Современная авиация постоянно совершенствуется благодаря появлению новых материалов и технологий. Это касается и двигателей летательных аппаратов. Научное сообщество стремится сделать их мощнее и экономичнее, чтобы самолеты, БПЛА и дроны могли летать дольше, но с меньшим расходом топлива. Студенты Пермского Политеха представили уникальную разработку в области силовых установок – импульснотурбинный двигатель, который может изменить будущее беспилотных летательных аппаратов. Это гибридная конструкция, которая сочетает лучшие черты поршневых и турбинных технологий, и на 5-10% эффективнее по сравнению с традиционными аналогами.
Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Любой двигатель работает за счет преобразования энергии топлива или электричества в механическое движение. Создается тяга, благодаря которой транспорт начинает двигаться. Задача прогресса – сделать этот процесс как можно эффективнее – надежнее, мощнее, дешевле и одновременно безопаснее для окружающей среды.
Студенты ПНИПУ под руководством Александра Балакирева, старшего преподавателя кафедры «Авиационные двигатели» ПНИПУ, представили новый тип двигателя для БПЛА, который сочетает элементы авиационной газовой турбины и поршневого двигателя внутреннего сгорания.
– Наша разработка основана на гипотезе о том, что обычно силовые установки в малой авиации низкоэффективны из-за небольшого массового расхода, то есть через них проходит слишком мало воздуха. А чем меньше воздушный поток – тем слабее тяга и выше расход топлива. Поэтому пришла идея, попробовать нагнетать воздух с помощью поршня, а не турбомашины, так как он, во-первых, работает дольше, из-за низких оборотов, а во-вторых, вытесняет довольно большую порцию воздуха. По сути установка является гибридом двигателя для самолетов и автомобильного, – объясняет Михаил Максимов, руководитель проекта, студент кафедры «Авиационные двигатели» ПНИПУ.
Конструкция объединяет три ключевых компонента: поршень, создающий мощный поток воздуха, камеру сгорания, разгоняющую его, и турбину, которая преобразует скорость в механическое вращение. По словам молодых ученых, его можно использовать, например, чтобы вращать воздушный винт БПЛА или даже колеса на наземных транспортных платформах. То есть, идея перспективна также в качестве вида автомобильного двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Ключевая особенность разработки в том, что энергия топлива ДВС преобразуется по-другому — через турбину, что значительно повышает экономичность процесса (тратится меньше топлива) и общий коэффициент полезного действия.
– Эффективность нашей установки на 5-10% выше, чем у двигателей внутреннего сгорания, которые сейчас используются на беспилотниках, что повышает максимальную дальность полета, при этом снижая расход топлива, – поделился Даниил Власов, студент кафедры «Авиационные двигатели» ПНИПУ.
Сейчас продукт находится на стадии патентования. Разработчики нацелены на ключевые сегменты российского рынка БПЛА: военные и силовые ведомства, применяющие дроны для разведки и наблюдения; коммерческие организации, занимающиеся аэрофотосъемкой, мониторингом инфраструктуры и сельским хозяйством; а также конструкторские бюро, специализирующиеся на создании беспилотников малого и среднего класса.
Гибридный двигатель студентов Пермского Политеха – инновационный проект, сочетающий лучшие качества турбинных и поршневых силовых установок. Это перспективное решение сделает малую авиацию дешевле и эффективнее в эксплуатации.
В 2025 году запланирован выпуск до десяти газотурбинных установок (ГТУ), среди которых восемь будут представлены моделями ГТЭ-170 и ГТЭ-65, а две – ГТД-110М. Об этом сообщил вице-премьер Александр Новак в своей статье для журнала «Энергетическая политика».
Производство ГТЭ-170 и ГТЭ-65 осуществляется компанией «Силовые машины», а ГТД-110М – «Объединенной двигателестроительной корпорацией», входящей в «Ростех». Первая коммерческая установка ГТД-110М была запущена на третьем энергоблоке ТЭС «Ударная» в Краснодарском крае. В свою очередь, одна из модификаций ГТЭ-170 в этом году будет установлена на Каширской ГРЭС в Подмосковье.
Соблюдение графика выпуска турбин является важным условием для переоснащения теплоэлектростанций. Как отмечает Новак, в 2027-2029 годах планируется реализовать четыре проекта модернизации ТЭС общей мощностью 1605 МВт. Для этих проектов необходимы три турбины ГТД-110М, четыре установки ГТЭ-170 и две ГТЭ-65.
Почему я не испытываю такой радости, как это было раньше в СССР? Раньше, хоть и номинально, все принадлежало народу и любое открытие, прорыв воспринималось, как общая победа трудового народа. Сейчас капитализм и вся страна это рынок с кучей частников в виде АО, ООО и пр. По сути это успехи не страны, а отдельных коммерческих структур направленные не на улучшения жизни, а извлечения прибыли. Вот получил застройщик разрешение на ввод в эксплуатацию дома, раньше бы я порадовался за людей которые получат свои квартиры, сейчас это, скорее всего, радость отдельных дольщиков и застройщика. Построили супер-мега-экстра турбину, ну молодцы, только эта хрень создавалась для извлечения прибыли опять же отдельными личностями, не для меня и для миллионов других. Может в силу возраста пропал этот ура-мы-можем, а может в силу вышесказанного.
Ну что же, наши газовые супер турбины кучно пошли. На радость нам и на зло недругам. В начале этой недели, мы рассказывали вам об успешном применении самой мощной турбины в России ГТД-110 М на ТЭС "Ударная".
Скриншот из видео "Ростех"
Скриншот из видео "Ростех"
После долгих усилий, наша страна создала первую такую супер турбину, взамен турбин группы "Siemens". Ее опробовали и она успешно прошла весь цикл до первого регламентного обслуживания. Вот наш материал с пикабу со всеми пруфами.
Но, как оказалось, турбину ГТЭ-170.1 компания "Силовые машины" отгрузила изготовила ещё в марте. И она уже отправилась на Каширскую ГРЭС.
Фото: «Силовые машины», «Интер РАО»
"На строительную площадку Каширской ГРЭС (реализация проекта модернизации электростанции ведётся под управлением ООО «Интер РАО – Инжиниринг») доставлена произведённая в России инновационная газовая турбина большой мощности ГТЭ-170.1. Оборудование, изготовленное «Силовыми машинами» предназначено для реализации проекта строительства двух дубль-блоков ПГУ суммарной мощностью 900 МВт. Поставка осуществлялась несколькими партиями, наиболее крупные узлы, такие как генератор, а также турбогруппа газовой турбины доставлялись железнодорожным транспортом. В частности, при помощи мостовых кранов турбогруппу весом 187 тонн на Ленинградском металлическом заводе поместили на 16-осный железнодорожный транспортёр и доставили до строительной площадки ПГУ Каширской ГРЭС. По прибытию турбогруппа была разгружена краном грузоподъёмностью 500-тонн на площадку временного хранения. Вскоре турбина будет установлена на фундамент, после чего специалисты приступят к её обвязке" - Силовые машины.
Если кто забыл, напомним, что с середины прошлого десятилетия, наша страна была лишена импортных газотурбинных двигателей, которые используются в различных генерирующих станциях. Основной поставщик "Siemens", мало того, что перестал нам их продавать, так ещё и стянул несколько тех, которые были отправлены в Германию на техническое обслуживание. После развала СССР, все кооперационные цепочки разорвались. Предприятия, которые работали в УССР, тоже перестали работать с Россией. И немцы в 2017-2018 годах посмеивались, мол теперь попробуйте сами сделать. Ну наши помучались и сами сделали за несколько лет.
Фото: «Силовые машины», «Интер РАО»
Теперь что касается газовой турбины ГТЭ-170.1.
Во-первых, она успешно прошла заводские испытания. Теперь ее установят и запустят комплекс пусконаладочных работ. Если на объекте все пройдёт штатно, то будут подтверждены эксплуатационные характеристики турбины.
Во-вторых, на площадке Каширской ГРЭС планируется строительство двух дубль блоков ПГУ-460 на базе полностью российской газовой турбины ГТЭ-170, созданной АО «Силовые машины» при поддержке Минпромторга России.
И в-третьих, если турбина хорошо себя проявит, то это станет очередным случаем успеха за последнее время. Причем мир за этим смотрит очень внимательно, особенно клиенты немецкого "Siemens".
Фото: «Силовые машины», «Интер РАО»
Фото: «Силовые машины», «Интер РАО»
Фото: «Силовые машины», «Интер РАО»
В немецкой промышленности сейчас, мягко говоря, проблемы. А это значит, что Россия, без преувеличения, может попробовать начать заходить на рынки, где традиционно работали немцы, в качестве монополистов.
Вышеупомянутую ГТД-110 М для ТЭС "Ударная", недавно показывали в Китае и многие действительно заинтересовались ей. Она дешевле немецких аналогов и значительно легче. Скоро, видимо, покажут и ГТЭ-170.
Так что, без преувеличения, можно констатировать, что наша страна возвращается на мировой рынок тяжёлых мощных газотурбинных двигателей. А это пропуск на новые рынки Ближнего Востока, Африки, Азии и Латинской Америки.
Россия возвращает себе место в клубе Великих держав в производстве сверхмощных газотурбинных двигателей. Это успех.
Лет 10 назад по работе был на нескольких электростанциях, где установлены ГТУ марки ГТ-009М. На мой взгляд, просто гениальные установки, так как отсутствует необходимость в масле для подшипников и, соответственно, необходимости его охлаждать. То есть по сути ставь там где есть газ и все, в открытом цикле вода не нужна (ну чуток для пожарки и на хознужды, можно привезти). Обслуживается персоналом из 10 человек. На хвосте устанавливается котел-утилизатор с байпасом (то есть если нет необходимости в тепле, то работает в открытом цикле).
Когда я был на объектах, уже 14 электростанций работало и ещё 4 достраивались. То есть сейчас должно быть около 18 работающих объектов с достаточной историей наработки.
Кто знает какова судьба установки? Мне говорили что она 100% в России изготавливалась. На сколько это правда, почему ее не клепают, раз такая ситуация в стране? Зачем реанимировать авиационные турбины, если есть такое чудо? Может я не так что-то понимаю?
Опять УРА-патриотизм. Бессмысленный и беспощадный.
ГТД-100 (впоследствии "разогнанный" до 110 МВт) - мировое достижение СССР... Начала-середины 1970-х. На Краснодарской ТЭЦ именно их при запуске и ставили.
В 80-е в эксплуатацию стали вводить ГТД-150, полагаю это упомянутая в статье ГТД-170, который "допилили".
Гордиться тем, что наконец-то смогли восстановить производство и технологии 50-летней давности?
Без обид, но если такие вещи сегодня выдают за достижения, то это - позор. Реально позор.
За 34 года существования России мы там же, где был СССР за 20 лет до его распада...
Безусловно, что свои ГТД - это хорошо. Любая своя промышленность - это хорошо.
Но!
Хорошо - это не достижение. Вы на самом деле позорите страну. Объясняю почему:
Олимпийский рекорд - нормальное достижение. Лучшее из лучшего на мировой арене.
Норматив в школе - минимальная планка здорового человека.
Вы своими постами выдаёте школьный норматив за олимпийский рекорд. Для людей в теме это стыд и позор. Считать достижением то, что должен уметь и делать любой здоровый школьник. То есть - вы показываете, что страна сегодня - полное ничтожество. Потому что считает общественно принятый минимум достижением.
Ещё раз повторюсь - сама новость хорошая, но вот стиль изложения - полное дерьмо.
Некоторые товарищи в комментах к посту @FerrumKing просили рассказать, каким же образом реактивный двигатель запускают. Будем с этим разбираться минимально используя умные слова и прочий матан.
Для объяснения нам понадобится двухконтурный турбореактивный двигатель, ВСУ, пневматическая система, система зажигания и какие нибудь кнопки в кабине. Начнем немного издалека. Большинство современных авиационных ТРД - двухконтурные. Это означает, что всасываемый двигателем воздух разделяется на две части и пропускается через 2 разных контура - горячий и холодный. Отношение расхода(то есть объема пропускаемого) воздуха называют степенью двухконтурности. У б-гомерзкого семейства PW1000G, к примеру, степень двухконтурности достигает 12, то есть через холодный контур, в котором горения топлива не происходит, воздуха проходит в 12 раз больше чем через горячий. А у советского Д30, который летал Ту-154М, Ил-76 и другие интересные самолеты - всего 2,3.
Чем больше степень двухконтурности, тем большую тягу создает вентилятор по сравнению с реактивной струей. А для того, чтобы делать все вот это вот максимально эффективно, каскады лопаток компрессора и турбины размещают на разных валах внутри двигателя. Механической связи между ними нет.
Схематичное изображение двухконтурного ГТД. Зеленым обозначен вал низкого давления(холодный контур), розовым - вал высокого давления.
Собственно говоря, для запуска двигателя нужно всего лишь раскрутить валы для того чтобы двигатель засосал достаточно воздуха, компрессор сжал его и загнал в камеру сгорания; пшыкнуть туда керосина и поджечь все это дело. А дальше оно перейдет на самоподдув(наверное)
В самую первую очередь нужно раскрутить компрессор. Но он ведь достаточно глубоко внутри двигателя. В принципе, можно было бы дунуть со стороны воздухозаборника, чтобы все лопатки естественным образом стали раскручиваться. В принципе, в воздухе двигатели таким образом и запускают, на авторотации. Но вернемся немного назад, к понятию двухконтурности, там был упомянут расход воздуха. Для работающего CFM56 на А320 он составляет почти 450 килограммов в секунду. Для запуска конечно так много не нужно, но и это бешеный объем. Где ж его взять то?
Гораздо проще взять и раскрутить вал механически. И тут мы вернемся к устройству двигателя. Несмотря на все схематические картинки, двигатель не представляет собой гладкую трубо-/бочкообразную штуковину. Под капотами двигатель в разрезе на самом деле выглдяит вот так:
Двигатель в разрезе. Угадай, какой именно
А именно вот эта вот штуковина, обведенная красным
Штуковина обведенная красным
Она же
Это так называемая коробка приводов(Accessory Gearbox, AGB). Проще говоря, это трансмиссия и привод для всяческих агрегатов, необходимых для работы двигателя и других систем самолета. На ней устанавливаются топливные и гидронасосы, генераторы и так далее. Чтобы привести ее в движение используется угловая передача. На конец вала N2 насажена шестерня, которая вращает промежуточный вал.
Угловая передача в CFM56-3
Но ведь в эту игру можно играть вдвоем! Раз двигатель может вращать агрегаты в коробке, значит и двигатель можно вращать, воздействуя через коробку. Достаточно просто воткнуть туда стартер через обгонную муфту, чтобы он не вертелся со всеми остальными механизмами постоянно и излишне не изнашивался. Какой именно использовать стартер - дело вкуса. Можно поставить электрический, можно пневматический. Электрический расходует много электричества(ВНЕЗАПНО), но для той же ВСУ, например, альтернативы практически нет.
А в большей части случаев на двигателях гражданских самолетов используется пневмотурбостартер. По сути дела, это маленькая турбина, которая раскрутит нам коробку приводов и как следствие вал N2 с компрессором на нем.
Типичный представитель
А вот откуда брать сжатый воздух - это уже не такой уж принципиальный вопрос. Можно от ВСУ, можно от наземного источника, можно от работающего двигателя. Причем даже от работающего двигателя другого самолета. Слишком сильно углубляться в пневматическую систему не станем.
Итак, у нас есть двигатель к которому прикрутили воздушный стартер. Подвели к нему трубу с воздухом. Если оставить все как есть, то стартер будет постоянно раскручиваться, пока есть давление в пневматической системе. Нам это не нужно, поэтому чуть выше на трубе вкорячивается клапан. Его мы будем открывать и закрывать нажимая на кнопочку в кабине, а на случай если дистанционное управление откажет, есть возможность открыть его вручную. Закрывается он сам, причем крайне охотно.
Вот так выглядит ручное управление клапаном. Да, придется стоять совсем рядом с двигателем. Да, страшно. Нет, не засосет если делать все по инструкции
Итак, мы раскрутили компрессор примерно до таких оборотов, что воздух в достаточном объеме поступает в камеру сгорания, достаточно сжат и разогрет чтобы двигатель мог начать работу. Пора подавать топливо в камеру сгорания. Подачей топлива внутрь двигателя занимаются форсунки. В принципе, ничего особо интересного. Просто распылитель керосина
Топливная форсунка, 1шт. В двигатель засовывать тонкой изогнутой стороной. На CFM56-5 таких 20 штук.
И вот в камере сгорания уже не просто воздух, а топливовоздушная смесь. Абдулла, поджигай!
Это Абдулла. Он поджигает.
В системе зажигания тоже в принципе нет ничего примечательного(в контексте этого поста). Обычные свечи зажигания, помощнее автомобильных. В пару сотен раз. При их работе рядом с двигателем хорошо слышно щелчки. Самое серьезное отличие от привычного автомобильного ДВС у ГТД в том, что постоянно работать системе зажигания не нужно. Свечи работают только при запсуке, и на отвественных этапах полета вроде взлета и посадки. Для того, чтобы уж наверняка не потухло.
Осталось только разобраться с тем, кто и в какой момент подаст топливо и электричество в камеру сгорания.
Вариантов здесь 2 - специально обученный человек или специально обученный автомат. Первый метод любит Боинг. Запускающий отдельным галетником или кнопкой открывает клапан стартера, глядит на тахометр и по нему на 20-25% оборотов N1(не забываем что механической связи между валами нет, но газодинамическая то есть. Поэтому воздух сжимаемый коvпрессором и проходящий через весь газовоздушный тракт будет действовать на турбину низкого давления и как следствие раскрутит вал N1) переводит стоп-краны(которые называют Start Lever) двигателей в положение ВКЛ. При этом откроются отсекающие топливные краны и включится система зажигания. После достижения нужных оборотов N2 либо по времени закроется клапан стартера.
Start Levers в кабине 737
У аэрбасов с точки зрения запуска все проще. Перевел главный выключатель двигателя (ENG master switch) вперед и наслаждайся работой автоматики. Запуском рулит электронная система управления двигателем FADEC, она же сделает все что сможет в случае сбойных ситуаций - остановит запуск либо повторит при необходимости. На А320 c CFM56 FADEC сам включает зажигание на 16% N2, подачу топлива на 15-20% и отключит стартер на 50% N2. Но есть возможность и запуститься вручную, как на Боинге.
ENG Master Switches на Аэрбасе
Ну и напоследок: бывают такие варианты запуска, как ложный запуск и холодная прокрутка.
При ложном запуске не включается зажигание. Его используют, к примеру, чтобы заполнить топливную автоматику после замены. За двигателем в таком случае образуется шлейф белесого тумана, рядом с которым лучше не куритью
При холодной прокрутке не подается топливо и не включается зажигание. Ее используют для охлаждения или продувки газовоздушного тракта. Например, чтобы выдуть лишнее топливо после неудачного запуска.
Как быстро всепропальщики забывают про успешные проекты. И такие "куку, я в домике", будто и не было их. А помню как они радовались, когда ГТД-110М "развалилась", во время испытаний. Ох и радости то было. Но теперь, когда она успешно работает на Кубани, о ней и не вспоминают. А между тем, это один из множества примеров удачного завершения сложнейшего проекта - в мире стран способных на такое можно пересчитать по пальцам. Неудачи случаются, это абсолютно нормально, когда речь идет о сложнейших инженерных задачах. Но успехов у нас гораздо больше! И вот теперь турбина подтвердила еще и свою надежность.
Специалисты Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК) выполнили плановое техническое обслуживание первой российской турбины высокой мощности ГТД-110М. Эта установка с осени прошлого года функционирует в составе ТЭС «Ударная» на Кубани. К началу текущего года общая наработка турбины превысила 4 тысячи эквивалентных часов, из которых более 2 тысяч часов приходятся на полноценную промышленную эксплуатацию. Проведенное обслуживание подтвердило высокую надежность всех систем ГТД-110М. Об этом сообщает официальный телеграмм канал Ростеха.
«ГТД-110М производства нашей ОДК — это первая турбина большой мощности, полностью разработанная и произведенная в России. Всегда немного волнительно, когда такой амбициозный проект, результат труда сотен ученых и инженеров, переходит в стадию реального внедрения и промышленной эксплуатации. Сегодня наработка турбины составляет уже несколько тысяч часов и можно с уверенностью сказать, что ГТД-110М подтвердила верность расчетов, конструкторских решений и свою надежность. Турбина уверенно поставляет электроэнергию в Единую энергосистему страны. На мощностях ОДК идет строительство очередных серийных силовых установок большой мощности», — сказали в Ростехе.
ТЭС «Ударная», построенная нашей компанией «Технопромэкспорт», с момента запуска в 2024 году выработала для Краснодарского края более 3,3 млрд кВт*ч электроэнергии.
Установленная мощность станции составляет 560 МВт. Ее выработка покрывает более 30% от общего объема электроэнергии, производимой всеми электростанциями Краснодарского края. На сегодняшний день это самая современная парогазовая тепловая электростанция в России. Она обеспечивает электроэнергией жилищно-коммунальный сектор и промышленные предприятия Юга России.
ГТД-110М является самой мощной из произведенных в России и работающих в промышленной эксплуатации турбин высокой мощности. При этом «Силовые машины» завершили изготовление первой серийной газовой турбины еще большей мощности - ГТЭ-170.1, но она еще не эксплуатируется в составе электростанции и только планируется для проекта строительства Каширской ГРЭС.
Вот почему существует «Сделано у нас»! И вот почему мы пишем только о положительном. Потому что про то как что-то сломалось, развалилось или пропало, об этом вы и без нас узнаете, всепропальщики не дадут вам эти события пропустить. А вот если что-то заработало, построено или восстановлено, вот тут сразу тишина. Но мы не дадим это замалчивать!
Если вы не из этих, кому любая неудача России приносит радость, а про успехи они тут же забывают, то подписаться на сообщество «Сделано у нас» на Пикабу можно тут, а телеграм проекта здесь
