El jefe del CIAM: Rusia participa en la creación de un avión supersónico impulsado por hidrógeno.
La creación de un motor prometedor PD-35 se financiará con varios años de anticipación, dijo el presidente ruso Vladimir Putin. Mikhail Gordin, Director General del Instituto Central de Motores de Aviación, dijo a la entrevista de TASS sobre los motores con los que se equiparán los futuros aviones y cuándo los aviones de pasajeros nacionales despegarán con propulsión eléctrica. P.I. Baranova (CIAM, parte del Centro de Investigación "Instituto llamado NE Zhukovsky").
- Mikhail Valerievich, ¿cuáles son las principales actividades del CIAM? ¿Cuáles son los proyectos clave y los especialistas centrados en la investigación del instituto hoy?
- El CIAM está dando forma al aspecto de los motores de aviones domésticos. Ya estamos trabajando en la creación de tecnologías para las plantas de energía avanzadas de 2030. Llevamos a cabo un ciclo completo de investigación para crear motores e instalaciones de turbinas de gas industriales basadas en ellos, así como proporcionar apoyo científico y técnico para los productos en funcionamiento. Nuestro "producto" principal es una base científica y técnica, es decir, la creación de nuevos conocimientos y tecnologías necesarias para que los diseñadores diseñen motores modernos para varios sistemas complejos.
Por ejemplo, las tecnologías aditivas se están discutiendo activamente como un método innovador para producir piezas y componentes (crear objetos de acuerdo con los datos del modelo 3D mediante la disposición en capas de un material: nota TASS). Las nuevas tecnologías de producción aún no proporcionan una comprensión completa de qué defectos son posibles en la producción, qué tan confiables serán esas partes y cómo se desarrollarán en ellas los fenómenos de fatiga. Además, debe averiguar cómo diseñar piezas a partir de nuevos materiales, ya que esto no está escrito en los libros de texto.
También nos dedicamos a la investigación fundamental: el conocimiento en las secciones fundamentales de gas o aerodinámica debe ampliarse a propósito en ciertas direcciones para cumplir tareas prácticas específicas.
- ¿Desarrollas motores para aviones de sexta generación?
- Ahora se considera que los motores de quinta generación están "en serie" y que se están desarrollando los motores de sexta generación. El trabajo de desarrollo en la sexta generación probablemente comenzará solo en diez años. En el quinto, ya están completos o ya se han completado. Por ejemplo, PD-14, el motor civil de quinta generación, está completando el proceso de prueba y certificación y después de un tiempo se producirá en masa. El CIAM participa activamente en su creación: hemos desarrollado enfoques para su diseño y hemos completado parte del trabajo de diseño. Ahora nuestra principal contribución es su ingeniería y pruebas de certificación. Se llevan a cabo en nuestra base experimental única. Todos los nodos para PD-14 también se probaron aquí, en el Centro de Pruebas Científicas del CIAM, ubicado en la región de Moscú. Las pruebas se llevan a cabo en condiciones de vuelo de alta velocidad, lo más cerca posible de las condiciones reales, en puestos especiales a gran altitud. En general, todos los tipos de pruebas obligatorias más complejas y con mayor consumo de energía de los motores de avión se realizan en Rusia solo en el Centro CIAM. Y estamos probando no solo las plantas domésticas, sino también las eléctricas extranjeras, como la compañía francesa Safran.
Entre los trabajos en este campo, llevado a cabo por el CIAM en la última década, se puede observar modificaciones de las pruebas de certificación PS-90A y PS-90A1, PS-90A2 y PS-90A3, SaM146, unidades auxiliares de energía, así como la confirmación de las centrales extranjeros certificados para su uso en Aviones y helicópteros rusos.
Y si hablamos de la sexta generación, entonces solo como un conjunto de tecnologías, que son necesarias para crear tales motores, en Occidente, en Rusia.
- ¿Funciona hoy la CIA en motores para vuelo supersónico? ¿Qué debe ser un avión capaz de realizar un vuelo de crucero largo (al menos una hora) a una velocidad varias veces mayor que la velocidad del sonido?
- Estamos participando en el proyecto internacional para el desarrollo del avión civil de alta velocidad HEXAFLY-INT. Las principales organizaciones científicas mundiales y rusas colaboran en este gran proyecto de cooperación: TsAGI, LII que lleva el nombre de M.M. Gromova, Instituto de Física y Tecnología de Moscú, Agencia Espacial Europea (ESA), ONERA, Centro Alemán aviación y Cosmonáutica (DLR), CIRA, Universidad de Sydney. El objetivo del proyecto es crear un avión propulsado por hidrógeno capaz de alcanzar velocidades de aproximadamente 7000 a 8000 km / h, lo que permitirá, por ejemplo, superar la distancia de Moscú a Sydney en tres horas.
El principal resultado del trabajo de hoy es la demostración en condiciones de gran altitud de un balance de aero-propulsión positivo (el empuje excede la resistencia aerodinámica total) de un módulo de banco con número de Mach 7,4.
CIAM está trabajando en la aparición de un motor y una planta de energía para un prometedor avión de pasajeros de negocios con velocidades de vuelo supersónicas en los números de Mach 1,6 - 1,8, con bajos niveles de impacto de sonido, ruido durante el despegue y el aterrizaje, y la emisión de sustancias nocivas. Junto con TsAGI, trabajamos en la elección del aspecto, los cálculos y las pruebas de los modelos de los elementos de la central eléctrica en bancos experimentales, incluso en nuestro banco acústico y en túneles de viento. Ofrecemos una entrada de aire superior altamente eficiente, dispositivos de salida de bajo ruido con blindaje de ruido de chorro de ruido del motor.
Se lleva a cabo un gran complejo de trabajos para determinar los esquemas de perspectiva y los parámetros del motor, incluidos los esquemas de un motor de ciclo variable.
- ¿Participaron los especialistas de CIAM en la creación del concepto de motor para el helicóptero avanzado de alta velocidad (PSV)?
- CIAM, junto con TsAGI, participa en la investigación llevada a cabo por Russian Helicopters sobre el desarrollo del concepto de prometedores helicópteros de alta velocidad (velocidad de crucero: hasta 450 km / h, más - nota TASS). Se ha completado la primera etapa de evaluación de la apariencia de las posibles opciones de la planta de energía (motores y transmisión) de dichos helicópteros.
- ¿Se está trabajando en la creación de un gran motor de empuje (PD-35) para un avión de transporte pesado prometedor? ¿Cuándo se puede crear tal motor?
- El nuevo PD-35 de gran empuje con doble turborreactor está diseñado para su instalación en prometedores aviones de fuselaje ancho, incluido el CR929 ruso-chino. Será mucho más potente que los motores D-18T existentes para el avión soviético An-124 / An-225 más grande. Actualmente, PD-35 se encuentra en la etapa de investigación y desarrollo (I + D). En los próximos seis años, se crearán los antecedentes científicos y técnicos necesarios para el inicio del trabajo de desarrollo.
- ¿Qué será este motor?
- Utilizará activamente materiales compuestos. La eficiencia del motor aumenta con el grado de derivación, y en este caso el ventilador se vuelve cada vez más grande. Y el peso del ventilador es de hasta 15% del peso de todo el motor. Las aspas del ventilador PD-35, por ejemplo, tienen una longitud de aproximadamente 1,1 m, el diámetro del ventilador en la entrada es de aproximadamente 3 M. El uso de metales en este caso conduce a un aumento de peso inaceptable. Se propone fabricar las cuchillas de materiales compuestos de polímero con placas de metal. Y cada kilogramo de ahorro de masa del ventilador conduce a una disminución de la masa de todo el motor.
Al mismo tiempo, PD-35 no puede ser llamado el motor de la sexta generación. Los motores civiles domésticos, en términos relativos, apenas están comenzando la quinta generación. Lo más probable es que sea "5 +".
Bajo el programa PD-35, primero se llevan a cabo trabajos de investigación, se desarrollan tecnologías 18, se creará un motor de demostración en su base y luego el OCD comenzará con una pequeña "superposición" en el tiempo.
El demostrador PD-35 contendrá todas las características clave con capacidades máximas: eficiencia de combustible, facilidad de fabricación, mantenimiento, etc. Naturalmente, tal "súper motor" no entrará en producción en masa, ya que resultará ser demasiado costoso y poco rentable. Cuando comience la etapa de I + D, se establecerán las tareas de desarrollo de sus características específicas, dependiendo de los parámetros específicos que se deben alcanzar para que este motor esté en demanda.
Ahora estamos desarrollando tecnologías y apariencia del demostrador para PD-35. Hasta la fecha, se han acordado todas las tareas técnicas para las tecnologías 18, están formadas por la industria y por nosotros como la organización científica líder en el campo de la construcción de motores de avión. Como parte de la investigación, se planificaron el diseño detallado, los cálculos, el modelado y luego la fabricación de la muestra.
- En los cinco o seis años asignados para estos trabajos de investigación, ¿nos retrasaremos aún más respecto a los competidores extranjeros?
- Cinco años en el NIR no es mucho. Si no existieran ciertas bases, definitivamente no sería suficiente. Pero existe la experiencia de PD-14 y de nuestros colegas occidentales. Cuánto tiempo probará el motor y cuándo sale en serie, la pregunta no es para nosotros, sino para la industria.
La tarea del CIAM también es desarrollar métodos y criterios para probar partes de motores de aviones fabricados con nuevos materiales y soluciones técnicas, ya que diferirán de los tradicionales. Para ellos, necesitas crear toda la base metodológica. Por ejemplo, una de las direcciones de trabajo en el marco de este I + D es hacer cuchillas de polímero compuesto con defectos y ver a qué conducirá la presencia de estos defectos durante las pruebas. Al hacerlo, pensamos en varios métodos diferentes para la fabricación de cuchillas. De acuerdo con los resultados de la prueba, se hará una elección a favor de una u otra opción.
- ¿Por qué es necesario?
- Hemos estado trabajando con el metal durante muchos años y sabemos qué tipo de defectos existen al fundir, mecanizar, estampar. Y sabemos a qué conducen en diferentes situaciones en el aire. Hay poca experiencia con los materiales compuestos de polímeros, no se reclutan las estadísticas de desarrollo de defectos.
- ¿Cuánto tiempo lleva desarrollar un motor de sexta generación?
- En principio, la división en generaciones es condicional. Algunas tecnologías ya están listas, otras están en proceso de desarrollo. Por supuesto, nos gustaría invertir tanto dinero en la ciencia como sea posible, así que podremos crear algo nuevo. Pero el proceso de conocimiento no solo está regulado por el dinero, sino que requiere tiempo y esfuerzo. Existe una cosa tal como una curva en S, que modela el desarrollo de varios proyectos: primero, hay un rápido desarrollo de la tecnología, un brote ascendente agudo, luego viene una meseta, la región de saturación. El área de la turbina en esta curva está ahora más cerca de la saturación. Para aumentar la eficiencia de los motores en un pequeño porcentaje, necesita invertir mucho tiempo y dinero. Por supuesto, en esta área todavía hay espacio para mejorar, pero cada porcentaje adicional de eficiencia, cada nueva calidad se da difícil y costosa.
Al principio de esta curva está el movimiento eléctrico. Creemos que en los próximos años habrá un rápido crecimiento de tecnologías relacionadas con la electrificación del transporte, tanto en el aire como en tierra.
- ¿Qué es un motor eléctrico?
- Si bien este es un motor eléctrico y una hélice. De todos modos, estamos hablando de motores de tornillo. En el camino hacia la creación de un motor completamente eléctrico, todos los países desarrollados están ahora en el proceso de desarrollar un motor híbrido, que tiene una turbina y un generador que genera electricidad. La segunda opción: el rechazo de la turbina y la conservación de la electricidad en baterías o pilas de combustible. Este es un horizonte más lejano, porque si bien el queroseno es una fuente muy efectiva de energía en términos de peso. Al quemar una pequeña cantidad de queroseno, proporciona esa cantidad de energía que ninguna batería puede proporcionar. Pero el mundo está desarrollando activamente baterías y celdas de combustible cada vez más grandes y livianas que funcionan, por ejemplo, con hidrógeno. Se está trabajando en la eficiencia del peso de todo el motor.
Un problema aparte para una aeronave eléctrica es la cantidad de energía requerida para las necesidades de la aeronave y su control de flujo. Existe el problema de administrar el calor liberado, con el que necesita hacer algo.
En general, la tracción híbrida y eléctrica es una dirección muy prometedora, una de las tecnologías definitorias para el futuro de la aviación. Ahora hay muchos aviones pequeños para una o dos personas en el mundo, pero todos pueden volar muy pronto. En la etapa del demostrador de tecnología e investigación, la hora de vuelo es excelente, comienzan las preguntas adicionales. Mientras que en el mundo no hay aviones eléctricos que puedan transportar pasajeros o carga. Los entusiastas de los pilotos vuelan sobre ellos, porque los problemas de confiabilidad de tales equipos aún no están completamente resueltos. Todavía hay un largo camino por delante.
- ¿Tienes tales aviones de demostración en Rusia?
- Estamos trabajando en ellos. Hasta ahora, nada más que modelos, no vuela. Hace unos años, un dron voló en una celda de combustible. Actualmente, tenemos un proyecto para crear un demostrador de una planta de energía híbrida con un motor eléctrico basado en superconductividad de alta temperatura. No hay proyectos similares en el mundo. Nuestra base es un conductor especial refrigerado por nitrógeno líquido, que a una temperatura de menos 196 ° C tiene el efecto de resistencia cero. Como resultado, se logra una alta eficiencia y la masa y las dimensiones del motor se reducen significativamente. Dos de estos motores 500 kW podrán equipar un avión regional para los asientos 19. Podemos alcanzar el nivel de un demostrador con un piloto en el año 2019. Un avión tripulado para dos lugares que podemos hacer ahora mismo. Sería más fondos, probablemente, despegaría el próximo año.
- Hablemos de motores para avionetas. Para TVS-2-DT, creado por SibNIA para reemplazar An-2, está previsto instalar TPE331 desde Honeywell. ¿Por qué no tenemos nuevos desarrollos en este segmento?
- El problema no está en la ausencia de nuevos desarrollos, pueden ser. Estos aviones y sus motores pertenecen a generaciones anteriores. Necesitamos grandes inversiones en el diseño, prueba y creación de instalaciones de producción, cuya rentabilidad es muy baja. Y los países occidentales, a diferencia de nosotros, han conservado su producción.
Recientemente, se celebró una conferencia en el CIAM sobre el tema de la creación de un concepto federal unificado para el desarrollo de motores para la aviación pequeña y regional. Se estableció un grupo de trabajo para presentar propuestas al gobierno.
Los motores de turbina de gas domésticos modernos para aviones y helicópteros de aviación pequeña y regional simplemente no están disponibles hoy. Actualmente solo hay dos motores domésticos en desarrollo: TV7-117CT-01 para el Il-114-300 y VK-800С para la remotización del avión L-410.
Se están realizando intentos para establecer la producción en masa de motores de tamaño pequeño (principalmente motores de pistón), ya que también se utilizan en vehículos aéreos no tripulados. Sin embargo, deben desarrollarse en una amplia gama: desde 50 - 60 a 300 - 500 hp
Otra área importante de investigación es el trabajo en un motor experimental de pistón rotativo de una sola sección, sobre la base de la cual es posible crear una gama de modelos de motores de avión con potencia de 100 a 400 hp. Este es el tamaño del motor para el Yak-152. Pero es un demostrador de tecnología. Es necesario calcular cuánto costará un motor extranjero y cuánto costará un motor doméstico.
Para garantizar la competitividad de los motores domésticos pequeños, es necesario crear una reserva científica y técnica para tecnologías de motores eléctricos "inteligentes". La investigación en estas áreas se lleva a cabo en el CIAM junto con las oficinas de diseño de sucursales. La implementación de tecnologías debería garantizar una reducción en el consumo de combustible específico del 2035 - 15% de 20, una reducción de la masa al 30% y un aumento de la confiabilidad y la vida útil de servicio de dos a tres veces.
Una de las direcciones que permite mejorar drásticamente las características de los motores de pistón es el uso de circuitos turbo compuestos, en los que la energía de los gases de escape se utiliza para obtener la potencia adicional utilizada para impulsar una hélice de aire o un generador eléctrico.
- ¿Resulta que las perspectivas de entrenamiento de la aviación son deplorables?
“Se necesitan miles de motores para pagar un nuevo desarrollo. A veces es más fácil comprar o localizar la producción. Este es un problema dificil. Los motores de pistón probablemente solo puedan desarrollarse sobre la base de la sustitución de importaciones. Ciertamente los motores droneless puede pasar a la producción en masa, ya que ahora los científicos están pensando en el concepto de "enjambre", es decir, una gran cantidad de UAV (vehículo aéreo no tripulado). Ya hay muchos proyectos, revisamos regularmente algunos de ellos. Todo se está desarrollando, pero hay un gran problema con el marco regulatorio para los aviones no tripulados.
- ¿Qué puede decir sobre la sensacional declaración de los científicos chinos este año, que informaron sobre la creación de una versión "funcional" del motor de microondas EmDrive? ¿Es su trabajo realmente imposible de explicar por las leyes fundamentales de la física? Teóricamente, ¿es posible crear algo así?
- El motor EmDrive consiste en un dispositivo de magnetrón que genera microondas y un resonador. Su principio de funcionamiento es un nuevo concepto de motores electrojet, que convierte directamente la energía eléctrica suministrada en antojos. No hay violación de las leyes de la física aquí. El motor produce un empuje "constante", sin gastar combustible, y utilizando la energía de las microondas.
Sin embargo, si existiera evidencia de la salud de EmDrive, se requeriría un trabajo serio por parte de los teóricos. Por el momento, la falta de explicación es una roca inquebrantable, sobre la cual se rompen todos los argumentos de los entusiastas del motor "imposible". A alguien le gusta notar lo que funciona, bueno, no es necesario saber cómo. Pero tal enfoque puede llevar a problemas inesperados en el uso práctico. Por ejemplo, si el motor está conectado a un campo magnético, entonces puede comportarse de manera impredecible entre los campos magnéticos del espacio exterior. Pero nadie necesita que el aparato pierda su única fuente de empuje en algún lugar a medio camino de Marte o de objetos distantes del cinturón de Kuiper. Por el requisito clásico de presentar evidencia confiable, necesariamente se debe adjuntar y el requisito de explicar todo lo que sucede en el motor. Mientras que los creadores de EmDrive no pueden mostrar uno u otro.
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