07 Мар ЦИАМ для промышленности: итоги работы в 2018 году

26 февраля 2018 года в Центральном институте авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ) состоялся первый день работы отчетной серии научно-технических советов (НТС), посвященный итогам деятельности подразделений Института за 2018 год.

На совете присутствовали представители ведущих предприятий авиационной отрасли: ФГБУ «Институт имени Н.Е. Жуковского», ФГУП «ЦАГИ», ФГУП «ВИАМ», ОКБ имени А. Люльки, АО «ОДК-Климов», ПАО «НПП «Аэросила» и др.

О результатах тематических работ по созданию научно-технического задела (НТЗ), включая сведения о структуре отдела и кадровом составе, участии сотрудников в конференциях, публикационной активности, отчитались 9 подразделений и Научно-испытательный центр ЦИАМ.

НТЗ для двигателей пятого, шестого поколений и перспективной авиационной техники

Начальник отделения «Авиационные двигатели» Александр Луковников привел основные итоги тематических работ за 2018 год. В частности, в области создания НТЗ по двигателям 5-го и 6-го поколений выполнены расчетно-экспериментальные исследования, в том числе на демонстрационных образцах ряда узлов и систем, для нескольких концепций дозвуковых и сверхзвуковых самолетов 2030-х годов различной пассажировместимости и дальности полета.

Из значимых событий для промышленности руководитель подразделения выделил состоявшуюся в октябре прошлого года сертификацию первого отечественного двигателя пятого поколения, а также начавшуюся разработку технологий для создания демонстратора двигателя большой тяги ПД-35 и проработку вопросов экспериментальных исследований влияния внешних воздействий (кристаллы льда, вулканический пепел) на работоспособность двигателя ПД-14, который в настоящее время проходит валидацию сертификата типа по европейским нормам.

Важные результаты в части разработки и сертификации новой авиационной техники получены при испытаниях полноразмерного отсека крыла пассажирского самолета МС-21 в условиях обледенения. Ведется подготовка к сертификационным испытаниям на обледенение турбовального двигателя ТВ7-117В в составе отсека фюзеляжа вертолета Ми-38.

В качестве достижений отмечено активное участие подразделения в конференциях, конкурсах и издательской деятельности. В минувшем году сотрудники заняли несколько призовых мест в конкурсе ЦИАМ на лучшую НИР, опубликовали более 50 научных статей. Была выпущена монография «Уплотнения газотурбинных двигателей» (автор П.А. Каджардузов).

Технологии для двигателей будущего

Тема электрификации летательных аппаратов (ЛА) сегодня очень популярна во всем мире. Объявлено о разработке более сотни проектов ЛА с электрической или гибридной силовой установкой (СУ). О работах отдела «Электрические (гибридные) силовые установки, системы и летательные аппараты» ЦИАМ рассказал его начальник Антон Варюхин.

Специалисты отдела изучают зарубежный опыт, анализируют и формируют прогноз развития ключевых технологий, необходимых для создания гибридных и электрических СУ для ЛА.

В настоящее время отдел является ведущим по двум крупным НИР. В одной из них, помимо теоретических исследований, выполняется разработка электрической силовой установки на основе водородных топливных элементов для легкого двухместного самолета. Спроектированы и уже почти изготовлены электрический двигатель и его система управления для этой СУ. При мощности 60 кВт двигатель будет иметь массу 20 кг, система управления – 3,5 кг.

Вторая работа посвящена разработке и созданию демонстратора гибридной силовой установки, в которой будет использован электрический двигатель мощностью 500 кВт на высокотемпературных сверхпроводниках разработки ЗАО «СуперОкс» по заказу Фонда перспективных исследований. Разработаны проекты основных компонентов демонстратора, идет их изготовление. В 2020 году запланировано установить демонстратор на летающую лабораторию на базе самолета Як-40 и выполнить летные испытания.

Разработки в области систем автоматического управления авиадвигателей

Заместитель генерального директора ЦИАМ, директор Исследовательского центра «САУ двигателей» Оскар Гуревич рассказал о работах по системам управления (САУ) для создаваемых, модернизируемых и находящихся в эксплуатации авиационных двигателей.

Задачи подразделения – разработка методов управления и эксплуатации, аппаратурных решений, анализ и прогноз развития САУ, формирование перспективных направлений научно-технического прогресса в этой области: построение интеллектуальных и распределенных систем, управление «электрическим» ГТД, создание беспроводных систем, применение бортовой математической модели двигателя.

Выполнены работы по созданию демонстраторов новых технологий: электроприводной системы смазки, магнитного подвеса роторов на пассивных подшипниках, автономного вибрационного электрогенератора для беспроводных САУ.

Ряд новых решений проверен в испытаниях на двигателе-демонстраторе АИ-25ТЛ.

Отмечено важное значение работ по применению результатов НТЗ в промышленности. На его основе выполнены наиболее крупные работы с двигательными ОКБ, в том числе, сформированы предложения по разработке САУ двигателя ПД-35, а также малоразмерных двигателей.

Проведен комплекс работ по САУ в обеспечение сертификации двигателя ПД-14.

Газотурбинные установки для Арктики и не только

Главный научный сотрудник отдела промышленных и транспортных газотурбинных установок (ГТУ) Георгий Ведешкин сообщил, что разработана схема экологически чистой ГТУ, которая может быть наиболее эффективно использована для освоения Арктики, где есть потребность в тепле и зимой, и летом.

Особенность технологии – выработка тепловой энергии с использованием тепла конденсации пара, что значительно, до 94%, повышает коэффициент использования топлива. Даны рекомендации по использованию этой схемы в качестве основной для ТЭЦ, благодаря привлекательным эксплуатационным характеристикам: в три раза снижены выбросы CO2, при том же объеме выработки энергии, что и в традиционной парогазовой установке (ПГУ).

Кроме того, данная схема ПГУ обеспечивает практически безинерционное и весьма существенное снижение потери КПД при уменьшении мощности (на 2% – при снижении мощности в 2 раза) в течение десятка секунд. Это дает возможность маневрировать выдаваемой мощностью в соответствии с потребляемой, в зависимости от суточных, недельных и сезонных колебаний, и исключает необходимость эксплуатации «пиковых» (используемых в часы пик потребления энергии) станций с невысоким КПД.

На стыке самолета и двигателя

Об итогах деятельности отдела с 70-летней историей, решающего задачи «стыковки» параметров ЛА с параметрами двигателя, рассказал его начальник Алик Исянов.

В 2018 году завершилась работа по международному проекту AGILE, цель которого – создание распределенной среды коллективного проектирования самолета и его силовой установки. Главное достижение – отлаженные связи между специалистами и их математическими моделями и формирование уникальной базы данных, содержащей последовательность решения задач при проектировании инновационных летательных аппаратов и их подсистем. Работа команды AGILE была отмечена наградой на конференции ICAS 2018 в Бразилии.

Для исследования эффективности перспективных пассажирских самолетов с турбовинтовым двигателем ведущим научно-производственным предприятием «Аэросила» проведена работа по формированию облика воздушного винта для двигателя в классе 7000 кгc. В отделе развивается математический аппарат, учитывающий специфику самолетов с винтами с учетом оценки их шумовых показателей.

Докладчик напомнил и о недавнем назначении сотрудника отдела Артура Мирзояна официальным представителем Российской Федерации в Комитете по охране окружающей среды от воздействия авиации (CAEP) Международной организации гражданской авиации (ICAO). Работа эксперта заключается в отстаивании интересов страны при формировании новых авиационных экологических стандартов.

Компрессорные узлы для авиадвигателей

Начальник отделения аэродинамики компрессоров Виктор Милешин рассказал о вкладе инженеров ЦИАМ в разработку компрессорных узлов для авиадвигателей.

В обеспечение сертификации двигателя ПД-14 разработан вентилятор, обеспечивший высокую эффективность, прочностные характеристики и запасы газодинамической устойчивости (ГДУ). В дальнейшем модель вентилятора планируется испытать на акустическом стенде на универсальном стендовом имитаторе двигателя, разрабатываемом ЦИАМ с целью создания НТЗ для улучшения акустических характеристик двигателя ПД-14.

По теме надроторных устройств (НРУ) в предыдущие годы разработаны НРУ для биротативных вентиляторов, давшие устойчивое повышение аэродинамических характеристик, КПД и запасов ГДУ, а также снижение шума во всех трех контрольных точках: взлет, набор высоты и заход на посадку.

В 2018 году было решено применить опыт, полученный при проектировании НРУ для биротативных вентиляторов, к разработке НРУ для однорядных вентиляторов. В результате экспериментальных исследований показано улучшение аэродинамических характеристик вентилятора при сохранении акустических характеристик.

Виктор Милешин сообщил и об участии отделения в европейских программах, в частности, ENOVAL и COBRA-3.

В рамках международного проекта COBRA-3 по созданию экспериментального биротативного вентилятора были разработаны два демонстратора технологии, созданные по различным концепциям. В разработке ЦИАМ получен высокий КПД (93,4%), подтвержденный экспериментально. Сильная сторона европейской концепции – достижение хороших акустических характеристик (при этом достигнут КПД с меньшим значением).

В рамках программы ENOVAL, цель которой – создание высокоэкономичных и малошумных двигателей нового поколения с ультравысокой степенью двухконтурности, проведены уникальные для России испытания высокоскоростного бустера.

Решения для узла турбин

Большое количество работ, связанных с ПД-14, в том числе по сертификации, а также с ПД-35, было выполнено и отделом газовых турбин, о чем сообщил его начальник Игорь Цветков.

Специалисты подразделения занимаются решением комплексных проблем горячего узла газотурбинных двигателей, создают научно-технический задел, в котором необходимо выделить разработку концепции высокоэффективной турбины высокого давления двигателя ПД-35 и работы по созданию лопатки с проникающей системой охлаждения.

Ведутся и сопутствующие разработки. Например, в 2018 году прошел первые 72-часовые испытания демонстратор отопительного котла нового типа с погружным нагревом воды, для проверки энергоспособности системы.

Новые технологии моделирования авиационных ГТД

Подводя итоги работы отдела технологий моделирования авиационных ГТД, Владимир Макаров напомнил об его ключевых компетенциях – разработке прикладного программного обеспечения в области численных методов аэродинамики (CFD) для повышения уровня моделирования ГТД и расчета характеристик СУ в составе ЛА.

Новые научные, методические и программные решения позволят перейти в 2019 году к поэтапному созданию цифрового демонстратора СУ перспективного сверхзвукового гражданского самолета. С помощью нового численного метода проведены расчеты аэродинамических и акустических характеристик его выходных устройств нового типа.

Заметное событие прошлого года – завершение разработки методики пересчета результатов измерений тяги двигателя на высотном стенде в полетные условия применительно к ПД-14.

Научно-испытательный центр ЦИАМ: значимые испытания в минувшем году

Заместитель директора филиала – Научно-испытательного центра ЦИАМ по подготовке и проведению испытаний Евгений Павлюков отметил расширение технических возможностей экспериментальной базы Института и возросший у предприятий промышленности спрос на испытания.

В 2018 году были испытаны на птицестойкость элементы конструкции самолета МС-21 (топливный бак, отсек крыла, оперение и остекление кабины). Двигатель ПД-14 прошел испытания на огнестойкость, а также в условиях обледенения и попадания кусков льда.

Благодаря оптимизированным технологическим процессам испытания на обледенение теперь проводятся ежедневно, без суточных перерывов. Кроме того, инженеры и конструкторы НИЦ ЦИАМ создали новое оборудование, которое позволяет эффективно и без перерывов в графике испытаний готовить, хранить и использовать топливо с низкой температурой.

Важным аспектом деятельности НИЦ ЦИАМ в прошлом году оставалась аттестация испытательных стендов промышленных предприятий: было аттестовано 10 стендов.

Нестационарные газодинамические исследования

Начальник отдела ЦИАМ Иван Головченко, чье выступление было завершающим, рассказал о динамических измерениях, проведенных в ходе испытаний авиационных двигателей. В качестве достижения была отмечена работа по созданию эталонной установки, используемой для калибровок средств измерения пульсаций давления в тракте двигателя.

Источник: ЦИАМ