Последние 2-3 года в России существенно повысился спрос на экспериментальную базу для испытаний современных авиационных двигателей различных типов. Это говорит о том, что двигателестроение в нашей стране выходит на новый уровень и в скором времени зависимость в этой области от иностранных производителей будет преодолена.
Генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П.И. Баранова Михаил Гордин в интервью обозревателю РИА Новости Алексею Паньшину рассказал о европейской сертификации двигателя ПД-14, о начале исследований в области разработки силовой установки для гражданского сверхзвукового самолета, а также раскрыл подробности превращения из автомобильного в авиационный двигателя от "Кортежа".
— Мы с вами встречались около года назад, обсуждали много интересных проектов, которые ведет институт. За это время появилось ли что-то новое? Может, какие-то проекты уже удалось успешно реализовать.
— Работаем планомерно. Насколько я помню, в прошлый раз говорили про электричество (электрическая силовая установка для самолетов – ред.), про поршневые двигатели. Эти работы продолжаются. Ведутся и другие проекты. Например, у нас сейчас очень сильно загружена экспериментальная база, проводится большое количество испытаний. Деньги, которые были вложены в развитие авиационных двигателей несколько лет назад, начинают приносить плоды в виде готовых образцов. Ведь ЦИАМ занимается не только разработкой двигателей, но и их испытаниями. Когда появляется готовое изделие, для его инженерных испытаний до сертификации и для сертификационных испытаний используется наша экспериментальная база. Последние два-три года мы наблюдаем большой спрос на стенды и достаточно активно их эксплуатируем.
— А что это за двигатели, например?
— Во-первых, ПД-14. Весь прошлый год прошел в подготовке к его сертификации. Но жизнь двигателя проведением сертификации не заканчивается, инженерные испытания продолжаются. Это общемировая практика. Двигатель хороший, он получил сертификат типа и сейчас проходит тестирование на летающей лаборатории. Мы очень надеемся, что в итоге он будет установлен на МС-21. Фактически сейчас мы проводим испытания для снятия ограничений, которые наложены на ПД-14 в сертификате типа, и соответствующие мероприятия для валидации этого сертификата в EASA (Европейское агентство авиационной безопасности – ред.). Наши и европейские авиационные власти совместно с разработчиком ОАО "ОДК-Авиадвигатель" формируют перечень дополнительных сертификационных испытаний, чтобы открыть двигателю "окно" в Европу.
Кроме ПД-14, есть и другие объекты. Например, ТВ7-117В для нового вертолета Ми-38.
— То есть ТВ7-117СТ, который для Ил-112, уже испытан, раз приступили к вертолетной версии?
— Все немного сложнее. Сначала появился ТВ7-117С, потом СТ, потом В, который мы сейчас испытывали на работу в условиях обледенения, а "СТ" у нас появится снова. Он сейчас находится в той стадии, когда ему предстоит пройти ряд испытаний в составе летного образца, а потом его будут дорабатывать на стенде. Двигатели В и СТ похожи между собой. Конечно, конструктивные отличия есть, так как один турбовальный, а другой – турбовинтовой, но газогенератор у них один и тот же.
— Раз уж заговорили о вертолетных двигателях, не так давно заявлялось, что отечественный двигатель для Ансата появится только через четыре года. Неужели все так плохо?
— Не знаю, какой двигатель имелся в виду, но могу сказать, что планы по разработке такого двигателя имеются. В частности, есть идея реинкарнировать ВК-800С обратно в ВК-800В. Изначально разработанный АО "ОДК-Климов" вертолетный двигатель ВК-800В был передан Уральскому заводу гражданской авиации, чтобы сделать из него силовую установку с двигателем ВК-800С для замены американского GE H80-200 на самолете L-410. В процессе переделки из вертолетного в самолетный он был изменен.
Так вот, в планах завода вернуть вертолетный вариант, который как раз сможет использоваться на Ансатах. Есть программа испытаний, программа сертификации и так далее. В чем плюс – это, по сути, готовый двигатель, который проходит испытания. Если "Вертолеты России" согласятся на этот вариант, а, скорее всего, потребуются изменения в самом вертолете, Ансат сможет получить отечественный двигатель на базе ВК-800В.
Что касается сроков, четыре года – это очень амбициозная задача. Я бы сказал, лет через шесть. Безусловно, все зависит от финансирования и желания. Но двигатель как ребенок — рождается не сразу. Нужны наработка и комплекс испытаний, некоторые из них невозможно завершить быстрее. Что-то, конечно, можно, если сделать много опытных образцов, хотя это и дорого. Но даже если очень сильно ускориться, необходимый объем испытаний все равно нужно будет провести. Мы с удовольствием будем участвовать в этой работе при принятии соответствующих решений.
