Композитная лопатка авиадвигателя сверхбольшой тяги ПД-35

Основная деталь турбины, принимающая на себя весь тепловой удар, – ее лопатка, от ее жаропрочности зависит работа всего двигателя. Как и из чего создают материалы, устойчивые к температурам в тысячу градусов Цельсия?


6 фото

Сегодня стоимость изготовления лопатки для авиационного двигателя сравнима с ценой легкового автомобиля. Ведь для ее создания используют дорогостоящее оборудование и редкие металлы, обладающие столь же редкими физическими свойствами.

Самолеты должны служить не одно десятилетие, при этом оставаясь экономичными и сверхнадежными - любая, даже незначительная поломка, может привести к трагедии.

Одной из самых наукоемких и сложных в изготовлении компонентов газотурбинных двигателей для авиации, морских судов, энергетики является лопатка турбины. Продукцию подобной точности и уровня производят только шесть стран в мире, т.к. она требует сложнейших расчетов при проектировании и очень высокой точности в изготовлении. «Способность государства производить литые охлаждаемые лопатки — показатель высочайшего уровня развития машиностроения».

В рамках реализации проекта по созданию авиадвигателя ПД-35 Объединенная двигателестроительная корпорация Госкорпорации Ростех разработала необходимый элемент ПД-35 – композитную лопатку, сообщил заместитель генерального директора ОДК Валерий Гейкин, который возглавляет направление «Технологии двигателестроения».

Во время работы двигателя внутри турбины температура невероятно высока, огненная струя, вылетающая из реактивного сопла, наглядное тому подтверждение. На входе в турбину еще жарче, и чем горячее газ перед ней, тем мощнее и экономичнее работает двигатель.

Редкие металлы, которые применяют при изготовлении лопаток для авиационного двигателя – это цирконий, молибден, ванадий, бериллий, рений. Средняя стоимость сплава без рения составляет где-то от миллиона до двух миллионов рублей за тонну. Стоимость ренийсодержащего сплава - 12 миллионов рублей за тонну.

Легирующие элементы связываются в виде γ'-фазы обычно содержат алюминий и титан (т.е. Ni3(Al, Ti)). Для получения требуемых жаропрочных характеристик, их объем в сплаве должен быть не менее 60%. Вводя в состав сплава рений (Re) увеличивают на порядок коэффициент диффузии, при введении рутения (Ru) обеспечивается равномерное распределение легирующих элементов, т.е. каждый элемент сплава имеет свое особое функциональное значение.

Достижение заданных параметров двигателя ПД-35 требует разработки порядка 18 критических технологий, среди которых одна из ключевых – лопатка вентилятора из композитов.

В то же время генеральный конструктор предприятия «ОДК-Авиадвигатель» Александр Иноземцев уточнил, что переход от цельной титановой к полой титановой лопатке позволил сократить массу узла на 30%, а использование композитной лопатки даст экономию массы еще на 30%.

Уже собран двигатель с этими лопатками и начаты его стендовые испытания.

Серийное производство лопаток будет налажено на заводе «ОДК-Сатурн». ПД-35 (Перспективный Двигатель тягой 35 тонн) - проект российского перспективного двухконтурного турбовентиляторного двигателя сверхбольшой тяги (тяга на взлёте от 33 до 40 т, диаметр вентилятора - 3100 мм, длина - более 8 м, вес - около 8 т).

Разработка двигателя ПД-35 для перспективных широкофюзеляжных дальнемагистральных самолётов ведётся на основе опыта, полученного при создании двигателя ПД-14 для авиалайнера МС-21.

В проекте задействованы современные технологические решения – композиционные лопатки вентилятора, высокоэффективный компрессор высокого давления, малоэмиссионная камера сгорания, турбина высокого давления с расширенным температурным диапазоном, цифровая система управления.

Также применяются новые материалы и методы производства - аддитивные технологии, ротационная сварка трением, сложнофасонное литье.

Двигателями ПД-35 планируется оснащать китайско-российский широкофюзеляжный дальнемагистральный самолет CR929 и Ил-96-400М.

Источник: