Подробнее: https://rostec.ru/media/news/kak-vyrashchivayut-lopatki-turbin-sovremennykh-aviadvigateley/#start

Детали изготавливаются в инновационном литейном комплексе рыбинского предприятия ОДК-Сатурн из новейших жаропрочных никелевых сплавов, созданных совместно с учеными ВИАМ.

Всего в рамках сотрудничества с НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМ (Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов) были разработаны пять новых сплавов для изготовления ряда элементов двигателя ПД-8 для ближнемагистрального самолета SJ-100, в том числе высоконагруженных рабочих и сопловых лопаток турбин низкого и высокого давления.

Созданные сплавы по стабильности химического состава, остаточному уровню примесей и механическим свойствам соответствуют всем мировым стандартам.

«Любой современный двигатель – это, в первую очередь, результат научных изысканий и открытий. Разработанные литейные сплавы позволили реализовать передовые характеристики, заложенные конструкторам в силовую установку. Отмечу, что внедрить новые материалы в изготовление заготовок лопаток удалось без перестроения производственной цепочки. В дальнейшем эти сплавы, способные выдерживать необходимые нагрузки, могут использоваться при работе над новыми образцами газотурбинных двигателей», – отметил главный инженер ОДК-Сатурн Игорь Ильин.

За разработку новых сплавов авторский коллектив, в который входили сотрудники ОДК-Сатурн Игорь Ильин, Сергей Заводов, Валерий Шабров и Андрей Троицкий, удостоился премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники. В середине декабря 2023 года высокую награду руководителю авторского коллектива Евгению Каблову (НИЦ «Курчатовский институт») вручил лично премьер-министр России Михаил Мишустин.

Источник: АО «ОДК»

Метод электролитно-плазменного полирования деталей имеет ряд существенных преимуществ – это скорость и дешевизна обработки. Новый электролит позволяет применять этот автоматизированный метод для полирования одной их самых сложных и ответственных деталей – лопаток турбин двигателя, изготавливаемых из жаропрочных никелевых литейных сплавов. Предложенный состав электролита обеспечивает качественную финишную обработку входной и выходной кромок рабочих лопаток, лопаток сопловых аппаратов газотурбинных двигателей. Также данный метод возможно использовать и для других специальных работ, когда нужно обеспечить высокий класс чистоты поверхности детали.

«Метод электролитно-плазменного полирования недорогой и очень быстрый. Для электролитно-плазменного полирования нужны лишь электрический ток, раствор солей и установка. Время обработки детали за одно погружение – до 4 минут. Другие способы, применяемые для полирования, финишной обработки деталей, – например, виброабразивная галтовка, сухое электрополирование – довольно длительные процессы, они идут от 1 до 8 часов. С помощью такого полирования чистота поверхности обработанной детали повышается на 2-3 класса по сравнению с исходной. Это хорошая перспективная технология обработки», – сказал главный инженер ОДК-Сатурн Игорь Ильин.

В качестве электролита предложен водный раствор, содержащий в определенной пропорции соли сульфата аммония и фторида натрия. Над формулой изобретения работала группа авторов: Георгий Ерочкин, Михаил Ерочкин, Сергей Афанасов, Сергей Тугов, Сергей Козулин, Любовь Герасимова, Владислав Плешкун. Изобретение признано лучшим по итогам ежегодного корпоративного конкурса изобретателей и рационализаторов ОДК-Сатурн.

В интеллектуальной копилке предприятия также есть патент на электролит для электролитно-плазменного полирования деталей из титановых литейных сплавов. Рассматривается применение метода и для обработки деталей, выращенных аддитивным способом.

ПАО «ОДК-Сатурн» – двигателестроительная компания, специализируется на разработке, производстве и послепродажном обслуживании газотурбинных двигателей для гражданской авиации, энергогенерирующих и газоперекачивающих установок, кораблей и судов.

ПАО «ОДК-Сатурн» входит в состав АО «Объединенная двигателестроительная корпорация».

Источник: АО «ОДК»

Создание лопатки требует сложнейших расчетов при проектировании, высочайшей точности в изготовлении, а также дорогостоящего оборудования и редких металлов.

Сегодня только шесть стран в мире обладают компетенциями проектирования и производства лопаток. Россия в очередной раз укрепила свое лидерство в этой отрасли, внедрив собственные новейшие технологии, которые будут применяться для создания новых авиационных двигателей.

От мельниц до авиадвигателей

Каждая лопатка турбореактивного двигателя − воплощение самых совершенных технологий и одна из самых сложных в производстве деталей установки. А начиналось все когда-то с самых простых устройств.

Прямыми предками современных лопаток в двигателестроении можно считать лопасти, приводящие в движение механизмы ветряных и водяных мельниц. Принцип лопаточной машины применялся для подъема жидкостей в знаменитом «Архимедовом винте» и других устройствах древности. Сегодня подобные механизмы применяются очень широко − в авиации, судостроении, машиностроении, энергетике.

Понять, как выглядят лопатки современного авиадвигателя, можно легко. Вентилятор, собранный из лопаток, мы видим, когда поднимаемся на борт авиалайнера. На самом же деле лопаток в двигателе гораздо большое − их основная масса скрыта под корпусом установки.

Высоконагруженная деталь

Принцип работы газотурбинного двигателя, а именно такие поднимают в небо большинство современных гражданских и военных самолетов, можно описать следующим образом. Воздух попадает в двигатель, сжимается с помощью компрессора, в камере сгорания нагревается, вращает турбину и на огромной скорости выбрасывается из сопла, толкая самолет вперед.

В устройстве газотурбинного двигателя (ГТД) используется сразу несколько видов лопаток. В зависимости от типа двигателя это: лопатки вентилятора, лопатки компрессора низкого давления, лопатки компрессора высокого давления, лопатки турбины высокого давления, лопатки турбины низкого давления. Кроме перечисленных рабочих лопаток также применяются стационарные лопатки, направляющие поток воздуха.

Лопатки вентилятора и компрессоров работают на нагнетание и сжимание воздуха, направляя его в камеру сгорания. Лопатки в турбине действуют подобно лопастям ветряной мельницы: поток набегающего воздуха сталкивается с лопатками, обтекает их и приводит в движение ротор, который в свою очередь передает вращение механизму компрессора.

Каскад лопаток турбины высокого давления – это самые высоконагруженные лопатки в ГТД. Фактически они работают при температуре, превышающей температуру плавления металла, из которого они сделаны, а нагрузка на них сопоставима с давлением многотонного грузового автомобиля.

Лопатки определяют КПД основных узлов двигателя (вентилятора, компрессора и турбины) и его экономические параметры. В каждом двигателе применяется порядка 2-3 тыс. лопаток. Это самая массовая деталь ГТД при этом со сложной конфигурацией, что в свою очередь диктует особенные требования к производству.

Как изготавливают «воздушные лезвия»

Лопатки компрессора чаще изготавливаются штамповкой с последующей механической обработкой, а лопатки турбины литьем по технологии «монокристалл». При изготовлении и обработке лопаток применяется широкий спектр современных технологий: формование, литье, резание, электрохимическая обработка, шлифование и полирование, лазерная и электроэрозионная обработка. Задействуются технологические процессы нанесения термобарьерного и эрозионно-стойкого покрытия, вакуумная термическая обработка. Используются автоматизированные методы измерения и контроля, в том числе с помощью лазеров.

Чтобы воздействовать на потоки воздуха максимально эффективно, лопатки имеют сложную, изогнутую форму. Кроме того, внутри лопаток турбины создаются специальные полости для охлаждения. Лопатки испытывают сильное механическое воздействие, подвергаются высоким температурам и должны без остановки работать в течение многих часов.

Металлурги долгое время создавали материал, способный выдерживать такие нагрузки, не теряя своих свойств. В истории создания первого отечественного реактивного двигателя есть почти детективный эпизод. Чтобы получить образцы материала, из которого англичане изготавливают лопатки, советская делегация в 1947 году пошла на хитрость: металловеду Сергею Кишкину удалось вынести заводскую стружку в рифленой подошве ботинок. Так одним из первых рабочих материалов для лопаток был определен жаропрочный никелевый сплав.

Сегодня при изготовлении лопаток вентилятора применяется такой металл как титан и полимерные композитные материалы. Например, для перспективного двигателя ПД-35, предназначенного для транспортной и широкофюзеляжной пассажирской авиации, в пермском КБ «Авиадвигатель» разработана лопатка вентилятора из композитных полимерных материалов. Диаметр вентилятора ПД-35 – более 3 метров. Переход от титановых лопаток к полимерным позволит снизить массу двигателя на 400 кг.

Положить конкурентов на лопатки

В мире всего шесть стран обладают компетенциями в производстве лопаток ТВД для газотурбинных двигателей. Каждая фирма хранит свои производственные нюансы в секрете.

В Объединенной двигателестроительной корпорации (входит в состав Ростеха) созданы центры технологической компетенции по изготовлению лопаток. В уфимском «ОДК-УМПО» занимаются выпуском лопаток для боевой авиации, в Рыбинске в «ОДК-Сатурн» – для гражданской авиации, морских двигателей и энергетических установок, а на «ОДК-Пермские моторы» делают лопатки турбин высокого давления для новых перспективных двигателей ПД-14, ПД-8, ПД-35.

Недавно на рыбинском предприятии были внедрены уникальные технологии для производства лопаток компрессора: устройство для закрутки высокоточных титановых лопаток и гибридная штамповка лопаток из двухфазного титанового сплава. Эти ноу-хау позволят изготавливать более точные детали, в том числе и крупногабаритные. В основе – оборудование отечественного производства.

Расширение номенклатуры лопаток, разных по материалам, технологиям производства, назначению, подтверждает высочайшие компетенции российских двигателистов. Есть большие достижения, и впереди еще много работы по обеспечению новых российских самолетов новыми двигателям, появление которых критически важно в условиях санкций.

Источник: ГК «Ростех»

Производство лопаток на предприятии Объединенной двигателестроительной корпорации увеличено по программе «Трансформация индустриальной модели» АО «ОДК». В соответствии с программой на базе АО «НФМЗ» в 2012 году организован Центр технологической компетенции, который специализируется на изготовлении компрессорных лопаток для авиационных газотурбинных двигателей.

«С 2019 года в АО «НФМЗ» освоено серийное производство более 100 наименований компрессорных лопаток для 6 авиационных двигателей — отметил заместитель генерального директора – управляющий директор АО «НФМЗ» Михаил Дическул.

Акционерное общество «Наро-Фоминский машиностроительный завод» (АО «НФМЗ») – одно из крупнейших российских производителей компрессорных лопаток газотурбинных двигателей. С 2000 года предприятие занимается производством компрессорных лопаток из высоколегированных сталей и сплавов титана.

АО «Объединенная двигателестроительная корпорация» (входит в Госкорпорацию Ростех) – интегрированная структура, специализирующаяся на разработке, серийном изготовлении и сервисном обслуживании двигателей для военной и гражданской авиации, космических программ и военно-морского флота, а также нефтегазовой промышленности и энергетики.

Госкорпорация Ростех – крупнейшая промышленная компания России. В 2022 году отмечает 15 лет со дня основания. Объединяет более 800 научных и производственных организаций в 60 регионах страны. Ключевые направления деятельности – авиастроение, радиоэлектроника, медицинские технологии, инновационные материалы и др. В портфель корпорации входят такие известные бренды, как АВТОВАЗ, КАМАЗ, ОАК, «Вертолеты России», ОДК, Уралвагонзавод, «Росэлектроника», «Швабе», Концерн Калашников и др. Ростех выступает партнером ведущих мировых производителей, таких как Boeing, Airbus, Daimler, Pirelli, Renault и др. Продукция корпорации поставляется более чем в 100 стран мира. Почти треть выручки компании обеспечивает экспорт высокотехнологичной продукции.

Источник: АО «ОДК»