ОДК представила на HeliRussia новейшие российские двигатели для вертолетов

В настоящее время такие агрегаты бывают двух типов. Первый вид – это поршневые или же двигатели внутреннего сгорания. Второй вид – воздушно-реактивные моторы. Кроме того, в качестве вертолетного двигателя может выступать еще и ракетный. Однако он обычно применяется не в качестве основного, а кратковременно включается в работу машины, когда необходима дополнительная мощность, к примеру, во время посадки или же взлета техники.

Раньше довольно часто использовались турбовинтовые двигатели для установки на вертолеты. У них была одновальная схема, однако они достаточно сильно стали вытесняться другими типами оборудования. Особенно сильно это стало заметно на многодвигательных вертолетах. На такой технике наиболее широкое распространение получили двухвальные турбовинтовые вертолетные двигатели с так называемой свободной турбиной.

Импортозамещение

Распад СССР привел к разрушению некогда единого советского авиастроительного комплекса, и последствия этого не преодолены до сих пор. Как известно, одним из основных поставщиков двигателей для российских вертолетов остается украинская (Запорожье). Эти двигатели производятся в кооперации с российскими поставщиками, Россия остается для крупнейшим рынком сбыта своей продукции, и сворачивание сотрудничества негативно сказалось бы как на российском вертолетостроении, так и на самой . Однако в экономику вмешивается политика, и напряженные отношения между Россией и Украиной делают ситуацию малопредсказуемой.

«Мотор Сич» продолжает поставлять для холдинга «Вертолеты России» готовые вертолетные двигатели ВК-2500 и ТВ3-117В в рамках подписанного в 2011 году контракта, который предусматривает поставку в Россию в 2012-2016 годах около 1300 двигателей. По информации из , эти двигатели не попали под запрет на поставки военной продукции в Россию, введенный властями Украины летом прошлого года, однако поставки проходят обязательное одобрение службы экспортного контроля Украины, и устанавливаются двигатели украинского производства исключительно на вертолеты, предназначенные для экспорта.

Очевидно, что Россия заинтересована в развитии собственного серийного двигателестроительного производства — его осваивает , расположенная в Санкт-Петербурге и входящая в Объединенную двигателестроительную корпорацию (ОДК). Особенно актуально вопрос стоит о турбовальных двигателях ВК-2500 мощностью до 2,4 тыс. л. с. на взлетном режиме, поскольку они устанавливаются на ударные вертолеты Ми-35М, Ми-28Н и Ка-52, которые выпускаются холдингом «Вертолеты России» по заказам Минобороны РФ. В 2011 году вертолетный холдинг подписал соглашение с ОДК на поставку двигателей для вертолетов марок «Ми» и «Ка» до 2021 года.

Сборка полностью российских двигателей ВК-2500 началась в 2012 году на новом производстве в Шувалово, одном из районов Санкт-Петербурга, в рамках программы «Петербургские моторы». Проектная мощность завода в Шувалово составляет около 450 двигателей в год. Надо признать, что эта программа развивается не так быстро, как ожидалось. Предполагалось, что уже в 2013 году «Климов» выпустит 50 полностью отечественных ВК-2500, однако за 2014 год и начало 2015 года было собрано всего 10 двигателей. По информации ОДК, на двух из них проведены квалификационные испытания, сейчас идут утверждение отчета об испытаниях и передача конструкторской документации в полном объеме для запуска серийного производства. В планы ОДК входит выпуск в 2015 году еще не менее 50 серийных двигателей исключительно из российских комплектующих.

Однако полностью потребности заказчика — холдинга «Вертолеты России» — это не удовлетворит, поэтому «Мотор Сич» будет продолжать поставки комплектов двигателя ВК-2500 и его предыдущей модификации ТВ3-117. При этом ОДК расширяет состав кооперации с российской стороны. Нарофоминский машиностроительный завод занимается производством компрессорных лопаток, а компрессоры будет выпускать не только ММП им. В. В. Чернышева, поскольку его производственных мощностей недостаточно, но и НПЦ газотурбостроения «Салют».

Объединенная двигателестроительная корпорация активно продолжает работы над новейшей модификацией ВК-2500ПС, предназначенной для установки на вертолет Ми-171А2. По информации ОДК, эти двигатели сейчас проходят программу сертификационных испытаний, ожидается, что к осени она будет выполнена в полном объеме и двигатель ВК-2500ПС получит сертификат типа.

Что касается другого перспективного проекта — двигателя ТВ7-117В для новейшего вертолета Ми-38, то ОДК планирует завершить сертификацию этого двигателя с ресурсом 1 тыс. ч в конце года. Однако сроки поставок вертолета Ми-38 поджимают — завершение работ по его созданию в текущем году будет дополнительно профинансировано, благодаря чему суммарный объем выделенных средств в 2015 году составит 2,71 млрд руб. (в 3,3 раза больше, чем предполагалось ранее): из федерального бюджета — 1,48 млрд руб. (рост в 6,2 раза), а из внебюджетных источников — 1,23 млрд руб. (рост в 2,1 раза). Два первых Ми-38 должны быть готовы в первом квартале 2021 года. Поэтому «Вертолеты России» и ОДК согласовали ускоренную программу, в соответствии с которой до конца второго квартала текущего года должен быть оформлен сертификат типа на двигатели ТВ7-117 с ограниченным ресурсом 100 ч. После этого будет выполнен весь комплекс испытаний, чтобы к концу года получить полноценный сертификат типа.

В настоящее время ОДК и «Вертолеты России» обсуждают контракт на поставку 50 двигателей ТВ7-117В, однако пока нет информации о том, каковы будут сроки его исполнения и стоимость. Вероятно, все условия будут согласованы до конца мая, при этом поставка первых серийных двигателей едва ли начнется раньше второго-третьего кварталов 2021 года, поскольку пока двигатель формально не прошел испытания и выдать документацию предприятию-изготовителю удастся только к середине лета или к осени.

Среди программ ОДК, рассчитанных на более далекую перспективу, следует отметить работу над двигателем ВК-2500М. Хотя его название отличается от названия других двигателей семейства ВК-2500 только одной буквой, это фактически новый двигатель с новыми компрессором, компрессорной и свободной турбинами, системой управления и другими усовершенствованиями, которые позволят достичь новых ресурсных показателей. ВК-2500М разрабатывается в двух модификациях, отличающихся тем, в какую сторону — вперед или назад — выведен вал свободной турбины для передачи мощности на редуктор, так что новый двигатель можно будет использовать на вертолетах «Ми» и «Ка». Работа над ВК-2500М началась как первый этап создания двигателя для перспективного скоростного вертолета (ПСВ), но финансирование этого проекта по ряду причин было заморожено осенью прошлого года. Тем не менее работа над двигателем продолжается, и в случае успешного ее завершения и получения хороших технических параметров появится возможность провести качественную ремоторизацию практически всего парка российских вертолетов.

Второй этап программы для ПСВ — совершенно новый двигатель. Пока идет проектирование его основных узлов — в частности, разрабатываются новые центробежный компрессор и камера сгорания, изучается применение новых технологий, например аддитивной 3D-печати. По информации из ОДК, если будет решено возобновить программу ПСВ, опытно-конструкторские работы над новым двигателем к этому моменту будут в завершающей фазе.

Еще одно перспективное направление — двигатель для тяжелого вертолета. Как ранее говорил в интервью «Авиатранспортному обозрению» гендиректор ОДК Владислав Масалов, корпорация готова оснастить двигателем российско-китайский тяжелый транспортный вертолет, рамочное соглашение о создании которого подписано в начале мая. Речь идет о турбовальном двигателе ПД-12В, который планируется разработать на базе газогенератора ПД-14 — турбовентиляторного двигателя, создаваемого для перспективного узкофюзеляжного самолета МС-21.

ПД-12В также рассматривается как возможная замена двигателю Д-136 производства украинского предприятия «Мотор-Сич», которым сейчас оснащается тяжелый вертолет Ми-26. В конце прошлого года ОДК провела с «Вертолетами России» предварительный анализ возможности разработки нового мотора, однако техническое задание на него пока не сформулировано. Кроме того, поскольку объем заказов, как внутренних, так и экспортных, на вертолет Ми-26 остается небольшим, целесообразность его ремоторизации пока под сомнением. Разумеется, при условии старта работ над новым двигателем в рамках российско-китайского проекта ситуация бы в корне изменилась.

В сегменте двигателей для легких вертолетов активного движения пока не наблюдается. Программа разработки нового двигателя ВК-800В для «Ансата» и Ка-226 находится, как говорят в ОДК, в инициативной фазе, то есть она не закрыта, но и активные работы по ней не ведутся. Пока эти вертолеты комплектуются импортными двигателями (кстати, в начале апреля АР МАК сертифицировал вертолет Ка-226Т с двигателями Arrius 2G1 французского производителя Turbomeca, входящего в группу Safran), но если «Вертолеты России» поставят четкую задачу, то ОДК готова выполнить все работы над этим двигателем в течение примерно трех лет.

Алексей Синицкий, главный редактор журнала «Авиатранспортное обозрение», специально для «Ъ»

Двухвальные агрегаты

Отличительная черта таких устройств была в том, что у турбокомпрессора отсутствовала прямая механическая связь с несущим винтом. Применение двухвальных турбовинтовых агрегатов считалось довольно эффективным, так как они позволяли наиболее полно использовать силовое устройство вертолета. Все дело в том, что в таком случае частота вращения несущего винта техники не зависела от частоты вращения турбокомпрессора, это в свою очередь позволяло подбирать оптимальную частоту под каждый режим полета отдельно. Если говорить другими словами, то двухвальный турбовинтовой вертолетный двигатель обеспечивал эффективную и надежную работу силовой установки.

Двигатель вертолета

Двигатель вертолета служит для вращения несущего винта. Если на вертолете имеется несколько несущих винтов, то они могут приводиться во вращение от одного общего двигателя или каждый от отдельного двигателя, но так, чтобы вращение винтов было строго синхронизировано.

Назначение двигателя на вертолете отличается от назначения двигателя на самолете, автожире, дирижабле, так как в первом случае он вращает несущий винт, посредством которого создает как тягу, так и подъемную силу, в остальных же случаях он вращает тянущий винт, создавая только тягу «ли силу реакции газовой струи (на реактивном самолете), также дающей только тягу.

Если на вертолете установлен поршневой двигатель, то в его конструкции должен быть учтен ряд особенностей, присущих вертолету.

Вертолет может летать при отсутствии поступательной скорости, т. е. висеть неподвижно относительно воздуха. В этом случае отсутствует обдув и охлаждение двигателя, водо-радиатора и маслорадиатора, в результате чего возможен перегрев двигателя и выход его из строя. Поэтому на вертолете целесообразней применять двигатель не водяного, а воздушного охлаждения, так как последний не нуждается в тяжелой и громоздкой системе жидкостного охлаждения, для которой на вертолете потребовались бы очень большие поверхности охлаждения.

Двигатель воздушного охлаждения, обычно устанавливаемый на вертолете в туннеле, должен иметь привод для вентилятора принудительного обдува, который обеспечивает охлаждение двигателя на режиме висения и при горизонтальном полете, когда скорость относительно невелика.

В этом же туннеле устанавливается маслорадиатор. Регулировка температуры двигателя и масла может осуществляться путем изменения величины входного или выходного отверстий туннеля при помощи подвижных заслонок, управляемых из кабины летчика вручную или автоматически.

Авиационный поршневой двигатель обычно имеет номинальное число оборотов порядка 2000 в минуту. Понятно, что полное число оборотов двигателя на винт передавать нельзя, так как при этом концевые скорости лопастей будут настолько велики, что вызовут возникновение скоростного срыва потока. Из этих соображений число М на концах лопастей должно быть не более 0,7—0,8. Кроме того, при больших центробежных силах несущий винт был бы тяжелой конструкции.

Подсчитаем, какова величина максимально допустимых оборотов несущего винта диаметром в 12 м, при которых число М концов лопастей не превышает 0,7 для высоты полета в 5000 м при скорости полета в 180 км/час,

Итак, двигатель для вертолета обязательно должен иметь редуктор с высокой степенью редукции.

На самолете двигатель всегда жестко соединен с винтом. Прочный, малого диаметра цельнометаллический винт легко выдерживает рывки, сопровождающие запуск поршневого двигателя, когда он резко набирает несколько сот оборотов. Винт вертолета, имеющий большой диаметр, далеко разнесенные от оси вращения массы п, следовательно, большой момент инерции, не рассчитан на резкие переменные нагрузки в плоскости вращения; при запуске может произойти повреждение лопастей от пусковых рывков.

Поэтому необходимо, чтобы в момент запуска несущий винт вертолета был отсоединен от двигателя, т. е. двигатель должен запускаться вхолостую, без нагрузки. Обычно это осуществляется введением в конструкцию двигателя фрикционной и кулачковой муфт.

Перед запуском двигателя муфты должны быть выключены, при этом вращение вала двигателя на несущий винт не передается.

Однако без нагрузки двигатель может развить очень большие обороты (дать раскрутку), которые вызовут его разрушение. Поэтому при запуске до включения муфт нельзя полностью открывать дроссельную заслонку карбюратора двигателя и превышать установленное число оборотов.

Когда двигатель уже запущен, необходимо соединить его с несущим винтом посредством фрикционной муфты.

В качестве фрикционной муфты может служить гидравлическая муфта, состоящая из нескольких металлических дисков, покрытых материалом, обладающим высоким коэффициентом трения. Часть дисков соединена с валом редуктора двигателя, а промежуточные диски соединены с приводом главного вала к несущему винту. До тех пор, пока диски не сжаты, они свободно проворачиваются относительно друг друга. Сжатие дисков осуществляется поршнем. Подача масла с высоким давлением под поршень заставляет поршень передвигаться и постепенно сжимать диски. При этом крутящий момент от двигателя передается на винт постепенно, плавно раскручивая винт.

Счетчики оборотов, установленные в кабине, показывают числа оборотов двигателя и винта. Когда обороты двигателя и винта равны, это означает, что диски гидравлической муфты плотно прижаты друг к другу и можно считать, что муфта соединена по типу жесткого сцепления. В этот момент может быть плавно (без рывков) включена кулачковая муфта.

Наконец, для обеспечения возможности самовращения, несущего винта надо, чтобы винт автоматически отключался от двигателя. До тех пор, пока двигатель работает и вращает винт, кулачковая муфта находится в зацеплении. При отказе же двигателя его обороты быстро уменьшаются, но несущий винт некоторое время по инерции продолжает вращение с тем же числом оборотов; в этот момент кулачковая муфта выходит из зацепления.

Несущий винт, отсоединенный от двигателя, может продолжать затем вращение на режиме самовращения.

Полет на режиме самовращения с учебными целями производится при выключенном двигателе или при работающем двигателе, в последнем случае обороты его уменьшаются настолько, чтобы винт (с учетом редукции) делал большее число оборотов, чем коленчатый вал двигателя.

После посадки вертолета обороты двигателя сначала уменьшаются, выключается муфта сцепления, а затем останавливается двигатель. При стоянке вертолета винт всегда должен быть заторможен, иначе он может начать вращаться от порывов ветра.

Мощность двигателя вертолета расходуется на преодоление сопротивления вращения несущего винта, на вращение рулевого винта (6—8%), на вращение вентилятора (4—6%) и на преодоление потерь в трансмиссии (5—7%).

Таким образом, несущий винт использует не всю мощность двигателя, а только часть ее. Использование винтом мощности двигателя учитывается коэффициентом, который показывает, какую часть мощности двигателя использует несущий винт. Чем выше этот коэффициент, тем более совершенна конструкция вертолета. Обычно = 0,8, т. е. винт использует 80 % мощности двигателя:

Мощность поршневого двигателя зависит от весового заряда воздуха, всасываемого в цилиндры, или от плотности окружающего воздуха. В связи с тем, что с поднятием на высоту плотность окружающего воздуха уменьшается, постоянно падает также мощность двигателя. Такой двигатель носит название невысотного. С поднятием на высоту 5000—6000 м мощность такого двигателя уменьшается примерно вдвое.

Для того чтобы до определенной высоты мощность двигателя не только падала, а даже увеличивалась, на магистрали всасывания воздуха в двигатель ставят нагнетатель, повышающий плотность всасываемого воздуха. За счет нагнетателя мощность двигателя до определенной высоты, называемой расчетной, возрастает, а затем падает так же, как у невысотного.

Нагнетатель приводится во вращение от коленчатого зала двигателя. Если в передаче от коленчатого вала к нагнетателю имеются две скорости, причем при включении второй скорости увеличиваются обороты нагнетателя, то с поднятием на высоту можно дважды обеспечивать повышение мощности. Такой двигатель имеет уже две расчетные высоты.

На вертолетах, как правило, устанавливаются двигатели с нагнетателями.

