В Самарском национальном исследовательском университете имени академика С.П. Королёва успешно прошли испытания малоразмерного газотурбинного двигателя (МГТД), спроектированного и изготовленного по новой производственной технологии, позволяющей примерно в два раза сократить традиционные сроки разработки и создания газотурбинных двигателей.
Данный двигатель является прототипом для создания серии двигателей, которые могут работать на экологически чистых видах альтернативного топлива, в том числе с добавлением водорода. Подобные МГТД могут применяться на беспилотных летательных аппаратах и в энергетике — на объектах энергоснабжения небольших населенных пунктов, микрорайонов, промышленных предприятий, торговых центров и больниц. Ранее проект по созданию опытного образца двигателя был поддержан Инновационным фондом Самарской области, на его реализацию было выделено 3 млн рублей.
«В Институте двигателей и энергетических установок (ИДЭУ) Самарского университета прошли успешные испытания малоразмерного газотурбинного двигателя, спроектированного и изготовленного научными сотрудниками института. Разработанная здесь перспективная технология проектирования и производства МГТД позволит на основе математического моделирования и оптимизации конструкции и процессов производства деталей двигателя, в том числе благодаря широкому использованию аддитивных технологий, создавать новые малоразмерные газотурбинные двигатели всего за 1,5 года», — рассказал исполнительный директор ИДЭУ Виталий Смелов.
Обычно, при использовании традиционных технологий, на создание подобного двигателя «с нуля» уходит, как минимум, в два раза больше времени — не менее трех лет. Значительно ускорить процессы проектирования и производства нового изделия стало возможным за счет применения цифровых сопряженных двойников разрабатываемого продукта. Для отработки заданных характеристик двигателя был задействован виртуальный испытательный полигон. Ученые смоделировали рациональные параметры рабочих процессов, особое внимание уделялось процессам, протекающим в камере сгорания.
«Задача проектирования именно малоразмерного газотурбинного двигателя является очень актуальной и противоречивой, так при уменьшении размеров самого двигателя уменьшаются величины КПД узлов, возрастают потери в проточной части. Поэтому создаваемые математические модели рабочих процессов двигателя должны корректироваться с учетом малоразмерности будущего изделия», — подчеркнул Виталий Смелов.
Детали двигателя (входное устройство, компрессор, камера сгорания, турбина и сопло) были изготовлены в университетской лаборатории аддитивных технологий на 3D-принтере (установке селективного лазерного сплавления SLM280HL) с использованием отечественных металлических порошковых композиций. Для печати деталей были разработаны специальные технологические режимы, учитывающие, как различные типы движения лазерного луча влияют на механические свойства синтезируемого материала.
«В ходе испытаний готового образца двигателя были получены следующие технические характеристики: 120 000 об/мин, тяга — 20 кгс. Испытания завершились успешно. Одной из перспективных сфер применения подобных МГТД можно назвать малую распределенную энергетику – создание экологически безопасных газотурбинных приводов малой мощности, работающих на синтез-газе, вырабатываемом из биологических продуктов и отходов», — отметил Виталий Смелов.
К сегменту малой распределенной энергетики относятся объекты энергоснабжения небольших населенных пунктов, микрорайонов, промышленных предприятий, торговых центров, гостиниц, больниц и т.д. В настоящее время, по словам ученого, на данном рынке в нашей стране используются, как правило, МГТД зарубежного производства, в основном, двигатели американской компании Capstone.
Как подчеркнул исполнительный директор ИДЭУ, данный проект по созданию МГТД является не только научно-техническим, но и образовательным, поскольку в его реализации принимали активное участие студенты. В целом же в этом проекте участвовали специалисты пяти кафедр: конструкции и проектирования двигателей летательных аппаратов, теории двигателей летательных аппаратов, теплотехники и тепловых двигателей, технологий производства двигателей и автоматизированных систем энергетических установок.
«Такой междисциплинарный подход при выполнении проектов будет применяться в основных образовательных программах ИДЭУ, поскольку он позволяет привлечь в науку и инженерно-технические проекты молодежь, обладающую критическим и ассоциативным мышлением, инновационной активностью и мобильностью, способную решать нестандартные задачи и создавать образцы новой перспективной техники», — заключил Виталий Смелов.