Россия входит в пятерку стран мира, которые имеют компетенции полного цикла проектирования, производства и сервисного обслуживания авиационных двигателей. Ключевая роль в этом принадлежит специалистам Объединенной двигателестроительной корпорации Госкорпорации Ростех, которым удалось не только сохранить классическую инженерную школу, но и усилить ее современными технологиями. Это вывело отечественные двигатели на новый уровень. Сегодня линейка самолетных двигателей ПД-14, ТВ7-117СТ-01/02, АИ-222-25, ПД-8 и вертолетных ВК-650В, ТВ7-117В, ВК-2500 — пример того, как наследие объединяется с новыми компетенциями.
Как рождается авиационный двигатель — в материале «Суверенной экономики».
Сердце из огня и металла. На что способен авиационный двигатель
От обычного воздуха к сжатому
Все начинается с воздухозаборника — он формирует ровный поток и направляет его в компрессор, где начинают работать лопатки. Они сжимают воздух до максимума, в то время как растут давление и температура. После этого уже сжатый воздух поступает в камеру сгорания.
Контролируемый огонь
Как мы знаем из школьных уроков химии, когда углерод или водород вступает в реакцию с кислородом, то возникает пламя. То же самое происходит и в камере сгорания в двигателе. К сжатому воздуху подается топливо. Температура в получившемся газе подскакивает до 1500 °C. Раскаленные газы «ударяют» в турбину, раскручивая ее с бешеной скоростью, а затем выходят через реактивное сопло.
Тяга и мощность двигателя
Реактивное сопло в авиационном турбодвигателе преобразовывает тепловую и потенциальную энергию в кинетическую: газ ускоряется и вылетает наружу с высокой скоростью. Тогда-то самолет и получает импульс вперед. Именно от величины тяги двигателя и зависит скорость самолета.
«Еще одной характеристикой авиационного турбореактивного двигателя, которая определяет стоимость эксплуатации, является ресурс. Он обеспечивается конструкцией элементов двигателя и используемыми материалами для изготовления основных узлов и их деталей. Но самыми важными характеристиками двигателя являются надежность и безопасность. Если не будут обеспечены эти характеристики, двигатель невозможно будет эксплуатировать», — отметила руководитель конструкторского отдела САПР ОДК-Салют (входит в Ростех) Ирина Марченко.
В турбовинтовых двигателях, которые применяются в региональной авиации, например, у ТВ7-117СТ-01 основной характеристикой является не тяга, а мощность. Дело в том, что в отличие от турбореактивных вырабатываемая двигателем энергия не вырывается наружу через сопло, обеспечивая тягу, а передается воздушному винту самолета, который, приходя в движение, и обеспечивает необходимую тягу для взлета. В данном случае задача турбовинтовых двигателей создать необходимую мощность.
Похожий принцип работы и у вертолетных двигателей ВК-650В, ТВ7-117В, а также семейства ВК-2500. Они являются турбовальными. Их основной характеристикой также является мощность, которая для приведения в действие винтов передается трансмиссии вертолета через выводной вал двигателя.
Условия работы двигателя
Работа авиадвигателя осуществляется на грани физических возможностей материалов. Основные узлы постоянно находятся под давлением. Элементы конструкции камеры сгорания и лопатки турбины работают при температурах, превышающих градус плавления металла, из которых они изготовлены. Дополнительный фактор — центробежные нагрузки. Вал двигателя, на котором расположены компрессор и турбина, испытывает нагрузку от сил растяжения. И все это — штатная работа. Отказ любой детали может вывести из строя весь двигатель.
«Чтобы обеспечить заданный ресурс работы и стойкость к высоким температурам, лопатки турбины изготавливают из жаропрочных материалов. Для этого используются жаропрочные сплавы металлов, также проводятся исследования по изготовлению покрытий лопаток турбины из специализированных керамических материалов», — заявила Ирина Марченко.
Еще один уровень защиты авиадетали — охлаждение:
- Охлаждение изнутри — когда по внутренним каналам лопаток пускают холодный воздух, что работает как маленький вентилятор;
- Охлаждение снаружи — часть холодного воздуха выходит через маленькие отверстия на поверхности лопатки, а затем формирует «пленку» на детали, снижая нагрев.
От идеи к чертежу, от чертежа — к металлу
Разработка авиадвигателя начинается задолго до появления металла в цехе или даже чертежа у инженера ОДК (Ростех). Процесс стартует с формулирования концепции и того, что должен «уметь» двигатель: какой тяги нужно достичь, на какой высоте и при каких скоростях должен летать самолет, какие размеры и вес силовой установки нужно соблюсти.
