Экспериментальные образцы газотурбинных двигателей (ГТД) впервые появились в преддверии Второй мировой войны. Разработки воплотились в жизнь в начале пятидесятых годов: газотурбинные двигатели активно использовались в военном и гражданском самолетостроении. На третьем этапе внедрения в промышленность малые газотурбинные двигатели, представленные микротурбинными электростанциями, начали широко применяться во всех сферах промышленности.

Общие сведения о ГТД

Принцип функционирования общий для всех ГТД и заключается в трансформации энергии сжатого нагретого воздуха в механическую работу вала газовой турбины. Воздух, попадая в направляющий аппарат и компрессор, сжимается и в таком виде попадает в камеру сгорания, где производится впрыскивание топлива и поджег рабочей смеси. Газы, образовавшиеся в результате сгорания, под высоким давлением проходят сквозь турбину и вращают ее лопатки. Часть энергии вращения расходуется на вращение вала компрессора, но большая часть энергии сжатого газа преобразуется в полезную механическую работу вращения вала турбины. Среди всех двигателей внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинные установки обладают наибольшей мощностью: до 6 кВт/кг.

Работают ГТД на большинстве видов диспергированного топлива, чем выгодно отличаются от прочих ДВС.

Проблемы разработки малых ТГД

При уменьшении размера ГТД происходит уменьшение КПД и удельной мощности по сравнению с обычными турбореактивными двигателями. При этом удельная величина расхода топлива так же возрастает; ухудшаются аэродинамические характеристики проточных участков турбины и компрессора, снижается КПД этих элементов. В камере сгорания, в результате уменьшения расхода воздуха, снижается коэффициент полноты сгорания ТВС.

Снижение КПД узлов ГТД при уменьшении его габаритов приводит к уменьшению КПД всего агрегата. Поэтому, при модернизации модели, конструкторы уделяют особое внимание увеличению КПД отдельно взятых элементов, вплоть до 1%.

Для сравнения: при увеличении КПД компрессора с 85% до 86%, КПД турбины возрастает с 80% до 81%, а общий КПД двигателя увеличивается сразу на 1,7%. Это говорит о том, что при фиксированном расходе топлива, удельная мощность увеличится на ту же величину.

Авиационный ГТД «Климов ГТД-350» для вертолета Ми-2

Впервые разработка ГТД-350 началась еще в 1959 году в ОКБ-117 под начальством конструктора С.П. Изотова. Изначально задача состояла в разработке малого двигателя для вертолета МИ-2.

На этапе проектирования были применены экспериментальные установки, использован метод поузловой доводки. В процессе исследования созданы методики расчета малогабаритных лопаточных аппаратов, проводились конструктивные мероприятия по демпфированию высокооборотных роторов. Первые образцы рабочей модели двигателя появились в 1961 году. Воздушные испытания вертолета Ми-2 с ГТД-350 впервые были проведены 22 сентября 1961 года. По результатам испытаний, два вертолетных двигателя разнесли в стороны, переоснастив трансмиссию.

Государственную сертификацию двигатель прошел в 1963 году. Серийное производство открылось в польском городе Жешув в 1964 году под руководством советских специалистов и продолжалось до 1990 года.

Ма лый газотурбинный двигатель отечественного производства ГТД-350 имеет следующие ТТХ:

— вес: 139 кг;
— габариты: 1385 х 626 х 760 мм;
— номинальная мощность на валу свободной турбины: 400 л.с.(295 кВт);
— частота вращения свободной турбины: 24000;
— диапазон рабочих температур -60…+60 ºC;
— удельный расход топлива 0,5 кг/кВт час;
— топливо — керосин;
— мощность крейсерская: 265 л.с;
— мощность взлётная: 400 л.с.

В целях безопасности полетов на вертолет Ми-2 устанавливают 2 двигателя. Спаренная установка позволяет воздушному судну благополучно завершить полет в случае отказа одной из силовых установок.

ГТД — 350 на данный момент морально устарел, в современной малой авиации нужны более можные, надежные и дешевые газотурбинные двигатели. На современный момент новый и перспективным отечественным двигателем является МД-120, корпорации «Салют». Масса двигателя — 35кг, тяга двигателя 120кгс.

Общая схема

Конструктивная схема ГТД-350 несколько необычна за счет расположения камеры сгорания не сразу за компрессором, как в стандартных образцах, а за турбиной. При этом турбина приложена к компрессору. Такая необычная компоновка узлов сокращает длину силовых валов двигателя, следовательно, снижает вес агрегата и позволяет достичь высоких оборотов ротора и экономичности.

В процессе работы двигателя, воздух поступает через ВНА, проходит ступени осевого компрессора, центробежную ступень и достигает воздухосборной улитки. Оттуда, по двум трубам воздух подается в заднюю часть двигателя к камере сгорания, где меняет направление потока на противоположное и поступает на турбинные колеса. Основные узлы ГТД-350: компрессор, камера сгорания, турбина, газосборник и редуктор. Системы двигателя представлены: смазочной, регулировочной и противообледенительной.

Агрегат расчленен на самостоятельные узлы, что позволяет производить отдельные запчасти и обеспечивать их быстрый ремонт. Двигатель постоянно дорабатывается и на сегодняшний день его модификацией и производством занимается ОАО «Климов». Первоначальный ресурс ГТД-350 составлял всего 200 часов, но в процессе модификации был постепенно доведен до 1000 часов. На картинке представлена общая смеха механической связи всех узлов и агрегатов.

Малые ГТД: области применения

Микротурбины применяют в промышленности и быту в качестве автономных источников электроэнергии.
— Мощность микротурбин составляет 30-1000 кВт;
— объем не превышает 4 кубических метра.

Среди преимуществ малых ГТД можно выделить:
— широкий диапазон нагрузок;
— низкая вибрация и уровень шума;
— работа на различных видах топлива;
— небольшие габариты;
— низкий уровень эмиссии выхлопов.

Отрицательные моменты:
— сложность электронной схемы (в стандартном варианте силовая схема выполняется с двойным энергопреобразованием);
— силовая турбина с механизмом поддержания оборотов значительно повышает стоимость и усложняет производство всего агрегата.

На сегодняшний день турбогенераторы не получили такого широкого распространения в России и на постсоветском пространстве, как в странах США и Европы в виду высокой стоимости производства. Однако, по проведенным расчетам, одиночная газотурбинная автономная установка мощностью 100 кВт и КПД 30% может быть использована для энергоснабжения стандартных 80 квартир с газовыми плитами.

Коротенькое видео, использования турбовального двигателя для электрогенератора.

За счет установки абсорбционных холодильников, микротурбина может использоваться в качестве системы кондиционирования и для одновременного охлаждения значительного количества помещений.

Автомобильная промышленность

Малые ГТД продемонстрировали удовлетворительные результаты при проведении дорожных испытаний, однако стоимость автомобиля, за счет сложности элементов конструкции многократно возрастает. ГТД с мощностью 100-1200 л.с. имеют характеристики, подобные бензиновым двигателям, однако в ближайшее время не ожидается массовое производство таких авто. Для решения этих задач необходимо усовершенствовать и удешевить все составляющие части двигателя.

По иному дела обстоят в оборонной промышленности. Военные не обращают внимание на стоимость, для них важнее эксплуатационные характеристики. Военным нужна была мощная, компактная, безотказная силовая установка для танков. И в середине 60-ых годов 20 века к этой проблеме привлекли Сергея Изотова, создателя силовой установки для МИ-2 — ГТД-350. КБ Изотова начало разработку и в итоге создало ГТД-1000 для танка Т-80. Пожалуй это единственный положительный опыт использования ГТД для наземного транспорта. Недостатки использования двигателя на танке — это его прожорливость и привередливость к чистоте проходящего по рабочему тракту воздуху. Внизу представлено короткое видео работы танкового ГТД-1000.

Малая авиация

На сегодняшний день высокая стоимость и низкая надежность поршневых двигателей с мощностью 50-150 кВт не позволяют малой авиации России уверенно расправить крылья. Такие двигатели, как «Rotax» не сертифицированы на территории России, а двигатели «Lycoming», применяемые в сельскохозяйственной авиации имеют заведомо завышенную стоимость. Кроме того, они работают на бензине, который не производится в нашей стране, что дополнительно увеличивает стоимость эксплуатации.

Именно малая авиация, как ни одна другая отрасль нуждается в проектах малых ГТД. Развивая инфраструктуру производства малых турбин, можно с уверенностью говорить о возрождении сельскохозяйственной авиации. За рубежом производством малых ГТД занимается достаточное количество фирм. Сфера применения: частные самолеты и беспилотники. Среди моделей для легких самолетов можно выделить чешские двигателиTJ100A, TP100 и TP180, и американский TPR80.

В России со времен СССР малые и средние ГТД разрабатывались в основном для вертолетов и легких самолетов. Их ресурс составлял от 4 до 8 тыс. часов,

На сегодняшний день для нужд вертолета МИ-2 продолжают выпускаться малые ГТД завода «Климов» такие как: ГТД-350, РД-33,ТВЗ-117ВМА, ТВ-2-117А, ВК-2500ПС-03 и ТВ-7-117В.

В России изобрели двигатель для сверхлегкой авиации, совмещающий в себе все преимущества бензиновых и дизельных моторов и обладающий очень высокой конкурентоспособностью.

