пять фактов о новом российском двигателе
На прошлой неделе на иркутский авиазавод были доставлены первые турбореактивные двигатели ПД-14 производства ОДК. Они будут впервые установлены на новейший российский лайнер МС-21. Ожидается, что самолет с двигателями ПД-14 поднимется в небо уже в этом году.
Испытания МС-21 с двигателями ПД-14 – знаковое событие для отечественного авиастроения. В чем же их уникальность и почему ПД-14 считают одним из самых прорывных проектов в гражданской авиации за последние десятилетия?
1/ Первый постсоветский авиадвигатель
ПД-14 – первый турбовентиляторный двигатель, созданный в современной России. Последней аналогичной разработкой был авиадвигатель четвертого поколения ПС-90А, выпущенный в СССР в конце 1980-х.
Идея создания двигателя нового поколения появилась в начале 2000-х годов.
Российской двигателестроительной отрасли требовался проект, который стимулировал бы ее развитие и помог устранить накопившееся технологическое отставание от стран-лидеров.
Конечно, подобный глобальный проект не мог быть реализован одним конструкторским бюро или заводом. Изначально закладывалось участие практически всех отечественных двигателестроительных предприятий и профильных НИИ. В 2006 году было подписано соглашение о создании двигателя, который получил название ПД-14 (перспективный двигатель тягой 14 т). Головным разработчиком стало пермское конструкторское бюро «ОДК-Авиадвигатель», а головным изготовителем «ОДК-Пермские моторы».
Первые наземные испытания ПД-14 прошли в 2012 году, первые летные – в 2015-м. В 2018 году Росавиация выдала двигателю сертификат типа, подтверждающий готовность изделия к серийному производству и эксплуатации.
2/ Новый двигатель для нового самолета
Первым самолетом, который ПД-14 поднимет в воздух, станет перспективный российский лайнер МС-21.
МС-21 («Магистральный самолет XXI века») – самолет нового поколения, который объединяет в себе передовую аэродинамику, современную силовую установку и продвинутые системы управления, а также новые решения для комфорта пассажиров. МС-21 создавался для замены устаревшего Ту-154.
Работы над самолетом велись параллельно с разработкой двигателя. Недавно первые ПД-14 были переданы компании «Иркут» для установки на МС-21-300. На данный момент собрано четыре опытные машины. Пятый самолет, предназначенный для полетов с ПД-14, находится в сборке. Летные испытания двигателя в составе МС-21-300 должны пройти в 2020 году.
Вместе с такими перспективными моделями отечественного и совместного производства, как Ил-114, SSJ100 и CR929, самолет МС-21 обеспечит полноценное присутствие нашего авиапрома на мировом рынке гражданских лайнеров.
По прогнозам экспертов, МС-21 может занять от 5 до 10% мирового рынка в своем сегменте.
3/ Один из немногих в мире
В мире существует всего четыре государства, способные по полному циклу создавать современные турбовентиляторные двигатели: Россия, США, Великобритания и Франция. И каждое из них строго охраняет результаты исследований и свои ноу-хау в двигателестроении. Например, Франция производит горячие части двигателей SaM‑146 только на своей территории.
Одним из показателей уровня двигателестроения в стране является собственное производство лопаток турбин для авиадвигателей. В нашей стране такое производство есть. А в декабре 2019 года на базе рыбинского предприятия «ОДК-Сатурн» открылся крупнейший в России центр по изготовлению лопаток турбин с годовой мощностью в 2 тыс. комплектов.
Проект ПД-14, помимо создания самого двигателя, включает в себя важнейший элемент – обеспечение послепродажного обслуживания.
Планируется большой объем работы по этому направлению: создание центра поддержки с круглосуточной работой 365 дней в году, открытие сети полевых представительств, станций обслуживания двигателей, обеспечение замены модулей в эксплуатации. Ожидается, что это все в совокупности должно увеличить зарубежные перспективы нового российского двигателя.
4/ Новые технологии и материалы
При создании двигателя применяются новые российские сплавы титана и никеля.
Конструкция мотогондолы на 65% состоит из отечественных полимерных композитов, благодаря чему достигается необходимый уровень шумоизоляции и снижается масса двигателя. Всего в двигателе задействовано около 20 новых российских материалов, при этом все они прошли сертификацию по международным нормам.
Внедренные инновации позволили снизить расход топлива, сделав ПД-14 более экологичным и экономичным. Предполагается, что эксплуатационные расходы ПД-14 будут ниже на 14-17%, чем у существующих аналогичных двигателей, а стоимость жизненного цикла ниже на 15-20%.
