Объективно оценивая ситуацию, определяющую реалии сегодняшней российской экономики, очевидно, что приоритеты должны быть отданы перспективным проектам с высоким уровнем кооперации, направленным не просто на разработку прорывной технологии или продукта, а способным консолидировать производственные объединения для решения задач национального масштаба. Одним из удачных примеров подобной интеграции является Объединенная двигателестроительная корпорация, решение о создании которой было принято Правительством Российской Федерации в 2008 году.
На протяжении десяти лет Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) ведет активную работу с предприятиями корпорации в области разработки, исследований, производства и внедрения материалов нового поколения в конструкцию перспективных газотурбинных двигателей.
Ярким примером слаженной работы может служить реализация при поддержке Президента Российской Федерации проекта по созданию перспективного двигателя ПД-14 (Генеральный конструктор А.А. Иноземцев). Инновационность этого проекта состоит в том, что при разработке ПД-14 удалось получить качественное изменение основных параметров рабочего режима двигателя, в том числе – увеличение степени двухконтурности (в два раза), температуры газа перед турбиной (на 100 К), суммарной степени сжатия в компрессоре (на 20%). Благодаря этому удельный расход топлива снизился на 12%, а экономичность работы двигателя и соответствие экологическим параметрам значительно повысились. Все это удалось обеспечить благодаря применению 20 новых материалов ВИАМ и более 50 доработанных серийных марок материалов.
В частности, в конструкции перспективного двигателя ПД-14 внедрены супержаропрочные монокристаллические никелевые рений-рутенийсодержащие сплавы для рабочих и сопловых лопаток с высокоресурсными жаростойкими и комплексными теплозащитными покрытиями (ТЗП); высокопрочные конструкционные стали и деформируемые никелевые и титановые сплавы нового поколения для валов, дисков и корпусов; перспективные полимерные композиционные материалы нового поколения и др. Применение инновационной продукции отечественных материаловедов обеспечивает не только надежность, но и высокие эксплуатационные характеристики ПД-14, обеспечивая его конкурентоспособность на мировом рынке.
Впервые в отечественной инженерной и технологической практике сконструирована и изготовлена мотогондола ПД-14 из отечественных полимерных композиционных материалов, которые обеспечили снижение массы конструкции при сохранении требуемых упруго-прочностных свойств, в том числе высоких ударной вязкости и стойкости к климатическим факторам.
В результате проведенных в ВИАМ исследований создано новое поколение высокодеформативных теплостойких связующих, полимерных композиционных и функциональных материалов, обладающих высоким уровнем физико-механических и эксплуатационных характеристик.
Применение технологий изготовления деталей и узлов мотогондолы двигателя из ПКМ обеспечило снижение их массы не менее чем на 20% (по сравнению с деталями и узлами из алюминиевых сплавов). В свою очередь это позволило повысить весовую эффективность и ресурс, уменьшить более чем на 25% трудоемкость и энергоемкость изготовления деталей и узлов из ПКМ, снизить материалоемкость производства не менее чем на 15% по сравнению с традиционными технологиями изготовления деталей и узлов из ПКМ.
Кроме того, методом аддитивных технологий из отечественной металлопорошковой композиции в ВИАМ была изготовлена «боевая» деталь двигателя ПД-14 – завихритель фронтового устройства камеры сгорания, полностью отвечающая требованиям конструкторской документации.
Необходимо отметить, что технологический цикл составил всего шесть дней при стопроцентном выходе годного, тогда как традиционный технологический цикл – литье по выплавляемым моделям – составляет 60 дней при выходе годного 40%. При этом производительность труда была увеличена в десять раз.
Важнейшей для отечественного двигателестроения является задача по созданию семейства авиационных двигателей большой тяги в диапазоне от 25 до 50 тс на базе унифицированного газогенератора ПД-35. Ее решение обеспечит возможность дальнейшего развития дальнемагистральной гражданской и военной авиации России. Предприятия АО «ОДК» уже сегодня приступили к реализации этого проекта, совместно с ведущими институтами отрасли. Головным разработчиком двигателя ПД-35 является АО «ОДК-Авиадвигатель».
Разработка нового конкурентоспособного двигателя предусматривает освоение новых «критических» технологий, необходимых для существенного повышения параметров двигателя, снижения массы, выполнения более жестких экологических требований, достижения высоких показателей надежности и эксплуатационной технологичности.
В этом проекте ВИАМ отвечает за создание принципиально новых конструкционных высокотемпературных металлических, интерметаллидных, композиционных, керамических, естественно-композиционных, функциональных материалов и технологий изготовления крупногабаритных полуфабрикатов и деталей. Важнейшей составляющей этого проекта являются технологии создания широкохордной лопатки вентилятора из ПКМ, легких лопаток из интерметаллидных титановых сплавов.
Ключевую роль в разработке нового двигателя должны сыграть аддитивные технологии. В данной области специалистами ВИАМ накоплен богатый опыт. К слову, наш институт является стратегическим партнером ОДК в реализации стратегии корпорации по внедрению аддитивных технологий.
В частности, среди наиболее важных достижений ВИАМ в области аддитивных технологий отмечу создание замкнутого цикла аддитивного производства деталей сложных технических систем. Он включает производство расходуемой шихтовой заготовки, получение мелкодисперсных металлопорошковых композиций отечественных сплавов (в том числе на основе титана, никеля, железа, кобальта, алюминия) и разработку технологий селективного лазерного спекания (SLS) деталей из них с последующей газостатической обработкой. Возможность проведения полного цикла исследований создает условия для перехода к выпуску продукции, обеспеченной полным комплектом необходимой научно-технической документации. Имеющаяся база позволяет организовать в ВИАМ серийное малотоннажное производство металлопорошковых композиций с последующей их сертификацией для ведущих моторостроительных предприятий. В институте спроектирован и изготовлен промышленный атомизатор с бестигельной плавкой: тем самым решается задача изготовления титановых и интерметаллидных металлопорошковых композиций.
К настоящему времени для предприятий ОДК аддитивными методами выпущено более 500 деталей, причем все они изготовлены из отечественных материалов.
Еще одним успешным примером работы ВИАМ в области аддитивных технологий является разработанный прототип малоразмерного газотурбинного двигателя для беспилотного летательного аппарата. Изделие стало первым отечественным авиадвигателем, полностью «напечатанным» на 3D-принтере, причем он появился у нас всего на год позже, чем аналогичное изделие General Electric. Успешная реализация этого проекта позволила перейти к созданию линейки МГТД тягой до 150 кгс. Работа проводится совместно с ОКБ им. М.П. Симонова при поддержке Фонда перспективных исследований.
Хочу особо подчеркнуть решающий вклад исследователей, специалистов и всего коллектива ВИАМ в определение вектора развития отечественных аддитивных технологий, формирование научно-технического задела в этой области и создание предпосылок для перехода на качественно новый уровень организации научного и производственно-технологического развития аддитивных технологий в соответствии с мировыми тенденциями.
Подводя итог, могу с уверенностью сказать, что совместными усилиями специалистов ВИАМ и ОДК мы сможем реализовать прорывные для нашей двигателестроительной отрасли проекты, существенно повысить конкурентоспособность выпускаемой отечественной продукции на внутреннем и зарубежном рынках.
"Инженерная газета" №4 (4 апреля 2018 г.).