Двигатель ПД-30

1.Отсутствие отечественных ГТД в классе тяги 30 тс. 2.Перспектива применения двигателей тягой ~30 тс на новом тяжелом дальнем транспортном самолете- модификации самолета Ан-124, серийно производящегося на ЗАО « Авиастар- СП» (г. Ульяновск). 3.Наличие проектно-конструкторского и технологического задела по базовому газогенератору на ОАО «Кузнецов», достаточного для существенного снижения технического риска, стоимости НИОКР и освоения серийного производства. 4.Наличие НТЗ по редукторам для передачи большой мощности, широкохордной пустотелой лопатке вентилятора, малоэмиссионной камере сгорания. Двигатель ПД-30. Основания для разработки

Продольный разрез двигателя ПД-30 Широкохордная пустотелая лопатка вентилятора Редуктор Модифицированный газогенератор на базе газогенератора серийно выпускаемого двигателя НК-32 Малоэмиссионная камера сгорания Использование НТЗ позволяет существенно снизить риски и сроки реализации этапов разработки, доводки и постановки на серийное производство двигателя ПД-30, а так же снизить возможный объем финансирования, поскольку используются уже доведенные наиболее нагруженные узлы двигателя, (КСД, КВД, камера сгорания, ТВД, ТСД)

Обоснование использования редуктора на двигателе ПД-30 Редуктор i=2,77 КНД ТНД Принятые условия и ограничения: -использование модифицированного базового газогенератора НК-32; - окружная скорость вентилятора не выше 340…350 м/с, что позволяет обеспечить перспективные нормы по шуму; - снижение стоимости изготовления двигателя. Обоснование использования редуктора. 1. В безредукторной схеме при уменьшенных в 2,77 раза частотах вращения КНД и ТНД число ступеней этих узлов увеличится с 3-х до 5…6. Это приведет к увеличению трудоемкости и стоимости изготовления, поскольку лопаточные узлы являются наиболее трудоемкими. 2. В безредукторной схеме использование базового газогенератора НК-32 невозможно. Потребный крутящий момент на валу турбины НД более чем в 4 раза должен превосходить крутящий момент на валу турбины НД базового двигателя, что потребует не реализуемого увеличения диаметра вала турбины НД на 60%.

Двигатель ПД-30. Основные параметры Параметр Режим макс. взлетный. взлетныйотрывкрейсерский Высота полета, км (по ТЗ) (11) Число Маха (по ТЗ) 000,24 (24)0,76 (0,76) Коэффициент восстановления давления на входе 1,0 Температура наружного воздуха, С ,5 Полное давление атмосферного воздуха, кгс/см 2 1,0332 0,99240,2315 Тяга, кгс (по ТЗ) (29500) (22200) 5700 (5700) 5700 (5700) Удельный расход топлива, кг/ кгс ·ч0,50,48 Приведенный расход воздуха, кг/с Степень двухконтурности8,68,78,1 Степень повышения давления в компрессоре28,729,435,4 Температура газа перед турбиной, К Диаметр вентилятора на входе, мм (по ТЗ)2950 (2950)3460 Масса двигателя без реверсивного устройства, кг (по ТЗ) 5140 (5140)

Сравнение двигателя ПД-30 с иностранными двигателями РазработчикRolls-RoyceGE GE/P& W P&WP&W ЗМКБ «Прогресс», г. Запорожье ОАО КУЗНЕЦОВ, г. Самара Двигатель Trent 500/600/ 700/900/1000 RB L/ RB H GEnx CF6–80E1/ CF6–80C2 GP7270 PW4460/ PW4160 Д-18Т серии 5 ПД-30 Параметр Взлётн ый режим М=0, Н=0, МСА Тяга, кгс – / – / / G b, кг/с900 – /730–/796–794/ ПкПк ~ /30,430/33-28,75 m5,3 – 115,1/4,39,6/5,28,74,8/5,1-8,7 Тг, К / /1553–1540/-1607 Крейсе рский режим M/Н, Тяга, кгс5685 – /5320–/ / Суд, кг/кгс ч 0,54 – 0,57/0,5640,522/0,5920,5240,537/0,5410,5 ПкПк 53–––44–-35,12 D в, м2,480 – 2,9462,470/2,1922,820 2,438/ 2,360 2,946 2,378/ ,052,950 Вес, кг4625 – /4480– 4460/ /

НТЗ. Лопатка вентилятора 1. Выпущена конструкторская документация. 2. Выполнены расчеты на прочность широкохордной пустотелой рабочей лопатки с сотовым наполнителем. 3. Выполнены исследования вибрационной прочности и демпфирующей способности образцов, имитирующих элементы пустотелой лопатки с сотовым заполнителем на вибростенде, для получения вибрационных характеристик. 4. Проработана технология изготовления пустотелой рабочей лопатки с сотовым наполнителем. По разработанной технологии изготовлены 10 полноразмерных лопаток, которые прошли испытания на выносливость. 5. Выполнены исследования выносливости и демпфирующей способности полноразмерной широкохордной лопатки с сотовым заполнителем. 6. Выполнены исследования собственных частот, форм колебаний и выносливости широкохордной лопатки с сотовым заполнителем. 7. Проработана конструкция альтернативного варианта пустотелой рабочей лопатки с ребром жесткости. 8. Проработана технология изготовления составной пустотелой рабочей лопатки с ребром жесткости. Основные технологические процессы, такие как диффузионная пайка и сверхпластическая штамповка отработаны на образцах. Объем проведенных работ

НТЗ. Малоэмиссионная камера сгорания Общий вид со стороны компрессорасо стороны турбины

НТЗ. Малоэмиссионная камера сгорания Параметры эмиссии вредных веществ за стандартный взлетно-посадочный цикл: оксиды азота П(NOх) = 36,2 г/кН при норме ИКАО 2004 г 76,2 г/кН; оксид углерода П(СО) = 9,5 г/кН при норме ИКАО 118 г/кН; углеводороды П(НС) = 1,2 г/кН при норме ИКАО 19,6 г/кН; на крейсерском режиме полета индекс эмиссии оксида азота EI NOx не более 10 г/ кг топлива. Основные характеристики камеры сгорания: полнота сгорания на режиме малого газа 0,98 и на взлетном режиме 0,995; гидравлические потери не выше 5%; температурная неравномерность на выходе КС не выше 1,25; температура стенок горячей части не выше 850 С; требуемая высотность запуска проверена испытаниями газогенератора двигателя НК-93 в ТБК ЦИАМ и двигателя в условиях полета на летающей лаборатории; устойчивость рабочего процесса проверена на режимах приемистости и в том числе при реверсировании тяги. По результатам эксплуатации многофорсуночных камер сгорания двигателей семейства НК установлено отсутствие возможности коксообразования в топливных коллекторах и форсунках В эксплуатации отмечена наработка многофорсуночной КС до час без съема с двигателя. Результаты НТЗ

НТЗ. Редуктор НаименованиеОбознач. Шестерни 123 Число зубьевz Модуль, ммm3,7 Ширина зубчатого венца, ммb Полученные значения запасов изгибной и контактной выносливости удовлетворяют «Нормам прочности двигателей для ГА». Исходя из имеющегося опыта предприятия для промежуточной шестерни редуктора двигателя ПД-30 выбрана опора на гидродинамический подшипник скольжения. Параметры рассчитанного подшипника скольжения промежуточной шестерни редуктора находятся на уровне параметров изготовленных на предприятии и прошедших испытания подшипников скольжения. Наработка подшипников на установках составила более 500 часов и на двигателе НК-93 – более 100 часов Параметр подшипникаРазмер- ность параметра Подшипник промежуточной шестерни ПД-30 Подшипник для фирмы SNECMA Подшипник редуктора двигателя НК-93 Длинамм Диаметрмм Нагрузка на подшипниккгс Скорость скольжениям/с46,959,8956,03

НТЗ. Газогенератор В конструкцию входит модифицированный для условий работы двигателя ПД-30 газогенератор. Базовым является газогенератор двигателя НК-32. Модификация заключается в использовании новых методов проектирования и новых технологий. Наработка газогенератора с аналогичной газодинамикой составляет: при испытаниях на стенде двигателей НК-32 и НК-56 – более час. при эксплуатации двигателей НК-32 более 3500 час.

НТЗ. Параметры модифицированного газогенератора Параметр Модифицированный газогенератор Серийно выпускаемый двигатель НК-32 1-го этапа ГИ Расход воздуха50 – 65 кг/с Максимальная температура газа перед турбиной в составе двигателя 1750 К1635 К Политропический КПД компрессора среднего давления не менее 0,90,87 Политропический КПД компрессора высокого давления не менее 0,890,87 Адиабатический КПД турбины высокого давления не менее 0,890,875 Адиабатический КПД турбины среднего давления не менее 0,910,9

Организация кооперации этапа проектирования и доводки унифицированного для двигателя создаваемого газогенератора (ГГ) Научное сопровождение разработки - ФГУП «ЦИАМ им. П.И.Баранова» Узел Кооперация при проектировании Примечания 1.Компрессор СДОАО «КУЗНЕЦОВ»«Блиск» технологии 2.Компрессор ВД ОАО «КУЗНЕЦОВ» «Блиск» технологии 3.Камера сгорания ОАО «КУЗНЕЦОВ» Малоэмиссионная 4.Турбина ВД ОАО «КУЗНЕЦОВ»Монокристальные лопатки с бандажной полкой и ТЗП 5.Турбина СД ОАО «КУЗНЕЦОВ»Монокристальные лопатки с бандажной полкой и ТЗП 13 Организация кооперации этапа проектирования и доводки модифицированного для двигателя ПД-30 газогенератора (ГГ)

Организация кооперации этапа подготовки производства и производства газогенератора Финальная сборка и производство ГГ- ОАО «КУЗНЕЦОВ» Узел Кооперация при производстве Примечания 1.Компрессор СДОАО «Кузнецов»/УМПО «Блиск» технологии 2.Компрессор ВДОАО «Кузнецов»/УМПО «Блиск» технологии 3.Вал СДОАО «Кузнецов» 4.Вал ВДОАО «Кузнецов» 5.Камера сгоранияОАО «Кузнецов»Малоэмиссионная 6.Турбина ВДОАО «Кузнецов» Монокристальные лопатки с бандажной полкой и ТЗП 7.Турбина СДОАО «Кузнецов» Монокристальные лопатки с бандажной полкой и ТЗП 8.Сварка роторов компрессоровОАО «Кузнецов»/УМПО Организация кооперации этапа подготовки производства и производство ГГ

Организация кооперации проектирования и доводки двигателя с взлетной тягой кгс Научное сопровождение разработки – ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова». 15 УзелКооперация при проектированииПримечания 1. ВоздухозаборникОАККомпозитный 2. МотогондолаОАККомпозитная 3.Реверсивное устройствоАвиадвигательКомпозитное 4.Вентилятор и КНДОАО «КУЗНЕЦОВ» / СатурнПустотелые лопатки 5.РедукторОАО «КУЗНЕЦОВ» / Редуктор Возможно с подшипниками скольжения 6.Турбина НДОАО «КУЗНЕЦОВ»/ УМПО3 ступени 7.СоплоОАО «КУЗНЕЦОВ» 8. САУ и контроль«Темп» им. КоротковаТипа FADEC Организация кооперации этапа проектирования и доводки двигателя ПД-30

Организация кооперации подготовки производства и производства двигателя с взлетной тягой кгс Финальная сборка и производство двигателя ПД-30 – ОАО «КУЗНЕЦОВ». 16 УзелКооперация при изготовленииПримечания 1ВоздухозаборникОАККомпозитный 2МотогондолаОАККомпозитная 3Реверсивное устройствоАвиадвигательКомпозитное 4 Вентилятор и КНДОАО «Кузнецов»/УМПОПустотелые лопатки 5 РедукторОАО «Кузнецов»/Редуктор 6ТНДОАО Кузнецов/УМПО 7САУ и контроль«Темп» им. КоротковаТипа FADEC 8СоплоОАО «КУЗНЕЦОВ» Организация кооперации этапа подготовки производства и производство двигателя ПД-30

17 Двигатель ПД-30. План – график проведения работ