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.
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.
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»
«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».
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.
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.
«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.
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.
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.
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.
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.