Высотная характеристика поршневого двигателя

Где взять достойные двигатели для малой авиации

Грех не вспомнить наших великих предков, но, к несчастью, у нас и сейчас с двигателями для небольших самолетов почти те же проблемы. В наследие от СССР нам достался всего один серийный поршневой двигатель М-14. Двигатель простой, надежный, неприхотливый к топливу и маслу. Не боится морозов. Сравнительно недорогой, если летать на нем не очень много. За это и любят двигатель М-14.

На чем же летают сейчас, в «малой авиации», т.е. сверхлегкие и легкие летательные аппараты? Наиболее распространены, известны и почти везде в мире обслуживаются двигатели австрийской фирмы Rotax 912 и 914. Мощностью 80–100 л.с. , они устанавливаются на аппараты взлетной массой до полутонны, с экипажем до двух человек. Это учебные и туристские, любительские аппараты.

Как только потребуется выполнять фигуры сложного пилотажа вдвоем (с инструктором), потребуется более прочный и тяжелый самолет взлетной массой 800–1000 кг (например, По-2, Як-18, Як-52). При этом с двигателем в 100–160 л.с. половину летного времени придется затрачивать на набор потерянной за пилотаж высоты с вертикальной скоростью 2–3 м/сек. А если захочется набирать высоту побыстрей, то и двигатель подойдет как раз М14. На нем можно получить в наборе до 10 м/сек, да и потеря высоты за пилотаж будет гораздо меньше. Конкурентами М14 выступают американские Lycoming и Teledyne Continental, чешские Walter, немецкие Centurion. Lycoming и Teledyne Continental капризны при запуске на земле даже летом, то им жарко – то холодно, зимой в воздухе вообще не запустить. Они употребляют только «свои», дорогие, импортные бензин и смазку, но все их минусы перевешиваются двумя плюсами:
1. Работают на «максимале» без ограничения по времени.
2. Расход топлива в 2 раза меньше, чем у нашего М14.

Если свести основные технические и экономические показатели двигателей в одну таблицу с задачей получения стоимости затрат на работу двигателя с налетом самолета до полного использования ресурса – 10 тыс. летных часов – получим таблицу.

Из нее видно, что за 10 000 часов налета на нашем М-14 придется заплатить на 30% больше чем на ТВД Alison и почти в три раза больше против дизеля Centurion. А вот двигатель М601, хотя и стоит почти в три раза дороже, чем М-14, но каждая его лошадиная сила обходится эксплуатанту в три раза дешевле, чем у М-14. Поэтому если мы хотим получить самолет для основного обучения по курсу военного летного училища, где вынуждены работать интенсивно и обеспечивать очень большой налет, то самолет, конечно, нужно иметь с ТВД, и пока лучше М601 серийного двигателя не видно!

Самолет нужен, конечно, пилотажный, с эксплуатационной перегрузкой до 7, достаточно высотный (7–10 км), следовательно, с герметичной кабиной. Наиболее подходящий из имеющихся и обслуживаемых в России двигателей для планируемого самолета – это чешский Walter М601. Его аналоги Pratt&Whittney поновей, поэкономичней, но системы их технического обслуживания и опыта эксплуатации в России нет. Дизельный двигатель на пилотажный самолет с временем полета 0,5–1,5 часа пока ставить рано – тяжел ( в Интернете у танкистов есть очень дельный сравнительный анализ преимуществ и недостатков газотурбинного и дизельного двигателей).

Пока получается, что самое дешевое летное обучение – на планере при запуске с лебедки. За 3 евро (120) рублей вас на планере забросят на высоту 500 м, откуда вы будете спокойно снижаться примерно 8–10 минут или можете уйти на свободное парение. За планерами следуют ультралайты с взлетным весом до 500 кг и двигателями Rotax 912 и 914, мощностью 80–100 л.с. На них можно проводить обучение полетам по кругу, простому пилотажу, полетам по маршруту. Это даст налет 30–40 часов и выход на уровень пилота-любителя. Заниматься таким обучением могут частные летные школы или ДОСААФ. Справка: уже проектируются сверхлегкие летательные аппараты, на которых будут использоваться электродвигатели с аккумулятором до 30 минут полета. И дешево, и экологически чисто, малошумно и безопасно.

Следующий этап: пилотажный учебный поршневой самолет. Одним из предпочтительных вариантов мог быть яковлевский самолет «Кадет». На нем можно учить сложному и высшему пилотажу, полетам строем и ночью. Но заставить военных пересесть снова на поршневой самолет будет очень трудно, полеты физически тяжелы, а оплата и льготы будут занижены. Поэтому такие машины, скорее всего, пригодятся ДОСААФ и частным летным школам. Двигатель все же придется менять – слишком дорог в эксплуатации – на 30% дороже, чем вдвое более мощный ТВД М601.

Если за единицу стоимости летного часа принять стоимость полета на самолете УТС с ТВД с максимальной скоростью около 500 км/ч, то, в зависимости от максимальной скорости самолета, можно получить соотношение цен летного часа на различных самолетах.

На графике четко видно, что до максимальной скорости 500 км/ч, цена самолета увеличивается плавно линейно, со скорости от 500 до 800 км/ч растет по параболе и далее почти линейно уходит вверх. Отсюда вывод: нет смысла увеличивать максимальную скорость УТС с ТВД более 500–600 км/ч, так как небольшое увеличение скорости обходится слишком дорого и в цене самолета, и в эксплуатации. Видимо, по этим причинам уменьшили мощность двигателей заказчики самолета Pilatus РС-7МК из ЮАР.

Если УТС с ТВД будет иметь скорость захода на посадку менее 150 км/ч, то необходимость в поршневом самолете первоначального обучения для военного училища может отпасть, и эта задача может быть решена на УТС с ТВД с меньшими затратами.

Для основной подготовки в летном училище, конечно, как и во всем мире, остро необходим УТС с ТВД («Авиапанорама» №№ 1 и 2, 2010).

Мы видим, как с помощью государства поддерживается авиапромышленность Китая, Индии, Бразилии и других развивающихся стран. Даже Турция планирует выпустить в 2011 году свой УТС с ТВД. Наш крупный бизнес – в основной массе технически малограмотный – покупает в первую очередь недвижимость и предметы роскоши. Кстати, и до революции наши финансисты не очень-то жертвовали на технический прогресс. Ведь не у нас, а на западе были установлены крупные призы за перелет через Ламанш и за другие рекордные полеты.

С отменой запретительной системы использования воздушного пространства, обещанного в 2008 году, теперь в конце 2010 года, вероятно, все же откроется большой российский рынок для небольших частных самолетов. Эту ситуацию государство могло бы использовать для развития собственного производства легких летательных аппаратов. Можно, как Китай и Индия, покупать партии лучших зарубежных самолетов, с правом их последующего производства. Но гораздо важнее для нас, авиационной промышленности и любителей авиации, это покупка и лицензионное производство лучших, самых распространенных и надежных двигателей Rotax, Teledyne Continental, Pratt&Whittney со шкалой мощности не производимых в России до сего времени. Имея широкий спектр выбора двигателей, наша авиационная промышленность смогла бы обеспечить российский рынок нужными самолетами. Исторические примеры только подтверждают это. Так было с Ли-2, так было с покупкой английских реактивных двигателей «Нин-1» и «Дервент-V», в результате получили самый массовый истребитель мира МиГ-15 и почти такой же массовый фронтовой бомбардировщик Ил-28.

На что хотелось бы обратить особое внимание. Наша национальная привычка к нищете породила массовую тенденцию: сделаем, что получится, а потом в серии доведем. Нужно помнить, чему учат студентов авиационных ВУЗов: доработка эскиза обойдется в цену резинки и карандаша (копейки), макета – в цену затраченного пиломатериала (тысячи рублей), опытного образца самолета – в миллионы рублей, а доработки серийного самолета потребуют очень больших денег, что может привести к краху всей программы вообще. Для исключения таких промахов нужно любить заказчика и делать все своевременно, чтобы наше изделие было лучше, чем у конкурентов.

Высотная характеристика поршневого двигателя

6 февраля 2020 г., AEX.RU – В рамках совместного проекта Фонда перспективных исследований (ФПИ) и Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) имени П.И. Баранова разработан перспективный авиационный односекционный турбированный роторно-поршневой двигатель (РПД). При рабочем объеме 0,4 литра и весе роторно-статорного модуля РПД в 28 килограммов достигнутое при моторных определительных испытаниях максимальное пиковое значение мощности составило более 120 лошадиных сил. Об этом сообщает пресс-служба ФПИ.

Основная задача, которая стояла перед разработчиками нового двигателя – ликвидация недостатка РПД, а именно низкого ресурса основных элементов двигателя и повышение общего ресурса силовой установки при улучшении ее высоких удельных характеристик. Решение состояло в применении в конструкции композиционных металлокерамических материалов нового поколения с высокими физико-механическими характеристиками. Композиты, в частности, применены в износостойкой вставке статора, радиальных, маслосъемных и торцевых уплотнениях ротора, подшипниковых узлах, износостойком покрытии эксцентрикового вала, рассказали в ФПИ.

В двигателе также используется специально разработанная уникальная система турбонаддува, часть ее элементов изготовлена с помощью аддитивных технологий с использованием отечественного сырья. Также разработана отечественная электронная система управления двигателем и спроектирована современная система топливоподачи.

«Правильность выбора указанных конструкторских и технологических решений подтверждена в ходе полного комплекса стендовых испытаний. В частности, проведены круглосуточные ресурсные испытания продолжительностью более 250 часов по самолетному и вертолетному циклам работы. Последующие дефектовки подтвердили крайне низкий износ деталей на уровне допустимых износов деталей классических ДВС и лучших РПД. На основании проведенных экспериментальных исследований по утвержденным методикам Центрального института авиационного моторостроения определен межремонтный ресурс двигателя в 1000 часов и полный ресурс – 5000 часов», — отметили в ФПИ.

Также в ходе высотно-климатических испытаний на уникальном стенде УВ-3К с термобарокамерой подтверждена возможность стабильной эксплуатации РПД в широком диапазоне температур — от -63,8°С до +52°С и высот — до 10 000 метров, а также возможность поддержания взлетной мощности до высоты 7 000 метров. Двигатель способен работать на различных видах топлива, в том числе на газе, авиационном и автомобильном бензине.

Основные сферы применения перспективного двигателя— беспилотные летательные аппараты, легкомоторная авиация, робототехнические платформы различного назначения, в составе генераторов гибридных силовых установок, в качестве лодочных и автомобильных моторов.

Интерес к инновационной разработке российских ученых уже проявили ведущие предприятия авиастроительной отрасли, компании, специализирующиеся на производстве техники для активного отдыха, и представители Министерства обороны Российской Федерации.

Адаптированный автомотор готовится к летным испытаниям и будет показан на МАКСе

Демонстратор разработан ЦИАМ на основе автомобильного мотора линейки двигателей Единой модульной платформы ФГУП «НАМИ». Главной задачей работ является подтверждение возможности создания авиационного двигателя на базе серийного автомотора, а также оценка преимуществ его создания по срокам и стоимости.

Для авиаверсии специалистами ЦИАМ разработан ряд новых узлов и систем, обеспечивающих эффективную и безопасную работу двигателя в авиационном режиме в соответствии с требованиями Авиационных правил АП-33. Это, например: стартер-генератор, позволяющий в одном блоке реализовать режим запуска и генерирования энергии для нужд двигателя и борта; спроектированный под применение воздушных винтов с изменяемым шагом редуктор; дублированная двухканальная система управления двигателем с независимыми контурами для надежной работы; система наддува с приводным нагнетателем, обеспечивающая заданные мощностные характеристики авиационной версии, и др.

Достижение демонстратором требуемых параметров уже подтверждено комплексом испытаний на наземных и высотных стендах. Первые летные испытания запланированы на вторую половину 2021 года.

Возникает вопрос: не проще ли сразу делать «крылатый» мотор? Не проще и намного дороже, — говорят специалисты. Самолетов никогда не будет столько, сколько автомобилей. Поэтому у авиадвигателя всегда будет меньшая серия. И он всегда будет дороже. А тут есть возможность на предприятиях, которые освоили производство двигателей для машин, наладить их производство для авиационного применения. Что значит серия? Резко снижаются себестоимость, сроки изготовления. Причем все может быть произведено в России по уже освоенным технологиям. Конечно, у авиадвигателей свои особенности, требования и ограничения. Нужно решить ряд научно-технических проблем. Что и делается.

— По завершении летных испытаний можно будет говорить уже об открытии опытно-конструкторских работ. Двигатель-демонстратор мы создаем на базе серийного автодвигателя, поэтому ОКР можно будет завершить быстрее и экономичнее, чем при организации работ «с нуля», — считает генеральный директор ЦИАМ Михаил Гордин. — Отечественный поршневой двигатель — это возможность для «перезагрузки» всей малой авиации России. Он сможет найти самое широкое применение, дать толчок и ремоторизации, и созданию новых летательных аппаратов.

Кстати, в мире двигатели для машин уже летают. Так, есть австрийский авиационный двигатель АЕ-300, который был создан на базе дизеля от автомобиля «Мерседес». Есть другие примеры. «Мы здесь не первые в мире, но в России точно первые» — сказал ранее в интервью «РГ» Михаил Гордин.

Важная деталь: цикл создания газотурбинного двигателя до серийного образца — 10-15 лет, самолета — 7-10. Для поршневого, конечно, меньше, но тут основная сложность — агрегатчики. В какое-то время поршневая авиационная тематика просто выпала из поля зрения разработчиков летательных аппаратов. И, соответственно, пропали те, кто изготавливает компоненты, узлы и агрегаты. Так что работой над адаптацией автомобильного двигателя возобновляется и кооперация.

Такой мотор будет очень хорош для самолетов сельхозавиации с полезной нагрузкой до 1 тонны, самолетов местных линий — на 7-9 мест, большой беспилотной авиации. Он может стоять на учебно-тренировочном самолете типа Як-152. Задач для него много.