Турбовинтовые двигатели GE для малой авиации России: GE Aviation и УЗГА создают совместный центр обслуживания

Турбовинтовые двигатели GE для малой авиации России: GE Aviation и УЗГА создают совместный центр обслуживания

В наши дни коммерческий самолет – не просто крылатая машина, но комплексный продукт, непременно включающий в себя послепродажный сервис. После начала производства в России турбовинтового L410 для местных линий GE – производитель двигателей – создает на базе производителя сервисный центр, который станет важным элементом поддержки отечественных эксплуатантов самолета.
Самолет L410 впервые поднялся в воздух 16 апреля 1969 года, но и на сегодняшний день благодаря последовательному развитию и модификации модельного ряда его трудно назвать устаревшим. Эта классическая модель воздушного транспорта для местных линий в современном исполнении актуальна и в наши дни.

В СССР 19-местный, оснащенный двумя турбовинтовыми двигателями L410 был настоящим хитом. Социалистическая Чехословакия в лице предприятия Let Kunovice поставила нашей стране около восьми с половиной сотен этих небольших универсальных машин, которые находили применение и в сфере пассажирских перевозок, и в сельском хозяйстве, и в других отраслях экономики. А еще L410 был хорошо знаком тем, кто занимался парашютным спортом.

Нужен России

С распадом советского блока компании Let Kunovice пришлось пережить не самые приятные годы, что было типично для многих восточноевропейских машиностроительных фирм, ориентированных на советского заказчика. В 1990-е производство упало в 10 раз – с 50 до 5 самолетов в год. Ренессанс L410 приходится на первое десятилетие уже нынешнего столетия. В 2008 году владельцем компании Aircraft Industries (новое название для Let Kunovice) стала российская Уральская горно-металлургическая компания (УГМК). Чешское предприятие получило второе дыхание, а, кроме того, в 2016 году УГМК наладила лицензионную сборку самолета в модификации L410UVP-E20 на базе Уральского завода гражданской авиации (УЗГА) в Екатеринбурге. UVP – это аббревиатура хоть и состоящая из латинских букв, имеет вполне русское содержание: «укороченный взлет-посадка». По сути, это означает, что машину можно эксплуатировать на небольших аэродромах с короткой ВПП, в том числе грунтовой. Востребованность такого самолета именно в России очевидна в виду слабой транспортной связанности населенных пунктов на отдаленных территориях Сибири и Дальнего Востока. Развитие местных воздушных линий в этих краях – насущная необходимость, и L410 прекрасно подходит для решения этой задачи. Сегодня в России в активной эксплуатации находятся 37 борта, которые используются преимущественно в пассажирских перевозках, при этом на отечественный рынок ежегодно поставляется 10 новых машин.

От колес к лопастям

Производство планера и производство авиадвигателей – это отдельные отрасли, и создавшая L410 компания Let Kunovice своих силовых установок, естественно, не производила. На первые серийныйе образцы чехословацкие авиастроители ставили турбовинтовые двигатели компании Pratt&Whitney, затем канадские моторы решили заменить национальной продукцией — двигателями Walter M601 пражского предприятия Motorlet. История предприятия корнями уходит в 1911 год, когда чех Йозеф Вальтер основал фирму по производству мотоциклов и мототрициклов. Уже с 1920-х компания также занималась лицензионным производством поршневых авиадвигателей разработки BMW, а затем и собственных конструкций. «Пламенные моторы» для крылатых машин стали для компании основной специализацией. По окончании Второй мировой и с приходом к власти в Чехословакии прокоммунистического правительства фирма была национализирована и получила название Motorlet. Социалистическое предприятие исправно оснащало силовыми установками те сотни самолетов, что шли в СССР и другие социалистические и развивающие страны. Но потом, как и в случае с Let Kunovice времена поменялись и поток заказов иссяк. Однако, компании Motorlet, сменивший название на Walter Aircraft Engines, удалось выжить и дождаться своего крупного инвестора. В 2008 г. активы предприятия были приобретены подразделением GE – GE Aviation. Так возникла компания GE Aviation Czech.

Все, как у больших

Для GE, известной своими лидирующими позициями на рынке турбореактивных двигателей для пассажирской авиации, турбовинтовые моторы небольшой мощности стали новой, неосвоенной прежде нишей. «Первым результатом сотрудничества инженеров GE и чешских конструкторов стала новая модификация проверенного временем семейства двигателей M601, — говорит Илья Жуков, представитель GE Aviation Сzech. – Появился двигатель GE H80, одна из модификаций которого (Н80-200) заменила М601 на современных L410. Внешне и конструктивно силовая установка похожа на своего предшественника, но, по сути, в нем много нового. Была предпринята удачная попытка реализовать в классической конструкции серьезные технологии, которые в наши дни применяются в большой авиации. Использованы новые материалы, полностью переработана компрессорная секция. При создании модификации активно применялось 3D-моделирование. Стоит отметить, что тема турбовинтовых двигателей получила в GE Aviation дальнейшее развитие. В 2016 GE сертифицировала двигатель с электронно-цифровым управлением – аналогом разработанной для больших турбореактивных/турбовентиляторных двигателей системой FADEC. Такого раньше не делал никто. В 2015 г. было объявлено о работах над мотором Advanced Turbo Prop, который в 2018-м был переименован в GE Catalyst. Этот двигатель больше и мощнее H80-200 и предназначен для самолета Cessna Denali. Он является первой за полвека турбовинтовой силовой установкой, которая сделана с нуля. И она воплотила в себе ряд самых современных технических решений. К таковым можно отнести невероятный целевой коэффициент сжатия в компрессоре — 16:1, что дает высокую топливную эффективность. Также в моторе широко используется 3D-печать, позволяющая создавать сложные узлы как неразборное единое целое. В результате в некоторых узлах удалось снизить количество деталей с 855 до 12! Обязательно применение системы FADEC. GE Catalyst будет собираться на мощностях пражского предприятия, а первый запуск уже успешно состоялся в декабре 2017 года».

Партнерство с дальней перспективой

Инвестиции в смежные авиастроительные проекты неизбежно привели GE Aviation Сzech и УГМК (в лице УЗГА) к сотрудничеству. Коль скоро самолеты L410 производятся и эксплуатируются в России, а с ними растет и парк турбовинтовых двигателей GE, возникла необходимость совершенствовать систему обслуживания и ремонта этих силовых установок в нашей стране. В 2017 году чешская делегация во главе с президентом республики Милошем Земаном встретилась с представителями УЗГА. По итогам визита было подписано соглашение между УЗГА и GE Aviation Czech о создании в России (на базе УЗГА) авторизованного сервисного центра по техническому обслуживанию и ремонту турбовинтовых двигателей GE.

«Создание центра происходит поэтапно, — говорит Михаил Пересадин, руководитель программы гражданской авиации УЗГА, — В рамках каждого из этапов осуществляются поставка оборудования, обучение персонала, и пополнение пула запчастей. Первый этап на сегодня можно считать законченным. Подготовлено 9 техников, обученных обслуживать двигатель по уровню 1. Этот уровень предполагает ТО двигателя и мелкий ремонт без снятия силовой установки с крыла. Сейчас реализуются задачи второго этапа, в частности, проводится обучение технического персонала по уровню 2, предполагающему более сложные формы обслуживания на двигателе, снятом с самолета. Через четыре года авторизованный сервисный центр сможет осуществлять капитальный ремонт H80-200 и M601Е(пока это возможно только на предприятии в Чехии). Для реализации этого, третьего, этапа на базе центра необходимо построить испытательный стенд, на котором будут тестироваться прошедшие капремонт двигатели».

Кроме собственно сервиса и ремонта, центр предложит эксплуатантам самолета услугу временной аренды двигателей H80-200 на время планового обслуживания «родных» силовых установок), чтобы избежать разорительной паузы в коммерческих полетах. Начальный пул двигателей для аренды в настоящее время уже сформирован.

Главная задача создаваемого центра – помочь российским эксплуатантам самолетов L410UVP-E20 (и более ранних модификаций) максимально снизить расходы на техобслуживание и ремонт турбовинтовых двигателей GE. Ведь если квалифицированный персонал будет подготовлен, что называется, в своем отечестве, можно серьезно сэкономить на оплате командировок зарубежных специалистов, а также сберечь время и не дать самолету надолго задержаться на земле.

Вновь созданный сервисный центр будет способствовать не только возрождению местной авиации в России, но и послужит развитию новых компетенций в отечественном авиапроме.

Благодарим за участие в подготовке материала команду компании УЗГА.

Фотографии предоставлены пресс-службой УЗГА.

«КАМАЗ-мастер» в мире моторов

«Дакар-2018» – последний, в котором в грузовой категории позволяется использовать моторы объёмом более 13 литров. Для большинства команд это мало что меняет, так как большая часть грузовиков и без того на протяжении многих лет оснащались моторами меньшего объёма. Но для «КАМАЗ-мастер» это изменение знаковое – ведь основным мотором для команды последние годы был двигатель Liebherr V8 объёмом 16 литров.

Именно такие двигатели стоят на трёх из четырёх КАМАЗах на нынешнем «Дакаре». На четвёртом, под управлением Дмитрия Сотникова, установлен экспериментальный 13-литровый мотор, рядная «шестёрка», который и должен стать той силовой установкой, которая будет устанавливаться на КАМАЗы в будущем.

Смена мотора для «КАМАЗ-мастер» далеко не новость. За годы выступлений на ралли-рейдах команда использовала силовые установки самых разных компаний (КАМАЗ, Cummins, ЯМЗ, ТМЗ, Liebherr), самых разных конфигураций (рядные «шестёрки», V8 и даже V12) и самых разных объёмов (от 11 до 25 литров). О том, почему «КАМАЗ-мастер» использовал такие большие двигатели, и почему остальные команды предпочитали моторы гораздо меньших размеров, нам рассказал технический директор команды Владимир Губа.

Владимир Губа: Причина использования большинством команд 13-литровых моторов проста: все ведущие команды в мире ралли-рейдов ставят на свои грузовики моторы, которые используются в кольцевых гонках, в чемпионате Европы по гонкам грузовиков. На кольцевых грузовиках строгий регламент — двигатель 13 литров, 10 цилиндров, одноступенчатый наддув. Это достаточно совершенные двигатели, разработанные специально для гонок. Там есть команды MAN, Iveco, Mercedes. Команда Tatra в ралли-рейдах ставит на свои грузовики тот же двигатель, который используется на кольцевых грузовиках команды Buggyra. Поэтому в этом плане им несколько проще. Они берут двигатель мощностью 1200 лошадиных сил и моментом в 6000 Н*м, и дефорсируют его до уровня 1000 лошадиных сил, и 4500 Н*м.

Но это специальный продукт. Мы не можем так поступать, у нас нет своей команды в гонках грузовиков. Мы пробовали работать с мотором Buggyra, но строить на его базе грузовики мы не можем, потому что мы профессиональная команда, и наше преимущество в том, что мы досконально знаем все компоненты нашего автомобиля. Мы должны иметь возможность их диагностировать, проверить, отремонтировать в любых условиях. Если мы берем готовый узел, то, как правило, не знаем, что у него внутри, не имеем доступа к программе, не имеем даже доступа к диагностике. То есть мы целиком и полностью завязаны на услугах поставщика. Нам это не подходит.

Поэтому мы действуем обратным образом – берём за основу серийный двигатель. Так было и в случае с Liebherr — мы взяли серийный двигатель, который применялся на спецтехнике, а отдельная модификация использовалась на грузовиках MAN. Но это серийный двигатель мощностью 500 киловатт, 700 лошадиных сил. Мы его форсировали, довели мощность до 1000 лошадиных сил. Сейчас то же самое делаем с 13-литровым двигателем Cummins. Мы взяли двигатель мощностью 520 лошадиных сил, и стараемся добиться от него мощности более 1000 лошадиных сил, увеличиваем момент в два раза.

Моторы Cummins ставятся и на серийные КАМАЗы, но маленькие, 7-литровые. Недавно запустили производство 9-литровых. То есть, с точки зрения объёма они пока занимают низшую ступеньку в иерархии этих силовых установок. Мы же используем 13-литровый двигатель. Это не первый наш опыт работы с Cummins, они стояли на наших грузовиках, в том числе гоночных, еще в 90-е годы. А уже в 2007-2008 году использовали 15-литровый двигатель Cummins, с двойным турбонаддувом. Он себя не очень хорошо показал, что лишний раз подтверждает неэффективность работы с чужим мотором. Он был сделан по заказу, и, естественно, производитель закладывает определенный резерв для клиентского двигателя, чтобы, не дай бог, чего не случилось. Поэтому характеристики его оказались не лучшими. Тем не менее, мы сейчас опять вернулись к блоку цилиндров Cummins. Но уже разрабатываем всё сами, и стремимся подойти к пределу его возможностей.

Сейчас мы работаем с Cummins на таких условиях: мы покупаем у них двигатели специальной комплектации, они оказывают нам помощь запасными частями и некоторой информацией. Но все разработки, все изменения, все доводки, все испытания мы ведём сами. Почему Cummins? Такой выбор сделан по той простой причине, что по регламенту эти двигатели должны производиться серийно и устанавливаться на коммерческие грузовики. Пока такого мотора у КАМАЗа нет, а ждать, когда он появится, и начинать работу только после этого – это потеря времени. Наш Научно-технический центр (НТЦ) сейчас как раз работает над версией 13-литрового двигателя с очень близкими показателями. Мы же работаем на опережение, и к тому моменту, когда начнётся его серийное производство, мы уже будем готовы. Думаю, мы достаточно быстро сможем перенести весь опыт на свои отечественные двигатели, и уже тогда начнём ездить на своих двигателях.

Несмотря на то, что на наших машинах и на грузовиках наших конкурентов стояли моторы очень разных размеров, мощность у них была примерно одинаковая. Почему? Помимо прочего, она ограничена разумными рамками. Максимальная скорость на ралли-рейдах сейчас ограничена регламентом на уровне 140 км/час. Для такой скорости, в общем-то, 1000 лошадиных сил вполне достаточно. Излишняя мощность — это нагрузка на трансмиссию, это более сложные режимы работы, температура, давление и так далее.

Действительно, долгие годы «КАМАЗ-мастер» использовал двигатель большого объема, 18,5 литра. Мы даже как-то пробовали ярославский 24-литровый 12-тицилиндровый мотор. Но от него быстро отказались, потому что он всё ломает. Избыточная мощность. Так что вернулись к 18,5-литровому, ярославскому, или сейчас тутаевскому двигателю. Но это мотор достаточно старой разработки.

Он неплохой по конструкции, но цельноалюминиевый. Главное – у него алюминиевые головки. И они не позволяют выходить на высокие степени форсировки. У всех современных моторов уже чугунные головки. Поэтому для того чтобы обеспечить такую же мощность, степень форсировки была гораздо ниже – с алюминиевой головкой невозможно достичь тех же давлений, тех же температур. Поэтому на выходе мы получали такие же показатели, но с более низкими удельными показателями. С меньшей теплонапряженностью. С меньшей нагрузкой на механические узлы и детали.

Но затем максимальный разрешённый рабочий объём двигателей уменьшили, и последние пару лет на грузовиках стоят 16-литровые двигатели Liebherr. Он имеет примерно такие же параметры, как и ярославские моторы. Мы пытались выйти на более высокие показатели в мощности, но есть у V-образных двигателей одна особенность — у них два шатуна находятся на одной шатунной шейке. И ширина вкладышей достаточно маленькая, это самое напряженное место. То есть, мы достигаем определенного момента – и всё. Да, теоретически турбонаддув и система топливоподачи позволяют выйти на больший момент, на большую мощность. Но механически увеличивать её уже больше невозможно. Потому что вкладыши, даже самые лучшие, не выдерживают. За счёт меньшего уровня форсировки была повышена надежность, увеличен ресурс этих двигателей.

Сейчас мы переходим на рядный 6-цилиндровый двигатель, там нет этого ограничения. Но есть другие, связанные, например, с более высокой тепловой напряженностью. Если у наших «восьмерок», больших двигателей, температура выхлопа была около 800 градусов, то сейчас повысилась до 900 градусов. Это уже существенно. То есть, такие моторы требуют другого подхода, использование других, более дорогих материалов.

Конечно, у двигателя меньшего размера есть свои плюсы. С точки зрения массы, 13-литровый двигатель легче процентов на 25. Но, с другой стороны, рядный мотор длиннее и выше. То есть V-образный двигатель примерно на два цилиндра короче, и за счёт развала он ниже, поэтому под новый мотор нам пришлось проектировать практически с нуля весь автомобиль. Изменено положение двигателя, расположение по высоте, по длине. Изменилось положение кабины, потому что прежнее, над двигателем, мы использовать уже не могли – кабина слишком высоко поднимается. Поэтому мы искали новые варианты, чтобы максимально эффективно разместить массы, не увеличивая высоту центра тяжести. Так что, как обычно в спорте, нет какой-то концепции, позволяющей всегда побеждать – всё упирается в поиск компромиссов.

Основные силовые установки гоночных грузовиков «КАМАЗ-мастер»

* – грузовик капотной компоновки, на ралли-рейдах «Дакар» не использовался

Обратите внимание на двигатель V12 GTO Engineering Squalo

Обычно в Интернете мы не публикуем новостей исключительно о двигателе. Будь то Ford EcoBoost или AMG V8, мы любим большие и маленькие двигатели. но мы склонны помещать их в контекст рассказа об автомобиле.

Однако мы сделаем исключения для двигателей, которые выглядят так. Если вы когда-нибудь задумывались, что бы разработали инженеры спортивных автомобилей 60-х, если бы в их распоряжении было компьютерное моделирование 21-го века и материалы, не смотрите дальше.

Вы вряд ли сможете оторваться от 4,0-литрового атмосферного двигателя V12, который будет использоваться в уникальном ретро-суперкаре GTO Engineering, вдохновленном лучшей британской и итальянской экзотикой 1960-х годов. Автомобиль, как мы теперь знаем, будет называться «Squalo», что в переводе с итальянского означает «акула».

Вот некоторые статистические данные для вас: отсечка — 10 000 оборотов в минуту. Это больше, чем у нового Ferrari 812 Competizione, который раскручивается до жалких 9500 оборотов в минуту. Пиковая мощность здесь будет более 460 л.с. при весе автомобиля менее тонны. И всего 165 кг из них будет приходиться на этот восхитительный двигатель.

Конечно, вы могли бы подумать «прекрасно и все такое», но GTO Engineering специализируется на перезагрузке старых Феррари и тому подобного. Неужели это всего лишь переработанный старый двигатель?»

Но нет. GTO говорит, что двигатель Squalo изготовлен на заказ специально под этот проект.

«Люди часто спрашивают нас, в чем сходство между Squalo и любым другим автомобилем серии 250, и проще сказать: их нет», — говорит Марк Лайон, руководитель GTO Engineering.

«У них нет общих частей, и одним из ключевых примеров этого является двигатель. Мы знаем большинство двигателей V12 Ferrari до винтика, и недавно мы перебирали 4,0-литровый двигатель V12 1960 года; он весил 176 кг в сборе со стартером, маслом и маслозаливными патрубками. Это намного легче, чем современный V12, и мы знаем, что можем добиться большего, используя наши знания, а также современные достижения и методы».

Это полые детали, более легкий стартер, облегченные сцепление и маховик. В результате двигатель будет смещен ниже и дальше назад, чем в классическом Ferrari. Хорошие новости для любителей извилистых трасс.

И все же это тоже должно быть произведение искусства, а не просто скоростной автомат. Как и созданный Cosworth двигатель V12, который станет звездой трехместного T50 Гордона Марри, компания GTO Engineering разработала этот двигатель великолепным и мощным. Итак, никаких пластиковых чехлов. Никаких дешевых и непристойных приспособлений.

Черт возьми, они даже разработали новый стиль крышки распределителя после того, как, по всей видимости, «не нашли эстетически приятной стандартной детали».

Не забывайте, что поставки Squalo намечены на 2023 год.

Пропеллеры для квадрокоптера — как выбрать правильно

При выборе, проектировании и сборке квадрокоптера очень важно правильно просчитать то, какие детали вам будут необходимы для достижения определенных характеристик. Зачастую бывает непонятно, как выбрать двигатель для квадрокоптера, а также подобрать подходящие ему пропеллеры. Что необходимо учесть приобретая двигатели и набор пропеллеров, которые найдут свое место на квадрокоптере, расскажем в этой статье.

Двигатели для квадрокоптеров могут иметь совершенно разные размеры, цвета и внешний вид. Но есть одна деталь, которая объединяет все моторы для беспилотников — это цилиндрическая форма, обусловленная спецификой корпуса квадрокоптера. Кроме того, большинство современных двигателей, которые призваны вращать пропеллеры коптеров, являются бесколлекторными (бесщеточными) — в их конструкции есть магниты и обмотки, но щетки, передающие ток от контактов двигателей к обмоткам, отсутствуют. В данном случае напряжение на обмотки подается с определенной частотой — в отличие от обычных моторов для постоянного тока. К слову, такому мотору по силам более быстрое вращение пропеллера, а энергетические потери сведены к минимуму вследствие отсутствия щеток.

Бесколлекторные двигатели имеют три основные характеристики, которые обуславливают выбор той или иной модели. В первую очередь, это потребляемый ток, который измеряется в амперах (А). Объем потребляемого тока напрямую зависит от мощности мотора — более высокая мощность означает большее потребление при одинаковом напряжении питания. Подъемная сила мотора зависит от силы тока, на которую также влияет нагрузка, создаваемая пропеллерами.

Вторая характеристика — это так называемый KV-rating. Этот показатель характеризует, сколько оборотов будет совершать электромотор при определенном напряжении. Суть KV-rating можно сравнить с мощностью автомобиля, измеряемой в лошадиных силах, равно как и объяснить принцип данного показателя. Для примера возьмем аналогию со спортивным автомобилем. Мощный мотор такой машины способен обеспечить быстрый разгон и высокую максимальную скорость. Но что произойдет, если попробовать сдвинуть несколько тонн груза на таком автомобиле? Ничего особенного — груз не сдвинется с места, а вся мощность мотора уйдет в пробуксовку. С другой стороны, трактор, обладающий малой мощностью, но высоким крутящим моментом и большими колесами, легко справится с такой задачей. Если вернуться в мир квадрокоптеров, то моторы с высоким KV идеально подойдут для быстрого вращения маленьких пропеллеров, в то время, как моторы с низким KV будут легко вращать большие пропеллеры на больших дронах с высокой грузоподъемностью.

Если говорить о конкретных значениях показателя KV, то для легких гоночных дронов он составляет в среднем 2000-2500, а у коптеров, способных поднимать нелегкие грузы, KV обычно варьируется в пределах 200-900.

Наконец, третьим немаловажным параметром электродвигателей является подъемная сила. Удобной величиной для измерения подъемной силы является килограмм. Так, к примеру, при использовании четырех моторов с подъемной силой в один килограмм общая подъемная сила коптера составит четыре килограмма — именно такой вес способны поднять в воздух такие моторы, включая свой собственный. При этом, не забывайте о необходимом для маневрирования и других задач резерве мощности.

Однако, сам по себе мотор не способен создавать пресловутую подъемную силу. Для этого необходим набор пропеллеров, к подбору которого можно переходить после того, как вы выбрали моторы для коптера. Один из основных параметров, на которые стоит обратить внимание — это длина лопасти, которая также зависит от задач, которые вы ставите перед аппаратом. Пропеллер для гоночных моделей обладает длиной в 5-6 дюймов, а для пропеллеров тяжелых дронов характерна длина в 15-17 дюймов. Использование больших винтов для скоростных аппаратов неоправданно вследствие высоких нагрузок на мотор и прочие детали при его раскручивании до высоких оборотов.

Угол наклона лопастей пропеллеров влияет на их сопротивляемость воздуху. Пропеллер с большим углом наклона способен поднять коптер на большее расстояние за один оборот, но создает более высокую нагрузку на мотор. Кроме того, не забывайте о направлении вращения винтов — по часовой стрелке или против.

Таким образом, к подбору моторов и винтов для коптера необходимо исходить из цели его использования и необходимой подъемной силы.