Что значит форсировать двигатель

Ил-112В: что не так с самолетом, который разбился прямо перед презентацией?

Автор фото, Marina Lystseva/TASS

Проект легкого военно-транспортного самолета Ил-112В, опытный экземпляр которого разбился во вторник в Подмосковье, далек от завершения и страдает от серьезных конструктивных недостатков, но самолет, тем не менее, был отправлен на авиашоу, где должен был состояться его первый показ широкой публике. Что случилось с самолетом и можно ли было предотвратить катастрофу?

Как и несколько других самолетов, полностью созданных после распада СССР, Ил-112В считается гордостью российской авиационной промышленности — его первый полет 30 марта 2019 года освещали ведущие СМИ.

В конце августа самолет должен был стать одним из главных участников крупнейшей российской военной выставки «Армия-2021».

Это не только крупное событие на рынке вооружений, но и важное пропагандистское мероприятие.

Весной Ил-112В перелетел с заводского аэродрома в Воронеже на летное поле испытательного центра в Жуковском. Однако перед выставкой он перебазировался на аэродром в Кубинке, откуда и должен был вылетать для показательных полетов на «Армии». Возле этого аэродрома он и разбился.

Что случилось с самолетом?

О причинах катастрофы говорить пока рано — их установит государственная комиссия по расследованию ее причин.

Тем не менее совокупность двух факторов — возгорания в районе мотора на правом крыле и проблемы с двигателями, о которых говорилось в прошлые годы — привели к тому, что в прессе «пожар правого двигателя» стали называть «предварительной версией причины катастрофы». Об этом, в частности, рассказал источник РИА Новости в ОАК.

• Под Москвой разбился Ил-112В. Это третий небоевой самолет, созданный в современной России

На любительской видеозаписи катастрофы видно, что самолет летел на небольшой высоте и с невысокой скоростью, заходя на посадку, когда в районе двигателя на правом крыле возникло возгорание.

Довольно быстро он стал заваливаться на правое крыло и в конце концов перевернулся в воздухе и врезался в землю.

Автор фото, Dmitry Ovchinnikov/TASS

Пожар действительно начался на правом крыле в том месте, где расположен мотор, однако со стопроцентной уверенностью говорить о том, что это был пожар двигателя, нельзя, считает глава аналитической службы агентства «Авиапорт» Олег Пантелеев.

«Были ли это агрегаты самого двигателя, винта, топливной или масляной системы, по кадрам видеосъемки этого невозможно сказать. А топливная или масляная системы относятся к силовой установке в целом, но это не конкретно двигатель», — сказал эксперт.

По словам Пантелеева, показания датчиков системы пожаротушения помогут выяснить, где именно начался пожар: «Изучение характера повреждений, обломков, изучение записей бортового самописца должно дать ответ на вопрос, были ли в этом полете проблемы, связанные с работой электронной системой управления [. ], были ли срабатывания аварийной сигнализации по вибрации, по температурам, по оборотам».

Слабые моторы

Проблемы с моторами были одной из известных особенностей проекта Ил-112В.

На Ил-112В установлены двигатели ТВ7-117СТ разработки компании «Климов». Это один из моторов целого семейства ТВ7-117, среди которых — вертолетный ТВ7-117В, который выпускается серийно. ТВ7-117СТ01 с небольшими отличиями устанавливается на самолет Ил-114, который планируется в будущем выпускать в гражданской и, возможно, военной версиях.

Этот мотор, по словам военного эксперта Российского совета по международным делам (РСМД) Ильи Крамника, изначально был не совсем подходящим для Ил-112В — его мощности в 3000 лошадиных сил явно не хватает для самолета с такими размерами. Эксперт привел в пример итальянский самолет Alenia C-27 Spartan, который при таких же габаритах вооружен моторами Rolls-Royce мощностью в 4700 лошадиных сил каждый.

• Украинский «Ан-132» станет саудовским, хотя нужен России

Крамник рассказал, что и эта мощность была получена путем форсирования базовой модели мотора: «Можно так делать, делают форсированные двигатели. Но за все надо платить, и о том, что это не самые подходящие моторы, уже не раз говорилось».

Эти моторы планируется ставить на региональные пассажирские самолеты Ил-114-300. Как отмечает Олег Пантелеев, мощность этих моторов может быть достаточной для гражданского авиалайнера, но она все равно рано или поздно не устроит военных.

Как минимум, такие моторы не позволят ни увеличить Ил-112, ни создать патрульную версию Ил-114 (такие планы есть в министерстве обороны).

Отказы и поломки

С двигателями ТВ7-117СТ было связано несколько инцидентов уже в ходе испытаний Ил-112В. Это признавали сами разработчики.

«В процессе первых полетов фиксировался перегрев масла в системе теплообменника новой конструкции. Для работоспособности двигателя это критичный момент. Случалось, в ходе испытаний пилотам даже приходилось отключать силовую установку», — цитирует Aviation Explorer слова генерального конструктора ОДК-«Климов» Всеволода Елисеева. По его словам, эту неисправность потом устранили.

О другом случае в интервью, опубликованном весной 2019 года, рассказал зампредседателя научно-технического совета, а в прошлом — главный конструктор ПАО «Ил» Николай Таликов.

По его словам, 12 декабря 2018 года во время наземного запуска моторов один из них отказал из-за неисправности работы автоматики. В тот раз у мотора также разрушилась втулка винта.

30 марта 2019 года во время первого полета произошел отказ другой системы, из-за которой мотор двигатель неожиданно переключился с автоматической системы управления на гидромеханическую. Это не привело к его остановке, экипаж благополучно посадил самолет.

Уже после катастрофы Таликов дал эмоциональное интервью изданию News.ru: «Я ожидал. Я несколько лет ору, что двигатели — дерьмо. Что они подведут в конечном итоге. Никто внимания на нашей славной фирме не обращает. Седьмой начальник у нас за последние пять-шесть лет, никто внимания не обращает. Вот и дождались».

«Самолёт только начал летать. Где-то десятый полёт сделал. 13 числа прилетел из Воронежа, проблемы с двигателем были», — сказал он.

В Подмосковье разбился военно-транспортный самолет. Видео

Перевес

Второй известной проблемой Ил-112В стал его вес. Уже к первому полету 30 марта 2019 года стало понятно, что он примерно на 2,5 тонны тяжелее показателя, установленного в техническом задании.

• Зачем России самолеты 1950-х годов

Таликов объяснял это тем, что на заводе сменились поколения конструкторов. «Новое руководство гнало план, лишь бы побыстрее выпустить документацию. Задачи по весовому проектированию ушли на второй план. В итоге в документации то и дело обнаруживались ошибки и белые пятна», — рассказывал он.

Как объясняет Илья Крамник, в этом случае проявились системные проблемы российского авиапрома, корни которых уходят еще во времена СССР.

«Центром компетенции по грузовым самолетам, по любым, в Советском Союзе было КБ Антонова. И даже у Ил-76 в некоторых грузовых вещах, включая рампу, частично грузовой отсек тоже антоновцы участвовали. И такая разработка, которую мы начали делать сами, это была исходно довольно трудная задача», — рассказал он.

В 2012 году ВВС России планировали закупить до конца 2020 года около 10 украинских самолетов Ан-140 в военно-транспортной версии, а потом — еще дополнительно 15 единиц. Сборкой самолетов занимался российский завод «Авиакор». В ВВС в результате попало всего пять Ан-140.

Автор фото, Yuri Smityuk/TASS

Россия собиралась купить новые украинские Ан-140, но до 2014 удалось получить только несколько единиц

ВВС России решили возобновить программу Ил-112В еще до событий в Украине в 2014 году, в ходе которых Россия аннексировала Крымский полуостров и отношения двух стран резко ухудшились. В любом случае о поставках военных самолетов из Украины после 2014 речи быть не могло.

• Ту-134 совершил последний рейс. Почему эту машину называют легендарной?
• «Все остальное — пыль!» Как летчики вспоминают Ту-154

В марте 2021 года, когда в Воронеже возобновились испытательные полеты самолета, производители заявили, что смогли снизить его вес.

«Были доработаны все системы самолета и проведена работа по снижению веса воздушного судна, что позволило передать самолет на этап предварительных испытаний, проводимых совместно с министерством обороны», — заявил тогда управляющий директор ПАО «Ил» Сергей Ярковой.

Младенец в торговом центре

Первый испытательный экземпляр самолета должен был стать одним из главных экспонатов на военном форуме «Армия-2021». Именно поэтому его перебазировали с аэродрома ЛИИ им. Громова в Жуковском на Кубинку.

Автор фото, YELENA RUZANOVA/TASS

Испытания Ил-112В — опытные машины тестируют больше на земле, чем в воздухе

По словам Ильи Крамника, испытательный образец самолета не предназначен для демонстрационных полетов, и отправлять его на авиационное шоу было нельзя.

«Его перегнали в Жуковский для продолжения испытаний. Это аэродром летно-исследовательского института. Он должен был туда прилететь и сидеть, готовиться к испытательным полетам. Подготовка к испытательным полетам — это такая длинная, сложная процедура с многочисленными дополнительными проверками, в том числе и двигателя. И если там действительно была неисправность двигателя, то, может быть, они бы ее во время очередной наземной гонки выявили», — сказал он.

«Можно ли в принципе ставить [на демонстрационные полеты] опытную машину, которая на самой ранней стадии своего создания находится? Давайте мы еще новорожденного ребенка куда-нибудь на вокзал или в торговый центр вытащим, а потом будем удивляться, чего это ему плохо», — добавил он.

По словам Олега Пантелеева, показ Ил-112В на выставке — это «серьезное изъятие самолета из программы испытаний».

«Ну и плюс — расходование ресурсов, ведь, [на этом этапе испытаний] у многих агрегатов довольно строгие ресурсные ограничения», — отмечает эксперт.

Самолет-истребитель Мессершмитт Bf 109F-2. Германия

Экипаж — 1 человек

Двигатель — «Даймлер-Бенц» DВ 601N

Мощность — 1200 л.с.

Размах кры­ла — 9,9 м

Площадь крыльев – 16,2 кв. м

Масса пустого самолета – 2355 кг

Масса максимальная взлетная – 3120 кг

Максимальная скорость на высоте / у земли — 600 / 515 км/ч

Практический потолок – 12 000 м

Максимальная дальность – 845 км

Вооружение: 1х15-мм пулемет МG 151/15; 2х7,92-мм пулемета МG 17.

Из множества типов боевых самолетов, принимав­ших участие во Второй мировой войне, немецкий истребитель Мессершмитт Bf 109 занимает свое особое место. Он принял боевое крещение в небе Испании, являясь основным истребителем Люфтваффе, и в различных модификациях прошел всю Вторую мировую войну, вплоть до 1945 года. Простой в управлении, быстрый в маневре, грозный в атаке, простой и технологичный в производстве Мессершмитт Bf 109 по праву считается одним из лучших истребителей Второй мировой войны.

Проектирование этого самолета началось в 1934 году, когда командование ВВС Германии объявило конкурс на создание одноместного истребителя для замены устаревших истребителей-бипланов Хейнкель Не 51 и Арадо Ar 68. Главный конструктор авиационной фирмы Bayerische Flugzeugwerke AG Р. Бауэр под руководством Вилли Мессершмитта постарались соединить воедино минимальную по размерам и массе конструкцию и мощный двигатель. Результатом этой работы стало создание одноместного цельнометаллического моноплана с закрытой кабиной и убирающимся шасси.

Истребитель Bf 109 разрабатывался на основе спортивного моноплана небольших размеров, поэтому на­грузка на крыло оказалась высо­кой и его пришлось снабдить щеле­выми закрылками и автоматиче­скими предкрылками. Хорошие летные качества, удобство в экс­плуатации и технологичная конст­рукция обусловили успех этой машины.

Конструкция Bf 109 в полной мере соответствовала наметившейся к се­редине 1930-х годов тенденции — переходу от истребителей-би­планов с двигателем воздушного охлаждения к монопланам с двигателем водяного охлаждения. В передней части относи­тельно длинного и узкого металлического фюзеляжа перво­начально устанавливался двигатель Jumo 210А, вскоре замененный мотором «Даймлер-Бенц» DВ-600, а на последних модификациях — DВ-601 или DВ-605, при этом мощность силовой установки самолета за время его серийного производства возросла с 610 до 1475 л.с., а при использовании систем форсирования двигателя GМ-1 или МW-50 максималь­ная мощность могла достигать и 1800 — 2000 л.с., при этом максимальная скорость самолета выросла с 420 км/ч до 685 км/ч.

Расположенная в средней части фюзеляжа кабина пилота закрывалась фонарем, состоявшим из козырька, средней час­ти, откидывавшейся на правый борт, и части, находившейся за кабиной. Остекление из высококачественной прозрачной пластмассы обеспечивало пилоту хороший обзор во все сторо­ны. Кабина пилота была оборудована необходимыми навига­ционными приборами и приборами для контроля за работой систем самолета. Как правило, на самолете устанавливался кислородный прибор, а в хвостовой части фюзеляжа разме­щалась радиостанция. На последних модификациях исполь­зовалась также авиационная опознавательная радиостанция FuG-25А, представлявшая собой приемопередатчик, прини­мающий сигналы наземной УКВ-радиостанции и автомати­чески подававшей ответный условный сигнал. Под сиденьем пилота и за кабиной располагались два ме­таллических топливных бака общей емкостью 400 л. На не­которых модификациях была предусмотрена возможность размещения под фюзеляжем дополнительного топливного бака. Самолет имел низкорасположенное трапециевидное в пла­не крыло с металлической работающей обшивкой, которое отличалось исключительно малым весом. Уборка шасси осуществлялась с помощью гидропривода, колеса были снабжены гидравлическими тормозами. Самолет был устойчив и управляем на всех режимах поле­та. Очень важным обстоятельством было и то, что по технике пи­лотирования он был прост и доступен для летчиков средней и ниже средней квалификации.

В сентябре 1935 года самолет Bf 109 со­вершил первый полет, а уже в 1936 году поступил на вооружение Люфтваффе. Первые серийные машины Вf 109В-1 («Бруно») сошли со сборочной линии в феврале 1937 года, их получила истребительная эскадра Люфтваффе JG 132. Воздушные бои в небе Испании с советскими истребителями, которые вели 40 самолетов первых серийных модификаций Bf 109 В-1 и В-2 из состава германского легиона «Кондор», по­казали необходимость повышения мощности его двигателя и усиления вооружения. Поэтому вскоре к двум установленным над двигателем синхронным 7,92-мм пулеметам МG 17 (в модификации Bf 109В) были добавлены еще два крыльевых 7,92-мм пулемета (модель Bf 109 С-1). В начале 1939 года по­является еще один вариант — Мессершмитт Bf 109Е-1 с двигателем «Даймлер-Бенц» DB 601 мощностью 1050 л.с. Этот самолет развивал скорость 550 км/ч, и наряду с пулеметами имел и пушечное вооружение – две 20-мм пушки MG FF. В варианте истребителя-бомбардировщика Bf 109 Е-1/В он мог нести четыре бомбы калибром 50 кг или одну бомбу калиб­ром 250 кг. Именно с этим ис­требителем германские ВВС вступили во вторую мировую войну. Модифи­кация Мессершмитта Bf 109Е-3, развивавшая скорость до 570 км/ч, в 1940 году широко применялась в боях с французскими и британскими са­молетами. В 1940 – 1941 годах было выпущено 4000 самолетов Bf 109Е.

