Что такое производство авиационных двигателей

Что такое производство авиационных двигателей

Эксперт » A viation EX plorer»

Самолет ЛМС-901 «Байкал» на авиасалоне МАКС-2021

Изначально Уральский завод гражданской авиации (УЗГА), который располагается в Екатеринбурге, занимался ремонтом вертолетных двигателей. Это был один из крупнейших заводов в Советском Союзе по ремонту двигателей и главных редукторов. Кроме того он занимался ремонтом самолетных двигателей для Ту-154, которые, к слову, летают до сих пор. Позже предприятие стало отходить от ремонта исключительно авиационных двигателей и начало занимался ремонт газоперекачивающих установок, которые, как известно, производятся на основе самолетных двигателей. Затем завод стал заниматься сборкой и производством малых воздушных судов и в течение последних 10 лет превратился в предприятие, которое разрабатывает и производит самолеты и двигатели.

Сегодня УЗГА это динамичное и быстрорастущее предприятие. С 2016 года компания выросла в два раза, а за 10 лет примерно в 7 раз. Завод состоит из нескольких производственных площадок. Исторически главная площадка находится в екатеринбургском аэропорту Кольцово. Здесь производятся двигатели, детали двигателей и их ремонт. Рядом с аэропортом находится площадка, где эти двигатели испытываются. Третья площадка — Арамиль, где располагается сборочное производство самолетов и производство некоторых компонентов. Кроме того, имеется дочернее предприятие «ЛКТ», располагающееся в Подмосковье, на котором производятся компоненты для авиационных вертолетных двигателей.

Большую часть предприятия составляет инженерный центр, созданный в 2017 г., в котором разрабатывается новая авиационная техника. Подразделения инженерного центра размещены в городах, которые располагают необходимым кадровым потенциалом. Это Москва, Казань, Санкт-Петербург, Таганрог и ещё несколько локаций. В настоящее время инженерный центр работает над линейкой из семи летательных аппаратов и ведет 20 конструкторских работ различной тематики. В целом все подразделения УЗГА насчитывают более 4300 сотрудников.

Таким образом, сейчас завод состоит из трех дивизионов: Двигательный дивизион, Самолетный дивизион и Инженерный центр. Такая структура отражает 3 основные сферы деятельности предприятия. «Хочется отметить, что наше предприятие за беспрецедентно короткий срок перешло от завода, который являлся ремонтным все свое историческое прошлое, сначала к сборке самолетов и авиационной техники из компонентов, а затем и за столь же короткий промежуток времени к разработке авиационной техники. И это мощный скачок, который произошел всего лишь за последнее пять-семь лет», — говорит исполнительный директор АО УЗГА Сергей Федоров.

Производство самолетов L-410 на площадке Арамиль

Предприятие продолжает развивать все те компетенции, которыми располагает, а также формирует новые, которые находятся на начальном этапе освоения. Большой потенциал роста завода видится в сфере малой, региональной и беспилотной авиации. Производимые сегодня и перспективные продукты это: самолет L-410 различных модификаций для разного рода нужд и заказчиков; производство, доработка и модификация учебно-тренировочного самолета Diamond-42; 9-местный самолет ЛМС «Байкал», который придёт на замену Ан-2; ТВРС — 44-местный самолет на замену Ан-26; новый учебно-тренировочный самолет УТС-800.

Самолет УТС-800 на Армия-2021, фото Владимира Карнозова

В части двигателестроения ключевым проектом является разработка двигателя ВК-800, который должен встать на основные разрабатываемые предприятием самолеты: L-410, ЛМС и на УТС. УЗГА заявляет, что пытается выстроить вертикальную интеграцию, чтобы иметь возможность контролировать цепочки поставок и быть уверенными в том, что кооперанты не подведут. «Наша компания стремится стать лидером в разработке и производстве самолетов для малой и региональной авиации, а также учебно-тренировочных самолетов. Для повышения эффективности бизнеса мы ведем вертикальную интеграцию по основным агрегатам и системам, включая производство двигателей, БРЭО, систем управления и связи», — рассказывает Сергей Федоров.

Модель самолета ТВРС- 44 на стенде УЗГА форума «Армия-2021», фото Владимира Карнозова

По своему историческому профилю деятельности завод осуществляет ремонт и обслуживание авиационных двигателей ТВ2-117, ТВ3-117, ГТД-350, главных редукторов ВР-8А, ВР-14, ВР-24, которые применяются на вертолетах Ми-2, ­Ми-8, Ми-17, Ми-24, а также ремонт двигателей НК-12СТ, НК-16СТ и ПС-90 ГП-2, предназначенных для газоперекачивающих агрегатов. За год дивизионом было отремонтировано около одной тысячи единиц техники.

В 2020 году объем выручки предприятия составил 25,2 млрд рублей. Практически половину доходов составляет выручка от производства самолетов — около 13 млрд. Она сформировалась за счет реализации программ производства, в том числе пассажирского самолета L-410 и учебно-тренировочного DA-42. Опытно-конструкторские работы, которые оплачиваются заказчиком, принесли предприятию 3,6 млрд рублей. Также значительную часть доходов составляет традиционная деятельность предприятия: ремонт двигателей — порядка 6 млрд, и двигателей большой тяги — свыше 1 млрд. Газоперекачивающие установки (НК-16, НК-12) обеспечили 1,7 рублей поступлений.

Этот результат демонстрирует, что УЗГА становится авиастроительным предприятием, прошедшим несколько этапов большого пути: от авиаремонтных работ к лицензионному производству авиационной техники, а затем – к ее самостоятельному проектированию и выпуску. Прогноз выручки на 2021 год – свыше 30 млрд рублей. Этот рост будет обеспечен прежде всего за счет развития дивизионов «Самолеты» и «Инженерный центр». На 2021 год запланирован объем инвестиций в развитие производства в размере — 5,8 млрд. руб. Общий объем капитальных вложений до 2030 года составит 11 млрд рублей.

«У нас есть планы по расширению производства, мы их сформировали и утвердили. Наш партнер «Титановая долина» особая экономическая зона, где располагаются наши самолетные производственные площади, отработало вместе с нами, я считаю на твердую «5». Мы согласовали проектирование и старт всех работ, связанных с началом строительства новых производственных площадей — это 11-тысячник для сборки одного типа самолетов, 18-титысячник для сборки ТВС. «Титановая долина» уже согласовала планы кредитования со Сбербанком и сейчас мы находимся на стадии подписания всех договоров для того, чтобы можно было строить необходимые производственные площади», — рассказывает Сергей Федоров.

Исполнительный директор АО УЗГА Сергей Федоров

Исполнительный директор отмечает: «Мы не хотим делать производство полного цикла. В стране есть много производств, которые специализируются на тех или иных самолетных агрегатах, с которыми у нас установилось тесное взаимодействие. В то же время мы собираемся застолбить за собой производство ключевых элементов. Хотим самостоятельно фрезеровать крыло, делаем БРЭО и иные элементы, которые могут подвергаться изменениям, для того, чтобы сокращать производственные циклы. А все, что можно сделать на иных предприятиях, которые специализируются на производстве различных изделий, мы вовлекаем в широкую кооперацию».

Композитное производство планера самолета DA-42

Одно из таких перспективных и наиважнейших направлений развития компетенций – композитное производство. На площадке Арамиль построено новое проиводство композитного планера самолета Da-42. Также создана дочерняя структура в Ульяновске. И если в Екатеринбурге мелкая серия, и особые специфические процессы, которые диктуются лицензионным соглашением с австрийской компанией, то в Ульяновске работа ведется во взаимодействии с UMATEX, подразделением Росатома, которое занимается производством композитных материалов. Таким образом, УЗГА ориентируется на то, что новые композитные технологии будут основываться на российском сырье.

Производство самолетов DA-42 на площадке Арамиль

В последующих материалах мы более подробно поговорим о продукции предприятия и реализуемых на УЗГА проектах.

Институт № 12 «Аэрокосмические наукоёмкие технологии и производства»

Технология производства и эксплуатации двигателей летательных аппаратов

Кафедра «Технология производства и эксплуатации двигателей летательных аппаратов» (ТПЭДЛА) ведет подготовку специалистов для авиационной и ракетно-космической отрасли более 80-ти лет. Год основания кафедры – 1937 г.

Кафедру ТПЭДЛА возглавляет БОЙЦОВ АЛЕКСЕЙ ГЕОРГИЕВИЧ – заведующий кафедрой ТПЭДЛА (с 2012 года), доктор технических наук, зам. генерального директора по науке Научно-исследовательского института природных, синтетических алмазов и инструмента «ВНИИАЛМАЗ», член совета «Проблемы технического и технологического развития ракетно-космической отрасли и экспериментально-испытательной базы» Госкорпорации «Роскосмос», советник Госкорпорации «РОСТЕХ», ведущий учёный в области технологии прогрессивных технологий производства двигателей летательных аппаратов, физико-механических методов обработки жаропрочных и специальных материалов, специалист в области технологий сложного формообразования и модификации поверхностей, аддитивных технологий; нанесения жаростойких, износостойких алмазоподобных покрытий, сварки трением авиационных материалов

Кафедра ТПЭДЛА является выпускающей и входит в состав Института №12 «Аэрокосмические наукоёмкие технологии и производства» МАИ. В 1946 г. кафедра осуществила первый выпуск инженеров по специальности «Авиационные двигатели». 1951 г. – начало подготовки инженеров по специальности «Ракетные двигатели». 1996 г. – первый в истории МАТИ выпуск магистров по направлению «Авиа- и ракетостроение» со специализацией «Технология производства двигателей летательных аппаратов».

В настоящее время кафедра ведет подготовку и выпуск бакалавров и магистров по направлению «Двигатели летательных аппаратов» со специализацией по профилям «Технология производства двигателей летательных аппаратов» и «Технологии эксплуатации, ремонта восстановления двигателей летательных аппаратов. Также ведется подготовка кадров высшей квалификации в аспирантуре укрупненного направления «Авиационная и ракетно-космическая техника» с направленностью «Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов».

Преподавание общеинженерных и специальных профессиональных дисциплин ведет квалифицированный профессорско-преподавательским составом, имеющим ученые степени и ученые звания, большой научно-педагогический стаж и тесные научно-производственные связи с академическими и производственными организациями аэрокосмической отрасли. Общая численность преподавателей кафедры ТПЭДЛА составляет 25 человек. В том числе 5 профессоров, 10 доцентов. 80 % преподавательского состава имеют ученые степени доктора или кандидата технических наук. Доля молодых ученых и преподавателей до сорока лет составляет более 30 %. К учебному процессу и к Государственной аттестации выпускников привлекаются ведущие деятели промышленности из числа генеральных директоров, главных инженеров, главных металлургов производственных предприятий, а также руководители ведущих научно-исследовательских и академических институтов и лабораторий международного уровня.

Современный облик кафедры ТПЭДЛА складывался на протяжении более 80 лет и в настоящее время включает в область своей образовательной и научно-исследовательской деятельности такие направления, как:

Технология производства авиационных газотурбинных двигателей;

Технология производства ракетных двигателей;

Ключевые технологии перспективных изделий авиационной и ракетно-космической техники, в том числе оборонного назначения; технологии сложного пространственного формообразования деталей, поверхностное модифицирование, упрочнение, функциональные покрытия;

технологическая подготовка производства и испытаний авиационных газотурбинных двигателей, ракетных двигателей и агрегатов космических систем;

Электронное определение изделия и цифровое производство двигателей и изделий аэрокосмической техники, CAD/CAM/CAE/PDM/PLM-системы, эксплуатация, сопровождение и интеграция;

Высокотехнологическое оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ): программирование, специальное оснащение, инструмент;

Техническая диагностика, эксплуатационная надежность и технологии восстановления двигателей летательных аппаратов и энергетических установок;

Испытания и обеспечение надежностей двигателей и агрегатов летательных аппаратов;

Технологический аудит и научно-техническая экспертиза, функционально-стоимостной анализ

В качестве материально-технического обеспечения образовательной и научной деятельности кафедра ТПЭДЛА располагает специальным оснащением:

Натурные экспонаты и объекты аэрокосмического производства. Разрезные макеты авиационных двигателей. Разрезные макеты ЖРД и РДТТ. Препарированные турбонасосные агрегаты, рулевые машины, пневмогидросистемы, узлы и специальные детали ДЛА.

Технологическое оборудование. Станочный парк универсальных, специализированных станков механообрабатывающий станков. Станки с ЧПУ, в том числе MAHO-MH500w. Сварочное, термическое оборудование. Установки для электроэрозионной обработки (ЭЭО) и электроискрового легирования (ЭИЛ) — 2 установки ЭЛФА-731 с ЧПУ. Установка для ультразвуковой обработки. Установка для нанесения покрытий методом КИБ «Булат-3Т». Установка для нанесения покрытий методом магнитронного распыления «Мир-2». Оборудование ультразвуковой очистки. Электрохимический копировально-прошивочный станок. Копировально-прошивочный электроэрозионный и разрезной станки.

