В россии разработан всеядный авиационный двигатель для малой авиации. Малый авиационный газотурбинный двигатель Двигатели для малой авиации
Давайте попытаемся осознать, что нам надо от двигателя для СЛА? Каким он должен быть?
Начнем с самого простого. Мотор должен быть не просто нам по карману, он должен быть максимально дешевым. Идеальный вариант - дармовым. Идем на свалку, подбираем брошенные железяки, разбираем, заменяем, доводим и т. д. и т. п. Сомневающиеся и наиболее доверчивые могут поручить это сделать кому-то другому. Например солидной фирме, в которой работают знающие специалисты. Уверены, что они сделают хорошо. Мы вполне можем доверять авторам статей, касающихся приведения в летное состояние известных автомобильных моторов - б/у, разумеется.
Однако подобные действия очень напоминают историю о том, как сделать пистолет из шпингалета. Скажем ответ сразу. Единственной готовой деталью к пистолету является шпингалет, который станет бойком. Все остальное нужно будет изготавливать с нуля.
Так и мотор со свалки имеет некоторые детали, годные к производству. Остальное придется покупать, делать, дорабатывать. Как только мы ухватим этот кусочек сыра, обнаружим, что дальнейшие события развиваются уже в пределах мышеловки. И откупаться придется приличными деньгами.
Конечно, если ваши потребности ограничены аэродромными полетами по кругу несколько раз в году, то для вас удачный двигатель с разборки станет блестящим выходом. В конце концов, по Сеньке и шапка. Нужно только помнить о своих ограничениях.
Ну а если хочется чего-то большего, в калашный ряд например, то придется позолотить ручку. Вопрос только - кому и за что?
Из сказанного следуют названные ранее вопросы. Если мы платим приличные деньги, то обязаны понимать, за что именно.
Исторически сложилось так, что поначалу для СЛА требовался предельно легкий неприхотливый движок. Таковыми были двухтактные мотоциклетные. Имея малую мощность, воздушное охлаждение, они работали на пределе и быстро выходили из строя. Их высокие обороты вынуждали использовать воздушные винты малого диаметра, которые не могли развить достаточную тягу. Развитие СЛА потребовало немало крови и пота. Хотелось чего-то сильного и надежного. Эпохой было применение моторов от снегоходов. Их применяли во всем мире. Мы знаем "Буран" со своим РМЗ-640. Это была сила (до 30 л. с.!), но сомнительная надежность. Перегревался. На "Ротаксах" эту проблему решили нестандартно для авиации - сделали жидкостное охлаждение.
Таким образом, достаточно большой мощности достигли высокими оборотами, которые понизили редуктором, а проблему охлаждения - радиатором. Обратите внимание - в большой авиации, как правило, нет ни высоких оборотов, ни жидкостного охлаждения. А у нас в СЛА они есть. К этому привел исторический путь развития СЛА.
Однако хорошо ли это?
Тот же "Ротакс 503" демонстрирует нам величайшую надежность воздушного охлаждения при мощности в 50 л. с. Может, нам не обязательно иметь и высокие обороты и достаточно иметь воздушное охлаждение?
Чем в наше время так интересны четырехтактные двигатели? Своей надежностью. Это главное, за что мы готовы платить. Платить деньгами, большим весом, сложностью установки и обслуживания. Давайте осознаем, что при этом мы сходим с пути, который был задан началом развития СЛА, - мы отказываемся от очень легкого и простого движка. Мы вынуждены брать тяжелую и сложную винтомоторную установку на основе четырехтактного двигателя. Это нужно для нашего благополучия. Мы хотим летать свободно и не бояться, что наш мотор вдруг остановится и поставит нас в очень неудобное положение.
А раз так, то нам придется критически оценить свое, так сказать, имущество.
"Инвентаризация" оказывается несложной и недолгой. В нашем активе такие двигатели, как "Ротакс 912", "Сузуки", "Субару", "Лимбах", VW. Все остальное - экзотика.
Первые три имеют жидкостное охлаждение и редуктор. А последние два "обделены судьбой" - их, увы, не имеют.
"Ротакс 912", как правило, блистает своей новизной. "Сузуки" и "Субару" всегда имеют богатое, хотя и темное автомобильное прошлое - их последнее местопребывание - битый автомобиль или склад металлолома.