Благодаря высоким летно-тактическим характеристикам самолет модификации Bf 109Е находился в производстве без существенных изменений в течение первых двух лет Второй мировой войны, и лишь с 1941 года начал заменяться более совершенными модификациями F, G и К.

В 1941 году люфтваффе приняло на вооружение новый Мессер­шмитт Bf 109F — одну из лучших по своим пилотажным и маневрен­ным характеристикам его модификаций. Всего было изготовлено до 2200 этих машин в нескольких вариантах, так — Мессершмитт Bf 109F получил новый 12-цилиндровый V-образный двига­тель DB 601N жидкостного охлаждения взлетной мощностью 1200 л/с. Самолет модель Bf 109F-1 был вооружен одной 20-мм пушкой МG FF/М (скорострельность — 520 выстр./мин) и двумя 7,92-мм пуле­метами МG 17; а на истребителе модели Bf 109F-2 взамен МG FF/М монтировался более скорострельный 15-мм авиапулемет МG 151/15. На самолет Bf 109F-3 был установлен более мощный двигатель DB 601E (1350 л.с), а на модели Bf 109 F-4 появилась 20-мм авиапушка МG 151/ 20, дополнительная бронезащита и протектированные топливные баки. Однако с усовершенствованием двигательной установки и вооружения, основные изменения в Мессершмитте Bf 109F в большей степени коснулись пла­нера самолета, получившего новый внешний вид, со­хранившийся до конца войны с более совершен­ной аэродинамикой: улучшенной формой капота двигателя; увели­ченным размером кока винта. В этой модели радиа­торы были сильно «утоплены» в крыло; законцовки крыла стали скругленными; уменьшилась длина пред­крылков и размах элеронов; исчезли подкосы горизонтального оперения; была до­работана геометрия шасси, а хвосто­вое колесо стало наполовину уби­раться в фюзеляж. В итоге, скорость этой машины выросла с 570 до 630 км/ч.

На 22 июня 1941 года 60% всех германских истребителей Мессер­шмитта Bf 109 относи­лись к этой модификации. Модернизированный истреби­тель Bf 109F по летно-техническим характеристикам существенно превосхо­дил советские истребители. Стремясь сохранить превосход­ство в воздухе, командование люфтваффе летом 1942 года впервые применило под Сталинградом новый модернизированный истребитель Bf 109G с двигателем повышенной мощности (всего было выпущено 14122 самолета этой модификации). В 1943 году на модели Bf 109G-6 было усилено воо­ружение: 7,92-мм пулеметы МG. 17 заменили 13-мм крупнокали­берными МG.131. Кроме того, на мно­гих машинах под крылом допол­нительно устанавливались по два подвесных контей­нера с 20-мм пушками МG 151/20. На отдельных самолетах серии G-6 пушка МG.151, стрелявшая сквозь втул­ку винта, заменялась более мощной 30-мм авиапушкой МК.108. Причем в за­висимости от установленного оборудования и вооружения каждая модификация имела по нескольку вариантов и подвариантов. Так, например, модификация G существовала в 12 основных вариантах и в более чем 30 подвариантах, пред­назначенных, например, для выполнения задач истребите­ля-бомбардировщика или фоторазведчика. Переоборудование самолетов осуществлялось с помощью двух, так называемых, «пе­ределочных комплектов». С по­мощью комплектов первого вида самолеты переоборудова­лись в заводских условиях, а комплекты второго вида предназначались для переоборудования в полевых условиях силами авиаремонтных подразделений. Необходимо отметить специфику применения немецких истре­бителей. На советско-германском фронте им приходилось участво­вать в воздушных боях, как пра­вило, на высотах до 4500 м. Про­тив бомбардировочной авиации союзников они вели атаки на больших высотах. Создать же двигатель, способный развивать максимальную мощность как у земли, так и на большой высоте, оказалось настолько сложно, что немецким конструкторам при­шлось идти на компромисс. Двигатель «Даймлер-Бенц» DB 605, сто­явший на Bf 109G, обеспечивал са­молету максимальную скорость по­лета на высоте около 7000 м. Что­бы повысить высотность двигате­ля, на самолет устанавливалась си­стема подпитки закисью азота GМ-1. Для кратковременного же увеличения мощности двигателя на малых высотах на многих ма­шинах дополнительно монтирова­лась система водометанолового форсирования МW-50.