5/ Не один двигатель, а целое семейство
Перед конструкторами стояла задача разработать унифицированный газогенератор, ключевой элемент двигателя, на базе которого можно было бы производить установки различных мощностей для использования в авиации и на земле.
ПД-14 – это первый двигатель в будущем семействе, разработанный для авиалайнера МС-21-300.
Среди его ближайших «родственников», планируемых к выпуску − модификации ПД-14А для самолета МС-21-200 и ПД-14М для самолета МС-21-400. Двигатель ПД-8 сможет устанавливаться на самолеты Ан-148, Sukhoi Superjet 100, Sukhoi Superjet 75, Ту-334, Бе-200. Для Ил-96 и Ту-204 можно будет использовать ПД-18 тягой 18-20 тонн.
Сфера применения двигателей семейства ПД не ограничится летательными аппаратами. Турбореактивные двигатели на базе единого газогенератора можно будет использовать в промышленных целях в составе электрогенераторных и газоперекачивающих установок.
Самый большой дизельный двигатель в мире
14.01.2020
Сегодня дизельные двигатели используются повсеместно: на тепловозах и грузовиках, судах и тракторах, легковых автомобилях и дизельных электростанциях.
Дизельный двигатель основан на воспламенении в цилиндре распыленного топлива (воспламенение происходит от воздуха, нагретого при сжатии).
Дизельный двигатель может использовать низкосортное топливо, выдает высокий вращающий момент при низких оборотах и имеет высокий КПД (40-45%), что делает его экономичнее бензиновых двигателей, где около 70% топлива сгорает, не преобразовываясь в механическую энергию.
Дизельный двигатели могут быть очень большими. Наиболее крупные размеры имеет судовые агрегаты, установленные на больших судах. Но среди этих гигантов выделяется одна модель, которая по праву занимает почетное звание самого большого дизельного двигателя в мире.
Компания Wartsila хорошо известна всем специалистам. Она специализируется на производстве судовых энергетических установок. Одна из них – RTA-96C. Это и есть линейка двигателей, поражающих воображения обывателя.
Технически RTA-96C представляет собой двухтактный турбокомпрессорный двигатель, число цилиндров может варьироваться от 6 до 14. Версия с 14 цилиндрами является крупнейшим поршневым ДВС и устанавливается на крупнотоннажные контейнеровозы.
Максимальная мощность, которую способен развить этот гигант, равна почти 109 тыс. лошадиных сил. Первым судном, получившим такой двигатель, стала знаменитая «Emma Maersk», которая с вместимостью 11 тыс. TEU совсем недавно была самым большим контейнеровозом в мире.
Диаметр каждого цилиндра составляет почти метр (960 мм) при ходе поршня в 2500 мм. Объем цилиндров равен 25,5 тыс. литров.
Максимальное количество оборотов традиционно небольшое – 102, но крутящий момент при этом развивается свыше 7,5 млн Нм. Удельный расход топлива составляет 3,8 л/с, в час же агрегат «съедает» 13 тыс. литров бункера при максимальной мощности.
КПД этого двигателя-гиганта является самым высоким среди всех произведенных когда-либо дизельных двигателей – более 50%.
Некоторые сравнения, чтобы оценить мощность двигателя: он может обеспечить электроэнергией небольшой город. При 102 оборотов в минуту он производит 80 млн Ватт электроэнергии.
Если средняя бытовая электролампа потребляет 60 Вт, 80 миллионов Ватт вполне достаточно для 1,3 млн ламп. Если в среднестатистической квартире одновременно горит 6 осветительных ламп, двигатель будет производить достаточное количество электроэнергии, чтобы осветить 220 тыс. домовладений. Этого достаточно для обеспечения электроэнергией города с 500 тыс. населения.
Коленчатый вал
Стоимость работы двигателя
Двигатель Wartsila-Sulzer RTA96 потребляет 13 тыс. литров топлива в час. Если в барреле нефти 158,76 литра, самый большой двигатель в мире потребляется 81,1 баррелей нефти в час. Если цена на нефть составляет $67/баррель на мировых рынках нефти, то стоимость 1 часа работы двигателя с точки зрения расхода топлива будет составлять $5,4 тыс. в час.
Поршни
25 915
Новости по теме
19.
03.2020
Maersk приостанавливает смену экипажей
Maersk приостанавливает смену экипажей на четыре недели до 14 апреля из-за угрозы распространения коронавируса, […]
Помните: для этого контента требуется JavaScript.
Войти
Запомнить меня
Помните: для этого контента требуется JavaScript.
Помните: для этого контента требуется JavaScript.
9 причин, по которым F-35 нужен новый двигатель Комплекс на базе ВВС Тинкер, штат Оклахома, 25 мая 2021 г. (фото ВВС США, сделанное старшим сержантом Томасом Барли) Возможности реактивных самолетов поколения и спрос на них рискуют превзойти двигатель, который в настоящее время используется в самолете. В то время как производитель оригинальных двигателей Pratt & Whitney предложил относительно доступную модернизацию, в статье ниже Джон Венейбл из Фонда наследия, бывший летчик-истребитель, утверждает, что ВВС должны вместо этого нацелиться на победителя следующего- Конкуренция двигателей поколения между Pratt и General Electric.
Двигатели истребителей — невероятно сложные машины. Мы можем думать о них как о вещах, которые просто производят тягу, но каждый двигатель рождается с неизгладимыми чертами и функциями, кульминацией которых является успех истребителя, на котором он работает. Тяга находится в верхней части списка, но потребность двигателя в топливе, его способность обеспечивать охлаждение и электроэнергию для компонентов системы, а также его долговечность определяют парадигмы производительности для системы вооружения.
После развертывания увеличение спроса на эти возможности в конечном итоге становится игрой с нулевой суммой, где удовлетворение спроса в одной области достигается за счет других. В совокупности требования к системе вооружения F-35 в настоящее время превышают возможности его силовой установки F135. Итак, прямо сейчас ВВС взвешивают два варианта: провести поэтапную модернизацию текущего двигателя F135 или перейти к новой рекордной программе, выбрав победителя из двух конкурентов в программе Adaptive Engine Transition Program.
Есть как минимум девять причин, по которым ВВС следует отказаться от модернизации текущего двигателя и перейти к приобретению победителя AETP, если они хотят получить максимальную отдачу от своих будущих F-35.
1. F-35 нужно больше тяги.
Конструкция двигателя Pratt and Whitney F135 для F-35 была разработана с учетом концептуальных размеров, веса и требований к характеристикам Joint Strike Fighter (JSF). Каждый из трех самолетов теперь на 13 процентов длиннее, имеет размах крыла более чем на 16 процентов и как минимум на 30 процентов тяжелее, чем их первоначальные конструкции JSF. Это поставило под угрозу ключевые параметры производительности, такие как ускорение. Быстрый отрыв от боя может означать жизнь или смерть для пилота, а дополнительный обхват JSF в сочетании с его двигателем означает, что F-35A, F-35B и F-35C требуют больше времени — 8 секунд, 16 секунд и 43 секунды соответственно — для разгона с 0,8 Маха до 1,2 Маха. Самолету нужна большая тяга, чем может обеспечить F135.
2. F-35 нужно больше дальности полета.
При проектировании JSF приоритетом было значительное увеличение боевого радиуса истребителя, или дальности полета самолета от взлета до цели, а затем возвращения домой. К сожалению, увеличенные размеры и вес самолета в сочетании с повышенными требованиями к охлаждению самолета уменьшили боевой радиус всех трех вариантов примерно на 15 процентов ниже целей программы. F-35 нужен более мощный и экономичный двигатель.
3. Требования к охлаждению системы уже превышают проектные спецификации F135.
Как и электричество, потребность в охлаждении подсистемы измеряется в киловаттах. F135 был разработан для удовлетворения потребности в охлаждении в 15 киловатт, но эта потребность уже удвоилась до примерно 30 киловатт. Охлаждающий воздух образуется главным образом за счет отвода отбираемого от двигателя воздуха и прохождения его через теплообменники. F135 удовлетворяет потребность в 30 киловаттах за счет отвода большего количества воздуха от двигателя, что еще больше снижает тягу.
К тому времени, когда версия Block 4 F-35 будет полностью введена в эксплуатацию в 2028 году, подсистемам самолета потребуется минимум 47 киловатт охлаждения, а количество, необходимое для удовлетворения последующих потребностей, может достигать 60 киловатт. Силовая установка F-35 должна будет обеспечивать в два раза больше охлаждения, чем двигатель F135.
4. Перегруженный двигатель F-35 стареет намного быстрее, чем ожидалось.
Более высокие требования к охлаждению для более высокого уровня отвода воздуха — вот где игра с нулевой суммой поднимает свою уродливую голову с этим двигателем. По мере того, как для охлаждения подается больше отбираемого воздуха, двигатель сжигает больше топлива и нагревается сильнее, чем предполагалось. Более высокий коэффициент сгорания топлива снижает дальность полета F-35, а более высокие температуры уже привели к заметно более высокому износу двигателя, частоте отказов и ремонтным циклам F135.
5. Двигатель F135 не будет соответствовать будущим требованиям к электроэнергии.
Как и требования к тяге, дальности и охлаждению, спецификация генерации напряжения, которая была разработана в JSF, была полностью достаточной для подсистем, предусмотренных в 2001 году. Однако производительность и тактический эффективный диапазон подсистем, таких как новый радар APG-85 [PDF] и усовершенствованные системы радиоэлектронной борьбы, которые будут поставляться с F-35 Block 4, потребуют больше электроэнергии. Добавьте улучшения, которые находятся на горизонте, такие как направленное энергетическое оружие, и вы начнете останавливать напряжение. Управление совместной программы F-35 уже определило эту проблему и указало на необходимость двигателя, который может производить больше киловаттной мощности.
6. Дополнительные усовершенствования движка решат только часть проблемы.
Компания Pratt предложила поэтапную масштабируемую модернизацию двигателя под названием «Программа Enhanced Engine Program» (EEP), которая может увеличить тягу на 6–10 % или топливную экономичность на 5–6 %.
Pratt ранее заявлял, что он может увеличить тягу на 15 процентов и топливную экономичность на целых 20 процентов за одну и ту же модернизацию. Это также может обеспечить до 50 процентов увеличения охлаждающей способности. Первоначальная стоимость EEP, действительно, по прогнозам, будет намного ниже, чем покупка нового двигателя, но прогнозируемая прибыль останется приблизительной до тех пор, пока модернизированный двигатель не будет оплачен и не будет введен в эксплуатацию, и, даже если они окупятся, все равно не окупятся в будущем. Требования к системе вооружения F-35.
7. Двигатель AETP проверен, превосходит текущие требования и позволит в будущем модернизировать F-35.
Цели программы адаптивных испытаний двигателей заключались в проверке трехпоточной архитектуры, которая повышает эффективность использования топлива двигателем на 25 процентов, увеличивает тягу на 10 процентов и значительно улучшает терморегулирование (охлаждение). Pratt и General Electric (GE) были выбраны для создания прототипов AETP.
В то время как Pratt XA101 все еще находится в стадии разработки, XA100 от GE уже прошел испытания и показал повышение эффективности использования топлива на 25 % (обеспечивает увеличение дальности полета на 30 %) и увеличение тяги на 10–20 % (обеспечивая ускорение на 20 % больше, чем у F135). XA100 обеспечивает вдвое большую охлаждающую способность, а его турбинные лопатки с керамической матрицей могут выдерживать 500 градусов по Фаренгейту — больше тепла, чем двигатель F135.
XA101 компании Pratt также подает большие надежды, и есть все основания полагать, что по окончании его испытаний у ВВС будет два отличных варианта двигателя следующего поколения. Хотя разработка технологии AETP была необходима для семейства систем Next Generation Air Dominance (NGAD), она также будет поддерживать каждую модернизацию Block 4, которая в настоящее время предусмотрена для F-35, и эта система вооружения отчаянно нуждается в конкуренции.
8. Конкуренция со следующим двигателем для F-35 повысит производительность и снизит затраты.
Конкуренция отсутствует в программе двигателей JSF с тех пор, как второй двигатель JSF, F136 GE, был отменен в 2011 году. компании конкурировать по цене. При этом F135 был единственной крупной подсистемой F-35, которая не смогла сократить затраты на приобретение для достижения целей программы системы вооружения, что сделало снижение стоимости F-35A ниже цели в 80 миллионов долларов намного более сложной задачей. Конкуренция Pratt и GE бок о бок за будущие контракты на двигатели заставит обе компании максимизировать производительность и минимизировать стоимость своих двигателей.
9. Доказанная эффективность, следовательно, цена должна стать определяющим фактором для будущего двигателя F-35.
Смета затрат на поступивший на вооружение двигатель AETP обычно превышает 6 миллиардов долларов. Если бы стоимость была основным фактором, цена EEP в размере 2 миллиардов долларов была бы бесспорно выигрышной — по крайней мере, на первый взгляд. Но EEP — это комплексный подход к решению фундаментальных проблем силовой установки F-35, и для достижения успеха эта «помощь» должна со временем расти.
Выбор EEP означал бы отказ от этих дополнительных затрат, а поэтапный характер этих модернизаций скорее ограничит возможности системы вооружения F-35, чем продвинет их вперед. Это означало бы игнорирование проблем с характеристиками, которые заставили конкуренцию вернуться к закупкам двигателей для истребителей в 1919 году.70-е годы. По замыслу программа AETP должна была оживить конкуренцию и улучшить траекторию полета F-35 в обозримом будущем.
В то время, когда противники США, вероятно, будут в меньшинстве, особенно в боях в Индо-Тихоокеанском регионе, важно, чтобы у наших авиаторов были лучшие истребители, которые Америка может предоставить. Воздушный бой неумолим, когда дело доходит до второго лучшего. Установка одного из двигателей AETP на F-35, безусловно, лучший выбор для национальной безопасности США.
Дж. В. Венейбл, ветеран ВВС США с 25-летним стажем, является старшим научным сотрудником Центра национальной обороны Фонда наследия.
Отказы двигателя Алонсо F1 — это «везение»
Испанец был вынужден сойти с дистанции в прошлые выходные на 64-м круге из-за проблемы с цилиндром, когда он шел на седьмом месте.
Выход на пенсию стоил Alpine бесценных очков в борьбе с McLaren за четвертое место в чемпионате мира F1.
После гонки Алонсо размышлял о том, сколько проблем с двигателем у него было в 2022 году и как они всегда случались с его машиной.
«Итак, это снова была проблема с двигателем», — сказал Шафнауэр, когда его спросили, почему существует закономерность. «И у нас нет одних и тех же людей, готовящих двигатель Esteban или двигатель Fernando, они все смешиваются.
«Вероятность этого не равна нулю. Так что это может случиться. Но ниже всегда иметь его на той или иной стороне. Но когда я работал в Honda, я не могу вспомнить, сколько отказов двигателя было у Такумы Сато, около 13 за год, а у Дженсона [Баттона] не было ни одного. Нуль.
«И всегда возникал вопрос, мы не могли найти ничего, что показало бы, что это была та или иная сторона. И в этот момент всегда возникал вопрос: так ли сильно Такума ведет себя по-другому, чем Дженсон, что это всегда происходит на его стороне?
«Думаю, это просто удача.
Так что я думаю, что это удача [на этот раз]».
На вопрос, была ли причина, он сказал: «Не то, чтобы мы могли найти. Так что мы не можем видеть, что «это стечение обстоятельств всегда на стороне Фернандо».
Раздраженный Фернандо Алонсо, команда Alpine F1 Team, после схода с гонки
Фото: Carl Bingham / Motorsport Images
Сафнауэр признался, что понимает, что Алонсо может быть расстроен: «Послушайте, мы приносим свои извинения Фернандо. Вы всегда чувствуете разочарование, когда управляете гонкой вперед, назад. То есть никакого риска не было.
«И вы знаете, что очки в копилке, вас никто не подталкивает. И это еще больше расстраивает. Так что я понимаю».
Первоначально гонка шла по плану Alpine: Алонсо и его напарник Эстебан Окон решительно опередили McLaren Лэндо Норриса и Даниэля Риккардо. Алонсо также получил место от Валттери Боттаса, а Окон позже перепрыгнул финна.
«Когда мы опередили их, нам нужно было просто управлять», — сказал Сафнауэр.
«Фернандо, например, ехал примерно на секунду на круг медленнее, чем мог бы. И просто управляя температурами, тормозами. Мы знали, что дойти до конца будет непросто.
«А Эстебан, с другой стороны, проделал очень хорошую работу, чтобы опередить McLaren.
«Сначала мы собирались идти на хард. Но потом мы увидели, что софт тоже возможен, мы посмотрели некоторые другие. Мы не слишком быстро отреагировали. И время круга Льюиса было действительно хорошим на харде.
«Поэтому мы придерживались нашей стратегии, которая работала бы до конца. Но у Фернандо была проблема с цилиндром, а это означало, что ему пришлось остановиться. Мы пытались заставить его хромать домой, но в конце концов он не смог. У него была эта проблема примерно на 13-14 кругах, прежде чем мы его остановили».
Хорошей новостью для Алонсо является то, что в его запасе должно быть достаточно элементов силового агрегата, чтобы пройти две последние гонки без штрафных санкций: «Этот двигатель все равно больше никогда не заработает.