ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» — крупнейший разработчик и производитель авиационных двигателей в России. Здесь работают более 20 тысяч человек. УМПО входит в состав Объединенной двигателестроительной корпорации.
Основными видами деятельности предприятия являются разработка, производство, сервисное обслуживание и ремонт турбореактивных авиационных двигателей, производство и ремонт узлов вертолетной техники, выпуск оборудования для нефтегазовой промышленности. (52 фото)
УМПО серийно выпускает турбореактивные двигатели АЛ-41Ф-1С для самолетов Су-35С, двигатели АЛ-31Ф и АЛ-31ФП для семейств Су-27 и Су-30, отдельные узлы для вертолетов «Ка» и «Ми», газотурбинные приводы АЛ-31СТ для газоперекачивающих станций ОАО «Газпром».
Под руководством объединения ведется разработка перспективного двигателя для истребителя пятого поколения ПАК ФА (перспективный авиационный комплекс фронтовой авиации, Т-50). УМПО участвует в кооперации по производству двигателя ПД-14 для новейшего российского пассажирского самолёта МС-21, в программе производства вертолётных двигателей ВК-2500, в реконфигурации производства двигателей типа РД для самолётов МиГ.
1. Сварка в обитаемой камере «Атмосфера-24» . Интереснейшим этапом производства двигателя является аргонодуговая сварка наиболее ответственных узлов в обитаемой камере, обеспечивающая полную герметичность и аккуратность сварного шва. Специально для УМПО ленинградским институтом «Прометей» в 1981 году создан один из крупнейших в России участок сварки, состоящий из двух установок «Атмосфера-24».
2. По санитарным нормам рабочий может проводить в камере не более 4,5 часов в день. С утра — проверка костюмов, медицинский контроль, и только после этого можно приступать к сварке.
Сварщики отправляются в «Атмосферу-24» в легких космических скафандрах. Через первые двери шлюза они проходят в камеру, им прикрепляют шланги с воздухом, закрывают двери и подают внутрь камеры аргон. После того, как он вытеснит воздух, сварщики открывают вторую дверь, заходят в камеру и начинают работать.
3. В безокислительной среде чистого аргона начинается сварка конструкций из титана.
4. Контролируемый состав примесей в аргоне позволяет получить качественные швы и повысить усталостную прочность сварных конструкций, обеспечивает возможность подварки в самых труднодоступных местах за счет применения сварочных горелок без использования защитного сопла.
5. В полном облачении сварщик, действительно, похож на космонавта. Чтобы получить допуск к работе в обитаемой камере, рабочие проходят курс обучения, вначале они в полной экипировке тренируются на воздухе. Обычно двух недель достаточно, чтобы понять, годится человек для такой работы или нет — нагрузки выдерживает далеко не каждый.
6. Всегда на связи со сварщиками — специалист, следящий за происходящим с пульта управления. Оператор управляет сварочным током, следит за системой газоанализа и общим состоянием камеры и работника.
7. Ни один другой способ ручной сварки не даёт такого результата, как сварка в обитаемой камере. Качество шва говорит само за себя.
8. Электронно-лучевая сварка. Электронно-лучевая сварка в вакууме — полностью автоматизированный процесс. В УМПО он осуществляется на установках Ebokam. Одновременно сваривается два-три шва, причём с минимальным уровнем деформации и изменением геометрии детали.
9. Один специалист работает одновременно на нескольких установках электронно-лучевой сварки.
10. Детали камеры сгорания, поворотного сопла и блоков сопловых лопаток требуют нанесения теплозащитных покрытий плазменным способом. Для этих целей используется робототехнический комплекс ТСЗП-MF-P-1000.
11. Инструментальное производство . В составе УМПО 5 инструментальных цехов общей численностью около 2 500 человек. Они занимаются изготовлением технологического оснащения. Здесь создают станочные приспособления, штампы для горячей и холодной обработки металлов, режущий инструмент, мерительный инструмент, пресс-формы для литья цветных и черных сплавов.
12. Производство пресс-форм для лопаточного литья осуществляется на станках с ЧПУ.
13. Сейчас для создания пресс-форм нужно всего два-три месяца, а раньше этот процесс занимал полгода и дольше.
14. Автоматизированное средство измерения улавливает мельчайшие отклонения от нормы. Детали современного двигателя и инструмента должны быть изготовлены с предельно точным соблюдением всех размеров.
15. Вакуумная цементация . Автоматизация процессов всегда предполагает уменьшение затрат и повышение качества выполняемых работ. Это относится и к вакуумной цементации. Для цементации — насыщения поверхности деталей углеродом и повышения их прочности — используются вакуумные печи Ipsen.
Для обслуживания печи достаточно одного работника. Детали проходят химико-термическую обработку в течение нескольких часов, после чего становятся идеально прочными. Специалисты УМПО создали собственную программу, которая позволяет осуществлять цементирование с повышенной точностью.
16. Литейное производство . Производство в литейном цехе начинается с изготовления моделей. Из специальной массы прессуются модели для деталей разных размеров и конфигураций с последующей ручной отделкой.
17. На участке изготовления выплавляемых моделей работают преимущественно женщины.
18. Облицовка модельных блоков и получение керамических форм — важная часть технологического процесса литейного цеха.
19. Перед заливкой керамические формы прокаливаются в печах.
21. Так выглядит залитая сплавом керамическая форма.
22. «На вес золота» — это о лопатке с монокристаллической структурой. Технология производства такой лопатки сложная, но и работает эта дорогая во всех отношениях деталь гораздо дольше. Каждая лопатка «выращивается» с использованием специальной затравки из никеле-вольфрамового сплава.
23. Участок обработки полой широкохордной вентиляторной лопатки . Для производства полых широкохордных вентиляторных лопаток двигателя ПД-14 — движущей установки перспективного гражданского самолёта МС-21 — создан специальный участок, где осуществляется вырезка и механическая обработка заготовок из титановых плит, окончательная механическая обработка замка и профиля пера лопатки, включая его механическую шлифовку и полировку.
24. Окончательная обработка торца пера лопатки.
25. Комплекс производства роторов турбины и компрессора (КПРТК) — это локализация имеющихся мощностей для создания основных составляющих элементов реактивного привода.
26. Сборка роторов турбины — трудоёмкий процесс, требующий особенной квалификации исполнителей. Высокая точность обработки соединения «вал-диск-носок» — гарантия долгосрочной и надёжной работы двигателя.
27. Многоступенчатый ротор собирается в единое целое.
28. Балансировку ротора осуществляют представители уникальной профессии, которой в полной мере можно овладеть только в заводских стенах.
29. Производство трубопроводов и трубок . Чтобы все агрегаты двигателя слаженно функционировали — компрессор нагнетал, турбина крутилась, сопло прикрывалось или открывалось, нужно подавать им команды. «Кровеносными сосудами» сердца самолёта считаются трубопроводы — именно по ним передаётся самая разная информация. В УМПО есть цех, который специализируется на изготовлении этих «сосудов» — разнокалиберных трубопроводов и трубок.
30. На мини-заводе по производству трубок требуется ювелирная ручная работа — некоторые детали являются настоящими рукотворными произведениями искусства.
31. Многие операции по трубогибу выполняет и станок с числовым программным управлением Bend Master 42 MRV. Он гнёт трубки из титана и нержавеющей стали. Сначала определяют геометрию трубы по бесконтактной технологии с помощью эталона. Полученные данные отправляют на станок, который производит предварительное сгибание, или на заводском языке — гиб. После производится корректировка и окончательный гиб трубки.
32. Так выглядят трубки уже в составе готового двигателя — они оплетают его, как паутина, и каждая выполняет свою задачу.
33. Окончательная сборка . В сборочном цехе отдельные детали и узлы становятся целым двигателем. Здесь трудятся слесари механосборочных работ высочайшей квалификации.
34. Собранные на разных участках цеха крупные модули стыкуются сборщиками в единое целое.
35. Конечным этапом сборки является установка редукторов с топливно-регулирующими агрегатами, коммуникаций и электрооборудования. Производится обязательная проверка на соосность (для исключения возможной вибрации), центровка, так как все детали поставляются из разных цехов.
36. После предъявительских испытаний двигатель возвращается в сборочный цех на разборку, промывку и дефектацию. Сначала изделие разбирают и промывают бензином. Затем — внешний осмотр, замеры, специальные методы контроля. Часть деталей и сборочных единиц направляется для такого же осмотра в цехи-изготовители. Потом двигатель собирают вновь — на приёмо-сдаточные испытания.
37. Слесарь-сборщик собирает крупный модуль.
38. Слесари МСР выполняют сборку величайшего творения инженерной мысли XX века — турбореактивного двигателя — вручную, строго сверяясь с технологией.
39. Управление технического контроля отвечает за безупречное качество всей продукции. Контролёры работают на всех участках, в том числе — и в сборочном цехе.
40. На отдельном участке собирают поворотное реактивное сопло (ПРС) — важный элемент конструкции, отличающий двигатель АЛ-31ФП от его предшественника АЛ-31Ф.
41. Ресурс работы ПРС — 500 часов, а двигателя — 1000, поэтому сопел нужно делать в два раза больше.
42. На специальном мини-стенде проверяют работу сопла и его отдельных частей.
43. Двигатель, оснащённый ПРС, обеспечивает самолёту большую манёвренность. Само по себе сопло выглядит довольно внушительно.
