Завершен первый этап проекта по разработке турбогенератора для распределенной силовой установки воздушного судна

Коллектив ООО «ПЛ «Турбомашины» завершил первый этап проекта по разработке турбогенератора для распределенной силовой установки воздушного судна, выполняемого при финансовой поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.

В рамках текущего этапа работ были разработаны типовые компоновки распределенных силовых установок мощностью от 60 до 100 кВт, интегрированных с планером беспилотного воздушного судна,  экспериментальный стенд «турбогенератор» для отработки узлов и технологий перспективных распределенных силовых установок, «тягоизмерительный стенд». Проведены работы по созданию программ и методик исследовательских испытаний.

Целью всего проекта является разработка ключевых элементов и технологий турбогенератора для авиационной распределенной силовой установки в классе мощности 60-100 кВт, включая применение в конструкции ротора безмасляной трансмиссии и газовых подшипников.

Актуальность — научно-исследовательская работа (НИР) выполняется в соответствии с планом-графиком работ Дорожной Карты «Аэронет» вер. от 10 ноября 2019 г. (далее ДК Аэронет), в соответствии с приоритетным направлением исследований 3.1.1 «Платформа распределенных силовых установок с электротягой винтов (вентиляторов)». Связь с другими проектами — НИР выполняется в рамках мета-проекта «Аэротакси» (п.2.3 Приложения Г ДК Аэронет) с использованием технических требований (ТТ), предоставленных ПАО «Гражданские самолеты Сухого», ПАО «Туполев», ПАО «Объединенная судостроительная корпорация», АО «Новосибирский Научно-исследовательский институт авиационных технологий и организации производства, ООО «Аэроб». Работы, выполняемые в ходе настоящей НИР, предусмотрены Протоколом от 15 марта 2018 г., подписанного Центром компетенции НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии на базе Института проблем химической физики Российской Академии наук, ООО «ПЛ Турбомашины» и соруководителем рабочей группы (РГ) Аэронет С.А.Жуковым по вопросу создания демонстратора «Водородное беспилотное воздушное судно (БВС).

Предполагается, что благодаря применению новых технических решений, а также полученного ранее научно-технического задела будет создана экспериментальная модель турбогенератора (ТГ), в конструкции которого будут применены воздушные подшипники, выдерживающие перегрузки в ходе маневрирования БВС, эффективный авиационный электрический синхронный генератор постоянного тока (СГПТ), колеса компрессора и турбины, выполненные с использованием топологической оптимизации силовой конструкции и аддитивных технологий печати.

За счет применения перечисленных выше решений предполагается продемонстрировать технический уровень и технические характеристики, превосходящие мировые.
Учитывая высокую степень новизны, в рамках настоящего проекта необходимо:

— Разработать и изготовить стенд для поузловой отработки ТГ;

— Разработать и изготовить тягоизмерительный стенд, который позволит провести испытания элементов распределенной силовой установки (РСУ) «от турбогенератора до движителя» (электродвигатели и винты принимаются стандартными);

— Разработать программы и методики исследовательских испытаний (ПМИИ) для поузловых испытаний;

— Выполнить исследовательские испытания воздушных подшипников, ротора ТГ, синхронного генератора, колес лопаточных машин, ТГ целиком.

Целью первого этапа НИР была разработка общих компоновочных решений турбогенератора и линейки РСУ на их основе; разработка стендов для испытания узлов макетов и моделей будущих турбогенераторов и РСУ; разработка ПМИИ с использованием разработанных стендов, а также программы и методики исследовательских испытаний самого турбогенератора.

На заключительном этапе предполагается выполнить исследовательские испытания на стенде «Турбогенератор», с использованием соответствующих ПМИ, воздушных подшипников (разрабатываются на втором этапе), колес компрессора и турбины (разрабатываются на втором этапе), модели СГПТ, а также выполнить исследовательские испытания на «Тягоизмерительном стенде», с использованием соответствующих ПМИИ, СГПТ в связке с электроприводом винтов.

Результаты испытаний предполагается использовать в разработке модели турбогенератора, изготовление и испытание которой также планируется провести на третьем этапе. Модель будет отличаться от будущего опытного турбогенератора отсутствием камеры сгорания и топливной системы (для привода турбины предполагается использовать внешний источник сжатого горячего воздуха), а также применением лабораторных покупных силовых контролеров. В будущем предполагается разработать собственные контроллеры обратимых высокочастотных электрических машин.

Конечная цель программы — широкая линейка силовых установок с ГТД в вариантах: турбогенератор (ТГ), вспомогательная силовая установка (ВСУ), турбовинтовой двигатель (ТВД) эквивалентной мощностью 50, 60, 75, 100, 160, 250, 350, 500 кВт, турбореактивный двигатель (ТРД), двухконтурный (ДТРД) — тягой 400Н, 1000Н, 1500Н, 2500Н.

Работы в рамках первого этапа работ по договору №516ГРНТИС5/49468 от 17 сентября 2019 г. выполнены полностью и в запланированном объеме.