Реактивный привод винта

В вертолетах также используется реактивный привод винта. В таком случае окружное усилие будет прикладываться непосредственно к самим лопастям винта, не применяя при этом тяжелой и сложной механической трансмиссии, которая бы заставляла вращаться весь винт целиком. Чтобы создать такое окружное усилие, используются либо автономные реактивные двигатели, которые располагаются на лопастях несущего винта, либо прибегают к истечению газа (сжатому воздуху). В данном случае выходить газ будет через специальные сопловые отверстия, которые располагаются на конце каждой лопасти.

Что касается экономичной работы реактивного привода, то здесь она будет уступать механическому. Если выбирать наиболее экономичный вариант только среди реактивных устройств, то лучшим является турбореактивный двигатель, который располагается на лопастях винта. Однако конструктивно создать такое приспособление оказалось слишком трудно, именно поэтому широкого практического применения такие приборы не получили. Из-за этого заводы вертолетных двигателей не стали заниматься его массовым производством.

Системы управления коллективным шагом

В первой статье мы уже обсуждали способы управления радиоуправляемым вертолетом в горизонтальной и вертикальной плоскости. Вспомним, что для вертикального управления вертолетом применяют системы с фиксированным и коллективным шагом. В системе фиксированного шага увеличение тяги несущего винта происходит исключительно только за счет изменения мощности ( соответственно и числа оборотов) двигателя. Такие системы применялись на первых моделях вертолетов, например, уже упоминавшихся здесь «Хью Кобра» и «Хеликс» и на микровертолетах с электроприводом. Основное преимущество системы с фиксированным шагом, это простота конструкции головки несущего винта и возможность применения простой 4-5-канальной радиоаппаратуры, практически без специальных функций. К недостаткам моделей с фиксированным шагом следует отнести сложность управления и невозможность выполнения всего комплекса высшего пилотажа.

В системах с коллективным шагом управление тягой несущего винта осуществляется согласованным управлением общего шага и мощностью двигателя. Радиоуправляемые вертолеты данной системы могут выполнять полет любой сложности, легко управляются, но требуют радиоаппаратуру со специальными функциями. В моделях данного класса управление оборотами двигателя и шагом лопастей несущего винта осуществляется одной ручкой. Обе эти функции на вертолете выполняют две раздельные рулевые машинки, подключенные к разным каналам приемника. Между величинами изменения шага и газа нет линейной зависимости. Например, начинающие моделисты для освоения висения и уменьшения риска повреждения модели используют следующие пропорции между величиной шага и мощностью двигателя:

На первых моделях вертолетов необходимые пропорции достигались механическим способом, применением различных приспособлений на модели. В настоящее время эти пропорции можно устанавливать с помощью специальных функций на передатчике. Методику такой регулировки мы рассмотрим в следующей статье.

На современных моделях вертолетов для управления коллективным шагом применяются две системы:

• В первой, управление коллективным шагом производится от отдельной рулевой машинки с помощью специальной тяги размещенной внутри или в специальной канавке вала несущего винта. При этом аппарат перекоса вертикально по валу не перемещается, а наклоняясь в нужную сторону двумя рулевыми машинками изменяет циклический шаг лопастей несущего винта. Такая система применяется практически на всех моделях Американского и Японского производства, например, на вертолетах Concept, Nexus, Ergo.
• Во второй, аппарат перекоса перемещается по валу вверх-вниз изменяя коллективный шаг, а наклоняясь — управляет циклическим шагом. Эта система управления имеет несколько вариантов по способам совмещения работы рулевых машинок и количеству точек подвески аппарата перекоса. Такая система широко применяется на моделях немецкого производства.

Первая система по сравнению со второй, как правило, имеет более сложную конструкцию, однако позволяет использовать радиоаппаратуру с меньшим количеством функций смешивания (микширования). Во второй системе микширование работы рулевых машинок осуществляется либо электронным (в передатчике), либо механическим (на вертолете) способами. При электронном смешивании в управлении коллективным и циклическим шагом участвуют все три рулевые машинки. В этом случае аппарат перекоса имеет три точки подвески сдвинутые друг от друга либо на угол в 90 0, либо на угол в 120 0. В последнем случае нагрузка от аппарата перекоса равномерно распределяется между рулевыми машинками. Но в любом случае все три рулевых машинки должны иметь одинаковые характеристики. Незначительным недостатком электронного микширования является то, что рулевые машинки даже одинакового типа не всегда работают с одинаковой скоростью. Однако эта разница столь незначительна, что в практике любителя практически не заметна. Отсутствие же дополнительных механических рычагов и тяг повышает надежность системы управления, упрощает обслуживание и ремонт в случае аварии. Существуют и другие способы микширования, например полуэлектронный.