44. В сборочном цехе имеется участок, где выставлены эталонные образцы двигателей, которые изготавливались и изготавливаются последние 20-25 лет.
45. Испытания двигателей . Испытание авиационного двигателя — завершающий и очень ответственный этап в технологической цепочке. В специализированном цехе осуществляются предъявительские и приёмо-сдаточные испытания на стендах, оснащённых современными автоматизированными системами управления технологическими процессами.
46. В ходе испытаний двигателя используется автоматизированная информационно-измерительная система, состоящая из трех компьютеров, объединенных в одну локальную сеть. Испытатели контролируют параметры двигателя и стендовых систем исключительно по показаниям компьютера. В режиме реального времени производится обработка результатов испытания. Вся информация о проведенных испытаниях хранится в компьютерной базе данных.
47. Собранный двигатель проходит испытания согласно технологии. Процесс может занимать несколько суток, после чего двигатель разбирают, промывают, дефектируют. Вся информация о проведённых испытаниях обрабатывается и выдаётся в виде протоколов, графиков, таблиц, как в электронном виде, так и на бумажном носителе.
48. Внешний вид испытательного цеха : когда-то гул испытаний будил всю округу, теперь наружу не проникает ни один звук.
49. Цех № 40 — место, откуда вся продукция УМПО отправляется заказчику. Но не только — здесь осуществляется окончательная приёмка изделий, агрегатов, входной контроль, консервация, упаковка.
Двигатель АЛ-31Ф отправляется на упаковку.
50. Двигатель ожидает аккуратное обёртывание в слои упаковочной бумаги и полиэтилена, но это не всё.
51. Двигатели помещаются в спроектированную для них специальную тару, которая маркирована в зависимости от типа изделия. После упаковки идёт комплектация сопроводительной технической документацией: паспортами, формулярами и пр.
52. Двигатель в действии!
Фотографии и текст
Разработка и производство авиационных турбореактивных двигателей сегодня является одной из наиболее наукоемких и высокоразвитых в научном и техническом отношении промышленных отраслей. Помимо России, только США, Англия и Франция владеют полным циклом создания и выпуска авиационных газотурбинных двигателей.
В конце прошлого столетия на первый план вышел ряд факторов, оказывающих сильное влияние на перспективы мирового авиационного двигателестроения – рост стоимости, увеличение полных сроков разработки и цены авиадвигателей. Рост стоимостных показателей авиадвигателей приобретает экспоненциальный характер, при этом от поколения к поколению становится больше доля поисковых исследований по созданию опережающего научно-технического задела. Для авиационного двигателестроения США при переходе от четвертого к пятому поколению эта доля возросла по затратам с 15% до 60%, а по срокам увеличилась почти в два раза. Ситуация в России усугубилась известными политическими событиями и системным кризисом в начале ХХI века.
США на госбюджетной основе сегодня проводят национальную программу ключевых технологий авиационного двигателестроения IНРТЕТ. Конечная цель – к 2015 г. достигнуть монопольного положения, вытеснив с рынка всех остальных. Что делает сегодня Россия, чтобы не допустить этого?
Руководитель ЦИАМ В. Скибин в конце прошлого года сказал: «У нас мало времени, но много работы». Однако НИР, которые выполняет головной институт, не находят места в перспективных планах. При создании Федеральной целевой программы развития гражданской авиатехники до 2020 г. мнения ЦИАМ даже не спросили. «В проекте ФЦП мы увидели очень серьезные вопросы, начиная с постановки задач. Мы видим непрофессионализм. В проекте ФЦП-2020 на науку планируется выделить всего 12%, 20% – на двигателестроение. Этого совсем недостаточно. Институты для обсуждения проекта ФЦП даже не пригласили», – подчеркнул В. Скибин.
СМЕНА ПРИОРИТЕТОВ
Федеральной программой «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002-2010 гг. и на период до 2015 г.» предусматривалось создание целого ряда новых двигателей. ЦИАМ на основе прогноза развития рынка авиационной техники разработал технические задания на конкурсную разработку технических предложений по созданию двигателей нового поколения, предусмотренных указанной ФЦП: ТРДД тягой 9000-14000 кгс для ближне-среднемагистрального самолета, ТРДД тягой 5000-7000 кгс для регионального самолета, ГТД мощностью 800 л.с. для вертолетов и легких самолетов, ГТД мощностью 500 л.с. для вертолетов и легких самолетов, авиационного поршневого двигателя (АПД) мощностью 260-320 л.с. для вертолетов и легких самолетов и АПД мощностью 60-90 л.с. для ультралегких вертолетов и самолетов.
Одновременно было принято решение о реорганизации отрасли. Реализация федеральной программы «Реформирование и развитие оборонно-промышленного комплекса (2002-2006 гг.)» предусматривала проведение работ в два этапа. На первом этапе (2002-2004 гг.) планировалось осуществить комплекс мероприятий по реформированию системообразующих интегрированных структур. При этом в авиационной промышленности предполагалось создание девятнадцати интегрированных структур, в том числе ряда структур по двигателестроительным организациям: ОАО «Корпорация «Комплекс имени Н.Д. Кузнецова», ОАО «Пермский центр двигателестроения», ФГУП «Салют», ОАО «Корпорация «Воздушные винты».
К этому времени отечественные двигателисты уже поняли, что надеяться на кооперацию с иностранными предприятиями бессмысленно, а в одиночку выживать очень сложно, и начали достаточно активно сколачивать собственные коалиции, которые позволили бы занять достойное место в будущей интегрированной структуре. Авиационное моторостроение в России традиционно было представлено несколькими «кустами». Во главе стояли КБ, на следующем уровне – серийные предприятия, за ними – агрегатчики. С переходом к рыночной экономике лидирующая роль стала переходить к серийным заводам, получавшим реальные деньги от экспортных контрактов – ММПП «Салют», ММП им. Чернышева, УМПО, «Мотор Сич».
ММПП «Салют» в 2007 г. превратилось в интегрированную структуру ФГУП «Научно-производственный центр газотурбостроения «Салют». В его состав вошли филиалы в Москве, Московской области и Бендерах. Контрольные и блокирующие пакеты акций акционерных обществ НПП «Темп», КБ «Электроприбор», НИИТ, ГМЗ «Агат» и СП «Топаз» находились в управлении «Салюта». Огромным преимуществом стало создание собственного конструкторского бюро. Это КБ быстро доказало, что способно решать серьезные задачи. В первую очередь – создание модернизированных двигателей АЛ-31ФМ и разработку перспективного двигателя для самолетов пятого поколения. Благодаря экспортным заказам «Салют» провел масштабную модернизацию производства и выполнил целый ряд НИОКР.
Вторым центром притяжения стало НПО «Сатурн», по сути, первая в России вертикально интегрированная компания в области авиационного двигателестроения, объединившая конструкторское бюро в Москве и серийный завод в Рыбинске. Но в отличие от «Салюта» это объединение не было подкреплено необходимыми собственными финансовыми ресурсами. Поэтому во второй половине 2007 г. «Сатурн» начал сближение с УМПО, которое имело достаточное количество экспортных заказов. Вскоре в печати появились сообщения, что менеджмент «Сатурна» стал обладателем контрольного пакета акций УМПО, ожидалось полное слияние двух компаний.
С приходом нового руководства еще одним центром притяжения стало ОАО «Климов». По сути, это конструкторское бюро. Традиционными серийными заводами, производящим продукцию этого КБ, являются московское МПП им. Чернышева и запорожский «Мотор Сич». Московское предприятие имело достаточно крупные экспортные заказы на двигатели РД-93 и РД-33МК, запорожцы оставались практически единственным предприятием, поставляющим двигатели ТВ3-117 для российских вертолетов.
«Салют» и «Сатурн» (если считать вместе с УМПО) серийно выпускали двигатели АЛ-31Ф, один из главных источников экспортных доходов. У обоих предприятий была гражданская продукция – SaM-146 и Д-436, но оба этих мотора имеют нероссийское происхождение. «Сатурн» производит также двигатели для беспилотных летательных аппаратов. На «Салюте» такой двигатель есть, а вот заказов на него пока нет.
У «Климова» в области двигателей для легких истребителей и для вертолетов конкурентов в России нет, а вот на поприще создания двигателей для учебно-тренировочных самолетов конкурировали все. ММПП им. Чернышева совместно с ТМКБ «Союз» создавал ТРДД РД-1700, «Сатурн» по заказу Индии – АЛ-55И, «Салют» в кооперации с «Мотор Сич» выпускает АИ-222-25. Реально только последний устанавливается на серийные самолеты. В области ремоторизации Ил-76 «Сатурн» конкурировал с пермским ПС-90, который остается единственным двигателем, который сегодня устанавливается на российские магистральные самолеты. Однако пермскому «кусту» не везло с акционерами: некогда мощное предприятие переходило из рук в руки, за чехардой смены непрофильных собственников растрачивалась мощь. Процесс создания пермского центра двигателестроения затянулся, наиболее талантливые специалисты перебрались в Рыбинск. Сейчас Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) плотно занимаемся вопросами оптимизации структуры управления пермским «кустом». Пока идет присоединение к ПМЗ ряда технологически связанных предприятий, которые от него в прошлом были отделены. С американскими партнерами из Pratt & Whitney обсуждается проект создания единой структуры с участием ПМЗ и КБ «Авиадвигатель». При этом до начала апреля текущего года ОДК ликвидирует «лишнее звено» в управлении своими пермскими активами – пермское представительство корпорации, ставшее правопреемником ЗАО «Управляющая компания «Пермский моторостроительный комплекс» (УК ПМК), которое с 2003 по 2008 гг. управляло предприятиями бывшего холдинга «Пермские моторы».