Диагностическое оборудование. Стенд для тепловизионного контроля теплообменников. Стенд для калориметрирования конвективно-охлаждаемых деталей в расплаве высокотеплопроводных металлов. Комплект оборудования для оптико-визуальной, вихретоковой, виброаккустической диагностики деталей и узлов двигателей. Специализированные стенды, экспериментальные испытательные системы эксплуатационных характеристик узлов трения и контактирующих поверхностей. Средства технических измерений: Твердомеры, профилографы – профилометры, микроскопы. З-х координатная контрольно-измерительная машина «Инспектор 2в-16»

Вычислительная техника. В учебном процессе задействовано 3 компьютерных класса для проведения лабораторных занятий и курсового проектирования: «Автоматизированные системы технологической подготовки производства»; «Информационные технологии в образовании, науке и производстве»; «Проектирование двигателей летательных аппаратов»; «Теплотехника, термодинамика и теплопередача». Программно-аппаратные комплексы кафедры используют современное программное обеспечение САПР, АСТПП, АСНИ, объединены в локальные сети, оснащены периферийной техникой широкоформатной печати, 3D – печати, имеют выход в Internet. Кабинет сетевого администрирования локальных сетей кафедры оснащен развитым периферийным оборудованием и орг.техникой.

Теоретическое обучение ведется в специализированных лекционных аудиториях кафедры с применением современных мультимедийных комплексов и научно-практических видеоматериалов. Кафедра располагает собственной библиотекой и кабинетом курсового и дипломного проектирования.

Кафедра располагает специализированными учебными и научными лабораториями, оснащенными современным производственно-технологическим, контрольно-измерительным оборудованием, препарированными макетами и наглядными стендами. В их числе:

Конструкция ракетных двигателей

Конструкция воздушно-реактивных двигателей

Технология производства двигателей летательных аппаратов

Упрочняющие технологии и специальные покрытия

Технология электрофизических методов обработки

Технология механической обработки

Многоцелевое оборудование с числовым программным управлением

Сборка двигателей летательных аппаратов

Техническая диагностика авиационных двигателей и теплотехнических систем

Испытания двигателей летательных аппаратов

Теплотехника и газодинамика

Трибология, техническая диагностика и неразрушающие методы контроля

Метрология и современные технические измерения

Информационные технологии и автоматизированные системы технологической подготовки производства

Моделирование сложных технических и технологических систем,

Научно-производственные и промышленные партнеры кафедры

Выпускники кафедры ТПЭДЛА пользуются повышенным спросом в авиакосмической отрасли. Заинтересованность в выпускниках кафедры подтверждает сформированный долгосрочный целевой кадровый заказ ведущих предприятия оборонно-промышленного комплекса страны на специалистов направления «Двигатели летательных аппаратов», подготавливаемых кафедрой. На сегодняшний день заказы от предприятий отрасли превышают номинальный выпуск инженеров в 5 … 6 раз по региону. Доля выпускников, трудоустроившихся по заявкам организаций и предприятий, составляет 90 … 100 %.

Практиканты и выпускники кафедры работают на научно-производственных предприятиях – флагманах авиакосмического машиностроения. Основными потребителями кадров являются: АО Газотурбостроение «Салют», АО ММП им. В.В. Чернышева, АО МПО им. И. Румянцева, НИЦ ЦИАМ, АО НПО «Наука», ММЗ «Вымпел». Существуют, в частности заказы от НИЦ им. М.В. «Келдыша», НПО «Звезда», МАРЗ, РСК МИГ, ГМКБ «Вымпел» им. Торопова, РКК «Энергия», ГКНПЦ им М.В. Хруничева, Московский агрегатный завод «Авангард», НПП ЭГА, НПО Энергомаш, НПО им. С.А. Лавочкина, НПО «Сатурн», МКБ «Факел», НПО «Машиностроение», КБ «Химмаш», МИТ, ФГУП НИИИТ, ФГУП ГПИ и НИИ ГА, ФГУП «Комета», КБТМ, ЦНИИХМ, АО «ОКБ Сухого», БЛМЗ, НИИ Автоматики и другие.

Высокая актуальность на рынке труда профессии инженера-конструктора-технолога по направлению «Двигатели летательных аппаратов» подтверждается тем, что на современном этапе состояния и развития экономики страны сохраняется острая потребность в кадровом обеспечении специалистами, спрофилированными в области технологии изготовления сложной наукоемкой техники. В отношении региона только по предприятиям оборонно-промышленного комплекса потребность в кадрах высшего профессионального образования по направлению «Двигатели летательных аппаратов», специализирующихся в производственно-технологической сфере, оценивается в 200-250 человек в год. Наряду с этим спрос на специалистов высок и в других отраслях промышленности, связанных с проектированием и изготовлением различных технических объектов и систем.

«Салют»: рекордные авиамоторы

Недавно 108-й день рождения отметило одно из старейших в стране предприятий по изготовлению авиадвигателей – Научно-производственный центр газотурбостроения «Салют». Моторы, созданные в его стенах, – это история рекордов отечественной авиации. Двигатели «Салюта» подняли в небо самолет Петра Нестерова и «оживили» его знаменитую «мертвую петлю», они перелетели океан вместе с Валерием Чкаловым, а во время войны придали скорости и маневренности легендарным штурмовикам Ил-2. Сегодня с помощью «салютовских» двигателей летают истребители Су-27 и МиГ-29, предприятие участвует в производстве новейших силовых установок ТВ7-117, ВК-2500, ПД-14.

Вспоминаем историю предприятия и рекордные полеты, которые стали возможны благодаря его продукции.

Время рекордов

19 октября 1912 года в Москве начинает работу небольшое производство авиадвигателей французской компании «Гном-Рон», которое должно было обеспечивать моторами молодую российскую авиацию. В 1915 году из Риги эвакуируется авиамоторный завод «Мотор», а в 1917 году французы строят еще один завод в Москве под названием «Сальмсон». После революции вся авиапромышленность национализируется, и в 1927 году московские авиамоторные предприятия объединяются в завод №24 им. М.В. Фрунзе.

Рабочие механического цеха завода «Гном» и французский инженерный персонал с мотором «Гном» 60 л.с., 1913 год

В 1927 году завод приступает к серийному производству двигателя М-17, на котором в 1929 году бомбардировщик АНТ-4 «Страна Советов» совершил исторический перелет Москва — Дальний Восток — Тихий океан — Нью-Йорк. Во многом благодаря работе завода Советский Союз в короткое время смог получить независимость от других стран в авиастроении.

АНТ-4 «Страна Советов»

В 1930-е годы под руководством главного конструктора А.А. Микулина на заводе №24 выпускается семейство разработанных им моторов марки «АМ». С их помощью поднимались в небо самолеты ТБ-3 (АНТ-6), ДБ-А, АНТ-25, Р-7. На самолетах этих моделей было установлено множество мировых рекордов и совершены уникальные перелеты. Например, в 1937 году команда летчика В.П. Чкалова на самолете АНТ-25 пролетела без посадки по маршруту Москва — Северный полюс — Соединенные Штаты Америки. Американцы были удивлены качеством советского авиадвигателя АМ-34, которому не потребовалось ремонта для обратной дороги. Этот и последующие перелеты стали триумфом всей отечественной авиации и моторостроения в частности.

Цель №2 для немецких авианалетов

Перед самым началом Великой Отечественной войны завод концентрируется на выпуске мощного двигателя АМ-38, который ставился на одноместный штурмовик Ил-2. Это было очень верное решение, так как самолет, прозванный «летающим танком», стал в итоге самым массовым боевым самолетом в истории и сыграл важнейшую роль в захвате превосходства в воздухе во время войны.

Завод №24 в Куйбышеве

С началом войны завод №24 удваивает производство двигателей. О значимости предприятия в 1941 году говорит тот факт, что на немецких картах для бомбовых ударов по Москве оно числилось как цель №2 после Кремля. 15 октября 1941 года завод эвакуируется в Куйбышев, но всего через несколько месяцев, когда враг был отброшен от столицы, производство восстанавливается. Завод получает новый номер 45 и внушительный план – выпустить 800 двигателей за 1942 год. По крупицам воссоздаются цеха, собирается коллектив, и план выполняется.

За годы войны предприятие 19 раз завоевывало почетное Красное знамя Государственного комитета обороны. В июне 1945 года за работу по выпуску авиадвигателей для фронта завод №45 награждается орденом Ленина. Всего за время войны предприятие выпустило 8470 силовых установок.

Авиадвигатели под прикрытием байдарок

В послевоенные годы, когда мир разделился на два противостоящих лагеря, в целях секретности заводу присвоили нейтральное имя «Салют» и организовали производство гражданской продукции: автомобильных двигателей, лодочных моторов, байдарок, весов, мясорубок. Нужно сказать, что благодаря своему качеству эти изделия высоко ценились потребителями, а байдарки «Салют» долгое время были самыми популярными среди советских туристов.

Истребитель МиГ-15 с раскапотированным двигателем ВК-1А

В 1947 году на «Салюте» осваивается производство первого отечественного турбореактивного двигателя ТР-1 разработки Архипа Люльки. С 1948 года под руководством конструктора В.Я. Климова выпускается двигатель РД-45 и его модификации для истребителя МиГ-15, одного из самых массовых реактивных боевых самолетов в истории. 1950 год ознаменовался постановкой в серию климовского двигателя ВК-1 и его модификаций (ставился на самолеты МиГ-15бис, МиГ-17, Ил-28, Ту-114).

Далее были двигатели АЛ-7Ф1, Р-15Б-300, АЛ-21Ф для различных моделей самолетов Су и МиГ. С 1984 года «салютовцы» производят двигатель АЛ-31Ф, устанавливаемый на истребитель четвертого поколения Су-27 – самый распространенный российский самолет в мире. Этот турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажными камерами помог Су-27 поставить ряд мировых рекордов и позволяет выполнять сложнейшую фигуру высшего пилотажа − «кобру».

Современные разработки и цифровое будущее «Салюта»

С 1990-х годов при «Салюте» работает конструкторское бюро, где разрабатываются и модернизируются собственные образцы продукции. Однако конструкторская работа практически всегда дополняла серийное производство предприятия. Стоит вспомнить имена выдающихся конструкторов А.А. Микулина, В.Я. Климова, А.М. Люльки, которые были непосредственно связаны с «Салютом».

В 2015 году «Салют» был преобразован в акционерное общество и вошел в Объединенную двигателестроительную корпорацию. Это позволило предприятию более плотно кооперироваться с отраслью авиадвигателестроения и принять активное участие в работе по созданию новых и модернизируемых изделий. А с января 2019 года предприятие является производственным комплексом в составе АО «ОДК».

Сегодня основная область деятельности Научно-производственного центра газотурбостроения «Салют» − выпуск газотурбинных авиационных двигателей семейства АЛ-31Ф и его модификаций для боевых самолетов Су-27, Су-30, Су-33. Также на предприятии производится двигатель АИ-222-25 для учебно-боевого самолета Як-130 и узлы двигателей РД-33 и его модификаций для семейства истребителей МиГ-29. В кооперации с другими предприятиями ОДК «Салют» ведет работу по производству двигателей семейства ТВ7-117, ВК-2500, ПД-14 и участвует в других проектах.

Двигатель АЛ-31Ф-М2

Кроме авиационных силовых установок «салютовцы» работают и над наземной газотурбинной техникой. Отработавшие свой срок двигатели АЛ-21 с помощью специалистов «Салюта» продолжают свою жизнь в промышленных газотурбинных установках. Они могут обеспечивать теплом и электроэнергией удаленные поселки, предприятия нефтегазодобывающей промышленности. Среди других неавиационных разработок «Салюта» − мусороперерабатывающие и опреснительные установки.

Сегодня производственный комплекс «Салют» АО «ОДК» является предприятием полного цикла, обладает мощным технологическим потенциалом и всеми видами современных производств. Предприятие располагает высококвалифицированными кадрами технологов, конструкторов, инженеров. «Салют» является одним из пионеров в области внедрения цифровых технологи на производстве. В настоящее время на предприятии реализуются проекты по созданию «цифровых двойников» двигателей и по внедрению платформы промышленного интернета вещей с элементами искусственного интеллекта. Система будет отслеживать изготовление двигателей и позволит моделировать их испытания в виртуальной среде. Эти технологии позволят ускорить производство и прохождение испытаний, сократить время цикла разработки, увеличить точность численного моделирования и снизить затраты на проектирование и выпуск изделий производственного комплекса.

Авиационный двигатель и его производство

Главная > Контрольная работа >Авиация и космонавтика

Авиационный двигатель и его производство

Мировой опыт развития авиационного производства свидетельствует, что изготовление авиационных двигателей является наукоемким производством (НП).

Авиадвигателестроение является одной из наиболее наукоемких отраслей с высокой удельной стоимостью продукции. Известно, что стоимость одного килограмма газотурбинного двигателя в сотни раз превосходит стоимость одного килограмма автомобильного двигателя.

Авиационный двигатель можно рассматривать как сложную техническую систему ; непрерывно развивающуюся на протяжении всего жизненного цикла, который включает соответствующие основные этапы (рис. 1.1).

Конструктивно-технологическое совершенствование двигателей осуществляемое, на всех этапах жизненного цикла с целью повышения качества АД, приводит к необходимости непрерывного совершенствования технологических процессов производства.

Увеличение ресурса АД является следствием комплексного подхода к решению проблем повышения ресурса на всех этапах жизненного цикла. В основе комплексного подхода лежит принцип разработки конструктивно-технологических решений на основании стендовых и специальных испытаний по эквивалентно-цикловым программам двигателей, исчерпавших свой ресурс, а также принцип определения живучести отдельных деталей и узлов с эксплуатационными повреждениями. При этом осуществляется системный конструктивно-технологический анализ технического состояния деталей и узлов после отработки заданного ресурса двигателей, снимаемых досрочно, а также деталей и узлов двигателей, находящихся в эксплуатации. Увеличение, ресурса обеспечивается также внедрением метода эксплуатации по техническому состоянию, что приводит к необходимости разработки методов и средств диагностирования основных элементов проточной части двигателя, узлов и деталей, а также состояния его систем.

Например, реализация в производстве мероприятий, направленных на совершенствование конструкции двухконтурного двухвального двигателя НК-86, потребовала разработки 4049 новых технологических процессов, создания 90 единиц оборудования и 410 наименований технологической оснастки [6.8].

Характеристика наукоемкого объекта производства.

Авиационный двигатель как наукоемкий объект производства (НОП) характеризуется следующим признаками [6.2]:

Рис. 1.1. Этапы жизненного цикла АД

1. НОП имеет в своем составе целый ряд взаимосвязанных систем и узлов, обеспечивающих выполнение сложных функциональных задач разной физической природы и принципа действия (рис. 1.2).

В свою очередь системы и узлы состоят из большого количества конструктивно сложных деталей, изготавливаемых из различных материалов. В табл. 1.1 приведены данные о количестве деталей, входящих в конструкции различных двигателей семейства НК.

Количество наименовании деталей

Общее количество деталей

НК-8-2у НК-8-4 НК-86

70947 61228 56282

Эти данные свидетельствуют о больших технических, технологических и организационных сложностях, возникающих при изготовлении наукоемкого объекта производства.

2. НОП является технической системой, непрерывно развивающейся по этапам жизненного цикла, включающего проектирование, изготовление опытного образца, серийное производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию.

Конструктивное совершенствование двигателей осуществляется непрерывно в течение всего жизненного цикла. В основу этого совершенствования положены следующие принципы:

улучшение основных параметров двигателя (тяги, удельного расхода
топлива и т.д.);

повышение ресурса и надежности;

улучшение эксплуатационных характеристик;

повышение коэффициента использования металла и т.д.

Совершенствование конструкции, как правило, проводится по основным узлам и системам двигателя в соответствии со специально разработанными программами.

При этом осуществляется принцип комплексного подхода к конструктивному совершенствованию этих узлов и систем двигателя.

Основными целями совершенствования двигателей по применяемым материалам являются следующие: улучшение параметров рабочих процессов, повышение надежности и ресурса двигателя, улучшение его весовых характеристик. Замена применяемых материалов осуществляется непрерывно и комплексно для всех основных деталей и узлов, определяющих ресурс и надежность ГТД.

Рис. 1.2 Функциональные системы и узлы авиационного двигателя

3. НОП характеризуется высокими значениями параметров рабочего процесса с ужесточенными полями допусков. Применительно к авиационному двигателю — это высокие давления, температуры, скорости рабочего тела в проточной части двигателя, высокая частота вращения роторов и большие уровни вибраций.

При работе авиационного двигателя на различных его режимах детали и узлы подвергаются статическим, повторно-статическим, ударным, циклическим, термическим и термоциклическим нагружениям (рис. 1.3).

Данные воздействия приводят к различным видам повреждений деталей и узлов, которые классифицируются следующим образом: вязкое и хрупкое разрушение, потеря устойчивости, усталостное разрушение, термические трещины и коробления, контактное выкрашивание и износ, коррозия и эрозия (рис. 1.4).

В этих условиях технологические процессы на всех стадиях производства должны обеспечивать такое качество деталей, узлов и систем двигателя, которое исключало бы возникновение при эксплуатации двигателя указанных повреждений.

Все это обусловливает высокие требования к производству НОП, к построению технологических процессов изготовления деталей и узлов двигателя, в которых значительное место должны занимать различного вида технологические испытания.

4. На каждом этапе жизненного цикла НОП решение технических проблем по совершенствованию двигателя опирается на современные достижения науки и техники.

В основу создания нового двигателя с перспективными тягово-экономическими характеристиками закладываются принципы экономии энергии, материальных и трудовых ресурсов. Эти принципы являются определяющими на этапах проектирования и доводки двигателя при выборе его термогазодинамической схемы, параметров рабочего процесса, КПД основных узлов, а также конструктивной схемы. Они распространяются и на методологию доводки.

На этапе серийного изготовления в соответствии с этими принципами стараются обеспечить повышение таких производственно-технологических показателей, как коэффициент использования материала, технологичность конструкции и другие при одновременном снижении трудоемкости изготовления деталей и узлов, сборки и испытаний. Эти принципы должны обеспечивать также простоту и надежность эксплуатации двигателя.

5. В процессе создания НОП используются современные экспериментально-доводочные комплексы. Так, при конструкторско-прочностной отработке деталей и узлов авиационного двигателя эти комплексы обеспечивают проведение испытаний, наиболее полно имитирующих действующие нагрузки.

Рис. 1.3. Схема видов нагружений деталей и узлов двигателя

Рис. 1.4. Схема видов повреждений деталей и узлов двигателя

Газодинамическая и параметрическая доводка компрессоров и турбин проводится с использованием целого ряда установок автономной доводки, а также их испытания в составе полноразмерных двигателей. Так, доводка каскада вентилятора и гондолы проводится на установках, обеспечивающих автономные испытания вентиляторов, а также их испытания в составе полноразмерного двигателя.

При этом экспериментально-доводочные комплексы оснащаются современным контрольно-измерительным оборудованием и автоматизированными системами испытаний.

Многие вопросы прочностной и параметрической доводки НОП решаются в сотрудничестве с научно-исследовательскими институтами, что свидетельствует о наукоемкости процесса создания НОП и значительной организационной сложности.

6. Одной из характеристик НОП является материалоемкость. Коэффициент использования материала (КИМ) является одним из основных показателей, характеризующих конструктивное совершенство, технологичность двигателя и уровень его производства. Высокий коэффициент использования материала в основном определяется технологичностью конструкции, которая отрабатывается на этапах эскизного, технического и рабочего проектирования, а также серийного производства.

Например, в конструкции двигателя НК-86 используются различные материалы 85 наименований. Это предъявляет высокие требования к производству и применяемым технологическим процессам, оборудованию, инструменту.

Параметры рабочего процесса НОП, конструкция деталей и узлов, а также используемые для их изготовления материалы непрерывно совершенствуются. Например, в процессе жизненного цикла в конструкцию двигателя НК-8-4 было внесено более 130 изменений и заменено около 20 наименований материалов.

Одним из показателей, характеризующих НОП, является экологическое совершенство. Применительно к авиационному двигателю — это выполнение требований международных норм по уровню шума и эмиссии вредных и загрязняющих веществ в атмосферу.

Примером экологического совершенствования двигателя является использование криогенного топлива (сжиженного природного газа или жидкого водорода).

Непременным условием для НОП является его сертификация на соответствие принятым международным нормам по надежности, ресурсу, экологичности и экономичности.

Контрольные вопросы к лекции 1.

Основные этапы жизненного цикла АД?

Чем характеризуется АД как наукоемкий объект производства?

Основные функциональные системы и узлы АД?

Виды нагружений деталей и узлов АД возникающие при его эксплуатации?

Виды повреждений деталей и узлов АД возникающие при его эксплуатации?