Дизель можно часто увидеть под капотом автомобиля, очень часто - в двигательном отсеке танка или корабля, почти всегда – на железнодорожном локомотиве. Но вот в авиации он всё ещё явление весьма редкое. Почему же так получилось?
Начало
Если не «золотой век» авиационных дизелей, то период увлечения ими пришелся на время между двумя мировыми войнами. Ими занимались в США, в России, во Франции, в Италии, в Великобритании... Однако особенно активными и упорными были немцы. Это легко объяснимо – Германия не имела «свободного доступа» к нефти, и экономичность двигателя была для авиации страны весьма важным фактором.
Наибольших успехов добилась фирма «Юнкерс», которая занималась созданием авиационного дизеля в течение двадцати лет. Лучшим детищем компании стал двигатель Jumo 205 и его модификация – модель 207. Выдававший под тысячу лошадиных сил двигатель был тяжеловат – 865 кг (для сравнения: работающий на бензине советский М-62 при той же мощности весил всего 560 кг). Зато расход топлива Jumo 205 составлял 0,2 кг/кВт*час, а «недизельный» мотор имел аппетит в два раза больший.
Большой вес в сочетании с малым расходом топлива определили сферу применения дизелей – на истребители им дороги не было. Заметный выигрыш за счёт экономичного двигателя могли получить только дальние бомбардировщики и разведчики. Например, в СССР авиационные дизеля конструкции Чаромского использовались именно в авиации дальнего действия – на Пе-8 и Ер-2.
Немцы использовали дизеля и на гражданских самолётах, но там негативным фактором стала относительно высокая стоимость двигателя. Не всё было хорошо и с надёжностью. В общем, триумфа не получилось, и к середине войны и немцы, и русские фактически поставили на авиационных дизелях крест.
После войны на складах существовал избыток авиационных моторов. Увеличение их ресурса (за счёт отказа от предельных режимов) дало возможность производителям гражданских самолётов при небольших затратах получать «вылизанные» силовые установки. Достаточно вспомнить, что тот же М-62, созданный ещё в 1938 году, под маркой АШ-62ИР летает до сих пор – на Ан-2.
Дальше дорогу дизелям (как, впрочем, и бензиновым моторам) перекрыли турбовинтовые двигатели. При больших мощностях (свыше тысячи лошадиных сил) они имели меньший вес и были куда проще по конструкции, чем поршневые двигатели с вынужденно большим числом цилиндров. Малая авиация «по инерции» летала на бензиновых двигателях. Нефть была недорогой, и большой расход керосина или стоимость авиационного бензина не особо заботили авиакомпании и владельцев малоразмерных самолётов.
Второе пришествие дизелей
Именно рост цен на нефть спровоцировал изменение status quo в авиационном моторостроении. Стоимость авиационного бензина стала «кусаться». Мотористы ответили на это двумя действиями. Во-первых, появились двигатели, работающие на автомобильном бензине. Да, их удельные характеристики стали чуть похуже, но зато затраты на приобретение топлива стали меньше, да и проблем с обеспечением заправки поубавилось. Вторым направлением борьбы с дороговизной горючего стали попытки вернуть в авиацию дизельные двигатели. При этом в качестве топлива подразумевается использование не только привычной солярки, но и авиационного керосина.
Решение это неоднозначно. Дело в том, что для керосина не стандартизировано так называемое цетановое число. Оно характеризует воспламеняемость топлива в двигателе, работающем по циклу Дизеля. Чем выше цетановое число, тем меньше времени проходит между впрыском топлива в цилиндр и его воспламенением. С ростом цетанового числа характер горения топливной смеси улучшается – оно становится более равномерным и «плавным».
Естественно, что при использовании авиационных керосинов в турбореактивных двигателях цетановое число не имеет значения – там топливо подается из форсунок в камеру сгорания непрерывно. Однако нестабильность воспламенения усложняет задачу, стоящую перед создателями «керосиновых» дизелей. Решение этой проблемы требует разработки «умных» электронных систем управления двигателем.
Вторым недостатком керосина являются его, мягко говоря, не слишком хорошие смазочные свойства. Это ужесточает условия работы агрегатов топливной системы – одного из важнейших компонентов дизеля. Несмотря на эти проблемы, керосин весьма популярен у разработчиков современных авиационных дизелей. Широкое распространение ТРД и ТВД, в том числе и на малоразмерных самолётах и вертолётах, гарантирует заправку керосином на любом аэродроме – а вот про соляру или про авиационный бензин этого не скажешь.
Тернистая дорога в небо
В принципе, современные технологии позволяют справиться с проблемами, возникающими при создании авиационных дизельных двигателей. Однако их разработчики не всегда в состоянии решить эти проблемы. И основной из них является надёжность.
Например, немецкая компания Thielert Aircraft Engines выпустила на рынок неплохой двигатель, но его «вспомогательные» системы были не слишком надёжны. В сочетании с рискованной политикой получения кредитов это привело к тому, что в 2008 году компания обанкротилась. После реорганизации продажа дизелей перешла под бренд Centurion, но пока компании, несмотря на большое количество выпущенных двигателей, удалось лишь выйти из зоны убытков.
Не слишком популярен на рынке двигатель SR305-230, который создаёт французская SMA Engines (дочернее предприятие группы Safran). Первый полёт этого дизеля, установленного на самолёт TB-20, состоялся ещё в 1998 году. Однако лишь через 13 лет разработчикам удалось подтвердить ресурс между капитальными ремонтами в 2000 часов. Пока SR305-230 в основном устанавливается лишь на самолёты, проходящие капитальный ремонт. Для поставок в сборочные цеха его закупают не слишком активно. По состоянию на середину прошлого года, в небо поднималось порядка сотни французских дизелей.
Один из законодателей мод в области авиационного моторостроения – компания Teledyne Continental Motors (TCM) – в начале 2008 года объявила о намерении быстро разработать и сертифицировать дизель мощностью 300 л.с. На это отводилось два года. Однако всё ограничилось покупкой лицензии на всё тот же SR305-230. При этом выяснилось, что французский дизель весьма чувствителен к температуре наружного воздуха, так что инженерам TCM придётся решать эту проблему. Как бы то ни было, получивший новое имя TD-300 четырёхцилиндровый оппозитный дизель пока ещё не имеет сертификата типа Федеральной авиационной администрации США (FAA), и до статуса бестселлера ему далеко.
Интересно, что в декабре прошлого года корпорация Teledyne заключила договор о продаже TCM китайской компании Technify Motors (подразделению государственного аэрокосмического холдинга AVIC). В заявлении сторон отмечалось, что деньги от этой сделки пойдут на развитие дизельных программ TCM с поставками как на китайский, так и на мировой рынок.
Компания Austro Engine, совладельцем которой является набирающий популярность производитель лёгких самолётов Diamond Aircraft, начала разработку авиационных дизелей в 2005 году. В 2009 году был получен сертификат типа EASA на двигатель AE 200, а сейчас в стадии доводки находится обновлённая версия мотора. Несмотря на то, что компания Diamond активно предлагает дизельные версии своих самолётов DA40/42/50, особого ажиотажа среди покупателей это не вызывает. Некоторые специалисты считают, что по своим показателям австрийский дизель уступает французскому.
Неудачи разработчиков авиационных дизелей можно перечислять долго. «Исчезла в никуда» достаточно громко заявившая о себе фирма Diesel Air Limited. На стадии опытного производства застряла британская WAMdiesel. Топчется на месте производство стосильного трёхцилиндрового двигателя Gemini. Третий год тянется сертификация FAA двигателя компании DeltaHawk Diesel...
Создаётся впечатление, что многие компании поспешили «застолбить» перспективную нишу рынка двигателей для авиации общего назначения (АОН). Однако разработчики явно переоценили свои возможности и недооценили уровень проблем, возникающих при создании конкурентоспособного авиационного дизеля.
«Российско-немецкий» дизель
В рядах разработчиков авиационных дизелей пока не слишком заметна компания RED aircraft GmbH. Её основатель, владелец и главный «идеолог» Владимир Райхлин – экс-российский моторист, хорошо известный в мире автомобильных гонок.
При разработке 12-цилиндрового V-образного дизеля RED A03 взлётной мощностью 500 л.с. во главу угла поставлена надёжность. Как отмечает Владимир Райхлин, условия финансирования программы (его осуществляет инвестиционный холдинг «ФИНАМ») благоприятны, и RED aircraft GmbH может работать планомерно, не участвуя в «рыночной гонке» (вспомним о банкротстве компании Thielert).
Неудачи коллег показывают, что применение стандартных решений не позволяет справиться со спектром проблем, присущих авиационным дизелям. Поэтому RED A03 Владимир определяет как «патентоёмкий». Многие узлы двигателя спроектированы на уровне изобретений.
Одним из таких узлов является EECU (Electronic Engine Control Unit – электронный блок управления двигателем), на который в стадии оформления находится патент. Конструкция блока позволяет сочетать высокий уровень отказобезопасности с гибкостью управления, который не может обеспечить механическая / электромеханическая система управления двигателем. В частности, «механика» не даёт возможности оптимизировать работу дизеля при изменяющемся цетановом числе топлива.
Оригинальную структуру имеют системы двигателя – топливная, охлаждения, турбонаддува, электропитания. Все они состоят из двух независимых контуров, каждый из которых обслуживает «свой» блок цилиндров. За счёт этого при отказе одной из подсистем двигатель сохраняет часть мощности, что дает возможность пилоту совершить безопасную посадку.
Без лишнего шума с осени прошлого года идут лётные испытания RED A03. «Платформой» для них является хорошо известный практически всем российским пилотам Як-52. По словам Владимира Райхлина, его компания нашла полное понимание в КБ Яковлева, которое помогло доработать «летающую парту» в летающую лабораторию. Вопреки предсказаниям скептиков, самолёт с новым двигателем практически уложился в существующие ограничения по центровке - даже с учётом испытательного контрольно-измерительного оборудования, установленного под капотом. Устойчивость и управляемость Як-52 / RED A03 по сравнению с базовой машиной не пострадали.
Следует отметить, что RED A03 является самым мощным из находящихся сейчас в эксплуатации и разработке авиационных дизелей. Continental намеревается «нарастить» свой двигатель до шести цилиндров и 350-ти лошадиных сил. Остальные моторы и того слабее.
Поэтому «российско-немецкий» дизель имеет смысл сравнивать с весьма серьёзным соперником – турбовинтовыми двигателями. Например, с PT6A (Pratt & Whitney Canada) – он имеет версии с сопоставимой мощностью. Удельный расход топлива канадского ТВД на крейсерском режиме составляет примерно 350 г/кВт*час, RED A03 – 215–220 г/кВт*час. Если принять мощность, потребную для крейсерского полёта, равной 350 кВт, то при продолжительности полёта один час дизель экономит 45–50 кг керосина.
По данным IATA, средняя цена одного килограмма авиационного керосина сейчас немного превышает один доллар. Это означает, что в сравнении с дизелем ТВД каждый час «выбрасывает в трубу» примерно полсотни USD. Любопытна оценка стоимости владения самолёта с RED A03 и с ТВД, которую независимо друг от друга произвели два производителя лёгкой авиатехники. По их расчётам, при суммарном налёте 10 000 часов (это примерно соответствует назначенному ресурсу легкомоторных самолётов) двигатель Владимира Райхлина позволит «самолётовладельцу» сэкономить 700–800 тыс. долларов.
Не подлежит сомнению, что век авиационного бензина (кстати, этот вид горючего существует примерно сто лет) подходит к концу. Рост цен на нефть и необходимость содержания на аэродроме двух систем снабжения топливом – керосиновой и бензиновой – делают бензин слишком уж невыгодным.
Сколько ещё «продержится» бензин – зависит от разработчиков авиационных дизелей, которые сейчас борются за зарождающийся рынок. Будем надеяться, что команда Владимира Райхлина займёт в этой гонке достойное место.
Источник: http://finam.aero
Категория: Наука и техника |
Просмотров: 9639
| Теги:
| Рейтинг: 0.0/0
Настоящий материал самостоятельно опубликован в нашем мультиблоге пользователем Armator на основании действующей редакции Пользовательского Соглашения.
Если вы считаете, что такая публикация нарушает ваши авторские и/или смежные права, вам необходимо сообщить об этом администрации сайта - как это сделать,
описано в том же Пользовательском Соглашении. Нарушение будет в кратчайшие сроки устранено, виновные наказаны.
Навскидку - АШ-62ИР это бензиновый мотор, клон американского Wright R-1820. Работает на бензине Б-91 или Б-95 (гражданская версия) и Б-115 (военная версия, с более высоким давлением нагнетателя).
Р - означает наличие редуктора винта.
Изначально (в ипостаси М-62) применялся на истребителе И-153.
Теперь что касается авиационных дизелей - не секрет, что танковый дизель В2, ставившийся на танки от Бт7М до ИС, от которого ведут свою родословную практически все современные отечественные танковые V-образные моторы, это и есть конверсия немецкого авиационного дизеля времен перед WW2. Да-да - это тот самый мотор Чаромского БД-2.
А харьковские встречно-оппозитные танковые дизеля 4ТД, 5ТДФ и 6ТД2 - это развитие авиационного дизеля Юнкерса, захваченного в конце войны.
И насчет того, что "к середине войны на авиационных дизелях поставили крест" - это не соответствует действительности. Одних только дизелей АЧ30Б во время войны было выпущено более 1500 штук, причем только в одном 1945 году ВВС получили почти 400 дальних бомбардировщиков Ер2 (ДБ-240) с дизелями.
Разработки авиадизелей в СССР финансировались до 1947 года включительно, причем Чаромский работал над дизелем М-305 мощностью в 10.000 л.с. для стратегического бомбардировщика.
Только прогресс газовых турбин свернул эти работы.
Кстати, надежность дизелей АЧ30Б была доведена так хорошо, что именно они стояли на пассажирской спецсерии самолетов Ер2 ОН для членов правительства СССР. Такие самолеты спокойно летали из Иркутска в Москву (протяженность маршрута 5350 км) без посадки.
Немцы же в войну свернули работы над дизелями из-за банальной нехватки нефти. У них вся армия и ВВС работали на синтетическом бензине из угля, а всю солярку забирали подводники Деница. Поэтому даже с танков дизеля убрали.
Кстати, над дизелями для бомберов бились не только из-за их экономичности.
У них, видите ли, ВЫСОТНОСТЬ гораздо лучше, чем у бензиновых моторов.
Потому что степень сжатия дизеля выше, чем двигателя Отто на бензине, где-то на порядок. Соответственно и падение давления кислорода с ростом высоты для него менее чувствительно.
Такая же штука наблюдается и в торпедах и ПЛ - с ростом глубины противодавление на выхлопе душит моторы Отто гораздо быстрее, чем дизеля.
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]
