим, иначе они будут экономически невыгодными в эксплуатации. Значительная часть этих требований для военных авиационных двигателей может быть в той или иной степени принесена в жертву высоким характеристикам — большой скорости полета или наименьшему времени выхода на режим максимальной тяги.
Современные авиационные двигатели состоят из двух частей. Одна из них — внутренний контур, состоящий из газогенератора и сопловой части. В состав газогенератора входят компрессор высокого давления, камера сгорания и турбина высокого давления.
В полете воздух затягивается и немного сжимается вентилятором — самым большим и самым первым винтом по ходу полета. Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом. После сгорания топливной смеси газы из камеры сгорания попадают на турбину высокого давления и вращают ее, а та, в свою очередь, приводит в движение компрессор.
Схема турбовентиляторного двигателя Volvo RM12
После турбины высокого давления газы попадают на турбину низкого давления, приводящую вентилятор. После турбин газовый поток попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя.
Вторая часть военного авиационного двигателя — внешний контур — представляет собой компрессор низкого давления, направляющий аппарат и воздуховод (во многих гражданских двигателях компрессор низкого давления в состав внешнего контура не входит). Во время полета часть немного сжатого вентилятором и компрессором воздуха, не попавшая во внутренний контур, попадает в направляющий аппарат, где тормозится. Из-за торможения давление в воздушном потоке повышается. После этого сжатый воздух поступает в воздуховод, а затем — в сопло и формирует остаток тяги.
В современных турбовентиляторных двигателях гражданских самолетов основная часть тяги — до 80 процентов — формируется вентилятором. В двигателях истребителей бóльшая часть проходящего через двигатель воздушного потока проходит через внутренний контур. Это позволяет несколько повысить «отзывчивость» двигателя на управление и уменьшить его поперечные размеры, благодаря чему силовая установка способна обеспечивать сверхзвуковую скорость полета.
Совокупность удельных параметров
«Разница между двигателями разных поколений проявляется, прежде всего, в их удельных параметрах. Основных параметров несколько: это удельный вес, удельная тяга и удельный расход топлива на килограмм тяги в час. Смена поколений происходит при одновременном улучшении всех этих характеристик. „Изделие 30“ в этом плане можно даже отнести к поколению „5+“, так как этот двигатель создан с учетом отечественного и зарубежного опыта в разработке и эксплуатации двигателей пятого поколения. В СССР, а затем в России таким двигателем было „Изделие 20“. Его планировали установить на разрабатывавшийся корпорацией „МиГ“ истребитель Миг-1.44 МФИ. Затем появилось „Изделие 30“», — рассказал N + 1 Марчуков.
Су-35С
Су-35С
Су-35ССу-35С
Удельным весом в авиации принято называть отношение массы двигателя к его полной тяге. Для перспективного «Изделия 30» этот показатель составляет менее 0,1, то есть двигатель способен выдавать более чем в 10 раз больше тяги, чем весит сам. Удельной же тягой называется отношение полной тяги к расходу воздуха двигателем.
В двигателе второго этапа для Су-57 разработчики применили ряд новых конструкторских подходов и технологий, благодаря чему «Изделие 30» по удельному расходу топлива примерно соответствует двухконтурному двигателю АЛ-31Ф (670 граммов на килограмм-силы в час в крейсерском режиме), однако превосходит его по показателю удельной тяги. АЛ-31Ф и его варианты являются одними из самых экономичных двигателей для боевых самолетов в мире; такие двигатели ставятся на истребители Су-27, Су-30 и Су-34, а также на китайский истребитель пятого поколения J-20.
Удельный расход топлива в значительной степени влияет на боевые возможности самолета. При равной боевой нагрузке низкий расход дает больший боевой радиус (расстояние, которое самолет может пролететь от точки старта до цели и обратно, включая время, необходимое на выполнение боевой задачи) или бóльшую боевую нагрузку при сохранении боевого радиуса. При сохранении же неизменными радиуса и боевой нагрузки самолету потребуется взять на борт меньше топлива, что сделает массу летательного аппарата меньше и заметно повысит его летные характеристики.
Например, во время Корейской войны 1950-1953 годов в затяжных воздушных боях американские истребители F-86 Sabre и советские МиГ-15 становились более верткими и быстрыми по мере расходования топлива, и с каждой минутой бой становился все более динамичным.
«Удельный расход топлива оппонирует с удельной тягой. Самый лучший расход топлива получается на гражданских двухконтурных двигателях, но у них меньше всего удельная тяга за счет высокой степени двухконтурности. У одноконтурных двигателей — наоборот, удельная тяга высока, но и расход высокий. За счет применения новых конструкций и технологий в «Изделии 30» удельный расход остался на прежнем уровне, но удельная тяга увеличилась», — рассказал Марчуков.
«Изделие 30»
Двигатель поколения «4+» АЛ-41Ф1, пока что устанавливаемый на истребители Су-57, конструктивно похож на АЛ-31Ф и АЛ-41Ф1С, но имеет несколько серьезных отличий. В частности, силовая установка оснащена плазменной системой зажигания и управлением вектором тяги в вертикальной плоскости. По словам Марчукова, система плазменного зажигания встроена в сами топливные форсунки двигателя, благодаря чему зажигание плазменной дуги происходит одновременно с подачей керосина. Помимо прочего, такое техническое решение позволяет избегать факеления, выброса огненного столба из двигателя из-за переизбытка топлива в камере сгорания при запуске.
АЛ-41Ф («Изделие 20»), АЛ-41Ф1 («Изделие 117») и АЛ-41Ф1С («Изделие 117С») — три существенно различающихся между собой двигателя. Первый должен был устанавливаться на советский прототип истребителя пятого поколения Миг-1.44 МФИ, но в связи с развалом СССР в серию не пошел. АЛ-41Ф1 — двигатель, в котором использовались наработки по АЛ-41Ф и АЛ-31ФП. Сегодня он стоит на опытных образцах Су-57. АЛ-41Ф1С — фактически несколько увеличенный в размерах АЛ-31Ф. Этот двигатель производится серийно и устанавливается на Су-35С. В АЛ-41Ф1С, несмотря на схожую конструкцию с АЛ-31Ф, использовано более 70 процентов новых деталей, и значительно улучшены удельные характеристики, а в АЛ-41Ф1 этот показатель достигает 80 процентов.
Российский двигатель пятого поколения получил и электронно-цифровую систему управления с полной ответственностью. Такая система дает возможность устанавливать произвольные законы регулирования двигателя и гибко адаптировать их под различные условия. Это значительно ускоряет время настройки и повышает надежность системы, позволяет быстро вводить изменения. В старых системах управления любое изменение было очень нетривиальной задачей.
Если говорить в общем, то электронно-цифровая система позволяет еще больше упростить управление самолетом благодаря тому, что она полностью отвечает за регулирование впрыска топлива, подачу воздуха, зажигание и управление некоторыми другими параметрами работы силовой установки. Благодаря этому от летчика требуется только отдавать управляющие указания.
Двигатель пятого поколения «Изделие 30» будет отличаться от АЛ-41Ф1 повышенной топливной эффективностью и меньшей стоимостью жизненного цикла.
«По сравнению с двигателями четвертого поколения в пятом добавилась возможность крейсерского сверхзвукового движения — для этого двигатель должен обладать изменяемой степенью двухконтурности. Это требование добавило еще один удельный параметр — удельный расход топлива на крейсерском сверхзвуке. Также у двигателя должна быть значительно меньшая заметность в инфракрасном и радиоволновом диапазоне. Это достигается специальной конструкцией сопла и воздухозаборника. Серьезным аспектом нового двигателя является также снижение стоимости жизненного цикла машины — меньше расхода на обслуживание, больше межремонтный ресурс», — рассказал о новых силовых установках Марчуков.
Сопла и лопатки
Для нового двигателя, который будет устанавливаться на истребители Су-57 с середины 2020-х годов, сегодня разрабатывается плоское сопло. Обычно такой аппарат представляет собой две подвижные пластины, установленные на S-образном канале на выходе реактивного двигателя. В частности, так сделано на американском истребителе F-22 Raptor пятого поколения.
Такое сопло, вместе с S-образным каналом скрывающее раскаленные лопатки турбины двигателя, позволяет снизить инфракрасную заметность боевого самолета для систем наблюдения, в том числе и инфракрасных поисково-следящих систем. Однако это же техническое решение вводит дополнительное сопротивление для истекающих газов, из-за чего характеристики двигателя ухудшаются в среднем на 2-3 процента.
Будет ли плоское сопло входить в состав двигательной установки с «Изделием 30» в основе, пока неизвестно. Сегодня этот двигатель испытывают с обычным соплом.
В 2013 году разработчики показали лопатки компрессора высокого давления для двигателя второго этапа, предназначенного к установке на Су-57. Они были изготовлены из алюминида титана — сплава титана и алюминия. В СМИ появлялась информация и о том, что этот же сплав может быть использован для изготовления лопаток турбины низкого давления «Изделия 30». Но позднее все эти работы были приостановлены. По словам Марчукова, алюминид титана не подходит для военного двигателя.
«Лопатки из алюминида титана используются в самых последних ступенях турбины низкого давления на гражданских самолетах, где температура газов относительно низка. Это дает значительную экономию по массе, так как в гражданских двигателях турбины многоступенчатые. В военном двигателе температура газов даже перед турбиной низкого давления значительно выше, и алюминид титана в этих условиях просто неприменим», — пояснил генеральный конструктор ОКБ имени А. Люльки.
Су-27СМ
Су-27СМ
Су-27СМ
Су-27СМ
«Интерметаллиды вроде алюминида титана не подходят и для лопаток компрессора. Этот материал хрупок, и любая забоина на лопатке чревата ее разрушением. Да и экономия по весу для компрессора получается незначительной», — добавил Марчуков.
В целом же разработка «Изделия 30» ведется с применением технологий компьютерного моделирования и симуляций. Благодаря этому полную программу испытаний двигателя планируется завершить с помощью всего десяти опытных образцов.
«У конструктора двигателей Архипа Люльки на столе была огромная логарифмическая линейка, с помощью которой он проводил и проверял расчеты. Но руками все рассчитать невозможно, нужно множество испытаний. И при создании двигателя АЛ-31 было сделано 68 опытных изделий перед тем, как он окончательно обрел свою форму», — рассказывает Марчуков.
Плюс контур, плюс поколение
Параллельно с разработкой двигателя второго этапа для Су-57 конструкторы уже создают и научно-технический задел для двигателей шестого поколения. В первую очередь исследования направлены на улучшение удельных характеристик силовой установки п
cont.ws
ПАК ФА и «изделие 30» — станет ли «Раптор» динозавром?
Для истребителя пятого поколения Т-50 (ПАК ФА) разработан новый двигатель, его называют «изделием 30», опытные образцы построены и проходят испытания. Сейчас ПАК ФА летают на двигателях первого этапа — АЛ-41Ф1 (изделие 117) — это авиационный турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой и управляемым вектором тяги.
Первый испытательный полёт с двигателем «изделие 30» Т-50 совершит в четвёртом квартале 2017 года. Поставки истребителя пятого поколения в войска могут начаться после 2018 года, согласно заявлению, сделанному заместителем Министра обороны Юрием Борисовым 2 февраля 2017 года.
«Изделие 30», как подчеркивают в ОДК, это не модернизация, а полностью новый двигатель пятого поколения. К его основным характеристикам можно отнести новый вентилятор, полностью перепрофилированный компрессор и новую систему управления. В нем «много новшеств, которые в некоторых случаях не имеют и близкого аналога в мире. Мы считаем, что с этим двигателем Т-50 будет еще более прорывным проектом, более тяговооруженным, более совершенным», – сказал представитель корпорации Антон Чечуков.
Двигатель «изделие 30» позволяет развивать сверхзвуковую скорость без использования форсажа, а также имеет полностью цифровую систему управления. От двигателя для Су-35С (изделие 117С) его отличает повышенная тяга, новая турбина и улучшенные характеристики расхода топлива, а также — полностью цифровая система управления.