Внедрение этих двух систем улуч­шило взлетно-скоростные характе­ристики в полете, однако из-за возросшей массы двигателя, воору­жения и усиления бронирования маневренные характеристики Bf 109G ухудшились. И если для бом­бардировщиков противника Bf 109G стал весьма опасен, то в маневренном противоборстве преимущество было на стороне советских «Яков», «Лавочки­ных» и английских «Спитфайров».

Выпуск в 1944 — 1945 годах более скоростных истребителей Мессер­шмитт Bf 109 модели К, которая включала в себя все удачные доработ­ки предыдущих вариантов, в целом, не изме­нила характера боевых действий в воздухе, так как в вооруженных силах стран-участников анти­гитлеровской коалиции также по­явились усовершенствованные са­молеты-истребители Ла-7, Як-3, Як-9У, «Спитфайер» XIV, Р-51 «Мустанг». Из выпущенных в 1944 году 14 000 истребителей Вf 109 на долю новой модели Вf 109К пришлось всего 754 экземпляра. За последние месяцы войны в 1945 году люфт­ваффе получило еще 2970 истребителей Вf 109, из которых более половины были модели G, а остальные — модели К.

Самолет Мессер­шмитт Bf 109 стал одним из самых массовых истребителей Второй мировой войны. Всего в 1937 — 1945 годах в Германии было произве­дено 30573 истребителей Мессершмитт Bf 109 в 23 основных моди­фикациях­.

В экспозиции музея представлен макет истребителя Мессер­шмитт Bf 109 F-2 В. Брандля, командира 2-й группы 3-й эскадры «Удет» из состава 3-го воздушного флота (одержавшего 180 побед), летом 1941 года дислоцировавшегося под Смоленском.

Макет самолета построен НПК «Антарес» при участии АООТ «Тушинский машиностроителъный завод» под руководством ТОО «ВДА».

Литровая мощность и методы форсирования двигателей

Литровой мощностью называют номинальную эффективную мощность, снимаемую с единицы рабочего объема двигателя:

Чем выше литровая мощность, тем меньше рабочий объем и соответственно меньшие габариты и массу имеет двигатель при одинаковой номинальной мощности.

По литровой мощности оценивают степень форсированности. Двигатели, имеющие высокие значения Nл называют форсированными.

Форсирование двигателя — это комплекс технических мероприятий, способствующих повышению литровой мощности.

Возможные способы форсирования двигателей следуют из выражения; Nл увеличивается с увеличением номинальной частоты вращения n, среднего эффективного давления ре или при применении двухтактного рабочего процесса.

Увеличение литровой мощности посредством повышения n широко используется в карбюраторных двигателях, для с временных моделей которых n достигает 6500 мин-1 и выше.

Дизели грузовых автомобилей, как правило, имеют номинальную частоту вращения, не превышающую 2600 мин-1.

По этой причине литровая мощность дизелей без наддува находится в пределах от 12 до 15 кВт/л и существенно уступает аналогичному показателю карбюраторных двигателей, имеющих Nл = 20…50 кВт/л.

Однако в настоящее время в ряде конструкций дизелей легковых автомобилей трудности форсирования их по частоте вращения удается преодолеть. Появляется все большее количество дизелей с номинальной частотой вращения n = 4500…5500 мин-1 и литровой мощностью до 20 кВт/л.

Для дизелей форсирование по частоте вращения менее характерно, чем для двигателей карбюраторных, для которых этот способ повышения литровой мощности является одним из основных.

Как следует из анализа зависимости, при переходе с четырехтактного рабочего цикла на двухтактный литровая мощность должна увеличиваться в два раза.

В действительности же при этом Nл увеличивается всего лишь в 1,5… 1,7 раза вследствие использования лишь части рабочего объема на процессы газообмена и снижения качества очистки и наполнения цилиндров, а также в результате дополнительных затрат энергии на привод продувочного насоса.

Большая (на 50…70%) литровая мощность — существенное достоинство двухтактного двигателя. Однако недоиспользование части рабочего объема цилиндра для получения индикаторной работы приводит к тому, что они имеют заметно более низкие энергоэкономические показатели, чем аналогичные четырехтактные двигатели.

К недостаткам двухтактных ДВС следует отнести сравнительно большую тепловую напряженность элементов цилиндропоршневой группы из-за более кратковременного протекания процессов газообмена и, следовательно, меньшего теплоотвода от деталей, формирующих камеру сгорания, а также большего теплоподвода к ним в единицу времени, что объясняется вдвое более частым следованием процессов сгорания.

Большим недостатком двухтактных карбюраторных двигателей является потеря части горючей смеси в период продувки цилиндра, что значительно снижает их экономичность.

Особое место в ряду мероприятий, направленных на повышение литровой мощности, занимает форсирование двигателей по среднему эффективному давлению рс.

Однако существенного увеличения Nл путем повышения рс удается достигнуть лишь при увеличении тепловой нагруженности рабочего цикла из-за подвода к рабочему телу большего количества теплоты.

