Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тураевское МКБ; Союз

Тураевское МКБ «Союз»

Акционерное общество «Тураевское машиностроительное конструкторское бюро «Союз» является разработчиком двигателей для космоса и ВПК мирового уровня. Предприятие располагает структурой, позволяющей полностью замкнуть цикл создания двигателей и двигательных установок для летательных аппаратов. Это конструкторское и технологическое бюро, опытное и мелкосерийное производство, экспериментальная база, включающая в себя лабораторию прочностных динамических и статических испытаний, стенды для огневых испытаний двигателей.

Научно-технический, конструкторский и производственный потенциал КБ позволяет не только постоянно совершенствовать уже выпускающиеся двигатели, но и проводить исследования в области гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Коллектив ТМКБ «Союз» участвовал в престижных космических программах:

  • создание первых маневрирующих искусственных спутников Земли
  • облёт Луны с фотографированием её обратной стороны
  • экспедиция за лунным грунтом
  • доставка на Луну автоматического аппарата «Луноход»
  • обеспечение старта космических аппаратов с промежуточной орбиты к другим планетам Солнечной системы
  • поддержание спутников связи в заданной «точке» стационарной орбиты искусственного спутника Земли
  • стабилизация орбитальной обитаемой космической станции «Алмаз»
  • стабилизация аналога космического самолёта «Бор»
  • коррекция стационарной орбиты спутников связи «Грань», «Экран», СНТВ, решивших, в частности проблему трансляции телевидения на ранее не доступные районы России

Кроме этого, продукция конструкторского бюро использовалась в важнейших оборонных проектах:

  • перехват космической цели
  • раннее обнаружение старта баллистических ракет

За свою более чем 40-летнюю историю специалистами КБ накоплен большой опыт в создании жидкостных реактивных двигателей различного назначения, двигательных установок стабилизации и коррекции космических аппаратов, прямоточных воздушно-реактивных двигателей для крылатых ракет. Кроме этого, предприятие имеет обнадёживающие результаты в области исследований и разработки гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей.

Генеральный директор — Рац Виктор Антонович

  • История

История Тураевского машиностроительного конструкторского бюро «Союз» началась 1 августа 1964 года, когда Министерством авиационной промышленности на базе ОКБ-300 академика Сергея Константиновича Туманского было учреждено новое КБ, которое сначала носило название «Почтовый ящик 1864». Новое предприятие расположилось в подмосковном посёлке Тураево, где уже имелась производственная база.

Основной задачей конструкторского бюро была разработка и создание ракетных двигателей малой тяги, а затем на их основе – двигательных установок стабилизации и коррекции космических аппаратов. К концу 50-х годов отечественная космическая отрасль вплотную подошла к созданию управляемых искусственных спутников Земли, для которых было предложено создать жидкостные ракетные двигатели малой тяги (ЖРДМТ) на двухкомпонентном топливе, что увеличивало запас энергии на борту космического аппарата в 4-5 раз. Кроме этого, жидкостные ракетные двигатели требовались и для оснащения крылатых ракет, входивших в боекомплект военной авиации. Для решения этой задачи в ОКБ Сергея Туманского в течение нескольких лет формировался коллектив, состоящий из молодых талантливых учёных.

Первым директором КБ стал одарённый конструктор Владимир Георгиевич Степанов, которому нужно было создать организацию, включающую в себя собственно конструкторское бюро, производство и испытательную службу, а также наладить процесс создания новых изделий, не имеющих аналогов в мире. На полигоне близлежащего посёлка Фаустово был построен стендовый комплекс для испытаний двигателей и двигательных установок (ДУ). Таким образом, Владимиру Степанову удалось замкнуть на одном предприятии весь цикл создания ЖРДМТ и ДУ – проектирование, изготовление и экспериментальную отработку новых изделий.

В сжатые сроки были созданы первые в мире жидкостные ракетные двигатели 210А и 210Б тягой 0,6 кГ и 10 кГ соответственно, а также ЖРД для военно-воздушных сил. Двигатель Р201-300 предназначался для крылатой ракеты Х-22, а Р200-300 – для ракеты мишени.

Реализация космической программы МКБ началась с разработки для двигательной установки 5Д18 оригинальных струйных порционеров, обеспечивающих равномерную выработку топлива из всех баков. При создании этих изделий был реализован целый каскад новых конструкторских решений:

  • на порядок повышена эффективность системы ориентации, стабилизации и коррекции космического аппарата за счет создания ЖРД малой тяги
  • обеспечена надежная подача жидких компонентов топлива в условиях невесомости благодаря первым в мире сферическим бакам с металлическими разделительно-вытеснительными диафрагмами
  • обеспечено минимальное смещение центра масс космического аппарата по мере выработки топлива

В дальнейшем семейство двигательных установок ТМКБ «Союз» пополнилось ещё рядом моделей. В 1967 году появился блок 11Д79, используемый и сегодня для старта космического аппарата в условиях невесомости с промежуточной орбиты к планетам солнечной системы, а также ДУ 100, 101, 98, 113, предназначавшиеся для различных модулей лунной экспедиции.

Коллектив предприятия рос, накапливался опыт в космическом двигателестроении. Продолжалась активная работа по доводке микро – ЖРД, в конструкцию которых вносились принципиальные изменения. Модернизированные двигатели тягой 10 кГ успешно использовались для обеспечения устойчивости аппарата «Луна-16», впервые в мире совершившего облет Луны и посадку на Землю в 1970 году. Кроме этого, двигатели и двигательные установки конструкторского бюро использовались для коррекции и стабилизации автоматических станций для забора лунного грунта и аналога космического самолёта серии «Бор», выгрузки «Лунохода», для стандартизации долговременной орбитальной станции «Алмаз», в программе перехвата космических целей.

В 70-е годы ТМКБ «Союз» параллельно с космической тематикой освоил новое тематическое направление – прямоточные воздушно-реактивные двигатели, в процессе работы над которыми коллективом КБ впервые была реально воплощена концепция ракетного двигателя твердого топлива (РДТТ) с автономным корпусом внутри камеры сгорания ПВРД. После окончания работы ракетного двигателя, его корпус выбрасывается из камеры скоростным напором.

Первым в этом ряду стал 3Д81 для ракеты класса «корабль-корабль» 3М80 комплекса «Москит». В дальнейшем была проведена его модернизация и на этой основе создан 3Д83 для ракеты 3М82, отличающийся наличием регулируемого двухпозиционного сверхзвукового сопла. В рамках этого проекта был разработан уникальный в своем классе прямоточный воздушно-реактивный двигатель 31ДПК для тактической управляемой ракеты Х-31.

Одновременно с этим была создана форсажная камера с регулируемым соплом для самолёта МиГ-25, а затем и МиГ-29.

Продолжалась также работа и над совершенствованием жидкостных реактивных двигателей малой тяги. Был создан целый ряд ЖРДМТ тягой от 40 до 45 кГ. Последний из них, 11Д444, до сих пор не имеет мировых аналогов. Он является рекордсменом среди жидкостных реактивных двигателей не только по минимальному уровню тяги, но и по продолжительности непрерывного огневого включения в космосе, которая составляет 100 часов. Этот двигатель в составе ДУ 11Д78, разработанного конструкторами «Союза» в 1978 году, использовался в реализации программы вывода на орбиту стационарных спутников связи.

С 1979 года в ТМКБ «Союз» велись разработки ПВРД на углеводородном топливе для перспективных беспилотных летающих аппаратов на водороде по программе «Холод» экспериментального осесимметричного двухрежимного гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя на криогенном топливе.

В 80-х годах конструкторское бюро завершило работу над ещё одним прямоточным двигателем – 31ДП, которым и сегодня оснащаются не имеющие аналогов сверхзвуковые крылатые ракеты класса «воздух-поверхность» Х-31А (противокорабельная) и Х-31П (противорадиолокационная). В октябре 1988 года успешно закончились испытания единственного в своём роде ПВРД для гиперзвуковой экспериментальной летающей лаборатории ГЭЛА с полетным числом Маха 4.5.

В 1991 году ТМКБ «Союз» приступило к масштабному проекту гиперзвуковых двигателей для пилотируемого летательного аппарата по программе Российского космического агентства «ОРЕЛ-2-1». Во время многочисленных стендовых экспериментов проведена поузловая отработка воздухозаборников, камер сгорания и сопел в условиях, соответствующих полетным числам Маха от 3.5 до 7, исследованы способы топливоподачи и форма форсунок, установлена оптимальная геометрия камер сгорания. Определены также полнота сгорания в зависимости от типа впрыска, геометрия проточного тракта и условий на входе в камеру сгорания, зависимость задержки воспламенения и границы самовоспламенения от температуры и числа Маха на входе.

Политические изменения в России в период с 1991 по 2001 годы привели к спаду во всей отечественной экономике, и в оборонной промышленности в частности. Значительно сократился государственный заказ, а вместе с ним прекратилось и финансирование научных исследований. Но, несмотря на сложные экономические условия тураевское предприятие продолжало изыскания в области двигателестроения для космоса и обороны.

В соответствии с указом Президента РФ №721 от 1 июля 1992 года государственное предприятие Тураевское машиностроительное конструкторское бюро «Союз» было преобразовано в ОАО «ТМКБ «Союз». Акционерное общество зарегистрировано постановлением Главы администрации г. Лыткарино Московской области № 227-П от 23 марта 1994 года (свидетельство № 05-445).

В рамках государственной программы реформирования оборонного комплекса 24 января 2002 года вышел указ Президента РФ № 84. Согласно этому документу, а также постановлению Правительства РФ № 149 от 13 марта 2002 года, ОАО «ТМКБ «Союз» вошло в состав ОАО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение».

В настоящее время АО «Тураевское машиностроительное конструкторское бюро «Союз» является одним из основных российских разработчиков двигателей для космоса и ВПК. Предприятие располагает структурой, позволяющей полностью замкнуть цикл создания двигателей и двигательных установок для летательных аппаратов. Это конструкторское и технологическое бюро, опытное и мелкосерийное производство, экспериментальная база, включающая в себя лабораторию прочностных динамических и статических испытаний, стенды для огневых испытаний 1РДМТ и ПВРД. Научно-технический, конструкторский и производственный потенциал позволяет не только постоянно совершенствовать уже выпускающиеся двигатели, но и проводить исследования в области гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей.

Контакты

Адрес: 140080, г. Лыткарино, Московской области, Промзона Тураево, стр. 10

Информационно-аналитический журнал

Директор ИАНТЭ А. Лопатин – о прорывной разработке КНИТУ-КАИ, способной серьезно повлиять на возможности беспилотников. В университете изготовлен двигатель-демонстратор, показывавшийся на международной выставке АКТО-2018 в Казани и выставке в честь Дня машиностроителя в Набережных Челнах. В планах – существенное улучшение конструкции двигателя и выход не только на российские, но и на международные рынки.

Читать еще:  Что такое электрический двигатель курсовая работа

Беспилотная авиация стремительно вошла в нашу жизнь в последние годы, став одним из самых быстрорастущих сегментов рынка летательных аппаратов. Вместе с тем, ее возможности в существующем формате БПЛА с винтом в качестве движителя серьезно ограничены.

Директор Института авиации, наземного транспорта и энергетики (ИАНТЭ) КНИТУ-КАИ, заведующий кафедрой Реактивных двигателей и энергетических установок Алексей Лопатин рассказал о новом типе двигателя, способном значительно увеличить скорость и в целом расширить возможности беспилотников – турбореактивном двигателе малой тяги. В университете изготовлен двигатель-демонстратор, показывавшийся на международной выставке АКТО-2018 в Казани и выставке в честь Дня машиностроителя в Набережных Челнах. В планах – существенное улучшение конструкции двигателя и выход не только на российские, но и на международные рынки.

— Расскажите, пожалуйста, о том, что представляет собой турбореактивный двигатель малой тяги и для каких целей он создавался?

— Прежде всего – зачем вообще это надо? В Советском Союзе достаточно неплохо была развита авиационная промышленность и двигателестроение. После 1991 года все стало постепенно приходить в упадок. В наши дни авиационная отрасль более-менее начала восстанавливаться, а вот с двигателестроением остались сложности. Если мы говорим о глобальном конкурентном гражданском двигателестроении, то серьезный игрок на рынке в Российской Федерации пока только один – «ОДК-Пермские моторы» с двигателем ПД-14, который сейчас проходит сертификацию, и перспективным двигателем ПД-35 для более тяжелого класса воздушных судов. Планируется возродить двигателестроение на заводе Кузнецова в Самаре, который в свое время делал двигатели для Ту-144. Это знаменитая «кузнецовская» серия двигателей НК, которые применяются в том числе и на тех изделиях, которые производятся у нас на Казанском авиазаводе. Но на данный момент наибольших успехов добились, конечно же, «Пермские моторы» во главе с генеральным конструктором Александром Александровичем Иноземцевым.

Но выясняется, что время не стоит на месте. Воздушные суда, которые сейчас широко применяются, становятся все более миниатюрными. Фактически речь идет о том, что беспилотная авиация будет развиваться во всем мире наибольшими темпами, даже более динамичными, чем традиционная гражданская авиация. Поэтому в ближайшем будущем, в диапазоне 5-10 лет, вполне возможно, что возникнут концерны, которые создают беспилотную технику и которые по капитализации вполне могут обогнать и «Боинг», и «Эрбас» – именно потому, что такого рода БПЛА сейчас широко входят в жизнь. Беспилотная техника находит все более широкое применение. Таким образом, мы выходим на тему двигателей малой тяги. Потому что если по созданию двигателей для больших лайнеров проведены достаточно большие работы и сейчас этот задел реализуется, то малые двигатели как никто не производил, так никто и не производит.

— Соответственно, на этом рынке меньше конкуренция?

— Конкуренции практически нет. Рынок есть, потребность в малых двигателях – гигантская, а во всем мире существует лишь несколько – от трех до пяти – компаний, занимающихся созданием и разработкой реактивных двигателей малой тяги.

— То есть именно беспилотные летательные аппараты (БПЛА) – основная область применения таких двигателей?

— Двигатели малой тяги применяются в двух серьезных «ипостасях». Первая – это собственно БПЛА, а вторая – это тоже БПЛА, но некоего «эстетического» характера – я говорю об авиамоделизме. Поэтому один из сегментов применения таких двигателей – это некое «приложение к игрушке», если говорить по-серьезному. Но традиционно у нас понимание, что беспилотник – это что-то с пропеллером. Теперь, если мы берем не беспилотник «для игры», а беспилотник «для дела» – каким делом он может заниматься? Разумеется, кроме того, что он может развозить пиццу, почту и тому подобное – то, что, несомненно, будет, но не сегодня. Основные задачи – это отслеживание технического состояния трубопроводов, элементы геологоразведки в сложных местностях, наблюдение за границами, наблюдение за миграциями животных, рыболовный промысел и так далее. Все это подразумевает гражданскую и не только гражданскую полезную нагрузку. Но если мы рассмотрим этот вопрос качественно, отдельно, то выяснится, что вся приборная база, которая сейчас есть, позволяет проводить аэрофотосъемку, регистрацию всех этих параметров со скоростью в несколько тысяч кадров в секунду. Так же обстоит дело и с замером параметров. То есть современная элементная база позволяет это делать очень быстро. Встает вопрос: получается, мы можем повысить эффективность работы этих установок? За счет чего? Тормозом здесь является использование в БПЛА винтовой тяги. Винт – это 160 км/ч максимум. И если мы говорим о скоростях 500-800 км/ч, то здесь мы обращаемся к турбореактивным двигателям малой тяги. И здесь на авансцену и выходят те самые двигатели, которые вначале воспринимались как игрушки, а сейчас являются весьма значимым элементом, как и любой двигатель летательного аппарата.

Иными словами, эффективность выполнения полетного задания сдерживает не авионика, не приборная база, а скорость движения летательного аппарата. Чем она выше, тем более эффективно будет использоваться летательный аппарат в воздухе.

Мы пришли к тому, что нужен новый принцип движения. Что приводит в движение винт? Это либо традиционный автомобильный поршневой двигатель, либо электродвигатель. И тот, и другой имеют явные недостатки. Что касается поршневого двигателя – это известные вещи, связанные с провалами в циклах работы и т. д. Электродвигатель – это необходимость возить с собой большие батареи. Тут мы сталкиваемся с эффективностью использования авиационной техники в принципе, потому что летательный аппарат зачастую может нести только себя и запас электроэнергии. Поэтому газотурбинный двигатель весьма перспективен в этой области. Даже несмотря на то, что он не самый энергоэффективный с точки зрения расхода топлива, за счет скорости, которую он способен обеспечивать летательному аппарату, этого топлива вполне достаточно, чтобы БПЛА смог выполнить полетное задание и вернуться обратно.

— Вы сказали, что в мире производством данного типа двигателей занимается всего несколько компаний. Что это за компании?

— Да, от трех до пяти компаний занимается реактивными двигателями малой тяги. В Германии есть крупная компания Jetcat, на Тайване – компания Ice Hammer, в Чехии – PBS Velká Bíteš. Есть их филиалы. То есть, на самом деле, рынок в этом сегменте достаточно пуст. Почему? В нашей стране, к сожалению, технических требований к малым двигателям не сформировано. Малые реактивные двигатели у нас практически никто не производил, и если мы идем по пути сертификации его как большого двигателя, то на это попросту жизни не хватит. Законодательная база в этом плане не развита. Но нас никто не ограничивает в беспилотных летательных аппаратах, которые не несут ответственность за человеческую жизнь. На БПЛА нет людей на борту, и мы имеем возможность использовать все ресурсы этого летательного аппарата, включая современные двигательные системы.

Интерес к данной теме возник достаточно давно, но у нас страна мегапроектов. Вы понимаете, что создание микротурбореактивного двигателя – это не мегапроект. Поэтому, наверное, и не было серьезного интереса. Для любого крупного КБ это не «системоформирующий» заказ. Для крупных КБ – к примеру, для КБ Люльки, ОДК «Сатурн», омского КБ, рыбинского КБ – это просто неинтересно по масштабу. Эти предприятия живут масштабами. Малых компаний в этой области у нас нет. Остаются университеты. Потому что единственные организации, которые обладают интеллектуальными возможностями для создания таких двигателей – это как раз университеты. В той или иной степени такими двигателями занимаются различные крупные российские технические университеты. Но именно мы вышли на тот этап, когда мы создали двигатель-демонстратор. То есть это еще не полноценный двигатель. Это двигатель, который представляет технологические возможности для работы по этой тематике. Он пока переутяжелен. То есть, двигатель, который мы представляли, должен будет иметь расчетную тягу 10 кгс и вес до 1,5 кг. Сейчас он переутяжелен, это делается специально, так как предстоят огневые испытания и мы просто-напросто страхуемся, чтобы не сжечь его сразу же. Потому что есть теплонагруженные элементы, такие как турбина, оси, опоры двигателя. Есть сопловой аппарат, выходное устройство, которое также высокотеплонагружено. И там еще нужно провести замеры. Кроме расчетной методики нужно еще подтвердить ее экспериментальными данными. И, разумеется, это двигатель будет кардинально, кратно облегчен.

— То есть пока это не предсерийный образец?

— Разумеется. Все-таки если мы говорим об авиации – любой: гражданской, военной, беспилотной – надо прежде всего понимать, что изделие, которое создает максимальную прибавочную стоимость – это самолет. А 60-70% самолета – с точки зрения технической сложности, управления и так далее – это двигатель. Поэтому разработка и создание двигателя – это важнейший момент. Самое главное – мы не идем по пути наших коллег из других стран или других городов, которые берут зарубежный аналог и пытаются его копировать. Я хочу подчеркнуть, что тот двигатель, который представлен, – это полностью разработка ученых – специалистов кафедры Реактивных двигателей и энергетических установок (РДиЭУ) КНИТУ-КАИ.

— Привлекались ли к созданию двигателя молодые специалисты и студенты?

