В конце этого года в трех российских городах состоялись три (!) расширенных заседания президиума научно-технического совета (НТС) АССАД, посвященных системам автоматического управления (САУ) двигателей для гражданской и военной авиации, а также созданию разного рода перспективных датчиков, являющихся частью САУ.
Специальный корреспондент журнала "Крылья Родины" Валерий Агеев встретился с президентом АССАД Виктором Чуйко и попросил рассказать о том, чем был вызван такой интерес к этому вопросу.
- Виктор, Михайлович! Где и когда состоялся первый НТС?
- НТС был проведен 15-16 ноября этого года в г. Энгельс на АО ЭОКБ "Сигнал" им. А.И. Глухарева и ООО "ЭПО "Сигнал" по теме "Проблемы развития датчиков давления для перспективных двигателей и агрегатов".
Он был посвящен проблеме создания и развития высоконадежных датчиков давления для распределенной интеллектуальной электроприводной и беспроводной систем автоматического управления перспективных двигателей гражданской авиации с наработкой на отказ не менее 100 000 часов, ресурсом не менее 40 000 часов и сроком службы более 30 лет.
На НТС присутствовали представители более 20 ведущих отечественных предприятий, включая такие, как НПП "Мера", ОАО "Омское машиностроительное конструкторское бюро", АО "ОДК-СТАР", ПАО "УМПО", АО "Технодинамика", "Центр проектирования" (г. Уфа), ПАО "Кузнецов", ФГУП "ЦИАМ им. П.И. Баранова", ОАО НПП "Аэросила", АО "ОДК-Пермские Моторы", АО ЭОКБ "Сигнал" им. А И. Глухарева, ООО "ЭПО "Сигнал" и многие другие.
На выставке в АО ЭОКБ "Сигнал" была представлена целая гамма датчиков, разработанных за последние 2 года, отдельные участки производства, где изготавливаются эти датчики и многое другое.
На предприятии изготавливаются датчики ИДД с цифровым выходом ARINC-429, номенклатура которых соответствует всему унифицированному ряду и которые имеют характеристики на уровне лучших импортных образцов, в том числе фирмы Kulite (США), а по точности, метрологической стабильности в ряде случаев превосходят их. Разработанные на базе принципов ИКБО ИМА, они могут применяться практически во всех системах управления, контроля и диагностики двигателей и практически во всех самолетных системах, одновременно решая задачи импортонезависимости.
Используя разработанный инновационный тензомодуль с параметрами, не имеющими мировых аналогов, предприятие создало серию милливольтовых датчиков, точность которых в два раза превышает точность аналогов фирмы Auxitrol (Франция).
Особо хочется отметить разработку предприятием сразу двух типов датчиков перепада давления: ДД-2П(Т) и ПДДП-Е, одного из наиболее сложных видов датчиков давления.
Датчик ДД-2П(Т) предназначен для определения засоренности топливного (масляного) фильтра двигателя ПД-14. Датчик построен на базе тензопреобразователей давления оригинальной конструкции, изготовленных по технологии КНИ, обладающих долговременной (до 30 лет) стабильностью метрологических характеристик.
Примененная электронная схема с цифровой обработкой сигнала позволила существенно расширить термокомпенсированный диапазон рабочих температур датчика при заданной точности измерения.
Датчик ПДДП-Е предназначен для контроля параметров давления в контурах системы терморегулирования КА. В нем в качестве первичного преобразователя давления применена дифференциальная емкостная ячейка, являющаяся аналогом ячейки Rosemount, но имеющая оригинальную конструкцию, на которую подана заявка на изобретение.
Наличие разделительных мембран из специального сплава позволяет использовать эти датчики практически для любых рабочих сред. Схема параметрического преобразователя и цифровая схема обработки сигнала обеспечивают компенсацию температурной погрешности в диапазоне температур от минус 50 до +50°С с погрешностью не хуже 0,5%. При этом в данных датчиках применяются исключительно отечественные комплектующие категории качества "ВП".
Кроме того, разработаны: малогабаритные сигнализаторы давления СИДМ-200А и САДМ-2, термокомпенсированный двухканальный сигнализатор давления ТСД, датчик давления сдвоенный 2ДД-КМР, линейный сигнализатор пожара/перегрева СОПП и другие приборы, обладающие техническими характеристиками, соответствующими самым высоким требованиям.
На совещании было принято решение расширенного заседания НТС АССАД "Проблемы развития датчиков давления для перспективных двигателей и агрегатов". В нем, в частности, говорилось:
- Считать первоочередной задачей создание высоконадежных датчиков давления для распределенной интеллектуальной, электроприводной и беспроводной систем автоматического управления перспективных двигателей гражданской авиации с наработкой на отказ не менее 100 000 часов, ресурсом не менее 40 000 часов и сроком службы более 30 лет.
АО ЭОКБ "Сигнал" им. А.И. Глухарева, ООО "ЭПО "Сигнал", АО "НИИФИ" (г. Пенза) разработать и внедрить мероприятия совместно с профильными и смежными предприятиями по повышению надежности и ресурсных показателей датчиков и сигнализаторов в эксплуатации.
АО ЭОКБ "Сигнал" им. А.И. Глухарева, ООО ЭПО "Сигнал", АО "НИИФИ" (г. Пенза) проработать вопрос по созданию унифицированных датчиков давления и перечня датчиков давления, необходимых разработчикам и производителям авиационных двигателей и агрегатов.
Рекомендовать АО "НИИФИ" (г. Пенза) совместно с АО ЭОКБ "Сигнал" им. А.И. Глухарева, ООО "ЭПО "Сигнал" и ФГУП "ЦИАМ" им. П.И. Баранова" подготовить заключение по состоянию разработки волоконно-оптических датчиков давления для применения их на авиационных двигателях и направить в АО "ОДК" и АССАД.
НТС В МОСКВЕ
Второй НТС, посвященный "Результатам испытаний датчиков давления для двигателя ПД-14", состоялся 17 ноября уже в Москве. На нем присутствовало 18 представителей предприятий российской и зарубежной промышленности, научно-исследовательских институтов, таких, как АО "Авиадвигатель", ФГУП ЦИАМ, АО "Мотор Сич", ООО "Октава+", АО "Элемент", АО "Иркут", НПЦГ "Салют", "Кулайт".
Разработкой датчиков для ПД-14 совместно с фирмой "Кулайт" (США) мы занимаемся около 5 лет. Она основана в 1959 г. и является мировым лидером в изготовлении пьезорезистивных датчиков давления для испытаний и контроля параметров в различных системах авиационных и вертолетных двигателей. В настоящее время все работы по всем этим датчикам (а их 16 штук на каждом двигателе) завершены. Подтвержден заданный ресурс датчиков 80 тыс. час. и другие характеристики согласно технического задания.
При всех видах испытаний двигателя (наземных, на летающей лаборатории и многих других) ни одного замечания по датчикам не было. Поэтому не удивительно, что в решении заседания президиума НТС АССАД было сказано о том, что результаты испытаний датчиков давления для двигателя ПД-14 разработки и производства Кулайт Семикондактор соответствуют заданным требованиям. Также генеральной дирекции АССАД совместно с АО "Авиадвигатель" было поручено ознакомить с результатами испытаний заинтересованные предприятия и организации.
НТС В ПЕРМИ
Третий НТС состоялся 1 декабря 2016 года в Перми на АО "ОДК-СТАР", который является российским центром компетенции в области разработки, производства и сервисного обслуживания систем автоматического управления газотурбинных двигателей воздушных судов, промышленных ГТД.
АО "ОДК-СТАР" - это единственное предприятие в России, обеспечивающее проектирование и производство комплексных систем управления газотурбинных двигателей, включающих в себя цифровые электронные регуляторы с полной ответственностью FADEC и гидромеханические агрегаты: топливные насосы, регуляторы, дозаторы, автоматы распределения, блоки управления механизацией, исполнительные механизмы, клапаны, а также топливные агрегаты, исполнительные механизмы, пульты управления, электронные блоки управления и защиты промышленных ГТД электростанций и газоперекачивающих агрегатов, ГТД морского применения.
На НТС присутствовали 54 руководителя и ведущих специалиста российских авиационных и авиадвигателестроительных предприятий, таких как АО "Авиадвигатель", ПАО "Кузнецов", ПАО "НПО "Сатурн", ФГУП "ЦИАМ им. П.И. Баранова", НТЦ им. А. Люльки, АО УНПП "Молния", АССАД, АО "ОМКБ", АО "Климов", АО "МПО им. И. Румянцева", а также Пермского научно-исследовательского политехнического университета.
НТС был посвящен вопросам развития перспективных систем автоматического управления (САУ) газотурбинных двигателей. САУ ГТД - это совокупность устройств, автоматически обеспечивающих выполнение с требуемой точностью выбранных программ управления двигателем летательного аппарата на установившихся и переходных режимах его работы.
Создание универсальной платформы автоматического управления газотурбинными двигателями (САУ ГТД) на отечественной элементной базе чрезвычайно востребовано производителями двигателей.
Подобная платформа не только решает ряд задач импортозамещения, но и позволяет в значительной мере унифицировать оборудование и программное обеспечение, применяемое в различных САУ авиационного и энергетического назначения.
Перед началом пленарного заседания участники совета посетили великолепный корпоративный музей АО "ОДК-СТАР", где ознакомились с историей, производственным потенциалом предприятия и образцами продукции.
На совещании выступили с докладами заместитель генерального директора ФГУП "ЦИАМ им. П.И. Баранова" О.С. Гуревич, главный конструктор по САУ НТЦ им. А. Люльки В.И. Федюкин, доценты кафедры АТ ПНИПУ Безукладников И.И. и Гончаровский О.В., а также ведущие специалисты АО "ОДК-СТАР".
Итогом заслушанных докладов стало подписанное решение расширенного НТС АО "ОДК-СТАР" и президиума НТС АССАД. В нем говорится о том, что необходимо:
1. Отметить своевременность и актуальность постановки АО "ОДК-СТАР" проблемы создания научно - исследовательского и опытно - конструкторского задела в области проектирования перспективных САУ ГТД.
2. В работах по созданию САУ для вновь разрабатываемых и модернизируемых двигателей использовать перспективные технологические решения и результаты создания НТЗ, представленные в докладах ЦИАМ и других участников заседания НТС.
3. Одобрить представленную АО "ОДК-СТАР" концепцию архитектуры САУ ГТД с электронным резервированием функций управления ГТД и исключением гидромеханического резерва.
4. Рекомендовать АО "ОДК-СТАР" совместно с АО "Авиадвигатель" и ЦИАМ разработать технико - коммерческое предложение (ТКП) по проведению НИОКР с целью создания перспективной САУ ГТД в рамках проекта ГТД ПД-35. Разработанное предложение представить на рассмотрение в АО "ОДК" в первом квартале 2017 года.
5. При разработке ТКП учесть замечания и предложения по требованиям к перспективным САУ ГТД, высказанные участниками НТС при обсуждении докладов и сообщений. 6. Отметить и при разработке ТКП рассмотреть особое мнение представителя ПАО "НПО "Сатурн" д.т.н. В.В.
Червонюка о:
- применимости электронного резервирования САУ только для ГТД гражданской авиации;
необходимости согласования ТКП со всеми разработчиками ГТД.
6. При разработке ТКП учесть информацию главного конструктора по САУ ОКБ им. Люльки В.И. Федюкина по датчикам САУ ГТД.
7. ОКБ им. A.M. Люльки совместно с АО "ОДК" определить порядок разработки совместного документа по проектированию ПО САУ ГТД.
8. Направить настоящее решение и протокол НТС организациям - участникам НТС.
- Виктор Михайлович! За этими суховатыми протокольными сообщениями внимательный читатель не увидит сути проблемы. Все-таки, в чем она на самом деле?
- Дело в том, что сегодня уделяется огромное значение соответствию датчиковой аппаратуры требованиям, предъявляемыми к ним со стороны разработчиков современных САУ двигателей. Сейчас особенно остро стоит вопрос максимального повышения надежности датчиков, в частности, давления, увеличения их ресурса и достижения технических параметров, не уступающих параметрам лучших зарубежных образцов.
Кроме того, во всем мире сегодня ведутся работы по созданию будущих конкурентоспособных военных и гражданских самолетов, а также двигателей к ним.
Одним из наиболее перспективных направлений создания таких летательных аппаратов является так называемый "Полностью электрический самолет" (ПЭС) (Full electrical aircraft), то есть самолет с полностью электрифицированным оборудованием.
В конечном счете, электрический самолет - это самолет, приводимый в движение электрическим двигателем, питающимся от топливных элементов, фотоэлементов, аккумуляторов, батарей или беспроводным путем.
На таком летательном аппарате система управления аэродинамическими поверхностями и взлетно-посадочными устройствами самолета; система кондиционирования воздуха; противообледенительная система самолета; система запуска авиадвигателя будут управляться электричеством.
Теоретические преимущества электрических самолетов многочисленны и очевидны. Это, в первую очередь, экологичность, безопасность, бесшумность, дешевизна в эксплуатации.
Более того, по оценкам экспертов, применение электричества в рамках ПЭС на будущих тяжелых транспортных самолетах позволит получить снижение потребления топлива на 8-12%; полного взлетного веса на 6-10%, прямых эксплуатационных расходов на 5-10%, стоимости жизненного цикла - 3-5%, времени технического обслуживания на 4-4,5%, а также увеличение среднего налета на отказ на 5-6%.
- Предположим, с ПЭС все более или менее ясно. А что такое "электрический" двигатель?
- На таком авиадвигателе не будет коробки самолетных агрегатов. Не вдаваясь в подробности, скажу, что на нем будет стоять высокоскоростной генератор (стартер - генератор), который будет вращаться от вала двигателя или встроен в сам двигатель. Масляный и топливные насосы, агрегаты суфлирования, клапаны перепуска, лопатки направляющих аппаратов, в свою очередь, также будут приводиться в движение электромоторами.
По подсчетам экспертов, в целом электрификация ГТД позволит уменьшить массу и мидель двигателя на 10-15%, снизить теплонапряженность топливной системы на 10-20°С, уменьшить стоимость обслуживания в 2-3 раза, улучшить тактико-технические характеристики самолетов.
- Ведутся ли в России какие-то работы по электрическим самолетам и двигателям?
- Безусловно. В настоящее время под руководством "Объединенной авиастроительной корпорации" проводится комплексная научно-исследовательская работа по проблеме "полностью электрического самолета" (самолета с повышенным уровнем электрификации), в которой принимают участие ведущие организации, занимающиеся разработкой летательных аппаратов, авиационных двигателей и бортового оборудования. Координаторами работ являются крупные научные центры: ЦАГИ, ЦИАМ и НИИАО.
Целью данной работы является создание научнотехнического задела в разработке нового поколения отечественных самолетов с полностью электрифицированным оборудованием (с повышенным уровнем электрификации), отработка технологий и создание аппаратуры для перехода к перспективной структуре энергетического обеспечения бортового оборудования самолетов, использующего для своего функционирования только (преимущественно) электрическую энергию.
Эти концепции прорабатываются как рабочий вариант для нового ближне-среднемагистрального самолета МС-21. Правда, на нем будет осуществлена концепция не полностью электрического, а более электрифицированного самолета (More Electric Aircraft или MEA), то есть максимальное количество приводов и агрегатов (в рамках безопасности полета) на МС-21 будет работать от электрического тока.
В свою очередь в России, в концерне "Радиоэлектронные технологии" (КРЭТ) закончились ис следования по созданию комплекса электроэнергетики для ПЭС. Этот комплекс сможет обеспечить все энергетические нужды самолета будущего.
- Проводятся ли аналогичные работы за рубежом?
- Безусловно. Над концепцией MEA в конце 1990-х годов начали работать более 40 организаций Евросоюза и более 46 западных авиакомпаний. Результатами этих работ явились разработки самолетов с повышенным уровнем электрификации: пассажирские самолеты А-380 и Boeing 787, многоцелевой истребитель F-35, БПЛА "Барракуда" и др., на которых реализованы многие положения концепции ПЭС.
Более того, на самолете А-380 уже используются так называемые электрогидростатические приводы в качестве резервных для отклонения внутренних и внешних секций руля высоты, средних и корневых элеронов (флаперонов).
Электрогидростатические приводы, являются, по существу, электроприводами с "гидравлическим" редуктором. Электрогидростатический привод представляет собой совокупность регулируемого бесконтактного двигателя постоянного тока и гидростатической передачи, выполненной на основе гидроцилиндра и нерегулируемого реверсивного насоса.
Установка таких приводов позволила отказаться от третьей центральной гидросистемы, что обеспечило уменьшение массы самолета на 450 кг.
На самолете F-35 в системе управления полетом используются только электрогидростатические рулевые приводы, получающие питание от источников электрической энергии, за счет чего полностью исключена центральная гидросистема самолета. Это позволило уменьшить массу системы управления на 300 кг.
- Судя по оценкам и наших, и западных экспертов, электрические самолеты и двигатели решат все проблемы и гражданской, и военной авиации?
- Конечно, это не так. Полностью электрический самолет - это революция, это поколение самолетов, которые будут летать не скоро.
Дело в том, что, несмотря на многократное дублирование, по мнению экспертов, применение чисто электромеханических приводов для органов управления основными рулевыми поверхностями самолета (руль высоты, руль направления, элероны) в настоящее время преждевременно.
Это объясняется, прежде всего, относительно невысокой надежностью механического редуктора привода, преобразующего вращательное движение вала электродвигателя в поступательное перемещение выходного звена привода. Кроме того, пока еще электромеханический привод с планетарным редуктором и шарико-винтовой передачей уступает обычному электрогидравлическому приводу по динамическим характеристикам. Более того, мощное электромагнитное поле сможет лишить работоспособности все электрические системы самолета и двигателя, хотя эта угроза актуальна и для обычного лайнера в случае выхода из строя электросистем, существующих на каждом воздушном судне. И еще. Исследования, проводимые за рубежом по этим программам, показали, что отказ от гидравлических и пневматических энергосистем и перевод бортового оборудования на питание от источников электрической энергии должен проводиться с осторожной последовательностью, поскольку на начальных этапах может привести даже к некоторому увеличению массы оборудования и ЛА в целом.
Тем не менее, работать над "электрическими" самолетами и двигателями необходимо, ведь за ними будущее и отечественной, и зарубежной авиации.