Необходимая для этого подача в цилиндр большего количества топлива (возрастание цикловой подачи qп) требует для его полного сжигания и большего количества окислителя. На практике это реализуется путем увеличения количества свежего заряда, нагнетаемого в цилиндр двигателя под давлением.

Этот способ носит название наддува двигателя. При этом ре возрастает практически пропорционально увеличению плотности свежего заряда.

На рисунке изображена схема двигателя с наддувом и механическим приводом компрессора от коленчатого вала.

Рис. Схема наддува двигателя с приводным компрессором

Одним из недостатков такой системы наддува является существенное снижение экономичности двигателя, обусловленное необходимостью затрат энергии на привод компрессора.

Наибольшее распространение в практике современного двигателестроения получил газотурбинный наддув, схема которого приведена на рисунке выше.

Здесь для привода центробежного компрессора 1 используется энергия ОГ, срабатываемая в газовой турбине 2, конструктивно объединенной с компрессором в единый агрегат, который называют турбокомпрессором (ТК).

Поскольку при газотурбинном наддуве отсутствует механическая связь агрегата наддува с коленчатым валом двигателя, применение ТК заметно ухудшает тяговые характеристики и приемистость двигателя. Это связано с инерционностью системы роторов ТК, а также с уменьшением энергии отработавших газов при малых нагрузках, в связи с чем, особенно в начале разгона, не обеспечивается подача в цилиндр нужного количества свежего заряда. Для преодоления этих недостатков нередко возникает необходимость использования комбинированного наддува. Система комбинированного наддува выполняется в различных конструктивных вариантах и обычно представляет собой определенные комбинации наддува с приводным компрессором и газотурбинного наддува.

Для повышения плотности свежего заряда, подаваемого в цилиндры двигателя, в ряде случаев используются колебательные явления в системах газообмена (пульсации РТ в системе впуска и выпуска), являющиеся результатом цикличности следования процессов газообмена в цилиндре.

Если, например, задать впускному патрубку такие конструктивные параметры (в основном длину и площадь проходного сечения), чтобы перед закрытием впускного клапана около него была волна сжатия, то масса поступающего в цилиндр заряда увеличивается.

Аналогичный эффект можно получить, «настроив» выпускной трубопровод так, чтобы при открытом выпускном клапане вблизи него была волна разрежения. В результате этого улучшится очистка цилиндров и в него поступит большее количество свежего заряда.

При правильном выборе геометрических параметров систем газообмена в отдельных случаях с помощью динамического наддува становится возможным увеличить эффективную мощность двигателя на 15…25%.

При использовании наддува увеличивается механическая и тепловая напряженность элементов, формирующих камеру сгорания, что является одним из основных факторов, ограничивающих возможное увеличение плотности свежего заряда, поступающего в цилиндр. Поэтому при конструировании двигателей с наддувом и выборе величины давления на выходе из компрессора р’х необходимо учитывать возможные последствия роста механических и тепловых нагрузок на его элементы.

По величине создаваемого на входе в цилиндр дизеля давления рк (или степени повышения давления Пк=pк/p0) различают наддув низкий Пк 1,5…2,0 и высокий Пк > 2,0. При этом эффективная мощность двигателя увеличивается соответственно на 20…30, 40…50 и более 50%.

Применение наддува в двигателях с искровым зажиганием требует принятия специальных мер по предотвращению нарушения процесса сгорания, называемого детонацией. Это обстоятельство, а также более высокая тепловая напряженность лопаток турбины из-за большей температуры ОГ существенно усложняют практические возможности использования наддува в двигателях данного типа.

HOLSET – турбина с именем

Турбонаддув – источник мощности двигателя. Однако у этого утверждения есть и сторонники, и противники. Разберемся в целесообразности применения турбин на примере продукции компании HOLSET.

Человечество давно заметило – любое топливо лучше всего горит на ветру. Столетиями кузнецы использовали принудительную подачу воздуха в плавильную печь и горн… А с появлением двигателей внутреннего сгорания уже в начале ХХ века начались эксперименты с наддувом по повышению мощности атмосферных моторов. Авиация, судостроение, промышленные двигатели гигантского объема – где только не использовался потом турбонаддув, а в автомобилях всплеск интереса к «наддутым» моторам появился после окончания Второй Мировой войны.

Современный ДВС не может быть атмосферным, без наддува. Не важно, какой это двигатель – бензиновый, газовый или дизельный, автомобильный или тепловозный… Иначе не добиться роста индикаторного КПД двигателя – улучшения его экономичности и увеличения мощности. В старых учебниках по теории двигателей, изданных лет 30-40 назад солидными советскими издательствами, говорилось о том, что турбонаддув обеспечивает увеличение мощности на 15-25 %, по отношению к мотору без наддува. Время показало, что в тот момент потенциал турбин явно недооценивали. Для российских перевозчиков показательны два примера: атмосферный дизель КАМАЗ‑740 при рабочем объеме 10,85 л развивал 210 л.с и 637 Н.м, ЯМЗ‑238 14,86 литра, 240 л.с./882 Н.м. Сегодня серийные длинноходные двигатели КАМАЗ‑740 60-й и 70-й серии, при объеме 11,76 литра имеют мощность 400 л.с./1766 Н.м. Ярославская «восьмерка» ЯМЗ‑6586 осталась при том же объеме, но мощность выросла до 420 л.с./1766 Н.м. У этих моторов есть и более мощные версии, к примеру, у ЯМЗ – 500 сил и 1900 Н.м. Причем с двумя клапанами на цилиндр! То есть достигнут практически двукратный прирост мощности только за счет подачи воздуха в цилиндры под давлением, фаз газораспределения и настройки топливной аппаратуры. Та же самая история была с моторами по всему миру. У Scania в 1969 году появилась 14-литровая «восьмерка» с турбонаддувом DS 14 мощностью 335-385 л.с., а сейчас 16-литровый V‑8 развивает 730 л.с. У Volkswagen дизелизация начиналась с 50-сильных атмосферных «четверок» объемом 1600 см3, позже 1,7 л, а сейчас с двухлитровых моторов снимают 170 л.с. И это мы говорим о серийных моторах, а у спортивных или специальных версий мощность выше по сравнению с «атмосферниками» в 2,5-3 раза…

Да, с турбонаддувом мотор получается сложнее и дороже за счет применения не только самого ТКР, но и из-за применения теплообменника наддувочного воздуха, серьезных изменений в системе смазки, применения специальных масел. Однако другого технического решения – нет…

Отлаженная конструкция

Производителей турбокомпрессоров много, но не каждому удается десятилетиями выпускать высококачественную продукцию, быть на острие технического прогресса, поставлять турбины не только на конвейеры ведущих автопроизводителей, но и полноценно обеспечивать вторичный рынок. Компания HOLSET – один из таких мировых лидеров.

В 1952 году в Великобритании, в городе Хаддерсфильд была создана частная компания HOLSET, выбравшая для себя как специализацию разработку и производство турбокомпрессоров для различных ДВС. Через 20 лет эта успешная производственная и инжиниринговая фирма влилась в состав транснациональной компании Cummins Inc. что позволило ей выйти на новые рынки по всему миру и завоевать лидирующие позиции в производстве турбокомпрессоров. Была создана широкая сеть инженерных, производственных и сервисных центров по всему миру. В 2006 году произошел ребрендинг и HOLSET получила название Cummins Turbo Technologies. Однако логотип HOLSET по-прежнему можно встретить на отливке турбокомпрессоров для двигателей рабочим объемом от 2,8 до 120 (ста двадцати!) л: от моторов для LCV, средних и тяжелых грузовиков, любых автобусов и строительной техники, до промышленных дизелей и газовых двигателей. Продукцию HOLSET десятилетиями успешно используют практически все европейские, американские и азиатские моторостроители, но по условиям контракта не все об этом говорят…

Создавая новые дизельные и газовые двигатели конструкторы рассчитывают на применение именно турбин HOLSET. В конце 90-х компанией были разработаны и запущены в производство первые ТКР VGT – с электронной регулировкой направляющего аппарата. Такие турбины не только обеспечивали более пологую характеристику протекания крутящего момента, но еще и способствовали уменьшению вредных выбросов в атмосферу. А через несколько лет такие турбокомпрессоры внесли свой вклад в обеспечение перехода по всему миру двигателей с экологических норм Евро‑3 на Евро‑4 и далее. На тяжелых грузовиках одними из первых высокотехнологичные турбины HOLSET в начале 2000-х годов начали применять моторостроители IVECO и Scania, причем – не скрывая этого.

Наиболее эффективны современные системы двухступенчатого турбонаддува, которые позволяют резко увеличить литровую мощность моторов. Сдвоенные турбины для такой схемы турбонаддува тоже давно разработаны и выпускаются CumminsTurboTechnologies. Сдвоенную турбину серийно применяли уже в конце 2000-х на 220-сильных «четверках» D 0834 для создания среднетоннажных грузовиков MANTGL полной массой 11990 кг – эти моторы ставили вместо более тяжелых шестицилиндровых дизелей D 0836 той же мощности. Сейчас MAN все настойчивее применяет двухступенчатый турбонаддув на своих «больших» дизелях. Наиболее мощные версии «четверки» Volkswagen объемом 2 л оснащены тоже двухступенчатым турбонаддувом. Самый современный мотор из Набережных Челнов, 12-литровый КАМАЗ‑910 в спортивной версии с двухступенчатой турбиной HOLSET развивает максимальную мощность не 500-550 л.с., а около 700 л.с.

Еще одна система, связанная с применением турбокомпрессора – так называемый турбокомпаунд. В ней используется энергия отработавших газов, которая позволяет дополнительной турбиной, через понижающий редуктор, «подкручивать» коленвал. У 12-литрового дизельного мотора турбокомпаунд дает «дармовую» прибавку мощности где-то на 50 л.с., увеличивается и крутящий момент. Если мощность оставлять той же, как и с обычным ТКР, то у двигателистов появляется возможность добиться более чистых экологических настроек. Такая турбина с редуктором – тоже одна из разработок HOLSET середины 90-х: ее применяли на американских грузовиках, а также соотечественники-конкуренты Scania и Volvo. В середине 2000-х годов обе шведских компании опять вернулись к теме применения турбокомпаунда. В 2008 году Scania применяла хитрую турбину на моторах DC 12, увеличив мощность с 420 до 470 л.с., примерно в этот же период у Volvo аналогичный 12-литровый двигатель D 12D развивал уже 500 л.с. Премьера самой новой разработки применения турбокомпаунда у Volvo Trucks должна состоятся этим летом. MercedesBenz отказался от своих дизелей V6 ОМ501 и V8 ОМ502 ради рядный «шестерок» именно из-за перспективы применения турбокомпаунда… С турбокомпаундом связывают перспективы реализации еще более высоких норм токсичности, чем Евро‑6… И в большинстве случаев, все это – продукция HOLSET!

В России турбины HOLSET идут на сборочные конвейеры моторного завода КАМАЗ – не только на его классические V-образные «восьмерки», их планируют ставить и на новый перспективный двигатель КАМАЗ‑910. Турбокомпрессоры Cummins Turbo Technologies также идут на комплектацию двигателей Cummins 4ISBe/6ISBe и Cummins ISL, изготавливаемые в Набережных Челнах на совместном предприятии «Камминз КАМА». Продукцию компании используют на дизелях для автомобилей «Группы ГАЗ» – на Ярославском моторном заводе, в частности, на рядных четырехцилиндровых моторах современного семейства ЯМЗ‑534.В Нижнем Новгороде турбины HOLSET стоят на «ГАЗелях» с двигателями Cummins ISF 2.8 Евро-4, как моделей «Бизнес», так и «ГАЗель-Next».

Мощное решение

Понятно, что перевозчик чаще всего не может влиять на выбор турбины автозаводом при комплектации приобретаемого автомобиля. Но как только заканчивается срок гарантии, при замене вышедшего из строя ТКР все решает уже он сам. Если по имеющейся у него статистике установленный на конвейере турбокомпрессор не оправдал его надежд, не порадовал ресурсом, то технически компетентный владелец автопарка будет искать альтернативу неудачной турбине. А поставляемые в Россию на вторичный рынок турбины HOLSET позволяют не только вернуть любому дизельному мотору былую мощность и экономичность, но и при правильном подборе ТКР – грамотно форсировать двигатель. У компании Cummins TurboTechnologies существуют электронные каталоги​​​​​​, по которым легко подобрать нужную турбину, основываясь на марке и модели двигателя, его экологическом классе.

К сожалению, успешные продажи любой качественной продукции всегда сопровождают подделки… При весьма достоверном воспроизведении внешнего вида турбокомпрессоров HOLSET, шильдиков и упаковки все же невозможно обеспечить полную идентичность контрафакта оригиналу. Необходимо применить столь же жаропрочные материалы, качественно и точно изготовить, отбалансировать турбинное и компрессорное колесо, обеспечить ресурс вала и подшипников. Современный турбокомпрессор – технологически сложный агрегат! Для борьбы с подобным контрафактом CumminsTurboTechnologies запустила в России программу по использованию голографических наклеек для более высокой степени защиты своей продукции. Антиконтрафактная наклейка исполняет роль пломбы, гарантирующей отсутствие вмешательства в упаковку, содержит не только голограмму, защищающую наклейку, но и QR-код, позволяющий проверить подлинность продукции. Оригинальная продукция HOLSET обеспечивается гарантией до одного года без ограничения пробега.

Помимо полностью готовых к установке на двигатель новых турбокомпрессоров, компания HOLSET поставляет на вторичный рынок оригинальные ремкомплекты и картриджи турбин. Такие наборы позволяют оптимизировать расходы при ремонте в случае поломки ТКР. Это давно отлаженное, экономически эффективное решение проблемы. Но надо учесть, что ремкомплект довольно сложно установить в корпус и еще возможно придется балансировать турбинное и компрессорное колеса. Поэтому ремкомплекты используют в своей деятельности предприятия, имеющие опыт в ремонте турбин, специализированное оборудование. При использовании картриджа, перевозчик получает надежные, полностью готовые к эксплуатации важнейшие компоненты ТКР, причем заводской сборки: вал, крыльчатки, подшипниковый узел уже установлены в корпусе. Картридж не требуют дорогостоящей и технологически сложной балансировки, на него распространяется такая же гарантия по сроку и пробегу, как и на новый ТКР. Необходимо только правильно смонтировать новый картридж вместо старого в корпуса «улиток», в результате получается турбокомпрессор с ресурсом нового, полностью соответствующий стандартам HOLSET. Восстановление турбины заменой картриджа обходится значительно дешевле, чем приобретение нового турбокомпрессора.

Николай Мордовцев. Рейс.РФ