В настоящее время продолжается подготовка к серийному производству перспективных истребителей Су-57. Как и в случае с прототипами, серийная техника будет комплектоваться двигателями двух моделей. Первые серийные образцы получат существующие двигатели АЛ-41Ф1 (они же «двигатели первого этапа»), а затем их в серии сменят более новые «Изделия 30». С конца 2017 года перспективные турбореактивные двигатели «Изделие 30» испытываются в воздухе, и в будущем ожидается освоение их производства в интересах серийного выпуска самолетов.
ТРДДФ типа «Изделие 30», или «двигатель второго этапа», является одной из главных тем в контексте проекта ПАК ФА / Т-50 / Су-57. При этом эта тема является одной из самых закрытых.
Впрочем, к настоящему времени разработчик в лице НПО «Сатурн», а также официальные лица из Министерства обороны и других структур успели раскрыть часть данных и составить примерную картину. Стоит ожидать, что в будущем продолжится поступление новой информации, и промышленность раскроет новые подробности интереснейшего проекта.
Двигатель пятого поколения
Истребитель Су-57 относят к условному пятому поколению, что говорит о наличии ряда характерных требований. Одно из главных таких требований – обеспечение крейсерской сверхзвуковой скорости, в том числе без использования форсажных камер. Существующие серийные двигатели не позволяют получить такие характеристики, в связи с чем требуется совершенно новая силовая установка. Перспективный двигатель, предназначенный для Су-57, как и сам самолет, относят к условному пятому поколению – однако уже в сфере моторостроения.
Самолет Су-57 с двигателями "первого этапа" — АЛ-41Ф1. Фото ОАК / uacrussia.ru
Считается, что разница между поколениями турбореактивных двигателей проявляется в изменении основных параметров. Резкий рост удельной тяги или сокращение удельного расхода топлива, достигнутые в новом проекте, позволяют относить его к следующему поколению. Новейший ТРДДФ «Изделие 30» по этим показателям выгодно отличается от существующих систем, что позволяет его разработчикам говорить о создании двигателя поколения «5» или «5+».
Высокие характеристики нового двигателя достигаются, в первую очередь, за счет применения самых современных технологий, материалов и решений. При этом используются и уже освоенные идеи. Так, «Изделие 30» продолжает линейку отечественных двигателей со штатным соплом, имеющим средства управления вектором тяги.
Впрочем, от некоторых современных решений пришлось отказаться. К примеру, в 2013 году НПО «Сатурн» показало перспективную конструкцию лопатки для компрессора высокого давления, изготовленную из алюминида титана. Появились сообщения о возможном внедрении такого материала в конструкцию турбины. Однако позже от алюминида титана в составе «Изделия 30» отказались. Экономия массы оказалась незначительной, а стойкость к повышенным механическим и тепловым нагрузкам, характерным для двигателей военного назначения, – недостаточной.
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 – неправильное сгорание топлива, скопившегося в двигателе. 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". Фото Nickolay Krasnov / russianplanes.net
Двигатель «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 с полной ответственностью. 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.
Удельные параметры нового двигателя либо улучшились, либо остались на уровне предшествующих изделий. Так, руководство НПО «Сатурн» указывает, что удельный расход топлива у «Изделия 30» остался на уровне двигателя АЛ-31Ф – около 0,67 кг•кгс/час. Одновременно повысилась удельная тяга, но точное значение этого параметра не называется. При таких параметрах, по своим габаритам и массе двигатель «30» почти не отличается от серийных отечественных ТРДДФ.
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.
Планы на будущее
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.
Двигатель "30" в сборочном цеху (предположительно). Фото Militaryrussia.ru
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.
Параллельно с испытаниями и доводкой «Изделия 30» в его существующей версии ведутся работы по созданию новых агрегатов для такого двигателя. Осуществляется разработка плоского сопла, способного снизить заметность самолета в разных спектрах. Вместо штатного сопла за двигателем планируется помещать изогнутый канал, на котором должны устанавливаться две подвижные плоские створки.
S-образный канал прикрывает лопатки турбины от излучения радиолокаторов, а прямоугольное сечение сопла сокращает инфракрасное излучение от реактивных газов. В то же время, такие агрегаты создают дополнительное сопротивление движению газов, что приводит к небольшому сокращению технических характеристик двигателя. Новое сопло пока находится на ранних стадиях, и пока неизвестно, внедрят ли его при проведении будущих модернизаций Су-57. Впрочем, с помощью такого проекта российские двигателестроители получают важный опыт.
Также сообщается о проработке вопросов создания двигателя «шестого поколения». Для дальнейшего повышения основных и удельных характеристик предлагается добавить третий контур в дополнение к двум существующим. Однако такие идеи пока остаются на стадиях самых ранних исследований, и потому их вряд ли можно рассматривать в контексте дальнейшей доработки истребителей Су-57.
Пока основной задачей двигателестроителей в рамках программы ПАК ФА является доводка «Изделия 30» с последующим запуском его производства и внедрением в серийный выпуск истребителей Су-57. По всей видимости, в серию пойдет двигатель в его нынешней конфигурации – с рядом особых технических решений, повышающих общие характеристики. При этом кардинальные переработки, такие как установка нового сопла, пока не планируются.
Главным результатом проекта под рабочим обозначением «30» является создание ТРДДФ с высокими характеристиками для новейшего российского истребителя. При этом не стоит забывать и о других важных моментах. Завершив работы по «Изделию 30» и доведя его до эксплуатации в войсках, российское двигателестроение в очередной раз покажет свой потенциал и подтвердит свои лидирующие позиции.
