Для истребителя пятого поколения Т-50 (ПАК ФА) разработан новый двигатель, его называют «изделием 30», опытные образцы построены и проходят испытания. Сейчас ПАК ФА летают на двигателях первого этапа - АЛ-41Ф1 (изделие 117) - это авиационный турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой и управляемым вектором тяги.
Первый испытательный полёт с двигателем "изделие 30" Т-50 совершит в четвёртом 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.
«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 тяга, новая турбина и улучшенные характеристики расхода топлива, а также - полностью цифровая система управления.
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.
Раптор - неформальное название велоцирапторов или дромеозавридов - род хищных двуногих динозавров, которые жили в конце мелового периода 83-70 млн лет назад.
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 лётных образцах достигла 35 000 кгс, причём изготовитель - ОКБ им. Люльки планировал довести её до 36 000 кгс. Очевидно, двигатели с этими или близкими характеристиками и начнут проходить лётные испытания в 2017 году на летающей лаборатории ПАК ФА.
При этом у них наилучшие характеристики по скорости отклонения вектора тяги по всем ракурсам, что позволяет самолёту «вертеться волчком практически на месте», в то время как у двигателей F119-PW-100, установленных на «Рапторе», сопла отклоняются лишь по вертикали. Причём со скоростью 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 взлётной массе в 37 т, когда ракет на борту у ПАК ФА будет почти в полтора раза больше, чем у F-22, тяговооружённость сравнится с тяговооружённостью «Раптора», а при средней - превысит её почти на 10%». Что касается нового основного самолёта США, однодвигательного F-35 Lightning II, то при весьма ограниченной манёвренности его тяговооружённость составляет всего около 20 000 кгс.
(5 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Российские воздушно-космические силы в 2018 году приняли в опытно-боевую эксплуатацию перспективные истребители Су-57 пятого поколения, а до конца 2019 года планируется принять эти самолеты на вооружение.
На первом этапе эти машины будут поступать в войска с «упрощенными» силовыми установками АЛ-41Ф1, похожими на те, что устанавливаются на истребители Су-35С четвертого поколения. С середины 2020-х годов Су-57 получат двигатели уже пятого поколения, больше известные сегодня под обозначением «Изделие 30».
Чтобы разобраться в поколениях реактивных двигателей боевых самолетов, особенностях разработки новых силовых установок и перспективах двигателестроения, мы обратились за помощью к генеральному конструктору ОКБ имени А. Люльки и разработчику двигателя пятого поколения для Су-57 Евгению Марчукову.
Предварительная проработка проекта истребителя пятого поколения Су-57 велась с начала 2000-х годов. В 2005 году начался этап проектирования нового российского боевого самолета. Летные испытания проводятся с 2010 года. В целом, информация по проекту перспективного истребителя засекречена. Известно только, что новые самолеты смогут нести во внутренних отсеках вооружения ракеты и бомбы общей массой до 4,2 тонны. Кроме того, истребители будут оснащены восемью внешними точками подвески для авиационного вооружения.
Су-57 будет принят на вооружение в два этапа. На первом этапе в войска начнут поступать боевые самолеты с двигателями АЛ-41Ф1 («изделие 117») - похожие двигатели устанавливаются сегодня на истребители Су-35С. На втором этапе Су-57 получат двигатели уже пятого поколения, сегодня обозначаемые как «изделие 30».
Поколения и контуры
В реактивной авиации условно выделяют пять поколений турбореактивных двигателей. «Родовые» ветки этих силовых установок разделены на боевые и гражданские, и к ним предъявляются совершенно разные требования.
Например, гражданские двигатели должны иметь высокий ресурс и относительно небольшой расход топлива, а их техническое обслуживание не должно быть дорогостоящим, иначе они будут экономически невыгодными в эксплуатации. Значительная часть этих требований для военных авиационных двигателей может быть в той или иной степени принесена в жертву высоким характеристикам - большой скорости полета или наименьшему времени выхода на режим максимальной тяги.
