Поршневые двигатели для малой авиации. Малый авиационный газотурбинный двигатель. Основные требования к авиадвигателям

Нашей задачей является создание ПЕРВОГО в России серийного авиационного поршневого двигателя, который будет не только не уступать, но и превосходить по показателям зарубежные экземпляры в производительности, экономичности, простоте эксплуатации и будет в разы дешевле. Более того, двигатель МНОГОТОПЛИВНЫЙ.

На сегодняшний день мы спроектировали 3D модель двигателя и провели ряд ключевых расчетов и испытаний. Теперь двигатель необходимо изготовить и испытать на стенде. Для этих целей мы и привлекаем Вас к участию в нашем проекте и, как следствие, развитию России!
Развитие малой авиации определяется целым рядом факторов, один из ключевых - это стоимость летательного аппарата. В настоящее время отечественная легкая авиация развивается крайне медленно и состоит на 99% из импортных летательных аппаратов. Отечественные летательные аппараты не могут конкурировать, ведь абсолютное большинство комплектующих импортное, в том числе сердце - двигатель. Цена на двигатель начинается от 20 000 евро, что можно говорить об окончательной цене летательного аппарата и кто может его себе позволить? Мы хотим в корне изменить ситуацию, чтобы стоимость и эксплуатация летательного аппарата была доступна большинству жителей нашей страны.
Мы не любители, которые решили заново изобрести велосипед. Наша команда состоит из настоящих профессионалов, как из молодых специалистов, так и из заслуженными деятелей, докторов наук, конструкторов, аспирантов, которые многие годы и десятилетия результативно работают в отрасли. Мы работаем на собственном энтузиазме с верой в наше общее Будущее. Более подробно с нашей командой можно ознакомиться на нашем сайте dda.zone
Создана 3D модель двигателя ДДА-120М, на стенде испытана топливная система двигателя. В ДДА-120 мы реализуем совершенно новые СОБСТВЕННЫЕ разработки, которые сделают наш двигатель МНОГОТОПЛИВНЫМ, т.е. позволят работать нашему двигателю на разных видах топлива (авиационный керосин, дизельное топливо, товарные бензины любого октанового числа, например, АИ-92). Для многих это звучит как фантастика, но мы УЖЕ СДЕЛАЛИ ЭТО. Мы провели ряд испытаний на лабораторных установках, так сказать, "в железе", подтвердив работоспособность наших исследований.

Но и это ещё не все, в процессе реализации проекта ДДА-120 мы планируем создать полноценное ОКБ и завод для серийного производства наших двигателей, с хорошими заработными платами, в том числе для молодых специалистов, а так же дальнейшие, уже собственные инвестиции, полученные от реализации двигателя, в отрасль.

В 2016 году нас поддержал Фонд Бортника по программе СТАРТ-1, поэтому мы достигли таких выдающихся результатов! Следующий этап - создание прототипа. На это необходимы значительные вложения, именно поэтому мы и привлекаем Вашу поддержку.
ВСЕ ГОВОРЯТ об импортозамещении, о науке, о производстве, а МЫ ДЕЛАЕМ это! И без Вашей поддержки нам очень тяжело. У Вас есть реальная возможность не разговором, а делом поучаствовать в развитии целой отрасли, создать новые рабочие места, способствовать популяризации науки в России.

3 сентября состоялся первый запуск турбовинтового двигателя МС-500В-02С для перспективных самолетов малой авиации. Это первый двигатель, спроектированный нашими конструкторами по, так называемой, «обратной» схеме. Подробнее о нем рассказывает заместитель главного конструктора УГК, руководитель данной разработки Анатолий Михайлютенко.

Это двигатель предназначен для работы с немецкими винтами фирмы MT-Propeller. Он задуман нами давно, и первый макетный экземпляр был собран и продемонстрирован на Международной выставке авиации общего назначения AERO-2014 (Германия, г. Фридрихсхафен). Когда его увидели представители китайской фирмы, они выразили желание использовать данный двигатель для своих учебно-тренировочных самолетов. Мы с ними в феврале 2017 года согласовали техническое задание на двигатель, в течение полугода разработали конструкторскую документацию и потом за год изготовили стенд, детали и сборочные единицы и собрали первый экземпляр двигателя МС-500В-02С. А 3 сентября состоялся первый запуск этого двигателя.

Анатолий Васильевич, расскажите, пожалуйста, как все происходило?

Когда были выполнены необходимые подготовительные работы, мы, по традиции, пригласили президента АО «МОТОР СИЧ» В.Богуслаева, технического директора П.Жеманюка и заместителей технического директора по авиационной тематике на запуск нового двигателя. Для всего коллектива это большое событие - такое у нас случается нечасто. Мы предложили Вячеславу Александровичу лично нажать кнопку и запустить новый двигатель. Сейчас идут испытания двигателя.

А что входит в программу испытаний?

Это отработка запуска, систем двигателя и управления, снятие характеристик и т.д. Руководство предприятия ставит перед нами задачу: в августе 2020 года получить сертификат на этот двигатель. Часть работ мы выполняем, используя задел, полученный при доводке и сертификации двигателей МС-500В, МС-500В-01. В частности, у этих двигателей полностью идентичен газогенератор.

Каковы технические характеристики нового двигателя?

Мощность его - 950 л.с. (взлетный режим). Это первый двигатель обратной схемы, созданный на нашем предприятии. По схеме он аналогичен семейству турбовинтовых двигателей PT6, разработанному Pratt & Whitney Canada, одного из самых массовых в мире. Но на традиционном для нас рынке авиадвигателей этот сегмент никем не занят. Американские и канадские производители не спешат свой двигатель продавать Китаю, развивающимся странам, да и цена его слишком высока. К тому же у них очень дорогое обслуживание. Совместно с ГП «Ивченко-Прогресс» мы уже вывели на рынок семейство двигателей АИ-450, которые заняли свою нишу, и теперь предложили свой более мощный вариант самолетного двигателя МС-500В-02С с обратной схемой.

А в чем преимущество такой конструкции?

Она имеет целый ряд преимуществ по компоновке, особенно для одномоторных самолетов. Выходная система двигателя находится рядом с винтом, что позволило сократить мотоотсек летательного аппарата и в непосредственной близости от двигателя расположить кабину пилота (не требуется дополнительное место для отвода горячих отработанных газов). Получается компактный летательный аппарат. Кроме того, у двигателя - модульная конструкция, что позволяет выполнять модульный ремонт в эксплуатации. Можно разобрать и собрать двигатель, не применяя сложно-фасонного инструмента и оснастки.

Помимо учебно-тренировочных самолетов, где еще могут использоваться двигатели МС-500В-02С?

Машины такого класса за границей очень популярны у фермеров, людей со средними доходами и в малом бизнесе, еще раз повторю: самолеты с данной схемой двигателя являются наиболее массовыми. У нас в стране, к сожалению, этот рынок не развит из-за невысоких доходов потребителей. А в Китае такая авиационная техника востребована, но прежде всего, наш двигатель - это оптимальный вариант для самолетов первичного обучения пилотов. В настоящее время под него создаются самолеты китайскими фирмами AVIC HONGDU CORPORATION и AVIC GUIZHOU AIRCRAFTCORPORATION.

Анатолий Васильевич, расскажите, пожалуйста, как далось трудовому коллективу создание нового двигателя?

Была проделана громадная работа. Сама разработка конструкторской документации - очень напряженный труд. Не менее важные задачи решали технологическая служба и производственное управление. Мы использовали матмодели для особо сложных корпусных деталей (коробки приводов, редуктора и др.), это дало возможность их несколько упростить и ускорить производство и исключить ошибки, возникающие за счет человеческого фактора. Оперативное уточнение, какие-либо изменения, связанные с вопросами металлургов, литейных и механических цехов, позволили сэкономить время. Технологи, конструкторы, производственники и металлурги работали слаженно, и все было сделано в кратчайшие сроки. Таким темпом мы еще не создавали двигатели. И в результате получили работоспособную машину. Помогло и то, что в двигателе была заложена хорошая унификация с МС-500В - мы использовали основные узлы этого изделия. Это в дальнейшем даст возможность сократить длительность доводки МС-500В-02С и выполнения сертификационных работ.

По всем критическим моментам мы регулярно проводили оперативные совещания и находили оптимальные пути и решения вопросов при создании двигателя. Ведь в его конструкции есть уникальные детали, которые ранее мы еще не делали, в частности, выходная система - необычная и сложная в конструкции и изготовлении. А учитывая предназначение двигателя (самолет учебно-тренировочный, который должен выполнять фигуры высшего пилотажа), в нем была заложена функция перевернутого полета - это новшество в наших разработках.

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.

Работа радиального поршневого двигателя.

Привет, друзья!

Сегодня начинаем серию статей о конкретных типах авиационных двигателей. Первый движок, который удостоится нашего внимания – это . 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 :-)). 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 . 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. 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 , 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 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.

Вообще еще рано списывать со счетов:-). Ведь, как известно, новое – это хорошо забытое старое… Время покажет…

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: