Михаил Гордин: в России идёт активная работа над созданием гибридного авиадвигателя

О том, когда штатские лайнеры начнут летать на гиперзвуке, как из автомобильного двигателя сделать авиационный и когда самолеты малой авиации получат российские поршневые двигатели, в интервью обозревателю РИА Новинки Алексею Паньшину рассказал генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П.И. Баранова Михаил Гордин.

— Михаил Валерьевич, на «Гидроавиасалоне-2018» было подмахнуто соглашение с АО «УЗГА» (Уральский завод гражданской авиации) о возрождении производства отечественных двигателей для малой и учебно-тренировочной авиации. Когда эту работу планируется раскатать? Какие роли в ней осуществляют ЦИАМ и УЗГА?

— Давайте всё же немного скорректируем — не производство, а создание. Производство — это уже вещь серийная, а создание включает в себя этап опытно-конструкторских трудов (ОКР), создание опытных образцов, и только потом переход к серии. Дело в том, что УЗГА последние несколько лет активно смотрит в сторону малой авиации. Соответственно, они зачислили решение расширить зону своего интереса в сфере поршневых двигателей, которые являются основными силовыми установками для малой авиации. Разумеется, газотурбинные установки в этом сегменте тоже есть, но рынок поршневых гораздо шире.

Что касается ЦИАМ, то он 88 лет назад начал с поршневых авиационных двигателей, то кушать вся история российского и советского поршневого двигателестроения начиналась и продолжается в ЦИАМ. Мы эту тему не бросали: благодаря заказам, которые нам давало государство, выполняли научно-исследовательские труды (НИР), делали демонстраторы поршневых двигателей разных типоразмеров. На сегодняшний день в институте накоплен достаточный научно-технический задел (НТЗ), на основании которого можно прочертить опытно-конструкторские работы. Как научно-исследовательский институт мы занимаемся НТЗ, научным сопровождением и практически не проводим ОКР, а в УЗГА заинтересовались этим вопросом.

— Сейчас в России некто занимается такими силовыми установками?

— Есть ряд небольших компаний. В основном это те, кто делает небольшие летательные аппараты. Во всех таких работах в России мы участвуем, так как ЦИАМ задействован в испытаниях авиационных двигателей и, помимо этого, выдаёт экспертные заточения на их сертификацию. На данном этапе УЗГА, пожалуй, самый мощный игрок из всех, с кем нам приходилось работать по этому направлению. Однако для серийного производства необходим приличный спрос. Мы его видим, сейчас достаточно много иностранных двигателей, которые нужно замещать. По сравнению с Западом в России в области поршневых двигателей наблюдается крах. По разным причинам ничего в этой области фактически не производится, поэтому конструирование самолётов для малой авиации происходит на базе двигателей иноземного производства. Как только сделаем отечественные силовые установки, наши самолёты станут летать на них.

— А как же ОДК? Они же у нас основные двигателисты.

— ОДК не видит себя в сегменте поршневых двигателей и, в принципе, верно делает, так как у них свой сегмент — большие силовые установки. Они осознанно следуют своей стратегии. Молодцы. В России сложилась ситуация, когда поршневыми двигателями для небольшой авиации занимаются все и никто, как это ни парадоксально звучит.

— Каков статус этой работы сейчас? Подписали соглашение, а что дальше?

— Мы договорились, что ЦИАМ и дальней продолжит заниматься научно-исследовательскими разработками, а УЗГА будет проводить опытно-конструкторские работы, создавать образцы. В настоящее время формируются технические задания на разработку конкретных образов двигателей, которые необходимо создавать. У нас сейчас есть демонстратор двигателя небольшой мощности, и на его базе УЗГА планирует запускать ОКР, чтобы сделать вначале опытный, а потом уже серийный двигатель для воздушных судов малой авиации, прежде всего для беспилотников. Это первая масштабная работа.

— А вторая?

— Итого их три. Что касается второй работы, то могу сказать, что у нас сейчас заключён контракт с Минпромторгом на проведение работ под шифром «Адаптация», которые подразумевают изыскание методологии превращения автомобильного двигателя в авиационный. Мы берём двигатель от «Кортежа» и делаем из него авиационный. Закончится эта работа созданием демонстратора. Основная мишень данного проекта — понять, что конкретно нужно поменять в автомобильном двигателе, чтобы на нём полетел самолёт. Идея в том, что автомобильные двигатели крупносерийные, их себестоимость существенно ниже, потому есть возможность сделать относительно дешёвый авиационный двигатель. «Кортеж» мы взяли потому, что это самый современный автомобильный двигатель, который кушать в России. Если всё будет идти по плану, то года через полтора-два этот проект перейдёт на стадию ОКР.

А третья работа, которую мы пытаемся приступить, это НИР, которая через некоторое время, думаю года через два, перейдёт в ОКР по созданию роторного поршневого двигателя мощностью порядка 200 л. с.

— Когда наши аэропланы малой авиации начнут получать отечественные двигатели?

— Думаю, что через два-три года. Это точно не десятилетие. Как я уже говорил, есть задел, по какому можно проводить ОКР. На все это нужно как раз до трёх лет. Если говорить о каких-то новых научно-исследовательских работах, то это 4-5 лет. Рассматриваются различные варианты, это будут как новые двигатели, так и модернизация существующих — за счёт применения новоиспеченных конструкционных материалов и технологий, а также использования современных систем, обеспечивающих работу поршневого двигателя.

— С каких самолётов начнётся работа?

— Размышляю, что обновление начнётся с госавиации — там есть определенные задачи, на которые мы ориентируемся. Это касается как самолётов, так и беспилотников. Что касается всего рынка малой авиации, произнёс бы так: будут двигатели, появятся и самолёты. Конечно, можно говорить о конкуренции с RED на Як-152. Тот же Т-500, безусловно, один из рассматриваемых вариантов, можно посмотреть и иные самолёты. Нужно просто сделать серийный двигатель, понять его стоимость, после чего уже будет ясна полная картина.

— Будете ли вы при проведении НИР ориентироваться на то, что производится за рубежом?

— Безусловно. Вяще скажу: НИР «Адаптация», о которой я говорил ранее, это не наша идея. В Европе есть примеры, когда переделывают автомобильный двигатель в авиационный. Тут кушать свои сложности, и не все согласны с таким подходом, так как авиационные двигатели живут долго, а автомобильные — не очень, поэтому нужно просчитать все условия.

— Не так давным-давно Минпромторг России заказал работу по проектированию гибридного двигателя для перспективных летательных аппаратов. Расскажите, в чем особенности такой силовой установки, необходимы ли такие двигатели и когда они могут появиться в России?

— Это не первый заказ Минпромторга в сфере гибридных авиадвигателей. Не так давно ЦИАМ начал вести НИР «Гибридные силовые установки». Мы создали особое подразделение в институте, которое занимается гибридными и электрическими силовыми установками. Весь мир сейчас движется в сторону применения электричества для создания тяги. Та труд, о которой вы говорите, всего лишь продолжение начатого некоторое время назад НИР. Очень хорошо, что Минпромторг финансирует подобные проекты, так как это реальное создание научно-технического задела. Ведь чтобы сделать двигатель, необходимо в первую очередь иметь НТЗ. Если мы хотим оставаться двигателестроительной державой — одной из пяти, мы должны работать на перспективу.

В мире на данный момент нет ни одного электрического аэроплана, кроме совсем маленьких. Хотя они скорее опытные, чем серийные. Основная проблема электродвижения сейчас — это ёмкость аккумуляторов, поэтому, скорее итого, в ближайшие годы появятся самолёты именно на гибридной тяге. На них будет установлен газотурбинный двигатель, который будет вырабатывать энергию для электромоторов, вертящих винты. Однако прежде чем запускать в серию такие самолёты, нужно понять, как работает эта гибридная силовая установка. В теории схема гибридного двигателя подаёт существенный прирост в топливной и экологической эффективности, но всё это нужно подтвердить на практике. Та НИР, которую мы ведём по заказу Минпромторга, как раз служит для того, чтобы создать демонстратор гибридной силовой установки (ГСУ). Технологии, разработанные и отработанные при создании демонстратора, могут быть использованы при создании ГСУ для самых различных летательных аппаратов, в том числе многороторных.

Особенностью этого проекта является использование электрического двигателя на высокотемпературных сверхпроводниках. Использование сверхпроводимости в перспективе позволит кардинально снизить удельную массу электрического двигателя и повысить его КПД утилитарны до 100%. Российская компания «СуперОкс», один из ведущих мировых производителей высокотемпературных сверхпроводников, сделала по заказу Фонда перспективных исследований электродвигатель мощностью 500 кВт. С самого основы этой работы мы активно сотрудничаем с фондом, обсуждаем требования к двигателю и результаты. Важно, чтобы этот электромотор соответствовал авиационным заявкам. На базе этого двигателя мы хотим создать демонстратор гибридной силовой установки. Если через год, в 2020-м, финансирование продолжится, то мы его испытаем в полёте на летающей лаборатории, постараемся подтвердить конструктивные решения, весовую и топливную эффективность. Если у нас всё выйдет, можно будет говорить о проектировании чего-то более мощного и серьёзного.

— Для каких самолётов могут использоваться такие двигатели?

— Я думаю, что упор будет сделан на региональную авиацию, так как у них небольшие скорости и турбовентиляторные двигатели.

— Так, Ил-114?

— Он всё же тяжеловат. Один из вариантов — Л-410. Не обязательно конкретно он, но что-то похожее по массогабаритным и скоростным характеристикам.

— Как обстоит дело с аккумуляторами для электрических двигателей? Кушать ли проблема с ними?

— Нет никакой проблемы, их просто нет. То есть аккумуляторы, конечно, есть, но с плотностью хранения энергии в 15 раз ниже, чем у керосина. Другими словами, запасти энергию в аккумуляторе будет в 15 раз сложнее, чем в баке с керосином. Именно поэтому сейчас все идут по пути создания ГСУ: пока трудится газотурбинный двигатель (ГТД), вырабатывается энергия, которая питает электродвигатели. Фактически у нас будет однорежимный газотурбинный двигатель и блок батарей. На режиме взлёта энергия будет шагать от ГТД и батарей, а во время крейсерского полёта будет работать только ГТД, заряжая при этом батарею.

— Вы говорили, что участвуете в международном проекте по созданию летательного аппарата на водородном топливе, способного достигать скорости распорядка 7000-8000 км/ч. На какой стадии эта работа?

— Этот проект называется HEXAFLY-INT, им руководит Европейское космическое агентство. Проект длится с 2014 года, и его задача — доказать, что летать на таких двигателях вероятно. Нам нужно подтвердить, что на огромных скоростях авиадвигатель может создать положительную тягу, чтобы летательный аппарат смог преодолеть лобовое сопротивление. Ныне мы уже провели стендовые испытания модуля с соответствующей конфигурацией камеры сгорания и добились того, что при имитации полёта со скоростью, соответствующей числу Маха 7,4, достигнут позитивный аэродвигательный баланс. Соответственно, сама концепция прямоточного водородного двигателя имеет право на жизнь и её можно реализовать непосредственно в демонстраторе. В случае успешных испытаний демонстратора этот тип двигателя можно будет рассматривать как часть комбинированной силовой установки для высокоскоростного гражданского самолёта и многоразовой аэрокосмической системы. Это очень сложная задача. Размышляю, что решение её возможно ближе к 2050-м годам.

— Так как проект международный, в нём принимают участие и европейские ученые. Есть ли препоны с их стороны в связи с санкционной риторикой Заката?

— Нет, ничего подобного нет. Профессионалы друг друга понимают. В целом европейские коллеги нас очень уважают и работают с нами с большим удовольствием. Им даже сложнее, чем нам, так как не у нас с ними проблемы, а у них с нами.

— Над какими ещё двигателями грядущего в настоящее время ведётся работа?

— Возможности для совершенствования традиционных ГТД для дальне- и среднемагистральных пассажирских самолётов ещё не исчерпаны. Сейчас битва идёт буквально за любой процент веса и эффективности. Улучшения характеристик можно достичь за счёт использования конструктивных решений и применения новейших материалов и технологий — композитов, жаропрочных суперсплавов, 3D-печати. Это первое курс конструкторской мысли в области авиационного двигателестроения. Второе — внедрение прорывных технологий, например электроэнергетических. Третье — создание высокоскоростного воздушного транспорта с гиперзвуковой крейсерской скоростью.

Труды по всем трём направлениям ведутся во всем мире, в том числе и в России, в частности, в ЦИАМ. О некоторых проектах мы уже говорили. А, например, по второму курсу, помимо уже упомянутой гибридной силовой установки, в ЦИАМ ведутся работы по созданию электрической силовой установки (СУ) на базе водородных топливных элементов для легковесного пилотируемого самолёта. Такая СУ сможет обеспечить самолёт электроэнергией в полёте и на земле и позволит уменьшить вредные выбросы. В следующем году желаем испытать самолёт на водородных топливных элементах — пока маленький, двухместный.

— Недавно компания «Туполев» сообщила, что завершает предпроектные работы по сверхзвуковому пассажирскому лайнеру. Вы участвуете в этой труду в части проектирования силовой установки?

— Они прорабатывают разные варианты того, как это можно реализовать. Что касается двигателей, то с ними проблема, так как у нас под этот аэроплан подходит только один — это НК-32. Но он по уровню шума не пройдёт. Для демонстратора он годится, а для пассажирского самолёта его использовать не получится, так как он создавался совсем для иных задач. Мы помогаем, чем можем, но решение окончательное принимают они, мы только на подхвате, что называется.

Двигателем для такого самолёта необходимо заниматься. Сейчас шагает НИР «Перспектива», часть которой как раз покрывает область знаний, касающуюся таких двигателей, но, как мне кажется, государство должно вкладывать больше инвестиций в эту работу, это необходимо для успешной реализации проекта по созданию сверхзвукового пассажирского самолёта.

Хорошо было бы открыть НИР по созданию демонстратора такого двигателя, мы бы смогли его спроектировать. Лишь имея научно-технический задел, проверив и отработав все технологии, можно добиться успеха и создать качественный двигатель.

— А у наших западных коллег кушать такие двигатели?

— Созданных конкретно под гражданский самолёт — нет. Есть конвертированные из военных силовых установок, но не ясно, пройдут ли они тесты на шум.