Турбовальные двигатели ВК-650 В и ВК-1600В — ближайшее будущее вертолётов Ка-226Т и Ка-62

 © aviation21.ru

Перед Объединённой двигателестроительной корпорацией стоит задача в самое ближайшее время заполнить пробелы в продуктовой линейке турбовальных двигателей, которыми не обладает наша авиаотрасль. Наибольшую ёмкость на мировом рынке вертолётных двигателей имеют сегменты мощностью от 400 до 900 л.с., а также от 1300 до 2000 л.с. Санкт-петербургское предприятие «ОДК-Климов» ведёт разработку новых турбовальных двигателей, закрывающих указанные сегменты мощностей, это — ВК-650 В и ВК-1600 В.

Двигатель ВК-650 В предназначен для замены на вертолёте Ка-226Т французских Arrius 2G1, а также для установки на вертолёты Ансат-У и VR500. Кроме того, в «ОДК-Климов» видят потенциал поставки этой силовой установки для иранских программ Saba 248 и Shahed 285, а также для китайского многоцелевого лёгкого вертолёта Changhe Z-11.

Инженерам «ОДК-Климов» необходимо создать простую и надёжную конструкцию с минимальной стоимостью жизненного цикла. Кроме того, на разработку отводятся очень жёсткие сроки — четыре года. Старт работ был дан в конце III квартала 2019 года, когда был завершён эскизный проект, сертифицировать двигатель нужно в 2023 году. Чтобы уложиться в ограниченные временные рамки, было решено отказаться от рискованных технических решений, которые могли бы дать заметное превосходство над существующими конкурентами. Так, например, значительно улучшить характеристики по удельному расходу топлива можно либо за счёт повышения температуры газа перед турбиной, либо за счёт увеличения степени сжатия в компрессоре. Но и то, и другое существенно влияет на ресурс силовой установки, а за отведённое время, по мнению «Климова», провести соответствующие НИР не представляется возможным.

В целом в момент завершения сертификации ВК-650 В должен получить ресурс в 600 часов, а в дальнейшем планируется перейти на эксплуатацию по состоянию с ресурсом основных деталей горячей части в 4500 часов или 3000 циклов, а по деталям холодной части — до 9000 часов или 6000 циклов.

На взлётном режиме двигатель будет развивать мощность 650 л.с., на короткое время, не более 2,5 минут, допускается использовать чрезвычайный режим с мощностью на валу двигателя 750 л.с. Расчётный удельный расход топлива на взлётном режиме не будет превышать 245 грамм на лошадиную силу в час и 280 грамм в крейсерском режиме полёта.

 © aviation21.ru

Макет турбовального двигателя ВК-650В

К концу 2019 года была выпущена конструкторская документация на двигатель-демонстратор. В январе 2021 года на специально подготовленном стенде «ОДК-Климов» в Санкт-Петербурге начались испытания демонстратора. В его составе смонтирована силовая рама и гидротормоз, установлена топливо-масляная система, специально спроектированная для размерности двигателя ВК-650 В, оборудована современная пультовая.

В процессе испытаний выполнялась непрерывная запись всех контролируемых параметров и визуальная оценка состояния объекта. Двигатель запускался от электрического стартер-генератора, в качестве системы автоматического управления использовался технологический блок автоматического регулирования и контроля. Для снятия мощности с выводного вала редуктора в качестве загрузочного устройства применялся модернизированный гидравлический тормоз.

Испытания демонстратора — это первый шаг в процессе создания нового двигателя. Они должны подтвердить жизнеспособность всей конструкции силовой установки, если эта цель достигнута и демонстратор успешно работает, то создаётся уже полноценный опытный образец для испытаний на ресурс и другие показатели.

Первая часть программы испытаний уже завершена. По её результатам оценены ключевые показатели нового изделия, отлажена совместная работа стендовых и двигательных систем в различных условиях по программе испытаний.

По словам директор программы перспективных вертолётных двигателей — главного конструктора «ОДК-Климов» Анастасии Соловьёвой, на предприятии довольны первыми результатами — розжиг камеры сгорания получен с первого раза, без её предварительных автономных испытаний и отладки системы зажигания.

Для снижения уровня электромагнитных полей, излучаемых двигателем ВК-650 В, в его системе автоматического управления будут применяться радиопоглощающие материалы, которые позволяют в несколько раз увеличить стойкость САУ двигателя к электромагнитным полям высокой интенсивности. Подтверждающие данные получены в результате исследования электромагнитной совместимости БАРК-5 В и информационно-диагностического комплекса ИДК 5 В с бортовым оборудованием летательного аппарата.

В ходе авиакосмического салона МАКС-2021 представитель «ОДК-Климов» сообщил, что уже идёт второй этап программы испытаний демонстратора ВК-650 В. По его завершении будут изготовлены три опытных образца двигателя и начнутся их инженерные испытания, в ходе которых будет выполнена предварительная проверка заложенных в силовую установку характеристик и пройдёт подготовка к зачётным испытаниям. Также на предприятии будет решаться вопрос об использовании модели цифрового двойника, модификации силовой установки с увеличенной мощностью под вертолёт «Ансат-У», организации серийного производства, а также о послепродажном обслуживании двигателя.

Там же на МАКС’е Объединённая двигателестроительная корпорация представила макет гибридной силовой установки (ГСУ) на базе двигателя ВК-650 В. В состав макета входит газотурбинный двигатель, электрические двигатели, блоки силовой электроники, электрогенератор и блок аккумуляторных батарей. Макет ГСУ смонтирован на платформе перспективного беспилотного летательного аппарата с четырьмя поворотными винтами. Новую разработку «Климова» — ВК-650 В было решено взять за основу ГСУ из-за компактности этого двигателя, экономичности и его высокой мощности.

 © aviation21.ru

Макет гибридной силовой установки на базе ТВД ВК-650В

«В 2022 году мы планируем выйти на мощность демонстратора ГСУ примерно 150 кВт и отработать решения, заложенные в разрабатываемую гибридную установку. Демонстратор будет доработан для проведения испытаний с выходом на проектную мощность 500 кВт в 2023 году», — отметил в ходе презентации ГСУ заместитель директора программы ПВД АО «ОДК-Климов» Михаил Шемет.

По его словам, потенциальными объектами применения ГСУ данного класса мощности являются лёгкие многоцелевые вертолёты, беспилотные летательные аппараты взлётной массой 2-8 т, самолёты местных воздушных линий, аэротакси, летательные аппараты вертикального взлёта и посадки.

Чтобы двигатель ВК-650 В был конкурентоспособным и высокотехнологичным изделием, в его производстве будут применяться современные методы изготовления деталей и комплектующих. В рамках работ над двигателем-демонстратором и в дальнейшем в серийном производстве ВК-650 В, как и ВК-1600 В, о котором будет сказано ниже, предусмотрено применение аддитивных технологий и технологий 3D-печати.

Единый интегратор в области аддитивного производства — АО «Центр аддитивных технологий» располагает оборудованием для изготовления деталей авиадвигателей методом промышленной 3D-печати, в числе которого — установки SLM-печати металлическими порошками. Техпроцесс основан на полной плавке частиц с последующим созданием монолитных деталей. Технология максимально сокращает риски образования микротрещин, вызванных пористостью структур, и повышает прочность изделия в сравнении с традиционными литейными процессами.

Как отметил в июле 2020 года генеральный директор ФГУП «ВИАМ», академик РАН Евгений Каблов, «благодаря совместным работам ВИАМ с предприятиями ОДК, создан мощный научно-технический задел, позволяющий применительно к двигателю большой тяги ПД-35, вертолётному двигателю ВК-650 В, перспективному вертолётному двигателю говорить о масштабном внедрении аддитивных технологий при производстве деталей камеры сгорания, турбин низкого и высокого давления, сопловых и направляющих аппаратов».

Двигатель ВК-650 В создаётся в широкой отраслевой кооперации: ВИАМ является изготовителем и поставщиком аддитивных заготовок, в том числе сопловых аппаратов турбин, переходного канала и др. «ОДК-Климов» и «ОДК-УМПО» изготавливают детали и узлы из заготовок, поставляемых ВИАМ. «ОДК-УМПО» внедряет технологии сварки и пайки аддитивных заготовок. К моменту создания третьего опытного образца ВК-650 В, на уфимском предприятии уже будут внедрены технологии, позволяющие осуществлять полное производство аддитивных деталей двигателя.

В сентябре 2020 года в «ОДК-Климов» прошла макетная комиссия, в ходе которой был предложен сертификационный базис ТВД ВК-650 В. Макет двигателя был представлен в виде электронной 3D модели, а также его узлов и деталей. Одновременно была проведена макетная комиссия по блоку автоматического регулирования и контроля БАРК-5 В.

Сертификационный базис обеспечивает полноту учёта требований к лётной годности двигателя и охране окружающей среды. Таким образом, был определён конструктивный облик двигателя ВК-650 В и сделан важный шаг в планировании его сертификационных испытаний.

* * *

Ещё одна перспективная силовая установка в классе мощности 1300-1800 л.с., которую разрабатывает «ОДК-Климов» — турбовальный двигатель ВК-1600 В. Им в будущем будут заменены французские двигатели Ardiden 3G на новом гражданском вертолёте Ка-62. Мощность ВК-1600 В на взлётном режиме составит 1400 л.с., по утверждению разработчика, российский двигатель будет экономичнее импортного.

Двигатель, как и ВК-650 В, создаётся в крайне жёстких временных рамках. Чтобы не перепроектировать компоновку вертолёта под новый тип двигателя, ВК-1600 В проектируется по размерам мотогондолы Ка-62. Все узлы подвески, стыковка с редуктором и воздухозаборником идентичны французской силовой установке.

В октябре 2019 года исполнительный директор «ОДК-Климов» Александр Ватагин отмечал, что на сегодняшний день двигателей размерности ВК-1600 в стране нет, поэтому в перспективе он должен стать востребованным.

«Количество лёгких летательных аппаратов в нашей стране недостаточно, если сравнивать с авиационными державами мира. И ещё целое направление — это беспилотники, где могут применяться эти двигатели. Поэтому задача предприятия и корпорации — иметь в свой продуктовой линейке двигатель такой размерности», — отметил он 21 октября 2019 года, рассказывая о вертолётных двигателях ВК-1600 В и ВК-650 В.

Кроме того ОДК планирует в перспективе создать самолётную версию двигателя. Его можно будет устанавливать на девятиместный многофункциональный самолёт ЛМС-901 «Байкал», турбовинтовые учебно-тренировочные самолёты и беспилотники.

 © aviation21.ru

Макет турбовального двигателя ВК-1600В

ВК-1600В — первое в российском авиадвигателестроении изделие, которое спроектировано по безбумажной технологии полностью в цифровом виде. Это позволяет конструкторам всегда иметь перед глазами необходимую контекстную информацию. Работа с 3D-моделями позволяет проектировать двигатель непосредственно «внутри» вертолёта, контролировать стыковки объектов как в самой силовой установке, так и в мотогондоле.

При создании демонстратора ВК-1600 В до 70% литья будет заменено на детали, созданные с помощью 3D-печати. С использованием аддитивных технологий будут изготовлены элементы, в том числе, «горячей» части силовой установки.

На авиасалоне МАКС-2021 ОДК представила первый двигатель-демонстратор ВК-1600 В, впереди предстоят его испытания. «Уже завершено дооснащение испытательного стенда на территории петербургского предприятия ОДК. В этом году планируем провести ряд опытных работ с новым двигателем-демонстратором», — рассказал в кулуарах авиасалона и.о. заместителя главного конструктора ВК-1600 В Антон Колосов.

Первая постановка двигателя-демонстратора на испытательный стенд АО «ОДК-Климов» запланирована на третий квартал 2021 года. В данный момент идёт производство деталей и сборка демонстратора.

Договор на проведение опытно-конструкторских работ по разработке ТВД ВК-1600 В был заключен с АО «ОДК-Климов» в марте 2019 г. Осенью 2020 года макетной комиссии был представлен конструктивный облик двигателя ВК-1600 В с цифровым блоком управления БАРК-15 В, который также разработан в «Климове». Макетная комиссия подтвердила сертификационный базис, обеспечивающий полноту учёта требований к лётной годности двигателя.

Также, как и ВК-650 В, сертификат типа ВК-1600 В получит в 2023 году. Серийное производство двигателя намечено запустить в 2024 году.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.