Кроме того, у АО "ОДК" и Ростеха существуют планы создать свои двигатели для вертолетов Ка-62 и Ка-226. Эти работы открыты, сроки весьма амбициозные. Там немного сложнее ситуация: ВК-800 есть, а этих двигателей еще нет. Правда, существует неплохой научно-технический задел. Это уже не научно-исследовательские, а опытно-конструкторские работы (ОКР), которые начинаются, на мой взгляд, правильно.
— Близится МАКС-2019. Чем будете удивлять?
— Мы будем принимать участие в составе экспозиции НИЦ "Институт имени Н.Е. Жуковского". На ней будут два основных экспоната: модель демонстратора перспективного сверхзвукового гражданского самолета (ЦАГИ) и модель самолета с гибридной силовой установкой.
— Сверхзвук и электричество – это, по сути, два направления, по которым сейчас движется развитие авиации в стране и в мире?
— Да, но есть и другие, не менее важные. Недавно в Бухаресте проходила конференция Aerodays, в ходе которой представители ведущих мировых центров по аэрокосмическим исследованиям – американского NASA, французского ONERA, немецкого DLR, канадского NRC, а также представитель ЦАГИ, академик РАН Сергей Леонидович Чернышев говорили, по сути, об одном: в настоящее время развитие авиационной науки идет по четырем основным направлениям.
Первое – развитие электродвижения для сохранения экологии на планете. Это единственный способ добиться снижения вредных выбросов СО2, которые к 2030 году должны уменьшиться вдвое, что нереально при газотурбинной тяге. Безусловно, добиться сокращения выбросов можно и за счет применения альтернативных видов топлива, но там главное уже не техника, а бизнес.
Второе направление – сверхзвуковые технологии в гражданской авиации. Конечно, хотелось бы сразу сделать пассажирский сверхзвуковой самолет, но это непросто. Деловой – реальнее, он меньше по размерам и массе. И все же мы предлагаем не входить в противоречие с отработанной десятилетиями методологией создания авиационной техники и для начала сделать летный демонстратор. Суть в том, чтобы отработать принципиальную возможность достижения нужных параметров, продемонстрировать технологии, на базе которых можно начать ОКР.
— Но это же существенно увеличит сроки создания образца?
— Безусловно. Зато снизит технические риски, потому что если мы сейчас заложим прототип, то технологии могут быть недостаточны для того, чтобы он полетел по гражданским маршрутам. Главные проблемы – звуковой удар при сверхзвуковом полете по маршруту и шум в районе аэропорта. Нормы Международной организации воздушного транспорта (ИКАО) сейчас запрещают сверхзвуковые полеты над населенной сушей. Теоретически можно создать самолет и сделать для него специальные маршруты над тайгой, переселить людей, которые живут на пути следования, но, естественно, никто этого делать не станет.
Военным самолетам ни звуковой удар, ни шум не помеха, с гражданскими ситуация иная. Никто пока не знает, как эффективно с этим бороться ни с регуляторной точки зрения, ни с технологической. Создавать сейчас опытный образец – дорого и слишком рискованно, поэтому и нужен демонстратор.
— А с двигателем для такого самолета как вопрос решать?
— Прежде чем создавать самолет, нужно сделать двигатель, ведь гражданской силовой установки такого класса нет пока ни у кого в мире. Нужно все делать поэтапно, потому что если мы сейчас будем закладывать двигатель, то самолет увидим лет через 15, так как газогенератора, на базе которого можно было бы создать такой двигатель, тоже нет. Демонстратор нужно делать на каком-то адаптированном газогенераторе, и одновременно с этим закладывать программу создания самолета. Тогда мы не потеряем время и будем закладывать в перспективный самолет характеристики, которые будут подтверждаться демонстратором двигателя по ходу испытаний. Именно в этом заключаются предложения НИЦ "Институт им Н.Е. Жуковского" и ЦАГИ.
В ЦИАМ уже ведутся исследования по разработке такого двигателя, в этом плане мы находимся в общемировом тренде.
— Понятно. Какое третье направление?
— Третье направление — это транспортная система, система управления движением. Суть ее в том, что экологической и экономической эффективности можно добиться путем развития управления системой, так как самолет является ее непосредственной частью.
