Мировое авиадвигателестроение — динамично развивающаяся отрасль, где происходит постоянное повышение качества авиационных двигателей (надежности и ресурса, экологических характеристик, экономичности, эксплуатационной технологичности и доступности). Однако при этом увеличивается и стоимость двигателей. Для наглядности, 1 кг авиационного двигателя (АД) для гражданских самолетов в настоящее время стоит около 2000 долл., а для военных этот показатель в 2—2,5 раза выше.
Финансовая емкость мирового рынка авиационных двигателей очень велика. Согласно прогнозам, в ближайшие 20 лет предполагается поставка АД на сумму около 485 млрд долл. Кроме того, необходимо отметить, что авиационные двигатели являются базой для создания высокоэффективных газотурбинных установок для энергетики и морского транспорта, потребности в которых постоянно растут. В России объем закупок до 2015 г. газотурбинных двигателей для гражданской авиации и наземного применения может составить, по разным оценкам, от 400 до 600 млрд руб.
В условиях жесткой конкурентной борьбы за финансово емкий рынок кардинально изменилась методология создания авиационных двигателей. Сегодня очевидно, что традиционный путь, связанный с отработкой новых технических решений в процессе проведения опытно-конструкторских работ неприемлем. Основой современной методологии является создание опережающего научно-технического задела (НТЗ, новые технологии, узлы и демонстрационные двигатели), обеспечивающего сокращение сроков и стоимости разработки, сертификации и освоения серийного производства при числе опытных двигателей не более 8—12.
Сегодня в мире около 15 крупных научных центров разных стран осуществляют совместно с ведущими двигателестроительными фирмами работы но созданию НТЗ в рамках государственных Программ с большим объемом финансирования. Создаваемый задел позволит западным фирмам в ближайшие годы выпустить на рынок целый ряд двигателей нового поколения. Причем, в отличие от практики прошлых лет, в двигателях для гражданского и военного применения в значительной степени будут использоваться одинаковые ключевые технологии.
Одним из важнейших направлений работы практически всех предприятий авиадвигателестрое-ния стало создание и серийное производство газотурбинных установок (ГТУ) различного назначения в широком диапазоне мощностей — от 3 до 30 МВт.
Однако наряду с этими достижениями положение с созданием новых конкурентоспособных двигателей для самолетов гражданской авиации крайне неудовлетворительное. Основной парк самолетов гражданской авиации оснащен морально устаревшими двигателями, в результате чего почти 60% воздушных судов не соответствуют действующим нормам по шуму (глава 3 стандарта ИКАО). Необходимо наверстывать упущенное, выбирая приоритетные направления работ в условиях жестких финансовых, экономических и производственно-технологических ограничений.
Этим задачам отвечает разработанная ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» совместно с Росавиакосмосом и заказчиками «Концепция развития авиационных двигателей на период до 2015 года», которая послужила основой разделов по авиационным двигателям в ФЦП «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002—2010 годы и на период до 2015 года».
В области перспективных двигателей для гражданской авиации определены приоритетные проекты — двигатели для новых регионального и ближнесреднего магистрального самолетов (БCMC).
Исходя из требуемых сроков создания регионального самолета (2006 г.) и учитывая недостаточность отечественного задела по двигателю нового поколения, принято решение о создании двигателя в классе тяги 70 кН в кооперации ОАО «НПО «Сатурн» и SNECMA. Решение о кооперации в сложившихся условиях позволяет рассчитывать на успешное продвижение нового АД, по крайней мере на европейском и азиатско-африканском рынках авиационной техники.
Применительно к двигателю для БСМС, который должен заменить самолеты Ту-154 и Як-42, обеспечивающие самые массовые пассажироперевозки, вопрос ставится принципиально иначе. Этот двигатель тягой около 120 кН должен, во-первых, заменить старые двигатели указанного класса тяги (Д-30КУ(-154), Д-ЗОКП, НК-8-2У, НК-86) и, во-вторых, стать базой для создания в перспективе семейства конкурентоспособных отечественных двигателей в диапазоне тяги 70—200 кН .
Указанные задачи выдвигают создание нового двигателя для БСМС в разряд программ национального масштаба, обеспечивающих конкурентоспособность авиа-двигателестроения России в первой половине XXI в. Поэтому этой проблеме необходимо особое внимание. В настоящее время состояние разработок следующее.
ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» в 2002 г. совместно с НИИ Росавиакосмоса и Минтранса России на основе комплексной проработки сформировал технический облик конкурентоспособного ТРДД, определил и частично согласовал с ОКБ ключевые технологии создания двигателя, утвердил «Программу создания научно-технического задела в обеспечение разработки ТРДД нового поколения для магистральных самолетов гражданской авиации». В настоящее время в рамках конкурса по БСМС две группы авиадвигателе строительных предприятий выступили с предложениями, развивающими наработки ЦИАМ. Вместе с тем, заложенные в проекты новые технические решения пока не имеют в полном объеме экспериментального подтверждения.
Выход из сложившейся ситуации состоит в том, чтобы в условиях ограниченного финансирования в ближайшие два-три года при широкой кооперации с предприятиями отрасли создать и экспериментально отработать перспективные технологии по отдельным деталям и узлам, а также ключевым технологиям. Наличие развитого и экспериментально подтвержденного задела по узлам и ключевым технологиям позволяет сократить суммарные затраты и сроки создания АД не менее чем на 35%.
ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова», основная деятельность которого заключается в научном обеспечении создания АД, в настоящее время работает над широким спектром решаемых задач.
Большое внимание уделяется моделированию процессов, в которых существенны эффекты пестационарности, турбулентности, химического реагирования, циклических нагрузок и возбуждения колебаний.
Для решения этих проблем необходима не только совершенная компьютерная техника и современное математическое обеспечение, здесь важна последовательная работа по моделированию физических, газодинамических и акустических процессов с помощью вычислительной техники, по развитию методов и средств экспериментальных исследований.
В последние годы наиболее перспективной является технология многодисциплинарного моделирования, объединяющая в единую расчетную модель задачи исследования параметров течения рабочего газа, анализа теплового состояния конструкции и расчета ее напряженно-деформированного состояния.
Эта технология широко используется ЦИАМ при решении различных задач, связанных с проектированием деталей и узлов авиационных двигателей и стационарных ГТУ.
Целостный комплекс работ по компьютерному моделированию, соединенному с решением фундаментальных проблем и задач конструирования, широко применяется при модернизации существующих двигателей и разработке конкурентоспособных двигателей нового поколения.
Этим во многом определяется востребованность ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» как со стороны практически всех отечественных разработчиков АД, так и большинства ведущих зарубежных авиа-двигателестроительных фирм.
Неотъемлемой составляющей создания АД является их стендовая экспериментальная отработка с имитацией реальных полетных условий. К сожалению, следует констатировать, что имеющаяся экспериментальная база находится в критической ситуации. Мировой опыт показывает, что для исследований и отработки новых АД содержание национальных экспериментальных комплексов на 75— 90% осуществляется из средств государственного бюджета. Это снижает цену испытаний для фирм и стимулирует выполнение полного объема экспериментальной отработки двигателей, а следовательно, обеспечивает высокое качество техники и безопасность полетов. В России отраслевым экспериментальным комплексом является Научно-испытательный центр ЦИАМ (ФГУДП «НИЦ ЦИАМ») - крупнейший в Европе испытательный центр, бюджетные средства на содержание которого в течение уже более десяти лет практически не выделяются. Работоспособность экспериментального , комплекса поддерживается за счет собственных оборотных средств. Проблема обостряется, с одной стороны, накопившейся у ФГУДП «НИЦ ЦИАМ» задолженностью за энергоносители и начавшимся процессом отставания в технологическом отношении, а с другой стороны — необходимостью в ближайшие годы резко увеличить объем экспериментальных работ по верификации НТЗ, программам развития гражданской и военной авиационной техники и гиперзвуковых технологий. В этих условиях необходимы срочные меры государственной поддержки.
С целью недопущения потери потенциала России в способности самостоятельно выполнять весь цикл работ по созданию авиационных двигателей новых поколений, необходимо изыскать возможность консолидированного выделения Росавиакосмосом, Минпромнауки и Минобороны России средств федерального бюджета Научно-испытательному центру ЦИАМ для обеспечения его работоспособности и развития.
Важным является вопрос сохранения и развития кадрового потенциала, включая уникальные научные и проектно-конструкторские школы авиадвигателестроения. Причем с учетом сквозной компьютеризации всей научно-исследовательской и производственной деятельности и широкого внедрения современной методологии создания двигателей существенно повышаются требования к системе переподготовки кадров и к совершенствованию программ подготовки специалистов в вузах. В настоящее время при институте работают филиалы кафедр МФТИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана, МАИ, МАТИ и МЭИ.
При существующей невысокой заработной плате важнейшим вопросом является обеспечение нормальных социально-бытовых условий работы людей. В отношении авиационных НИИ вопиющим является то, что ученые с мировым именем не могут купить себе жилье, не говоря уже о молодых специалистах, связавших свою жизнь с авиационной наукой. Несомненно, если мы заботимся о сохранении высокого уровня нашей авиационной продукции, этот вопрос надо решать, например, путем льготного ипотечного кредитования молодых ученых.
В заключение хотелось бы отметить, что несмотря на серьезные проблемы, стоящие перед авиационным двигателестроением, есть уверенность в том, что они будут решены. Залогом этого является сохранение научного потенциала и понимание со стороны высшего руководства страны того, что удвоение валового внутреннего продукта России к 2010 г. неразрывно связано с развитием высокотехнологичных наукоемких отраслей промышленности, к которым относится авиационное газотурбостроение — основа развития не только авиации, но и энергетики, транспорта и других отраслей промышленности.
В.А.Скибин, доктор технических наук. Профессор, генеральный директор ФГУП «ЦИАМ им.П.И.Баранова»
Журнал «Бюджет» №12 декабрь 2003 г.
