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俄羅斯民機產業的新動力:PD-14發動機項目

2017-08-29

  PD-14是被俄羅斯航空工業寄予厚望的下一代渦扇發動機,最初由彼爾姆航空發動機公司負責設計和制造。2007年,俄羅斯總統普京下令對國內的航空發動機企業進行整合重組,彼爾姆公司被并入新組建的俄羅斯聯合發動機公司(UEC)。此后,PD-14發動機項目改由UEC下屬的民用發動機部作為主研制單位,彼爾姆公司仍然是設計單位和主要部件生產商。214134xwxbn88nt3i8zt8b.jpg  

PD-14借MS-21項目上馬

  2006年,俄羅斯聯合飛機公司(UAC)決定研制一款130~170座級的新型客機,用以取代國內大量老舊的圖-154系列客機,同時也希望借機重振本國的民機產業。2009年,新客機項目進入詳細設計階段,并命名為MS-21,意即“21世紀干線客機”。當年12月,UAC對外宣布已經選定了普惠公司研制的推力130千牛級別的PW1000G齒輪傳動渦扇發動機作為該機的標配發動機,后來的具體型號為PW1400G。其實早在MS-21項目啟動之時,彼爾姆公司就提出研制一款可以為該機配套的新型渦扇發動機PD-14,并開始了相關的技術攻關和研究工作。當UAC最終確定為MS-21選配普惠的齒輪傳動發動機之后,彼爾姆公司也加快了新型發動機的研制工作。

  在PD-14研制初期,彼爾姆公司在給出的介紹資料中提到該發動機將在PS-12渦扇發動機的基礎上改進研制而來,而PS-12則是PS-90A渦扇發動機的升級型。2009年12月,PD-14的設計方案通過了最終評審,在設計階段,發動機的核心機方案也經過了多次修改,原定的核心機6+2方案(6級高壓壓氣機,2級高壓渦輪)被認為太過冒險,最終更改為相對保守的8+2方案。

  2011年,彼爾姆公司聯合俄羅斯空氣流體力學研究院(TsAGI)對PD-14的核心機進行了測試,測試結果證明核心機性能總體上達到了設計指標,在一些單個指標上還超過了設計要求。此后,項目正式進入原型機的制造階段。2012年底,首架PD-14原型機制造完成并開始進行臺架試驗。

  在2013年的莫斯科航展上,UEC第一次正式對外公開展示PD-14發動機。與彼爾姆公司以往展出的縮比模型不同,本次航展上亮相的是一臺編號100-01的原型機實機。PD-14的公開亮相,被看作是對CFM國際和普惠公司同類產品的一次宣示,意在證明俄羅斯將正式進軍被歐美壟斷的大推力商用渦扇發動機市場。彼爾姆公司提供的資料顯示,PD-14的風扇直徑達到了1.9米,涵道比為8.5:1,這個值小于CFM國際LEAP-1系列和普惠的PW1400G,前者的涵道比為10比1,后者則達到了12比1。不過,與CFM國際的經典產品CFM56系列發動機相比,PD-14的燃油消耗可以降低10%~15%。

  技術水平比肩歐美

  俄羅斯政府在PD-14上采用了大協作的模式。由彼爾姆公司擔任總設計單位,俄羅斯航空材料研究院(VIAM)、俄羅斯航空發動機研究院(CIAM)、禮炮發動機公司、克里莫夫發動機公司、烏發發動機生產聯合體等主要的發動機科研和生產企業都參與了項目研制,此外烏克蘭進步設計局也參與了該項目,并承擔燃燒室的設計研制工作。

  彼爾姆公司最初曾計劃在PD-14上采用寬餡復合材料風扇葉片,但是考慮到研制時間和風險,最終選擇了鈦合金中空風扇葉片。在這之前,VIAM已經在復合材料風扇葉片方面進行了長期的研究,技術方面與歐美公司并沒有太大的差距。在高壓壓氣機上,PD-14采用了俄羅斯最新的第四代空心單晶葉片以及最新的陶瓷材料涂層,經測試葉片的壽命可以達到3萬小時。該發動機的低壓壓氣機同樣采用了鈦合金空心葉片,使整個低壓壓氣機相對于過去的型號降低了10%的重量。此外PD-14還采用了粉末冶金渦輪盤,這也是當前航空發動機領域的先進技術。而對于PD-14來說,關鍵的一項技術創新在于其燃燒室采用了碳-碳化硅復合材料結構,這樣就可以通過提高燃燒室溫度來提高發動機推力,此外也使發動機熱段的壽命達到了3萬小時。在PD-14項目上,彼爾姆公司和烏克蘭進步設計局都設計了一個燃燒室方案并完成了樣機的制造,其中第一臺原型機采用的是彼爾姆公司的方案,第二臺原型機采用的是進步設計局的方案。UEC的初衷是經過后期的測試,從上述兩個燃燒室方案中進行選擇,不過從目前俄羅斯和烏克蘭的關系來看,進步設計局的方案應該已經被拋棄了。PD-14還采用了國際上大涵道比渦扇發動機常用的內涵道和外涵道分開排氣模式,這樣的好處是燃油效率高,發動機噪音小。

  截至2015年初,彼爾姆公司先后完成了7臺發動機原型機的制造以及相關的地面測試。


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