"Транспортеровский" (автобусный) VW оттуда же. Но мы о нем говорить не будем.
"Лимбах" новый аристократ, как говорится, еще тот. Он стоит недешево. Его приобретение должно быть финансово обосновано. Однако "Лимбах" после капремонта, осуществленного одноименной фирмой-производителем, чуть ли не вдвое дешевле (в том числе ощутимо дешевле "Ротакс 912") и надежен не менее нового.
А вот VW совершенно новый оказывается в положении невидимки. Он стоит совсем недорого - не дороже хорошо обработанных автомобильных б/у моторов. Он доступен, надежен, прост в обращении, аскетичен в питании. И главное - их летает в мире огромное количество, но мы о них почти ничего не знаем.
О них и речь.
Прежде чем перечислять достоинства VW, сначала о его истории.
С тех пор, как в послевоенной Германии началось массовое производство знаменитого автомобиля "Фольксваген Жук", его четырехцилиндровый оппозитный двигатель воздушного охлаждения привлекает внимание конструкторов легких летательных аппаратов всего мира.
Этот двигатель удивительно похож на классические четырехтактные оппозиты "Лайкоминг" и "Континенталь", и не только внешне. "Жук" работает в том же самом, наиболее оптимальном, диапазоне оборотов. Это позволяет устанавливать воздушный винт непосредственно на коленчатый вал, а также обеспечивает низкий удельный расход топлива и большой ресурс. Двигатель удивительно прост, насколько может быть прост четырехтактный четырехцилиндровый двигатель. Сравните его с фотографиями навороченных автомобильных двигателей, и вы это поймете без всяких комментариев.
Вероятно, исторически первым примером применения "Жука" на легких самолетах был Jodel D-9 ,конструкции Жана Деламонте. Этот одноместный самолетик появился во Франции сразу после войны, на нем стоял сначала движок объемом 990 см3 и мощностью 26 л. с. Потом ставили более мощные.
В дальнейшем появилось еще немало ставших знаменитыми одноместных самолетов, на которых использовались двигатели "Жук" первых выпусков мощностью до 34 л. с. Например: Druine Turbulent, Tipsy Nipper, Headwind, Taylor Monoplane.
С конца 60-х годов благодаря энтузиастам автомобильного спорта и тюнинга получили распространение двигатели "Жук" с увеличенным объемом. Стандартный коленвал с ходом 69 мм позволяет получить объем до 1915 см3, а с увеличенным ходом - до 2700 см3. Самое примечательное, что сухая масса двигателя при этом почти не изменяется.
Настоящей рабочей лошадкой среди этих моторов следует считать 1835-кубовый. На его основе стали строить уже двухместные самолеты.
В 70-е годы в Европе появились сертифицированные авиационные двигатели на основе "Жука". Их выпускают три фирмы: Limbach Flugmotoren, Sauer (Германия) и JPX (Франция).
Компания Limbach Flugmotoren за 30 лет выпустила уже более 6000 двигателей.
Они применяются на различных летательных аппаратах с полетной массой до 900 кг и отлетали уже более 16 млн. часов! Фирма Sauer производит весьма ограниченное количество своих моторов.
Двигатель JPX 4T60
Был первоначально разработан для серийно выпускавшегося во Франции двухместного клубного самолета Robin ATL. Общий налет этих двигателей уже превышает 550 тыс. часов.
Ну, а что такое VW? Двигатель является авиационной версией известного автомобильного двигателя VW Beetle и предназначен для использования на сверхлегких и экспериментальных летательных аппаратах. Его предшественником вполне можно считать Continental А-65 мощностью 65 л. с. и весом 80 кг. Он стоял на таких известных самолетах, как Piper Cub, Taylorcraft, летающих по сей день. Этот мотор производился с 1937 г. и был снят с производства в 1970 г. И начиная с 60-х годов до появления "Ротакс 912" в Америке альтернативы мотору VW не было! Он присутствовал на всех ЛА, где нужна была мощность менее 100 л. с. Так сказать, микро-Lycoming. До сих пор на нем летают чуть ли не все американские любительские самолеты. Там его так и называют - Beetle (Жук). Также их много и в Австралии. Их количество трудно оценить. Все чаще VW появляется и на дельталетах. Опыт эксплуатации в авиации превышает 40 лет.
Летающего "Жука" можно купить в разобранном виде у американской фирмы GPAS. Сделай сам - кит-набор!
Кропотливый процесс селективной сборки включает в себя выравнивание с помощью бормашины объемов головок цилиндров, а также масс поршней и шатунов. Процесс предусматривает ряд проверок, во время которых детали мотора обмеряются, несколько раз собираются и разбираются. Отметим особо - речь идет о совершенно новом двигателе, как говорят, "нулевом".
VW имеет долгоживущий алюминиевый картер. Стартер мощностью 1,04 кВт. Не имеет трамблера, зато имеет авиационное магнето Slick 4316. Свечи автомобильные Bosch W8AC с адаптерами для экранированных высоковольтных проводов Slick. Карбюратор Zenith 1821. Бензин 95-й. Масло минеральное, например фирмы Delphi, стоимостью не более 2 долларов за литр. Весит мотор со всем оборудованием и маслом не более 78 кг.
Испытания проводились на телеге С-5 с крылом Мэверик-2. Приборную доску дополнили приборами контроля температуры выхлопа и давления на всасывании.
На максимальной частоте вращения 3600 об/мин мотор развивает мощность более 65 л. с. Это значение зависит от качества сборки. На частоте 3400 об/мин и соответствующей мощности несколько более 60 л. с. движок может работать всю свою жизнь без остановки. А жить ему до первого возможного капремонта назначено не менее 1000 часов. Обращаем внимание читателя - ресурс в 1000 часов и более не есть чьи-то хотелки. Данный ресурс подтвержден статистическими данными астрономического числа испытаний и наблюдений. Один из участников американского авиационного компьютерного форума сообщил, что после налета в полторы тысячи часов его взяло сомнение и он разобрал свой VW. И не знал, что с ним дальше делать. На всякий случай поменял кольца. И поверьте, это не исключение.
В связи с этим позволим себе нескромный вопрос, так сказать, на засыпку. А что лежит в основе заявлений, что восстановленный б/у автомобильный двигатель, например, "Сузуки" или "Субару", имеет ресурс в 1000 часов? Тот факт, что подобный мотор может пройти 100-150 тыс. километров до капремонта еще не означает, что его ресурс в полете будет 1000 часов и более. Как работает автомобильное колесо и как работает воздушный винт? У колеса есть коробка передач, которая на любых приемлемых скоростях движения возвращает двигатель в оптимальный щадящий режим работы. Воздушный же винт почти всегда заставляет работать автомобильный мотор на оборотах, не намного меньших максимальных. Так работал бы наш мотор на автомобиле без коробки передач. Поэтому 100 тыс. км со скоростью 100 км/ч в течение 1000 часов имеет совсем мало общего с тем, когда тот же двигатель начнет крутить прожорливый пропеллер. Какими испытаниями и измерениями подтверждены эти 1000 часов? Сколько времени и кем они проводились? Неужели все это время мотор ездил только на одной передаче? Как нам видится, здесь больше предположений и веры, чем проверенных знаний. Еще раз подчеркнем - речь идет об автомобильном моторе.
Как и Lycoming, двигатель VW рассчитан на работу с воздушным винтом в щадящем режиме и поэтому является авиационным. Ресурс таких моторов подтвержден практически.
Были проведены летные испытания VW. Использовался деревянный моноблочный винт серии ЦАГИ СДВ-1 диаметром 1,5 м. В полете чувствовалось, что тяга вполне достаточна. При полетном весе в 340 кг на скорости 80 км/ч скороподъемность 4 м/с. Вращение винта при этом 3300 об/мин, мощность 62 л. с., КПД винта 0,52. Соответствующая расчетная тяга в полете 108 кг. При этом винт несколько тяжеловат - мотор раскручивает его на скорости 120 км/ч всего до 3400 об/мин. Тем не менее скороподъемность на 120 км/ч весьма заметна - 1,5 м/с.
Как и любому воздушному мотору, для VW нужно организовывать охлаждение. В этом нет ничего сложного. Воздухозаборники из миллиметрового алюминия получаются очень легкими.
Двигатель был также испытан при работе на месте на частоте 2400 об/мин, соответствующей крейсерскому полету с двумя пилотами (полетный вес 420 кг). Температура воздуха была 5°С. За пол часа работы температура головок цилиндров доползла до 210°С, а масла до 95°С. По причине отсутствия маслорадиатора. Расход горючего - 9,2 л/ч. Удельный расход бензина не более 200 г/л.с. ч.
В полете температура головок цилиндров меняется в соответствии с изменением режима работы мотора. На повышенных оборотах она медленно растет, при уменьшении оборотов она быстро падает. Максимально допустимая температура головок цилиндров 250°С. Минимальная 100°С. Комфортная для двигателя 160-190°С.
Вопреки расхожему мнению мотор воздушного охлаждения охладить легче, чем жидкостного. В последнем тепло сначала передается от стенки цилиндров в жидкость, потом от жидкости посредством радиатора в воздух. И это при небольшой разности температур между горячей жидкостью и не очень горячими цилиндрами, между жидкостью с температурой около 100°С и воздухом. Каждый из посредников обладает своим тепловым сопротивлением. При воздушном охлаждении этих посредников нет. Тепло сразу от цилиндров передается в воздух. Разность температур между ребрами цилиндров и воздухом заметно больше. Именно этот факт также является причиной высокой экономичности моторов воздушного охлаждения, так как они имеют более высокий термодинамический КПД.
При полете в холодную погоду ниже 5°С обмерзает впускной трубопровод. Желательно сделать его подогрев как на "Лимбахе". Карбюратор Zenith 1821 подает топливно-воздушную смесь вертикально вверх. Поэтому запуск холодного двигателя требует предварительной заливки горючего в цилиндры, например, посредством праймеров. Либо просто отсоединить резиновую трубу от впускного патрубка и залить бензин шприцем. Запуск мгновенный.
Единственное, о чем нужно вспомнить, особенно к осени, так это о зазорах свечей. Спокойная и бесперебойная работа движка убаюкивает пилота. За время долгих полетов зазоры свечей увеличиваются с 0,4-0,5 мм до 0,5-0,6 мм. Наступает холодная осень. По инструкции теперь требуется зазор 0,3-0,4 мм - почти вдвое меньший. В результате на посадке на холостых оборотах мотор может воспользоваться своим правом остановиться. Причем случайным образом. Причина только в свечах.
Установка двигателя не представляет особой трудности. Простые требования к режиму охлаждения, предосторожности при подводке топлива, электропроводки не содержат ничего оригинального. Регламент обслуживания VW предусматривает ряд простых проверок раз в 50 часов. Среди них замена масла, проверка зазоров клапанов, состояния свечей и др. Замена свечей раз в 150 часов.
Что касается двигателей жидкостного охлаждения, то компоненты их системы охлаждения требуют постоянного внимания и существенно увеличивают объем работ по техническому обслуживанию. В большой авиации давно известно, что хороша та система, которой на борту самолета нет. Особенно если ее наличие не приводит к повышению ЛТХ. Общей отличительной чертой как современных автомобильных двигателей, так и "Ротаксов" является большое количество дополнительного оборудования, в том числе и размещенного не на двигателе. Если его не установить, двигатель не выдаст всех лошадок. Так происходит, например, с 912-м, который не выдаст заявленной мощности как без специального настроенного выхлопа, так и без впускного ресивера. В результате 80 лошадиных сил при рабочем объеме всего 1,2 литра достаются дорогой ценой. Силовая установка производит впечатление удручающе сложного и тяжелого устройства.
Широко распространенное мнение о значительном прогрессе автомобильных двигателей по сравнению с авиационными на самом деле является мифом. Компания Porsche пыталась в 80-е годы прошлого столетия создать авиационный двигатель на базе своего знаменитого 911-го. Вроде бы все правильно, и охлаждение воздушное, и схема - оппозит. Только вот снова редуктор и 5600 оборотов. Получили 200 л. с. при массе 214 кг, неясные перспективы по ресурсу и никакого снижения удельного расхода топлива по сравнению с классикой.
По материалам публикаций журнала
О проблеме легких двигателей для малой авиации, не писали разве что только в «желтой» прессе. Писали и год назад, и два года, и десять лет назад. Принимаются программы развития АОН, к разработке легких маломощных двигателей подключился Центральный институт авиационного моторостроения ЦИОМ им. А.В. Баранова. Принимаются правительством программы помощи производителям техники для АОН. Мелькают в печати и на телевидении самолеты отечественной разработки. Мелькают и пропадают. Где-то они летают, где-то их испытывают.
Только вот на полевых площадках и аэродромах АОН, по-прежнему Цессны, Робинсоны да Текнамы иноземные летают. А машины российской разработки, не считая конечно Яков, смотрятся скорее как диковинка. И, как и в предыдущие года, все говорят и пишут об отсутствии отечественного легкого двигателя. Почему бы, хотя бы не сделать, как делали в прежние, советские времена. Огромная страна не стеснялась взять иностранный двигатель, приспособить его под возможности нашего производства, что-то улучшить, где-то потерять в качестве, но на выходе иметь наш, отечественный двигатель, который сможет послужить образцом и прототипом для целой линейки модернизированных движков. Отечественная история развития авиации, полна подобных примеров, и даже нет смысла их здесь приводить.
А где же воз?
Итак, в огромной стране, практически не осталось инфраструктуры для производства поршневых двигателей малой мощности. Таких, которые были бы способны поднять нашу малую авиацию и поставить ее что называется «на крыло».
Однако выход есть и из этой ситуации. Выход быть может не самый быстрый, и простой, но есть. Это разработка своих, отечественных микро и минидвигателей ГТД (газотурбинный двигатель).
Огромные холдинги, консорциумы и всевозможные ФГУП (кто не знает это Федеральное Государственное Унитарное Предприятие), изучают проблему, разрабатывают концептуальные проекты, создают предприятия с иностранным участием и осваивают государственные инвестиции. Вероятно, по прошествии энного количества времени мы на выходе всех этих корпоративных усилий и получим какой-то готовый продукт.
ЦИАМ ведет НИОКР
ФГУП "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И.Баранова" широким фронтом ведет НИОКР создания перспективных газотурбинных и поршневых двигателей в интересах разработчиков беспилотных летательных аппаратов, самолетов и вертолетов малой авиации. "АвиаПорт" приводит систематизированное изложение выступлений начальника сектора ЦИАМ (малоразмерные ГТД) Владимира Ломазова и начальника сектора ЦИАМ (ПД) Александра Костюченкова на II международной конференции "Беспилотная авиация - 2015".
«…Работы по перспективным поршневым двигателям
В России в настоящее время полностью отсутствует производство поршневых авиадвигателей для беспилотников и легких самолетов и вертолетов, что заставляет отечественных конструкторов применять авиадвигатели зарубежного производства. В связи с огромной потребностью в таких двигателях, ЦИАМ проводит НИОКР и прорабатывает проекты перспективных поршневых авиадвигателей в интересах их применения на беспилотных летательных аппаратах, легких самолетах и вертолетах».
«…Основные требования к авиадвигателям
Основными критериями при создании перспективных двигателей являлись стоимость эксплуатации, назначенный межремонтный ресурс и топливная эффективность, которые в совокупности определяют расходы на летный час. Проведенные расчеты показали, что для двигателей такого класса стоимость летного часа должна быть не более 500 рублей за час полета (без учета стоимости ГСМ), технический ресурс должен составить не менее 8000 часов. При таких показателях стоимость жизненного цикла составит 3,2 млн. рублей в сегодняшних ценах».
«…Новые технологии создания малоразмерных ГТД
ЦИАМ проводит работы по внедрению новейших технологий для снижения массы, повышения качества отдельных узлов и деталей. Подтверждено снижение себестоимости изготовления колеса компрессора почти в 20 раз против классического колеса с вставными лопатками. За счет применения современных технологий литья цена ротора уменьшена примерно в 15-18 раз по сравнению с ротором стандартной вспомогательной силовой установки такой же размерности, которая стоит на отечественных самолетах. В качестве опытного образца изготовлен и будет испытываться на стенде стартер-генератор с возможностью раскручивания до 90 тысяч оборотов, который ставится на вал без редуктора и существенно уменьшает массу двигателя. Он обеспечивает мощность до 4 кВт и имеет массу всего лишь 700 грамм, против сегодняшних 10 кг».
(по материалам портала aviaport httр://www.аviaport.ru/nеws/2015/05/08/338921.html
Лаборатория интеллектуальной механики "Аудит Аналитик" (АА+)
За этим интригующим названием, скрывается группа энтузиастов, которые разработали, создали, и в данный момент уже испытывают первый опытный образец микро ГТД.
Сергей Журавлев Генеральный директор, вдохновитель и генератор идей Лаборатории со своим детищем в руках.
Вот что говорит про свою команду Сергей Журавлев, Генеральный директор Лаборатория интеллектуальной механики "Аудит Аналитик" (АА+):
«Кто Мы?
Команда разработчиков моделей и прототипов сложных систем (экосистем), и алгоритмов управления ими, как в технической, так и в гуманитарной сферах.
Наши компетенции опираются на собственную концепцию организации научно-конструкторского сообщества, распределённого (сетевого) производства и непрерывного процесса совершенствования линейки высокотехнологичных продуктов в испытательно-монтажном комплексе. Мы не считаем нужным покупать станки и строить завод. В России уже так много избыточных производственных мощностей, и покупок новейшего оборудования, что их надо загружать работой».
Сергей полон оптимизма и здорового реализма, и у него есть для этого все основания.
«Нам выдался редкий шанс войти в мировую элиту производителей малых турбин. Минимизация и локализация, роботизация и автономия – тренды XXI века, в которые пока ещё можно встроиться на равных с лидерами энергообеспечения малого авиастроения, беспилотной авиации, локальной энергетики. В России очень сильные физическая и математическая, материаловедческая и инженерная школы. Их потенциал позволяет в минимальном объёме турбины, достичь максимальных, значений эффективности, в первую очередь эксплуатационной, малыми силами и средствами».
Опытный образец ГТД малой тяги серии МкА
Следует отметить, что разработка газотурбинных установок малой тяги лишь одно из направлений, которым занимается Лаборатория АА+, и этот проект полностью частный, и быть может именно поэтому после всех расчетов, проработок и проб, они имеют на выходе уже готовый опытный образец.
Вот так буднично, на подоконнике, на тетрадке с расчетами и схемами уместился первый опытный ГТД малой тяги марки МкА. Родоначальник серии двигателей разной мощности, которые можно будет применять в различных отраслях.
Двигатель уже проходит испытания на стенде в лаборатории. Вот некоторые его параметры, которые уже четко определены:
Основные данные опытного образца ГТД малой тяги серии МкА (микро авиационный):
Вес – 2060 гр.
Длина – 324.00 мм
Диаметр основной – 115.00 мм
Ширина с пилонами – 128.00 мм
Рабочие характеристики:
Тяга максимальная – 200 N
Тяга рабочая – 160 N
Расход топлива (на макс. тяге) – 460.00 ml \ min
Используемое топливо – керосин\дизельное топливо
Максимальные скорость вращения – 120 000 об\мин
«Разработанный двигатель отличается от изучавшихся нашим КБ аналогов, конструктивом, материалами, характеристиками. А также заранее продуманной интеграцией в ряд изделий».
Дмитрий Рыбаков
заместитель директора по инновациям Группы компаний “Беспилотные системы”
В Группе компаний «Беспилотные системы» настолько уверены в перспективности серии двигателей разработки Лаборатории, что начали проектирование перспективного БПЛА специально под них.
Я абсолютно уверен, что через некоторое время, мы увидим, легкие, мощные и экономичные двигатели Лаборатории АА+ не только на легких самолетах, автожирах и вертолетах, но и на большой авиационной технике.
В заключении хотелось бы привести еще одно высказывание Сергея Журавлева.
| Виталий Селиванов
, заслуженный летчик-испытатель РФ |
Паровоз не может быть красивее своего котла» – так в начале века говорили инженеры-паровозостроители. На заре авиации из-за отсутствия легкого двигателя летать начинали на планерах с гор, используя потоки обтекания. Только создание легкого, работающего на бензине, двигателя внутреннего сгорания, наконец, дало старт аппаратам тяжелее воздуха. Бензиновый двигатель (с запасом топлива) был в десять раз легче, чем такой же по мощности двигатель электрический с аккумулятором или паровой с водой и топливом. Братья Райт, французы, немцы, а за ними и в России, кстати, только летом 1910 года, сто лет назад взлетело три аппарата: А.С. Кудашева, Я.М. Гаккеля и И.И. Сикорского. Правда, на всех аппаратах были импортные бензиновые двигатели «Анзани» 25 и 35 л.с. |
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.
3rd Сентябрь 2010 16:14. Категория , Просмотров: 1372Работа 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…
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.