Читать еще:  Что такое турботаймер на бензиновом двигателе

— Конечно. Руководит работами по созданию двигателя доцент кафедры РДиЭУ Виталий Алексеевич Сыченков, с которым работают в основном молодые специалисты, студенты и аспиранты. Более того, в рамках одной кафедры такой двигатель создать тяжело. И на первом этапе мы привлекали сотрудников кафедры Теплотехники и энергетического машиностроения (ТиЭМ), доцентов Адольфа Степановича Лиманского и Андрея Владиславовича Ильинкова – по расчету турбины и компрессора. Планируется, что в рамках внутриуниверситетской кооперации на следующем этапе будет привлечена кафедра Радиоэлектроники и информационно-измерительной техники (РИИТ) профессора Юрия Кирилловича Евдокимова. Одной из проблем этих двигателей является их малый межремонтный ресурс – до 50 часов. Двигатели компактные, имеют частоту вращения до 150-160 тысяч оборотов в минуту. При таких оборотах большую нагрузку несут опоры, подшипники. Фактически это расходный материал. Наша задача, кроме тех «ноу-хау», которые используются в двигателе сейчас, кратно увеличить его ресурс за счет установки такой системы, как магнитный подвес ротора двигателя. Это как раз то, чем занимается профессор Евдокимов.

Ну, и предстоит важнейший финальный этап, когда мы будем заниматься цифровой моделью. Этап получения цифровой модели в современном мире является одним из основных моментов в разработке: «Если у вас нет цифровой модели, то вашего изделия не существует». Поэтому цифровая модель должна быть обязательно и она у нас будет, будет выполнена в современных программных комплексах.

Также стоит отметить, что мы планируем создать не один двигатель, а целую линейку двигателей – тягой 15, 25 и 30 кгс. Это перекрывает – и мы обсуждали это сегодня с индийской делегацией – большинство потребностей беспилотной техники. Самое главное, беспилотники используются в оборонных целях, в целях разведки, целеуказания и так далее, и этот момент очень важен. Беспилотник несет очень дороге оборудование. Скорость – помимо эффективности полетного задания, о котором мы уже упоминали, – это еще и возможность выживания летательного аппарата в сложных условиях.

— Меньше вероятность, что собьют.

— Конечно. Оборудование, которое стоит десятки, а иногда и сотни тысяч долларов, может проработать всего 10-15 минут и быть потеряно. Во-первых, это неприемлемо с финансовой точки зрения, а во-вторых, это неприемлемо с точки зрения обороноспособности страны.

— Есть ли в планах дальнейшее совершенствование конструкции двигателя?

Мое мнение, что задача университета – разрабатывать современные технологии, заниматься инжинирингом и воплощать новые технологии в жизнь. А производство – это не задача университета по большому счету. Здесь наш интерес в чем? Мы хотим заложить в двигатель технологии «Пятого технологического уклада». В частности, это аддитивные технологии. Совместно с кафедрой Лазерных технологий на этапе предсерийных испытаний мы планируем «вырастить» на основе аддитивных технологий нетеплонагруженные элементы, в том числе диск компрессора. Пока начнем с этого элемента, а дальше, возможно, будем двигаться в сторону высокотеплонагруженных элементов, таких как диск турбины, но там возможно использование только хромоникелевых сплавов…

— То есть от простого к сложному…

— Да. Дело в том, что там очень высокие температуры. Но чем хороши аддитивные технологии? Для каждого изделия есть такое понятие, как нормочас. То есть за сколько нормочасов работник способен сделать ту или иную конструкцию. Чем меньше нормочасы, тем меньше операций и тем меньше затраты. Современное развитие аддитивных технологий позволяет –в том числе в нашем университете – изготовить диски компрессора и даже турбины, которые не нуждаются в последующей тонкой механической обработке. Соответственно, мы экономим огромные финансовые ресурсы в серийном производстве. При тех же самых технических характеристиках это приведет к резкому удешевлению конструкции двигателя.

На самом деле, здесь абсолютно прагматичная идеология. Если мы сейчас не заложим технологии пятого технологического уклада, мы не сможем создать продукт, который будет востребован глобально.

— Где может быть развернуто серийное производство двигателя?

— Очень серьезно обсуждаются возможности локализации производства и российскими, и зарубежными партнерами – но на территории РФ. Дело в том, что к сожалению или к счастью тот технологический задел, который есть у нас в стране, интеллектуальный уровень позволяют нам с уверенностью говорить, что мы это можем сделать. На самом деле сделать авиационный двигатель могут лишь немногие страны. Существуют наземные энергетические установки, которые тоже в основе своей используют газотурбинный двигатель, но уровень технологий и ресурсов, заложенный в них, кратно меньше, чем в авиационных двигателях. И поэтому те страны и организации, которые могут создать авиационные двигатели, все остальное смогут создать точно. Мы берем по верхней планке. Плюс ко всему, те потребности, которые сейчас имеются, позволяют нам говорить, что мы можем быть конкурентными в мире. Мы не пытаемся создать двигатель, который будет интересен только здесь, в России. Это двигатель для глобального рынка и глобальной конкуренции.

ТРД малой тяги для беспилотного летательного аппарата

Рубрика: Технические науки

Статья просмотрена: 4627 раз

Библиографическое описание:

Порошкин, К. В. ТРД малой тяги для беспилотного летательного аппарата / К. В. Порошкин, Д. А. Ахмедзянов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2011. — № 1 (24). — С. 16-18. — URL: https://moluch.ru/archive/24/2494/ (дата обращения: 30.08.2021).

Производительность вычислительных средств экспоненциально возрастает с каждым годом, пропорционально этому происходит процесс миниатюризации бортовой аппаратуры. Создаются системы управления и целевой нагрузки с массой в сотни грамм, позволяя создавать беспилотные летательные аппараты со взлетным весом в единицы килограмм. Они способны действовать практически в любом районе земного шара, оснащенные системами спутниковой навигации и радиосвязи.

Для удовлетворения требований всепогодности (преодоление ветрового сноса) и повышения оперативности получения информации при использовании микро-БПЛА («микро» — массой до 10 килограммов, временем полёта около 1 часа и высотой до 1 километра) требуется создание силовой установки обеспечивающей, с одной стороны, высокую крейсерскую скорость БПЛА на уровне М=0,3..0,5, а с другой – достаточную продолжительность полета.

При уменьшении размеров БПЛА происходит уменьшение чисел Рейнольдса и как следствие не пропорциональное увеличение потребной тяги для достижении высоких скоростей полета. Применение в качестве силовой установки ТРД малой тяги открывает возможность обеспечения высоких скоростных характеристик.

Проблематикой создания воздушно-реактивных двигателей малых тяг на основе ТРД занимаются частные фирмы: Франции- Vibraye (JPX-t240…), Японии- Sophia-Precision (J-450…), Германии- (P-80…),Австрии- Schneidtr-Sanchez (FD-3), Китая – JetJoe (JJ-1800…). Перечисленные выше двигатели фирм предназначены для авиамоделей, но, по-видимому, за неимением лучшего, они применяются в гражданской и военной беспилотной авиации, например фирмы JetCat.

На первый взгляд конструкция ТРД малой тяги достаточно проста по сравнению с полноразмерными ТРД. Однако они имеют те же конструктивные узлы, что и полноразмерные ТРД: лопаточные машины – компрессор и газовую турбину, работающих при периферийных окружных скоростях до 450 м/с и температурой перед турбиной до 700 градусов Цельсия и камеру сгорания, обеспечивающую при очень компактных габаритах полное сгорание топлива и достаточно широкую срывную характеристику.

Задачей исследования было создание ТРД малой тяги с параметрами:

— тяга на максимальном режиме – 90 Н;

— температура газа перед турбиной – не более 973 К;

— частота вращения ротора – не более 120 000 об/мин.

При разработке в качестве аналогов были выбраны двигатели Sophia Precision J-850 и KJ -66 (KampsJetеngine-66mm).

В двигателе был применен серийный ротор (рис.1), так как характеристика компрессора (рис.2) удовлетворяла требования по расходу воздуха и степени повышения давления для обеспечения заданных параметров.

Рис. 1. Ротор, колесо компрессора и колесо турбины

Рис.2. Характеристика компрессора

За максимальный режим была принята точка соответствующая:

расходу воздуха G в =0,225 кг/с ;

степени повышения давления ;

частоте вращения ротора ;

КПД компрессора .

Термогазодинамический расчет был произведен в системах моделирования авиационных ГТД Gasturb [2] и DVIGw [1] при условиях: Н=0, М п =0, САУ.

— температура газа перед турбиной ;

— удельный расход топлива С уд = 0,1338 кг/Н∙ч;

— удельная тяга P уд = 380,9 м/с;

— степень понижения давления на турбине ;

— c тепень понижения давления на реактивном сопле .

Продольный разрез приведен на рисунке 3.

Рис.3. Эскиз продольного разреза ТРД

Компрессор: одноступенчатый центробежный.

Турбина: одноступенчатая центростремительная.

Камера сгорания: кольцевая с восемью форсунками испарительного типа.

Топливный насос: шестеренчатый с электроприводом.

Система смазки опор: открытая.

Основное топливо: керосин.

Сухая масса двигателя без агрегатов: 1090 грамм.

Таким образом, используя серийный ротор, был создан ТРД с тягой в 90 Н с высокими удельными параметрами для своей размерности. На базе газогенератора ТРД можно реализовать турбовальный двигатель с мощностью до 6,5 кВт, заменив реактивное сопло на свободную турбину.

Области применения микроГТД:

1. Движитель/двигатель для летательного аппарата

1.1 Тяга создается с помощью реактивной струи.

1.2 Тяга создается воздушным винтом, вращаемым свободной турбиной.

2. Генератор электрической и тепловой энергии

2.1 Цикл с рекуперацией тепла.

2.2 Привод генератора от свободной турбины.

2.3 Применение котла утилизатора для отбора тепловой энергии на подогрев жидкости, газ (воздуха).

3. Учебный стенд

3.1 Глубокая препарация узлов микроГТД.

3.2 Наглядное учебное пособие при проведении лабораторных работ и исследований рабочего цикла ГТД для студентов.

Ахмедзянов Д.А. Термогазодинамический анализ рабочих процессов ГТД в компьютерной среде DVIGw / Д.А. Ахмедзянов, И.А. Кривошеев и др. Уфа: УГАТУ, 2003. — 162 с.

Читать еще:  Шелест в двигателе на холодную лачетти

Джадж А. Газотурбиные двигатели малой мощности/ А. Джадж. Издательство иностранной литературы. Москва. – 1963. — 420 с.

Арепьев А.Н. Вопросы проектирования легких самолетов / А.Н. Арепьев. – Москва.- МГТУГА. – 2003. – 136 с.

Похожие статьи

Оптимальные параметры регулирования режимов работы.

Понижение температуры воздуха увеличивает его плотность, расход воздуха через компрессор, электрическую мощность ГТУ и электрический КПД установки.

Система автоматического управления малоразмерным.

При этом регулируются следующие параметры, характеризующие режимы работы двигателя: частота вращения ротора турбокомпрессора, температура газов за камерой сгорания или турбиной, степень повышения давления в компрессоре.

Анализ нагрузок, действующих на элементы конструкции ГТД

Обычно ротор компрессора состоит из нескольких рядов профилированных лопаток, закреплённых на барабане или на отдельных дисках, соединённых между собой.

Компрессор ГТД служит для повышения давления воздуха перед подачей его в камеру сгорания.

Анализ термодинамических параметров зарубежных.

Расчет проводился методом подбора неизвестных параметров, таких как: степень повышения давления в компрессоре, степень понижения давления в турбине, степень регенерации, температура газов перед турбиной.

Расчёт предпомпажных состояний газотурбинной установки

— поддержание скорости вращения роторов ступеней высокого и низкого давления в установленных пределах; — недопущение выхода за максимально допустимые значения температуры выхлопных газов и давления на стороне нагнетания компрессора

Формирование подходов к моделированию авиационных.

Управление установившимися режимами работы и режимом малого газа производится по следующим законам регулирования: , . В ТРДДФ широкое применение находит регулирование установившихся режимов работы двигателя по частоте вращения ротора высокого давления .

Работа турбины авиационного ГТД в условиях повышенной.

Так же были заданы частота вращения ротора, расход и температура охлаждающего воздуха, теплофизические свойства материала. Для варианта с нарушенным охлаждением был задан расход охлаждающего воздуха уменьшенный на 40 %.

Перспективы и проблемы развития авиационных газотурбинных.

 увеличить температуру выхода газов из камеры сгорания на 2500–4500 С, что позволяет увеличить максимальную тягу двигателя на взлётном режиме

Исследования иприменение ТВД иТНД собратным вращением роторов на современных двигателях пятого поколения.

Оценка влияние внешних факторов на работу авиационного.

При работе на одном и том же режиме температура воздуха на входе в двигатель оказывает существенное влияние на температуру газа в тракте двигателя и частоту вращения роторов, а, следовательно, на температуру и напряженность деталей.

Виды реактивных двигателей

Известны следующие основные типы реактивных двигателей:

Пороховой и жидкостной ракетный двигатели для своей работы не нуждаются в кислороде из окружающего воздуха, так как необходимый для сжигания топлива кислород содержится в веществах, входящих в состав пороха, или в жидком окислителе.

При сгорании пороха или жидкого топлива в смеси с жидким окислителем образуются продукты сгорания, занимающие во много раз больший объем, чем исходные продукты, поэтому продукты сгорания в виде газов с большой скоростью вырываются из реактивного сопла наружу.

В силу закона сохранения энергии количество движения системы тел есть величина постоянная. Двигатель и заключенные в нем продукты сгорания являются системой из двух тел. И если одно из тел системы (продукты сгорания) массой т получает скорость истечения V„CT, т. е. создает количество движения, равное произведению, то и другое тело системы (двигатель) должно получить равное по величине, но обратное по направлению количество движения. Только в этом случае количество движения всей системы не изменится и не будет нарушен закон сохранения энергии. Если двигатель имеет массу, то он получит скорость V в направлении, обратном истечению газа. Количество движения двигателя, равное произведению, должно равняться количеству движения продуктов сгорания

Использование пороховых и жидкостных ракетных двигателей для вертолета затруднительно из-за ограниченного времени их действия н трудности дросселирования. Будучи запушенными, эти двигатели все время развивают одинаковую тягу до тех пор, пока не сгорит все топливо.

В жидкостных ракетных двигателях сложно регулировать подачу топлива под высоким давлением, их экономичность Невелика, а срок службы мал. Поэтому как пороховые, так и жидкостные ракетные двигатели не могут применяться как двигатели для вращения несущего вита.

Прямоточный воздушно-pеактивный двигатель использует для сгорания топлива кислород «з окружающего воздуха и состоит из следующих основных частей: воздухозаборника (входной диффузор), камеры сгорания, реактивного сопла.

Воздухозаборник служит для направления потока воздуха в двигатель. Форма входа в воздухозаборник и изменение площади проходного сечения вдоль потока выбираются такими, чтобы с минимальными гидравлическими потерями на входе обеспечить прирост давления воздуха по пути в камеру сгорания. Для уменьшения потерь на входе в воздухозаборник передняя его кромка выполнена в виде кольцевого крыльевого профиля, носик которого имеет малый радиус кривизны. Для увеличения давления воздуха воздухозаборнику придается вид расширяющегося канала (диффузора).

Преобразование тепловой энергии, заключенной в газе, в механическую работу истечения может произойти только в результате расширения газа. Поэтому воздух перед поступлением в камеру сгорания должен быть подвергнут предварительному сжатию с целью повышения его давления.

В полете воздух подходит к воздухозаборнику двигателя со скоростью, равной скорости полета. При висении вертолета эта скорость равна окружной скорости конца лопасти. Перед входом в воздухозаборник воздух несколько притормаживается, за счет чего растет его давление, а попав в расширяющийся канал воздухозаборника, еще больше уменьшает свою скорость, за счет чего продолжает увеличиваться давление.

Таким образом, в прямоточном двигателе давление воздуха повышается за счет использования кинетической энергии входящего в него воздуха. Этим объясняется невозможность работы прямоточного двигателя на месте, когда скорость набегающего потока равна нулю. Этим же объясняется увеличение тяги двигателя с увеличением скорости его движения. Несущий винт вертолета с установленными на концах лопастей прямоточными двигателями требует поэтому перед запуском двигателей предварительной раскрутки от постороннего источника энергии.

В камеру сгорания через форсунки непрерывно подается топливо. При горении топлива воздух нагревается и расширяется, за счет чего происходит увеличение его скорости. Газ выходит из реактивного сопла со скоростью, значительно превышающей скорость входа. В результате ускорения массы газа внутри двигателя образуется реактивная тяга.

Прямоточный двигатель может быть с успехом применен для вертолета, если обеспечить предварительную раскрутку винта.

Пульсирующий воздушно-pеактивный двигатель в этом отношении выгодно отличается от прямоточного, так как может создавать тягу на месте (без движения вертолета) и не требует раскрутки винта.

В пульсирующем двигателе сгорание топлива происходит не непрерывно, как в прямоточном, а периодически. Перед камерой сгорания пульсирующего двигателя установлена решетка с клапанами. Из-за наличия разности давлений воздуха в воздухозаборнике и камере сгорания клапаны открываются и пропускают в камеру сгорания порцию свежего воздуха. Одновременно с этим в камеру сгорания впрыскивается топливо и поджигается. Нагрев воздуха вызывает кратковременное повышение давления в камере сгорания, в результате чего клапаны в решетке закрываются. Газы из камеры сгорания с большой скоростью вытекают через реактивное сопло, что вызывает понижение давления

в камере сгорания, и клапаны вновь открываются, впуская в камеру очередную порцию свежего воздуха, после чего цикл повторяется. Тяга такого двигателя изменяется от максимального до нулевого значения. Однако ввиду того, что частота пульсаций очень велика, изменения тяги практически не сказываются -на равномерности вращения несущего винта. Частота пульсаций обратно пропорциональна длине двигателя. Так, если двигатель, имеющий длину 610 мм, работает с частотой пульсаций 270 циклов в секунду, то двигатель, имеющий длину 915 мм, — с частотой 180 циклов в секунду.

Следует сказать, что подача топлива к двигателям на концах лопастей не требует применения насосов для принудительной подачи. Дело в том, что возникающая при вращении несущего винта центробежная сила сама гонит топливо от втулки винта к двигателям по топливо-проводам, проложенным вдоль лопасти. Однако в этом случае трудно осуществить герметизацию подвижного соединения, через которое топливо от трубопроводов, находящихся на неподвижной части вертолета, передается на вращающуюся втулку.

Конструкция двигателя и регулировка подачи топлива и зажигания должны быть таковы, чтобы обеспечить синхронность сгорания с пульсацией столба газов.

Пульсирующий двигатель, кроме того, что может развивать тягу при работе на месте, имеет также то преимущество, что он значительно меньше расходует топлива на создание каждого килограмма тяги, чем другие типы воздушно-реактивных двигателей. При выборе двигателя для установки на концах лопастей вертолета конструкторы чаще всего останавливаются «а пульсирующем двигателе еще и потому, что этот двигатель развивает наибольшую величину тяги на каждую единицу лобовой площади.

Основным недостатком пульсирующих двигателей являются значительные вибрационные нагрузки, этим объясняется малый срок службы впускных клапанов (несколько часов) и частые усталостные поломки хвостовой трубы. Кроме того, к недостаткам относятся потребность в сжатом воздухе для запуска (для первоначальных циклов работы) и, наконец, большой шум работающего двигателя.

Турбореактивный и турбовинтовой двигатели в том виде, в котором они существуют сейчас, на концах лопастей использоваться не могут. Хотя эти двигатели и обладают наименьшим удельным расходом топлива в час на каждый килограмм тяги или на каждую лошадиную силу, но удельный вес этих двигателей, т. е. отношение веса к тяге, еще настолько велик, что не позволяет их эффективно использовать на концах лопастей. Эти двигатели могут быть применены на вертолетах в обычной силовой установке с механическим приводом к несущему винту.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector