Репортёр журнала «Популярная механика» отправился на НПО «Сатурн» — рыбинское предприятие Объединенной двигателестроительной корпорации Ростеха, чтобы посмотреть, как собирают двигатель SaM146 для Sukhoi Superjet 100, и увидел, как наступает будущее российской авиационной индустрии — сложное, глобальное и бесконечно увлекательное.

Рыбинск — город небольшой, интимный, меньше двухсот тысяч жителей, незнакомцы часто ведут себя по‑свойски. Зато после заводской проходной всё строго — паспорта сданы, курить нельзя, охранники пропускают не вдруг. Но строгость здесь непривычная — не военная и даже не как на опасных предприятиях, хотя и гособоронзаказ здесь выполняется, и горячий металл льётся в литейном цехе. Может быть, сказывается многолетнее общение с французскими партнерами из компании SAFRAN. У себя под Парижем они собирают горячую часть двигателя SaM146 для российского среднемагистрального лайнера Sukhoi Superjet 100 и отправляют её в Рыбинск для объединения с холодной частью российского производства. В Рыбинске проходит и окончательная сборка двигателя.

источник: images2.popmeh.ru

В сборочном цеху. Этот двигатель SaM146 уже собран и почти готов к отправке. Вверху справа — электронный «мозг» двигателя, процессор, управляющий его работой.

Здесь, в Рыбинске, на «Сатурне» делают десятки газотурбинных двигателей, авиационных, морских и наземных, гражданских и военных. Не пытаясь объять необъятное, мы собирались заглянуть только в цеха, где производят детали для SaM146, собирают и испытывают готовый двигатель. Но жизнь, как всегда, оказалась удивительнее и разнообразнее любых планов, поэтому мы попали и туда, где из металлических порошков под лучами лазеров вырастают «бионические» детали современных и будущих двигателей.

МАТЧАСТЬ

Холодная часть турбовентиляторного двигателя — это вентилятор, компрессор и турбина низкого давления. Почти всё делается из металла, поэтому на огромной территории «Сатурна» разместились десятки цехов металлообработки всевозможных видов. Болты и гайки по старинке вытачивают на холодную, а вот самую высокотехнологичную деталь двигателя — лопатку турбины — льют очень хитрым способом.

Восковые отливки прессуют в металлических формах, дорабатывают вручную и передают «в руки» роботов. Точнее, в одну роборуку, которая берёт восковую форму, расчитанными движениями окунает её в белую суспензию и пару раз поворачивает, давая жидкости стечь. Даже самый опытный мастер не способен на такую точность, а робот каждый раз делает всё так же, как в предыдущий, и суспензия всегда ложится на воск слоем нужной толщины.

источник: images1.popmeh.ru

Керамические формы для литья лопаток турбины.

Застывая, суспензия превращается в жаропрочную керамическую форму, а затем воск вытапливается. В один из концов заготовки закладывается специально выращенный кристалл-дендрит — и вот запаянная с одного конца форма готова к литью.

Лопатки турбины ГТД работают под динамической нагрузкой, при постоянных перепадах давления, поэтому требования к прочности огромны: деталь размером с ладонь должна выдерживать до 20 тонн (на неё, например, можно поставить гружёную фуру) и не должна плавиться в горячей газовоздушной смеси, входящей в турбину низкого давления. Казалось бы, для этого нужно подобрать самый жаропрочный сплав… Но это необязательно: благодаря специфической конструкции лопатки турбины низкого давления SaM146 могут работать в среде, имеющей температуру на 200−250 градусов выше температуры плавления сплава, из которого они отлиты. Как — мы объясним чуть позже.

СЕКРЕТЫ ПРОЧНОСТИ

Два главных требования к лопаткам — прочность и жаропрочность. Прочность достигается за счёт литья методом направленной кристаллизации: отвод тепла из расплавленного металла, залитого в форму, начинается через кристалл-дендрит, который задаёт кристаллическую структуру всей детали в виде параллельных цепочек макрозёрен. Цепочки работают по известному «закону веника»: сломать одну относительно легко, а «пучок» — очень сложно. Нити вытянуты вдоль детали так, чтобы самая сильная нагрузка во время работы турбины ложилась вдоль пучка. Отлитая из того же никелевого сплава, но без направленной кристаллизации лопатка была бы куда менее прочной.

Секрет жаропрочности открывается, когда нам показывают перо лопатки в разрезе: оно не монолитное, а почти полое. В пустоты попадает условно холодный воздух — «всего» 400−450 градусов, а геометрия отверстий создаёт вокруг лопатки воздушную «шубу», сквозь которую до металла лопатки никогда не доходит горячий газ из камеры сгорания. Такой способ охлаждения называется конвективным: это — стандарт для современных моделей турбовентиляторных двигателей.

источник: images2.popmeh.ru

Лопатка турбины в разрезе. Система воздуховодов обеспечивает конвективное охлаждение лопатки во время работы двигателя.

После застывания металла лопатки вынимают из формы — и они почти готовы: точность литья такая, что доработка требуется только по профилям деталей и в местах будущих соединений. Станки с ЧПУ в цеху обработки сами меняют инструмент, пока не закончат цикл обработки. За прозрачными дверцами станков абразивной шлифовки вращаются валики из абразивных материалов и брызжет охлаждающая жидкость, а на станках электрохимической обработки манипулятор водит электродом по профилю лопатки, снимая слой металла толщиной в сотые доли миллиметра.

Здесь же обрабатывают валы турбин — шлифуют их изнутри и наносят напыление с наночастицами металлов, чтобы вал стал прочнее. Заготовки валов на «Сатурне» не делают; их получают от других поставщиков. «Это вопрос специализации, — объясняет наш сопровождающий, — мы доверяем то, что не умеем делать сами, тем, кто в этом профи». Без разделения труда двигателей SaM146 вообще не было бы: для их создания объединилось около 300 производителей со всего мира. Редкая страна берётся собирать такие сложные и наукоёмкие вещи, как авиадвигатели, в одиночку.

… продолжение на источнике