В России возрождается производство поршневых двигателей для малой авиации, ведутся научно-исследовательские работы в сфере электрических силовых установок, двигателей на водородном топливе, воздушного транспорта, способного летать с гиперзвуковой крейсерской скоростью, а также методологии превращения автомобильного двигателя в авиационный.
О том, когда гражданские лайнеры начнут летать на гиперзвуке, как из автомобильного двигателя сделать авиационный и когда самолеты малой авиации получат российские поршневые двигатели, в интервью обозревателю РИА Новости Алексею Паньшину рассказал генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П.И. Баранова Михаил Гордин.
— Михаил Валерьевич, на "Гидроавиасалоне-2018" было подписано соглашение с АО "УЗГА" (Уральский завод гражданской авиации) о возрождении производства отечественных двигателей для малой и учебно-тренировочной авиации. Когда эту работу планируется развернуть? Какие роли в ней осуществляют ЦИАМ и УЗГА?
— Давайте все же немного скорректируем — не производство, а создание. Производство — это уже вещь серийная, а создание включает в себя этап опытно-конструкторских работ (ОКР), создание опытных образцов, и только потом переход к серии. Дело в том, что УЗГА последние несколько лет активно смотрит в сторону малой авиации. Соответственно, они приняли решение расширить зону своего интереса в сфере поршневых двигателей, которые являются основными силовыми установками для малой авиации. Конечно, газотурбинные установки в этом сегменте тоже есть, но рынок поршневых гораздо шире.
Что касается ЦИАМ, то он 88 лет назад начал с поршневых авиационных двигателей, то есть вся история российского и советского поршневого двигателестроения начиналась и продолжается в ЦИАМ. Мы эту тему не бросали: благодаря заказам, которые нам давало государство, выполняли научно-исследовательские работы (НИР), делали демонстраторы поршневых двигателей разных типоразмеров. На сегодняшний день в институте накоплен достаточный научно-технический задел (НТЗ), на основании которого можно провести опытно-конструкторские работы. Как научно-исследовательский институт мы занимаемся НТЗ, научным сопровождением и практически не проводим ОКР, а в УЗГА заинтересовались этим вопросом.
— Сейчас в России кто-то занимается такими силовыми установками?
— Есть ряд небольших компаний. В основном это те, кто делает небольшие летательные аппараты. Во всех таких работах в России мы участвуем, так как ЦИАМ задействован в испытаниях авиационных двигателей и, помимо этого, выдает экспертные заключения на их сертификацию. На данном этапе УЗГА, пожалуй, самый мощный игрок из всех, с кем нам приходилось работать по этому направлению. Однако для серийного производства нужен приличный спрос. Мы его видим, сейчас достаточно много иностранных двигателей, которые нужно замещать. По сравнению с Западом в России в области поршневых двигателей наблюдается провал. По разным причинам ничего в этой области фактически не производится, поэтому конструирование самолетов для малой авиации происходит на базе двигателей иностранного производства. Как только сделаем отечественные силовые установки, наши самолеты станут летать на них.
— А как же ОДК? Они же у нас основные двигателисты.
— ОДК не видит себя в сегменте поршневых двигателей и, в принципе, правильно делает, так как у них свой сегмент — большие силовые установки. Они осознанно следуют своей стратегии. Молодцы. В России сложилась ситуация, когда поршневыми двигателями для малой авиации занимаются все и никто, как это ни парадоксально звучит.
— Каков статус этой работы сейчас? Подписали соглашение, а что дальше?
— Мы договорились, что ЦИАМ и дальше продолжит заниматься научно-исследовательскими разработками, а УЗГА будет проводить опытно-конструкторские работы, создавать образцы. В настоящее время формируются технические задания на разработку конкретных типов двигателей, которые необходимо создавать. У нас сейчас есть демонстратор двигателя небольшой мощности, и на его базе УЗГА планирует запускать ОКР, чтобы сделать сначала опытный, а потом уже серийный двигатель для воздушных судов малой авиации, прежде всего для беспилотников. Это первая масштабная работа.
— А вторая?
— Всего их три. Что касается второй работы, то могу сказать, что у нас сейчас заключен контракт с Минпромторгом на проведение работ под шифром "Адаптация", которые подразумевают исследование методологии превращения автомобильного двигателя в авиационный. Мы берем двигатель от "Кортежа" и делаем из него авиационный. Закончится эта работа созданием демонстратора. Основная цель данного проекта — понять, что конкретно нужно поменять в автомобильном двигателе, чтобы на нем полетел самолет. Идея в том, что автомобильные двигатели крупносерийные, их себестоимость существенно ниже, поэтому есть возможность сделать относительно дешевый авиационный двигатель. "Кортеж" мы взяли потому, что это самый современный автомобильный двигатель, который есть в России. Если все будет идти по плану, то года через полтора-два этот проект перейдет на стадию ОКР.
А третья работа, которую мы пытаемся начать, это НИР, которая через некоторое время, думаю года через два, перейдет в ОКР по созданию роторного поршневого двигателя мощностью порядка 200 л. с.
— Когда наши самолеты малой авиации начнут получать отечественные двигатели?
— Думаю, что через два-три года. Это точно не десятилетие. Как я уже говорил, есть задел, по которому можно проводить ОКР. На все это нужно как раз до трех лет. Если говорить о каких-то новых научно-исследовательских работах, то это 4-5 лет. Рассматриваются различные варианты, это будут как новые двигатели, так и модернизация существующих — за счет применения новых конструкционных материалов и технологий, а также использования современных систем, обеспечивающих работу поршневого двигателя.
— С каких самолетов начнется работа?
— Думаю, что обновление начнется с госавиации — там есть определенные задачи, на которые мы ориентируемся. Это касается как самолетов, так и беспилотников. Что касается всего рынка малой авиации, сказал бы так: будут двигатели, появятся и самолеты. Конечно, можно говорить о конкуренции с RED (немецкой силовой установкой RED-A03 — ред.) на Як-152. Тот же Т-500 (специализированный самолет для проведения авиахимработ — ред.), безусловно, один из рассматриваемых вариантов, можно посмотреть и другие самолеты. Нужно просто сделать серийный двигатель, понять его стоимость, после чего уже будет ясна полная картина.
— Будете ли вы при проведении НИР ориентироваться на то, что производится за рубежом?
— Безусловно. Больше скажу: НИР "Адаптация", о которой я говорил ранее, это не наша идея. В Европе есть примеры, когда переделывают автомобильный двигатель в авиационный. Тут есть свои сложности, и не все согласны с таким подходом, так как авиационные двигатели живут долго, а автомобильные — не очень, поэтому нужно просчитать все условия.
— Не так давно Минпромторг России заказал работу по проектированию гибридного двигателя для перспективных летательных аппаратов. Расскажите, в чем особенности такой силовой установки, нужны ли такие двигатели и когда они могут появиться в России?
— Это не первый заказ Минпромторга в сфере гибридных авиадвигателей. Не так давно ЦИАМ начал вести НИР "Гибридные силовые установки". Мы создали специальное подразделение в институте, которое занимается гибридными и электрическими силовыми установками. Весь мир сейчас движется в сторону применения электричества для создания тяги. Та работа, о которой вы говорите, всего лишь продолжение начатого некоторое время назад НИР. Очень хорошо, что Минпромторг финансирует подобные проекты, так как это реальное создание научно-технического задела. Ведь чтобы сделать двигатель, нужно в первую очередь иметь НТЗ. Если мы хотим оставаться двигателестроительной державой — одной из пяти, мы должны работать на перспективу.
В мире на данный момент нет ни одного электрического самолета, кроме совсем маленьких. Хотя они скорее опытные, чем серийные. Основная проблема электродвижения сейчас — это емкость аккумуляторов, поэтому, скорее всего, в ближайшие годы появятся самолеты именно на гибридной тяге. На них будет установлен газотурбинный двигатель, который будет вырабатывать энергию для электромоторов, вращающих винты. Однако прежде чем запускать в серию такие самолеты, нужно понять, как работает эта гибридная силовая установка. В теории схема гибридного двигателя дает существенный прирост в топливной и экологической эффективности, но все это нужно подтвердить на практике. Та НИР, которую мы ведем по заказу Минпромторга, как раз служит для того, чтобы создать демонстратор гибридной силовой установки (ГСУ). Технологии, разработанные и отработанные при создании демонстратора, могут быть использованы при создании ГСУ для самых различных летательных аппаратов, в том числе многороторных.
Особенностью данного проекта является использование электрического двигателя на высокотемпературных сверхпроводниках. Использование сверхпроводимости в перспективе позволит кардинально снизить удельную массу электрического двигателя и повысить его КПД практически до 100 %. Российская компания "СуперОкс", один из ведущих мировых производителей высокотемпературных сверхпроводников, сделала по заказу Фонда перспективных исследований электродвигатель мощностью 500 кВт. С самого начала этой работы мы активно сотрудничаем с фондом, обсуждаем требования к двигателю и результаты. Важно, чтобы этот электромотор соответствовал авиационным требованиям. На базе этого двигателя мы ходим создать демонстратор гибридной силовой установки. Если через год, в 2020-м, финансирование продолжится, то мы его испытаем в полете на летающей лаборатории, постараемся подтвердить конструктивные решения, весовую и топливную эффективность. Если у нас все получится, можно будет говорить о проектировании чего-то более мощного и серьезного.
— Для каких самолетов могут использоваться такие двигатели?
— Я думаю, что упор будет сделан на региональную авиацию, так как у них небольшие скорости и турбовентиляторные двигатели.
— Например, Ил-114?
— Он все же тяжеловат. Один из вариантов — Л-410. Не обязательно конкретно он, но что-то похожее по массогабаритным и скоростным характеристикам.
— Как обстоит дело с аккумуляторами для электрических двигателей? Есть ли проблема с ними?
— Нет никакой проблемы, их просто нет. То есть аккумуляторы, конечно, есть, но с плотностью хранения энергии в 15 раз ниже, чем у керосина. Иными словами, запасти энергию в аккумуляторе будет в 15 раз сложнее, чем в баке с керосином. Именно поэтому сейчас все идут по пути создания ГСУ: пока работает газотурбинный двигатель (ГТД), вырабатывается энергия, которая питает электродвигатели. Фактически у нас будет однорежимный газотурбинный двигатель и блок батарей. На режиме взлета энергия будет идти от ГТД и батарей, а во время крейсерского полета будет работать только ГТД, заряжая при этом батарею.
— Вы говорили, что участвуете в международном проекте по созданию летательного аппарата на водородном топливе, способного достигать скорости порядка 7000-8000 км/ч. На какой стадии эта работа?
— Этот проект называется HEXAFLY-INT, им руководит Европейское космическое агентство. Проект длится с 2014 года, и его задача — доказать, что летать на таких двигателях возможно. Нам нужно подтвердить, что на огромных скоростях авиадвигатель может создать положительную тягу, чтобы летательный аппарат смог преодолеть лобовое сопротивление. Сегодня мы уже провели стендовые испытания модуля с соответствующей конфигурацией камеры сгорания и добились того, что при имитации полета со скоростью, соответствующей числу Маха 7.4, достигнут положительный аэродвигательный баланс. Соответственно, сама концепция прямоточного водородного двигателя имеет право на жизнь и ее можно реализовать непосредственно в демонстраторе. В случае успешных испытаний демонстратора данный тип двигателя можно будет рассматривать как часть комбинированной силовой установки для высокоскоростного гражданского самолета и многоразовой аэрокосмической системы. Это очень сложная задача. Думаю, что решение ее возможно ближе к 2050-м годам.
— Так как проект международный, в нем принимают участие и европейские ученые. Есть ли препоны с их стороны в связи с санкционной риторикой Запада?
— Нет, ничего подобного нет. Профессионалы друг друга понимают. В целом европейские коллеги нас очень уважают и работают с нами с большим удовольствием. Им даже сложнее, чем нам, так как не у нас с ними проблемы, а у них с нами.
— Над какими еще двигателями будущего в настоящее время ведется работа?
— Возможности для совершенствования традиционных ГТД для дальне- и среднемагистральных пассажирских самолетов еще не исчерпаны. Сейчас битва идет буквально за каждый процент веса и эффективности. Улучшения характеристик можно достичь за счет использования конструктивных решений и применения новейших материалов и технологий — композитов, жаропрочных суперсплавов, 3D-печати. Это первое направление конструкторской мысли в области авиационного двигателестроения. Второе — внедрение прорывных технологий, например электроэнергетических. Третье — создание высокоскоростного воздушного транспорта с гиперзвуковой крейсерской скоростью.
Работы по всем трем направлениям ведутся во всем мире, в том числе и в России, в частности, в ЦИАМ. О некоторых проектах мы уже говорили. А, например, по второму направлению, помимо уже упомянутой гибридной силовой установки, в ЦИАМ ведутся работы по созданию электрической силовой установки (СУ) на базе водородных топливных элементов для легкого пилотируемого самолета. Такая СУ сможет обеспечить самолет электроэнергией в полете и на земле и позволит уменьшить вредные выбросы. В следующем году хотим испытать самолет на водородных топливных элементах — пока маленький, двухместный.
— Недавно компания "Туполев" сообщила, что завершает предпроектные работы по сверхзвуковому пассажирскому лайнеру. Вы участвуете в этой работе в части проектирования силовой установки?
— Они прорабатывают разные варианты того, как это можно реализовать. Что касается двигателей, то с ними проблема, так как у нас под этот самолет подходит только один — это НК-32. Но он по уровню шума не пройдет. Для демонстратора он годится, а для пассажирского самолета его использовать не получится, так как он создавался совсем для других задач. Мы помогаем, чем можем, но решение окончательное принимают они, мы только на подхвате, что называется.
Двигателем для такого самолета необходимо заниматься. Сейчас идет НИР "Перспектива", часть которой как раз покрывает область знаний, касающуюся таких двигателей, но, как мне кажется, государство должно вкладывать больше инвестиций в данную работу, это необходимо для успешной реализации проекта по созданию сверхзвукового пассажирского самолета.
Хорошо было бы открыть НИР по созданию демонстратора такого двигателя, мы бы смогли его спроектировать. Только имея научно-технический задел, проверив и отработав все технологии, можно добиться успеха и создать качественный двигатель.
— А у наших западных коллег есть такие двигатели?
— Созданных конкретно под гражданский самолет — нет. Есть конвертированные из военных силовых установок, но не ясно, пройдут ли они тесты на шум.