Наиболее проблемным оставались вопросы создания двигателя в классе тяги 12000-14000 кгс для перспективного ближне-среднемагистрального лайнера, который должен прийти на смену Ту-154. Основная борьба развернулась между пермскими моторостроителями и украинским «Прогрессом». Пермяки предлагали создать двигатель нового поколения ПС-12, их конкуренты предлагали проект Д-436-12. Меньший технический риск при создании Д-436-12 с лихвой компенсировался рисками политическими. Закрадывалась крамольная мысль, что самостоятельный прорыв в гражданском сегменте стал маловероятен. Рынок гражданских реактивных двигателей поделен сегодня еще более жестко, чем рынок летательных аппаратов. Две американские и две европейские компании закрывают все возможные ниши, активно кооперируясь друг с другом.
Несколько предприятий российского двигателестроения остались в стороне от борьбы. Новые разработки АМНТК «Союз» оказались не нужны, самарские предприятия не имели конкурентов на внутреннем рынке, но и рынка для них практически не было. Самарские авиационные двигатели работают на самолетах стратегической авиации, которых и в советское время строилось не так много. В начале 1990-х был разработан перспективный ТВВД НК-93, но он оказался не востребован в новых условиях.
Сегодня, по словам генерального директора ОАО «ОПК «Оборонпром» Андрея Реуса, ситуация в Самаре поменялась кардинально. Самарский «куст» план 2009 г. выполнил полностью. В 2010 г. планируется завершить объединение трех предприятий в единое НПО, а лишние площади продать. По оценке А. Реуса «кризисная ситуация для Самары закончилась, начался нормальный режим работы. Уровень производительности остается ниже, чем в целом по отрасли, но позитивные изменения в производственной и финансовой сферах налицо. В 2010 г. ОДК планирует вывести самарские предприятия на безубыточную работу».
Остается еще и проблема малой и спортивной авиации. Как ни странно, им тоже нужны двигатели. Сегодня из отечественных моторов можно выбрать только один – поршневой М-14 и его производные. Эти двигатели выпускают в Воронеже.
В августе 2007 г. на совещании в Санкт-Петербурге по развитию двигателестроения тогдашний президент РФ Владимир Путин дал поручение создавать четыре холдинга, которые затем объединились бы в одну компанию. Тогда же В. Путин подписал Указ об объединении «Салюта» с ФГУП «Омское моторостроительное объединение имени П.И. Баранова». Срок присоединения к «Салюту» омского завода периодически менялся. В 2009 г. этого не произошло потому, что омский завод имел существенные долговые обязательства, а «Салют» настаивал, чтобы задолженность была погашена. И государство ее погасило, выделив в декабре прошлого года 568 млн. рублей. По мнению руководства Омской области теперь препятствий для объединения нет, и в первой половине 2010 г. это случится.
Из трех оставшихся холдингов по прошествии нескольких месяцев было признано целесообразным создать одно объединение. В октябре 2008 г. премьер-министр России Владимир Путин поручил передать «Оборонпрому» государственные пакеты акций десяти предприятий и обеспечить контрольный пакет акций создаваемой ОДК в целом ряде предприятий, в том числе в «Авиадвигателе», НПО «Сатурн», «Пермских моторах», ПМЗ, УМПО, «Моторостроителе», СНТК им. Кузнецова и ряда других. Эти активы перешли под управление дочерней компании «Оборонпрома» – Объединенной двигателестроительной корпорации. Андрей Реус аргументировал данное решение так: «если бы мы пошли по пути промежуточного этапа создания нескольких холдингов, то никогда не договорились бы делать одно изделие. Четыре холдинга – это четыре модельных ряда, которые никогда бы не удалось привести к единому знаменателю. Я уже не говорю о государственной помощи! Можно себе только представить, что бы происходило в борьбе за бюджетные средства. В тот же проект по созданию двигателя для МС-21 вовлечено НПП «Мотор», КБ «Авиадвигатель», Уфимское моторостроительное производственное объединение, Пермский моторный завод, самарский «куст». НПО «Сатурн», пока объединения не было, отказывался работать над проектом, а сейчас – активный участник процесса».
Сегодня стратегической целью ОДК является «восстановление и поддержка современной российской инженерной школы в сфере создания газотурбинных двигателей». ОДК должна к 2020 г. закрепиться в пятерке мировых производителей в сфере ГТД. К этому моменту 40% продаж продукции ОДК должно быть ориентировано на мировой рынок. При этом необходимо обеспечить четырехкратный, а возможно и пятикратный рост производительности труда и обязательное включение сервисного обслуживания в систему продаж двигателей. Приоритетными проектами ОДК являются создание двигателя SaM-146 для российского регионального самолета SuperJet100, нового двигателя для гражданской авиации, двигателя для военной авиации, а также двигателя для перспективного скоростного вертолета.
ДВИГАТЕЛЬ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ БОЕВОЙ АВИАЦИИ
Программу создания ПАК ФА в 2004 г. разбили на два этапа. Первый этап предусматривает установку на самолет двигателя «117С» (сегодня его относят к поколению 4+), второй этап предполагал создание нового двигателя тягой 15-15,5 тонн. В эскизном проекте ПАК ФА пока «прописан» сатурновский двигатель.
В конкурсе, объявленном Минобороны РФ, также были предусмотрены два этапа: ноябрь 2008 г. и май-июнь 2009 г. «Сатурн» почти на год отставал от «Салюта» по предоставлению результатов работ по элементам двигателя. «Салют» все сделал вовремя, получил заключение комиссии.
Видимо, такая ситуация побудила ОДК в январе 2010 г. все-таки предложить «Салюту» создать двигатель пятого поколения совместно. Была достигнута предварительная договоренность о разделении объема работ примерно пятьдесят на пятьдесят. Юрий Елисеев согласен работать с ОДК на паритетных основаниях, но считает, что идеологом создания нового двигателя должен быть именно «Салют».
ММПП «Салют» уже создал двигатели АЛ-31ФМ1 (он принят на вооружение, выпускается серийно) и АЛ-31ФМ2, перешел к стендовой отработке АЛ-31ФМ3-1, за которым последует АЛ-31ФМ3-2. Каждый новый двигатель отличается повышенной тягой и лучшими ресурсными показателями. АЛ-31ФМ3-1 получила новый трехступенчатый вентилятор и новую камеру сгорания, а тяга достигла 14500 кгс. Следующий шаг предусматривает рост тяги до 15200 кгс.
По мнению Андрея Реуса «тема ПАК ФА ведет к очень тесной кооперации, что можно рассматривать как базу для интеграции». При этом он не исключает, что в перспективе будет создана единая структура в двигателестроении.
Свои предложения по новому двигателю для самолета МС-21 несколько лет назад представили ОАО «Авиадвигатель» (ПД-14, ранее известный как ПС-14) и «Салют» совместно с украинскими «Мотор Сич» и «Прогресс» (СПМ-21). Первый был совершенно новой работой, а второй планировалось создать на базе Д-436, что позволяло существенно сократить сроки и снизить технические риски.
В начале прошлого года ОАК и НПК «Иркут» наконец-то объявили тендер на двигатели для самолета МС-21, выдав техническое задание нескольким зарубежным двигателестроительным фирмам (Pratt & Whitney, CFM International) и украинским «Мотор Сич» и «Ивченко-Прогресс» в кооперации с российским «Салютом». Создатель российского варианта двигателя уже был определен – ОДК.
В семействе разрабатываемых моторов есть несколько тяжелых двигателей с большей тягой, чем необходимо для МС-21. Прямого финансирования таких изделий нет, но в перспективе двигатели повышенной тяги будут иметь спрос, в том числе и для замены ПС-90А на летающих сейчас самолетах. Все двигатели большей тяги планируется выполнить редукторными.
Двигатель с тягой 18000 кгс может потребоваться и для перспективного легкого широкофюзеляжного самолета (ЛШС). Двигатели с такой тягой необходимы и для МС-21-400.
Пока же НПК «Иркут» принял решение оснастить первый МС-21 двигателями PW1000G. Этот мотор американцы обещают подготовить к 2013 г. и видимо у «Иркута» уже есть основания не бояться запретов Госдепа США и того, что таких двигателей может просто не хватить на всех желающих в случае принятия решение о ремоторизации самолетов Boeing 737 и Airbus A320.
В начале марта ПД-14 прошел «вторые ворота» на совещании в ОДК. Это означает сформированную кооперацию по изготовлению газогенератора, предложения по кооперации по выпуску двигателя, а также детальный анализ рынка. ПМЗ будет изготавливать камеру сгорания и турбину высокого давления. Значительную часть компрессора высокого давления, а также компрессор низкого давления будет выпускать УМПО. По турбине низкого давления возможны варианты кооперации с «Сатурном», не исключена и кооперация с «Салютом». Сборка мотора будет производиться в Перми.
