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俄罗斯民机产业的新动力:PD-14发动机项目

2017-8-28 21:41| 发布者: 潜艇4809| 查看: 588| 评论: 0

摘要:    PD-14是被俄罗斯航空工业寄予厚望的下一代涡扇发动机,最初由彼尔姆航空发动机公司负责设计和制造。
  PD-14是被俄罗斯航空工业寄予厚望的下一代涡扇发动机,最初由彼尔姆航空发动机公司负责设计和制造。2007年,俄罗斯总统普京下令对国内的航空发动机企业进行整合重组,彼尔姆公司被并入新组建的俄罗斯联合发动机公司(UEC)。此后,PD-14发动机项目改由UEC下属的民用发动机部作为主研制单位,彼尔姆公司仍然是设计单位和主要部件生产商。
PD-14借MS-21项目上马
  2006年,俄罗斯联合飞机公司(UAC)决定研制一款130~170座级的新型客机,用以取代国内大量老旧的图-154系列客机,同时也希望借机重振本国的民机产业。2009年,新客机项目进入详细设计阶段,并命名为MS-21,意即“21世纪干线客机”。当年12月,UAC对外宣布已经选定了普惠公司研制的推力130千牛级别的PW1000G齿轮传动涡扇发动机作为该机的标配发动机,后来的具体型号为PW1400G。其实早在MS-21项目启动之时,彼尔姆公司就提出研制一款可以为该机配套的新型涡扇发动机PD-14,并开始了相关的技术攻关和研究工作。当UAC最终确定为MS-21选配普惠的齿轮传动发动机之后,彼尔姆公司也加快了新型发动机的研制工作。
  在PD-14研制初期,彼尔姆公司在给出的介绍资料中提到该发动机将在PS-12涡扇发动机的基础上改进研制而来,而PS-12则是PS-90A涡扇发动机的升级型。2009年12月,PD-14的设计方案通过了最终评审,在设计阶段,发动机的核心机方案也经过了多次修改,原定的核心机6+2方案(6级高压压气机,2级高压涡轮)被认为太过冒险,最终更改为相对保守的8+2方案。
  2011年,彼尔姆公司联合俄罗斯空气流体力学研究院(TsAGI)对PD-14的核心机进行了测试,测试结果证明核心机性能总体上达到了设计指标,在一些单个指标上还超过了设计要求。此后,项目正式进入原型机的制造阶段。2012年底,首架PD-14原型机制造完成并开始进行台架试验。
  在2013年的莫斯科航展上,UEC第一次正式对外公开展示PD-14发动机。与彼尔姆公司以往展出的缩比模型不同,本次航展上亮相的是一台编号100-01的原型机实机。PD-14的公开亮相,被看作是对CFM国际和普惠公司同类产品的一次宣示,意在证明俄罗斯将正式进军被欧美垄断的大推力商用涡扇发动机市场。彼尔姆公司提供的资料显示,PD-14的风扇直径达到了1.9米,涵道比为8.5:1,这个值小于CFM国际LEAP-1系列和普惠的PW1400G,前者的涵道比为10比1,后者则达到了12比1。不过,与CFM国际的经典产品CFM56系列发动机相比,PD-14的燃油消耗可以降低10%~15%。
技术水平比肩欧美
  俄罗斯政府在PD-14上采用了大协作的模式。由彼尔姆公司担任总设计单位,俄罗斯航空材料研究院(VIAM)、俄罗斯航空发动机研究院(CIAM)、礼炮发动机公司、克里莫夫发动机公司、乌发发动机生产联合体等主要的发动机科研和生产企业都参与了项目研制,此外乌克兰进步设计局也参与了该项目,并承担燃烧室的设计研制工作。
  彼尔姆公司最初曾计划在PD-14上采用宽馅复合材料风扇叶片,但是考虑到研制时间和风险,最终选择了钛合金中空风扇叶片。在这之前,VIAM已经在复合材料风扇叶片方面进行了长期的研究,技术方面与欧美公司并没有太大的差距。在高压压气机上,PD-14采用了俄罗斯最新的第四代空心单晶叶片以及最新的陶瓷材料涂层,经测试叶片的寿命可以达到3万小时。该发动机的低压压气机同样采用了钛合金空心叶片,使整个低压压气机相对于过去的型号降低了10%的重量。此外PD-14还采用了粉末冶金涡轮盘,这也是当前航空发动机领域的先进技术。而对于PD-14来说,关键的一项技术创新在于其燃烧室采用了碳-碳化硅复合材料结构,这样就可以通过提高燃烧室温度来提高发动机推力,此外也使发动机热段的寿命达到了3万小时。在PD-14项目上,彼尔姆公司和乌克兰进步设计局都设计了一个燃烧室方案并完成了样机的制造,其中第一台原型机采用的是彼尔姆公司的方案,第二台原型机采用的是进步设计局的方案。UEC的初衷是经过后期的测试,从上述两个燃烧室方案中进行选择,不过从目前俄罗斯和乌克兰的关系来看,进步设计局的方案应该已经被抛弃了。PD-14还采用了国际上大涵道比涡扇发动机常用的内涵道和外涵道分开排气模式,这样的好处是燃油效率高,发动机噪音小。
  截至2015年初,彼尔姆公司先后完成了7台发动机原型机的制造以及相关的地面测试。 

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