Под крылом самолета

Фото АО «ОДК-Пермские моторы»

Российские ученые активно включились в решение задач импортозамещения в двигателестроении. От этого сейчас зависит быстрое создание конкурентоспособных авиадвигателей, которые так необходимы отечественному самолетостроению. Амбициозная цель ученых – разработка полностью российских моторов для электромобилей.

Одним из направлений вклада ученых в импортозамещение станут исследования, проводимые сейчас на самой большой в мире экспериментальной установке по изучению процессов горения топлива в двигателях. Она не так давно введена в эксплуатацию в Самарском национальном исследовательском университете им. С.П. Королева, который является участником научно-образовательного центра (НОЦ) мирового уровня «Инженерия будущего» и программы «Приоритет-2030».

Главным элементом установки является высокотемпературный микрореактор – тонкая керамическая трубка длиной 20 мм и внутренним диаметром 1 мм, в которую при экспериментах подается газовая смесь изучаемых реагентов, разбавленная инертным газом. Сами эксперименты, как рассказали в Самарском университете, выглядят следующим образом. В раскаленном микрореакторе внутри установки инициируются химические реакции. Продукты этих реакций в виде молекулярного пучка подаются в сверхвысоковакуумную камеру и ионизируются вакуумным ультрафиолетовым излучением. После этого масс-спектрометр, поймав ионы, определяет массовый и изомерный состав продуктов, образовавшихся в результате химической реакции.

Таким образом ученые могут имитировать процессы, происходящие в двигателях автомобилей и самолетов при сгорании топлива. Например, установка позволяет изучить, как окисляется и разрушается сажа при температурах до 1226 градусов Цельсия. Главная цель таких экспериментов – минимизировать образование сажи, поскольку, как известно, она очень вредна для дыхания человека.

По результатам исследований ученые предложат экологичные модели сгорания топлива, которые, в свою очередь, позволят инженерам сказать новое слово в двигателестроении и сконструировать более эффективное и экологичное «сердце» двигателей – камеру сгорания. Новые камеры сгорания по своим характеристикам будут конкурентоспособны по сравнению с мировыми аналогами и смогут отвечать самым актуальным государственным задачам по импортозамещению в таких стратегически важных для страны направлениях, как самолето- и автомобилестроение, подчеркивают в Самарском университете.

А в Пермском национальном исследовательском политехническом университете, входящем в НОЦ «Рациональное недропользование» и участвующем в программе «Приоритет-2030», активно развивают технологию гибридного аддитивного производства для нужд ракетно-космического и авиационного двигателестроения. Речь идет о послойном выращивании крупногабаритных заготовок путем наплавки проволочных материалов. После механической обработки такой полуфабрикат превратится в конечное изделие – деталь двигателя.

Новый способ формирования заготовок позволяет обеспечить их высокое качество. «Это раньше аддитивные технологии отличались высокой пористостью и низкими прочностными, в первую очередь пластическими, характеристиками. Сейчас эти характеристики находятся на уровне проката и приближаются к ковке», – отметил проректор по разработкам и инновациям Пермского политеха, профессор кафедры сварочного производства, метрологии и технологии материалов, доктор технических наук Дмитрий Трушников. Главное преимущество технологии по сравнению с традиционной штамповкой – скорость. «Для примера: мы прорабатывали деталь для «Протона», у которой срок поставки заготовки – 270 суток. Мы ее изготовили в течение месяца», – рассказал ученый.

Оперативность сейчас очень важна для ускоренного импортозамещения в авиационном двигателестроении. Первые заготовки для этих целей, сформированные по новой технологии, уже поставлены заказчикам. «Мы летаем на импортных двигателях, и сейчас стоит задача – надо резко изменить парк самолетов на российские с отечественными двигателями. Наша технология способствует ускоренной сертификации этих двигателей для быстрого запуска в серию», – подчеркнул Дмитрий Трушников. К тому же оборудование для производства тоже отечественное, что позволяет и в этой сфере не зависеть от иностранных поставщиков. При университете создана компания, которая занимается распространением этого оборудования.

Еще один участник программы «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и университеты» – Казанский государственный энергетический университет (КГЭУ) – планирует внести в копилку импортозамещения асинхронный двигатель для электромобилей, способный потеснить на рынке китайские моторы. Ученые готовы разработать двигатель малой мощности для транспорта на узкой базе – гольф-каров, небольших экскурсионных автомобилей, коммунальной техники и т.д. «Это юркие, компактные машины, а будут еще и тяговитые», – рассказал руководитель проекта, профессор кафедры «Приборостроение и мехатроника», доктор технических наук Владимир Корнилов. Как сообщают в вузе, заказчикам готовы предложить и создание электромоторов средней и большой мощности для грузовиков, электробусов, тягачей.

В России подобные агрегаты еще не проектировали и не производили: в стране выпускаются промышленные электродвигатели, рассчитанные на напряжение 380 или 220 вольт, а для того чтобы организовать питание от аккумуляторной батареи, требуются особые технологические решения. «У нас будет полностью локализованный 10-киловаттный двигатель переменного тока, работающий от низковольтного трехфазного напряжения. Стараемся максимально привязать его к промышленному производству, чтобы в дальнейшем запустить в малую серию», – сообщил Владимир Корнилов. Опытный образец нового электромотора в КГЭУ собираются представить в 2023 году. В университете есть инфраструктура и компетенции для подготовки рабочей конструкторской документации по созданию изделия и проведения испытаний.

По словам Владимира Корнилова, после опытно-промышленных испытаний нового электродвигателя планируется разработать под него и собственную микропроцессорную систему управления. «Мы рассчитываем внедрить адаптивные алгоритмы управления для электротранспортных средств, чего в настоящее время на рынке нет, – отметил ученый. – Китайские модели довольно просты, они обеспечивают перемещение на небольшой скорости – 25–30 км/ч. А наша задача – чтобы система могла позволить выпустить эти машины на дороги общего пользования».