Новый двигатель добавит ПАК ФА преимуществ по сравнению с конкурентами. Как пишет журнал «Популярная механика», летом 2016 года на вооружение армии США поставлен F-35 Lightning II. Это самолет охарактеризован как более дешевый и не столь «умелый», как F-22 «Раптор», производство которого была закрыто из-за дороговизны, однако 200 штук все же изготовили и они представляют собой серьезных противников в случае боестолкновений.
Раптор — неформальное название велоцирапторов или дромеозавридов — род хищных двуногих динозавров, которые жили в конце мелового периода 83—70 млн лет назад.
Сравнивая нашу и американскую машины, журнал отмечает, что первые версии ПАК ФА были оснащены двумя двигателями с суммарной тягой 30 000 кгс, а суммарная тяга двух Pratt & Whitney F119 «Раптора» — порядка 32 000 кгс. Однако тяга перспективных двигателей нашего истребителя — «изделия 30», на лётных образцах достигла 35 000 кгс, причём изготовитель — ОКБ им. Люльки планировал довести её до 36 000 кгс. Очевидно, двигатели с этими или близкими характеристиками и начнут проходить лётные испытания в 2017 году на летающей лаборатории ПАК ФА.
Состоялся первый запуск двигателя-демонстратора «изделие 30»
При этом у них наилучшие характеристики по скорости отклонения вектора тяги по всем ракурсам, что позволяет самолёту «вертеться волчком практически на месте», в то время как у двигателей F119-PW-100, установленных на «Рапторе», сопла отклоняются лишь по вертикали. Причём со скоростью 20 градусов в секунду, в то время как у ПАК ФА скорость отклонения, по данным «ПМ», составляет 60 град./сек.
«Таким образом, — отмечает журнал, — при максимальной взлётной массе в 37 т, когда ракет на борту у ПАК ФА будет почти в полтора раза больше, чем у F-22, тяговооружённость сравнится с тяговооружённостью «Раптора», а при средней — превысит её почти на 10%». Что касается нового основного самолёта США, однодвигательного F-35 Lightning II, то при весьма ограниченной манёвренности его тяговооружённость составляет всего около 20 000 кгс.
Источник: журнал «Эксперт»
Загрузка…aviation21.ru
В России впервые запустили «изделие 30»
Т-50
КнААЗ
Опытно-конструкторское бюро имени Люльки произвело первый запуск «изделия 30» — двигателя второго этапа для перспективного российского истребителя Т-50 (ПАК ФА). Об этом пишет блог bmpd. Испытания состоялись 11 ноября 2016 года, однако известно об этом стало только сейчас. Первый запуск был признан успешным. Другие подробности об испытаниях пока не известны.
В настоящее время прототипы Т-50 выполняют полеты с помощью модифицированных высокотемпературных турбореактивных двухконтурных двигателей с форсажной камерой АЛ-41Ф1 («изделие 171»). Эти установки созданы на базе АЛ-41Ф1С («изделие 117С») для истребителя Су-35С. Иначе АЛ-41Ф1 называют двигателем первого этапа, поскольку такие установки будут монтироваться на первые серийные истребители Т-50.
Фотография поздравительного плаката к первому запуску «изделия 30»
paralay.iboards.ru
Согласно действующим планам, двигатели АЛ-41Ф1 будут устанавливаться на Т-50 до середины 2020-х годов. Затем уже боевые самолеты получат новые силовые установки, разрабатываемые сегодня под обозначением «изделие 30». Двигатель второго этапа, предположительно, сможет развивать тягу в 107 килоньютонов в крейсерском режиме и 176 килоньютонов в режиме форсажа.Перспективная силовая установка будет отличаться от АЛ-41Ф1 повышенной топливной эффективностью и меньшей стоимостью жизненного цикла. Двигатели АЛ-41Ф1 способны развивать тягу в 86,3 килоньютона и до 147 килоньютонов в режиме форсажа. Силовая установка оснащена плазменной системой зажигания и всеракурсным управлением вектором тяги.
Ранее сообщалось, что в 2017 году начнутся испытания демонстраторов технологий «изделия 30» на самолете — летающей лаборатории. Ожидается также, что в 2018 году разработчики приступят к испытаниям прототипа новой силовой установки, а с 2023-2025 года начнут устанавливать «изделия 30» на Т-50.
Василий Сычёв
nplus1.ru