«На основании требований формируется концепция двигателя, которая определяет из каких узлов с какими характеристиками этих узлов будет состоять новый двигатель. При создании концепции двигателя учитывается имеющийся опыт разработки и научно-технический задел», — отметила Ирина Марченко.
Следом идет проектирование: создаются математические модели элементов и узлов конструкции, многократно проводится расчетная проверка предложенных решений и многое другое. Такой многоступенчатый процесс необходим. Каждый шаг перепроверяют несколько раз — все решения должны быть выверены, ошибки нельзя допустить при создании «сердца» самолета.
Для примера возьмем проработку турбины:
Шаг 1. С помощью газодинамических расчетов проверяют, насколько эффективно турбина превращает энергию горячего газа во вращение колеса;
Шаг 2. Затем инженеры смотрят, как сильно газ давит на действующие элементы турбины;
Шаг 3. Далее происходит измерение температуры в турбине — важно добиться ее равномерного распределения, чтобы не было перегрева в отдельных местах;
Шаг 4. В финале проверяют выдержит ли вся конструкция давление, температуру и центробежные нагрузки.
На основе всех этих расчетов конструкторы решают, как улучшить работу всех элементов. Только совмещение расчетов позволяет делать выводы о деталях — выдержат они нагрузку при реальной работе двигателя или нет.
Лишь после того, как базовая конструкция сформирована, производство подготовлено, начинается изготовление опытных образцов двигателя. Они проходят серию стендовых и летных испытаний, в том числе и в составе самолета.
Как отметила Ирина Марченко, сегодня и в ОДК, и в Ростехе в целом внедряются виртуальные испытания и технологии цифровых двойников. Это разработка точных 3D-моделей двигателя, которые показывают, как он будет вести себя при разных нагрузках. Такие методы позволяют находить и устранять проблемы еще до момента сборки настоящего изделия. Конечно, это значительно сокращает количество реальных испытаний и ускоряет изготовление двигателя.
Почему авиадвигатели производят не на авиазаводах
В мировой практике двигателестроение выделилось в самостоятельную отрасль. Выпуск таких «моторов» требует совершенно иных технологий и компетенций. За счет узкой специализации достигается высочайший профессионализм персонала. А стандарты качества в этой сфере одни из самых строгих в промышленности. Это также делает возможным изготовление авиадвигателей для различных летательных аппаратов в одном месте. А к качеству работ на производствах ОДК предъявляются строжайшие требования.
Нельзя сказать, что у двигателя есть самые сложные и критичные детали. Они все важны и уникальны. Руководитель конструкторского отдела САПР считает, что правильно говорить, что есть компоненты, которым надо уделять особое внимание. Ведь если что-то сломается в процессе работы, то конструкция полностью выйдет из строя.
«Например, представьте себе, что будет, если сломается подшипник или лопатка турбины? Подшипники очень важно правильно подобрать конструктору при проектировании и учесть все нагрузки, которые они испытывают во время работы двигателя. Что касается лопатки турбины, нетрудно догадаться, что при их проектировании будут задействованы множество специалистов. Каждая операция проходит жесткий контроль. На производство партии лопаток уходит примерно четыре месяца», — подчеркнула Ирина Марченко.
После выхода в августе 1912 года императорского Указа об учреждении Авиационного штаба в Москве был открыт первый специализированный моторостроительный завод «Гном» (ныне — ОДК-Салют). По лицензии французской фирмы на нем собирали самые мощные двигатели той поры — поршневые звездообразные моторы «Гном». На заре авиации их устанавливали на самолеты «Ньюпор» и «Фарман».
Россия внесла значимый вклад в развитие мировой авиации. И за каждым достижением стоит конкретная фамилия — Сикорский, Климов, Ильюшин, Микоян, Сухой, Люлька, Кузнецов.
Опыт легендарных конструкторов — молодому поколению
В российском двигателестроении действует отлаженная система наставничества, целевого обучения и внедрения современных технологий в образовательный процесс. Наставниками становятся квалифицированные специалисты ОДК – конструкторы, инженеры, мастера. Они помогают осваивать профессиональные навыки и погружаться в тонкости работы недавним выпускникам вузов и новым сотрудникам, адаптироваться к реальным задачам и развивать технические компетенции, осваивать новые навыки уже действующим специалистам, отметила заместитель директора Производственно-учебного центра ОДК-Салют Алла Коваленко.