Современные авиационные двигатели состоят из двух частей. Одна из них - внутренний контур, состоящий из газогенератора и сопловой части. В состав газогенератора входят компрессор высокого давления, камера сгорания и турбина высокого давления.
В полете воздух затягивается и немного сжимается вентилятором - самым большим и самым первым винтом по ходу полета. Затем часть этого воздуха поступает в компрессор и сжимается еще сильнее, после чего попадает в камеру сгорания, где смешивается с топливом. После сгорания топливной смеси газы из камеры сгорания попадают на турбину высокого давления и вращают ее, а та, в свою очередь, приводит в движение компрессор.
Схема турбовентиляторного двигателя Volvo RM12
После турбины высокого давления газы попадают на турбину низкого давления, приводящую вентилятор. После турбин газовый поток попадает в сопло и истекает из него, формируя часть тяги двигателя.
Вторая часть военного авиационного двигателя - внешний контур - представляет собой компрессор низкого давления, направляющий аппарат и воздуховод (во многих гражданских двигателях компрессор низкого давления в состав внешнего контура не входит). Во время полета часть немного сжатого вентилятором и компрессором воздуха, не попавшая во внутренний контур, попадает в направляющий аппарат, где тормозится. Из-за торможения давление в воздушном потоке повышается. После этого сжатый воздух поступает в воздуховод, а затем - в сопло и формирует остаток тяги.
В современных турбовентиляторных двигателях гражданских самолетов основная часть тяги - до 80 процентов - формируется вентилятором. В двигателях истребителей бóльшая часть проходящего через двигатель воздушного потока проходит через внутренний контур. Это позволяет несколько повысить «отзывчивость» двигателя на управление и уменьшить его поперечные размеры, благодаря чему силовая установка способна обеспечивать сверхзвуковую скорость полета.
Совокупность удельных параметров
«Разница между двигателями разных поколений проявляется, прежде всего, в их удельных параметрах. Основных параметров несколько: это удельный вес, удельная тяга и удельный расход топлива на килограмм тяги в час. Смена поколений происходит при одновременном улучшении всех этих характеристик. „Изделие 30“ в этом плане можно даже отнести к поколению „5+“, так как этот двигатель создан с учетом отечественного и зарубежного опыта в разработке и эксплуатации двигателей пятого поколения. В СССР, а затем в России таким двигателем было „Изделие 20“. Его планировали установить на разрабатывавшийся корпорацией „МиГ“ истребитель Миг-1.44 МФИ. Затем появилось „Изделие 30“», - рассказал N + 1 Марчуков.
Су-35С
Су-35С
Су-35С
Су-35С
Удельным весом в авиации принято называть отношение массы двигателя к его полной тяге. Для перспективного «Изделия 30» этот показатель составляет менее 0,1, то есть двигатель способен выдавать более чем в 10 раз больше тяги, чем весит сам. Удельной же тягой называется отношение полной тяги к расходу воздуха двигателем.
В двигателе второго этапа для Су-57 разработчики применили ряд новых конструкторских подходов и технологий, благодаря чему «Изделие 30» по удельному расходу топлива примерно соответствует двухконтурному двигателю АЛ-31Ф (670 граммов на килограмм-силы в час в крейсерском режиме), однако превосходит его по показателю удельной тяги. АЛ-31Ф и его варианты являются одними из самых экономичных двигателей для боевых самолетов в мире; такие двигатели ставятся на истребители Су-27, Су-30 и Су-34, а также на китайский истребитель пятого поколения J-20.
Удельный расход топлива в значительной степени влияет на боевые возможности самолета. При равной боевой нагрузке низкий расход дает больший боевой радиус (расстояние, которое самолет может пролететь от точки старта до цели и обратно, включая время, необходимое на выполнение боевой задачи) или бóльшую боевую нагрузку при сохранении боевого радиуса. При сохранении же неизменными радиуса и боевой нагрузки самолету потребуется взять на борт меньше топлива, что сделает массу летательного аппарата меньше и заметно повысит его летные характеристики.
Например, во время Корейской войны 1950-1953 годов в затяжных воздушных боях американские истребители F-86 Sabre и советские МиГ-15 становились более верткими и быстрыми по мере расходования топлива, и с каждой минутой бой становился все более динамичным.
«Удельный расход топлива оппонирует с удельной тягой. Самый лучший расход топлива получается на гражданских двухконтурных двигателях, но у них меньше всего удельная тяга за счет высокой степени двухконтурности. У одноконтурных двигателей - наоборот, удельная тяга высока, но и расход высокий. За счет применения новых конструкций и технологий в «Изделии 30» удельный расход остался на прежнем уровне, но удельная тяга увеличилась», - рассказал Марчуков.
«Изделие 30»
Двигатель поколения «4+» АЛ-41Ф1, пока что устанавливаемый на истребители Су-57, конструктивно похож на АЛ-31Ф и АЛ-41Ф1С, но имеет несколько серьезных отличий. В частности, силовая установка оснащена плазменной системой зажигания и управлением вектором тяги в вертикальной плоскости.
По словам Марчукова, система плазменного зажигания встроена в сами топливные форсунки двигателя, благодаря чему зажигание плазменной дуги происходит одновременно с подачей керосина. Помимо прочего, такое техническое решение позволяет избегать факеления, выброса огненного столба из двигателя из-за переизбытка топлива в камере сгорания при запуске.
АЛ-41Ф («Изделие 20»), АЛ-41Ф1 («Изделие 117») и АЛ-41Ф1С («Изделие 117С») - три существенно различающихся между собой двигателя. Первый должен был устанавливаться на советский прототип истребителя пятого поколения Миг-1.44 МФИ, но в связи с развалом СССР в серию не пошел. АЛ-41Ф1 - двигатель, в котором использовались наработки по АЛ-41Ф и АЛ-31ФП. Сегодня он стоит на опытных образцах Су-57. АЛ-41Ф1С - фактически несколько увеличенный в размерах АЛ-31Ф. Этот двигатель производится серийно и устанавливается на Су-35С. В АЛ-41Ф1С, несмотря на схожую конструкцию с АЛ-31Ф, использовано более 70 процентов новых деталей, и значительно улучшены удельные характеристики, а в АЛ-41Ф1 этот показатель достигает 80 процентов.
Российский двигатель пятого поколения получил и электронно-цифровую систему управления с полной ответственностью. Такая система дает возможность устанавливать произвольные законы регулирования двигателя и гибко адаптировать их под различные условия. Это значительно ускоряет время настройки и повышает надежность системы, позволяет быстро вводить изменения. В старых системах управления любое изменение было очень нетривиальной задачей.
Если говорить в общем, то электронно-цифровая система позволяет еще больше упростить управление самолетом благодаря тому, что она полностью отвечает за регулирование впрыска топлива, подачу воздуха, зажигание и управление некоторыми другими параметрами работы силовой установки. Благодаря этому от летчика требуется только отдавать управляющие указания.
Двигатель пятого поколения «Изделие 30» будет отличаться от АЛ-41Ф1 повышенной топливной эффективностью и меньшей стоимостью жизненного цикла.
«По сравнению с двигателями четвертого поколения в пятом добавилась возможность крейсерского сверхзвукового движения - для этого двигатель должен обладать изменяемой степенью двухконтурности. Это требование добавило еще один удельный параметр - удельный расход топлива на крейсерском сверхзвуке.
Также у двигателя должна быть значительно меньшая заметность в инфракрасном и радиоволновом диапазоне. Это достигается специальной конструкцией сопла и воздухозаборника. Серьезным аспектом нового двигателя является также снижение стоимости жизненного цикла машины - меньше расхода на обслуживание, больше межремонтный ресурс», - рассказал о новых силовых установках Марчуков.
Сопла и лопатки
Для нового двигателя, который будет устанавливаться на истребители Су-57 с середины 2020-х годов, сегодня разрабатывается плоское сопло. Обычно такой аппарат представляет собой две подвижные пластины, установленные на S-образном канале на выходе реактивного двигателя. В частности, так сделано на американском истребителе F-22 Raptor пятого поколения.
Такое сопло, вместе с S-образным каналом скрывающее раскаленные лопатки турбины двигателя, позволяет снизить инфракрасную заметность боевого самолета для систем наблюдения, в том числе и инфракрасных поисково-следящих систем. Однако это же техническое решение вводит дополнительное сопротивление для истекающих газов, из-за чего характеристики двигателя ухудшаются в среднем на 2-3 процента.
Будет ли плоское сопло входить в состав двигательной установки с «Изделием 30» в основе, пока неизвестно. Сегодня этот двигатель испытывают с обычным соплом.
В 2013 году разработчики показали лопатки компрессора высокого давления для двигателя второго этапа, предназначенного к установке на Су-57. Они были изготовлены из алюминида титана - сплава титана и алюминия. В СМИ появлялась информация и о том, что этот же сплав может быть использован для изготовления лопаток турбины низкого давления «Изделия 30». Но позднее все эти работы были приостановлены. По словам Марчукова, алюминид титана не подходит для военного двигателя.
«Лопатки из алюминида титана используются в самых последних ступенях турбины низкого давления на гражданских самолетах, где температура газов относительно низка. Это дает значительную экономию по массе, так как в гражданских двигателях турбины многоступенчатые. В военном двигателе температура газов даже перед турбиной низкого давления значительно выше, и алюминид титана в этих условиях просто неприменим», - пояснил генеральный конструктор ОКБ имени А. Люльки.
Су-27СМ
Су-27СМ
Су-27СМ
Су-27СМ
«Интерметаллиды вроде алюминида титана не подходят и для лопаток компрессора. Этот материал хрупок, и любая забоина на лопатке чревата ее разрушением. Да и экономия по весу для компрессора получается незначительной», - добавил Марчуков.
В целом же разработка «Изделия 30» ведется с применением технологий компьютерного моделирования и симуляций. Благодаря этому полную программу испытаний двигателя планируется завершить с помощью всего десяти опытных образцов.
«У конструктора двигателей Архипа Люльки на столе была огромная логарифмическая линейка, с помощью которой он проводил и проверял расчеты. Но руками все рассчитать невозможно, нужно множество испытаний. И при создании двигателя АЛ-31 было сделано 68 опытных изделий перед тем, как он окончательно обрел свою форму», - рассказывает Марчуков.
Плюс контур, плюс поколение
Параллельно с разработкой двигателя второго этапа для Су-57 конструкторы уже создают и научно-технический задел для двигателей шестого поколения. В первую очередь исследования направлены на улучшение удельных характеристик силовой установки по сравнению с двигателями пятого поколения.
По словам Марчукова, такой проект предусматривает добавление в конструкцию силовой установки третьего внешнего воздушного контура. Благодаря этому можно добиться низкого удельного расхода топлива на крейсерском сверхзвуковом режиме.
Над созданием трехконтурного двигателя работают и в США, в частности, на заводах компании GE Aviation. Американские военные называют свой двигатель адаптивным, поскольку он способен адаптировать некоторые удельные характеристики под текущие параметры полета.
При полете на дозвуковой скорости третий воздушный контур будет открыт. Благодаря этому воздушный поток от вентилятора будет проходить через второй и третий контуры и двигатель будет работать практически как турбовентиляторная силовая установка с большой степенью двухконтурности. В таком режиме силовая установка будет иметь несколько бóльшую тягу и существенно меньшее потребление топлива.
При сверхзвуковом же полете третий контур будет перекрываться полностью, а второй частично, благодаря чему двигатель будет работать уже как силовая установка с низкой степенью двухконтурности.
«Во всем двигателе и во всех его узлах сконцентрированы высокие технологии, множество расчетов и сложностей. Они проявляются по-разному. Например, компрессор двигателя является очень сложной конструкцией с точки зрения аэродинамики, но он относительно прост в используемых материалах и технологиях, так как там нет высоких температур.
Турбина, напротив, с аэродинамической точки зрения проста, но лопатки турбины испытывают огромные температурные и механические нагрузки, что требует использования сложных материалов, систем охлаждения и длительных испытаний.
Современные двигатели для боевых самолетов могут разрабатывать лишь несколько стран, и конструкторская мысль в них развивается схожим образом», - отметил Марчуков.
Речь идет о двигателе пятого поколения под кодовым названием «Изделие 30», который создавался с учетом российского и зарубежного опыта. Новые силовые установки будут мощнее и дешевле предыдущих. Тяга мотора в 10 раз выше собственного веса.
Евгений Марчуков, генеральный конструктор-директор «ОКБ им. А. Люльки»: «Создание двигателя - это искусство компромиссов, когда стоит задача сделать самый лучший в мире двигатель, а для решения этой задачи собраны лучшие конструкторы мира. каждый из них делает свой узел, но если затем собрать все это воедино - двигатель попросту не будет работать. Нужно где-то что-то убавить, в другом месте прибавить, и от этого выбора зависит очень многое. Создание каждого нового двигателя - это многократный перебор подобных комбинаций».
По словам Марчукова, созданный в РФ двигатель станет ответом спецам, которые раньше нашли у Су-57 «ахиллесову пяту». Ранее, иностранные военные аналитики отмечали высокую радиолокационную заметность истребителя из-за тепловой отдачи мотора. «Изделие 30» будет собрано принципиально иным образом. В агрегат встроят плазменную систему зажигания и управления вектором тяги. Модернизированные форсунки обеспечат зажигание плазменной дуги одновременно с подачей керосина. Это поможет избежать «факеления» - выброса огненного столба из сопла из-за избытка топлива в камере сгорания. Таким образом, заметность истребителя в инфракрасном и радиоволновом диапазоне заметно снизится.
Пока перспективный ТРДДФ «Изделие 30» остается на стадии летных испытаний и проверяется
на опытных самолетах Т-50 / Су-57.
Еще одним важным новшеством «Изделия 30» является изменяемая степень двухконтурности. Двигатель истребителя будет способен адаптироваться под любые условия полета лишь «приказами» летчика. Управлять самолетом станет в несколько раз проще. Важно, что эта функция даст Су-57 возможность крейсерского сверхзвукового движения.
«Изделие 30» будет собрано принципиально иным образом. В агрегат встроят плазменную систему зажигания и управления вектором тяги.
Два этапа
Су-57 будет принят на вооружение в два этапа. На первом этапе в войска начнут поступать боевые самолеты с двигателями АЛ-41Ф1 («изделие 117») — похожие двигатели устанавливаются сегодня на истребители Су-35С. На втором этапе Су-57 получат двигатели уже пятого поколения, сегодня обозначаемые как «Изделие 30».
Удельным весом в авиации принято называть отношение массы двигателя к его полной тяге. Для перспективного «Изделия 30» этот показатель составляет менее 0,1, то есть двигатель будет способен выдавать более чем в 10 раз больше тяги, чем весит сам.
Двигатель пятого поколения под кодовым названием «Изделие 30», который создавали с учетом российского и зарубежного опыта.
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. 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". russianplanes.net
«Изделия 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. 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.
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.
Для нового двигателя создана оригинальная электронно-цифровая система управления. Она принимает данные с множества различных датчиков и следит за работой всех компонентов двигателя.
Планы
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.
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.
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.
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.