ДВИГАТЕЛИ С ОТКРЫТЫМ РОТОРОМ
Несмотря на то, что российские самолетчики пока не признают открытый ротор, двигателисты уверены, что у него есть преимущества и «самолетчики дозреют до этого двигателя». Поэтому сегодня Пермь ведет соответствующие работы. У запорожцев уже есть серьезный опыт в данном направлении, связанный с двигателем Д-27, и в семействе двигателей с открытым ротором разработку этого узла, вероятно, отдадут запорожцам.
До МАКС-2009 работы по Д-27 на московском «Салюте» были заморожены: не было финансирования. 18 августа 2009 г. Минобороны РФ подписало протокол о внесении изменений в соглашение между правительствами России и Украины по самолету Ан-70, «Салют» начал активные работы по изготовлению деталей и узлов. На сегодняшний день есть дополнительное соглашение на поставку трех комплектов и узлов к двигателю Д-27. Работы финансирует МО РФ, агрегаты, построенные «Салютом», будут переданы ГП «Ивченко-Прогресс» для завершения государственных испытаний двигателя. Общая координация работ по данной теме поручена Министерству промышленности и торговли Российской Федерации.
Была также идея применения двигателей Д-27 на бомбардировщиках Ту-95МС и Ту-142, но ОАО «Туполев» таких вариантов пока не рассматривает, возможность установки Д-27 на самолет А-42Э прорабатывался, но затем его сменил ПС-90.
ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ВЕРТОЛЕТОВ
Сегодня большинство российских вертолетов оснащены двигателями запорожского производства, а для тех моторов, которые собирает «Климов», газогенераторы все равно поставляет «Мотор Сич». Это предприятие сейчас значительно превосходит «Климов» по количеству выпускаемых вертолетных двигателей: украинская компания, по имеющимся данным, в 2008 г. поставила в Россию 400 моторов, тогда как ОАО «Климов» произвел их в объеме около 100 ед.
За право стать головным предприятием по выпуску вертолетных двигателей несколько лет боролись «Климов» и ММП им. В.В. Чернышева. Производство двигателей ТВ3-117 планировалось перенести в Россию, построив новый завод и отобрав у «Мотор Сич» основной источник доходов. При этом «Климов» был одним из активных лоббистов программы импортозамещения. В 2007 г. финальную сборку двигателей ВК-2500 и ТВ3-117 предполагалось сосредоточить на ММП им. В.В. Чернышева.
Сегодня производство, капремонт и послепродажное обслуживание вертолетных двигателей ТВ3-117 и ВК-2500 ОДК планирует поручить УМПО. Также в Уфе рассчитывают запустить в серию «климовский» ВК-800В. 90% необходимых для этого финансовых ресурсов предполагается привлечь по федеральным целевым программам «Развитие гражданской авиационной техники», «Импортозамещение» и «Развитие оборонно-промышленного комплекса».
Производство газогенераторов на смену украинским должно быть налажено на УМПО с 2013 г. До этого времени газогенераторы будут по-прежнему закупаться на «Мотор Сич». ОДК планирует до 2013 г. использовать мощности ОАО «Климов» «по максимуму». То, что не сможет сделать «Климов», будет заказываться на «Мотор Сич». Но уже в 2010-2011 гг. планируется минимизировать закупки ремкомплектов на «Мотор Сич». С 2013 г., когда производство двигателей на «Климове» будет свернуто, петербургское предприятие займется реструктуризацией своих площадей.
В итоге «Климов» получил в ОДК статус головного разработчика вертолетных двигателей и турбореактивных двигателей в классе форсажной тяги до 10 тс. Приоритетными направлениями сегодня являются проведение ОКР по двигателю ТВ7-117В для вертолета Ми-38, модернизация двигателя ВК-2500 в интересах МО РФ, завершение ОКР по РД-33МК. Предприятие также принимает участие в разработке двигателя пятого поколения по программе ПАК ФА.
В конце декабря 2009 г. проектный комитет ОДК одобрил проект «Климова» по строительству нового конструкторско-производственного комплекса с высвобождением площадок в центре Санкт-Петербурга.
ММП им. В.В. Чернышева теперь будет вести серийное производство единственного вертолетного двигателя – ТВ7-117В. Этот двигатель создан на базе самолетного ТВД ТВ7-117СТ для самолета Ил-112В, а его производство также уже осваивает это московское предприятие.
В ответ «Мотор Сич» в октябре прошлого года предложил ОДК создать совместную управляющую компанию. «Управляющая компания может быть переходным вариантом дальнейшей интеграции», – пояснил председатель совета директоров ОАО «Мотор Сич» Вячеслав Богуслаев. По мнению Богуслаева, ОДК вполне могло бы приобрести до 11% акций «Мотор Сич», которые есть в свободном обращении на рынке. В марте 2010 г. «Мотор Сич» сделал еще один шаг, предложив Казанскому моторостроительному производственному объединению открыть на освободившихся у него мощностях производство двигателей для легкого многоцелевого вертолета «Ансат». МС-500 – аналог двигателя PW207К, которым сегодня оснащаются вертолеты «Ансат». По условиям контрактов МО РФ российская техника должна быть оснащена отечественными комплектующими, а исключение для «Ансата» сделано потому, что реальной замены канадцам пока нет. Эту нишу могло бы занять КМПО с двигателем МС-500, но пока вопрос упирается в стоимость. Цена МС-500 – около $400 тыс., а PW207К стоит $288 тыс. Тем не менее, в начале марта стороны подписали программный контракт с намерением заключить лицензионное соглашение (50:50). КМПО, несколько лет назад вложившее большие средства в создание украинского двигателя
АИ-222 для самолета Ту-324, в данном случае хочет защитить себя лицензионным соглашением и получить гарантию возврата инвестиций.
Однако холдинг «Вертолеты России» в качестве силовой установки «Ансата» видит климовский двигатель ВК-800, а вариант с двигателем МС-500В «рассматривается в числе прочих». С точки зрения военных что канадский, что украинский двигатель – одинаково иностранные.
В целом на сегодняшний день ОДК никаких шагов по объединению с запорожскими предприятиями предпринимать не намерена. «Мотор Сич» сделал ряд предложений по совместному выпуску двигателей, но они идут вразрез с собственными планами ОДК. Поэтому «правильно выстроенные договорные отношения с «Мотор Сич» на сегодняшний день нас вполне устраивают», – отметил Андрей Реус.
В 2009 г. ПМЗ построил 25 новых двигателей ПС-90, темп серийного производства сохранился на уровне 2008 г. По словам управляющего директора ОАО «Пермский моторный завод» Михаила Дическула «завод выполнил все контрактные обязательства, не было сорвано ни одного заказа». В 2010 г. ПМЗ планирует начать производство двигателей ПС-90А2, который прошел летные испытания на самолете Ту-204 в Ульяновске и получил сертификат типа в конце прошлого года. В текущем году запланирована постройка шести таких моторов.
Д-436-148
Двигатели Д-436-148 для самолетов Ан-148 поставляют сегодня «Мотор Сич» совместно с «Салютом». В программе киевского авиационного завода «Авиант» на 2010 г. заложен выпуск четырех Ан-148, Воронежского авиазавода – 9-10 машин. Для этого нужно поставить около 30 двигателей с учетом одного-двух резервных в России и на Украине.
SаМ-146
По двигателю SaM-146 проведено более 6200 часов испытаний, из них свыше 2700 часов – в полете. По программе его сертификации выполнено свыше 93% объема запланированных испытаний. Предстоит дополнительно испытать двигатель на заброс средней стайной птицы, на обрыв лопатки вентилятора, проверить начальное техническое обслуживание, трубопроводы, датчики засорения маслофильтра, трубопроводы в условиях солевого тумана.
Получение европейского сертификата (EASA) на типовую конструкцию двигателя запланировано на май. После этого двигатель должен будет получить валидацию Авиарегистра Межгосударственного авиационного комитета.
Управляющий директор «Сатурна» Илья Федоров в марте текущего года еще раз заявил, что «никаких технических проблем для серийной сборки двигателя SaM146 и его ввода в эксплуатацию нет».
Оборудование в Рыбинске позволяет выпускать до 48 двигателей в год, а через три года их выпуск можно увеличить до 150. Первая коммерческая поставка двигателей запланирована на июнь 2010 г. Потом – по два двигателя каждый месяц.
В настоящее время «Мотор Сич» изготавливает двигатели Д-18Т серии 3 и работает над двигателем Д-18Т серии 4, но при этом предприятие старается вести создание модернизированного двигателя Д-18Т серии 4 поэтапно. Ситуация с разработкой Д-18Т серии 4 усугубляется неопределенностью судьбы модернизированного самолета Ан-124-300.
Двигатели АИ-222-25 для самолетов Як-130 выпускают «Салют» и «Мотор Сич». При этом финансирование российской части работ в прошлом году по этому мотору практически отсутствовало – «Салют» не получал денег по полгода. В рамках кооперации приходилось переходить на бартер: менять модули Д-436 на модули АИ-222 и «спасать программы самолетов Ан-148 и Як-130».
Форсажный вариант двигателя АИ-222-25Ф уже проходит испытания, начать государственные испытания планируется в конце 2010 г. или в начале 2011 г. Подписано трехстороннее соглашение между ЗМКБ «Прогресс», ОАО «Мотор Сич» и ФГУП «ММПП «Салют» по продвижению этого двигателя на мировой рынок с долевым участием каждой из сторон.
