«Бескомпромиссное решение на новом технологическом уровне»

Самолет МС-21 должен выйти на рынок в 2016 г. — раньше, чем появятся узкофюзеляжные машины нового поколения от Boeing и Airbus, которые могут воплотить гораздо более радикальные технологические достижения. Чтобы занять приемлемую долю рынка, российским разработчикам необходимо сделать машину, превосходящую Boeing 737NG и Airbus A320. Обеспечение конкурентоспособности МС-21 во многом зависит от его силовой установки. Поскольку ожидаемая традиционная компоновка машины исключает возможность использования двигателя с открытым ротором, возможно, разработчики самолета обратят особое внимание на другую весьма перспективную разработку — двигатель с редукторным приводом вентилятора.
Ожидается, что в августе будет объявлен победитель конкурса на поставку второго варианта силовой установки для проекта МС-21 (один вариант в соответствии с Федеральной целевой программой по развитию гражданской авиатехники России на 2002–2010 гг. и на период до 2015 г. уже фактически выбран — это ПС-14, разрабатываемый пермским "Авиадвигателем"). В июне Россию посетила группа топ-менеджеров компании Pratt & Whitney. В эксклюзивном интервью АТО президент подразделения двигателей для гражданской авиации и глобальной сети сервисного обслуживания P&W Тодд КАЛЛМАН и вице-президент по двигателям нового поколения P&W Роберт САЙА рассказали, какой двигатель для МС-21 может предложить их компания.

АТО: Господа, сразу хочется спросить, какова цель вашего столь представительного визита в Москву?
Тодд Каллман: Это удачная возможность пообщаться с нашими партнерами и заказчиками и обсудить планы и перспективы нашего совместного бизнеса. Очевидно, особый интерес для нас представляет проект МС-21, поскольку мы можем предложить для него двигатель с редукторным приводом вентилятора (GTF — geared turbofan). Проект МС-21 дает хорошие шансы для развития нашего сотрудничества с Объединенной авиастроительной корпорацией (ОАК) и Объединенной двигателестроительной корпорацией (ОДК). Наш GTF ориентирован на рынок узкофюзеляжных ВС, он может оказаться удачным решением для МС-21.
Я хотел бы сразу сказать самое главное. У нас есть двигатель, который реально меняет правила игры на этом рынке. В нем сбалансированы на новом уровне все принципиальные характеристики: эмиссия вредных газов, уровень шума, топливная эффективность и вес силовой установки. И мы имеем данные измерений, подтверждающие это утверждение. Мы ведем переговоры с ОАК и ОДК и с большим интересом смотрим на перспективы сотрудничества в России.
Роберт Сайа: Мы ведем предварительные работы с ОАК, подобно тому как делаем это с Boeing, Airbus и другими основными производителями.
АТО: Предпочтение в конкурсе отдается компаниям, имеющим российских партнеров. Pratt & Whitney контролирует 25% Пермского моторостроительного завода и сотрудничает с пермским комплексом по двигателю ПС-90А2. В случае вашей победы в конкурсе, возможен ли перенос производства каких-либо компонентов вашего двигателя в Пермь?
Т. К.: О плане производства компонентов нового двигателя говорить, разумеется, пока слишком рано. Но, безусловно, мы изучаем все возможности для сотрудничества.
Р. С.: Прежде всего необходимо согласовать основные требования к МС-21. Разработчик задает тягу двигателя, его вес, потребление топлива, шумность, уровень выброса вредных газов, а потом мы ищем, как с помощью наших технологий создать конструкцию, наилучшим образом удовлетворяющую этим требованиям.
АТО: Пермский комплекс работает над двигателем ПС-14, который можно, в некотором смысле, считать конкурентом вашему предложению, хотя для МС-21 предусматривается два альтернативных варианта силовой установки. По вашему мнению, в случае успеха на конкурсе сможете ли вы участвовать в обоих проектах, не возникнет ли конфликта интересов?