Первые модели турбовальных устройств

Первые турбовальные двигатели были созданы еще в 60–70 гг. Необходимо упомянуть, что в то время такое оборудование полностью отвечало всем запросам не только гражданской авиации, но и военной. Такие агрегаты были способны обеспечить паритет, а в некоторых случаях и превосходство над изобретениями конкурентов. Наиболее массовое производство вертолетных двигателей турбовального типа обеспечивалось за счет сборки модели ТВ3-117. Стоит отметить, что этот аппарат имел несколько разных модификаций.

Кроме него, хорошее распространение получила также модель Д-136. До выхода этих двух моделей выпускались Д-25В и ТВ2-117, однако на тот момент они уже не могли оказать конкуренцию новым двигателям, а потому их производство прекратили. Однако справедливо будет сказать, что их было выпущено достаточно много, и они все еще установлены на тех видах воздушного транспорта, которые были выпущены достаточно давно.

Градация оборудования

В середине 80-х годов возникла необходимость в унификации устройства вертолетного двигателя. Чтобы решить поставленную задачу, все турбовальные и турбовинтовые двигатели, имеющиеся на тот момент, было решено привести к общему типоразмерному ряду. Данное предложение было принято на правительственном уровне, а потому возникло деление на 4 категории.

Первая категория – это устройства мощностью 400 л. с., вторая – 800 л. с., третья – 1600 л. с. и четвертая – 3200 л. с. Помимо этого, было разрешено создание еще двух моделей вертолетного газотурбинного двигателя. Их мощность составляла 250 л. с. (0 категория) и 6000 л. с. (5 категория). Кроме этого, подразумевалось, что каждая категория этих устройств будет способна формировать мощность на 15–25 %.

Контекст

Среди перспективных направлений работы «ОДК-Климов» двигатели ВК-650В и ВК-1600В, в классе которых представлены иностранные производители — Arrius и PW-207. Директор по производству АО ОДК Валерий Теплов отмечает, что это коммерческая задача — пользуясь имеющимися технологиями, разработать под их целевую себестоимость двигатели ВК-650В и ВК-1600В.

Это двигатели для вертолетов Ка-226, Ка-62, «Ансат», поясняет исполнительный директор «ОДК-Климов» Александр Ватагин: как согласовано в техническом задании с «Вертолетами России», они должны вставать «один в один». Сейчас на легких вертолетах Ка-226 и «Ансат» устанавливается по два двигателя зарубежного производства: Arrius 2G1 (мощностью 580 л. с.) французской компании Safran и PW207K (мощностью 630 л. с.) Pratt & Whitney Canada, средний Ка-62 оснащается двигателями от Safran. На Ка-62 предполагается ставить ВК-1600В, на Ка-226 и «Ансат» — ВК-650В.

По ВК-650В стоит задача до конца 2021 года сделать двигатель-демонстратор и поставить его на стенд, срок сертификации — 2023 год, напомнил господин Ватагин. Через два месяца после демонстратора ВК-650В будет создан демонстратор ВК-1600В. Он подчеркивает, что, поскольку проект разрабатывается в очень сжатые сроки и со сжатым бюджетом, рассчитывать на внедрение новых элементов сложно, тем не менее для ВК-650В аддитивные технологии будут применяться в демонстраторе, дальнейшее их использование не определено. Он также добавляет, что ВК-1600В был разработан без плоских чертежей, в PMI-формате, как это делалось для ПД-14.

Также «Климов» начал работу по гибридной силовой установке. «В мире уже есть компании, которые занимаются разработкой подобных решений, и мы понимаем, что за этим будущее. Чтобы завтра зайти с конкурентоспособным багажом, мы тоже должны это делать»,— говорит Валерий Теплов. Он отмечает, что решение о начале НИР уже принято на проектном комитете, предварительно разработка обойдется в 0,5 млрд руб. По сравнению с традиционным двигателем гибрид позволяет существенно увеличить ресурс газотурбинного двигателя, снизить эксплуатационные расходы, вредные выбросы и расход топлива, добавляет он. НИР займет два года, поясняет Александр Ватагин, и в течение этого времени компания создаст работающий демонстратор, чтобы у компании было техзадание под конкретный объект, его размерность и мощность. Предполагается, что в ходе НИР будет закладываться мощность около нескольких сотен лошадиных сил. «По газотурбинной части мы планируем, что будем использовать двигатель в классе мощности 400–800, который как раз создавался в рамках проекта ПДВ как демонстратор с применением аддитивных технологий». Силовая установка, в частности, может быть использована на легких БПЛА, многоцелевых вертолетах и самолетах местных воздушных линий, а также самолетах типа Ил-112В или Ил-114300.

Традиционно вертолетные двигатели производились на Украине на предприятии «Мотор Сич», однако по большинству типов советских и российских вертолетов было произведено замещение. Валерий Теплов отметил, что подобного запроса для сверхтяжелого вертолета Ми-26 пока нет: «Спрос носит ограниченный характер, и его мы закрываем уже эксплуатируемыми в парке двигателями».

Дальнейшее развитие

Для того чтобы полностью обеспечить развитие и строительство новых моделей, ЦИАМ провела достаточно обширную научно-исследовательскую работу. Это позволило получить научно-технический задел (НТЗ), по которому будет идти развитие данного направления.

В таком НТЗ указывалось, что принцип работы вертолетных двигателей будущих поколений должен строиться на простом принципе термодинамического цикла Брайтона. В этом случае развитие и строительство новых агрегатов будет перспективным. Что касается конструктивного исполнения новых моделей, то они должны быть с одновальным газогенератором, а силовая турбина с выводом вала мощности вперед через данный газогенератор. Кроме этого, в конструкцию должен входить и встроенный редуктор.

В соответствии со всеми требованиями научно-технического задела на Омском МКБ были начаты работы по изготовлению такой модели двигателя для вертолета, как ТВ ГДТ ТВ-0-100, мощность этого аппарата должна была составлять 720 л. с., а применять его было решено на такой машине, как Ка-126. Однако в 90-е годы все работы были остановлены, несмотря на то что в тот период устройство было достаточно совершенным, а также имело возможность форсировать мощность до таких показателей, как 800–850 л. с.

Применение

Нашел себе применение турбовальный двигатель и на земле. Правильнее даже говорить, что именно на земле он изначально и использовался, и только после появления авиации, как таковой, «переселился» на небо. Его можно встретить и на транспорте, и на различных магистральных станциях, где он обычно используется, как альтернатива дизельного двигателя. В сравнении с дизелем ТВД более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера.

ТВаД успешно используется в качестве нагнетателя природного газа на газоперекачивающих станциях. Его нередко можно увидеть на крупных газовых магистралях. Одна из последних разработок газовая турбина T16, мощностью 16 МВт. Короткое видео с применением турбовального двигателя в электроэнергетики.

Основные показатели:

• 16,5 МВт — мощность на валу.
• 37% — КПД, механический привод.
• 36% — КПД, электрический (простой цикл).
• 80% — КПД, комбинированное производство электроэнергии и тепла
• 200 000 часов — полный жизненный цикл
• выбросы NOx — не более 25 ppm.

Турбовальные двигатели используются в мобильных электростанциях для привода генератора. Электростанции с данным двигателем занимают меньший объем, аналогичной электростанции с традиционными двигателями.

Несмотря на то, что в большинстве случаев турбовальные двигатели описываются, как силовые установки вертолетов, их применение не ограничено только ими. Частенько ТВаД играет роль не основного движителя, а вспомогательной установки. Такими установками обычно оснащаются самолеты, а используются они для питания энергией основных систем судна при его наземном обслуживании. То есть, когда самолет находится на земле, не обязательно запускать его основные моторы для получения электричества или создания давления в гидросистемах, для этого достаточно запуска такой небольшой установки. Также ТВаД используется в качестве пускового агрегата, который проворачивает ротор турбины при запуске. В этом случае он имеет название турбостартер.

Вид железнодорожного транспорта, на который устанавливается ТВаД, носит название газотурбовоз. Принцип его работы заключается в том, что турбовальный двигатель вращает вал генератора, вырабатывающего электрический ток. Ток поступает на электромоторы, которые, по сути, и являются основной силовой установкой. История газотурбовозов началась в 60-е годы, когда были сконструированы первые опытные образцы, правда, потом они уступили место более известным сейчас электровозам. Вместе с тем с 2007 года возобновились работы по созданию газотурбовозов, и даже был создан пробный экземпляр, работающий на сжиженном газе. Его испытания прошли успешно, так что в скором будущем, возможно, он будет выпускаться серийно.

Не обошли стороной ТВаД и создатели военной наземной техники. Некоторые танки, в том числе и отечественный Т-80 и американский М1 Abrams, оснащены ТВаД. Короткое видео разработки, внедрения и применения турбовального двигателя на танке.

Турбовальные двигатели также используются и на водном транспорте, называемом газотурбоходами. К ним относятся суда на воздушной подушке или на подводных крыльях. Наиболее известным отечественным газотурбоходом является военное судно «Зубр» — наиболее крупный десантный корабль на воздушной подушке. Этот гигант известен далеко за пределами России и является мировым рекордсменом среди суден на воздушной подушке по своим габаритам. А вот с отечественными пассажирскими газотурбоходами как-то не сложилось. Судно «Циклон», сконструированное в 80-хх годах, не пережило перестройки и со временем забылось, а новые пассажирские суда, оснащенные ТВаД пока не появились.

Танк Т-80 с газотурбинным двигателем

Десантное судно «Зубр»

Производство на ОАО «Рыбинские моторы»

В это же время на ОАО «Рыбинские моторы» занимались доводкой такой модели двигателя, как ТВ ГДТ РД-600В. Мощность устройства составляла 1300 л. с., а использовать его планировали для такого типа вертолета, как Ка-60. Газогенератор для такого агрегата был выполнен по достаточно компактной схеме, в которую входил четырехступенчатый центробежный компрессор. В нем были 3 осевых ступени и 1 центробежная. Частота вращения, которую обеспечивал такой агрегат, достигала 6000 об/мин. Отличным дополнением было и то, что такой двигатель дополнительно снабжался защитой от пыли и грязи, а также от попадания других посторонних предметов. Данный тип двигателя прошел множество разнообразных испытаний, а его окончательная сертификация была завершена в 2001 году.

Далее стоит отметить, что параллельно с доработкой этого мотора специалисты работали над созданием турбовинтового двигателя ТВД-1500Б, который планировалось применять на вертолетах модели Ан-38. Мощность данной модели всего на 100 л. с. выше и, таким образом, составляла 1400 л. с. Что касается газогенератора, то его схема и комплектация были такими же, как и на модели РД-600В. При их разработке, создании и комплектации планировалось, что они будут составлять базу для семейства таких двигателей, как турбовальные, турбовинтовые.

Мотоцикл с вертолетным двигателем

На сегодняшний день производство различного рода техники продвинулось достаточно широко. Это справедливо практически для всех отраслей, включая производство мотоциклов. Каждый производитель старался всегда сделать свою новую модель более уникальной и оригинальной, чем у конкурентов. Из-за такого стремления не так давно компания Marine Turbine Technologies выпустила первый мотоцикл, в конструкцию которого входил вертолетный двигатель. Естественно, что данное изменение сильно затронуло как конструктивную часть машины, так и ее технические характеристики.

Параметры техники

Естественно, что характеристики мотоцикла, который имеет в своем распоряжении двигатель от вертолета, обладает также уникальными техническими параметрами. Кроме того, что такое нововведение позволило разогнать мотоцикл до практически немыслимых 400 км/ч, есть и другие свойства, на которые также стоит обратить свое внимание.

Во-первых, объем топливного бака у такой модели составляет 34 литра. Во-вторых, вес техники достаточно сильно увеличился и составляет 208,7 кг. Мощность такого мотоцикла составляет 320 лошадиных сил. Максимальная возможная скорость, которую удалось развить на таком аппарате – 420 км/ч, а размер его колесных дисков составляет 17 дюймов. Последнее, о чем стоит сказать, так это о том, что работа вертолетного двигателя сильно сказалась и на процессе разгона, из-за чего техника достигает своего предела за считаные секунды.

Первое такое творение, которое компания Marine Turbine Technologies показала миру, называлось Y2K. Тут можно добавить, что точное время разгона до 100 км/ч занимает всего полторы секунды.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что отрасль по созданию вертолетных двигателей прошла достаточно долгий путь, а нынешнее развитие технологий позволило применять продукцию даже в такой технике, как мотоциклы.