В прошлом году практически был завершен процесс формирования окончательной структуры ОДК. За 2009 г. совокупный объем выручки предприятий ОДК составил 72 млрд. руб. (в 2008 г. – 59 млрд. руб.). Существенный объем господдержки позволил большинству предприятий значительно сократить кредиторскую задолженность, а также обеспечить расчеты с поставщиками комплектующих.
На поле авиационного двигателестроения России сегодня осталось три реальных игрока – ОДК, «Салют» и «Мотор Сич». Как будет развиваться ситуация дальше – покажет время.
Ctrl Enter
Заметили ошЫ бку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Из полученного е-mail (копия оригинала):
«Уважаемый Виталий!Ни магли бы Вы нимного больше рассказать
о модельных ТРД, что это ваабще такое и с чем их едят?»
Начнём с гастрономии, турбины ни с чем не едят, ими восхищаются! Или, перефразируя Гоголя на современный лад: «Ну какой же авиамоделист не мечтает построить реактивный истребитель?!».
Мечтают многие, но не решаются. Много нового, еще больше непонятного, много вопросов. Часто читаешь в различных форумах, как представители солидных ЛИИ и НИИ с умным видом нагоняют страха и пытаются доказать, как это всё сложно! Сложно? Да, может быть, но не невозможно! И доказательство тому - сотни самодельных и тысячи промышленных образцов микротурбин для моделизма! Надо только подойти к этому вопросу философски: всё гениальное - просто. Поэтому и написана эта статья, в надежде поубавить страхов, приподнять вуаль неизвестности и придать вам больше оптимизма!
Турбореактивный двигатель (ТРД) или газотурбинный привод основан на работе расширения газа. В середине тридцатых годов одному умному английскому инженеру пришла в голову идея создания авиационного двигателя без пропеллера. По тем временам - просто признак сумасшествия, но по этому принципу работают все современные ТРД до сих пор.
На одном конце вращающегося вала расположен компрессор, который нагнетает и сжимает воздух. Высвобождаясь из статора компрессора, воздух расширяется, а затем, попадая в камеру сгорания, разогревается там сгорающим топливом и расширяется ещё сильней. Так как деваться этому воздуху больше некуда, он с огромной скоростью стремится покинуть замкнутое пространство, протискиваясь при этом сквозь крыльчатку турбины, находящейся на другом конце вала и приводя её во вращение. Так как энергии этой разогретой воздушной струи намного больше, чем требуется компрессору для его работы, то ее остаток высвобождается в сопле двигателя в виде мощного импульса, направленного назад. И чем больше воздуха разогревается в камере сгорания, тем он быстрее стремится её покинуть, ещё сильнее разгоняя турбину, а значит и находящийся на другом конце вала компрессор.
На этом же принципе основаны все турбонагнетатели воздуха для бензиновых и дизельных моторов, как двух, так и четырёхтактных. Выхлопными газами разгоняется крыльчатка турбины, вращая вал, на другом конце которого расположена крыльчатка компрессора, снабжающего двигатель свежим воздухом.
Принцип работы - проще не придумаешь. Но если бы всё было так просто!
|
|
ТРД можно четко разделить на три части.
Мощность турбины во многом зависит от надёжности и работоспособности её компрессора. В принципе бывают три вида компрессоров:
А. Многоступенчатые линейные компрессоры получили большое распространение только в современных авиационных и промышленных турбинах. Дело в том, что достичь приемлемых результатов линейным компрессором можно, только если поставить последовательно несколько ступеней сжатия одну за другой, а это сильно усложняет конструкцию. К тому же, должен быть выполнен ряд требований по устройству диффузора и стенок воздушного канала, чтобы избежать срыва потока и помпажа. Были попытки создания модельных турбин на этом принципе, но из-за сложности изготовления, всё так и осталось на стадии опытов и проб.
Б. Радиальные, или центробежные компрессоры . В них воздух разгоняется крыльчаткой и под действием центробежных сил компримируется - сжимается в спрямительной системе-статоре. Именно с них начиналось развитие первых действующих ТРД.
Простота конструкции, меньшая подверженность к срывам воздушного потока и сравнительно большая отдача всего одной ступени были преимуществами, которые раньше толкали инженеров начинать свои разработки именно с этим типом компрессоров. В настоящее время это основной тип компрессора в микротурбинах, но об этом позже.
В. Диагональный , или смешанный тип компрессора, обычно одноступенчатый, по принципу работы похож на радиальный, но встречается довольно редко, обычно в устройствах турбонаддувов поршневых ДВС.
Среди авиамоделистов идёт много споров, какая же турбина в авиамоделизме была первой. Для меня первая авиамодельная турбина, это американская TJD-76. В первый раз я увидел этот аппарат в 1973 году, когда два полупьяных мичмана пытались подключить газовый баллон к круглой штуковине, примерно 150 мм в диаметре и 400 мм длинной, привязанной обыкновенной вязальной проволокой к радиоуправляемому катеру, постановщику целей для морской пехоты. На вопрос: «Что это такое?» они ответили: «Это мини мама! Американская… мать её так, не запускается…».
Намного позже я узнал, что это Мини Мамба, весом 6,5 кг и с тягой примерно 240 N при 96000 об/мин. Разработана она была ещё в 50-х годах как вспомогательный двигатель для лёгких планеров и военных дронов. Особенность этой турбины в том, что в ней использовался диагональный компрессор. Но в авиамоделизме она широкого применения так и не нашла.
Первый «народный» летающий двигатель разработал праотец всех микротурбин Курт Шреклинг в Германии. Начав больше двадцати лет назад работать над созданием простого, технологичного и дешевого в производстве ТРД, он создал несколько образцов, которые постоянно совершенствовались. Повторяя, дополняя и улучшая его наработки, мелкосерийные производители сформировали современный вид и конструкцию модельного ТРД.
Но вернёмся к турбине Курта Шреклинга. Выдающаяся конструкция с деревянной крыльчаткой компрессора, усиленной углеволокном. Кольцевая камера сгорания с испарительной системой впрыска, где по змеевику длинной примерно в 1 м подавалось топливо. Самодельное колесо турбины из 2,5 миллиметровой жести! При длине всего в 260 мм и диаметре 110 мм, двигатель весил 700 грамм и выдавал тягу в 30 Ньютон! Это до сих пор самый тихий ТРД в мире. Потому как скорость покидания газа в сопле двигателя составляла всего 200 м/с.
На основе этого двигателя было создано несколько вариантов наборов для самостоятельной сборки. Самым известным стал FD-3 австрийской фирмы Шнайдер-Санчес.
|
|
|
Ещё 10 лет назад авиамоделист стоял перед серьёзным выбором - импеллер или турбина?
Тяговые и разгонные характеристики первых авиамодельных турбин оставляли желать лучшего, но имели несравненное превосходство перед импеллером - они не теряли тягу с нарастанием скорости модели. Да и звук такого привода был уже настоящим «турбинным», что сразу очень оценили копиисты, а больше всего публика, непременно присутствующая на всех полётах. Первые Шреклингские турбины спокойно поднимали в воздух 5-6 кг веса модели. Старт был самым критическим моментом, но в воздухе все остальные модели отходили на второй план!
Авиамодель с микротурбиной тогда можно было сравнить с автомобилем, постоянно двигающимся на четвёртой передаче: ее было тяжело разогнать, но зато потом такой модели не было уже равных ни среди импеллеров, ни среди пропеллеров.
Надо сказать, что теория и разработки Курта Шреклинга способствовали к тому, что развитие промышленных образцов, после издания его книг, пошло по пути упрощения конструкции и технологии двигателей. Что, в общем то, и привело к тому, что этот тип двигателя стал доступным для большого круга авиамоделистов со средним размером кошелька и семейного бюджета!
Первые образцы серийных авиамодельных турбин были JPX-Т240 французской фирмы Vibraye и японская J-450 Sophia Precision. Они были очень похожи как по конструкции, так и по внешнему виду, имели центробежную ступень компрессора, кольцевую камеру сгорания и радиальную ступень турбины. Французская JPX-Т240 работала на газе и имела встроенный регулятор подачи газа. Она развивала тягу до 50 N, при 120.000 оборотах в минуту, а вес аппарата составлял 1700 гр. Последующие образцы, Т250 и Т260 имели тягу до 60 N. Японская София работала в отличие от француженки на жидком топливе. В торце ее камеры сгорания стояло кольцо с распылительными форсунками, это была первая промышленная турбина, которая нашла место в моих моделях.
Турбины эти были очень надёжными и несложными в эксплуатации. Единственным недостатком были их разгонные характеристики. Дело в том, что радиальный компрессор и радиальная турбина относительно тяжелы, то есть имеют в сравнении с аксиальными крыльчатками большую массу и, следовательно, больший момент инерции. Поэтому разгонялись они с малого газа на полный медленно, примерно 3-4 секунды. Модель реагировала на газ соответственно ещё дольше, и это надо было учитывать при полётах.
Удовольствие было не дешевым, одна София стоила в 1995 году 6.600 немецких марок или 5.800 «вечно зелёных президентов». И надо было обладать очень хорошими аргументами, что бы доказать супруге, что турбина для модели намного важнее, чем новая кухня, и что старое семейное авто может протянуть ещё пару лет, а вот с турбиной ждать ну никак нельзя.
Дальнейшим развитием этих турбин является турбина Р-15, продаваемая фирмой Thunder Tiger.
Отличие её в том, что крыльчатка турбины у неё теперь вместо радиальной - аксиальная. Но тяга так и осталась в пределах 60 N, так как вся конструкция, ступень компрессора и камера сгорания, остались на уровне позавчерашнего дня. Хотя по своей цене она является настоящей альтернативой многим другим образцам.
В 1991 году два голландца, Бенни ван де Гур и Хан Еннискенс, основали фирму AMT и в 1994 г выпустили первую турбину 70N класса - Pegasus. Турбина имела радиальную ступень компрессора с крыльчаткой от турбонагнетателя фирмы Garret, 76 мм в диаметре, а также очень хорошо продуманную кольцевую камеру сгорания и аксиальную ступень турбины.
После двух лет тщательного изучения работ Курта Шреклинга и многочисленных экспериментов они добились оптимальной работы двигателя, установили пробным путём размеры и форму камеры сгорания, и оптимальную конструкцию колеса турбины. В конце 1994 года на одной из дружеских встреч, после полётов, вечером в палатке за бокалом пива, Бенни в разговоре хитро подмигнул и доверительно сообщил, что следующий серийный образец Pegasus Mk-3 «дует» уже 10 кг, имеет максимальные обороты 105.000 и степень сжатия 3,5 при расходе воздуха 0,28 кг/с и скорости выхода газа в 360 м/с. Масса двигателя со всеми агрегатами составляла 2300 г, турбина была 120 мм в диаметре и 270 мм длиной. Тогда эти показатели казались фантастическими.
По существу, все сегодняшние образцы копируют и повторяют в той или иной степени, заложенные в этой турбине агрегаты.
В 1995 году, вышла в свет книга Томаса Кампса «Modellstrahltriebwerk» (Модельный реактивный двигатель), с расчётами (больше заимствованными в сокращённой форме из книг К. Шреклинга) и подробными чертежами турбины для самостоятельного изготовления. С этого момента монополия фирм-производителей на технологию изготовления модельных ТРД закончилась окончательно. Хотя многие мелкие производители просто бездумно копируют агрегаты турбины Кампса.
Томас Кампс путём экспериментов и проб, начав с турбины Шреклинга, создал микротурбину, в которой объединил все достижения в этой области на тот период времени и вольно или невольно ввёл для этих двигателей стандарт. Его турбина, больше известная как KJ-66 (KampsJetеngine-66mm). 66 мм – диаметр крыльчатки компрессора. Сегодня можно увидеть различные названия турбин, в которых почти всегда указан либо размер крыльчатки компрессора 66, 76, 88, 90 и т.д., либо тяга - 70, 80, 90, 100, 120, 160 N.
Где-то я прочитал очень хорошее толкование величины одного Ньютона: 1 Ньютон – это плитка шоколада 100 грамм плюс упаковка к ней. На практике часто показатель в Ньютонах округляют до 100 грамм и условно определяют тягу двигателя в килограммах.
|
|
|
Естественно у моделиста сразу возникают вопросы: С чего начать? Где взять? Сколько стоит?
Я начинал с самостоятельной постройки, но в начале 90-х просто не было такого выбора турбин и наборов для их постройки как сегодня, да и понять работу и тонкости такого агрегата удобней при его самостоятельном изготовлении.
Вот фотографии самостоятельно изготовленных частей для авиамодельной турбины:
|
|
|
|
|
|
Кто желает поближе ознакомится с устройством и теорией Микро-ТРД, тому я могу только посоветовать следующие книги, с чертежами и расчётами:
|
|
|
|
|
|
|
На сегодняшний день мне известны следующие фирмы, выпускающие авиамодельные турбины, но их становится всё больше и больше: AMT, Artes Jet, Behotec, Digitech Turbines, Funsonic, FrankTurbinen, Jakadofsky, JetCat, Jet-Central, A.Kittelberger, K.Koch, PST- Jets, RAM, Raketeturbine, Trefz , SimJet, Simon Packham, F.Walluschnig, Wren-Turbines. Все их адреса можно найти в Интернете.
Начнём с того, что турбина у вас уже есть, самая простая, как ей теперь управлять?
Есть несколько способов заставить работать ваш газотурбинный двигатель в модели, но лучше всего сначала построить небольшой испытательный стенд наподобие этого:
Ручной старт (Manual start ) - cамый простой способ управления турбиной.
Смазка подшипников ведётся обычно с помощью топлива, в которое добавлено турбинное масло, примерно 5%. Если смазочная система подшипников раздельная (с масляным насосом), то питание насоса лучше включать перед подачей газа. Отключать его лучше в последнюю очередь, но НЕ ЗАБЫВАТЬ выключить! Если вы считаете, что женщины это слабый пол, то посмотрите, во что они превращаются при виде струи масла, вытекающей на обивку заднего сиденья семейного автомобиля из сопла модели.
Недостаток этого самого простого способа управления - практически полное отсутствие информации о работе двигателя. Для измерения температуры и оборотов нужны отдельные приборы, как минимум электронный термометр и тахометр. Чисто визуально можно только приблизительно определить температуру, по цвету каления крыльчатки турбины. Центровку, как у всех крутящихся механизмов, проверяют по поверхности кожуха монетой или ногтем. Прикладывая ноготь к поверхности турбины, можно почувствовать даже мельчайшие вибрации.
В паспортных данных двигателей всегда даются их предельные обороты, например 120.000 об/мин. Это предельно допустимая величина при эксплуатации, пренебрегать которой не следует! После того как в 1996 году у меня разлетелся самодельный агрегат прямо на стенде и колесо турбины, разорвав обшивку двигателя, пробило насквозь 15-ти миллиметровую фанерную стенку контейнера, стоящего в трёх метрах от стенда, я сделал для себя вывод, что без приборов контроля разгонять самопальные турбины опасно для жизни! Расчёты по прочности показали потом, что частота вращения вала должна была лежать в пределах 150.000. Так что лучше было ограничить рабочие обороты на полном газу до 110.000 – 115.000 об/мин.
Ещё один важный момент. В схему управления топливом ОБЯЗАТЕЛЬНО должен быть включен аварийный закрывающий вентиль, управляемый через отдельный канал! Делается это для того, что бы в случае вынужденной посадки, морковно-внепланового приземления и прочих неприятностей прекратить подачу топлива в двигатель во избежание пожара.
Start c ontrol (Полуавтоматический старт).
Что бы неприятностей, описанных выше, не произошло на поле, где (ни дай бог!) ещё и зрители вокруг, применяют довольно хорошо зарекомендовавший себя Start control . Здесь управление стартом - открытие газа и подачу керосина, слежение за температурой двигателя и оборотами ведёт электронный блок ECU (E lectronic- U nit- C ontrol) . Ёмкость для газа, для удобства, уже можно расположить внутри модели.
К ECU для этого подключены температурный датчик и датчик оборотов, обычно оптический или магнитный. Кроме этого ECU может давать показания о расходе топлива, сохранять параметры последнего старта, показания напряжения питания топливного насоса, напряжение аккумуляторов и т.д. Всё это можно потом просмотреть на компьютере. Для программирования ECU и снятия накопленных данных служит Manual Тerminal (терминал управления).
На сегодняшний день самое большое распространение получили два конкурирующих продукта в этой области Jet-tronics и ProJet. Какому из них отдать предпочтение - решает каждый сам, так как тяжело спорить на тему что лучше: Мерседес или БМВ?
Работает все это следующим образом:
Автоматический старт (Automatic start)
Для особо ленивых процедура запуска упрощена до предела. Запуск турбины происходит с пульта управления тоже через ECU одним переключателем. Здесь уже не нужен ни сжатый воздух, ни стартер, ни фен!
Самым последним достижением в области автоматического запуска стал Керостарт. Старт на керосине, без предварительного прогрева на газе. Поставив свечу накаливания другого типа (более крупную и мощную) и минимально изменив подачу топлива в системе, удалось полностью отказаться от газа! Работает такая система по принципу автомобильного обогревателя, как на «Запорожцах». В Европе пока только одна фирма переделывает турбины с газового на керосиновый старт, не зависимо от фирмы производителя.
Как вы уже заметили, на моих рисунках в схему включены ещё два агрегата, это клапан управления тормозами и клапан управления уборкой шасси. Это не обязательные опции, но очень полезные. Дело в том, что у «обычных» моделей при посадке, пропеллер на маленьких оборотах является своего рода тормозом, а у реактивных моделей такого тормоза нет. К тому же, у турбины всегда есть остаточная тяга даже на «холостых» оборотах и скорость посадки у реактивных моделей может быть намного выше, чем у «пропеллерных». Поэтому сократить пробежку модели, особенно на коротких площадках, очень помогают тормоза основных колёс.
Второй странный атрибут на рисунках, это топливный бак. Напоминает бутылку кока-колы, не правда ли? Так оно и есть!
Это самый дешевый и надёжный бак, при условии, что используются многоразовые, толстые бутылки, а не мнущиеся одноразовые. Второй важный пункт, это фильтр на конце всасывающего патрубка. Обязательный элемент! Фильтр служит не для того, чтобы фильтровать топливо, а для того, чтобы избежать попадания воздуха в топливную систему! Не одна модель была уже потеряна из-за самопроизвольного выключения турбины в воздухе! Лучше всего зарекомендовали себя здесь фильтры от мотопил марки Stihl или им подобные из пористой бронзы. Но подойдут и обычные войлочные.
|
|
|
Раз уж заговорили о топливе, можно сразу добавить, что жажда у турбин большая, и потребление топлива находится в среднем на уровне 150-250 грамм в минуту. Самый большой расход конечно же приходится на старт, зато потом рычаг газа редко уходит за 1/3 своего положения вперёд. Из опыта можно сказать, что при умеренном стиле полёта трёх литров топлива вполне хватает на 15 мин. полётного времени, при этом в баках остаётся ещё запас для пары заходов на посадку.
Само топливо - обычно авиационный керосин, на западе известный под названием Jet A-1.
Можно, конечно, использовать дизельное топливо или ламповое масло, но некоторые турбины, такие как из семейства JetCat, переносят его плохо. Также ТРД не любят плохо очищенное топливо. Недостатком заменителей керосина является большое образование копоти. Двигатели приходится чаще разбирать для чистки и контроля. Есть случаи эксплуатации турбин на метаноле, но таких энтузиастов я знаю только двоих, они выпускают метанол сами, поэтому могут позволить себе такую роскошь. От применения бензина, в любой форме, следует категорически отказаться, какими бы привлекательными ни казались цена и доступность этого топлива! Это в прямом смысле игра с огнём!
Вот и следующий вопрос назрел сам собой - обслуживание и ресурс.
Обслуживание в большей степени заключается в содержании двигателя в чистоте, визуальном контроле и проверке на вибрацию при старте. Большинство авиамоделистов оснащают турбины своего рода воздушным фильтром. Обыкновенное металическое сито перед всасывающим диффузором. На мой взгляд - неотъемлемая часть турбины.
Двигатели, содержащиеся в чистоте, с исправной системой смазки подшипников служат безотказно по 100 и более рабочих часов. Хотя многие производители советуют после 50 рабочих часов присылать турбины на контрольное техническое обслуживание, но это больше для очистки совести.
Ещё коротко о первой модели. Лучше всего, чтобы это был «тренер»! Сегодня на рынке множество турбинных тренеров, большинство из них это модели с дельтовидным крылом.
Почему именно дельта? Потому, что это очень устойчивые модели сами по себе, а если в крыле использован так называемый S-образный профиль, то и посадочная скорость и скорость сваливания минимальные. Тренер должен, так сказать, летать сам. А вы должны концентрировать внимание на новом для вас типе двигателя и особенностях управления.
Тренер должен иметь приличные габариты. Так как скорости на реактивных моделях в 180-200 км/ч - само собой разумеющиеся, то ваша модель будет очень быстро удаляться на приличные расстояния. Поэтому за моделью должен быть обеспечен хороший визуальный контроль. Лучше, если турбина на тренере крепится открыто и сидит не очень высоко по отношению к крылу.
Хорошим примером, какой тренер НЕ ДОЛЖЕН быть, является самый распространённый тренер – «Kangaroo». Когда Фирма FiberClassics (сегодня Composite-ARF) заказывала эту модель, то в основе концепта была заложена в первую очередь продажа турбин "София", и как важный аргумент для моделистов, что сняв крылья с модели, её можно использовать в качестве испытательного стенда. Так, в общем, оно и есть, но производителю хотелось показать турбину, как на витрине, поэтому и крепится турбина на своеобразном «подиуме». Но так как вектор тяги оказался приложен намного выше ЦТ модели, то и сопло турбины пришлось задирать кверху. Несущие качества фюзеляжа были этим почти полностью съедены, плюс малый размах крыльев, что дало большую нагрузку на крыло. От других предложенных тогда решений компоновки заказчик отказался. Только использование Профиля ЦАГИ-8, ужатого до 5% дало более-менее приемлемые результаты. Кто уже летал на Кенгуру, тот знает, что эта модель для очень опытных пилотов.
Учитывая недостатки Кенгуру, был создан спортивный тренер для более динамичных полётов «HotSpot». Эту модель отличает более продуманная аэродинамика, и летает «Огонёк» намного лучше.
Дальнейшим развитием этих моделей стал «BlackShark». Он рассчитывался на спокойные полёты, с большим радиусом разворотов. С возможностью широкого спектра пилотажа, и в то же время, с хорошими парительными качествами. При выходе из строя турбины, эту модель можно посадить как планер, без нервов.
|
|
|
Как видите, развитие тренеров пошло по пути увеличения размеров (в разумных пределах) и уменьшении нагрузки на крыло!
Так же отличным тренером может служить австрийский набор из бальзы и пенопласта, Super Reaper. Стоит он 398 Евро. В воздухе модель выглядит очень хорошо. Вот мой самый любимый видеоролик из серии Супер Рипер: http://www.paf-flugmodelle.de/spunki.wmv
Но чемпионом по низкой цене на сегодняшний день является «Spunkaroo». 249 Евро! Очень простая конструкция из бальзы, покрытой стеклотканью. Для управления моделью в воздухе достаточно всего двух сервомашинок!
|
|
|
Раз уж зашла речь о сервомашинках, надо сразу сказать, что стандартным трехкилограммовым сервам в таких моделях делать нечего! Нагрузки на рули у них огромные, поэтому ставить надо машинки с усилием не меньше 8 кг!
Естественно у каждого свои приоритеты, для кого-то это цена, для кого-то готовый продукт и экономия времени.
Самым быстрым способом завладеть турбиной, это просто её купить! Цены на сегодняшний день для готовых турбин класса 8 кг тяги с электроникой начинаются от 1525 Евро. Если учесть, что такой двигатель можно сразу без проблем брать в эксплуатацию, то это совсем не плохой результат.
Наборы, Kit-ы. В зависимости от комплектации, обычно набор из спрямляющей системы компрессора, крыльчатки компрессора, не просверленного колеса турбины и спрямляющей ступени турбины, в среднем стоит 400-450 Евро. К этому надо добавить, что всё остальное надо либо покупать, либо изготовить самому. Плюс электроника. Конечная цена может быть даже выше, чем готовая турбина!
На что надо обратить внимание при покупке турбины или kit-ов – лучше, если это будет разновидность KJ-66. Такие турбины зарекомендовали себя как очень надёжные, да и возможности поднятия мощности у них ещё не исчерпаны. Так, часто заменив камеру сгорания на более современную, или поменяв подшипники и установив спрямляющие системы другого типа, можно добиться прироста мощности от нескольких сот грамм до 2 кг, да и разгонные характеристики часто намного улучшаются. К тому же, этот тип турбин очень прост в эксплуатации и ремонте.
Подведём итог, какого размера нужен карман для постройки современной реактивной модели по самым низким европейским ценам:
Итого, Ваша мечта : около 1900 Евро или примерно 2500 зелёных президентов!
В котором воздух является основным компонентом рабочего тела. При этом воздух, поступающий в двигатель из окружающей атмосферы, подвергается сжатию и нагреву.
Нагрев осуществляется в камерах сгорания путем сжигания горючего (керосина и др.) с использованием кислорода воздуха в качестве окислителя. В случае применения ядерного топлива воздух в двигателе нагревается в специальных теплообменниках . По способу предварительного сжатия воздуха ВРД подразделяются на бескомпрессорные и компрессорные (газотурбинные).
В бескомпрессорных ВРД сжатие осуществляется только за счет скоростного напора воздушного потока, набегающего на двигатель в полете. В компрессорных ВРД воздух дополнительно сжимается в компрессоре , приводимом во вращение газовой турбиной, поэтому их называют еще турбокомпрессорными или газотурбинными двигателями (ГТВРД). В компрессорных ВРД нагретый газ высокого давления, отдавая часть своей энергии газовой турбине, вращающей компрессор, попадая в реактивное сопло , расширяется и выбрасывается из двигателя со скоростью, превышающей скорость полета ЛА. Это и создает силу тяги. Такие ВРД относят к двигателям прямой реакции. Если же часть энергии нагретого газа, отданная газовой турбине, становится значительной и турбина при этом приводит во вращение не только компрессор, но и специальный движитель (например, воздушный винт), обеспечивающий к тому же создание основной силы тяги, то такие ВРД называются двигателями непрямой реакции.
Использование воздушной среды в качестве компонента рабочего тела позволяет иметь на борту ЛА только одно горючее, доля которого в объеме рабочего тела в ВРД не превышает 2-6%. Эффект подъемной силы крыла позволяет осуществлять полет с тягой двигателя, которая существенно ниже массы ЛА. Оба эти обстоятельства предопределили преимущественное применение ВРД на ЛА при полетах в атмосфере. Особенно широко распространены компрессорные газотурбинные ВРД, являющиеся основным типом двигателей в современной военной и гражданской авиации.
При больших сверхзвуковых скоростях полета (М > 2,5) повышение давления только за счет динамического сжатия воздуха становится достаточно большим. Это позволяет создавать бескомпрессорные ВРД, которые по виду рабочего процесса подразделяются на прямоточные (ПВРД) и пульсирующие (ПуВРД). ПВРД состоит из входного устройства (воздухозаборника), камеры сгорания и выходного устройства (реактивного сопла). В сверхзвуковом полете встречный поток воздуха тормозится в каналах воздухозаборника, и его давление повышается. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания, куда через форсунку впрыскивается горючее (керосин). Горение керосиново-воздушной смеси в камере (после предварительного ее воспламенения) осуществляется практически при мало изменяющемся давлении. Нагретый до высокой температуры (более 2000 К) газ высокого давления ускоряется в реактивном сопле и истекает из двигателя со скоростью, превышающей скорость полета ЛА. Параметры ПВРД в значительной степени зависят от высоты и скорости полета.
При скоростях полета, меньших двойной скорости звука (М > 5,0-6,0) обеспечение высокой эффективности ПВРД сопряжено с трудностями организации процесса горения в сверхзвуковом потоке и другими особенностями высокоскоростных течений. ПВРД находят применение в качестве маршевых двигателей сверхзвуковых крылатых ракет, двигателей вторых ступеней зенитных управляемых ракет, летающих мишеней, двигателей реактивных винтов и др.
Реактивное сопло также имеет изменяемые размеры и форму. Взлет самолета с ПВРД обычно производится с помощью ракетных силовых агрегатов (на жидком или твердом топливе). Преимущества ПВРД - способность эффективно работать на высоких скоростях и высотах полета, чем компрессорные ВРД; более высокая экономичность по сравнению с жидкостными ракетными двигателями (так как в ПВРД используется кислород воздуха, а в ЖРД кислород вводится как компонент топлива), простота конструкции и др.
К их недостаткам относят необходимость предварительного разгона JIA другими типами двигателей, низкую эффективность на малых скоростях полета.
В зависимости от скорости ПВРД подразделяют на сверхзвуковые (СПВРД) при М от 1,0 до 5,0 и гиперзвуковые (ГПВРД) при М > 5,0. ГПВРД перспективны для воздушно-космических аппаратов. ПуВРД отличаются от ПВРД наличием специальных клапанов на входе в камеру сгорания и пульсирующим процессом горения. Горючее и воздух поступают в камеру сгорания периодически, когда клапаны открыты. После сгорания смеси давление в камере сгорания повышается, и входные клапаны закрываются. Газы с высоким давлением с большой скоростью устремляются в специальное выходное устройство и выбрасываются из двигателя. К концу их истечения давление в камере сгорания значительно снижается, клапаны снова открываются, и цикл работы повторяется. ПуВРД находили ограниченное применение в качестве маршевых двигателей дозвуковых крылатых ракет, в авиамоделях и др.
Турбореактивный двигатель.
В этой статье вернемся к моим любимым двигателям. Я уже говорил о том, что турбореактивный двигатель в современной авиации – основной. И упоминать его в той или иной теме мы еще будем часто. Поэтому пришла пора окончательно определиться с его конструкцией. Конечно же не углубляясь во всевозможные дебри и тонкости:-). Итак авиационный . Каковы основные части его конструкции, и как они взаимодействуют между собой.
1.Компрессор 2.Камера сгорания 3.Турбина 4. Выходное устройство или реактивное сопло.
Компрессор сжимает воздух до необходимых величин, после чего воздух поступает в камеру сгорания, где подогревается до необходимой температуры за счет сгорания топлива и далее уже получившийся газ поступает на турбину, где отдает часть энергии вращая ее (а она, в свою очередь компрессор), а другая часть при дальнейшем разгоне газа в реактивном сопле превращается в импульс тяги, которая и толкает самолет вперед. Этот процесс достаточно хорошо виден в ролике в статье о двигателе, как тепловой машине.
Турбореактивный двигатель с осевым компрессором.
Компрессоры бывают трех видов. Центробежные, осевые и смешанные. Центробежные обычно представляют собой колесо, на поверхности которого выполнены каналы, закручивающиеся от центра к периферии, так называемая крыльчатка.При ее вращении воздух отбрасывется по каналам центробежной силой от центра к периферии, сжимаясь сильно разгоняется и далее попадая в расширяющиеся каналы (диффузор) тормозится и вся его энергия разгона тоже превращается в давление. Это немного похоже на старый аттракцион, который раньше в парках был, когда люди становятся по краю большого горизонтального круга, опираясь спиной на специальные вертикальные спинки, этот круг вращается, наклоняясь в разные стороны и люди не падают, потому что их держит (прижимает) центробежная сила. В компрессоре принцип тот же.
Этот компрессор достаточно прост и надежен, но для создания достаточной степени сжатия нужен большой диаметр крыльчатки, что не могут себе позволить самолеты, особенно небольших размеров. Турбореактивный двигатель просто не влезет в . Поэтому применяется он мало. Но в свое время он был применен на двигателе ВК-1 (РД-45), который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15, а также на самолеты ИЛ-28 и ТУ-14.
Крылчатка центробежного компрессора на одном валу с турбиной.
Крыльчатки центробежного компрессора.
Двигатель ВК-1. В разрезе хорошо видна крыльчатка центробежного компрессора и далее две жаровые трубы камеры сгорания.
Истребитель МИГ-15
В основном сейчас используется осевой компрессор. В нем на одной вращающейся оси (ротор) укреплены металлические диски (их называют рабочее колесо), по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». А между венцами вращающихся рабочих лопаток размещены венцы неподвижных лопаток (они бычно крепятся на наружном корпусе), это так называемый направляющий аппарат (статор). Все эти лопатки имеют определенный профиль и несколько закручены, работа их в определенном смысле похожа на работу все того же крыла или лопасти вертолета, но только в обратном направлении. Теперь уже не воздух действует на лопатку, а лопатка на него. То есть компрессор совершает механическую работу (над воздухом:-)). Или еще более нагляднее:-). Все знают вентиляторы, которые так приятно обдувают в жару. Вот вам пожалуйста, вентилятор и есть рабочее колесо осевого компрессора, только лопастей конечно не три, как в вентиляторе, а побольше.
Примерно так работает осевой компрессор.
Конечно очень упрощенно, но принципиально именно так. Рабочие лопатки «захватывают» наружный воздух, отбрасывают его внутрь двигателя, там лопатки направляющего аппарата определенным образом направляют его на следующий ряд рабочих лопаток и так далее. Ряд рабочих лопаток вместе с рядом следующих за ними лопаток направляющего аппарата образуют ступень. На каждой ступени происходит сжатие на определенную величину. Осевые компрессоры бывают с разным количеством ступеней. Их может быть пять, а может быть и 14. Соответственно и степень сжатия может быть разная, от 3 до 30 единиц и даже больше. Все зависит от типа и назначения двигателя (и самолета соответственно).
Осевой компрессор достаточно эффективен. Но и очень сложен как теоретически, так и конструктивно. И еще у него есть существенный недостаток: его сравнительно легко повредить. Все посторонние предметы с бетонки и птиц вокруг аэродрома он как говорится принимает на себя и не всегда это обходится без последствий.
Камера сгорания . Она опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб (они называются жаровые трубы). Для организации процесса горения в комплексе с воздушным охлаждением она вся «дырчатая». Отверстий много, они разного диаметра и формы. В жаровые трубы подается через специальные форсунки топливо (авиационный керосин), где и сгорает, попадая в область высоких температур.
Турбореактивный двигатель (разрез). Хорошо видны 8-ми ступенчатый осевой компрессор, кольцевая камера сгорания, 2-ухступенчатая турбина и выходное устройство.
Далее горячий газ попадает на турбину . Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. ЕЕ раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку- пропеллер. Неподвижные лопатки в ней находятся не за вращающимися рабочими, а перед ними и называются сопловым аппаратом. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Больше и не надо, ведь для привода компрессора хватит, а остальная энергия газа потратится в сопле на разгон и получение тяги. Условия работы турбины мягко говоря «ужасные». Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения (до 30000 об/мин). Представляете какая центробежная сила действует на лопатки и диски! Да плюс факел из камеры сгорания с температурой от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Вобщем ад:-). Иначе не скажешь. Я был свидетелем, когда при взлете самолета Су-24МР оборвалась рабочая лопатка турбины одного из двигателей. История поучительная, обязательно о ней расскажу в дальнейшем. В современных турбинах применяются достаточно сложные системы охлаждения, а сами они (особенно рабочие лопатки) изготавливаются из особых жаропрочных и жаростойких сталей. Эти стали достаточно дороги, да и весь турбореактивный в плане материалов очень недешев. В 90-е годы, в эпоху всеобщего разрушения на этом нажились многие нечистые на руку люди, в том числе и военные. Об этом тоже как-нибудь позже…
После турбины – реактивное сопло . В нем, собственно, и возникает тяга турбореактивного двигателя. Сопла бывают просто сужающиеся, а бывают сужающе-расширяющиеся. Кроме того бывают неуправляемые (такое сопло на рисунке), а бывают управляемые, когда их диаметр меняется в зависимости от режима работы. Более того сейчас уже есть сопла, которые меняют направление вектора тяги, то есть попросту поворачиваются в разные стороны.
Турбореактивный двигатель – очень сложная система. Летчик управляет им из кабины всего лишь одним рычагом – ручкой управления двигателем (РУД). Но на самом деле этим он лишь задает нужный ему режим. А все остальное берет на себя автоматика двигателя. Это тоже большой и сложный комплекс и еще скажу очень хитроумный. Когда еще будучи курсантом изучал автоматику, всегда удивлялся, как конструкторы и инженеры все это понапридумывали:-), а рабочие-мастера изготовили. Сложно… Но зато интересно 🙂 …
Элементы конструкции самолета.
