Ренессанс поршневых двигателей наконец созрел и в РФ
В последние годы появилось множество образцов легких самолетов, призванных решить транспортные проблемы в российских регионах, да только вот двигатели у всех прототипов импортные. Это критично и для гражданской авиации, и для поставляемых Министерству обороны беспилотников. Какова ныне ситуация с разработкой и производством поршневых авиационных двигателей, «Военно-промышленному курьеру» рассказал Михаил Гордин, генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения имени П. И. Баранова.
– Давайте начнем с глобального – какова ныне роль ЦИАМа в отечественном авиационном двигателестроении, кто за что отвечает?
– Мы головной отраслевой научно-исследовательский институт, отвечающий за все исследования, создание научно-технического задела и регуляторной базы, за контроль исполнения в области опытно-конструкторских работ… Ранее ЦИАМ, ЦАГИ и ГосНИИАС были в составе Министерства авиационной промышленности, теперь мы входим в НИЦ «Институт имени Н. Е. Жуковского». Ныне статус института – федеральное государственное унитарное предприятие. 1 июля вышел указ президента о реорганизации ФГУП «ЦИАМ» в формат Федерального государственного бюджетного учреждения, и со следующего года мы будем уже ФГБУ, но все выполняемые нами функции сохранятся в прежнем объеме.
Для решения стоящих перед нами задач мы задействуем весьма солидную испытательную базу, выполняем большое количество специальных испытаний – весь комплекс работ, необходимый для проведения государственных испытаний и сертификации всех используемых в отечественной авиации двигателей. Наш Научно-испытательный центр в Лыткарине по размерам является вторым в мире – после Центра Арнольда (Arnold Engineering Development Center) ВВС США. И загруженность наших испытательных площадей сейчас полная.
– Иностранные авиадвигатели, используемые в РФ, тоже должны получить ваше одобрение?
– За валидацию сертификата типа двигателя отвечает Росавиация, наша сфера – экспертиза для установления соответствия требованиям, предъявляемым подобной продукции.
– От иностранных двигателей перейдем к отечественным. А конкретно к тем, что предназначены для малой авиации, от сверхлегких летательных аппаратов и до самолетов регионального масштаба – соответственно поршневых и газотурбинных малой мощности. Как обстоят дела с их созданием и производством?
– Серийных отечественных двигателей этого сегмента попросту нет. Чтобы они были, их кто-то должен разрабатывать, а это как минимум требует заказа. В 90-е в этой области, говоря словами Гамлета, «прервалась связь времен» – последний серийный поршневой двигатель М-14 для спортивных пилотажных самолетов собрали лет пятнадцать назад, и с той поры серийных моторов не производилось. Продолжать разработку и производство двигателей бессмысленно, если нет заказов от самолетостроителей, а их не стало. Нет заказа, нет и финансирования, потому разработка новых и модификация уже существующих двигателей прекратились. При этом легкие воздушные суда, пусть и в единичных экземплярах, создавались, и для них пришлось использовать импортные двигатели.
В принципе единичный экземпляр самолета сделать несложно. И даже двигателя – берешь любой подходящий и делаешь из него авиационный. Но это будет именно единичный экземпляр, уникальный. Сделать же серийный куда сложнее. Он должен делаться правильно: с соответствующей документацией буквально на каждую деталь, с подготовкой производства, с налаживанием кооперационных связей, чтобы в результате возникла повторяемость. Безопасность в авиации обеспечивается тем, что и разработчики, и изготовители подчиняются очень жестким правилам. По сути в этом и есть главное отличие серийного изделия от самоделки.
– У нас есть несколько компаний, которые выпускают самолеты малыми сериями, изначально ориентируясь на импортные двигатели: у них нет финансовых возможностей заказать разработку и производство отечественных моторов. А большие КБ, вроде ильюшинского или туполевского, свои перспективы связывают с чем угодно, но не с малой авиацией. То есть потенциального заказчика, во всяком случае в гражданской авиации, физически не существует. Но при этом существует насущная потребность в двигателях. Порочный круг?
– Этот порочный круг уже разорван. И в годы безвременья самолеты делались, какие-то наработки сохранялись, у нас в ЦИАМе продолжает работать подразделение, которое занимается научным аспектом разработки поршневых двигателей, мы даже в лихие 90-е изделия-демонстраторы создавали. Но о серийном производстве действительно речь не шла долго – до тех пор, пока мировой авиационной модой не стало создание беспилотных летательных аппаратов. Лет десять назад о них активно заговорили и у нас, а с массовым введением санкций встал вопрос и о собственном производстве поршневых двигателей для БЛА. И в России, и за рубежом главной нишей использования беспилотников пока является военное применение. Надо сказать, что они по сути спасли мировое поршневое авиадвигателестроение, оно ведь во всем мире пребывало в кризисе. Хороший пример с вертолетами «пляжного» класса» Robinson 44. Отличная машина – как наблюдательный, патрульный, операторский этот вертолет массово закупался ООН, пользовался хорошим спросом у частных аэроклубов и пилотов-любителей. И вдруг компания-производитель выпускает на рынок модель R66 уже с газотурбинным двигателем, специально для этого заказанным у «Роллс-Ройса». Почему? Одной из главных причин был назван риск остаться без двигателей для своих популярных моделей, ибо их производитель – компания «Лайкоминг» на тот момент пребывала в кризисе и ей грозило банкротство. И не ей одной, «поршневая ниша» схлопывалась…
Совместная «линейка» двигателей ЦИАМа и
УЗГА на форуме «Армия-2020»
Совместная «линейка» двигателей ЦИАМа и
УЗГА на форуме «Армия-2020»А появление беспилотников вновь сгенерировало спрос на поршневые авиадвигатели. К нам это пришло с задержкой в несколько лет, и одновременно с созданием аппаратов с иностранными двигателями делались попытки локализовать в России производство импортных аналогов. Есть примеры проведенных опытно-конструкторских работ, в том числе и весьма грамотных, но дело в том, что локализация производства поршневого двигателя связана с серьезными проблемами. Поршневое двигателестроение, а это в первую очередь создание автомобильных моторов, подразумевает очень широкую кооперацию. Этого нет у производителей газотурбинных двигателей, поскольку в изделиях очень много критичных узлов и деталей, которые фирмы-разработчики не рискуют заказывать на стороне и предпочитают все делать сами. В производстве автомобильных двигателей все иначе: топливную аппаратуру делают одни, систему зажигания другие, различные вспомогательные агрегаты третьи, блоки и поршни четвертые и так далее. Это разделение в первую очередь выгодно в производстве больших серий, и в автопромышленности система сложилась достаточно органичная.
Потому попытки локализовать производство поршневых авиадвигателей в России сталкиваются с необходимостью поставки комплектующих. Где их взять? Никто с мелкой серией связываться не будет, а в производстве авиамоторов выпуск сотен, а то и десятков изделий в год уже хорошая серия, что в сравнении с массовым производством автомобильных двигателей – мизер. Потому проекты локализации удачными так и не стали.
– А что бы не заказать авиационный двигатель тому же ВАЗу, к примеру?
– Делать авиадвигатель на базе автомобильного – давно существующая практика, взять, например, Thielert (Германия) и Austro Engine (Австрия), но у многих автопроизводителей свои традиции, и нынешняя продукция российского автопрома – в подавляющем большинстве та же локализованная импортная. И права на ее производство принадлежат не нам. Потому, когда встал вопрос о поиске прототипа для создания современного авиационного поршневого двигателя, выбор пал на линейку моторов, разработанных для единой модульной платформы «Кортеж». Это самый современный поршневой двигатель в стране, он очень хорош, а главное – все права на его производство принадлежат России. Мы взяли первую, восьмицилиндровую версию этого двигателя, договорились с НАМИ и в рамках отдельной НИР создали из автомобильного двигателя 500-сильный авиационный поршневой – АПД-500. Пересчитали все ресурсы, адаптировали его под авиационное назначение, что было непросто. Скажем, в автомобильном двигателе в случае аварийной ситуации подача топлива должна отключаться – автомобиль остановится. Самолет в воздухе остановиться не может, поэтому что бы ни происходило, какие бы системы ни отказывали, топливо должно поступать в двигатель. То есть при условно одинаковой компонентной базе у авиадвигателя совсем иные интеграционные решения. Но главное – сколь бы ни отличалась авиационная модификация двигателя от автомобильного прототипа, а отличия могут быть весьма существенными, производство по отлаженной в автопроме технологии всегда будет дешевле и быстрее, нежели разработка и производство чисто авиационного двигателя.
– И какова ситуация с «летающим «Кортежем» сейчас?
– Мелкосерийное производство автомобильных двигателей в НАМИ уже налажено, пока там есть импортные компоненты, но при крупносерийном производстве все станет выгодно производить в России. Нам же НАМИ в рамках проводимых НИР поставил несколько моторкомплектов, полтора года назад мы сделали первый конструктивный облик, испытали его. Сейчас готовим испытания третьего облика, успешно прошедшего наземные испытания, в термобарокамере, имитирующей условия высотного полета. Этим мы должны подтвердить его высотно-скоростные характеристики. В следующем году начнем подготовку к летным испытаниям. После этого двигатель будет уже на пятом-шестом уровне готовности технологий и можно открывать достаточно быстрый и нерисковый этап опытно-конструкторских работ для подготовки запуска АПД-500 в серию.
– На Ан-2 стоит двигатель порядка 1000 сил, для чего пригоден 500-сильный?
– Из гражданских самолетов – на Як-152, к примеру. Или на сельскохозяйственный или даже двухдвигательный региональный самолет. Причина, почему мы выбрали для НИР именно 500-сильный двигатель, простая – ничего другого из современных моторов, интеллектуальная собственность на которые принадлежит России, не было. И эта работа укладывается в общую концепцию: как быстро создать отечественный авиационный поршневой двигатель. И тогда уже можно говорить о создании целой линейки двигателей.
ЦИАМ недавно завершил формирование единого типоразмерного ряда отечественных авиационных двигателей, подлежащих разработке, в первую очередь для использования на БЛА. Эта линейка включает не только поршневые и роторно-поршневые двигатели, но также электрические и малоразмерные газотурбинные авиационные в диапазоне мощностей от 50 до 500 лошадиных сил. Эти наши предложения по унифицированному типоряду являются составной частью межведомственной программы по созданию беспилотных авиационных систем на период до 2025 года, ведущейся под руководством Минпромторга.
– Но по каким-то иным двигателям из этой линейки ведутся работы?
– Иных пока попросту нет. При этом есть хорошие автомобильные двигатели, которые производятся в РФ, но это западные образцы, к их разработке наши инженеры и конструкторы отношения не имеют. И даже если двигатель произведен в Калуге, все права на него сохраняются у «Фольксвагена».
– Вы упомянули типоряд, то есть некие фиксированные мощности грядущих наших авиадвигателей – по какому принципу он строится?
– Это на самом деле очень непростая задача. Послушать авиастроителей, так им нужны мощности с шагом буквально в десять сил, но ассортимент не может быть бесконечным. Верхняя граница понятна – свыше 500–600 лошадиных сил поршневой двигатель делать смысла нет, там уже выгоднее газотурбинные. И тут вот что получается. По топливной экономичности лучше всего дизельные двигатели, потом – бензиновые, самые прожорливые – газотурбинные. А вот по весу при одинаковой мощности тяжелее всех дизель, чуть легче бензиновый и уже намного легче ГТД. И выбор двигателя для каждого воздушного судна напрямую связан с его назначением. До определенной дальности предпочтительным оказывается бензиновый мотор, потом на первое место по эффективности выходит дизель, а если дальность еще больше – вне конкуренции газотурбинный. Все это просчитывается, равно как и стоимость жизненного цикла каждого из типов двигателей, поскольку стоимость поршневых меньше, а вот ресурс гораздо выше у газотурбинных. Линейку потребных для легкой авиации двигателей мы разрабатывали не на пустом месте, поскольку ряд воздушных судов, в первую очередь беспилотных, уже выпускается нашей промышленностью серийно. Собственно, мы и разбирались, как грамотно составить ее в первую очередь для импортозамещения, чтобы затем, уже на базе отечественных двигателей можно было создавать новые беспилотники самого различного назначения. В итоге имеем следующий список: бензиновый двигатель – 80 лошадиных сил, роторно-поршневые – в диапазонах 50–70 и 100–150 лошадиных сил, дизели – 200 и 300 сил и тот самый 500-сильный АПД-500. Такая линейка полностью закрывает потребность российских разработчиков и пилотируемой, и беспилотной авиатехники в этом диапазоне мощностей.
– А доступна ли сегодня такая конструкторская роскошь – отказаться от адаптации автомобильных моторов и создавать изначально авиационный? Или дорого и неразумно?
– Почему же. Сейчас ведутся несколько ОКР как раз по разработке авиационных двигателей, просто до их окончания преждевременно говорить о результатах. Два прототипа на «АРМИИ-2020» показал УЗГА – Уральский завод гражданской авиации, с которым у нас подписано соглашение о сотрудничестве. Это 80-сильный двигатель для замещения импортного на БЛА «Форпост» и 200-сильный дизель для учебного самолета «Даймонд», которые собираются на этом же заводе. Еще разработкой своего нового двигателя для беспилотников занимается машиностроительный завод «Агат» – это Гаврилов Ям, Ярославская область. Но я бы не сказал, что и эти чисто авиационные двигатели создаются без оглядки на достижения автопрома – у экономики свои законы и так выгоднее. При этом производители автомобильных двигателей не рвутся на авиационный рынок – серийность куда меньше, хлопот больше, прибыль мизерная. А еще они не хотят, чтобы название фирмы фигурировало в марках авиадвигателей, считая, что фраза «На самолете отказал мерседесовский двигатель» ударит по репутации компании куда сильнее, нежели сотня автомобильных аварий.
– Допустим, разработали хороший и всех устраивающий поршневой двигатель. Будут ли в его изготовлении проблемы технологические – нужны ведь и специальные сплавы, и современные керамические покрытия трущихся поверхностей… Кто это обеспечит?
– Полагаю, каких-то глобальных проблем с производством не будет. В качестве примера: в прошлом году мы совместно с Фондом перспективных исследований завершили создание роторно-поршневого двигателя как раз с использованием самых современных материалов. Собственно, и решали проблему увеличения ресурса классического вазовского двигателя Ванкеля, который был всем хорош, но недолговечен. Мы довели разработку до создания и ресурсных испытаний нескольких демонстраторов и убедились – технически задача вполне выполнима.
– За рубежом, в тех же Штатах частный маленький самолет – вполне обычная вещь. В РФ, как считаете, это тоже когда-нибудь станет обыденностью?
– Я сам пилот-любитель и с удовольствием разделил бы подобные мечты, но у меня есть сомнения на этот счет. Тут против нас и несравнимый доход на душу населения, и разные авиационные традиции. У нас полеты малой авиации жестко регламентированы, это идет с советских времен. И гораздо сложнее будет решить не технические, а регуляторные проблемы использования авиации общего назначения. Купить самолет можно и сейчас, но мало кто покупает и летает. И если наша промышленность освоит производство легкого и надежного самолета для частных нужд, почему она будет продавать его дешевле зарубежных?
– Если не будет массового производства малых гражданских самолетов, то вся надежда на производство военных беспилотников, но там объемы все-таки конечные. Какие перспективы у поршневой авиации?
– Пока нормально ориентироваться можно только на планы военных, и возможно, что реализация гособоронзаказа в этой области как-то потянет за собой и развитие гражданской авиации. Но опять мы упремся в существующие правила полетов. В малой авиации аварии неизбежны, хотя и не в тех масштабах, что на дорогах. Но если с автомобильной аварийностью государство вынуждено мириться, то идеал авиационной безопасности – чтобы никто не летал. В тех же США твоя безопасность – твоя же и проблема: хочешь летать – летай, убьешься – это был твой выбор. А у нас государство думает о жизнях своих граждан. Вспомним, как развивалась малая авиация в СССР. ДОСААФ, «Комсомолец – на самолет!» – это же было напрямую связано с необходимостью иметь большое количество пилотов. Сейчас государственной потребности в этом нет по простой причине – стране и армии такое количество летчиков, как раньше, просто не требуется. Была бы такая нужда на государственном уровне – было бы и финансирование, а значит, и производство.
– Можете сказать о каких-то конкретных сроках, когда в небе массово появятся наши поршневые двигатели?
– Не могу. Это имеет непосредственное отношение к разработкам и поставкам по гособоронзаказу. Что и когда рассказывать в этой области – прерогатива военных.
– Вошедшие в моду квадрокоптеры наводят на мысль, что поршневые двигатели имеют в своей нише серьезного конкурента…
– Еще какого! Первые беспилотники, которые мы увидели, – детские вертолетики. Но с электрической силовой установкой есть строгая зависимость: чем она больше, тем сложнее. Да, пока энергетическая отдача от аккумуляторов на порядок-полтора меньше, чем от химического топлива, но весь авиационный мир сегодня занимается гибридными силовыми установками для летательных аппаратов. Планируется, что таковыми где-то к 2050 году будут оснащаться не только региональные, но и магистральные самолеты. Сейчас уже есть одно-двухместные самолеты, способные на аккумуляторах летать почти час, сделать их не проблема. Но такой мало кому нужен. А вот использование газотурбинного двигателя с генератором, аккумуляторами и чисто электрическими движителями или другой вариант – турбовинтовой двигатель, соосно с главным валом у которого расположен стартер-генератор, – вполне жизнеспособная схема. В первом случае традиционный двигатель работает в постоянном оптимальном режиме с минимумом вредных выбросов. Во втором – генератор при пиковых нагрузках работает как электродвигатель, добавляя мощности традиционному мотору, а в крейсерском режиме подзаряжает аккумуляторную батарею. Но это очень общее описание, на пальцах, в реальности все куда сложнее. В сочетании с использованием водородного топлива самолет на гибридной тяге будет выгоден во всех отношениях.
– Еще раз о «связи времен». Можно говорить, что в области поршневого авиационного двигателестроения конструкторская школа восстановилась?
– Процесс идет, но очень медленно. Какой бы умный и грамотный ни был выпускник вуза, он еще не конструктор, а чтобы стать им, он должен поработать в коллективе КБ, впитать накопленный там опыт, научиться мыслить не отвлеченно, а на базе уже созданного. Андрей Николаевич Туполев как-то заметил, что если в самолете новаций больше 30 процентов, он не полетит. Традиции в конструировании – важнейшая вещь. Для формирования полноценного конструктора нужны годы, что уж говорить о главном или генеральном конструкторе. Но все-таки и здесь заметно, что ситуация улучшается.
Беседовал Алексей Песков
Газета "Военно-промышленный курьер", опубликовано в выпуске № 39 (852) за 13 октября 2020 года