Также на предприятиях ОДК реализуется образовательно-профессиональный трек «Крылья Ростеха». Он объединяет усилия предприятий ОДК — с ведущими техническими университетами по подготовке инженеров нового формата. Студенты-целевики учатся по усиленной программе, в которую включено 3D-моделирование и 3D-печать, программирование, робототехника, технология искусственного интеллекта, технический английский язык и промышленный дизайн, а также практика на предприятиях ОДК и стажировки в ведущих зарубежных вузах. Так студенты параллельно с изучением основ двигателестроения на первых курсах получают навыки рабочих профессий — фрезеровщика и токаря, чтобы лучше понимать процесс создания деталей авиадвигателей. Целевики участвуют в разработке конструкторской документации, создают 3D-модели деталей и узлов, проводят конструкторские расчеты.
Эти механизмы помогают в подготовке квалифицированных специалистов, способных развивать авиадвигателестроение на основе богатого исторического наследия и использования новых технологий.
Новая высота. Перспективные проекты и рекорды корпорации
Главная задача, стоящая перед отраслью, заключается в обеспечении технологического суверенитета России. Для ее выполнения ОДК (Ростех) создает линейку полностью отечественных авиационных двигателей всех сегментов мощности для пассажирских и транспортных самолетов и вертолетов. На предприятиях корпорации уже созданы двигатели для пассажирских самолетов:
- ПД-8 для ближнемагистральных лайнеров «Суперджет»;
- ПД-14 для среднемагистральных МС-21-310;
- ТВ7-117СТ-01 для региональных Ил-114-300.
Также разрабатывается ПД-35 для дальнемагистральных самолетов, эта силовая установка будет базовой для перспективного семейства двигателей в диапазоне тяги от 24 до 38 тонн, отмечают в ОДК. Корпорация расширяет линейку двигателей и для вертолетов. В декабре 2024 года был получен сертификат типа на двигатель ВК-650В для легких вертолетов. До этого в данном классе использовали только зарубежные решения.
Как рассказал управляющий директор ОДК-Салют (Ростех) Алексей Громов, добиваться таких высоких результатов инженерам удается благодаря внедрению новых технологий и материалов, которые делают двигатели мощнее, экономичнее и экологичнее. Для этого за последние 15 лет по заказу корпорации разработано более 40 материалов нового поколения, многие из которых уже используются для производства двигателей ПД-14 и ПД-8.
Одно из перспективных направлений — создание гибридных силовых установок. Это комбинация газотурбинного и электрического моторов. Подобные решения направлены для создания БПЛА. Сейчас специалисты ОДК создали установку мощностью 500 кВт. Они также работают над созданием линейки гибридных и электрических силовых установок для конвертопланов, аэротакси и самолетов с вертикальным сверхкоротким взлетом и посадкой.
Небо ждет
ПД-14 — первый авиационный двигатель нового поколения, созданный в современной России. Он получил сертификат типа в 2018 году, и устанавливается на самолетах МС-21-310. При его разработке конструкторы ОДК разработали и внедрили 16 новых технологий: были созданы новые материалы, покрытия и конструктивные решения.
ПД-8, разработанный на рыбинском предприятии ОДК-Сатурн, импортозаместит иностранные силовые установки на ближнемагистральных самолетах «Суперджет». Сейчас он проходит сертификацию. В марте 2025 года опытный образец самолета совершил первый полет с отечественной силовой установкой. Корпорация уже готова обеспечить серийное производство ПД-8 и уже сертифицированного ВК-650В, который проходит испытания в составе вертолетов «Ансат».
ВК-650В создан на предприятии ОДК-Климов и предназначен для вертолетов легкого класса «Ансат» и Ка-226Т. Его можно использовать и в других летательных аппаратах взлетной массой до 4 тонн. По сравнению с зарубежными аналогами ВК-650В обладает большей взлетной мощностью и лучшими удельными характеристиками, подчеркивают в корпорации.
Проекты будущего
Сейчас ОДК (Ростех) продолжает работу над базовым двигателем ПД-35 для широкофюзеляжных и дальнемагистральных самолетов. Создан двигатель-демонстратор технологий ПД-35. Выполнено более 50 успешных запусков двигателя-демонстратора технологий на самом большом открытом стенде в России. Сейчас специалисты ОДК-Авиадвигатель приступили ко второму этапу его испытаний, где оценят работу деталей и узлов двигателя.
Вместе с этим идет большая работа по подготовке кадров. В рамках трека «Крылья Ростеха» ОДК «выращивает» 1192 инженера — они обучаются по целевой квоте. Первый выпуск трека «Крылья Ростеха» состоится уже в феврале 2026 года.
Так отрасль одновременно развивает собственные технологии и формирует свою базу высококвалифицированных специалистов, которые продолжат дело сегодняшних конструкторов и технологов. Благодаря преемственности поколений и опыта новые кадры будут не только поддерживать изменения, но продвигать отечественную инженерную школу вперед, создавая новые надежные авиационные двигатели.
СУВЕРЕННАЯ ЭКОНОМИКА
2025