Испытание изделия 30 пак фа. Основные отличия нового двигателя. Чем новый двигатель поможет новому истребителю

Россия доказала, что способна создавать сложнейшие технические системы, – именно это продемонстрировал первый полет истребителя пятого поколения Су-57 с двигателем «Изделие-30». Разработка данного двигателя не только стала крупной инженерной победой, но и позволила говорить о том, что Россия преодолевает одну из самых негативных тенденций советского самолетостроения.

В среду были опубликованы кадры первого полета истребителя пятого поколения Су-57 (известного как ПАК ФА и Т-50) с новым двигателем «Тип-30» (или «Изделие-30»). Полет продолжительностью около четверти часа совершил накануне шеф-пилот фирмы «Сухой», летчик-испытатель, Герой России Сергей Богдан. Сообщалось, что полет прошел штатно.

Двигатель «Тип-30» для истребителя Су-57 называют полностью новой разработкой. У него много преимуществ, главным из которых стала усиленная тяга при уменьшенном расходе топлива и новые электронные системы.

В результате инженерам удалось увеличивать маневренность самолета. Благодаря этому двигателю самолет сможет совершать длительные полеты на сверхзвуковой скорости без форсажа. Именно отсутствие нового современного двигателя было одним из аргументов тех, кто отказывался называть истребитель Су-57 машиной пятого поколения.

Теперь в правительстве уверены, что успешный полет с новым двигателем «придает дополнительный импульс программе истребителя пятого поколения». «Это доказательство высокого потенциала российского авиастроения, способного создавать высокоинтеллектуальные передовые системы – уникальный планер, инновационная цифровая начинка, новейшие двигатели», – заявил накануне министр промышленности и торговли Денис Мантуров.

Чем новый двигатель поможет новому истребителю

Первый полет Су-57 состоялся еще в 2010 году, но тогда он происходил с двигателем «первого этапа» («Изделие-117») – модернизированной версией двигателя АЛ-41Ф1С от истребителей четвертого поколения Су-35С. Он существенно уступал его американским аналогам.

Новый двигатель – «Изделие-30» – разрабатывался в кооперации всех конструкторских бюро Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК), в частности НПО «Сатурн». При его создании инженеры применили не только новые материалы, но и технологии. В результате появился уникальный компрессор высокого давления.

Одним из российских ноу-хау стала крайне сложная конструкция лопатки турбины. Ее сделали из уникальных жаропрочных никелевых сплавов. Ничего подобного в двигателе первого этапа не было. В американской прессе местный аналог российского двигателя называли «вершиной инженерной мысли».

«Именно новый двигатель должен уместить самолет Су-57 в заявленные характеристики, которые его делают в полной мере истребителем пятого поколения», – подчеркнул в комментарии газете ВЗГЛЯД эксперт в области авиастроения, исполнительный директор портала Aviaport.ru Олег Пантелеев. Собеседник пояснил: по параметрам, во-первых, крейсерского сверхзвука в бесфорсажном режиме и, во-вторых, сокращения заметности в различных диапазонах новинка дает серьезные преимущества по сравнению с двигателем первого этапа.

Дальше начинают работать такие факторы, как повышенные удельные показатели: удельный вес и удельная тяга – все это дает лучшие характеристики с точки зрения того, что специалисты называют «тяговооруженностью». «Один из основных параметров, который характеризует техническое совершенство двигателя для истребителя, – это отношение его тяги к весу. Чем это отношение лучше, тем самолет в целом получается с лучшими характеристиками», – пояснил в комментарии газете ВЗГЛЯД председатель редакционного совета журнала «Авиатранспортное обозрение» Алексей Комаров.

«Этот двигатель отличается тем, что коэффициент его полезного действия должен быть выше, если говорить обывательским языком, – отметил эксперт. – Есть требования по более высокой надежности, по более длительному жизненному циклу. Совокупность этих параметров и характеризует двигатель более нового поколения».

Соответственно, повышается маневренность, есть возможность увеличить полезную нагрузку и так далее. По всем основным характеристикам изделие второго этапа является заметным шагом вперед по сравнению с предыдущим, отмечают специалисты.

Преодолевая негативную традицию

По мнению экспертов, успешные испытания двигателя «Тип-30» позволяют России преодолеть недобрую традицию советского времени. Например, при создании стратегического бомбардировщика М-50 конструкторам так и не удалось довести до кондиции турбореактивный двигатель М16-17, поэтому испытания проводились с двигателем ВД-7, но в начале 1960-х проект досрочно закрыли, как не показавший требуемых характеристик.

«К сожалению, дурной традицией советских времен было недооценивать сложность создания авиадвигателя, – отмечает Олег Пантелеев. – Как правило, мы спохватывались, что нужно сделать новый двигатель, тогда, когда конструкторы самолета уже начинали обещать заказчику новые характеристики. В итоге «двигателистов» в срочном порядке дергали: мол, что вы можете нам предложить, они закладывали повышенные обязательства. Были прецеденты, когда проекты из-за отсутствия подходящего двигателя не взлетали», – рассказал Пантелеев.

С этим соглашается и Алексей Комаров. «Раньше очень многие характеристики двигателей, материалов и так далее получались такими, какими получались. То есть конструкторы что-то закладывали, но дальше был очень важный этап доводки и совершенствования. И в некоторых случаях достичь тех параметров, которые задавались при проектировании, не удавалось», – рассказал он.

«Сейчас наука проектирования ушла сильно вперед, она базируется на мощных компьютерных расчетах и моделировании, – указал собеседник. – И поэтому степень достоверности того, что получится относительно того, что хотели сделать конструкторы, намного выше. Поэтому я предполагаю, что таких провалов не может быть на данном этапе».

«Еще предстоит долго работать»

Первый полет с новым двигателем – очень важный этап, уверен Комаров. «На прототип ставится двигатель уже после того, как он прошел достаточно длительный цикл испытаний и на наземных стендах, и на летающих лабораториях», – подчеркнул собеседник, добавив, что это уже более серьезный прототип.

«Двигатель – одна из важнейших систем, требующих самых больших вложений по деньгам и по времени», – объяснил он. В то же время все равно еще предстоит долго работать, прежде чем он будет полностью готов, указал Комаров.

«Боевая единица, которой является фронтовой истребитель, помимо планера включает элементы, связанные с системой управления оружием, двигатель, систему вооружения. Только когда все эти элементы будут отработаны полностью, можно говорить, что самолет полностью соответствует тому заданию, которое ставилось перед разработчиками, – подчеркнул эксперт. – Пока что на этапе испытаний, на этапе доводки разные системы и подсистемы, в том числе и двигатель, могут еще не соответствовать необходимым параметрам».

Но «первый полет с новым двигателем приближает момент завершения создания всего самолета и систем вооружения. Помимо самолета это и авиационные средства сопровождения, которые впервые применяются на этой машине, и наземные системы, комплексы диагностики и так далее», – указал Пантелеев.

«В общем, для отечественных ВКС это переход на новую ступень. Сейчас с точки зрения двигателя есть уверенность, что все характеристики будут на высочайшем уровне», – резюмировал Пантелеев.

Об этом сообщила пресс-служба Объединенной двигателестроительной корпорации

Сейчас испытываемые образцы ПАК ФА летают на двигателях первого этапа - АЛ-41Ф1 (изделие 117). Это авиационный турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой и управляемым вектором тяги, производства НПО «Сатурн».

«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 сила тяги, новая турбина и улучшенные характеристики расхода топлива, а также - полностью цифровая система управления.

Первый полет, сообщает пресс-служба, состоится в четвертом 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.

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.

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 летных образцах достигла 35 000 кгс, причем изготовитель, ОКБ им. Люльки планировал довести ее до 36 000. Очевидно, двигатели с этими или близкими характеристиками и начнут в 2017 году устанавливаться на ПАК ФА.

При этом у них наилучшие характеристики по скорости отклонения вектора тяги по всем ракурсам, что позволяет самолету «вертеться волчком практически на месте», в то время как у двигателей F119-PW-100 , установленных на «Рапторе», сопла отклоняются лишь по вертикали. Причем со скоростью всего 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 взлетной массе в 37 т (когда ракет на борту у ПАК ФА будет почти в полтора раза больше, чем у F-22) тяговооруженность сравнится с тяговооруженностью „Раптора“, а при средней - превысит ее почти на 10%». Что касается нового основного самолета США, однодвигательного F-35 Lightning II, то при весьма ограниченной маневренности его тяговооруженность составляет всего около 20 000 кгс.

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.

Оптимизация основных параметров приводит к повышению летно-технических характеристик самолета. По разным оценкам, крейсерская сверхзвуковая скорость самолета Су-57 без применения форсажа, обеспечиваемая двумя двигателями с тягой по 11000 кгс, может достигать М=1,5. Наличие сопла с УВТ значительно улучшает маневренность на всех режимах.

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.