Автор проекта, уфимский инженер Платон Маслов рассказал, что изобретение поможет решить проблему импортозамещения. По его словам, в России остро стоит проблема создания авиационного двигателя внутреннего сгорания малой мощности. До сих пор на летательные аппараты ставятся импортные аппараты, стоимость которых превышает 35 тыс. евро.

Использование зарубежных деталей представляет большой риск. К примеру, при появлении новых санкций или конфликтов, Россия может остаться без двигателей, а значит, и без летательных аппаратов, на которых они устанавливались. Это делает РФ уязвимой, особенно когда речь идет о военной авиации.

Теперь уфимским инженерам удалось создать первый отечественный двигатель для летательных аппаратов массой менее 1000 кг, который существенно превосходит все известные аналоги.

Как объяснил Маслов, существует два типа двигателя внутреннего сгорания — бензиновые и дизельные. Бензиновые обладают небольшим весом, но при этом потребляют много топлива. Дизельные, напротив, имеют большую массу, но очень экономичны. Уфимским инженерам удалось совместить в своем проекте все преимущества — и небольшой вес, и высокую экономичность.

Вес нового двигателя составляет около 75 кг, а мощность — 120 лошадиных сил.

Ноу-хау изобретения — особенная топливная система, которая позволяет использовать авиационный керосин в качестве основного вида топлива (при удельной массе двигателя на уровне современных бензиновых).

Как рассказал Маслов в интервью «Электрогазете», работа над проектом началась в 2013-м. Через два года был готовые первый «облик» двигателя. Впоследствии конструкция была оптимизирована и детально проработана. В 2016-м создатели выиграли грант Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере. Сейчас изготавливается первый прототип, который затем предстоит испытать и сертифицировать.

Разработчики убеждены, что их проект будет востребован на рынке. Потенциальными покупателями являются все производители летательных аппаратов, как гражданского, так и военного назначения.

По словам Маслова, похожие технологии в мире существуют, но удельная мощность и экономичность этих двигателей значительно уступают российским.

Примечательно, что технологией уже заинтересовались американские, китайские и российские компании. Однако передавать за границу свои наработки уфимские изобретатели не намерены.

«Свой проект мы планируем развивать именно в России», — отметил Маслов.

Сейчас проект участвует в федеральном акселераторе технологических стартапов GenerationS. Уфимцам одобрили также заявку на статус участника «Сколково».

Многочисленные слеты самодеятельных авиаконструкторов собирали сотни энтузиастов малой авиации, и это наглядно показывало, что интерес к конструированию любительских летательных аппаратов громадный. Однако во многих случаях неразрешимой проблемой для поклонников СЛА является проблема двигателя-мощного, легкого, компактного и экономичного. Полагаю, что если бы промышленность выпускала подобные двигатели, малая авиация в России развивалась бы куда более высокими темпами. Ну а пока единственным выходом для самодельщина остается изготовление такого мотора собственными руками.

Предлагаю авиаторам-любителям опыт изготовления такого рода двигателя, в котором сконцентрированы и радости успеха, и горечь разочарований, да к тому же и немало времени и материальных средств.

Хочу предупредить, что разработанный мной двигатель не являет собой нечто принципиально новое - это просто добротная разработка на базе уже существующих моторов, проверенных в процессе длительной практики.

Хотелось бы отметить также, что многих самодельщиков отпугивает кажущаяся сложность создания таких агрегатов, как авиационный двигатель. Могу заверить, что двигатель типа «Номпакт-800» может построить практически любой конструктор-любитель, обладающий слесарными навыками. Ну и, конечно, оптимальным набором комплектующих элементов, на базе которых и собирается даигатель. В частности, необходимо имвть пожарную мотопомпу МП-800 (подойдет даже негодная, списанная), два коленчатых вала и два цилиндра от мотоцикла «ИЖ-Планета-Спорт» (далее -ИЖ-П-С), два карбюратора «Иков-34» или «Иков-36» с набором жиклеров от спортивного мотоцикла CZ-400 (подойдут и отечественные К-62М от ИЖ-П-С), а также два поршня диаметром 82 мм с кольцами от мотоцикла CZ:400.

Несколько слов о технических характеристиках двигателя «Компакт-800». Этот рядный двухцилиндровый двухтактный мотор воздушного охлаждения массой 37,6 кг (без карбюраторов и системы зажигакия) имеет рабочий объем 600 куб. см, диаметр цилиндра 82 мм, ход поршня 76 мм и степень сжатия 10,7. Мощность двигателя - 70 л.с. при частоте вращения коленвала 5900…6100 1/мин. Топливо - бензин марки АИ-93 в смеси с 5 процентами масла МС-20. Выхлоп с применением двух настроенных резонаторов.

Исходные цилиндры расточены до диаметра 62 мм под поршни от CZ-400. При сборке примыкающие друг к другу части головок и оребрение цилиндров сфрезеровываются так, чтобы расстояние до плоскости фрезерования от оси цилиндра составляло 72

Для предотвращения турбулизации потока топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя и улучшения их продувки большую сферу головки цилиндра необходимо обработать на токарном станке (в четырех-кулачковом патроне) по радиусу днища поршня, а диаметр головки плавно свести к диаметру 82 мм. Необходимая степень сжатия подбирается с помощью прокладки требуемой толщины, устанавливаемой между картером и цилиндром.

Коленчатый вал от мотопомпы МП-800, состоящий из двух кривошипов с цанговым соединением в предпоследней щеке коленвала (со стороны магнето), легко разбирается без повреждения щек вала. Замечу, что ход шатуна у двигателя мотопомпы не совпадает с соответствующим па: раметром у ИЖ-П-С (85 и 76 мм соответственно). Именно поэтому в щеках разобранного коленвала штатные цапфы срезаются и в их отверстия запрессовываются (посадка - напряженная прессовая) новые цапфы из стали 40Х, имеющие припуск на последующую обработку под посадку подшипников. Старые отверстия нижних шатунных пальцев аккуратно завариваются, по возможности - без пористостей и посторонних аключений. Новые отверстия под нижний шатунный палец ИЖ-П-С разделываются на расстоянии 38 мм от центра щеки коленчатого вала. Обе половинки вала собираются отдельно и поочередно обрабатываются в токарном станке.

1 - головка цилиндра, 2 - цилиндр, 3 - ‘комплект прокладок, 4 - задняя цапфа коленчатого вала (штатная), 5 - стакан с сальником, 6 - роликовый подшипник 2306К, 7 - стяжной болт разъемных частей коленчатого вала, 8 - упорное кольцо, 9, 11 - шариковые подшипники 306К, 10 - межкамерная распорная втулка, с сальниками, 12 - нижний шатунный палец, 13 - картер двигателя, 14 - передняя цапфа коленчатого вала, 15 - передний стакан с сальником, 16 - упорный подшипник 8207, 17 - роликовый подшипник 42207К, 18-канал для смазки, 19 - щека коленчатого вала, 20 - проставка между картером и цилиндрами, 21 - шатун, 22 - поршневой палец, 23 - игольчатый подшипник верхней головки шатуна, 24 - поршень с двумя кольцами.

Рис. б. Резонансная выхлопная труба под частоту вращения коленчатого вала 5800…6100 1/мин.

Собранный вал балансируется на линейках в сборе с поршнями, поршневыми кольцами и пальцами. Разница между комплектами цилиндров должна быть не более 2…3 г, в противном случав не избежать повышенной вибрации двигателя. Доводка при балансировке коленвала осуществляется высверливанием отверстий в щеках.

Шатуны, верхние и нижние пальцы с сепараторами использовались от двигателя ИЖ-П-С. Поршни с двумя кольцами обеспечивают минимальное трение цилиндро-поршневой паре и надежность работы мотора.

Картер двигателя - от уже не раз упоминавшейся мотопомпы, однако верхняя его половина частично доработана. Дело в том, что высота днища у поршня СZ-400 на 6 мм меньше, чем у ИЖ-П-С, поэтому с поверхности верхней крышки картера необходимо снять 4 мм и довести стыковочную плоскость на приторочной плите. Необходимо также уменьшить высоту цилиндра: на токарном станке подрезать на 2 мм его фланец.

Помимо этого, между верхней половиной картера и цилиндрами необходимо установить дюралюминиевую литую проставку, в которой разделаны отверстия под гильзы цилиндров и перепускные каналы, а также резьбовые отверстия М10×1 мм под четыре шпильки крепления цилиндров по совмещенным шаблонам, снятым с цилиндров и картера. В «Компакте-800» толщина простааки вместе с двумя паронитовыми прокладками толщиной по 0,5 мм составляет 20 мм.

Перед расточкой и доводкой верхней крышки картера на ней стяжными шпильками закрепляется проставка. Далее с одной установки в крышке и проставке растачиваются отверстия под гильзы цилиндров до диаметра 66 мм на глубину 24 мм. К сожалению, завершить работу по посадке цилиндров в картер (на глубину 6 мм) с помощью станка не удастся из-за того, что в картере в зоне расположения боковых перепускных окон возможны перфорации. Поэтому цилиндры окончательно подгоняются к картеру с помощю ручной его обработки. Ручная выборка металла с последующей шлифовкой неизбежна и при обработке в крышке картера плавных обводов перепускных каналов. При этом удобнее всего ориентироваться на эталон, в качестве которого можно взять старый картер мотора ИЖ-П-С.

