Вертикальный взлет
08.07.2015
Проект перспективного скоростного вертолета (ПСВ) в последние годы многими рассматривался как будущее мирового вертолетостроения. Так ли это? Насколько на самом деле перспективен скоростной вертолет? Когда появится двигатель для вертолета будущего? На эти вопросы отвечает Юрий Вячеславович Фокин, начальник отдела ЦИАМ, занимающегося вертолетными ГТД.
— Проект ПСВ считается «локомотивом» прогресса в вертолетной технике. Насколько важным он выглядит с точки зрения создания перспективного вертолетного двигателя?
— Я бы не преувеличивал значимость темы скоростного вертолета. Я понимаю, что это эффектный термин, производящий сильное впечатление на неспециалистов, но все-таки основная тенденция сейчас — это вертолеты с традиционным диапазоном скоростей. И основной упор должен делаться на повышение эффективности их применения, на повышение безопасности полетов, на экологические показатели. Скорость полета для вертолета — не главный параметр. Тем более что увеличение скорости дается очень дорого и, как правило, в ущерб другим показателям, которыми жертвовать недопустимо. Поэтому я считаю, что нужно говорить в принципе о новых двигателях для перспективных вертолетов, а не только для скоростных. Программа создания такого двигателя реализуется уже в течение нескольких лет — и с участием ЦИАМ, и в отрасли — и определенный задел уже есть. По крайней мере, перечень критических технологий для разработок определен.
— Когда такой двигатель может быть создан?
— Это задача даже не завтрашнего дня. Переход такого двигателя в стадию серийного производства ожидается в 2025-30 годах. Но для того, чтобы это произошло даже в такой временной перспективе, технологии для него должны отрабатываться уже сейчас в рамках создания научно-технического задела (НТЗ). Мы очень надеемся, что в программе развития авиационной промышленности, работа по которой начнется с 2016 года, на разработку НТЗ будет выделен достаточный объем средств, потому что без этого ни о каких двигателях нового поколения говорить не приходится. По срокам, кстати говоря, программа разработки нового двигателя существенно превосходит программу создания летательного аппарата. Поэтому перспективные двигатели надо начинать разрабатывать до того, как стартует работа над перспективным летательным аппаратом. Иначе может возникнуть ситуация, когда ЛА уже на выходе, а двигатель к нему еще не готов, как это уже неоднократно происходило в отечественной практике.
— Насколько мы близки к двигателю-демонстратору перспективных технологий?
— При адекватном финансировании двигатель-демонстратор может быть создан в течение нескольких ближайших лет. Работа по созданию НТЗ для него ведется и на «Климове», нашей основной фирме по вертолетным двигателям, и у нас в ЦИАМ. Вопрос в обеспечении этой работы ресурсами. Именно поэтому ЦИАМ относится достаточно сдержанно к проекту создания двигателя ВК-2500М для перспективного коммерческого вертолета, проект которого известен под названием Rachel. Это будет двигатель большей мощности и с использованием современных, освоенных на данный момент технологий, но не перспективных. Это не инновационная разработка, а сугубо коммерческая, для удовлетворения рыночных потребностей. Тратить на неинновационный двигатель средства, которые должны быть потрачены на создание НТЗ для перспективного двигателя, на мой взгляд, недопустимо. Коммерческий продукт не должен создаваться на государственные деньги. Особенно с учетом того, что Россия — член ВТО и к нам может возникнуть целый ряд вопросов.
— ВК-2500М — это модернизация ВК-2500, который создан для замены ТВ3-117 украинского производства?
— На самом деле речь идет о существенном изменении облика двигателя. По существу, мы говорим о новом двигателе, взаимозаменяемом с ВК-2500. Поскольку двигатель ТВ7-117, которым оснащается Ми-38, с двигателями серии ВК-2500 не взаимозаменяем из-за существенно большего диаметра, на вертолеты семейства Ми-8 его поставить нельзя, необходимо проектировать что-то еще. Это первый момент. Этот же ВК-2500М планируется использовать и для перспективного вертолета Rachel. Мы (я имею в виду ЦИАМ) считаем, что рациональнее рассматривать для этого вертолета все-таки модернизацию ТВ7-117 с улучшенными весовыми показателями. Что касается двигателя дальней перспективы, то по его облику у нас с фирмой «Климов» разногласий нет.
— Что будет представлять собой перспективный двигатель?