Р. С.: Пермский моторостроительный комплекс — это очень хорошая компания, а "Авиадвигатель" — очень хорошее конструкторское бюро. И мы, конечно, знаем, что на рынке представлен не один двигатель — это очень большой рынок. Мы оцениваем глобальный рынок самолетов подобной размерности на уровне около 800–1000 машин в год. Несомненно, есть большой рынок для более чем одного двигателя. Как я сказал, "Авиадвигатель" — очень хорошее КБ; я уверен, что они спроектируют хороший двигатель. Мы еще не начали с ними детальных обсуждений, но, как вы знаете, у нас партнерские отношения с ПМЗ, так что есть возможность для будущей совместной работы.
АТО: Используете ли вы какие-нибудь критические технологии, наличие которых могло бы помешать поставке двигателей для российского самолета по политическим причинам?
Р. С.: Мы конструируем коммерческие двигатели так, чтобы их можно было эксплуатировать во всех странах мира. Ничего секретного, никаких двойных технологий. Авиакомпании летают по всему миру, самолеты и их двигатели обслуживаются всюду, так что использование секретов оказалось бы плохим бизнесом на глобальном рынке.
АТО: Допустим, Pratt & Whitney выиграет конкурс по МС-21. Сколько времени потребуется для создания нового двигателя? Обычно ведь на отработку нового двигателя уходит до десяти лет, самолеты проектируются быстрее.
Р. С.: Так было лет 10–15 назад, но сейчас мы провели большую предварительную работу, в том числе и на двигателе-демонстраторе, и многие технологии отработаны на других двигателях, так что сейчас двигатели разрабатываются быстрее. Нам нужно примерно четыре года от старта программы создания самолета до момента, когда мы сможем сертифицировать новый двигатель, и потом обычно требуется один-два года для того, чтобы самолет закончил испытания и получил сертификат летной годности. Первый полет МС-21 намечен на 2014 г., начало коммерческой эксплуатации — на 2016 г., так что у нас достаточно времени.
АТО: Как много двигателей вам необходимо выпустить, чтобы окупить затраты на разработку редукторного привода?
Т. К.: Любой бизнес-проект содержит множество факторов. Разумеется, мы должны учитывать в стоимости двигателей расходы на разработку. Я не буду приводить точные данные, но могу сказать, что при оценке рынка узкофюзеляжных самолетов на уровне 800–1000 машин в год можно не беспокоиться, что затраты себя окупят.
АТО: И все-таки что можно сказать о стоимости двигателя, насколько удорожает его применение новых технологий?
Т. К.: Удельная стоимость на один килограмм тяги сопоставима с обычными двигателями. Очевидно, мы показали свою конкурентоспособность, победив в конкурсах по японскому региональному самолету Mitsubishi MRJ и канадскому Bombardier CSeries. Победа определяется общей стоимостью, которая включает и стоимость двигателя. Многие заказчики выбирают двигатель, исходя из чистой приведенной стоимости всего жизненного цикла, поэтому нам важно показать полное предложение по стоимости, включающее и затраты на техническое обслуживание.
АТО: А на какой стадии сейчас работа по проектам MRJ и CSeries?
Р. С.: С технической точки зрения мы находимся на стадии предварительного проектирования двигателей. У них будет такая же система редукторного привода вентилятора, но они получат новый газогенератор, т. е. новый компрессор высокого давления, камеру сгорания и турбину — все с применением самых современных технологий. Мы испытали эти технологии в лабораторных условиях или на демонстраторах, сейчас мы их объединяем в предварительном проекте и в этом году перейдем на стадию детального проектирования. Испытания нового двигателя начнутся примерно в середине 2010 г., впереди примерно год.
Т. К.: Наличие этих заказов позволяет нам двинуться дальше и показать, что наша технология легко масштабируется для двигателей с большей тягой.
Р. С.: Двигатель для Mitsubishi будет иметь тягу около 8 т, для Bombardier — около 11 т. Для МС-21 нам потребуется около 14 т тяги, но мы уже провели испытания редукторного привода до тяги около 18 т, так что, в принципе, мы можем ориентироваться на рынок ВС вместимостью 70–250 пасс. и даже больше — до сих пор в наших исследованиях не обнаружено каких-либо возможных ограничений по тяге. Мы постоянно работаем над улучшением всех технологий, так что двигатель для МС-21 получит что-то новое по сравнению с двигателями для MRJ и CSeries.
АТО: На ваш взгляд, в чем ключевые преимущества вашего предложения?
Т. К.: Заказчики требуют двигатель, имеющий высокую топливную эффективность и низкую стоимость обслуживания. Два наших первых серийных двигателя, MRJ и CSeries, обеспечат снижение потребления топлива на 12–15%, что означает такое же снижение выброса CO2, сокращение выброса оксидов азота на 50%, а также снижение уровня шума на 50%.
Кроме того, двигатель получается дешевле в обслуживании. Один из самых крупных вкладов в расходы на техническое обслуживание вносит количество лопаток компрессоров, турбин и спрямляющих аппаратов. Мы сократили количество аэродинамических элементов на 40%, их стало примерно на 1500 меньше, это существенно для ТО. Благодаря приводу вентилятора через редуктор нам удалось найти сбалансированное решение, в котором одни качества достигаются не в ущерб другим.
АТО: Как это подтверждается на практике? Какие основные результаты показала программа полетов двигателя-демонстратора?
Т. К.: За последние несколько лет мы провели интенсивную демонстрационную программу. Двигатель-демонстратор наработал суммарно более 400 ч, выполнено 39 полетов на летающих лабораториях, около 120 ч в воздухе. Проведено свыше 2000 измерений, полученные данные будут использоваться для дальнейшей оптимизации двигателя.
Р. С.: Двигатель-демонстратор летал на нашей собственной летающей лаборатории Boeing 747. Кроме того, мы провели совместную демонстрационную программу Pratt & Whitney и Airbus на A340. Эти полеты позволили успешно продемонстрировать преимущества технологии GTF, которая улучшает характеристики двигателя. Во-первых, демонстратор показал эффективность новой технологии — низкий шум и низкое потребление топлива. Во-вторых, редукторный привод работал без сбоев при полетах с активным маневрированием, при углах свыше 60°, когда на двигатель приходятся большие гравитационные нагрузки. Температура масла была в норме, так что мы показали эффективность системы охлаждения на протяжении всей программы. Наконец, вероятно, самый важный результат летных испытаний, который мы получили, заключается в том, что замена обычного двигателя на наш GTF не требует никаких изменений ни в конструкции самолета, ни в процедурах его эксплуатации. И важно отметить, что все это продемонстрировано в рамках совместной программы с компанией Airbus, которую тоже можно считать потенциальным заказчиком. То есть полученные результаты — это не просто собственное мнение компании Pratt & Whitney о том, какой хороший двигатель она сделала.
АТО: Неужели совсем не нашлось недостатков?
Р. С.: Обычно, когда вы для демонстрации технологии делаете двигатель в единственном экземпляре, чаще всего всплывают какие-то проблемы. Но в данном случае мы заранее провели большую инженерную работу — почти так же как мы делаем при конструировании нового серийного двигателя, так что с конструкторской точки зрения это не типичный демонстратор. Мы обнаружили самые минимальные недостатки, которые требуют исправления, — например, система охлаждения редуктора оказалась мощнее, чем требуется; на серийных двигателях она будет уменьшена и облегчена.
АТО: Среднестатистические темпы улучшения характеристик авиационных двигателей составляют примерно 1% в год. Каким образом удалось достигнуть такого большого продвижения вперед, о котором вы говорите, и с какими двигателями вы сравниваете?
Р. С.: Любой турбовентиляторный двигатель имеет спереди вентилятор, который дает основной вклад в тягу двигателя, и сзади турбину, которая приводит в действие вентилятор. Эффективность турбины растет с ростом числа ее оборотов, а вентилятору для большей эффективности и меньшего шума лучше крутиться медленнее. У нас благодаря редуктору на один оборот вентилятора приходится три оборота турбины, потому редуктор позволяет внести радикальные изменения в конструкцию двигателя и резко повысить его эффективность.
Т. К.: Демонстратор должен был показать преимущества редукторного привода в чистом виде, поэтому мы взяли газогенератор двигателя PW6000, поставили редуктор, увеличили вентилятор и модифицировали турбину и компрессор низкого давления. Такой подход позволил получить сравнимые результаты, когда мы оцениваем эффективность редукторного привода. Но для коммерческих двигателей, разумеется, мы будем создавать новые газогенераторы с использованием самых современных технологий.
Р. С: На двигателе будет применено более ста новых технологий помимо редуктора, мы улучшаем все его аспекты. Но добиться совершенства удается именно благодаря редуктору.
АТО: С турбины на вентилятор передается огромная мощность. Каков КПД редуктора и не происходит ли его перегрев, если часть мощности рассеивается в тепло?
Р. С.: Это было ключевым испытанием для нашего демонстратора. Технически редуктор устроен просто: центральная шестерня, которую приводит турбина; вокруг нее неподвижной звездой расположены пять шестерен, вращающиеся вокруг своих осей и передающие мощность на внешнее зубчатое колесо с закрепленным на нем вентилятором. Задача была обеспечить надежную работу редуктора при высоких нагрузках, эффективную смазку и охлаждение системы. Мы не раскрываем точные данные, но могу сказать, что КПД редуктора превышает 99%. Он оказался даже лучше, чем мы ожидали. Мы потратили около 15 лет на этот редуктор, и результат себя оправдывает. Нам удалось сделать его эффективным, легким и компактным — он на 35% меньше по сравнению с первоначальным вариантом.
Т. К.: Трудно поверить, но вес нашего двигателя получился меньше, чем у обычного современного двигателя с таким же диаметром вентилятора. Да, редуктор добавляет вес, но он позволяет сократить количество ступеней в компрессоре низкого давления — как раз там, где самые большие роторы. И длина двигателя получилась примерно на 30 см меньше. Мы очень довольны результатом. Я не устаю повторять, что мы получили сбалансированное решение — без компромиссов, на которые приходится идти в традиционной схеме.
АТО: Требует ли редуктор специального технического обслуживания?
Р. С.: Никакого. Ничего дополнительного по сравнению с обслуживанием приводов агрегатов, которые есть на любом двигателе. Нужно периодически менять масло и проверять общее состояние редуктора, но в нем нет частей с ограниченным сроком службы, которые потребовали бы дополнительных затрат.
Т. К.: Один редуктор на нашем испытательном стенде отработал нагрузку, эквивалентную 40 тыс. циклов работы на взлетном режиме, когда на вентилятор подается самая большая мощность. Мы провели 20-часовой тест на выносливость, после чего разобрали редуктор, тщательно его изучили и не нашли следов износа. Специальные отметки на зубьях шестерен сохранились.
АТО: Вы говорили, что серийные двигатели получат новый газогенератор. За счет чего будут улучшены его характеристики?
Р. С.: Газогенератор разрабатывается полностью новый, причем новые технологии используются во всех его элементах. Есть две характеристики двигателя: эффективность тяги, определяемая в первую очередь вентилятором, и тепловая эффективность, связанная со способностью двигателя преобразовывать запасенную в топливе энергию в полезную работу. Газогенератор критичен именно для тепловой эффективности. Наш новый компрессор высокого давления, в котором применены современные аэродинамические разработки, повышает давление воздуха на входе камеры сгорания почти в 45 раз. В новой малоэмиссионной камере сгорания используются лучшие материалы, что позволяет повысить температуру газов. Далее идет очень эффективная турбина высокого давления — все новое.
АТО: После нашего разговора у меня не осталось сомнений, что Pratt & Whitney может предложить хороший двигатель, но насколько реализуемым вы считаете проект МС-21 в целом?
Р. С.: Нам непросто судить о возможностях российского авиапрома, однако мы высоко оцениваем российские научные разработки и опыт самолетостроения. Мы уже говорили, что спрос на мировом рынке составляет около тысячи машин подобного класса в год, так что у ОАК есть хорошие возможности добиться успеха.   
Беседовал Алексей Синицкий

Некоммерческое использование материалов сайта ATO.ru (в том числе цитирование и сокращенное изложение) разрешается при условии размещения прямой ссылки на цитируемый материал или на главную страницу www.ato.ru. Любое коммерческое использование, а также перепечатка материалов возможны только с письменного разрешения редакции.