При изготовлении картера хорошим подспорьем может стать аргонно-дугоаая сварка: с ее помощью можно наплавкой металла ликвидировать перфорации: наварить слой металла в зоне перепускного канала в случае, если перфорация неизбежна.

При монтаже в картер коленчатого вала следует учитывать, что цилиндры мотора работают в противофазах, и полости кривошипных камер двигателя должны быть изолированы друг от друга и не иметь перепуска давления. Для этого между камерами монтируют штатную распорную втулку с врезанными в нее двумя сальниками.

При сборке двигателя в картер мотора натуго вворачиваются четыре ступенчатые шпильки (каждая сваривается внакладку из двух стержней с резьбой М10 на одном из концов), ориентированные таким образом, чтобы обеспечивалась свободная посадка на картер цилиндров вместе с головками. Далее через паронитовую прокладку на картер с помощью болтов с цилиндрическими головками «впотай» закрепляется проставка, и в разделанные в ней резьбовые отверстия М10х1 вворачиваются длинные шпильки, после чего монтируются цилиндры с головками и фиксируются гайками с подложенными под них шайбами. Предварительно межреберные перемычки на цилиндрах необходимо удалить - это улучшит охлаждение двигателя.

Следует заметить, что «Компакт-800» развивает указанную выше мощность при работе с настроенными резонансными выхлопными трубами, оптимальные геометрические размеры которых показаны на одном из рисунков.

Штатная система зажигания, базирующаяся на магнето, непригодна для авиационного двигателя, поскольку стабильную и устойчивую искру магнето может гарантировать на существенно меньших оборотах, чем те, что развивает «Компакт-800». Именно поэтому на нем используется 12-вольтовая система зажигания от мотоцикла «Jawa». Параметры системы зажигания (опережение, зазор между контактами прерывателя) для каждого цилиндра устанавливаются как на двухцилиндровом мотоцикле - раздельно для каждого из цилиндров.

Отмечу, что для авиационного двигателя желательно иметь двухискровую систему зажигания (с парой свечей на цилиндр), обеспечивающую запаздывание появления искры на одной из свечей в 4…6 градусов поворота коленчатого вала. Разумеется, при использоввнии двухискрового зажигания источники энергии для каждой из свечей цилиндра должны быть автономными.

Хочу предупредить энтузиастов, пытающихся во что бы то ни стало повысить мощность любого попавшего им в руки мотора, что все возможные разумные меры для этого на «Компакте-800» уже были предприняты, и дальнейшая форсировка двигателя может привести к резкому снижению ресурса. В частности, уведено до оптимума среднее эффективное давление в цилиндре: 6,5 кг/кв.см. Предельной и максимально выгодной при оптимально устойчивой работе мотора можно назвать и степень сжатия, равную 9,5…10,7. Надо сказать, что мощности «Компакта-800» более чем достаточно для большинства любительских летательных аппаратов. Вот лишь несколько цифровых характеристик, показывающих возможности моего мотора. Так, при стендовых испытаниях окружная скорость концов лопастей полутораметрового воздушного винта достигала 240 м/с. Статическая тяга при этом составляла 160 кгс, и КПД винта - 67 процентов!

Появятся вопросы по конструкции - пишите мне по адресу: 624470, Свердловская область, г. Североуральск, ул. Комсомольская, дом 37, квартира 115.

В. ДУБРОВИН

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

О проблеме легких двигателей для малой авиации, не писали разве что только в «желтой» прессе. Писали и год назад, и два года, и десять лет назад. Принимаются программы развития АОН, к разработке легких маломощных двигателей подключился Центральный институт авиационного моторостроения ЦИОМ им. А.В. Баранова. Принимаются правительством программы помощи производителям техники для АОН. Мелькают в печати и на телевидении самолеты отечественной разработки. Мелькают и пропадают. Где-то они летают, где-то их испытывают.

Только вот на полевых площадках и аэродромах АОН, по-прежнему Цессны, Робинсоны да Текнамы иноземные летают. А машины российской разработки, не считая конечно Яков, смотрятся скорее как диковинка. И, как и в предыдущие года, все говорят и пишут об отсутствии отечественного легкого двигателя. Почему бы, хотя бы не сделать, как делали в прежние, советские времена. Огромная страна не стеснялась взять иностранный двигатель, приспособить его под возможности нашего производства, что-то улучшить, где-то потерять в качестве, но на выходе иметь наш, отечественный двигатель, который сможет послужить образцом и прототипом для целой линейки модернизированных движков. Отечественная история развития авиации, полна подобных примеров, и даже нет смысла их здесь приводить.

А где же воз?

Итак, в огромной стране, практически не осталось инфраструктуры для производства поршневых двигателей малой мощности. Таких, которые были бы способны поднять нашу малую авиацию и поставить ее что называется «на крыло».

Однако выход есть и из этой ситуации. Выход быть может не самый быстрый, и простой, но есть. Это разработка своих, отечественных микро и минидвигателей ГТД (газотурбинный двигатель).

Огромные холдинги, консорциумы и всевозможные ФГУП (кто не знает это Федеральное Государственное Унитарное Предприятие), изучают проблему, разрабатывают концептуальные проекты, создают предприятия с иностранным участием и осваивают государственные инвестиции. Вероятно, по прошествии энного количества времени мы на выходе всех этих корпоративных усилий и получим какой-то готовый продукт.

ЦИАМ ведет НИОКР

ФГУП "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова" широким фронтом ведет НИОКР создания перспективных газотурбинных и поршневых двигателей в интересах разработчиков беспилотных летательных аппаратов, самолетов и вертолетов малой авиации. "АвиаПорт" приводит систематизированное изложение выступлений начальника сектора ЦИАМ (малоразмерные ГТД) Владимира Ломазова и начальника сектора ЦИАМ (ПД) Александра Костюченкова на II международной конференции "Беспилотная авиация - 2015".

«…Работы по перспективным поршневым двигателям

В России в настоящее время полностью отсутствует производство поршневых авиадвигателей для беспилотников и легких самолетов и вертолетов, что заставляет отечественных конструкторов применять авиадвигатели зарубежного производства. В связи с огромной потребностью в таких двигателях, ЦИАМ проводит НИОКР и прорабатывает проекты перспективных поршневых авиадвигателей в интересах их применения на беспилотных летательных аппаратах, легких самолетах и вертолетах».

«…Основные требования к авиадвигателям

Основными критериями при создании перспективных двигателей являлись стоимость эксплуатации, назначенный межремонтный ресурс и топливная эффективность, которые в совокупности определяют расходы на летный час. Проведенные расчеты показали, что для двигателей такого класса стоимость летного часа должна быть не более 500 рублей за час полета (без учета стоимости ГСМ), технический ресурс должен составить не менее 8000 часов. При таких показателях стоимость жизненного цикла составит 3,2 млн. рублей в сегодняшних ценах».

«…Новые технологии создания малоразмерных ГТД

ЦИАМ проводит работы по внедрению новейших технологий для снижения массы, повышения качества отдельных узлов и деталей. Подтверждено снижение себестоимости изготовления колеса компрессора почти в 20 раз против классического колеса с вставными лопатками. За счет применения современных технологий литья цена ротора уменьшена примерно в 15-18 раз по сравнению с ротором стандартной вспомогательной силовой установки такой же размерности, которая стоит на отечественных самолетах. В качестве опытного образца изготовлен и будет испытываться на стенде стартер-генератор с возможностью раскручивания до 90 тысяч оборотов, который ставится на вал без редуктора и существенно уменьшает массу двигателя. Он обеспечивает мощность до 4 кВт и имеет массу всего лишь 700 грамм, против сегодняшних 10 кг».

(по материалам портала aviaport httр://www.аviaport.ru/nеws/2015/05/08/338921.html

Лаборатория интеллектуальной механики "Аудит Аналитик" (АА+)

За этим интригующим названием, скрывается группа энтузиастов, которые разработали, создали, и в данный момент уже испытывают первый опытный образец микро ГТД.

Сергей Журавлев Генеральный директор, вдохновитель и генератор идей Лаборатории со своим детищем в руках.

Вот что говорит про свою команду Сергей Журавлев, Генеральный директор Лаборатория интеллектуальной механики "Аудит Аналитик" (АА+):

«Кто Мы?

Команда разработчиков моделей и прототипов сложных систем (экосистем), и алгоритмов управления ими, как в технической, так и в гуманитарной сферах.

Наши компетенции опираются на собственную концепцию организации научно-конструкторского сообщества, распределённого (сетевого) производства и непрерывного процесса совершенствования линейки высокотехнологичных продуктов в испытательно-монтажном комплексе. Мы не считаем нужным покупать станки и строить завод. В России уже так много избыточных производственных мощностей, и покупок новейшего оборудования, что их надо загружать работой».

Сергей полон оптимизма и здорового реализма, и у него есть для этого все основания.

«Нам выдался редкий шанс войти в мировую элиту производителей малых турбин. Минимизация и локализация, роботизация и автономия – тренды XXI века, в которые пока ещё можно встроиться на равных с лидерами энергообеспечения малого авиастроения, беспилотной авиации, локальной энергетики. В России очень сильные физическая и математическая, материаловедческая и инженерная школы. Их потенциал позволяет в минимальном объёме турбины, достичь максимальных, значений эффективности, в первую очередь эксплуатационной, малыми силами и средствами».

Опытный образец ГТД малой тяги серии МкА

Следует отметить, что разработка газотурбинных установок малой тяги лишь одно из направлений, которым занимается Лаборатория АА+, и этот проект полностью частный, и быть может именно поэтому после всех расчетов, проработок и проб, они имеют на выходе уже готовый опытный образец.

Вот так буднично, на подоконнике, на тетрадке с расчетами и схемами уместился первый опытный ГТД малой тяги марки МкА. Родоначальник серии двигателей разной мощности, которые можно будет применять в различных отраслях.

Двигатель уже проходит испытания на стенде в лаборатории. Вот некоторые его параметры, которые уже четко определены:

Основные данные опытного образца ГТД малой тяги серии МкА (микро авиационный):

Вес – 2060 гр.

Длина – 324.00 мм

Диаметр основной – 115.00 мм

Ширина с пилонами – 128.00 мм

Рабочие характеристики:

Тяга максимальная – 200 N

Тяга рабочая – 160 N

Расход топлива (на макс. тяге) – 460.00 ml \ min

Используемое топливо – керосин\дизельное топливо

Максимальные скорость вращения – 120 000 об\мин

«Разработанный двигатель отличается от изучавшихся нашим КБ аналогов, конструктивом, материалами, характеристиками. А также заранее продуманной интеграцией в ряд изделий».

Дмитрий Рыбаков

заместитель директора по инновациям Группы компаний “Беспилотные системы”

В Группе компаний «Беспилотные системы» настолько уверены в перспективности серии двигателей разработки Лаборатории, что начали проектирование перспективного БПЛА специально под них.

Я абсолютно уверен, что через некоторое время, мы увидим, легкие, мощные и экономичные двигатели Лаборатории АА+ не только на легких самолетах, автожирах и вертолетах, но и на большой авиационной технике.

В заключении хотелось бы привести еще одно высказывание Сергея Журавлева.

ФГУП "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова" широким фронтом ведет НИОКР создания перспективных газотурбинных и поршневых двигателей в интересах разработчиков беспилотных летательных аппаратов, самолетов и вертолетов малой авиации. "АвиаПорт" приводит систематизированное изложение выступлений начальника сектора ЦИАМ (малоразмерные ГТД) Владимира Ломазова и начальника сектора ЦИАМ (ПД) Александра Костюченкова на II международной конференции "Беспилотная авиация - 2015".

Работы ЦИАМ по малоразмерным ГТД

Сектор для проведения НИОКР в интересах создания научно-технического задела и изготовления экспериментальных образцов перспективных авиадвигателей был создан два года назад. Речь идет о работах по исследованию вопросов и проблем создания короткоресурсных турбореактивных двигателей (ТРД) с тягой на стенде порядка 100 кг и турбовинтовых двигателей (ТВД) мощностью до 360 л.с. В ЦИАМ прорабатывается несколько проектов авиадвигателей: ТРД-100 на 106 кг тяги, ТРД-160 на 168 кг тяги, турбовинтовых ТВГТД на 360 л.с. мощности массой 55 кг и ТВГТДр с регенерацией тепла на мощность 350 л.с. и некоторые другие.

Основные требования к авиадвигателям

Основными критериями при создании перспективных двигателей являлись стоимость эксплуатации, назначенный межремонтный ресурс и топливная эффективность, которые в совокупности определяют расходы на летный час. Проведенные расчеты показали, что для двигателей такого класса стоимость летного часа должна быть не более 500 рублей за час полета (без учета стоимости ГСМ), технический ресурс должен составить не менее 8000 часов. При таких показателях стоимость жизненного цикла составит 3,2 млн рублей в сегодняшних ценах.

Создание унифицированного газогенератора

Известно, что "сердцем" ГТД является газогенератор (ГГ), поэтому ключевым вопросом является создание перспективного ГГ с расходом воздуха 1,5-1,6 кг/с. Двигатель с таким газогенератором должен обходиться заказчикам в виде ТРД для беспилотников по цене порядка в 500-550 тысяч рублей, то есть примерно 5000 рублей за один кг тяги. Это та нормативная составляющая, которую хотели бы видеть все заказчики, чтобы весь беспилотник получился недорогим. Сейчас институтом ведутся работы по разработке ГГ длиной порядка 500 мм и 240 мм в диаметре.

По проведенному анализу, базовые составляющие цены газогенератора:

Многим заказчикам хотелось бы видеть двигатель сложного цикла, который по расходу топлива приближается к поршневым двигателям. Это двигатель (ТВГТДр) с регенерацией тепла. Такие двигатели реализованы в наземной технике и выпускаются серийно. У классического ТВГТД удельный расход топлива составляет 0,296 кг/л.с.*ч, на ТВГТДр - 0,23 кг/л.с.ч, а у лучших поршневых двигателей - 0,16 кг/л.с.ч. Двигатель с теплообменным аппаратом находится сейчас на стадии изготовления опытных образцов.