Четвертое – городская аэромобильность. Это небольшие беспилотные или пилотируемые летательные аппараты, за которыми будущее. Это совершенно другой подход к управлению воздушным движением. Здесь, на мой взгляд, основные изменения коснутся нормативно-правовой базы.
И, наконец, пятое направление – это безопасность. Но это вечный вопрос, поэтому его уже не преподносят как одно из направлений развития авиации, это само собой разумеющееся.
— Давайте перейдем к одному из направлений – электрической и гибридной тяге. На какой стадии сейчас в России создание таких силовых установок?
— Сейчас все находится на этапе демонстраторов или подготовки к их созданию. В электричестве, как это ни банально, большое значение имеет масштаб. Чем меньше объект, тем проще его поднять в воздух. В качестве примера могу привести игрушки – электрические мини-дроны, которые продаются в магазинах, их параметры тоже оптимизируются с развитием технологий. Как только возникает необходимость в большей полезной нагрузке и более длительном нахождении в воздухе, встает вопрос о массе летательного аппарата и электродвигателей. И на первое место выходит вопрос отвода тепла, потому что мощность пропорциональна кубу линейного размера, а площадь поверхности, которая рассеивает тепло, – только квадрату. То есть в определенный момент становится затруднительно отводить тепло или приходится увеличивать габариты и массу электродвигателя, тратить энергию на охлаждение. Поэтому мы изучаем возможности сверхпроводимости. И тут одними расчетами не отделаться, необходимо создавать демонстратор.
Мы работаем по двум госконтрактам, связанным с электродвижением. Первый нацелен на создание демонстратора полностью электрической силовой установки на водородных топливных элементах для легкого двухместного самолета. Совместно с ООО "Экспериментальная мастерская "Наука Софт" мы спроектировали электродвигатель, который при мощности 60 кВт (80 лошадиных сил) будет весить всего 20 килограммов. Вскоре планируем поставить его на самолет "Сигма-4" для тестового полета. В следующем году, надеюсь, финансирование этой работы продолжится, что станет шагом к тому, чтобы у нас в стране появился собственный авиационный электрический двигатель.
Если мы успешно испытаем сверхлегкий самолет, это откроет путь к созданию легких самолетов на базе электрических двигателей различной мощности: 120, 180, 240 кВт. 240 кВт (320 лошадиных сил) – это уже вертолет, способный поднять четырех человек.
Второй контракт – на создание демонстратора гибридной электрической силовой установки мощностью 500 кВт (679 лошадиных сил). В проекте много соисполнителей, основной из них – компания "СуперОкс", разрабатывающая электродвигатель на сверхпроводниках своего производства. В этом году планируем провести наземные испытания демонстратора на стенде ЦИАМ и выдать первый вариант конструкторской документации для летающей лаборатории на базе самолета Як-40. Ее макет, кстати, и будет показан на МАКСе.
Если в следующем году финансирование продолжится, то до конца 2020-го или уже в 2021-м году мы на этой лаборатории слетаем. Если полет пройдет успешно, речь пойдет о создании демонстратора самолета с гибридной силовой установкой, например, на базе L-410. Тогда уже можно будет говорить о создании полноценных коммерческих гибридных силовых установок для самолетов, это перспектива ближайших пяти лет.
— В прошлом году было объявлено о возобновлении производства в России поршневых двигателей для малой авиации. Что сейчас с этим проектом?
— Мы прошли этап формирования линейки таких двигателей, согласовали типоразмерный ряд. Двигатели нужны мощностью 80, 200, 350, 500 лошадиных сил на общей элементной базе. По первому – 80-сильному бензиновому – научно-технический задел в ЦИАМ есть. Рассчитываем, что ОКР будут открыты в этом году и завершатся госиспытаниями и сертификацией. Второй двигатель – 200-сильный дизельный – нужен для самолетов типа учебно-тренировочного DA42.
Номер три, конкурентом которого сейчас является немецкий RED A03 (разработчики его пришли из "Формулы 1"), – 500-сильный. Здесь стоит вспомнить про автомобильный двигатель "Кортежа", который мы планируем переделать в авиационный. Почему он был нами выбран? Производство почти всех комплектующих практически освоено на территории России. Быстро воспроизвести у нас все компоненты иностранного двигателя уровня RED нереально. Уроки истории говорят о том, что копия чужого двигателя получается тяжелее и менее мощной.
500-сильные силовые установки будут пользоваться большим спросом в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА). У гражданской малой авиации требования по безопасности гораздо выше. Сначала такие двигатели отлетают нужное количество часов на БПЛА, а потом, после соответствующих доработок, будут ставиться на воздушные суда малой авиации.
— Вы упомянули двигатель "Кортежа". Когда планируется создать его авиационный вариант?
— Есть НИР "Адаптация", в рамках которой мы делаем из автомобильного двигателя авиационный. Сейчас уже создан электронный макет. В этом году испытаем демонстратор на стендах, и результаты этих работ покажут возможность двигаться дальше.
Мы надеемся, что эта работа будет продолжена в следующем году в тех же объемах. Если все будет так, то до летного эксперимента нам потребуется около полутора лет. Продолжение финансирования позволит нам в следующем году испытать двигатель в термобарокамере на высоте, а на 2021-й год обсуждаем возможность поставить его на летающую лабораторию и испытать в полете.
— То есть получается, что результатом "Адаптации" будет создание 500-сильного авиационного двигателя?
— Не совсем. Эта НИР дает нам возможность понять методологию использования компонентов автомобильного двигателя для создания авиационного, оценить, насколько значительные при этом будут конструктивные переделки, сроки и затраты. Кстати, мы тут не первые – тот же DA42 летает на АЕ 300, сделанном на базе мерседесовского автомобильного двигателя.
По итогам НИР можно будет говорить о прототипе поршневого двигателя для легких гражданских самолетов, например, для Т-500 (российский легкомоторный самолет сельскохозяйственного назначения – ред.) или вместо RED на учебно-тренировочном Як-152.
Делая демонстратор, мы решаем еще одну важную задачу – формируем кооперацию российских предприятий, готовых к серийному производству деталей и узлов поршневых авиадвигателей. Сама эта кооперация уже является научно-техническим заделом для ОКР. Наладить серийное производство с освоенными технологиями проще, и не придется ни от кого зависеть.
— Предлагаю вернуться к началу разговора и обсудить испытательную базу. Сейчас все идет к тому, чтобы часть испытаний переводить в цифровое пространство, то есть моделировать некоторые ситуации на компьютере, чтобы не тратить время на натурные испытания. Как вы к этому относитесь?
— В прошлом году на форуме "Армия" я выступал на круглом столе по цифровым двойникам. После выступления ко мне подошел летчик в звании подполковника и сказал: "Знаете, после виртуальных испытаний пусть виртуальные пилоты и летают". И он абсолютно прав. Виртуальные испытания хороши, но они не заменят реальные.
К понятию "цифровой двойник" нужно подходить обдуманно. В институте мы трактуем его как информационно-математическую модель жизненного цикла объекта, содержащую информацию о нем и моделирующую его работу в условиях эксплуатации. Виртуальная модель необходима для правильного управления жизненным циклом авиадвигателя как сложнейшего технического устройства. Но чтобы она была точной, ее необходимо валидировать: проверять корректность ее "предсказаний" данными реальных испытаний в необходимом объеме. Создание валидированного кода модели сродни созданию научно-технического задела. Почему ЦИАМ активно участвует в жизни отрасли особенно на этапе первичного расчета параметров двигателей, компрессоров, турбин? Потому что наши расчетные модели валидированы 90-летним опытом проведения экспериментов в институте.
— Что можете сказать насчет применения технологии 3D-печати в авиации? Будет ли эффективно использовать этот метод для создания летательного аппарата целиком?
— Если создавать аппарат целиком, то – нет. Но если говорить о будущем, то, вне зависимости от того, как будет развиваться 3D-печать, будет некая точка равной экономической выгоды при изготовлении определенной серии деталей традиционным способом и с помощью 3D-печати. Есть детали, которые невозможно или затратно сделать традиционным способом, но их в конструкции ограниченное количество. Самолет и двигатель, полностью распечатанный на 3D-принтере, – это очень маловероятно, потому что некоторые вещи все равно будет дешевле сделать с использованием традиционных технологий.
На сегодняшний день никто не печатает на 3D-принтере роторные детали для серийного или даже опытного двигателя. Менее ответственные детали – да, применяются, но их особенность в том, что при их поломке ничего критического не происходит. Пример, где можно применять печать в неограниченном количестве, это фары автомобиля или элементы кузова, не влияющие на ходовую часть.
Проблема в том, что нет статистики эксплуатации для использования напечатанных деталей в серийных двигателях. Конструктор может придумать что угодно, но пока это не проверено системным экспериментом, в серию изделие не пойдет. Напечатать двигатель можно, он будет безумно красивый, но не факт, что он будет работать, а тем более – с приемлемым ресурсом.