какие двигатели ставят на самолеты

ДВИГАТЕЛИ ДЛЯ ЛЕГКОМОТОРНОЙ АВИАЦИИ: СТАРЫЕ ПРОБЛЕМЫ И НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ

Александр Аркадьевич Гомберг

В последнее время в России можно наблюдать два процесса, противоположные по направлению. С одной стороны, в частной собственности становится все больше авиатехники различных классов и типов, в основном импортного производства, разрабатываются и строятся отечественные самолеты, упрощаются организационные процедуры производства полетов. А с другой стороны, сокращается количество аэродромов для любительских и тренировочных полетов (особенно вблизи крупных городов), растут цены на авиатехнику. В целом, можно констатировать, что развитие легкомоторного бизнеса в России сильно отстает от европейских государств и США и Канады.

При этом специфика нашей страны с ее огромными пространствами, недостаточно развитыми сетями автомобильных дорог и значительных малонаселенных территорий диктует необходимость в легких ЛА. На государственном уровне этот вопрос периодически всплывает, но дальше деклараций дело не двигается. Частная инициатива сводится в основном к появлению центров обучения пилотов-любителей на основе импортной техники, небольших аэроклубов и авиакомпаний локального или ведомственного характера.

Основой для успешного развития легкомоторной техники является наличие и доступность двигателей различного класса, приспособленных к условиям эксплуатации на просторах нашей Родины.

Стоит ли убеждать кого-либо в том, что нам нужна отечественная авиатехника, а без отечественных же двигателей эти перспективы весьма сомнительны. Что же реально можно сделать сегодня по авиационным моторам?

Малоразмерные (авиамодельные) ГТД (даже в варианте ТВД и ТВлД) тягой до 20 кг уже представлены на рынке. Также могут использоваться не только в авиамоделях, но и в малоразмерных БПЛА.

Это основные двигатели для пилотируемой любительской авиации, наиболее популярные во всем мире. Имеют массовый спрос, однако отличаются монопольно высокими ценами, что сильно ограничивает их применение в нашей стране. Типичные представители ХИРТ, РОТАКС 503, РОТАКС 582.

Основные типоразмеры двигателей для легкомоторной авиации : в классе мощности от 0,5 до 40 л.с., тип двигателя – электрический или бензиновый двухтактный, назначение – сверхмалые и малые БПЛА, мотопарапланы, взлетная масса – от 0,5 до 120 кг. В классе мощности от 45 до 120 л.с., тип двигателя – бензиновый двухтактный/четырехтактный, назначение – легкие одномоторные и двухмоторные ЛА любительского класса, БПЛА, взлетная масса – от 300 до 1500 кг. В классе мощности от 120 до 300 л.с., тип двигателя – бензиновый четырехтактный, назначение – одно- и двухмоторные самолеты, вертолеты, дирижабли профессионального класса, взлетная масса – от 600 до 3000 кг. В классе мощности от 360 до 420 л.с., тип двигателя – М14(М9Ф) ВМЗ, назначение –спортивные и учебные самолеты, взлетная масса – от 1200 до 2000 кг. В классе мощности от 250 до 450 л.с., тип двигателя – газотурбинный турбовинтовой/турбовальный(со свободной турбиной и редуктором), назначение – одно- и двухмоторные самолеты, вертолеты, дирижабли профессионального класса, взлетная масса – от 1200 до 5000 кг.

К сожалению, серийное производство организовать не удалось. Отечественные производители и эксплуатанты вынуждены платить непомерно высокую цену за двигатели, что сдерживает развитие легких ЛА. Сегодня обеспечить серийный выпуск этих моторов не представляется возможным, так как производитель основных комплектующих (ИЖМАШ) производство мотоциклетных двигателей закрыл, а других подходящих деталей цилиндропоршневой группы у нас нет.

Наиболее популярными двигателями для любительской авиации сегодня являются четырехтактные четырехцилиндровые двигатели комбинированного охлаждения оппозитные ROTAX 912 (90…115 л.с.) и ROTAX 914 (120…135 л.с.) Эти двигатели по конструкции являются более-менее удачным компромиссом между авиационными и автомобильными, обладают приемлемыми характеристиками. Но для профессиональной авиатехники не используются. Цены на них также можно считать монопольно высокими, так что потребители ищут возможные замены: от Limbach до переделки автомобильных Subaru. Появились также двигатели Jabiru (80 л.с.). Однако полноценной замены на рынке пока нет. Отечественных разработок в этом классе нет, и скорее всего не будет, так как отсутствуют подходящие детали цилиндро-поршневой группы, а налаживать с нуля их серийное производство нерентабельно. О совместном или лицензионном производстве фирма Rotax переговоры вести отказывается!

В классе мощности 120…300 л.с. доминируют четырехтактные «Лайкоминг» и «Теледайн Континентал» (теперь это одна фирма) воздушного и комбинированного охлаждения. Эти моторы уже относятся к категории профессиональных, и серьезная авиатехника (самолеты, вертолеты) используют их повсеместно. Однако для условий нашей страны из-за отсутствия авиационных бензинов их применение весьма ограничено (учебные полеты в зоне аэродрома).

Для российских условий необходимы двигатели профессионального класса, работающие на отечественных автомобильных бензинах, обладающие высокой степенью надежности. Такими двигателями являются моторы «ЛОМ-ПРАГА» (Чехия). Модификации М332С и М337С имеют хорошие весовые характеристики, прекрасные потребительские качества и применяются на отечественных самолетах (Аэроволга ЛА-8, Су-38Л, «Фермер» и др.) и дирижаблях Ау-30. Есть целый ряд проектов новых ЛА, включая вертолеты и экранопланы, а также хорошие перспективы по ремоторизации классических образцов импортной техники. Самолет «Цессна 172ЛОМ» уже 7 лет летает в России. Для более широкого применения необходимо создание сервисно-ремонтных центров в России, есть планы по организации серийного производства двигателей «ЛОМ-ПРАГА» М332С, М337С и воздушных винтов V-541 V-546 на базе ЭМЗ им. Мясищева. Предполагается совместная разработка двигателя М440 мощностью 280…320 л.с. Там же планируется производство некоторых ЛА с этими двигателями.

Знаменитый двигатель М-14П (и модернизация М9Ф) в небольших количествах еще выпускаются на ВМЗ, однако сегодняшним требованиям для транспортных (коммерческих) ЛА он уже не удовлетворяет. Однако остается непревзойденным для спортивной авиации. Можно надеяться, что его производство сохраниться, а качество не будет ухудшено при модернизациях!

Газотурбинные двигатели все больше применяются для ЛА взлетной массой до 5 т. Наиболее востребованные из них на сегодняшний день PT-6 и Walter M601 в многочисленных исполнениях, однако их мощность великовата для современных потребностей рынка. Необходимы турбовинтовые и турбовальные двигатели мощностью 300…450 л.с. с хорошими показателями надежности и ресурса, а также низкой массой и высокой топливной эффективности. Так, для вертолета «Робинсон 66» фирмой «Ролс-Ройс» разрабатывается двигатель RR300 мощностью 300 л.с. и уже находиться в опытной эксплуатации.

Предприятием «Мотор Сич» и КБ «Прогресс» (Украина) много лет разрабатывается двигатель АИ-450 мощностью до 500 л.с., однако серийно пока не выпускается. Выпускается его версия в качестве ВСУ с заниженными параметрами. Такой двигатель был бы востребован в России для пилотируемой и беспилотной авиатехники.

В нашей стране в конце 80-х годов на базе двигателя МД-120 («Гранит», «Салют») были начаты работы по турбовинтовому и турбовальному двигателям, были созданы и испытаны натурные образцы, однако работы прекратились.

Другие разработки пока находятся на «бумажной» стадии и их реальные перспективы совершенно неопределенные. Такие работы ведутся в КБ ПР «Салют» и в КБ «Аэросила». Двигатели такого класса могут быть востребованы отечественными и зарубежными потребителями и работы в этом направлении проводить совершенно необходимо. В отличие от ситуации с поршневыми моторами, где обойтись без зарубежного опыта сегодня невозможно, для успешной разработки и последующего производства ГТД в нашей стране есть все необходимое. Пока мы можем констатировать, что отсутствуют даже серьезно проработанные ТТ и ТЗ. Так, например, одной из важных особенностей таких двигателей должна быть возможность работы на дизельном топливе!

Заключение

С 1 апреля 2010 г. в центральном регионе России действует уведомительный принцип организации полетов легких ЛА, что открывает перспективы развития легкомоторной авиации. Необходимым условием для этого является серийное производство отечественных авиадвигателей в тех классах и типоразмерах, где возможно рентабельное производство.

А это поршневые авиадвигатели 140…250 л.с. «ЛОМ-ПРАГА» и новые ГТД мощностью 250…450 л.с.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Источник

Как работает двигатель самолета: что надо знать

Двигатель самолета – конструкция достаточно сложная, мощная, но при этом деликатная. От него, пожалуй, в первую очередь зависит правильная работа лайнера. Специалисты дают подробные объяснения, как работает двигатель самолета, чтобы огромная воздушная машина могла преодолевать большие расстояния и добираться без проблем из одной точки в другую.

История развития авиадвигателей

Первый самолет, который запустили братья Райт, имел двигатель с 4-мя цилиндрами. Конечно же, это значительно более простая конструкция, чем те, которые используются сейчас. И, как отмечают эксперты, без эволюции самолетного двигателя было бы невозможно развитие авиаотрасли вообще – примитивные первые моторы просто бы не потянули огромные и мощные машины, летающие сегодня.

Первый авиационный двигатель создал Джон Стрингфеллоу – он считается изобретателем специального двигателя на пару, предназначенный для неуправляемой модели. Но, как показала практика, паровые двигатели не подошли для авиации – они оказались чрезмерно тяжелыми.

C 1903 года началась, как назвали ее эксперты и аналитики, настоящая война моторов. Чарльз Тэйлор поставил на лайнер братьев Райт двигатель, так называемой рядной конструкции – в нем цилиндры находятся один за другим. Есть здесь аналогия с простым автомотором.

Однако практически сразу же был создан другой мотор – звездообразный с радиальным расположением цилиндров. Такие варианты широко применялись до самого появления реактивных двигателей.

Цилиндры в ряд не давали двигателю необходимой мощности, которая требовалась для самолетов. В 1906 году появился двигатель, где цилиндры разместились под прямым углом друг к другу. Также такой вариант мотора имел впрыск. Далее промышленность развивалась, прием достаточно активно. Вследствие этого авиаотрасль имеет современные и мощные моторы.

Как устроен двигатель

Сам по себе двигатель довольно сложен по конструкции. Учитывать тут надо огромное количество деталей и нюансов. Так, например, важно помнить, что при разгоне двигателя температура воздуха в нем повышается до 1000 градусов. При этом он не должен деформироваться, загораться и т.д.

Для изготовления авиационного двигателя берут только самые современные и безопасные материалы. Главное условие, предъявляемое к ним – они должны быть негорючими.

Авиационный двигатель включает в себя такие элементы, как:

Перед турбиной стоит вентилятор, который позволяет затягивать воздух во время полета снаружи. У авиавентиляторов много лопастей, которые имеют определенную форму. И их размер, а также форма имеют крайне важное значение, т.к. именно за счет этого обеспечивается оптимальное заглатывание воздуха.

Вентилятор также решает и такую задачу, как прокачка воздушных масс в пространстве между элементами двигателя и его оболочкой. Это способствует охлаждению системы.

Здесь же находится и компрессор, обладающий высокой мощностью, – он способствует транспортировке воздуха в камеру сгорания. Все происходит под давлением достаточно высокого уровня. Именно в камере начинается смешение воздушных масс и топлива. Такая смесь поджигается, начинается нагрев как самой смеси, так и всех элементов, которые находятся рядом. Чаще всего камеру делают из керамических составляющих – обусловлено такое состояние тем, что температура здесь доходить до 2 тысяч гр., а керамическая чаша устойчива к таким нагревам.

Смесь после прохождения всех этих этапов попадает в турбину. Она по своему внешнему виду напоминает довольно большое число лопаток. Они влияют на давление проходящего смесевого потока, вследствие чего и начинает приходить в свое движение турбина двигателя. После этого она начинает вращать вал, где стоит еще один необходимый элемент — вентилятор.

Двигатель по сути своей представляет систему достаточно замкнутую – для нее требуется только, чтобы подавался воздух и было топливо в наличии.

Движение смеси продолжается, и она переходит в сопло. И на этом заканчивается первый этап рабочего состояния двигателя. Начинает создаваться струя, которую называют реактивной. Вентилятор начинает гонять воздух, который еще холодный, через сопло, за счет чего он не разрушается от слишком высокой температуры смеси.

Сегодня, как отмечают эксперты, самыми лучшими считаются подвижные сопла – они могут расширяться и сжиматься. Кроме того, такие варианты могут регулировать угол, что помогает дать правильное направление воздуху. Самолет за счет этого приобретает наибольшую маневренность.

Какие варианты двигателей есть

Эксперты уверяют, что сегодня есть несколько вариантов двигателей:

Первые варианты функционируют по стандартному варианту. Такие варианты хорошо подходят для воздушных судов самых разных модификаций. Варианты с турбовинтовым устройством будут работать по несколько иным принципам. В таких конструкциях газовая турбина не связана с трансмиссией. Подобные варианты конструкций двигают лайнер лишь частично с использованием реактивной тяги. Для создания основной части энергии используется редуктор. Винтовые установки более экономичные, но при этом они не дают самолету развить необходимую скорость. Поэтому их зачастую ставят только на малоскоростных лайнерах.

Турбовентиляторные варианты – комбинированные варианты, в которых есть детали и нюансы от турбовинтовых и турбовентиляторных. У них большие лопасти вентилятора. Скорость вращения может снижаться за счет применения обтекателя, где и стоит вентилятор. Подобные варианты считаются экономичными, т.к. меньше расходуют топливо. КПД же у них существенно выше, чем у других. Поэтому подобные варианты двигателей зачастую устанавливают на крупных самолетах.

Прямоточные варианты не работают с подвижными элементами. Втягивание воздуха в такие происходит естественно за счет применения обтекателя, который стоит на входе.

Источник

Борьба за пламенный мотор

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.

У неспециалистов возник еще вопрос: почему двигатель нельзя защитить от птиц чем-то вроде сетки?

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?

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?

А насколько вес двигателя помогают снизить композиты?

Все подобные научно-технические новации уже используется при создании двигателя?

ПД-14 делают конкретно под самолет МС-21?

Скажите, а сверхтяжелый двигатель ПД-35 для каких самолетов создается?

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 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?

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.

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?

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?

Если говорить об аддитивных технологиях: на каких этапах их применение наиболее целесообразно?

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?

Ваши специалисты занимаются адаптацией мотора автомобиля «Аурус» для нужд малой авиации. Зачем?

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.

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?

Импортные составляющие есть?

Михаил Гордин: Пока есть. Но в целом все локализуемо в России.

И для каких самолетов годится такой мотор?

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?

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.

Источник