Широкая линейка двигателей в интересах народного хозяйства и обороны может быть создана на базе одного ГГ. Есть и технические, и технологические, а также организационные предпосылки для того, чтобы создать ГТД в указанном классе мощности стоимостью 1,2 млн рублей.

ГТД на базе унифицированного газогенератора:

• ТВГТДр с регенерацией тепла 50%

ЦИАМ проводит работы по внедрению новейших технологий для снижения массы, повышения качества отдельных узлов и деталей. Подтверждено снижение себестоимости изготовления колеса компрессора почти в 20 раз против классического колеса с вставными лопатками. За счет применения современных технологии литья цена ротора уменьшена примерно в 15-18 раз по сравнению с ротором стандартной вспомогательной силовой установки такой же размерности, которая стоит на отечественных самолетах. В качестве опытного образца изготовлен и будет испытываться на стенде стартер-генератор с возможностью раскручивания до 90 тысяч оборотов, который ставится на вал без редуктора и существенно уменьшает массу двигателя. Он обеспечивает мощность до 4 кВт и имеет массу всего лишь 700 грамм, против сегодняшних 10 кг.

Работы по перспективным поршневым двигателям

В России в настоящее время полностью отсутствует производство поршневых авиадвигателей для беспилотников и легких самолетов и вертолетов, что заставляет отечественных конструкторов применять авиадвигатели зарубежного производства. В связи с огромной потребностью в таких двигателях, ЦИАМ проводит НИОКР и прорабатывает проекты перспективных поршневых авиадвигателей в интересах их применения на беспилотных летательных аппаратах, легких самолетах и вертолетах.

Преимущества применения в авиации поршневых двигателей

По удельной стоимости и удельному расходу топлива авиационные поршневые двигатели (АПД) значительно превосходят газотурбинные двигатели (ГТД) в своем классе мощности до 500 л.с. В тоже время, АПД существенно уступают ГТД по удельному весу. Кроме того, при времени полета более пяти часов дизельные двигатели также имеют значительные преимущества перед ГТД. Бензиновые АПД представлены в основном двухтактными двигателями мощностью до 50 л.с. и четырехтактными мощностью 50-400 л.с. Кроме того, с возможностью работы на авиакеросине используются дизельные двигатели мощностью 100-500 л.с. и роторно-поршневые мощностью до 300 л.с.

Проводимые НИОКР в интересах создания перспективных АПД

ЦИАМ исследует как новые конструктивные схемы, так и применение самых современных материалов и перспективных технологических решений. Например, в настоящее время в рамках проводимых НИР создается унифицированная роторно-статорная группа, а также ведется изготовление и подготовка к проведению стендовых испытаний двигателя на 100 л.с. Проводятся исследования новых материалов при создании самых ответственных узлов и деталей АПД.

Линейка прорабатываемых ЦИАМ перспективных российских АПД

В рамках проводимых НИОКР прорабатывается ряд АПД различного диапазона мощности. В частности, в работе находится ряд роторно-поршневых авиадвигателей мощностью от 100 л.с. до 300 л.с. на базе унифицированной роторно-статорной группы, бензиновый двигатель мощностью 120-150 л.с. с возможностью оснащения турбокомпрессором, дизельный АПД мощностью 300 л.с. для беспилотников, легких самолетов и вертолетов. Кроме того, на стадии разработки Технического задания находится разработка АПД мощностью 50 л.с. и ряд дизельных АПД мощностью 450-800 л.с.

АПД ПД-1400

АПД ПД-1400 разрабатывается совместно ЦИАМ и Гаврилов-Ямским машиностроительным заводом "Агат". Разрабатываемый поршневой четырехтактный воздушного охлаждения с редуктором АПД должен иметь мощность взлетную 90 л.с., удельный расход топлива на уровне 210 г/л.с.*ч и удельный вес 0,75 кг/л.с. Этот двигатель уже прошел достаточно большой комплекс испытаний и они продолжаются.

АПД ПД-2800

АПД ПД-2800 также разрабатывается в рамках ОКР совместно с Гаврилов-Ямским машиностроительным заводом "Агат". Этот поршневой четырехтактный дизельный двигатель жидкостного охлаждения готовится к испытаниям. Он рассчитан на мощность 300 л.с., его удельный расход топлива должен составить 160 г/л.с.*ч, а удельный вес 0,75 кг/л.с.

Перспективные показатели прорабатываемых АПД

Применение самых современных технологий при изготовлении перспективных АПД позволит снизить массу силовой установки на 20-25%, снизить удельный расход топлива на основных режимах на 15-20%, повысить ресурс АПД до 5000 часов, снизить эксплуатационные расходы на 30-40%.

Сравнение АПД и ГТД: