Наверстать и опередить

В 1990-2000 годах в отечественном вертолетном двигателестроении сложилась противоречивая ситуация: Россия осталась без собственного серийного производства вертолетных двигателей, в частности семейства ТВ3-117, новые двигатели не разрабатывались и не вводились в эксплуатацию, а ранее начатые проекты так и оставались незавершенными, как авиадвигатель РД-600. Все говорило об утрате национальной компетенции в этой сфере.

В итоге практически на всех российских разрабатываемых и модифицированных вертолетах стали применяться или планировались к применению авиадвигатели иностранного производства.

Импорту здесь не место

Существенный объем работ по исправлению ситуации был сделан благодаря программе импортозамещения, стартовавшей в 2014 году. Первым же впечатляющим результатом этой инициативы стало освоение в России серийного производства двигателей семейства ВК-2500. Помимо сборки базовой модели двигателя, были проведены работы по созданию глубоко модернизированных двигателей ВК-2500П/ПС с новой полностью цифровой системой управления типа FADEC. Кроме того, сертифицирован двигатель ТВ7-117В для Ми-38.

Рассматривалась возможность разработки двигателя ПД-12В для перспективных тяжелых и ВК-800В — для легких вертолетов. Так на базе газогенератора двухконтурного двигателя ПД-14, предназначенного для пассажирского перспективного самолета МС-21, разрабатывается двигатель ПД-12В для тяжелых вертолетов класса Ми-26. Что касается ВК-800, то известны работы по самолетной версии двигателя, предназначенной для L-410.

Наконец, ведутся работы по формированию облика перспективного вертолетного двигателя, предложения для которой формировала компания «ОДК-Климов» по программе «Перспективный двигатель для вертолетов». Известно, что предложенный двигатель в классе ТВ7-117В будет лучше существующих аналогов по технологичности и удельной массе.

Нет сомнения, что создание перспективной техники обеспечивается формированием опережающего научно-технического задела. При этом у российских авиадвигателестроителей для этого определены цели и программы. Так, в соответствие с принятой программой, перспективные авиадвигатели должны иметь значительно лучшие характеристики по сравнению, например, с авиадвигателем ВК-2500. Насколько и когда?

Параметры и направления

Это определено своеобразной дорожной картой. В ней, к примеру, отмечается, что удельный расход топлива к 2025 году должен снизиться на 10-15 процентов, к 2035 — на 15-20. В свою очередь, удельная масса к 2025 году должна уменьшиться на 20-25 процентов, к 2035 году — на 24-30. В свою очередь надежность и ресурс должны увеличиться к 2025 году в 1,5-2 раза, к 2035 году — в 2-3. И, наконец, «доступность» двигателя должна повыситься в 2-3 раза.

При этом достигаться такие результаты будут по семи направлениям развития авиадвигателей для перспективных отечественных вертолетов, которые определили специалисты ЦИАМ: «Неметалический», «Простой», «Стойкий», «Электрический», «Сухой», «Умный», «Доступный». И уже только сами названия направлений говорят о технических идеях, лежащих в их основе.

Во-первых, «неметалический» — здесь повышение удельных и ресурсных показателей предполагается достигать за счет применения перспективных композиционных материалов. Соответственно, «простой» — это упрощение конструкции двигателя, сокращение числа ступеней лопаточных машин и общего числа деталей. «Стойкий» — это все, что связано с повышением эксплуатационной технологичности (упрощение обслуживания, обеспечение работоспособности в неблагоприятных внешних условиях). Понятие «электрический» — основывается на исключении из конструкции двигателя коробки приводов, применение электрического привода агрегатов. «Сухой» — подразумевает исключение из конструкции двигателя системы смазки, применение «неохлаждаемых» подшипников различных типов. «Умный» — это развитие и совершенствование систем управления, контроля, диагностики и прогнозирования технического состояния двигателя. «Доступный» — внедрение ресурсосберегающих технологий проектирования, испытаний и производства, снижение цены двигателя и стоимости эксплуатации.

Патенты в соответствии с задачами

В обеспечение таких направлений ЦИАМ разработал целый комплекс прорывных технологий. Совместно с предприятиями отрасли институтом реализуется программа под названием «Разработка технологий перспективных МГТД и АПД». Ее цель — создание одиннадцати демонстраторов перспективных технологий. Среди них сопловой аппарат турбины из композиционных материалов, камера сгорания с элементами из композиционных материалов, высокоскоростная ступень вертолетного редуктора и другие, соответствующие дорожной карте 2025-2035 годов.

Обеспечение поступательного развития в рамках заявленных программ формируется разработками предприятий и организаций отрасли. Так в ходе Московского международного салона изобретений и инновационных технологий «Архимед» (23-26 марта 2021) предприятие «ОДК-Климов», имеющее более 40 действующих патентов на изобретение, продемонстрировало три. Один из которых — «Трубчатый теплообменник» — отличается особой трубчатой конструкцией матрицы теплообменника, которая дает определенный технический результат, позволяющий повысить технологичность производства и обеспечить ремонтопригодность теплообменников.

Финансы для инновационных предприятий

Финансовая составляющая проектных работ в случае с Объединенной двигателестроительной корпорацией «ОДК-УМПО» обеспечивается опорным банком Госкорпорации Ростех Новинкомбанком. К примеру, благодаря кредитному соглашению, Новикомбанк предоставляет «ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение» — разработчику и крупнейшему производителю газотурбинных двигателей в России, возможность привлечения заемных средств в размере 17 миллиардов рублей. Средства будут направлены на финансирование текущей и инвестиционной деятельности.

«Финансируя предприятия ОДК, Новикомбанк содействует реализации новых перспективных проектов, что, в свою очередь, способствует достижению технологического лидерства в такой стратегически важной отрасли, как двигателестроение. Мы активно поддерживаем предприятия с инновационным потенциалом, и сотрудничество с предприятиями ОДК это подтверждает», — подчеркнула председатель правления Новикомбанка Елена Георгиева.

Программа стратегического партнерства Новикомбанка и ОДК предусматривает организацию финансирования ряда значимых гражданских проектов корпорации. Среди них — программа вертолетных двигателей типа ВК-2500.

Импульс на перспективу

Как уже говорилось, импортозамещение стало одним из основных импульсов в

развитии вертолетного двигателестроения в России. Причем, оперативность, с которой требовалось создавать отечественные авиамоторы взамен импортным, по сути, предопределила стиль современных отечественных конструкторских работ. Как пример, создание двигателя ВК-650В — мотора с умеренными характеристиками для легких вертолетов.

В данном случае требовалось создать мотор с использованием безрисковых технических решений, но в кратчайшие сроки. При этом разработчик — «ОДК-Климов» — при получении технического задания уже имел наработки, которые помогли заметно улучшить продукт. Такой подход позволил оперативно получить равноценную замену двигателю Arrius 2G1, устанавливаемому на вертолет Ка-226Т, а затем повысить характеристики тех платформ, на которых сегодня применяются зарубежные аналоги.

Сроки реализации проекта действительно выглядят весьма сжатыми — старт работ относится к концу III квартала 2019 года, когда был завершен эскизный проект. К концу 2019 года выпущена конструкторская документация на двигатель демонстратор. В середине 2022 года планируется получить заключение для выполнения первого вылета, и к концу года планируется завершить и наземную отработку, и летные испытания новинки. Апрель 2023 года — рубеж получения сертификата типа и, в то же время, период, после которого начнутся активные работы по увеличению ресурсных показателей.

«В программу войдет ОКР по разработке ВК-650В для Ка-226, модификация для „Ансата-У“, проект по постановке двигателя на серийное производство, работы по организации послепродажного обслуживания и сервиса», — говорит генеральный конструктор ОДК Юрий Шмотин.

Уложиться в сроки поможет проведенная многопараметрическая, многорежимная оптимизация, которая позволила в комплексе оценить характеристики двигателя с точки зрения газодинамики и прочности и принять взвешенные решения относительно облика двигателя, исключить возможные риски и избежать длительной доводки двигателя. Кроме того, важно и быстро выпустить двигатели, которые будут использоваться для проведения испытаний. Предполагается, что производство ряда деталей и сборочных единиц, а также финальную сборку и испытания возьмет на себя «ОДК-Климов», поставщиками деталей и узлов выступят «ОДК-УМПО», «ММП. Чернышева» и производственный комплекс «Салют». Эти предприятия располагают технологическими возможностями для серийного выпуска новых моторов, в том числе и с применением самых современных решений, таких как аддитивные технологии.

При этом, как стало известно, двигатель ВК-650В по итогам первых испытаний демонстратора подтвердил ряд заложенных в техническом задании характеристик. Три опытных образца двигателя «ОДК-Климов» изготовит до конца 2021 года.

Новые двигатели получат цифровой двойник

Ключевым с точки зрения развития авиационного двигателестроения, может стать 2024 год, когда в России планируется завершить научно-исследовательские работы по внедрению технологии цифровых двойников авиадвигателей. В решении такой задачи будут задействованы десятки отечественных предприятий. Координатором выступает Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК). В кооперации по созданию цифровых двойников участвуют Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова (ЦИАМ), Саровский инженерный центр, Санкт-Петербургский политехнический университет, Центр компьютерного моделирования Московского авиационного института (МАИ), Институт прикладной математики им М.В. Келдыша РАН, Российский федеральный ядерный центр — Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ) и другие российские предприятия и вузы.

Цифровой двойник — единая обучаемая цифровая система, которая включает в себя комплекс методик и математических моделей, описывающих работу авиадвигателя на протяжении всего его жизненного цикла: проектирование, испытания, производство и эксплуатация.

«Цифровой двойник — это не только применение математического моделирования, которое сейчас повсеместно используется в отрасли. Это другая философия восприятия изделия, новая парадигма развития двигателестроительной индустрии и авиационной сферы», — пояснил начальник отдела цифрового сопровождения жизненного цикла газотурбинных двигателей ЦИАМ Антон Сальников.

По его словам, цифровые двойники непременно получат все российские авиадвигатели, находящиеся на этапе разработки, производства и эксплуатации. В свою очередь, использование технологии цифрового двойника сократит и удешевит процесс разработки новых двигателей. В частности, ЦД позволит уменьшить цикл создания силовых агрегатов до 5–6 лет и почти на треть снизит стоимость их проектирования.

Больше, качественнее, за меньшее время

Уменьшение времени на создание новых вертолетных двигателей, использование цифровых технологий, модернизация предприятий в значительной степени может воздействовать на ускорение проведения конструкторских работ, а также выпуск новых вертолетов. Цифровая трансформация — насущная необходимость для любого современного предприятия, и особенно — для производителей высокотехнологичной продукции. Входящие в Ростех авиастроительные компании, в частности «Вертолеты России», понимают это и поступательно модернизируют производственные площадки. Уже на первом этапе реализации программы НЦВ «Миль и Камов» сможет сократить сроки разработки конструкторской документации для новых вертолетов на 5-10 процентов, а сроки технологической подготовки производства — до 20. То есть за счет использования цифровых технологий техника будет создаваться быстрее.

За счет масштабного внедрения цифровых технологий «Вертолеты России» рассчитывают в течение семи лет сократить сроки вывода на рынок новых вертолетов, добиться увеличения рыночной доли и прибыльности. Работа по цифровизации промышленности позволит усовершенствовать применение элементов цифровых двойников изделий для оптимизации конструкции, подготовки производства и эксплуатации вертолетной техники.