Двигателестроение

ЦИАМ и ОДК – сотрудничество в мире технологий

Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова формирует опережающий научно-технический задел российского авиадвигателестроения, который в дальнейшем используется при разработке, испытаниях и серийном производстве отечественных силовых установок. В этой сфере ЦИАМ тесно взаимодействует с Объединенной двигателестроительной корпорацией, которая сегодня реализует такие стратегические проекты, как ПД-14 и ПД-35.

«ЦИФРОВЫЕ ДВОЙНИКИ»

Одним из ключевых и наиболее инновационных направлений сотрудничества ЦИАМ и ОДК являются так называемые «цифровые двойники». Под «цифровым двойником» понимается единая обучаемая цифровая система, которая включает в себя комплекс описы­вающих работу двигателя математических моделей, обеспечивает взаимосвязь и преемственность между ними, их валидацию и верификацию, а также органи­зует интеграцию между моделями, данными и техноло­гическими и информационными платформами, разра­батываемыми, получаемыми и используемыми на всех этапах жизненного цикла двигателя.

Выступая ранее на Международном военно- техническом форуме «Армия», Генеральный дирек­тор Центрального института авиационного моторо­строения имени П.И. Баранова Михаил Гордин дал более короткое определение понятию «цифровой двойник». «Цифровой двойник» – это совокупность сведений об изделии – маленьком или большом, составном или индивидуальном. Это массив инфор­мации, который содержит в себе все сведения о его конструкции, расчетных параметрах, спосо­бе производства, испытаниях, ресурсе и т.д.», – сказал он.

Глава ЦИАМ отметил, что создание «цифрового двойника» продиктовано требованиями норматив­ной документации, которая уже сегодня заставляет собирать и сохранять информацию о каждом изделии, поскольку в двигателестроении используются детали повышенной ответственности.

«На практике использование «цифрового двойни­ка» должно значительно повысить скорость доступа к этой информации и, соответственно, скорость работы с изделиями на всех стадиях жизненного цикла», – подчеркнул Михаил Гордин.

Значимым этапом сотрудничества ЦИАМ и Объеди­ненной двигателестроительной корпорации стало подписание в сентябре 2019 года на проходившем в г. Новосибирск VI Международном форуме техно­логического развития «Технопром» соглашения о сотрудничестве в области создания «цифровых двойников» газотурбинных двигателей и силовых установок на их основе. Подписи под соглашени­ем поставили Генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин, заместитель генерального директора - генеральный конструктор АО «ОДК» Юрий Шмотин.

Соглашение о сотрудничестве.jpg

В рамках новосибирского VII международного форума технологического развития «ТЕХНОПРОМ-2019» было подписано соглашение о сотрудничестве в области создания «цифровых двойников». Соглашение подписали заместитель генерального директора — генеральный конструктор АО «ОДК» Юрий Шмотин и генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин

Документ предусматривает совместную разработку ЦИАМ и ОДК концепции «цифровых двойников» ГТД, методологии их создания и использования в течение всего жизненного цикла двигателя. Также соглаше­ние предусматривает формирование и поддержание отраслевой базы знаний натурных экспериментов для валидации результатов виртуальных испытаний.

Еще одна сфера сотрудничества – актуализа­ция нормативной базы. ЦИАМ и ОДК разработают необходимые изменения в действующие нормативно- методические документы в части применения цифро­вых технологий в авиационном двигателестроении.

В кадровой сфере ЦИАМ взял на себя задачу по организации обучения сотрудников ОДК, задей­ствованных в численном моделировании и созда­нии «цифровых двойников» ГТД, в т.ч. для целей формирования профессиональных и образователь­ных стандартов.

«ЦИАМ традиционно отвечает за научно- техническое сопровождение разработки авиацион­ных двигателей, а ОДК – за их конструирование и создание. Наше сотрудничество в области использо­вания цифровых, компьютерных технологий, откры­вающих новые возможности, должно привести к совершенствованию методов создания двигате­лей и достижению результатов, ожидаемых заказ­чиками от ОДК в отношении сроков и финансовых средств», - заявил в ходе церемонии подписания Михаил Гордин.

«Создание газотурбинного двигателя – это сложный наукоемкий процесс, – отметил Юрий Шмотин. – Без Центрального института авиацион­ного моторостроения эффективно его реализовать невозможно. При этом современные вызовы требуют от нас, чтобы конкурентоспособные двигатели созда­вались и выводились на рынок не за 10-15 лет, как раньше, а быстрее. Заключенное сегодня соглашение – это важный, стратегический этап на пути расши­рения сотрудничества ОДК и ЦИАМ».

ПРОГРАММА ПД-14: УНИКАЛЬНЫЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ СТЕНД

Вклад ЦИАМ в реализацию программы созда­ния новейшего российского авиационного двигателя ПД-14 для авиалайнера МС-21 трудно переоценить. Среди проектов, в которых участвовал ЦИАМ – аттестация реконструированного испытательного адаптерного стенда в пос. Новые Ляды (Пермь) на базе АО «ОДК-Пермские моторы». В декабре 2018 года ОДК сообщила о получе­нии аттестата на стенд и начале испытаний на нем ПД-14.

ПД-14 для МС-21.jpg

Двигатель ПД-14 для лайнера МС-21

В документе об аттестации отмечается, что стенд «соответствует требованиям нормативно-технической документации и признан пригодным для проведе­ния испытаний двигателей ПД-14, ПС-90А, ПС-90А-76, ПС-90А1, ПС-90А2».

В процессе аттестации определялось соответ­ствие стенда требованиям государственных и отрас­левых стандартов, технического задания на систему измерения параметров двигателей и систему управ­ления двигателем и стендовым оборудованием. Для подтверждения характеристик стенда проводились испытания одного двигателя ПС-90А и двух ПД-14.

Испытания двигателя ПД-14 в ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова».jpg

Испытания двигателя ПД-14 в ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова»

«В ходе разработки и испытаний двигателя ПД-14 был накоплен ценный опыт сотрудничества между ЦИАМ и ОДК, – отметил Михаил Гордин. – Этот опыт и слаженная работа метрологических служб, инженеров-испытателей Института и специали­стов пермских предприятий ОДК позволили провести аттестацию в сжатые сроки и с высоким качеством».

Испытания двигателя ПД-14 на высотном стенде ЦИАМ.JPG

Испытания двигателя ПД-14 на высотном стенде ЦИАМ

Реконструированный испытательный стенд позво­ляет с высоким качеством проводить измерения параметров, отладку и испытания опытных и серий­ных двигателей. На стенде используется технология внестендовой подготовки двигателя, что позволяет увеличить его пропускную способность.

ТУРБОВИНТОВАЯ МОЩЬ

Важный проект в рамках сотрудничества ЦИАМ и Объединенной двигателестроительной корпора­ции – это новейший российский турбовинтовой двигатель ТВ7-117СТ. Тридцатого марта 2019 года эти двигатели подняли в воздух российский легкий военно- транспортный самолет Ил-112В в ходе его первого вылета.

Двигатель ТВ7-117СТ на испытательном стенде.jpg

Двигатель ТВ7-117СТ на испытательном стенде

Как отмечали в ОДК, в двигатель ТВ7-117СТ заложе­ны современные конструктивные решения, повышаю­щие его летно-технические характеристики по сравне­нию с базовым двигателем. В составе силовой установ­ки двигатель ТВ7-117СТ работает совместно с воздуш­ным винтом АВ-112, обладающим большой произво­дительностью и позволяющим увеличить лобовую тягу. Одной из особенностей ТВ7-117СТ является то, что система автоматического управления контро­лирует работу не только двигателя, но и воздушно­го винта, то есть всей силовой установки самолета. Такое совместное управление позволяет максимально полно использовать потенциал характеристик двигате­ля и винта, в целом повысить эффективность силовой установки, отмечали в ОДК.

Стендовые испытания ТВ7-117СТ на модернизиро­ванном испытательном стенде санкт-петербургского АО «ОДК-Климов» (разработчик и производитель) старто­вали в сентябре 2016 г. Год спустя, в сентябре 2017 г., ОДК начала летные испытания ТВ7-117СТ в составе летающей лаборатории Ил-76ЛЛ.

Турбовинтовой двигатель.jpg

Турбовинтовой двигатель ТВ7-117СТ в составе летающей лаборатории Ил-76ЛЛ

«ЦИАМ провел экспертизу результатов данных работ и выдал заключение о возможности безопас­ного проведения испытаний двигателя ТВ7-117СТ/ СТ-01 на воздушном судне экспериментальной авиации. Институтом были разработаны рекомендации и требования по безопасному проведению испытаний», – заявил Михаил Гордин после начала летных испытаний ТВ7-117СТ/СТ-01 на летающей лаборатории.

К 2020 году завершено четыре этапа летных испыта­ний силовой установки ТВ7-117СТ на летающей лабора­тории на базе самолета Ил-76ЛЛ в объеме 35 полетов.

Коллективом разработчиков решена задача созда­ния унифицированного газогенератора для модифи­каций двигателя, которые можно использовать как для гражданских и военных самолетов, так и для и верто­летов. Двигатель ТВ7-117СТ – пример создания линей­ки двигателей на базе унифицированного газогене­ратора. ТВ7-117СТ – базовый двигатель для силовой установки военно-транспортного самолета Ил-112В, гражданская модификация двигателя – ТВ7-117СТ-01 –станет штатным двигателем регионального пассажир­ского самолета Ил-114-300. Турбовальный двигатель ТВ7-117В используется в составе силовой установки новейшего российского вертолета Ми-38.

Ми-38.jpg

Вертолет Ми-38

В октябре 2020 года ОДК объявила о проведении первых успешных запусков двигателей ТВ7-117СТ-01 на авиалайнере Ил-114-300.

ЦИАМ, по сообщениям ОДК, в частности, прини­мал участие в работе по снижению массы двига­теля ТВ7-117СТ-01. В проекте также участвовали Санкт-Петербургский политехнический универси­тет Петра Великого (СПбПУ) и ФГУП Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ).

ВЕРТОЛЕТНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ

ОДК и ЦИАМ регулярно сообщают об успешных результатах работы по прохождению сертификаци­онных испытаний турбовального двигателя ТВ7-117В для вертолета Ми-38.

Летом 2019 года в Научно-испытательном центре ЦИАМ завершились сертификационные испытания двигателя ТВ7-117В с входным устройством верто­лета в условиях так называемого «классического» обледенения.

К испытаниям готовились в течение трех месяцев. Были проведены расчетно-аналитические работы по определению облика объекта и оптимизации программы испытаний. ЦИАМ также выполнил работы по стандартной процедуре калибровок стендовой базы. Они включали определение равно­мерности водо-воздушного потока, спектраль­ных характеристик и степени переохлаждения капель для требуемых режимов испытаний: необхо­димо было воссоздать на стенде искусственное атмосферное облако переохлажденных капель. В ходе испытаний была проверена и подтверждена работоспособность двигателя в условиях «классиче­ского» обледенения.

Двигатель, по сообщениям ОДК, работал при непре­рывном и перемежающемся обледенении c имитаци­ей высот до 4000 м, при температуре до минус 30°С на всех эксплуатационных режимах. Была улучшена работа противообледенительной системы двигателя путем введения в его конструкцию нового обтекателя с подводом горячего воздуха для обогрева. В период с 29 по 31 января 2019 г. на стенде ЦИАМ были успешно проведены испытания по программе «Определение эффективности защиты двигателя от попадания птиц и града». Были выполнены последо­вательные выстрелы градом к оси двигателя со скоро­стью 83 м/с, а также выстрел птицей массой 1,85 кг к оси двигателя с такой же скоростью в область защит­ного экрана. Согласно критериям успешности испыта­ний, защитное устройство двигателя ТВ7-117В их выдержало.

ТВ7-117СТ.jpg

Двигатель ТВ7-117СТ, на основе которого был создан ТВ7-117В для вертолета Ми-38

В конце 2019 года АО «ОДК-Климов» получило от Федерального агентства воздушного транспорта (Росавиация) одобрение главных изменений (ОГИ) – о расширении условий эксплуатации ТВ7-117В в обледенении и при попадании посторонних предме­тов (льда) и подтверждающее эффективную работу двигателя в условиях попадания птиц, дождя и града.

Как отметил Михаил Гордин, для выполнения этих работ специалистами ЦИАМ была разработана программа испытаний, обеспечивающих оптимальные режимы проверки и получение результатов, удовлет­воряющих российским и зарубежным сертификаци­онным нормам. Двигатель ТВ7-117В имеет высокие показатели надежности и безотказности, а благодаря модульной конструкции может быть сравнительно легко адапти­рован под объект заказчика. Конструкция и электрон­ная система автоматического управления и контро­ля с полной ответственностью типа FADEC обеспечи­вает высокую мощность при низком расходе топлива и повышенную надежность полетов.

МЕЖДУНАРОДНЫЙ УРОВЕНЬ

ЦИАМ активно развивает международное сотрудни­чество в сфере гражданского авиадвигателестроения. Так, на последнем Международном авиакосмическом салоне Airshow China (г. Чжухай, КНР) ЦИАМ предста­вил результаты работы ученых Института по примене­нию в авиационном двигателестроении современных конструкционных материалов. Ключевыми элемен­тами экспозиции стали разработанные в Институте лопатка рабочего колеса вентилятора из полимер­ного композиционного материала и детали авиадви­гателя из керамического композиционного материа­ла: образцы охлаждаемых и неохлаждаемых лопаток турбин, рабочее колесо турбины, сегменты соплового аппарата и др. Экспозиция была размещена на выста­вочном стенде Объединенной двигателестроительной корпорации.

Делигацмя ЦИАМ.jpg

Делегация ЦИАМ с представителями китайских научных и промышленных организаций в рамках Второго Российско-
Китайского форума по разработке технологий авиационных двигателей

Как отмечали в Пресс-службе ЦИАМ, расширение областей применения инновационных материалов и технологий для создания современных и перспектив­ных авиадвигателей – одно из определяющих направле­ний исследований Института, так как мировые тенден­ции демонстрируют устойчивый интерес разработчи­ков к созданию «неметаллических» авиадвигателей.

ЦИАМ принял активное участие и в деловой программе Airshow China. Его специалисты в рамках Второго Российско-Китайского форума по разработ­ке технологий авиационных двигателей представи­ли пять докладов, касающихся различных аспектов работы по проектированию и испытанию двигате­лей и их узлов. Кроме того, делегация ЦИАМ прове­ла ряд рабочих встреч с представителями китай­ских научных и промышленных организаций, в ходе которых обсуждались возможные направления и перспективы сотрудничества в области авиационно­го двигателестроения.

ЦИАМ фон последней стр..jpg

ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова» (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») на МАКС-2019

Центральный институт авиационного моторостро­ения имени П. И. Баранова и Объединенная двигате­лестроительная корпорация продолжают сотрудниче­ство по ключевым технологическим направлениям и продуктовым программам, которые во многом опреде­лят будущее российской авиастроительной отрасли в целом. Нет сомнений в том, что, так же как и в случае с проектом ПД-14, взаимодействие ЦИАМ и ОДК в рамках освоения новых направлений будет способствовать повышению технологического уровня страны в целом.

Источник: журнал «Крылья Родины» №11-12 за 2020г.

Поделиться
с друзьям