Это будет двигатель с широким применением неметаллических материалов, с безмасленной системой опор (так называемый «сухой» двигатель) и с электрическими приводами агрегатов, то есть «электрический» двигатель без механической трансмиссии. Эти три направления являются главными в программе создания НТЗ.
— Что значит «сухой» двигатель с безмасленными опорами?
— Возможны разные варианты реализации. В современных двигателях применяются традиционные подшипники с опорой качения или скольжения, которые охлаждаются маслом. Масляная система — вещь, в значительной степени усложняющая конструкцию двигателя, и, конечно, мечта всех двигателистов от нее избавиться. Безмасляные опоры могут быть трех типов: первый, самый простой вариант — подшипник контактный, роликовый или шариковый, но из материалов, которые не требуют охлаждения маслом. Это перспективные неметаллические материалы, которые должны выдерживать температуры, которые возникают при работе таких подшипников. Безмасляным может быть даже перспективный подшипник скольжения. Второй вариант — различные газодинамические подшипники, бесконтактный вариант подшипника с так называемым плавающим ротором, для поддержки которого используется что-то вроде воздушной подушки. Газодинамические подшипники рассматриваются для двигателей меньшей размерности, поскольку для них существуют ограничения по массе ротора. Достаточно успешные испытания таких экспериментальных подшипников проводятся в ЦИАМ. Третий вариант — электромагнитные опоры, когда ротор «подвешивается» в электромагнитном поле. Это более далекая перспектива. Самая близкая перспектива — это комбинированные подшипники, когда, скажем, тела качения — неметаллические, а остальные элементы — металлические. Это позволит, по крайней мере, уменьшить массу подшипника и расход масла.
— Но ведь в промышленных установках электромагнитные подшипники уже успешно используются.
— Стационарную установку, где нет весовых ограничений, сделать легче. Проблема реализации многих технологий в авиации связана с очень жесткими ограничениями по массе. Взять тот же электрический привод вертолетного винта, который позволит осуществить еще одну мечту вертолетчиков — избавиться от редуктора, системы сложной и капризной в отработке. Главная проблема состоит в отсутствии электрических агрегатов требуемой мощности с приемлемыми весовыми показателями: генераторов, электромоторов, преобразователей. Лишь для самых легких вертолетов уже созданы летающие образцы с электрической трансмиссией. Однако для средних и тяжелых вертолетов — это далекая перспектива. Хотя разработки ведутся. У нас в ЦИАМ тоже есть такая тема — электрические вертолеты, хотя электрические машины — это все-таки не совсем наше дело, для этого есть специализированное КБ. За нами — облик этого аппарата и его двигателя: потребная мощность, программа управления. Ведь двигатель, по сути, превратится в привод электрического генератора. Это проще за счет уменьшения числа режимов. Но это дело будущего. Сейчас же мы занимаемся исключением механической трансмиссии на уровне приводов агрегатов двигателя. Это и называется «электрическим» двигателем.
— «Сухой», «неметаллический», «электрический» двигатель — все эти технологии упоминаются и при создании НТЗ для больших перспективных самолетных ВРД. Есть ли какая-то специфика для вертолетных двигателей?
— Специфика есть. Во-первых, малая размерность. Ведь не все сводится только к таким «экзотическим» технологиям. Никто не отменял, скажем, работу по повышению эффективности центробежных ступеней компрессора. Таких элементов в больших двигателях просто нет, там осевые компрессоры. Облик камер сгорания тоже отличается. У центробежного компрессора выходной диаметр больше, чем у осевого, и если в самолетных двигателях камера сгорания располагается практически горизонтально, поскольку диаметры осевого компрессора и турбины примерно одинаковы, то у двигателя с центробежным компрессором она располагается под углом. Это дает возможность сократить осевую длину. Уменьшается площадь жаровой трубы, ее масса. Такую камеру мы рассматриваем как основной вариант практически для всех малоразмерных двигателей, в том числе и вертолетных. Наконец, вертолетные двигатели эксплуатируются в более тяжелых условиях, чем самолетные, и к ним предъявляются наиболее жесткие требования.
— Какая технология является критической?
— Основное — это применение новых материалов. Именно здесь таится главная возможность радикального улучшения показателей. В двигателях малой размерности такое улучшение потребует существенного повышения температуры газа в неохлаждаемой турбине, потому что в вертолетном двигателе при запыленности воздуха системы охлаждения турбин работают плохо. Возможны засорения и другие проблемы. Но применять неохлаждаемые турбины при высоком уровне температуры газа можно лишь с переходом на перспективные неметаллические жаропрочные материалы.
— Что такое двигатель с регенерацией тепла?
— Это двигатель, оснащенный теплообменником, в котором тепло выхлопных газов, которое в обычном двигателе теряется, подогревает воздух, подающийся затем на вход в камеру сгорания. Степень подогрева в камере уменьшается и топлива можно потратить меньше. Это тоже одна из перспективных технологий, но здесь есть своя проблема: нужно обеспечить работоспособность теплообменника, чтобы он не растрескивался и не засорялся. Самый простой его вариант — это система трубок, которая обтекается горячим газом. Кроме трубчатого бывают пластинчатые варианты. В ЦИАМ создается такой перспективный малоразмерный двигатель в классе мощности 250 л.с. применительно к беспилотным ЛА вертолетного типа с большой продолжительностью полета — ретранслятор, контроль дорожного движения, геодезия, метеорология.
— Вы сомневаетесь в целесообразности создания ПСВ, а между тем прототип скоростного вертолета Sikorsky S-97 в США уже готовится к первому полету.
— Не факт, что этот проект будет реализован. Компания Sikorsky создала демонстратор Х2. На базе этого демонстратора они пытаются предложить министерству обороны США уже готовый к принятию на вооружение вертолет. Но совершенно не факт, что эта программа дойдет до серийного производства. Честно говоря, я думаю, что эту программу реализовывать не будут. В США целый ряд перспективных вертолетных программ так и не был доведен до реализации. Это и вертолет Comanche с перспективным двигателем, и легкий вертолет Arapaho. Их необходимость надо обосновывать, а это не так просто, как было в период холодной войны. Сейчас ситуация изменилась.
 |
| Sikorsky S-97 |
| Источник: army-technology.com |
— А с точки зрения двигателя этот проект интересен?
— На S-97 они ставят модификацию серийного Т700, широко распространенного на военных американских вертолетах. Но вскоре в США должна быть реализована, по крайней мере, исследовательская часть программы создания перспективного вертолетного двигателя в классе 3000 л.с., который заменит Т700. Он должен быть с ним взаимозаменяемым, но иметь показатели, грубо говоря, в два раза выше. У них пока два подрядчика на исследовательские работы по созданию двигателя-демонстратора, это General Electric и конгломерат Honeywell и Pratt & Whitney. Мы в своем перспективном двигателе ставим задачу выхода на такое же улучшение показателей, но разница в том, что у них этот двигатель может быть готов через три-четыре, максимум пять лет, а нашу программу так быстро реализовать не получится. Даже если она будет успешно реализована, отставание по времени сократить будет очень сложно. Что касается технологий, то американский двигатель вряд ли будет полностью неметаллическим, но без других перспективных технологий, о которых мы говорили выше, требуемых показателей не обеспечить. Естественно, они не афишируют подробно свои работы, поскольку это двигатель военного применения, но по декларируемым характеристикам мы можем судить об уровне его инновационности.
— Экспериментальный Sikorsky S-69 с максимальной скоростью 518 км/ч взлетел еще в 1973 г, но затем американцы предпочли строить конвертопланы. Почему теперь в США снова возвращаются к идее скоростного вертолета?
— Я не считаю, что они реально к этому возвращаются. Просто, как всегда, есть предложение. Компания Sikorsky хотела бы создать такой вертолет, но не факт, что получится поставить его на вооружение. Для военных вертолетов тоже существует целый комплекс критериев, и скорость — далеко не единственный. Если скорость будет увеличиваться в ущерб другим показателям, скажем, боевой нагрузке или радиусу действия, то такой вертолет будет не нужен. Даже если говорить о фирме «Камов», то они в разное время называли разные области применения своего ПСВ: собирались вытеснять самолеты местных воздушных линий, потом намеревались возить людей на газодобывающие морские платформы. Наверное, можно найти применение для ПСВ, но оно должно давать реальное преимущество. Я бы не переоценивал значение этой программы. Не факт, что будущее за скоростным вертолетом. Я думаю, что в обозримом будущем появятся вертолеты с существенно лучшими показателями, но их скорость радикально не возрастет. Скорость можно увеличивать, пока это не приводит к ухудшению других показателей. Если остальные показатели остаются такими же — дальность, экономичность, грузоподъемность — то, конечно, увеличение скорости можно только приветствовать. Но так пока не происходит.
Леонид Ситник
Теги записи: S-97, ВК-2500М, ПСВ
