Мотор для небесных «рысачков. В россии создан двигатель для сверхлегкой авиации, превосходящий западные аналоги Гтд для малой авиации

Грех не вспомнить наших великих предков, но, к несчастью, у нас и сейчас с двигателями для небольших самолетов почти те же проблемы. В наследие от СССР нам достался всего один серийный поршневой двигатель М-14. Двигатель простой, надежный, неприхотливый к топливу и маслу. Не боится морозов. Сравнительно недорогой, если летать на нем не очень много. За это и любят двигатель М-14.

На чем же летают сейчас, в «малой авиации», т.е. сверхлегкие и легкие летательные аппараты? Наиболее распространены, известны и почти везде в мире обслуживаются двигатели австрийской фирмы Rotax 912 и 914. Мощностью 80–100 л.с. , они устанавливаются на аппараты взлетной массой до полутонны, с экипажем до двух человек. Это учебные и туристские, любительские аппараты.

Как только потребуется выполнять фигуры сложного пилотажа вдвоем (с инструктором), потребуется более прочный и тяжелый самолет взлетной массой 800–1000 кг (например, По-2, Як-18, Як-52). При этом с двигателем в 100–160 л.с. половину летного времени придется затрачивать на набор потерянной за пилотаж высоты с вертикальной скоростью 2–3 м/сек. А если захочется набирать высоту побыстрей, то и двигатель подойдет как раз М14. На нем можно получить в наборе до 10 м/сек, да и потеря высоты за пилотаж будет гораздо меньше. Конкурентами М14 выступают американские Lycoming и Teledyne Continental, чешские Walter, немецкие Centurion. Lycoming и Teledyne Continental капризны при запуске на земле даже летом, то им жарко – то холодно, зимой в воздухе вообще не запустить. Они употребляют только «свои», дорогие, импортные бензин и смазку, но все их минусы перевешиваются двумя плюсами:
1. Работают на «максимале» без ограничения по времени.
2. Расход топлива в 2 раза меньше, чем у нашего М14.

Если свести основные технические и экономические показатели двигателей в одну таблицу с задачей получения стоимости затрат на работу двигателя с налетом самолета до полного использования ресурса – 10 тыс. летных часов – получим таблицу.

Из нее видно, что за 10 000 часов налета на нашем М-14 придется заплатить на 30% больше чем на ТВД Alison и почти в три раза больше против дизеля Centurion. А вот двигатель М601, хотя и стоит почти в три раза дороже, чем М-14, но каждая его лошадиная сила обходится эксплуатанту в три раза дешевле, чем у М-14. Поэтому если мы хотим получить самолет для основного обучения по курсу военного летного училища, где вынуждены работать интенсивно и обеспечивать очень большой налет, то самолет, конечно, нужно иметь с ТВД, и пока лучше М601 серийного двигателя не видно!

Самолет нужен, конечно, пилотажный, с эксплуатационной перегрузкой до 7, достаточно высотный (7–10 км), следовательно, с герметичной кабиной. Наиболее подходящий из имеющихся и обслуживаемых в России двигателей для планируемого самолета – это чешский Walter М601. Его аналоги Pratt&Whittney поновей, поэкономичней, но системы их технического обслуживания и опыта эксплуатации в России нет. Дизельный двигатель на пилотажный самолет с временем полета 0,5–1,5 часа пока ставить рано – тяжел (в Интернете у танкистов есть очень дельный сравнительный анализ преимуществ и недостатков газотурбинного и дизельного двигателей).

Пока получается, что самое дешевое летное обучение – на планере при запуске с лебедки. За 3 евро (120) рублей вас на планере забросят на высоту 500 м, откуда вы будете спокойно снижаться примерно 8–10 минут или можете уйти на свободное парение. За планерами следуют ультралайты с взлетным весом до 500 кг и двигателями Rotax 912 и 914, мощностью 80–100 л.с. На них можно проводить обучение полетам по кругу, простому пилотажу, полетам по маршруту. Это даст налет 30–40 часов и выход на уровень пилота-любителя. Заниматься таким обучением могут частные летные школы или ДОСААФ. Справка: уже проектируются сверхлегкие летательные аппараты, на которых будут использоваться электродвигатели с аккумулятором до 30 минут полета. И дешево, и экологически чисто, малошумно и безопасно.

Следующий этап: пилотажный учебный поршневой самолет. Одним из предпочтительных вариантов мог быть яковлевский самолет «Кадет». На нем можно учить сложному и высшему пилотажу, полетам строем и ночью. Но заставить военных пересесть снова на поршневой самолет будет очень трудно, полеты физически тяжелы, а оплата и льготы будут занижены. Поэтому такие машины, скорее всего, пригодятся ДОСААФ и частным летным школам. Двигатель все же придется менять – слишком дорог в эксплуатации – на 30% дороже, чем вдвое более мощный ТВД М601.

Если за единицу стоимости летного часа принять стоимость полета на самолете УТС с ТВД с максимальной скоростью около 500 км/ч, то, в зависимости от максимальной скорости самолета, можно получить соотношение цен летного часа на различных самолетах.

На графике четко видно, что до максимальной скорости 500 км/ч, цена самолета увеличивается плавно линейно, со скорости от 500 до 800 км/ч растет по параболе и далее почти линейно уходит вверх. Отсюда вывод: нет смысла увеличивать максимальную скорость УТС с ТВД более 500–600 км/ч, так как небольшое увеличение скорости обходится слишком дорого и в цене самолета, и в эксплуатации. Видимо, по этим причинам уменьшили мощность двигателей заказчики самолета Pilatus РС-7МК из ЮАР.

Если УТС с ТВД будет иметь скорость захода на посадку менее 150 км/ч, то необходимость в поршневом самолете первоначального обучения для военного училища может отпасть, и эта задача может быть решена на УТС с ТВД с меньшими затратами.

Для основной подготовки в летном училище, конечно, как и во всем мире, остро необходим УТС с ТВД («Авиапанорама» №№ 1 и 2, 2010).

Мы видим, как с помощью государства поддерживается авиапромышленность Китая, Индии, Бразилии и других развивающихся стран. Даже Турция планирует выпустить в 2011 году свой УТС с ТВД. Наш крупный бизнес – в основной массе технически малограмотный – покупает в первую очередь недвижимость и предметы роскоши. Кстати, и до революции наши финансисты не очень-то жертвовали на технический прогресс. Ведь не у нас, а на западе были установлены крупные призы за перелет через Ламанш и за другие рекордные полеты.

С отменой запретительной системы использования воздушного пространства, обещанного в 2008 году, теперь в конце 2010 года, вероятно, все же откроется большой российский рынок для небольших частных самолетов. Эту ситуацию государство могло бы использовать для развития собственного производства легких летательных аппаратов. Можно, как Китай и Индия, покупать партии лучших зарубежных самолетов, с правом их последующего производства. Но гораздо важнее для нас, авиационной промышленности и любителей авиации, это покупка и лицензионное производство лучших, самых распространенных и надежных двигателей Rotax, Teledyne Continental, Pratt&Whittney со шкалой мощности не производимых в России до сего времени. Имея широкий спектр выбора двигателей, наша авиационная промышленность смогла бы обеспечить российский рынок нужными самолетами. Исторические примеры только подтверждают это. Так было с Ли-2, так было с покупкой английских реактивных двигателей «Нин-1» и «Дервент-V», в результате получили самый массовый истребитель мира МиГ-15 и почти такой же массовый фронтовой бомбардировщик Ил-28.

На что хотелось бы обратить особое внимание. Наша национальная привычка к нищете породила массовую тенденцию: сделаем, что получится, а потом в серии доведем. Нужно помнить, чему учат студентов авиационных ВУЗов: доработка эскиза обойдется в цену резинки и карандаша (копейки), макета – в цену затраченного пиломатериала (тысячи рублей), опытного образца самолета – в миллионы рублей, а доработки серийного самолета потребуют очень больших денег, что может привести к краху всей программы вообще. Для исключения таких промахов нужно любить заказчика и делать все своевременно, чтобы наше изделие было лучше, чем у конкурентов.

17 Комментариев для Где взять достойные двигатели для малой авиации

1. владимир

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.

Грех не вспомнить наших великих предков, но, к несчастью, у нас и сейчас с двигателями для небольших самолетов почти те же проблемы. В наследие от СССР нам достался всего один серийный поршневой двигатель М-14. Двигатель простой, надежный, неприхотливый к топливу и маслу. Не боится морозов. Сравнительно недорогой, если летать на нем не очень много. За это и любят двигатель М-14.

На чем же летают сейчас, в «малой авиации», т.е. сверхлегкие и легкие летательные аппараты? Наиболее распространены, известны и почти везде в мире обслуживаются двигатели австрийской фирмы Rotax 912 и 914. Мощностью 80–100 л.с. , они устанавливаются на аппараты взлетной массой до полутонны, с экипажем до двух человек. Это учебные и туристские, любительские аппараты.

Как только потребуется выполнять фигуры сложного пилотажа вдвоем (с инструктором), потребуется более прочный и тяжелый самолет взлетной массой 800–1000 кг (например, По-2, Як-18, Як-52). При этом с двигателем в 100–160 л.с. половину летного времени придется затрачивать на набор потерянной за пилотаж высоты с вертикальной скоростью 2–3 м/сек. А если захочется набирать высоту побыстрей, то и двигатель подойдет как раз М14. На нем можно получить в наборе до 10 м/сек, да и потеря высоты за пилотаж будет гораздо меньше. Конкурентами М14 выступают американские Lycoming и Teledyne Continental, чешские Walter, немецкие Centurion. Lycoming и Teledyne Continental капризны при запуске на земле даже летом, то им жарко – то холодно, зимой в воздухе вообще не запустить. Они употребляют только «свои», дорогие, импортные бензин и смазку, но все их минусы перевешиваются двумя плюсами:
1. Работают на «максимале» без ограничения по времени.
2. Расход топлива в 2 раза меньше, чем у нашего М14.

Если свести основные технические и экономические показатели двигателей в одну таблицу с задачей получения стоимости затрат на работу двигателя с налетом самолета до полного использования ресурса – 10 тыс. летных часов – получим таблицу.

Из нее видно, что за 10 000 часов налета на нашем М-14 придется заплатить на 30% больше чем на ТВД Alison и почти в три раза больше против дизеля Centurion. А вот двигатель М601, хотя и стоит почти в три раза дороже, чем М-14, но каждая его лошадиная сила обходится эксплуатанту в три раза дешевле, чем у М-14. Поэтому если мы хотим получить самолет для основного обучения по курсу военного летного училища, где вынуждены работать интенсивно и обеспечивать очень большой налет, то самолет, конечно, нужно иметь с ТВД, и пока лучше М601 серийного двигателя не видно!

Самолет нужен, конечно, пилотажный, с эксплуатационной перегрузкой до 7, достаточно высотный (7–10 км), следовательно, с герметичной кабиной. Наиболее подходящий из имеющихся и обслуживаемых в России двигателей для планируемого самолета – это чешский Walter М601. Его аналоги Pratt&Whittney поновей, поэкономичней, но системы их технического обслуживания и опыта эксплуатации в России нет. Дизельный двигатель на пилотажный самолет с временем полета 0,5–1,5 часа пока ставить рано – тяжел (в Интернете у танкистов есть очень дельный сравнительный анализ преимуществ и недостатков газотурбинного и дизельного двигателей).

Пока получается, что самое дешевое летное обучение – на планере при запуске с лебедки. За 3 евро (120) рублей вас на планере забросят на высоту 500 м, откуда вы будете спокойно снижаться примерно 8–10 минут или можете уйти на свободное парение. За планерами следуют ультралайты с взлетным весом до 500 кг и двигателями Rotax 912 и 914, мощностью 80–100 л.с. На них можно проводить обучение полетам по кругу, простому пилотажу, полетам по маршруту. Это даст налет 30–40 часов и выход на уровень пилота-любителя. Заниматься таким обучением могут частные летные школы или ДОСААФ. Справка: уже проектируются сверхлегкие летательные аппараты, на которых будут использоваться электродвигатели с аккумулятором до 30 минут полета. И дешево, и экологически чисто, малошумно и безопасно.

Следующий этап: пилотажный учебный поршневой самолет. Одним из предпочтительных вариантов мог быть яковлевский самолет «Кадет». На нем можно учить сложному и высшему пилотажу, полетам строем и ночью. Но заставить военных пересесть снова на поршневой самолет будет очень трудно, полеты физически тяжелы, а оплата и льготы будут занижены. Поэтому такие машины, скорее всего, пригодятся ДОСААФ и частным летным школам. Двигатель все же придется менять – слишком дорог в эксплуатации – на 30% дороже, чем вдвое более мощный ТВД М601.

Если за единицу стоимости летного часа принять стоимость полета на самолете УТС с ТВД с максимальной скоростью около 500 км/ч, то, в зависимости от максимальной скорости самолета, можно получить соотношение цен летного часа на различных самолетах.

На графике четко видно, что до максимальной скорости 500 км/ч, цена самолета увеличивается плавно линейно, со скорости от 500 до 800 км/ч растет по параболе и далее почти линейно уходит вверх. Отсюда вывод: нет смысла увеличивать максимальную скорость УТС с ТВД более 500–600 км/ч, так как небольшое увеличение скорости обходится слишком дорого и в цене самолета, и в эксплуатации. Видимо, по этим причинам уменьшили мощность двигателей заказчики самолета Pilatus РС-7МК из ЮАР.

Если УТС с ТВД будет иметь скорость захода на посадку менее 150 км/ч, то необходимость в поршневом самолете первоначального обучения для военного училища может отпасть, и эта задача может быть решена на УТС с ТВД с меньшими затратами.

Для основной подготовки в летном училище, конечно, как и во всем мире, остро необходим УТС с ТВД («Авиапанорама» №№ 1 и 2, 2010).

Мы видим, как с помощью государства поддерживается авиапромышленность Китая, Индии, Бразилии и других развивающихся стран. Даже Турция планирует выпустить в 2011 году свой УТС с ТВД. Наш крупный бизнес – в основной массе технически малограмотный – покупает в первую очередь недвижимость и предметы роскоши. Кстати, и до революции наши финансисты не очень-то жертвовали на технический прогресс. Ведь не у нас, а на западе были установлены крупные призы за перелет через Ламанш и за другие рекордные полеты.

С отменой запретительной системы использования воздушного пространства, обещанного в 2008 году, теперь в конце 2010 года, вероятно, все же откроется большой российский рынок для небольших частных самолетов. Эту ситуацию государство могло бы использовать для развития собственного производства легких летательных аппаратов. Можно, как Китай и Индия, покупать партии лучших зарубежных самолетов, с правом их последующего производства. Но гораздо важнее для нас, авиационной промышленности и любителей авиации, это покупка и лицензионное производство лучших, самых распространенных и надежных двигателей Rotax, Teledyne Continental, Pratt&Whittney со шкалой мощности не производимых в России до сего времени. Имея широкий спектр выбора двигателей, наша авиационная промышленность смогла бы обеспечить российский рынок нужными самолетами. Исторические примеры только подтверждают это. Так было с Ли-2, так было с покупкой английских реактивных двигателей «Нин-1» и «Дервент-V», в результате получили самый массовый истребитель мира МиГ-15 и почти такой же массовый фронтовой бомбардировщик Ил-28.

На что хотелось бы обратить особое внимание. Наша национальная привычка к нищете породила массовую тенденцию: сделаем, что получится, а потом в серии доведем. Нужно помнить, чему учат студентов авиационных ВУЗов: доработка эскиза обойдется в цену резинки и карандаша (копейки), макета – в цену затраченного пиломатериала (тысячи рублей), опытного образца самолета – в миллионы рублей, а доработки серийного самолета потребуют очень больших денег, что может привести к краху всей программы вообще. Для исключения таких промахов нужно любить заказчика и делать все своевременно, чтобы наше изделие было лучше, чем у конкурентов.

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

Общие сведения о ГТД

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

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

Проблемы разработки малых ТГД

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Общая схема

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

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

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

Малые ГТД: области применения

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

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

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

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

Коротенькое видео, использования турбовального двигателя для электрогенератора.

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

Автомобильная промышленность

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

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

Малая авиация

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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