Жертвы безопасности: стендовые испытания двигателя
- Совершенно верно в цель Любая лопатка вентилятора двигателя, подвергающегося опробованиям, приобретает личный номер и особую разметку. Боеприпас, вылетающий из пушки, будь то плитка льда либо птица, обязан попасть в конкретную область конкретной лопатки на полных оборотах вращения вентилятора
В НПО «Сатурн» действует разработка сквозного проектирования-производства на базе единой вычислительной сети.
- Подробности разрабатываются в один момент с оснасткой и технологическими процессами, а не вписываются в заданные производственные рамки
Для самые сложных элементов употребляется разработка стремительного прототипирования — стереолитография. Производственная база включает в себя литейное, сварочное производство, механическую (5−6-координатные машинообрабатывающие центры), термическую обработку, обработку металлов давлением, инструментальное производство
Два умелых экземпляра ближнемагистрального авиалайнера «Сухой» Superjet (SSJ100) 30 марта — 1 апреля этого года совершили успешный перелет из Комсомольска-на-Амуре в подмосковный Жуковский. Данный долгий полет показал, что его двигатели и самолёт SaM146 готовы к серийному производству.
Новейший турбовентиляторный двигатель SaM146 разрабатывается русским предприятием НПО «Сатурн» и французской компанией Snecma на равноправных началах, с равным участием в рисках, доходах, производственном процессе и исследованиях. Условно обязанности сторон возможно поделить так: французы отвечают по большей части за внутренний контур двигателя — компрессор и турбину большого давления, камеру сгорания, трансмиссию, и летные опробования. На НПО «Сатурн» производятся подробности внешнего контура, от которого сильно зависит удельный расход горючего и КПД двигателя, и финальная сборка двигателя и мотогондолы.
Помимо этого, как раз Россия несёт ответственность за проведение наземных опробований двигателя, а также программы сертификации по последним русским и европейским стандартам. Мы посетили испытательный комплекс НПО «Сатурн», складывающийся из трех закрытых стендов на территории завода и неповторимого открытого стенда в Полуеве Ярославской области. О работе единственного на европейском континенте и самого современного в мире открытого испытательного стенда нам поведал глава испытательного корпуса Роман Владимирович Любимов.
Вопреки опасности и ветру
Бессчётные стендовые опробования — это обязательный атрибут процесса создания нового авиационного двигателя. Большая часть из них (силовые параметрические опробования, оценка аэродинамических и тяговых черт, работоспособность вспомогательных систем и системы управления, опробования вибрационных и экологических параметров, долгие циклические тесты) проходят на трех закрытых стендах, находящихся в помещении испытательного цеха.
Открытый стенд рекомендован для самые экстремальных тестов, сопряженных с опасностью разрушения как двигателя, так и самого стенда. Это в первую очередь все забросы (льда, града, птицы) и опробование на удержание и обрыв лопатки вентилятора. Проведение таких тестов на закрытых стендах может закончиться пожаром, разрушением близлежащих помещений и людскими жертвами.
Еще одна эксклюзивная функция открытого стенда — звуковые опробования, проведение которых вероятно лишь далеко от населенных пунктов. «Раньше открытый испытательный стенд был в Англии, но он размешался через чур близко к городу и исходя из этого был закрыт, — говорит Роман Владимирович, — так что отечественный комплекс сейчас единственный на европейском континенте. Один открытый стенд находится на территории США и еще один строится в Канаде при участии компаний General Electric и Pratt & Whitney».
Испытательный комплекс — это сложный промышленный объект, расположенный на удалении 27 км от ближайшего города Рыбинска и 4 км от ближайшего населенного пункта Полуева. Для работы оборудования нужно электричество, исходя из этого к стенду подведена выделенная ЛЭП с отдельной подстанции. Для питания испытуемого двигателя требуется целое топливное хозяйство, а также хранилище и насосные установки на 180 м³ топлива.
Двигатель запускается посредством сжатого воздуха, создаваемого на компрессорной станции. Кабина управления находится в 100 м от стенда, дабы предохранить людей от обломков, в случае если что-то отправится не так. Среди неповторимого спецоборудования комплекса — установка для имитации ветра.
12 замечательных вентиляторов способны создавать воздушный поток со скоростью от 3 до 25 м/с, наряду с этим расход воздуха может быть около 500 кг/с. Антитурбулентный экран разрешает проводить опробования в любую погоду совершенно верно по расписанию. Блокирование ветра особенно принципиально важно для звуковых опробований, в которых важную роль играются чувствительные к мельчайшему колебанию воздуха микрофоны.
История испытательной площадки в Полуеве началась 40 лет назад с работы над сверхзвуковым авиалайнером Ту-144. Современный комплекс был открыт в марте 2007 года. Первые запуски были посвящены отладке и испытаниям самого стенда.
Для них употреблялись двигатели, уже отслужившие собственный срок на пассажирских самолетах. Помимо этого, на стенде отработали три так называемых двигателя соответствия. Дело в том, что на закрытых стендах двигатели не развивают собственной номинальной тяги из-за неизбежной утраты энергии воздушного потока, что должен проходить по замкнутому циклу. Лишь открытый стенд демонстрирует правдивые показатели.
Исходя из этого в следствии процедуры эталонирования (опробования двигателей соответствия на открытом и закрытых стендах) были созданы особые поправочные коэффициенты для закрытых площадок.
Ливень из пипетки
Автобус заезжает на широкую бетонированную площадку, имитирующую взлетно-посадочную полосу аэропорта, и мы видим один из опытных образцов SaM146 в окружении железных лесов, подъемных устройств, видеокамер и осветительных приборов. Двигатель подключен к топливной магистрали, опутан дренажными шлангами и кабелями. Его бессчётные контрольные термопары подключены к противопожарной совокупности стенда. Подобная совокупность устанавливается и на сам самолет.
В воздухозаборник, совершенно верно в одну из лопаток вентилятора, прицелилась особая пушка. SaM146 всецело подготовлен к сертификационным опробованиям на заброс града и льда.
Опробования на преодоление облака града самый затратны. Это связано с необходимостью вручную изготовить около 14 млн градин диаметром 12 мм и массой ровно 1 г — как раз такие параметры града прописаны в сертификационных документах. Для этого замораживают дистиллированную воду, которая преобразовывается в лед.
После этого лед преобразовывается в снег, что намазывают на пресс-форму. Полученные градины хранят в холодильнике.
За один тест расходуется 400 000 градин. Установка непрерывно подает град со скоростью 192 м/с (691 км/ч), имитируя пролет самолета через грозовое облако длительностью 40−50 с. Часть градин употребляется для инженерных опробований пушки. В Российской Федерации опробования по европейским стандартам проводятся в первый раз, для них разрабатывается новое оборудование.
Пушку НПО «Сатурн» создало совместно со Snecma. Но бoльшая часть запусков (с расходом 7−8 млн градин) приходится на отладку режима. Эксперты НПО «Сатурн» выясняют, на какой скорости и в каком режиме работы двигатель возьмёт мельчайшие повреждения при преодолении грозового облака. В будущем эти советы войдут в инструкцию по эксплуатации воздушного судна, которой должны будут безоговорочно направляться пилоты.
Именно на этом режиме проводятся сертификационные опробования, складывающиеся из двух зачетных выстрелов.
Еще один тест, который связан с замерзшей водой, — заброс плитки льда. Имитируется обстановка, в то время, когда на воздухозаборник мотогондолы намерзает лед, кусок которого откалывается и попадает в двигатель. В этом случае российские авиационные правила, обрисованные, например, в документе АП-33 «Нормы летной годности двигателей воздушных судов», были более строгими, нежели европейские. «Отечественная» плитка весит 300 г, европейская же — втрое легче.
Сертификационный заброс проводится два раза, наряду с этим оба раза плитка обязана на скорости 192 м/с врезаться в заблаговременно определенную и размеченную лопатку вентилятора. Наряду с этим двигатель обязан всецело сохранить работоспособность.
Пернатым храбрецам слава
В ответ на вопрос: «А что представляют собой испытания на заброс птицы?» — Роман Владимирович жадно посмотрел назад и спросил, нет ли среди присутствующих журналистов воинствующих «зеленых». Требование о сохранении работоспособности двигателя при попадании птицы существует в далеком прошлом, но современные европейские правила четко регламентируют небольшие подробности этих опробований.
В частности, птицы делятся на небольших, средних и больших, с каждым видом двигатель будет знакомиться по отдельности. К примеру, «средняя птица» имеет массу тела 700 г. «Птица должна быть полностью здорова, перед тем как будет умерщвлена с целью проведения опробований, — говорит Любимов. — Кроме того, перед помещением в камеру пушки каждую птичку ожидает рентгеновское обследование — это необходимо, дабы убедиться в целостности ее скелета и отсутствии каких-либо посторонних включений». Бройлеры из магазина не подойдут: птичка должна быть целой, не ощипанной, комнатной температуры.
Всего для сертификации и инженерных испытаний стенда пригодится 70 птиц. Эксперты НПО «Сатурн» уже сделали вывод, что на роль «средней птички» оптимальнее подходят чайки. Добыты они будут максимально добрым методом — посредством охотхозяйств и экологов, каковые регулируют численность популяций пернатых.
Ближе к окончанию программы сертификации SaM146 ожидает самый экстремальный тест — опробования на обрыв лопатки вентилятора. На одной из лопаток будет закреплен пиротехнический заряд, что сработает по окончании выхода двигателя на штатный высокооборотный режим. Лопатка — это железная подробность, которая движется с огромной скоростью и имеет большую кинетическую энергию.
О сохранении работоспособности двигателя при ее обрыва не может быть и речи, наоборот — дорогостоящий механизм, вероятнее, будет уничтожен. Опробование считается успешным при соблюдении двух условий: в случае если наряду с этим не появится пожара и в случае если все обломки двигателя останутся в мотогондолы без риска повредить крыло либо фюзеляж самолета. А сама по себе утрата одного из двигателей для современного воздушного судна не страшна.
Курс на экспорт
До тех пор пока данный материал подготовился к печати, опытные образцы двигателя SaM146 прошли бoльшую часть сертификационных опробований на закрытых стендах, и опробования на заброс ледяной града и плитки. В мае-июле настанет очередь смелых птичек. К концу лета НПО «Сатурн» собирается завершить сертификацию для SaM146, включая опробования на акустические лопатки тесты и обрыв вентилятора.
В Российской Федерации столь широкая испытательная программа, вобравшая в себя все внутренние и европейские технические нормативы, проводится в первый раз.
Успех этих тестов серьёзен не только для проекта SaM146, что в далеком прошлом признан приоритетным на уровне глав кабинетов министров России и Франции, но и для самого стенда. Универсальная площадка в Полуеве запланирована на опробования авиационных двигателей с тягой до 23 000 кгс. SaM146 с его 7945 кгс — только первая ласточка.
Ожидается, что открытый стенд в Ярославской области станет стратегически серьёзным объектом в масштабах всей авиастроительной отрасли в Европе. Так что в случае если заходит обращение о возможности русского экспорта наукоемких разработок — вот хороший пример.
Номера реинкарнаций
- На моторах последнего поколения лопатки вентилятора сделаны съемными, исходя из этого сейчас столкновение с птицей либо отколовшейся льдинкой не влечет за собой замену дорогого вентилятора в сборе
Для прохождения сертификационных стендовых опробований на НПО «Сатурн» подготовлено восемь двигателей. Любой из них обозначается номером из двух цифр, к примеру 2.1 либо 5.3. Первая цифра обозначает номер экземпляра, вторая — номер сборки.
Дело в том, что по окончании некоторых опробований двигатель просто не может остаться невредимым. К примеру, по окончании заброса ледяной плитки он возвращается на завод и проходит процедуру дефектации. Эксперты шепетильно изучают не только деформированную лопатку, на которую пришелся удар, но и другие повреждения.
Двигатель выбирают, и ему присваивается порядковый номер сборки — это и имеется вторая цифра. Всего для восьми подопытных двигателей запланировано 26 переборок.
Powerjet SAM146 в разрезе
Главный модуль бустера и вентилятора: 1) бустер и Вентилятор 2) Центральный привод № 1 и № 2 3) Опора подшипника и подшипник № 3 4) Промежуточный корпус
Главной модуль газогенератора: 5) Ротор КВД 6) Передний статор КВД 7) Задний статор КВД 8) Корпус камеры
сгорания 9) Жаровая труба камеры сгорания 10) СА ТВД
11) Ротор ТВД 12) СА 1-й ступени ТНД
Главный модуль ТНД: 13) ТНД 14) Вал ТНД 15) Задняя опора ТНД 16) Промежуточный редуктор 17) Запасной коробка приводов
Совокупность выброса: 18) Смеситель 19) Центральное тело
А судьи кто?
Внутренние российские нормативы и сертификационные процедуры основываются на Авиационном регистре Международного авиационного комитета (АР МАК). Комитет был создан двенадцатью странами бывшего СССР в первой половине 90-ых годов двадцатого века на основании «Соглашения о гражданской авиации и об применении воздушного пространства». С позиций сертификации SaM146 самый важным документом Регистра являются «Нормы летной годности двигателей воздушных судов» АП-33.
Источником интернациональных норм помогает Интернациональная организация гражданской авиации ICAO, созданная ООН во второй половине 40-ых годов двадцатого века. На данный момент самые строгими ограничениями ICAO считаются нормы эмиссии и экологические нормативы шума.
Все под контролем
Очевидно, рядом с трудящимся двигателем не смогут пребывать люди. Прецизионное управление подачей горючего, смазки, электропитания и воздуха оператор осуществляет из кабины управления, визуально замечая двигатель на видеомониторе. Совокупность оснащена защитой по отдельным критическим параметрам: в случае если двигатель переходит в страшный режим работы, опробования останавливаются машинально.
Работа двигателя может контролироваться по 1500 параметрам в один момент, причем телеметрия в реальном времени передается не только оператору, но и на рабочие места всех заинтересованных лиц (конструкторов, клиентов) с возможностью корректировок. Опробования смогут проходить на нескольких стендах в один момент, наряду с этим свободные измерительные каналы одного бокса смогут быть задействованы на втором.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№80, июнь 2009).
<
h4>