По состоянию на начало 2021 года Россия удерживает одно из лидирующих мест на рынке вертолетных двигателей, обладая при этом уникальными возможностями по производству всех типов силовых установок для винтокрылых машин, в том числе легких, средних и тяжелых.
Разработка новых двигателей и производство уже созданных продолжалось даже в период пандемии коронавируса нового типа (COVID-19), что позволило Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК, входит в госкорпорацию "Ростех") удерживать позиции в списке крупнейших мировых производителей вертолетных силовых установок. ОДК также проводит модернизацию уже существующих двигателей, оснащая их системами контроля и управления, соответствующими наиболее современным мировым стандартам.
История развития
В 1964 году был создан турбовинтовой двигатель второго поколения ТВ2-117 мощностью 1500 л.с., который был предназначен для новейшего на тот момент транспортного вертолета Ми-8. Именно данная силовая установка обеспечила тактическую гибкость легендарной "восьмерки" и возможности по применению машины в различных климатических условиях — от тропических джунглей до горных массивов Афганистана.
Восемью годами позже был создан двигатель третьего поколения ТВ3-117, мощность которого была увеличена до 2000–2400 л.с. Как сообщил ТАСС заместитель генерального директора — генеральный конструктор ОДК Юрий Шмотин, в общей сложности было изготовлено порядка 50 тыс. двигателей ТВ2-117 и ТВ3-117, что является абсолютным рекордом для двигателей такого класса.
"Отличие этих двигателей от иностранных аналогов — возможность применения в любых климатических районах без уменьшения ресурса: они одинаково надежно эксплуатируются как в средней полосе России, так и в арктических льдах, в горных условиях, морском климате и тропиках", — отметил он.
О надежности отечественных вертолетных двигателей второго и третьего поколений свидетельствует следующий факт: в конце 1990-х — начале 2000-х годов бойцы афганского Северного альянса применяли в борьбе с движением "Талибан" (запрещено в РФ) вертолет Ми-8Т, на котором вместо одного из штатных ТВ2-117 техниками в кустарных условиях был установлен снятый с транспортно-боевого вертолета Ми-24 двигатель ТВ3-117. "Модернизированная" таким образом машина достаточно успешно применялась в течение нескольких лет и выполняла полеты в сложных природно-климатических условиях северных и центральных районов Афганистана.
Политическая и экономическая обстановка 1990-х и начала 2000-х годов в России крайне негативно отразилась как на авиационной отрасли в целом, так и на вертолетостроении в частности. Вместе с тем даже в эти тяжелые времена АО "ОДК-Климов" (входит в ОДК) продолжило развивать тематику турбовальных силовых установок. В частности, двигатели ТВ3-117ВМ и ТВ3-117ВМА, созданные для боевых вертолетов Ка-50 и Ми-28, были сертифицированы по гражданским нормам безопасности сначала в России, а затем и в других государствах, в том числе Канаде, Швейцарии, Китае, Индии, Тайване.
В 2001 году успешно прошли государственные испытания двигателя ВК-2500 для военных вертолетов. "Его основное отличие от предшественников — цифровая система автоматического управления, которая также была разработана конструкторами "ОДК-Климов", — говорит Шмотин.
С 2010 года появились проекты двигателей, часть которых уже находится в серийном производстве, а часть — на стадии опытно-конструкторских работ. В их число входят ВК-2500П, ВК-2500ПС-03, ВК-2500ПС-02, ТВ7-117В, ВК-650В и ВК-1600В. Эти двигатели практически полностью перекрывают потребность отечественных легких и средних вертолетов в силовых установках, отметили в ОДК.
Полноценное производство российских двигателей для отечественных вертолетов отсутствовало до 2015 года, ранее на многих из них применялись двигатели зарубежного производства
ОДК консолидирует позиции на мировом рынке вертолетных двигателей, даже несмотря на пандемию COVID-19: в 2019–2020 годах на долю корпорации пришлось 10–12% его объема. К 2035 году планируется увеличение доли рынка до 18–20%.
"Основным триггером роста будут являться вывод на рынок двигателей ВК-650В и 1600В, а также адаптация всего модельного ряда российских вертолетных двигателей к зарубежным платформам на традиционных для корпорации рынках сбыта — странах Юго-Восточной Азии", — отметил Шмотин. Если же рассматривать структуру выручки корпорации, то на долю вертолетных двигателей приходится порядка 6–9%.
Первый российский двигатель для легких вертолетов
Наиболее значимой новинкой ОДК в классе силовых установок для легких вертолетов стал двигатель ВК-650В, впервые представленный в сентябре 2020 года. Этот мотор предназначен для вертолетов легкого класса "Ансат" и Ка-226Т, а также может устанавливаться на VRT-500 и легкие вертолеты зарубежного производства.
В декабре 2020 года "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" ("ОДК-УМПО", входит в ОДК) изготовлены и отгружены в "ОДК-Климов" узлы для двигателя-демонстратора ВК-650В: ротор свободной турбины, камера сгорания и узел опор турбин. По итогам испытаний эти детали и узлы подтвердили заложенные в техническом задании характеристики. Также в кооперации по ВК-650В принимают участие ММП им. В.В. Чернышева и производственный комплекс ОДК "Салют" (оба предприятия входят в ОДК).
Сертификат типа на ВК-650В планируется получить в 2023 году, а запустить серийное производство — в 2024 году. Совместно с двигателем разрабатывается новейшая система автоматического регулирования и контроля с полной ответственностью (FADEC) — БАРК-5В.
Основное внимание в ходе разработки уделяется стоимости нового двигателя при сохранении высоких показателей его удельных характеристик. Еще одним из преимуществ ВК-650В станет сервисный контракт.
Линейка двигателей для средних вертолетов
С целью импортозамещения двигателей зарубежного производства ОДК в 2015 году начала производство двигателей типа ТВ3-117/ВК-2500. "Это действительно наиболее популярный вертолетный двигатель не только в России, но и за рубежом, — рассказывает Шмотин. — Всего за пять лет было выпущено более 600 полностью российских двигателей. При этом в последние годы появилась тенденция замещения производства двигателей ТВ3-117 двигателями ВК-2500 — это говорит о том, что вертолетчики также переходят на выпуск более современной техники".
С конца 1990-х годов в "ОДК-Климов" функционирует подразделение по разработке и производству цифровых систем автоматического управления (САУ) и контроля газотурбинных двигателей. Данные устройства позволяют увеличить мощность силовой установки на чрезвычайном режиме и повышают показатели надежности и топливной эффективности. Первая цифровая САУ — блок БАРК-78 вместе со счетчиком наработки СНК-78-1 — была внедрена именно в конструкцию двигателя ВК-2500.
Сейчас на предприятии разработана САУ с полной ответственностью типа FADEC — семейство блоков типа БАРК-65/6В, которые применяются в составе всех новых вертолетных и самолетных модификаций двигателей ТВ7-117 и ВК-2500. Начались и работы по модернизации блока БАРК-6В, в котором будут предусмотрены модульная конструкция и только российские комплектующие, эта САУ должна стать прорывом на нашем рынке
Вертолетные двигатели семейства ВК-2500 отличаются высоким экспортным потенциалом. Их преимущество по сравнению с иностранными аналогами — в первую очередь турбовальными двигателями семейства T700 разработки американской компании General Electric — состоит в надежности, "солдатоустойчивости" и стоимости как самого двигателя, так и его эксплуатации. "Западные двигатели отличаются заявленными высокими ресурсными показателями, но они предназначены для идеальных условий эксплуатации. Реальный ресурс западных двигателей уменьшается прямо пропорционально ужесточению условий эксплуатации", — отмечает Шмотин.
В частности, российские вертолетные двигатели отлично проявили себя в ходе эксплуатации вертолетов Ми-17В-5, закупленных США для Афганской национальной армии в 2011 году. "По докладам наших специалистов, которые работали в Афганистане, когда американские вертолеты стояли зачехленными из-за погодных условий, наша техника летала в обычном режиме", — сообщил генконструктор.
С 2010 года проводится модернизация двигателя ВК-2500: за это время разработан и запущен в серийное производство двигатель ВК-2500ПС-03 для гражданского вертолета Ми-171А2. Военная версия этого мотора, получившая обозначение ВК-2500П и предназначенная для модернизированного вертолета Ми-28НМ, в 2020 году успешно завершила государственные испытания.
"Работы по этим двигателям еще не завершены, ведутся мероприятия по увеличению показателей ресурса, которые должны достигать 12 тыс. часов", — проинформировали в ОДК. Уже на стадии опытно-конструкторских работ по модернизированному вертолету Ми-28НМ была выпущена лидерная партия из нескольких десятков двигателей ВК-2500П, а с конца прошлого года предприятие "ОДК-Климов" приступило к полноценному серийному производству ВК-2500П. "Этот двигатель спроектирован так, что без доработок может использоваться на любом типе военных вертолетов Ми и Ка", — уточнил Шмотин.
В конце 2020 года АО "ОДК-Климов" вплотную занялось работой по созданию двигателя ВК-2500ПС-02, предназначенного для модернизации вертолетов Ка-32. Применение нового мотора позволит расширить возможности по эксплуатации винтокрылой машины в ходе работ с внешней подвеской при трелевке леса, пожаротушении и других задачах.
Помимо двигателей семейства ВК-2500 ОДК разрабатывает двигатели ТВ7-117В и ВК-1600В, которые также предназначены для применения на вертолетах со средней взлетной массой. На данный момент двигатели ТВ7-117В серийно выпускаются и эксплуатируются в составе первого вертолета Ми-38-2; также идет оснащение двигателями ТВ7-117В модификации данной машины — Ми-38Т. "Планируется применение ТВ7-117В на вертолетах марки "Ка", — проинформировал генконструктор.
Стоит отметить, что ТВ7-117В, так же как и ВК-2500, оснащен системой автоматического регулирования и контроля с полной ответственностью типа FADEC БАРК-6В. Сертификат производства на двигатели ТВ7-117В был получен в 2017 году. В период с 2017 по 2021 год было поставлено 17 моторов для комплектации вертолетов Ми-38; также сформирован портфель заказов до 2030 года еще на 255 моторов.
К ТВ7-117В уже проявляется существенный интерес на мировом рынке вертолетных двигателей. На текущий момент ОДК ведет переговоры с зарубежными партнерами по вопросу адаптации двигателей ТВ7-117В для использования в составе иностранных платформ.
Двигатели ВК-2500ПС-03 и ТВ7-117В предназначены для эксплуатации в том числе в арктических регионах. Более того, моторы ТВ7-117В могут быть установлены и на арктической модификации вертолета Ми-38, отметили в ОДК. При производстве ТВ7-117В широко применяются инновационные технологии: так, лопатки входного направляющего аппарата осевого компрессора изготовлены с применением аддитивных технологий.
В рамках программы по созданию мотора ВК-1600В уже завершены этапы эскизного проектирования и разработки конструкторской документации на двигатель-демонстратор и автономные установки для испытаний; по двигателю успешно проведена макетная комиссия. В настоящее время ведутся работы по созданию двигателя-демонстратора для проведения стендовых испытаний, а запуск серийного производства ВК-1600В ожидается в 2024 году. На базе ВК-1600В также планируется создание самолетной модификации для легких региональных самолетов.
В июне 2021 года "ОДК-УМПО" планирует изготовить и отгрузить в "ОДК-Климов" узлы для двигателя-демонстратора ВК-1600В, а до конца года предприятие выпустит детали и сборочные единицы для первого опытного образца двигателя ВК-1600В.
Двигатель для тяжеловесов и БЛА
ОДК работает и над созданием отечественного двигателя для тяжелого вертолета Ми-26. "Разрабатываемый двигатель, по сравнению с двигателем Д-136, не будет иметь ограничений по взлетной мощности до требуемого уровня температур, а также будет превосходить существующий по массе и удельному расходу топлива, — рассказывает Шмотин. — Сроки работ согласовываются с холдингом "Вертолеты России" и потенциальными заказчиками. Новый двигатель для тяжелого вертолета типа Ми-26 планируется оснащать цифровыми системами управления типа FADEC. Это позволит не только снизить вес двигателя, но также улучшить интеграцию двигателя с вертолетом".
В связи со стремительным развитием беспилотной авиации особую актуальность приобрел вопрос создания силовых установок для беспилотных летательных аппаратов (БЛА). По результатам научно-исследовательской работы по созданию демонстратора гибридной силовой установки (ГСУ), выполняющейся ОДК, предусмотрена потенциальная возможность совместной ОКР ГСУ для легких БЛА, в том числе вертолетного типа.
По вопросу применения технологий гибридной платформы ведутся переговоры с холдингом "Вертолеты России", "Радар "ММС", АО "УЗГА", ГК "Кронштадт". Разрабатываемые в настоящее время двигатели ВК-650В и ВК-1600В также могут быть применены на БЛА вертолетного типа
Инновации в вертолетном двигателестроении
Стоит отметить, что ОДК постоянно совершенствует компетенции по производству двигателей. В частности, на "ОДК-УМПО" организован производственно-технологический центр по изготовлению узлов вертолетных двигателей, ориентированный на выпуск компонентов серийных и перспективных моторов в классе мощности до 3 тыс. л.с., в том числе ТВ3-117, ВК-2500, ВК-650В, ВК-1600В и ТВ7-117В. В частности, "ОДК-УМПО" изготавливает порядка 33% двигателя ВК-2500, кооперацию по производству которого возглавляет "ОДК-Климов". Предполагается, что центр будет выпускать компоненты "горячей части" двигателя ТВ7-117 и его модификаций.
В августе 2020 года в ОДК был инициирован проект по созданию демонстратора гибридной силовой установки, головным исполнителем был определен "ОДК-Климов". Проект нацелен на получение компетенций в части создания элементов гибридной установки и последующей их интеграции в единую систему.
Полученный опыт позволит в рамках ОКР создать линейку силовых установок под требуемые рынком платформы, в частности для легких многоцелевых вертолетов, БЛА и самолетов местных воздушных линий. Использование ГСУ позволит снизить расход топлива, увеличить ресурс и надежность силовой установки, повысить безопасность полетов
В ОДК также представили концепцию вертолетных двигателей нового поколения. По мнению специалистов корпорации, они должны быть "сухими" — с возможностью применения газодинамических подшипников — и более электрическими (без задействования гидравлических механизмов). Предполагается оптимизация конструкции изделия — если современный вертолетный двигатель состоит из примерно 5 тыс. деталей, то в перспективе их количество сократится в десятки или даже в сотни раз.
Кроме того, при создании таких двигателей должны использоваться инновационные материалы и аддитивные технологии. "Гибридные двигатели — очередная ступень эволюции силовых установок, объединяющая в себе наработанные компетенции в сфере газотурбинных двигателей и новые электрические технологии, позволяющие существенно повысить эффективность летательных аппаратов", — отметили в ОДК
В части систем автоматического управления будущее — за внедрением искусственного интеллекта, который помогает при эксплуатации предсказывать развитие нештатных ситуаций и предупреждать их, выполняя так называемую предиктивную диагностику.
Необходимо подчеркнуть, что в производстве вертолетных двигателей уже достаточно широко применяются технологии 3D-печати: в частности, они были задействованы при изготовлении двигателя-демонстратора ВК-650В.
"Данная технология будет использоваться и при изготовлении первых опытных образцов двигателя ВК-650В. Прорабатываются и вопросы по возможности сертификации двигателя ВК-650В с деталями, изготовленными с помощью метода 3D печати", — сообщил Шмотин.
Дмитрий Федюшко
ТАСС благодарит за помощь в подготовке материала пресс-службу ОДК