[415x290]
Двигатели пятого поколения будут буквально «сотканы» из нанотехнологий
В 2010 году Уфимское моторостроительное производственное объединение (ОАО «УМПО») приступит к серийному выпуску двигателей для нового истребителя Су-35. На очереди – двигатели пятого поколения, которые будут буквально «сотканы» из нанотехнологий. Об этом говорилось на прошедшем в объединении совещании ведущих специалистов ОАО «УМПО», ФГУП «НПП «Мотор», ИНТЦ «Искра», ГОУ ВПО «УГАТУ», НП «Технопарк авиационных технологий». Современный тренд научно-технического и технологического развития направлен, в первую очередь, на повышение эффективности и получение принципиально новых, недостижимых ранее качеств и свойств техники. Это касается и принципиально новых конструкторских решений, формирующих облик объектов, и новейших материалов, технологий и промышленного оборудования, обеспечивающих качество и требуемые ценовые параметры продукции. В полной мере это относится к одному из важнейших направлений, которое у всех на слуху, – нанотехнологиям и наноматериалам. Внимание к нему обусловлено тем, что традиционные конструкторские и технологические решения уже не обеспечивают создание принципиально новых – прорывных – продуктов, а доводка и «вытягивание» характеристик на базе существующих образцов близки к насыщению и не позволяют достичь столь необходимой конкурентоспособности.
В настоящий момент в России реализуется ряд масштабных проектов, связанных с созданием самолета МС-21 для гражданской авиации, призванного заменить уходящий в историю парк самолетов семейства
Ту-154. Аналогичен по значимости и сложности проект создания истребителя пятого поколения – перспективного авиационного комплекса фронтовой авиации (ПАК ФА), нацеленного на достижение паритета с соответствующими американскими (F-22/F-35) и европейскими (Еврофайтер) военными программами. Формируются похожие проекты по вертолетной технике, беспилотным летательным аппаратам.
Задачи амбициозные, требующие наличия серьезного научно-технического задела и ликвидации отставания, ставшего, увы, реальностью последних 10-15 лет. Для их успешного решения созданы Федеральные целевые программы, в рамках которых ведется финансирование ряда работ и управление проектами. Ключевым направлением является создание и серийное производство газотурбинных двигателей нового поколения, обладающих высоким ресурсом, надежностью, тяговооруженностью и экономичностью, призванных успешно конкурировать с лучшими зарубежными образцами на международном и, что важно, на внутреннем рынках. А тенденция последних лет такова, что не исключены варианты закупки не только западных самолетов, но и установка зарубежных двигателей на вновь проектируемые воздушные суда российского производства. В этой ситуации единственно верным решением является государственная поддержка (Федеральные целевые программы, совместные проекты с ГК «РОСНАНО») и консолидация отечественной авиационной науки и промышленности. В связи с этим научно-технический кластер из ведущих организаций и промышленных предприятий Уфы, объединивших свои усилия – ОАО «УМПО», НПП «Мотор», УГАТУ, РАН ИПСМ, ИНТЦ «Искра», НП «Технопарк авиационных технологий», ООО «УАСТ» - ведёт совместные работы по комплексу наноматериалов, нанотехнологий и высокоточного формообразования, нацеленных на создание и освоение в ОАО «УМПО» серийного производства газотурбинных двигателей нового поколения для гражданской (ПД-14) и военной (ПД ВА) авиации. В выполнение проекта вовлечены федеральные институты ЦИАМ и ВИАМ, а также ОАО «Авиадвигатель», ведущее разработку гражданской машины ПД-14.
Газотурбинный двигатель – сложнейший объект как по конструкторско-технологической размерности, так и по числу инженерных решений и ноу-хау, заложенных в конструкции и производстве. Зонами существенного влияния, определяющими облик двигателя, являются узлы компрессора/вентилятора, камеры сгорания, турбины и сопла. Каждый узел вносит свой вклад в такие важнейшие параметры машины, как вес, ресурс, тяга, эффективность, обеспечение которых является сложнейшим комплексом конструкторско-технологических задач, требуя самых последних достижений науки и техники для успешного решения (см. рис. 1). Отметим, что создание двигателя нового поколения предполагает рост наиболее значимых параметров на уровне 30-40%. Из этого следует, что эволюционным путём достичь подобного повышения невозможно: требуется техническая революция. Именно применением наноматериалов и нанотехнологий, а также новейших методов высокоточного формообразования можно обеспечить требуемые характеристики (см. рис. 2).
Практическое направление совместных работ – модернизация существующего и создание нового производства для изготовления важнейших узлов газотурбинной техники нового поколения на основе методов, обеспечивающих комплексное наноструктурированное состояние материалов и сложное высокоточное формообразование.
Цели совместного проекта:
– Создание специализированного промышленного производства для изготовления узлов авиационных газотурбинных двигателей пятого и шестого поколения военного и гражданского назначения.
– Создание конкурентоспособных изделий на основе разработки принципиально новых конструкционных наноматериалов (в объеме, поверхностном слое и покрытии) и применения новейшей технологии и оборудования для высокоточной обработки и формообразования деталей.
– Продление жизненного цикла вновь изготавливаемого, а также существующего парка газотурбинной техники и энергетических машин на базе применения разработанных технологий нанесения на ответственные детали машин наноструктурированных покрытий.
Основная концепция совместного проекта – комплексное решение, объединяющее высокоточное формообразование и нанотехнологии. Принцип комплексного технологического подхода: в зависимости от назначения детали в изделии и условий ее эксплуатации (температура, нагрузка, среда, ресурс) формируются необходимые наборы и сочетания из трех нанотехнологий:
1) НМ - получение объемных наноматериалов;
2) НФУ - нанофазное упрочнение;
3) НСФП - нанесение наноструктурированных функциональных покрытий;
и двух технологий высокоточного формообразования:
4) ЛСТ - линейная сварка трением, обеспечивающая получение неразъемных ремонтопригодных конструкций типа «Блиск» или моноколесо;
5) СПФ-ДС, сверхпластичное формование – диффузионная сварка, обеспечивающая получение «Широкохордной полой лопатки» (см. рис. 3)

Определены следующие научно-технические задачи развертывания в ОАО «УМПО» новейшего производства:
– Разработка проекта и модернизация производственных корпусов по изготовлению важнейших узлов газотурбинной техники.
– Разработка и изготовление специального технологического оборудования для реализации процессов получения объемных наноматериалов и изделий из них, а также обеспечение НФУ и НСФП в поверхностных и приповерхностных слоях.
– Запуск производства, включая формирование материальных и трудовых ресурсов, отладку технологических процессов.
– Выход производства на проектную мощность в 2012 г. в объеме не менее 1 млрд. руб. в год с ростом к 2015 г. до 2,5 млрд. руб. в год.
– Трансферт полученных результатов в другие отрасли промышленности – нефтегазовое, горнодобывающее, аэрокосмическое и энергетическое машиностроение.
Научно-техническая часть совместного проекта направлена на отработку принципиально новых технологических процессов высокоточного формообразования деталей газотурбинных двигателей, нефтегазового, горнодобывающего, аэрокосмического и энергетического машиностроения с повышенными эксплуатационными характеристиками, благодаря формированию в материалах комплексного наноструктурированного состояния (в объеме детали, ее поверхностных слоях и многофункциональных покрытиях). Формирование наноструктурного состояния в материале создает качественно новое технологическое преимущество – возможность изготовления изделий малозатратными энергоэффективными технологиями за счет резкого снижения температуры деформации. В результате чего в проекте впервые предлагается комбинированный технологический подход, основанный на сочетании двух ключевых составляющих: получение материала в комплексном наноструктурированном состоянии и высокоточное формообразование важнейших деталей компрессора/вентилятора ГТД – блисков и полых лопаток. Это позволяет управлять качеством изделий в зависимости от условий эксплуатации (температура, нагрузка, среда, ресурс) и обеспечить кардинальное повышение долговечности и надежности изделий при снижении их веса. Таким образом, именно сочетание нанотехнологий и новейших технологий (ЛСТ, СПФ-ДС) обеспечит достижение характеристик, присущих облику двигателя нового поколения.
Следует отметить, что ОАО «УМПО» имеет высокую степень подготовки и освоения серийного производства важнейших узлов ГТД нового поколения. Предприятие системно реализует политику технического перевооружения, является лидером отрасли в освоении новейших технологий и создании центров технологической компетенции. Успешное решение поставленных задач укрепит позиции участников проекта и обеспечит ОАО «УМПО» хорошую контрактную перспективу в рамках программ ПД-14 и ПД ВА, а также проектов международной кооперации.
Результатом выполнения совместного проекта станут:
– Разработка и создание уникальных технологий и оборудования, обеспечивающих комплексное наноструктурированное состояние материала ответственных деталей газотурбинного двигателя и сложное высокоточное формообразование.
– Организация уникального серийного производства деталей и узлов газотурбинных двигателей нового поколения.
– Ликвидация технологического отставания и опережение ведущих мировых компаний в области энергетического и авиационного машиностроения (GE, P&W, Snecma, Rolls-Royce, MTU) за счет применения наноматериалов и технологий.
Только серьёзная государственная поддержка в виде Федеральных целевых программ, совместных проектов с ГК «РОСНАНО», а также объединение научно-технического и производственного потенциала ведущих организаций и предприятий Уфы – ОАО «УМПО», НПП «Мотор», УГАТУ, РАН ИПСМ, ИНТЦ «Искра», НП «Технопарк авиационных технологий», ООО «УАСТ» - обеспечит решение важнейшей государственной задачи – серийное производство газотурбинных двигателей нового поколения, обладающих высоким ресурсом, надежностью, тяговооруженностью, экономичностью и конкурентоспособностью с лучшими зарубежными образцами.
А.В. Артюхов,
С.П. Павлинич,
В.Ю. Иванов.