Мотор на выбор






Церемония выкатки первого опытного образца среднемагистрального самолета МС-21-300
Источник: Марина Лысцева / fotografersha.livejournal.com

Самолет МС-21 предлагается заказчикам с двумя типами двигателей — российским ПД-14 или американским PW1400G. Такую маркетинговую стратегию российский авиапром применительно к гражданским самолетам использует впервые, хотя предоставление заказчику возможности выбора типа главной силовой установки — это устойчивая тенденция развития мирового авиастроения.

Два и более

Стоимость двигателей составляет 25-30% стоимости гражданского самолета. Траты на их обслуживание и ремонт вносят самый большой вклад в эксплуатационные расходы. Рынок двигателей и их обслуживания не очень связан с рынком собственно самолетов. У крупной авиакомпании зачастую складываются длительные отношения с двигателестроительной фирмой по финансовым и техническим вопросам. Естественно, авиаперевозчики стремятся сохранить это партнерство при переходе на новый тип самолета.

Существенное значение при продвижении самолета на тот или иной рынок имеют и национальная принадлежность и мировой авторитет производителя двигателя. Этот же фактор порой оказывается существенным при получении самолетом зарубежного сертификата типа, который является необходимым условием для выхода на многие рынки.

В результате предложение рынку самолета с двумя или даже тремя типами двигателей стало эффективным способом борьбы за клиента.

Первую успешную попытку вывести на рынок новый самолет с двумя типами двигателей предприняли в Западной Европе. Во второй половине 1960-х годов стало ясно, что разрозненные европейские авиапроизводители проигрывают конкуренцию американцам, и прежде всего компании Boeing. Поэтому в сентябре 1967 года британское, французское и западногерманское правительства договорились о совместной разработке широкофюзеляжного лайнера — 300-местного Airbus 300.

Работы над этим проектом в значительной степени прямо или косвенно финансировались европейскими государствами. На самолете внедрили ряд инновационных технических решений. Например, A300 стал первым в мире двухдвигательным широкофюзеляжным самолетом. За счет этого европейский самолет расходовал существенно меньше топлива, чем его трехдвигательные американские конкуренты. Крыло с улучшенными аэродинамическими характеристиками позволило A300 выходить на крейсерскую высоту быстрее, чем другим пассажирским самолетам того времени.

С целью сокращения сроков разработки и расширения рынков сбыта создаваемый самолет изначально проектировался под существующие двигатели британской Rolls-Royce и американских Pratt & Whitney (PW) и General Electric (GE). Выход Британии из программы уменьшил число вариантов до двух: CF6-50 от GE и JT9D от PW.

Французы, игравшие первую скрипку в панъевропейской программе, использовали ее для развития своего гражданского двигателестроения. Фирма SNECMA стала соисполнителем работ по двигателю CF6. Позже это сотрудничество привело к созданию совместного предприятия CFM International, которое разработало популярный двигатель CFM-56.

А300 поддержали заказами национальные перевозчики Air France и Lufthansa. Программа A300 стала основой для создания компании Airbus.

Успех программы A300 и появление сильного европейского конкурента заставили Boeing все свои новые (B757 и B767) и модернизированные (B747-400) самолеты выводить на рынок с двумя или тремя типами двигателей. Отметим, что B757 стал первым американским самолетом, который поступил в эксплуатацию с неамериканскими (британскими) моторами Rolls-Royce RB211. Интересы стартовых заказчиков Eastern Air Lines (США) и British Airways (Великобритания) перевесили патриотизм американцев.

Единственным самолетом, который изначально планировался к производству только с двигателем CFM-56, стал Airbus A340. Однако рынок взял свое, и последующие версии A340 пришлось оснащать моторами Rolls-Royce.

Зарубежные самолеты XXI века A380, B787 и A350XWB изначально проектировались в расчете на два типа двигателей. Заказчики A380 выбирают между семейством Trent (разработчик — Rolls-Royce) и семейством GP7200 от Engine Alliance, в котором объединились General Electric, Pratt & Whitney, SNECMA и германская MTU.





Покупателям B787 предлагаются либо Trent 1000, либо двигатель из семейства GEnx-1B от General Electric.

И только создатели A350XWB пока продают самолет с одним типом силовой установки — Trent XWB. Однако это стало результатом неспособности договориться по техническим и коммерческим вопросам с GE и PW.

Право выбора

Помня об успехе A300, свой новый среднемагистральный лайнер A320 компания Airbus вывела на рынок в 1988 году с двигателями двух производителей.

Основным мотором стал CFM-56, альтернативным — V2500 совместного предприятия International Aero Engines (участники — Rolls-Royce, Pratt & Whitney и другие).

Свою основную задачу — потеснить Boeing 737 в самом большом сегменте авиационного рынка — A320 успешно выполнил. Американский гигант, чтобы не потерять конкурентоспособность, модернизировал свои 737-е, которые в 1968 году поступили в эксплуатацию с единственным типом двигателя — Pratt & Whitney JT8D. Обновленное семейство, получившее общее наименование B737NG, оснастили двигателями CFM56.

В середине 2000-х годов стало ясно, что семейства A320 и тем более B737 устаревают. На создание принципиально новых машин Boeing и Airbus на фоне ожесточенной гонки в сегменте дальнемагистральных самолетов не решились. Ставка была сделана на ремоторизацию, в результате которой создаются семейства B737MAX и A320NEO.

И тут Airbus оказался в более выгодном положении. A320NEO (New Engine Option — новые варианты двигателей), как самолет более новый, позволяет использовать двигатели с существенно более высокой степенью двухконтурности. Чем она выше, тем экономичнее двигатель. У существующих серийных двигателей этот параметр приближается к 6. Моторы нового поколения имеют степень двухконтурности 8 и выше.

Однако повышение двухконтурности влечет за собой увеличение диаметра двигателя. Для B737 с его малым расстоянием от земли до крыла этот параметр оказался критическим (вспомните приплюснутые мотогондолы этих лайнеров). Без кардинальных переделок самолета на B737MAX можно устанавливать только двигатель CFM LEAP — развитие CFM56.

A320NEO предлагает заказчикам выбор между CFM LEAP и новым Pratt & Whitney PW1100G. Буква «G» говорит о том, что это редукторный двигатель, позволяющий выбрать оптимальное соотношение скорости вращения компрессора в первом контуре и вентилятора — во втором. Эксплуатация первых A320NEO, оснащенных PW1100G, началась в феврале в авиакомпании Lufthansa и показала, что расход топлива сократился более чем на 15%.

Ремоторизация созданных несколько десятилетий назад самолетов позволяет продлить им жизнь, но не решает всех проблем. Для существенного улучшения летных характеристик и, соответственно, экономичности необходимо проектировать самолет и двигатель в одной связке.

Показательный пример: для установки на B737MAX диаметр двигателя CFM LEAP пришлось уменьшить с 1,98 м до 1,76 м, что привело к уменьшению степени двухконтурности с 11 до 9. Разработчики A320NEO смогли вписать PW1100G, имеющий диаметр 2,1 м, в конструкцию самолета. Однако аэродинамика машины, изначально рассчитанная на двигатель диаметром 1,73 м, от такой ремоторизации, как минимум, не улучшилась.

Свои и заморские

Ключевым положением концепции самолета МС-21 было достижение превосходства по эксплуатационной эффективности над существующими и модернизированными самолетами того же класса. Основной вклад в повышение эффективности вносит снижение расхода топлива, которое на МС-21 по сравнению с B737 и A320 составит 22-24%. Это снижение в основном зависит от двух факторов: аэродинамическое совершенство и экономичность двигателей. Однако ни один из этих факторов по отдельности требуемого снижения расхода топлива не обеспечивал.

Аэродинамическое совершенство МС-21 было обеспечено внедрением передовых конструкторских идей, таких как большое удлинение крыла, и новых материалов. При выборе двигателей ставка была сделана на самые передовые зарубежные и отечественные разработки. Принципиальное решение об использовании двух типов двигателей было обусловлено как мировыми тенденциями, так и особенностями российской ситуации.

Российский рынок гражданской авиатехники слишком мал для обеспечения окупаемости программы. Для МС-21 необходимо найти зарубежных покупателей, причем не только среди традиционных заказчиков российских самолетов. В этом контексте двигатель известной западной фирмы рассматривался как входной билет на новые рынки.

Отечественные разработчики гражданских двигателей после кризиса 1990-х годов не могли в сроки, диктуемые программой МС-21, разработать конкурентоспособный мотор. А «Иркут» не хотел «сдвигать вправо» программу, опасаясь потерять конкурентоспособность в случае создания на Западе принципиально нового узкофюзеляжного самолета.

В то же время разработчики МС-21 понимали, что ряд заказчиков и на отечественном, и на зарубежном рынках может сделать выбор в пользу российского двигателя. Более того, на поздних этапах программы МС-21 доля таких заказчиков может существенно вырасти.

Следует отметить важный нюанс, отличающий стратегию создателей МС-21 от подхода западных компаний. Если там возможность установки на самолет нескольких типов двигателей диктовалась в основном рыночными факторами, то в России, не без оснований, со счетов не сбрасывались и политические соображения. Главное среди них — политические и экономические риски, неизбежно сопровождающие кооперацию с Западом. Развитие событий показало, что ставка и на зарубежного, и на отечественного производителя двигателей снизила риски для программы в целом. Бонус такого решения — возможность испытывать российский двигатель на машине, уже полетавшей с зарубежным мотором.

Исследуя иностранные варианты, корпорация «Иркут» вела переговоры со всеми членами большой тройки: Rolls-Royce, CFM International и Pratt & Whitney. Первые две компании, каждая по своим причинам, к 2007-2008 годам от участия в проекте отказались. Сотрудничество с PW продолжилось и оказалось продуктивным. Облик двигателя нового поколения, получившего наименование PW1400G, был определен специалистами «Иркута» и PW в 2007 году.

Нужно отметить и то, что создание самолета в комплексе с перспективным двигателем делает его более совершенным. Заместитель гендиректора Центрального аэрогидродинамического института им. профессора Н. Е. Жуковского, начальник комплекса аэродинамики и динамики полета Сергей Ляпунов подчеркивает: «При проектировании крыла МС-21 тонкая доводка аэродинамики проводилась с учетом форм и размеров мотогондол конкретных типов двигателей, которые предполагается установить на самолет. Это дает МС-21 определенное конкурентное преимущество».

Работы по PW1400G велись по графику, и в 2015 году двигатели для первого самолета были поставлены на Иркутский авиационной завод. С ними МС-21 выполнит первый полет, пройдет летные испытания и поступит стартовым заказчикам. К плановому сроку коммерческой эксплуатации МС-21 PW1400G подойдет в хорошо отработанном виде, поскольку его предшественники PW1100G и PW1500G переболеют «детскими болезнями» на самолетах A320NEO и Bombardier CSeries.

В начале мая компания Pratt & Whitney сообщила, что Федеральная авиационная администрация США сертифицировала двигатель PW1400G.

Самолеты МС-21 с двигателями PW заказаны лизинговой компанией, входящей в систему ГК «Ростехнологии», для передачи авиаперевозчикам группы «Аэрофлот».

В России за основу были взяты наработки «пермского куста». Сегодня это серийный завод «ОДК — Пермские моторы» и конструкторское бюро «Авиадвигатель». В 2000-е годы в Перми выпускали и дорабатывали гражданский двигатель ПС-90 и вели проработки перспективного мотора ПС-12. Однако уже тогда было ясно, что без объединения усилий всех двигателестроителей России в согласованные с программой МС-21 сроки создать мотор нового поколения затруднительно.

Полномасштабная комплексная работа над новым российским двигателем для гражданских и транспортных самолетов началась после создания в 2008 году Объединенной двигателестроительной корпорации. За основу был взят научно-технический и технологический задел, который сформировал «Авиадвигатель», но сама программа создания новейшего двигателя пятого поколения реализуется в кооперации практически всех предприятий ОДК.

Двигатель получил наименование ПД-14. Первое публичное представление проекта состоялось на авиасалоне МАКС-2009. Разработка базового варианта ПД-14 велась с прицелом на сформированный облик самолета МС-21.

При создании ПД-14 задействован весь сформированный в России научно-технологический задел. С участием Всероссийского института авиационных материалов для ПД-14 создано около 20 новых материалов. Для двигателя разработаны 16 новых критических технологий. На его турбинах высокого давления стоят монокристаллические лопатки, работающие при температуре газа до 2000 градусов Кельвина. Благодаря новым пустотелым лопаткам вентилятора из титана удалось повысить коэффициент полезного действия вентиляторной ступени на 5%. Малоэмиссионная камера сгорания из интерметаллидного сплава и звукопоглощающие конструкции из композиционных материалов снижают шум и выбросы вредных веществ.

По сравнению с действующими аналогами удельный расход топлива у ПД-14 снижен на 10-15%, стоимость жизненного цикла сокращена на 15-20%. Показатели шума этого мотора с существенным запасом (на 15-20 дБ) ниже норм Международной организации гражданской авиации, вредные выбросы ниже на 30-45%.

К настоящему времени ПД-14 прошел первый цикл испытания на летающей лаборатории Ил-76. Согласно заявлению управляющего директора «ОДК — Пермские моторы» Сергея Попова, первый вылет МС-21 с двигателями ПД-14 состоится в начале 2018 года. График работ по ПД-14 построен таким образом, что самолет МС-21, испытанный с двигателями PW1400G, станет локомотивом для сертификации пермского двигателя.

В свою очередь, отработка ПД-14 на самолете МС-21 облегчит запланированное создание на его базе семейства газотурбинных установок различного назначения для перспективных самолетов, вертолетов и промышленных энергетических и газоперекачивающих установок.

Константин Лантратов

КоммерсантЪ Business Guide (Авиастроение)

Источник