Авиа двигатели. Виды и типы двигателей для самолетов и вертолетов
Именно благодаря использованию авиа двигателей, прогресс развития современной авиации продолжает развиваться. Первые самолёты которые не были оснащены двигателями практически не получили своего практического применения, так как не могли перевозить более одного человека, да и значительные расстояния преодолеваемые такими воздушными судами большими никак не назовёшь.
Все авиа двигатели принято разделять на 9 основных категорий.
- Паровые авиа двигатели;
- Поршневые авиа двигатели;
- Атомные авиа двигатели;
- Ракетные авиа двигатели;
- Реактивные авиа двигатели;
- Газотурбинные авиа двигатели;
- Турбовинтовые авиа двигатели;
- Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели;
- Турбовентиляторные авиа двигатели.
Паровые авиа двигатели
Паровые авиа двигатели практически не нашли своего практического применения в авиации из-за низкого КПД своей работы. Главным принципом работы парового авиационного двигателя является преобразование возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение винтов за счёт энергии пара.
Стоит отметить, что первоначально паровые авиа двигатели предполагалось использовать на заре авиации, когда источник пара был наиболее доступным, однако из-за массивности своей конструкции паровые двигатели не смогли поднимать воздушные суда.
Поршневые авиа двигатели
Поршневой авиа двигатель представляет собой обычный двигатель внутреннего сгорания, в котором тепловая энергия расширяемого газа превращает поступательное движение поршня во вращательное движение винта. Такие авиа двигатели нашли своё применение, и применяются и по сегодняшний день из-за простоты своего функционирования и недорогостоящего изготовления.
КПД поршневого авиационного двигателя, как правило, не превышает 55 %, однако это ничуть не смущает современных авиаконструкторов, так как у этого двигателя имеется высокая надёжность.
Атомные авиа двигатели
Первые атомные авиа двигатели начали появляться в середине минувшего века, когда начались мирные исследования атома. Основным принципом работы атомного авиационного двигателя является осуществление контролируемой цепной ядерной реакции, что позволяло выдавать огромную мощность, при сравнительно небольшом уровне затрат.
Атомные авиа двигатели практически одновременно появились и в США и в СССР, однако сама идея того, что самолёт, пусть и с весьма компактным атомным реактором на своём борту может упасть и это впоследствии приведёт к катастрофе, заставила отказаться от этой идеи.
В США атомный авиационный двигатель применялся на самолёте Convair NB-36H, а в СССР на самолётах Ту-95 и Ан-22.
Ракетные авиа двигатели
Первые ракетные авиа двигатели появились в начале 40 годов прошлого столетия в Германии, когда немцы всеми усилиями пытались создать быстрый самолёт, который мог бы принести им победу во Второй мировой войне. Тем не менее, стоит отметить, что наука в те годы не позволяла совершить точный расчёт некоторых параметров, поэтому проект так и не был реализован. Впоследствии ракетные авиа двигатели испытывались исключительно с возможностью их применения для разгона самолётов в стратосфере, но применимость их весьма ограничена, и потому на сегодняшний день они практически не используются.
Основным недостатком ракетного авиационного двигателя является практически полное отсутствие управляемости на высоких скоростях.
Реактивные авиа двигатели
Реактивные двигатели весьма распространены на сегодняшний день в авиации и авиаконструкторском деле. Принцип работы этих авиа двигателей основывается на то, что необходимая тяга для воздушного судна создаётся за счёт преобразования в кинетическую энергию реактивную струи внутренней энергии авиационного топлива.
Реактивные двигатели весьма надёжны и эффективны и потому в ближайшее время стоит ожидать их дальнейшего совершенствования и развития.
Газотурбинные авиа двигатели
Принцип работы газотурбинного авиационного двигателя основывается на сжатии и нагреве газа, энергия которого впоследствии преобразуется в механическую работу, заставляя вращаться газовую турбину. Первые двигатели данного класса появились в Германии ещё в начале 40-х годов прошлого века, и на сегодняшний день они по-прежнему продолжают широко применяться в военной авиации, в частности устанавливаются на самолётах Су-27, МиГ-29, F-22, F-35 и т.д.
Газотурбинные авиа двигатели весьма эффективны на сравнительно небольших скоростях перемещения воздушных судов, и потому их применение в гражданской авиации также весьма обоснованно.
Турбовинтовые авиа двигатели
Турбовинтовые авиа двигатели представляют собой своеобразную разновидность газотурбинный авиационных двигателей, принцип действия которых основывается на том, что энергия горячих газов преобразуется во вращение винта, а около 10% от совокупной энергии превращается в толкающую реактивную струю.
Турбовинтовые авиа двигатели имеют хороший КПД и надёжны, что делает их эффективными и применимыми в гражданской авиации на многих воздушных судах.
Пульсирующие воздушно-реактивные авиа двигатели
Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели не нашли применения в современной авиации из-за неудовлетворительной своей эффективности. Главной особенностью их функционирования является то, что работают они на принципе воздушно-реактивного двигателя. С той лишь разницей, что топливо в камеру сгорания подаётся периодически, создавая своеобразные импульсы, позволяющие двигать объект в заданном направлении.
Пульсирующие воздушно-реактивные двигатели эффективны лишь при однократном своём использовании, в последующих же случаях, их использование снижает и саму надёжность и увеличивает затраты.
Турбовентиляторные авиа двигатели
Принцип работы турбовентиляторных авиационных двигателей сводится к тому, что подаваемый за счёт вентилятора воздух. Обеспечивает полное сгорание топлива за счёт избытка кислорода, что делает такие авиа двигатели и более эффективными и в тоже время наиболее экологически чистыми. Применяются подобные турбовентиляторные авиа двигатели как правило на крупных авиалайнерах, так как практически всегда у них имеется большая конструкция за счёт необходимости нагнетания дополнительного объёма воздуха.
Автомобильный двигатель «Кортежа» превратили в авиационный
МОСКВА, 23 ноя — РИА Новости. Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») завершил научно-исследовательскую работу «Адаптация» по превращению автомобильного двигателя «Кортежа» в авиационный, сообщили РИА Новости в пресс-службе института.«Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова завершил научно-исследовательскую работу «Адаптация» успешными испытаниями двигателя в составе силовой установки с воздушным винтом», — сказали в ЦИАМ.
Как отметил руководитель работы, начальник отдела ЦИАМ Лев Финкельберг, была проведена оценка возможного использования двигателя, созданного по такой схеме, на двухдвигательном девятиместном и однодвигательном шестиместном самолетах местных воздушных линий.
По словам руководителя работы, наиболее трудоемкой задачей стала адаптация под авиационные правила систем топливопитания, зажигания, управления, обеспечивающих работу двигателя.
«Инженеры ЦИАМ решили ряд задач, связанных с конструктивными особенностями адаптируемых агрегатов и трудностями их расположения на двигателе. Главной же сложностью стало получение требуемых характеристик, поскольку на «авиационных» режимах автомобильный двигатель практически никогда не работает», — сказали в ЦИАМ.
В институте добавили, что испытания проведены на винтовом стенде ООО «ОКБМ» (Воронеж) силами специалистов ЦИАМ, НАМИ (разработчик «Кортежа») и ОКБМ.
«В ходе испытаний получены характеристики двигателя в диапазоне от земного малого газа до взлетного режима, проверены его запуски и приемистость. Результаты работы подтвердили заявленные в техническом задании удельные характеристики по литровой мощности, расходу топлива и весу двигателя», — уточнили в институте.
В ЦИАМ сообщили, что исследование созданного на базе двигателя «Кортеж» демонстратора АПД-500 планируется продолжить в термобарокамере института и в дальнейшем провести испытания на экспериментальном летательном аппарате.
Ранее о проведении в России научно-исследовательских работ в области превращения автомобильного двигателя от проекта «Кортеж» в авиационный сообщил в интервью РИА Новости генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин. По его словам, основная цель данного проекта – понять, что конкретно нужно поменять в автомобильном двигателе, чтобы на нем полетел самолет. Гордин отметил, что автомобильные двигатели — крупносерийные, их себестоимость существенно ниже, поэтому есть возможность сделать относительно дешевый авиационный двигатель.
Согласно данным открытых источников, в рамках проекта «Кортеж» ФГУП НАМИ совместно с Porsche Engineering разработало семейство модульных двигателей. Самым мощным из них является V12 с четырьмя турбинами, непосредственным впрыском топлива и системой изменения фаз газораспределения. Впервые он был продемонстрирован на стенде НАМИ на Московском автосалоне в 2016 году. Объем этого силового агрегата — 6,6 л, а мощность и крутящий момент составляют 850 л.с. и 1320 Нм соответственно.
Самолеты с мотоциклетными двигателями
Четыре классные частные творения в мире авиации.
В мире много людей, которые любят строить самолеты. Речь идет не о Боингах и Аэробусах, а о частных творениях Ганса Майера или Макса Мустермана, которые строят свои собственные самолеты в гараже возле дома.
А поскольку у них нет возможности приобрести реактивные двигатели для своих самолетов, они решили использовать другие источники энергии.
В принципе, автомобильные двигатели можно адаптировать для небольших самолетов. Но некоторые инженеры-энтузиасты пошли еще дальше, создав более смелые проекты – остановившись на мотоциклетных моторах в качестве силовых агрегатов для своих легкомоторных самолетов. Вот четыре действительно крутых самолета, которые оснащены двигателями от мотоцикла.
Самолет CGS Hawk с двигателем от мотобайка Honda GL500 Silver Wing
CGS Hawk был первым сверхлегким самолетом с закрытой кабиной, выпущенным в 1982 году. Его каркас сделан из трубчатого алюминия, который обшит стеклопластиковыми панелями. Hawk Ultra – это одноместный самолет, вес которого составляет всего 1015 кг.
Ранее для самолета были доступны ряд двигателей (в том числе Rotax и Kawasaki). В 2010 году кто-то решил установить на самолет двигатель от мотоцикла Honda GL500 Silver Wing, объемом 497 куб. см. Этот V-Twin- мотор на мотоциклах Honda использовался в начале 1980-х годов.
Деревянный самолет с двухтактным двигателем объемом 400 куб. cм от Kawasaki
Братья Райт, вероятно, аплодировали в своих могилах, когда родился этот деревянный самолет. Эта штука оснащена мотодвигателем объемом 400 куб. см. Правда, этот силовой агрегат не совсем от мотобайка. На самом деле этот двигатель устанавливался на снегоходы. Но ранее этот мотор использовался на некоторых мотоциклах.
Реплика самолета Nieuport 12 с двигателем Yamaha XV1100
В начале 1990-х годов Ричард Джайл создал копию самолета Nieuport 12. Nieuport 12 – французский боевой самолет времен Первой мировой войны. В зависимости от модели оригинальные самолеты оснащались 80-сильным двигателем Le Rhone или 100-сильным двигателем Clerget.
В своей же версии Джайл использовал V-образный двигатель Yamaha XV1100, также известный как Virago.
Создатель авиареплики выбрал этот мотор из-за его легкости (блок двигателя сделан из литого алюминия), а также из-за встроенной коробки передач.
Вы представляете – у самолета Ричарда Джайла есть механическая коробка передач! В 1993 году V-Twin Nieuport получил разрешение на вылет из ФАУ США.
Реплика самолета L-39 Albatros с двигателем BMW S 1000 RR
Этот самолет, наверное, единственный в нашем списке, на котором бы не отказался полетать любой летчик. Реплика UL-39 Albi – это уменьшенная версия самолета L-39 Albatros. Этот чехословацкий самолет разработан в 1960-е годы.
В строительстве же уменьшенной копии приняли участие Технический университет Праги, чешский производитель самолетов Jihlavan и специализированная компания по производству углерода под названием LA Composite.
В качестве силового агрегата было решено использовать двигатель BMW S 1000 R. Агрегат представляет собой четырехцилиндровый мотор объемом 1000 куб. см. мощностью 199 л. с. По словам эксперта, этот мотор идеально подходит легкомоторному самолету благодаря возможности работы на 12 000 об/мин.
Авиационный вариант мотора V8 проекта «Кортеж». Адаптация российского автомобильного двигателя
Роман Барский
30 ноября 2019, 08:49
На основе двигателя российского автомобиля Aurus V8 создается его авиационный вариант. Что представляет собой современный автомобильный двигатель? Это компактность, новейшие материалы и технологии, высочайший уровень надежности и долговечности, практически всеобщая доступность деталей, комплектующих и ГСМ.
Двигатель V8 на 4.4 литра c двумя турбокомпрессорами, мощностью 600 л.с., производства ФГУП «НАМИ», проходит адаптацию под авиационный вариант. Это позволит снизить сроки и себестоимость российских двигателей, которые предназначены для малой авиации. Двигатель планируется дефорсировать с 600 до 500 лошадиных сил, то есть до мощности, на которой «этот двигатель должен надежно работать на авиационных режимах».
За основу взят бензиновый турбированный силовой агрегат объёмом 4,4 л и мощностью 600 л.с. от Aurus Senat.
Подразумевается, что адаптация автомобильного двигателя для использования в авиации проще и дешевле, чем разработка мотора для самолетов с нуля. Причем все комплектующие для выпуска этого агрегата можно будет локализовать в России.
Агрегат будет работать на бензине и станет первым подобным проектом на российском рынке авиадвигателей — конкурентами мотора станут газотурбинные и дизельные двигатели иностранного производства. В октябре 2016 года ФГУП «НАМИ» зарегистрировал торговую марку Aurus — сочетание частей слов «золото» и «Россия».
Испытания проведены на винтовом стенде ООО «ОКБМ» (Воронеж). Наиболее трудоемкой задачей стала адаптация под авиационные правила систем топливопитания, зажигания, управления, обеспечивающих работу двигателя.
На днях Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») завершил научно-исследовательскую работу «Адаптация» по превращению автомобильного двигателяв авиационный.
— Институт показал возможность адаптации современного автомобильного двигателя в авиационную версию, — отмечает руководитель проекта, начальник отдела ЦИАМ Лев Финкельберг. — Была проведена оценка возможного использования двигателя, созданного по такой схеме, в составе силовых установок двухдвигательного 9-местного и однодвигательного 6-местного самолетов местных воздушных линий. Испытания проведены на винтовом стенде ООО «ОКБМ» (Воронеж).
Базовая «восьмерка» получилась классической: с 90-градусным углом развала блока и двумя турбокомпрессорами на внешних его сторонах. Это полностью алюминиевый двигатель с сухими чугунными тонкостенными гильзами, в котором непосредственный впрыск топлива, управляемые фазы газораспределения и раздельная по цилиндрам система охлаждения.
Главной сложностью стало получение требуемых характеристик, поскольку на «авиационных» режимах автомобильный двигатель практически никогда не работает.
«В ходе испытаний получены характеристики двигателя в диапазоне от земного малого газа до взлетного режима, проверены его запуски и приемистость. Результаты работы подтвердили заявленные в техническом задании удельные характеристики по литровой мощности, расходу топлива и весу двигателя»
В ЦИАМ сообщили, что исследование созданного на базе двигателя «Кортеж» демонстратора АПД-500 планируется продолжить в термобарокамере института и в дальнейшем провести испытания на экспериментальном летательном аппарате.
Что представляет собой современный автомобильный двигатель? Это компактность, новейшие материалы и технологии, высочайший уровень надежности и долговечности, практически всеобщая доступность деталей, комплектующих и ГСМ.
Основная цель данного проекта – понять, что конкретно нужно поменять в автомобильном двигателе, чтобы на нем полетел самолет, т.к. автомобильные двигатели — крупносерийные, их себестоимость существенно ниже, поэтому есть возможность сделать относительно дешевый авиационный двигатель.
В обновленном литейном цехе НАМИ — литейные машины с технологией «антигравитационного» литья, когда расплавленный металл подается в форму снизу под небольшим давлением
По словам главного конструктора Вадима Переверзева, двигатель проектировался в сотрудничестве с компанией Porsche Engineering, но по техническому заданию ФГУП «НАМИ». «Все параметры будущего мотора были заданы российскими инженерами исходя из потребностей проекта. Это касается и тягово-динамических показателей, и габаритных, чтобы он идеально вписывался в компоновку автомобиля. Проектирование мотора шло бок о бок российскими и немецкими инженерами. Двигатели собираются в ФГУП «НАМИ». Какой-либо унификации с двигателями Porsche нет. Двигатель оригинальный».
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.
Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!
Email*
Подписаться
На каких двигателях полетят новые российские самолеты — Российская газета
Как рождается двигатель для гиперзвукового самолета? Когда МС-21 полетит с российским ПД-14? Почему испытатели всегда и все пытаются сломать? Об этом корреспондент «РГ» беседует с генеральным директором Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова Михаилом Гординым.
Но начался разговор с одной из самых горячих тем последних дней: столкновение самолета А321 с птицами и экстренная посадка с неработающими двигателями на кукурузное поле.
Михаил Валерьевич, как вы прокомментируете случившееся?
Михаил Гордин: Безусловно, мы следим за ситуацией, насколько это возможно. Хотя, конечно, комментарии до объявления официальных результатов считаю преждевременными. В комиссию по расследованию таких летных происшествий специалисты ЦИАМ обычно не входят. Когда будут результаты, мы обязательно с ними будем ознакомлены для использования в дальнейшей работе.
Испытания любого авиационного двигателя на птицестойкость — сертификационное требование
Испытания любого авиационного двигателя на птицестойкость — сертификационное требование. По современным правилам, все двухдвигательные самолеты могут спокойно продолжать полет с одним двигателем. Но что при этом опасно? Что при разрушении двигатель повредит летательный аппарат. К катастрофе могут привести вылет за пределы двигателя не локализованных в его корпусе фрагментов или возгорание. Опасен также обрыв двигателя из-за разрушения его крепления к самолету, недопустимое загрязнение идущего в кабину воздуха. Поэтому при попадании в двигатель крупной одиночной птицы он должен быть безопасно выключен.
Особая опасность — стайные птицы. Они могут попасть одновременно в несколько двигателей, которые при этом должны сохранить необходимую тягу. Поэтому нормы летной годности предусматривают испытания двигателя при попадании в него как одиночной крупной птицы, так и стайных птиц разных размеров.
У неспециалистов возник еще вопрос: почему двигатель нельзя защитить от птиц чем-то вроде сетки?
Михаил Гордин: Конструкция двигателя должна обеспечить его птицестойкость в соответствии с требованиями, а как это обеспечивается — другой вопрос. Сетку поставить, конечно, можно. Но тогда снизится мощность двигателя, ведь он пропускает через себя огромный объем воздуха. Любой фильтр — это преграда, а, значит, потери. Кроме того, разрушение сетки также может привести к повреждению деталей проточного тракта двигателя.
Испытание на прочность
Если продолжить разговор об испытаниях: вы испытываете на конструкционную прочность материалы, из которых делается двигатель ПД-14 для нашего новейшего МС-21. Какие экстремальные условия задаете?
Михаил Гордин: По максимуму. К примеру, рабочая температура никелевых суперсплавов может быть +1100°C и выше. Материал растягивают, сжимают и много чего с ним делают, пока образец не сломается. Проводятся кратковременные и длительные испытания, изучают образование и развитие трещин. Ломается все. Вопрос: как быстро и при каких нагрузках?
Двигатель — самое наукоемкое механическое устройство по плотности инноваций и высоких технологий на кубический сантиметр
Ответ важен еще и потому, что новые материалы, прошедшие квалификационные испытания при сертификации ПД-14, будут применяться и в других изделиях. За создание самих новых материалов отвечает Всероссийский институт авиационных материалов (ВИАМ). Мы же занимаемся испытаниями образцов и конструктивно-подобных элементов для того, чтобы подтвердить характеристики материалов уже в готовых изделиях, а также «вооружить» конструкторов нормами прочности, которые они смогут использовать в будущих конструкциях.
Какие вообще новые материалы используются для перспективных российских двигателей?
Михаил Гордин: Для вала двигателя — высокопрочная сталь, которая может выдерживать высокие нагрузки. Для горячей части — лопаток, дисков — новые никелевые жаропрочные сплавы, теплозащитные покрытия. Для относительно холодных деталей компрессора, корпуса и т.д. — различные титановые сплавы. Применение новых материалов стало одним из условий создания перспективных двигателей. Все конструирование в авиации — это борьба с весом. Наша задача в том, чтобы самолет нес максимально полезную нагрузку. Поэтому мы максимально должны облегчить двигатель.
У стенда для испытаний двигателя-демонстратора перспективных электрических технологий. Фото: Александр Корольков/РГ
А насколько вес двигателя помогают снизить композиты?
Михаил Гордин: Это зависит от размерности двигателя. Для больших — до полутонны. Возьмем, к примеру, углепластиковую лопатку вентилятора. Она на 40% легче применяемой в настоящее время пустотелой титановой, по прочности — такая же. На углепластиковой лопатке используется передняя кромка из титана, которая помогает выдерживать ударные нагрузки. Углепластик и металл вместе — достаточно сложная конструкция, для создания которой необходим большой объем знаний. Но цель та же — снижение веса.
Все подобные научно-технические новации уже используется при создании двигателя?
Михаил Гордин: Конечно. Сейчас реализуется программа создания двигателя ПД-35. В ней определены 18 критических технологий, и одна из них — полимеркомпозитная лопатка вентилятора. Мы вместе с АО «ОДК-Авиадвигатель», головной организацией по разработке ПД-35, и ПАО «ОДК-Сатурн» активно работаем над этой технологией. У нас изготавливаются пока лопатки в размерности ПД-14. Потом мы будем проводить с ними различные испытания, чтобы выбрать конструктивно-технологическое решение для ПД-35.
ПД-14 делают конкретно под самолет МС-21?
Михаил Гордин: Этот двигатель делается под ближнесреднемагистральные самолеты — класс тяги примерно 14-15 тонн. МС-21 сейчас проходит летные испытания с американским двигателем. Но со следующего года на него начнут устанавливать отечественные ПД-14. Это первый с 1992 года (после ПС-90А) полностью российский турбовентиляторный двигатель для гражданской авиации.
Скажите, а сверхтяжелый двигатель ПД-35 для каких самолетов создается?
Михаил Гордин: Работы по программе перспективного двигателя большой тяги ПД-35 — это прежде всего наработка компетенций в новом для России сегменте гражданских реактивных двигателей большой тяги — от 24 до 50 тонн. До сертификации еще далеко, пока все на этапе научно-исследовательских работ. Мы в этой программе соисполнитель, головной исполнитель — АО «ОДК-Авиадвигатель». Разрабатывается демонстратор газогенератора и полимеркомпозитная вентиляторная лопатка. Потом будет двигатель-демонстратор размерностью примерно 35 тонн тяги. На основании этой работы уже можно будет заложить опытно-конструкторскую разработку для двигателя до 50 тонн. 35 тонн — это двигатель примерно для самолета типа Боинг-777.
Для широкофюзеляжного дальнемагистрального самолета он подойдет?
Михаил Гордин: Двигатель большой тяги позволит уйти от четырехмоторной схемы на самолетах Ил-476, Ил-478, Ил-96-400, а также может стать базовым двигателем для перспективного авиационного комплекса военно-транспортной авиации.
В небо — с умом
Эксперты убеждены: электрический самолет будет революционным скачком в самолетостроении. А если говорить о моторах — какой?
Михаил Гордин: Да, электрификация самолетов — это наиболее значительное новшество в авиации после внедрения реактивного двигателя. Мы отказываемся от гидравлики и пневматики и разрабатываем ключевые технологии, которые будут положены в основу создания отечественного самолета с гибридно-электрической силовой установкой.
Например, в электрическом двигателе, входящем в состав гибридно-электрической силовой установки, может применяться эффект высокотемпературной сверхпроводимости. Его основа — проводники, охлаждаемые жидким азотом, который при очень низкой температуре (-196°C) обладает эффектом практически нулевого сопротивления. В результате достигается высокий коэффициент полезного действия и существенно уменьшаются массогабаритные характеристики двигателя.
В теории схема гибридно-электрической силовой установки дает прирост в топливной и экологической эффективности, но это нужно подтвердить на практике.
Насколько я знаю, в мире почти никто не имеет реальных работ в этом направлении?
Михаил Гордин: Завершенных — нет. Но работы по освоению электрических технологий для авиации ведутся в разных странах. Для самолето- и двигателестроения это совершенно новая история, абсолютно передовая. И здесь Россия в тренде. На первом этапе у нас — создание уникальной гибридно-электрической силовой установки мощностью 500 кВт (679 л.с.) с использованием сверхпроводников. На следующих этапах появится сверхпроводящий генератор. По планам, в 2019-2021 годах мы испытаем электродвигатель, в 2022-м — генератор.
Что потом? Думаю, первый полностью электрический самолет с гибридно-электрической силовой установкой на 180 пассажиров полетит не ранее 2050 года. В среднесрочной перспективе возможно создание серийной электрической силовой установки для самолетов на 2-4 пассажира и гибридной — на 9-19 пассажиров. Сейчас мы спроектировали, изготовили и проводим испытания электродвигателя. При мощности 60 кВт (80 л.с.) он весит немногим более 20 кг.
У вас много перспективных разработок. А что за «умный» двигатель? Действительно ли можно научить мотор выполнять команды по заданной математической модели?
Михаил Гордин: По крайней мере мы пытаемся. В любой технике, в том числе и в двигателе, со временем что-то изнашивается. Это неизбежный процесс. Но имея определенную математическую модель и способы измерения, можно подстраивать алгоритмы управления двигателем под его текущее состояние. Это интеллектуальная система управления.
30-е годы. Испытание на открытом стенде первого советского поршневого двигателя М-34 с водяным охлаждением. Фото: Предоставлено «ЦИАМ им. П.И. Баранова»
Проект по интеллектуализации двигателя очень важный и интересный. Он хорошо ложится в концепцию «более» электрического и полностью электрического летательного аппарата. Пока все на стадии демонстратора. Это именно исследовательская работа, создание научно-технического задела, новых знаний и технологий, которые конструкторы смогут использовать при проектировании перспективных двигателей различных концепций. В планах на ближайшие два года — разработать демонстратор и провести его испытания на стендах.
Запрограммировать и сделать «умным» можно любой двигатель?
Михаил Гордин: Не любой. Но, допустим, на мощном двигателе ПД-35 будет такая система. Уже сейчас наши наработки используются в АО «ОДК-Климов» для вертолетов и в АО «ОДК-Авиадвигатель». Они уже есть на двигателе ПД-14. Кстати, ПД-14 в своем классе конкуренции ничуть не «глупее», чем, к примеру, американский PW 1400 или европейский LEAP. И даже умнее.
Полетим на гиперзвуке
ЦИАМ участвует в международном проекте HEXAFLY-INT по созданию самолета на водородном топливе. Конструкторы обещают скорость 7-8 тысяч км/ч. Для такой супермашины нужен и супермотор?
Михаил Гордин: В проекте участвуют несколько стран. Головной исполнитель от России — ЦАГИ, мы соисполнители. Проект научно-исследовательский. Его суть — понять, возможно ли придумать конструкцию, которая будет летать и возить пассажиров со скоростью 7-8 Махов. Как любят говорить: из Лондона до Сиднея за три часа. Исследуются различные концепции, в том числе воздушно-реактивный прямоточный двигатель, который может быть использован для поддержания гиперзвуковой скорости. Это ниша ЦИАМ. Мы испытываем прототип такого двигателя.
Прототип кто делал?
Михаил Гордин: Он разработан европейцами, а изготовлен у нас на опытном производстве. И уже испытан. Результаты будут переданы в международную группу.
И как вы оцениваете первые результаты?
Михаил Гордин: Хорошо оцениваем.
Исчерпаны ли возможности традиционных газотурбинных моторов?
Михаил Гордин: Нет. В технологическом плане они совершенны, тем не менее исследования и разработки, научные и конструкторские, продолжаются. Уверен, появятся новые модели, еще более экономичные: за счет повышения КПД, облегчения веса, интеллектуализации. Вроде простая вещь — на 10% снизить расход топлива. На самом деле это огромный объем работы. С каждым годом все сложнее и сложнее находить дополнительные резервы для повышения весовой эффективности и КПД. Борьба идет за каждый процент.
Если говорить об аддитивных технологиях: на каких этапах их применение наиболее целесообразно?
Михаил Гордин: Прежде всего — на этапе проектирования и доводки. Когда создаешь новый двигатель, некоторые детали в единичном экземпляре намного быстрее сделать с помощью 3D-печати. В серийном производстве и при ремонте — не факт. Необходимо оценивать экономическую эффективность их использования. Аддитивные технологии всегда будут в серии по себестоимости дороже, чем традиционные. Я, например, не верю в двигатель, целиком распечатанный на 3D-принтере.
Самолет и его элементы — планер, фюзеляж — проектируются под перегрузки 9-10 g. А турбинная лопатка двигателя испытывает нагрузку в многие тысячи g!
Кроме этого возникает вопрос надежности. Про обычный металл мы знаем все: статистика огромная, понимаем, как он ведет себя в разных ситуациях. По использованию аддитивных технологий объем знаний пока намного меньше. Здесь важны и характеристики порошка или проволоки, и технология получения детали. Нужно несравнимо больше времени на различные испытания, чтобы быть уверенным: детали будут иметь необходимую надежность.
Могут ли цифровые технологии совсем вытеснить физические эксперименты?
Михаил Гордин: Принципиально невозможно. Критерием истины все равно останется физический эксперимент. Другой вопрос, что цифровые технологии, методы математического моделирования, скорее всего, приведут к сокращению объема испытаний. И ускорению проектирования. Это уже происходит.
То ли Глушко, то ли Туполев сказал: с хорошим двигателем и ворота полетят. Согласны?
Михаил Гордин: А еще говорят: в самолете все сопротивляется, только двигатель тянет. К таким выражениям отношусь с юмором. Но двигатель действительно самое наукоемкое механическое устройство по плотности инноваций и высоких технологий на кубический сантиметр. Для сравнения: самолет, особенно истребитель, и его элементы — планер, фюзеляж — проектируются под перегрузки 9-10 g. А турбинная лопатка двигателя испытывает нагрузку в многие тысячи g! То есть она должна быть очень легкой и в то же время выдерживать сумасшедшую нагрузку. Поэтому — суперматериалы. Поэтому — масса расчетов. Поэтому — сложная математика. В двигатель нельзя заложить чрезмерный коэффициент запаса, потому что он будет очень тяжелый, и ничего никуда не полетит.
Да, с хорошим двигателем даже ворота полетят. Но главное — его надо разработать до того, как приделать к воротам.
Рожденный ездить будет летать?
Ваши специалисты занимаются адаптацией мотора автомобиля «Аурус» для нужд малой авиации. Зачем?
Михаил Гордин: Мы взяли базовый автомобильный двигатель — лучший и самый мощный, что есть в России. В чем основная задача? Мы на примере этой работы покажем возможность создания на базе автомобильного двигателя авиационного варианта, продемонстрируем преимущества создания такого адаптированного двигателя по срокам и стоимости. Базовый автомобильный двигатель — более 600 лошадиных сил, мы его дефорсировали до 500. Это та мощность, на которой этот двигатель должен надежно работать на авиационных режимах.
Так не проще ли сразу делать «крылатый» мотор?
Михаил Гордин: Не проще и намного дороже. Надо признать: самолетов никогда не будет столько, сколько автомобилей. Поэтому у авиадвигателя всегда будет меньшая серия. И он всегда будет дороже. А тут есть возможность на предприятиях, которые освоили производство двигателей для машин, наладить их производство для авиационного применения. Что значит серия? Резко снижаются себестоимость, сроки изготовления. Причем все может быть произведено в России по уже освоенным технологиям.
Конечно, у авиадвигателей свои особенности, требования и ограничения. Нужно решить ряд научно-технических проблем. Что мы и делаем.
А в мире двигатели для машин летают?
Михаил Гордин: Летают. Есть австрийский авиационный двигатель АЕ-300, который был создан на базе дизеля от автомобиля «Мерседес». Есть другие примеры. Мы здесь не первые в мире, но в России точно первые.
30-е годы. После государственных испытаний. Второй справа сидит «автор» мотора М-34, ученик Жуковского, генеральный конструктор Александр Микулин. Фото: Предоставлено «ЦИАМ им. П.И. Баранова»
Хочу подчеркнуть: проект не ограничивается одним двигателем. На примере уже готового мы отрабатываем саму возможность адаптации. Научная работа будет закончена испытаниями на летающей лаборатории. Только летный эксперимент подтвердит, что технология стала авиационной. При продолжении финансирования полный цикл — адаптация и летные испытания — займет примерно три года.
Летающая лаборатория — какая?
Михаил Гордин: Она может быть на базе серийного двухдвигательного самолета, где один из двигателей заменяется на опытный. Может, это будет третий двигатель, который ставится дополнительно. Есть летающая лаборатория Ил-76, возможно, появится такая на базе Як-40. Существует еще несколько проектов летающих лабораторий на базе серийных самолетов, одну из силовых установок которых можно заменить экспериментальной. Двигатель будет проверяться и на земле, и в воздухе на всех рабочих режимах полета.
Эксперты утверждают: создание двигателя занимает намного больше времени, чем самолета. Это так?
Михаил Гордин: Цикл создания газотурбинного двигателя до серийного образца — 10-15 лет, самолета — 7-10. Для поршневого, конечно, меньше, но тут основная сложность — агрегатчики. Дело в том, что в какое-то время поршневая авиационная тематика просто выпала из поля зрения разработчиков летательных аппаратов. И, соответственно, пропали те, кто изготавливает компоненты, узлы и агрегаты. Так что сегодня работой над адаптацией автомобильного двигателя мы возобновляем и кооперацию. Доверие к техническим решениям восстанавливается непросто.
Импортные составляющие есть?
Михаил Гордин: Пока есть. Но в целом все локализуемо в России.
И для каких самолетов годится такой мотор?
Михаил Гордин: Для самолетов сельхозавиации с полезной нагрузкой до 1 тонны, самолетов местных линий — на 7-9 мест, большой беспилотной авиации. Он может стоять на учебно-тренировочном самолете типа Як-152. Задач для него много.
Но у нас сегодня, к сожалению, ситуация, когда двигатель в основном делается «под самолет». Это вызывает определенные технические сложности. И по весу, и по габаритам. Должно быть наоборот: создается двигатель, и на его основе проектируется летательный аппарат.
Кто может стать конкурентом для такого мотора?
Михаил Гордин: С технической точки зрения в таком классе мощности — и газотурбинные двигатели, и дизельные. 500-600 лошадиных сил — это как раз тот стык, где поршневая тематика начинает конкурировать с газотурбинной. Кроме того, наш двигатель будет работать на бензине, в том числе автомобильном. Логистика по его эксплуатации и мероприятия по обеспечению качества должны быть встроены в систему малой авиации. Это отдельная тема.
Если говорить о коммерческой конкуренции, то здесь в конкурентах только «иностранцы». Эта работа потому и заказана нам государством, что на отечественном рынке авиадвигателей такого класса нет.
Поршневой авиационный двигатель | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.
Работа радиального поршневого двигателя.
Привет, друзья!
Сегодня начинаем серию статей о конкретных типах авиационных двигателей. Первый движок, который удостоится нашего внимания – это поршневой авиационный двигатель. Он имеет полное право быть первым, потому что он – ровесник современной авиации. Один из первых самолетов, поднявшихся в воздух был Флайер-1 братьев Райт (я думаю вы читали об этом здесь :-)). И на нем стоял поршневой двигатель авторской разработки, работавший на бензине.
Долгое время этот тип движка оставался единственным, и только в 40-е годы 20-го века началось внедрение двигателя совсем иного принципа действия. Это был турбореактивный двигатель. Из-за чего это произошло читайте тут. Однако поршневой движок, хоть и утратил свои позиции, но со сцены не сошел, и теперь в связи с достаточно интенсивным развитием так называемой малой авиации (или же авиации общего назначения) он просто получил второе рождение. Что же из себя представляет авиационный поршневой двигатель?
Работа двигателя внутреннего сгорания (тот же рядный поршневой двигатель).
Как всегда :-)… В принципиальном плане ничего сложного (ТРД значительно сложнее :-)). По сути дела – это обычный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), такой же, как на наших с вами автомобилях. Кто забыл, что такое ДВС, в двух словах напомню. Это, попросту говоря, полый цилиндр, в который вставлен цилиндр сплошной, меньший по высоте (это и есть поршень). В пространство над поршнем в нужный момент подается смесь из топлива (обычно это бензин) и воздуха. Эта смесь воспламеняется от искры (от специальной электрической свечи) и сгорает. Добавлю, что воспламенение может происходить и без искры, в результате сжатия. Так работает всем известный дизельный двигатель. В результате сгорания получаются газы высокого давления и температуры, которые давят на поршень и заставляют его двигаться. Вот это самое движение и есть суть всего вопроса. Далее оно передается через специальные механизмы в нужное нам место. Если это автомобиль, значит на его колеса, а если это самолет, то на его воздушный винт. Таких цилиндров может быть несколько, точнее даже много :-). От 4-х до 24-х. Такое количество цилиндров обеспечивает достаточную мощность и устойчивость работы двигателя.
Еще одна схема работы одного ряда цилиндров.
Конечно авиационный поршневой двигатель только принципиально похож на обычный ДВС. На самом деле здесь обязательно присутствует авиационная специфика. Двигатель самолета выполнен из более совершенных и качественных материалов, более надежен. При той же массе, он значительно мощнее автомобильного. Обычно может работать в перевернутом положении, ведь для самолета (особенно истребителя или спортивного) пилотаж – обычное дело, а автомобилю это, естественно, не нужно.
Двигатель М-17, поршневой, рядный, V-образный. Устанавливался на самолеты ТБ-3 (конец30-хгодов 20 в.)
Двигатель М-17 на крыле ТБ-3.
Поршневые двигатели могут различаться как по количеству цилиндров, так и по их расположению. Бывают рядные двигатели (цилиндры в ряд) и радиальные (звездообразные). Рядные двигатели могут быть однорядные, двухрядные, V-образные и т.д. В звездообразных цилиндры расположены по окружности (в виде звезды) и бывает их обычно от пяти до девяти (в ряду). Эти двигатели, кстати, тоже могут быть многорядными, когда цилиндры блоками стоят друг за другом. Рядные двигатели обычно имеют жидкостное охлаждение (как в автомашине :-), они и по виду больше похожи на автомобильные), а радиальные – воздушное. Они обдуваются набегающим потоком воздуха и цилиндры, как правило, имеют ребра для лучшего теплосъема.
Двигатель АШ-82, радиальный, двухрядный. Устанавливался на самолеты ЛА-5, ПЕ-2.
Самолет ЛА-5 с двигателем АШ-82.
Авиационные поршневые двигатели часто имеют такую особенность, как высотность. То есть с увеличением высоты, когда плотность и давление воздуха падают, они могут работать без потери мощности. Подвод топливно-воздушной смеси может осуществляться двумя способами. Здесь полная аналогия с автомашиной. Либо смесь готовится в специальном агрегате, называемом карбюратором и потом подается в цилиндры (карбюраторные двигатели), либо топливо непосредственно впрыскивается в каждый цилиндр в соответствии с количеством поступающего туда же воздуха. На автомобилях такого типа двигатели часто обзывают «инжекторными».
Современный поршневой радиальный двигатель ROTEC R2800.
Более мощный R3600 (большее количество цилиндров).
В отличие от обычного автомобильного ДВС, для самолетного поршневого движка не нужны громоздкие (ну и, естественно, тяжелые :-)) передаточные механизмы от поршней к колесам. Все эти оси, мосты, шестерни. Для самолета ведь вес очень важен. Здесь движение от поршня сразу через шатун передается на главный коленчатый вал, а на нем уже стоит вторая важная часть самолета с поршневым двигателем – воздушный винт. Винт – это, так сказать, самостоятельная (и очень важная) единица. В нашем случае он является «движителем» самолета, и от его корректной работы зависит качество полета. Винт – это не часть двигателя, но работают они в тесном сотрудничестве :-). Винт всегда подбирается или проектируется и рассчитывается под конкретный двигатель, либо же они создаются одновременно, так сказать комплектом :-).
Радиальный двигатель М-14П. Устанавливается на спортивные СУ-26, ЯК-55.
СУ-26 с двигателем М-14П.
Принцип работы винта – это достаточно серьезный ( и не менее интересный :-)) вопрос, поэтому я решил выделить его в отдельную статью, а сейчас пока вернемся к «железу».
Я уже говорил, что сейчас поршневой авиационный двигатель опять «набирает обороты». Правда состав авиации использующей эти двигатели теперь другой. Соответственно изменился и состав применяемых двигателей. Тяжелые и громоздкие рядные движки практически отошли в прошлое. Современный поршневой двигатель (чаще всего) – радиальный с количеством цилиндров 7-9, с хорошей топливной автоматикой с электронным управлением. Один из типичных представителей этого класса, например, двигатель ROTEC 2800 для легких самолетов, создан и производится в Австралии (между прочим выходцами из России :-)). Однако о рядных двигателях тоже не забывают. Таков, например, ROTAX-912. Так же хорошо известен двигатель отечественного производства М-14П, который устанавливается на спортивные самолеты ЯК-55 и СУ-26.
Двигатель Rotax-912, рядный. Устанавливается на легкие спортивные самолеты Sports-Star Max
Спортивный самолет Sport-Star Max c двигателем Rotax-912.
Существует практика применения дизельных двигателей ( как разновидность поршневых) в авиации, еще со времен войны. Однако широко этот двигатель пока не применяется из-за существующих проблем в разработке, в частности в области надежности. Но работы все равно ведутся, особенно в свете грядущего дефицита нефтепродуктов.
Поршневой авиационный двигатель вообще еще рано списывать со счетов :-). Ведь, как известно, новое – это хорошо забытое старое… Время покажет…
No related posts.
Полетит или не полетит? Двигатели из проекта «Кортеж» будут ставить на самолёты
Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П. И. Баранова займётся адаптацией автомобильных двигателей, разработанных в рамках проекта «Кортеж», для лёгких самолётов. Уже заключён соответствующий контракт с Минпромторгом.
После Московского автосалона интерес мировых СМИ к новой российской автомобильной марке Aurus угас: живых машин для тест-драйва пока нет, а площадка для их массового производства еще не определена, так что рассказывать больше не о чем. Но сегодня случился новый «наброс на вентилятор», причем весьма неожиданный: Михаил Гордин, генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения им. П. И. Баранова, в интервью РИА Новости заявил, что двигатели, разработанные в рамках проекта «Кортеж» и прописавшиеся под капотами Аурусов, будут не только ездить, но и летать:
«У нас сейчас заключён контракт с Минпромторгом на проведение работ под шифром «Адаптация», которые подразумевают исследование методологии превращения автомобильного двигателя в авиационный. Мы берём двигатель от «Кортежа» и делаем из него авиационный. Закончится эта работа созданием демонстратора.
Идея в том, что автомобильные двигатели крупносерийные, их себестоимость существенно ниже, поэтому есть возможность сделать относительно дешёвый авиационный двигатель. «Кортеж» мы взяли потому, что это самый современный автомобильный двигатель, который есть в России. Если всё будет идти по плану, то года через полтора-два этот проект перейдёт на стадию опытно-конструкторских работ».
Напомним, что в рамках проекта «Кортеж» при помощи специалистов Porsche было разработано целое семейство модульных бензиновых двигателей, но пока все Аурусы, в том числе президентский бронированный лимузин, оснащаются мотором V8, а над другими агрегатами ещё нужно поработать. Какой именно двигатель ЦИАМ будет прилаживать к самолетам – базовую «турбочетверку», готовый V8 (598 л.с.) или флагманский V12 (будет выдавать более 850 л.с.) – господин Гордин не уточнил.
Aurus Senat LimousineМежду тем западные СМИ на известиях из ЦИАМ вновь бросились сравнивать Aurus и Rolls-Royce – мол, эти марки не только делают внешне похожие автомобили, но и самолеты снабжают двигателями. От себя заметим, однако, что автомобильные двигатели Rolls-Royce, которые сегодня разрабатывает фирма BMW, на самолеты не ставятся, а авиационное подразделение Rolls-Royce Holdings plc существует вполне себе самостоятельно и никаких связей с автомобильным миром не имеет.