CC BY
517Современное состояние и перспективы развития силовых установок беспилотных летательных аппаратов
Подполковник Д.С. ЛЕГКОНОГИХ, кандидат технических наук
Подполковник А. А. КРЫЛОВ, кандидат технических наук
Подполковник М.С. ИВАНОВ, кандидат технических наук
АННОТАЦИЯ ABSTRACT
Проведен анализ основных технических параметров двигателей, применяемых на беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) военного назначения, рассмотрены проблемные вопросы, касающиеся их разработки и производства, сделаны выводы о современном состоянии и перспективах развития силовых установок БПЛА. Особое внимание уделено воздушно-реактивным и, в частности, турбореактивным двигателям.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Беспилотный летательный аппарат, силовая установка, двигатель, турбореактивный двигатель,технические параметры.
The paper analyzes the basic engineering data of engines installed on military-purpose unmanned aerial vehicles, (UAV), examines problem issues of their development and production, and makes conclusions about the current state and development prospects of UAV power units.
KEYWORDS
Unmanned aerial vehicle, power unit, engine, turbo-jet engine, engineering data.
КАКИМ бы ни был беспилотный летательный аппарат по целевому назначению, размерам, аэродинамической компоновке, его летно-тактические характеристики (дальность и продолжительность, диапазон высот и скоростей полета) во многом определяются эффективностью силовой установки. Именно поэтому при проектировании БПЛА особое внимание уделяется выбору двигателя, и порой отсутствие данного компонента с необходимыми техническими параметрами ставит под угрозу создание всего беспилотного комплекса.
Так, например, комплекс воздушной разведки «Типчак» не прошел войсковые испытания и не был принят на вооружение только потому, что его двухтактный поршневой двигатель немецкого производства (мощностью 13 л.с.) не соответствовал требованиям по уровню шума.
К сожалению, мы практически не имеем поршневых и электрических двигателей отечественной разработки и производства, наиболее востребованных в классе средних и легких БПЛА. Иностранные же партнеры не слишком охотно поставляют нам такую важную, прежде всего с военной точки зрения, продукцию. И даже если удается оснастить отечественный БПЛА двигателем иностранного производства, то в ряде случаев это либо морально и технически устаревший двигатель, либо затраты на его приобретение и обслуживание становятся несоразмерно высокими.
На БПЛА «Форпост» (аналог разработанного в Израиле Searcher), выпускаемом на Уральском заводе гражданской авиации, установлен поршневой двигатель, который является модернизацией автомобильного двигателя, тоже иностранного производства.
Следует отметить, что, хотя в широком смысле к БПЛА можно отнести достаточно большое количество объектов (в том числе, ракеты, воздушные зонды и др.), в настоящей статье приводятся только дистанционно пилотируемые летательные аппара-
ты, имеющие канал связи для обмена информацией с человеком-оператором. Особое место в классификации занимают БПЛА однократного применения — крылатые ракеты и самолеты-мишени, управляемые оператором и оснащенные, как правило, воздушно-реактивными двигателями (ВРД).
Многочисленные варианты классификации БПЛА имеют в своей основе следующие признаки: назначение, летно-тактические и технические характеристики, схемно-конструктив-ные параметры, способ взлета, управления и посадки, кратность применения. Но именно назначение и такие характеристики БПЛА, как скорость и высота, дальность и продолжительность полета, а также взлетный вес, в конечном итоге определяют тип его силовой установки и двигателя как основного ее элемента.
Учитывая особенности применения БПЛА, к их двигателям предъявляются специфические требования: малая стоимость производства (обусловленная значительно меньшим по сравнению с традиционными авиационными двигателями ресурсом), быстрый запуск (зачастую с использованием продуктов сгорания пороховых шашек), упрощенное техническое обслуживание при длительном хранении и подготовке к применению.
На современных БПЛА устанавливают электрические двигатели (коллекторные и бесколлекторные), двигатели внутреннего сгорания (поршневые:
В российской армии практически нет поршневых и электрических двигателей отечественной разработки и производства, наиболее востребованных в классе средних и легких БПЛА. Иностранные же партнеры не слишком охотно поставляют нам такую важную прежде всего с военной точки зрения продукцию. И даже если удается оснастить отечественный БПЛА двигателем иностранного производства, то в ряде случаев это либо морально и технически устаревший двигатель, либо затраты на его приобретение и обслуживание становятся несоразмерно высокими.
карбюраторные (инжекторные) и дизельные; роторные, роторно-поршне-вые, воздушно-реактивные двигатели (бескомпрессорные: прямоточные и пульсирующие ВРД); газотурбинные двигатели: турбореактивные (ТРД) (одно- и двухконтурные), турбовинтовые, турбовальные двигатели и ракетные (на жидком и на твердом топливе).
Электрические двигатели могут быть коллекторными постоянного тока магнитоэлектрического возбуждения (с помощью постоянного магнита) и бесколлекторными (вентильными). Коллекторные двигатели менее надежны, так как при работе с большими нагрузками на щеточно-коллек-торном устройстве возникает дуговой электрический разряд, являющийся мощным источником помех для радиоэлектронного оборудования. Кроме того, наличие щеточно-коллекторного устройства влечет за собой ограничение высотности и снижение эксплуатационной надежности1.
Производство отечественных электродвигателей и аккумуляторов находится еще на стадии освоения. Это связано с наличием ряда проблем технологического характера, таких как необходимость применения в высокооборотных двигателях керамических подшипников скольжения вместо традиционных подшипников качения.
В Центральном институте авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ) создана водородно-электрическая силовая установка, которая позволит БПЛА находиться в воздухе до 24 часов. Воздушный винт приводится во вращение электродвигателем (рис. 1, а), а источником электрической энергии является водородный топливный элемент (рис. 1, б), имеющий два электрода (анод и катод) со специальной мембраной между ними. В результате химической реакции водорода образуется электричество и вода.
а б
Рис. 1. Водородно-электрическая силовая установка: а — электродвигатель; б — топливная батарея и водородный баллон2
Двигатели внутреннего сгорания
делятся на поршневые и роторные. В поршневых двигателях рабочий процесс может быть организован двумя способами: с воспламенением топливовоздушной смеси от искры (бензиновые) и от сжатия (дизельные). На современных БПЛА наиболее широкое применение нашли бензиновые двух- и четырехтактные поршневые двигатели (рис. 2, а, б), проигрывающие дизельным по эко-
номичности, но имеющие преимущество в массе конструкции.
На БПЛА «Пчела- 1Т» применен винто-кольцевой движитель, который обеспечил повышение тяги двухлопастного деревянного винта постоянного шага в условиях габаритных ограничений диаметра, с поршневым двигателем П-032 (рис. 2, б). В 1989 году двигатель прошел доводочные, специальные и государственные испытания и был принят к серийному производству.
Рис. 2. Поршневые карбюраторные двигатели внутреннего сгорания: а — одноцилиндровый; б — двухцилиндровый П-032
П-032 — поршневой карбюраторный двухтактный двухцилиндровый двигатель с оппозитным расположением цилиндров, толкающим воздушным винтом воздушного охлаждения, оборудован кривошипно-камерной системой и лепестковым обратным клапаном на входе в картер, в нем реализована петлевая схема газообмена. Беспоплавковый карбюратор АК-32 с высотным корректором,
Существенным недостатком поршневых двигателей является высокий уровень вибрации и шума. Вибрация усложняет использование на борту БПЛА радиоэлектронной аппаратуры, особенно оптико-электронных систем.
Несмотря на то что роторные и роторно-поршневые двигатели пока не нашли массового применения
общий для обоих цилиндров, установлен на входе в картер. Цилиндры безгильзовые, с износостойким напыляемым покрытием зеркала. Запуск осуществляется от наземного стартера. Двигатель разработан в ОАО «Самарское конструкторское бюро машиностроения», производится в ОАО «Моторостроитель». Технические параметры двигателя П-032 представлены в таблице 1.
в беспилотной авиации, они обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными поршневыми: значительно меньшими габаритами, массой, количеством деталей, уровнем вибрации и шума, а также удельным расходом топлива. Наибольшее практическое применение нашли роторные двигатели Ванкеля (рис. 3,а,б).
Таблица 1
Технические параметры двигателя П-032
Максимальная мощность, л.с. 32
Частота вращения коленвала, об/мин 6600
Рабочий объем, куб.см 440
Диаметр поршня, мм 71,9
Степень сжатия 7,0
Удельный расход топлива, кг/л.с.ч 0,43
Масса, кг 13,1
Ресурс, ч 50
Габаритные размеры, мм 505x454x435
Высотность, м 3000
Топливо бензин АИ-95 в смеси с маслом (25:1)
а б
Рис. 3. Роторные двигатели Ванкеля: а — малоразмерный двигатель Х-Мтц б — устройство роторного двигателя
Известен малоразмерный двигатель Х-ММ, работающий практически без вибрации и тише, чем аналогичные установки (рис. 3, а). Его объем составляет всего 70 кубических сантиметров, а мощность достигает 3,5 л.с. при 10 ООО об/мин. После множества циклов оптимизации и доработок конструкции инженерам удалось устранить и повышенный расход масла, являющийся одним из недостатков роторно-поршневых двигателей.
Роторные двигатели, как перспективное направление, активно разрабатываются в ряде организаций за рубежом и в нашей стране. На рисунке 4 показана трехмерная модель роторного двигателя орбитального типа, работа над которым ведется на кафедре авиационных двигателей ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина».
Воздушно-реактивные двигатели представлены широким спектром газотурбинных и менее распространенных в беспилотной авиации бескомпрессорных двигателей. К бескомпрессорным относятся пока экспериментальные, но безусловно перспективные прямоточные (сверх- и гиперзвуковые) и доволь-
Рис. 4. Трехмерная модель роторного двигателя орбитального типа
но редко применяемые (в основном на БПЛА-мишенях) пульсирующие двигатели. Газотурбинные (и в первую очередь турбореактивные) двигатели, напротив, уже давно и успешно применяются в составе силовых установок БПЛА.
Далее приводятся некоторые из ВРД, нашедших применение на отечественных БПЛА.
Рис. 6. Межконтинентальная крылатая ракета «Буря»
Прямоточный ВРД РД-012У (рис. 5) предназначался для установки на первую в мире сверхзвуковую двухступенчатую межконтинентальную крылатую ракету «Буря» наземного базирования, разработанную в середине 1950-х годов в СССР под руководством С.А. Лавочкина (рис. 6). Компоновка — двухступенчатая ракета с продольным разделением ступеней. Первая ступень (ускоритель) — 2 ракетных блока с жидкостными ракетными двигателями. Вторая (маршевая) ступень — крылатая ракета с прямоточным ВРД.
По программе полета ракета на двигателях первой ступени стартует
с пусковой установки вертикально, постепенно переходит в горизонтальный полет и на высоте 17 500 м разгоняется до скорости М = 3 (М — число Маха), когда включается двигатель маршевой ступени и происходит разделение ступеней. Далее крылатая ракета идет к цели на высоте 17-18 км по командам астронавигационной системы управления, при подходе к цели набирает высоту 25 км (противозенитный маневр) и пикирует на цель. Полет на максимальную дальность вместе с подъемом и разгоном длится около 2,5 часов. Технические параметры двигателя РД-012У приведены в таблице 2.
Таблица 2
Технические параметры двигателя РД-012У
Рис. 5. Прямоточный ВРД
Тяга, кгс 7650
Скорость полета (число Маха) 3,1—3,3
Высота полета, м 17 000—25 000
Топливо керосин
Пульсирующий ВРД М-135 разработан для беспилотных самолетов-мишеней Е-95, Е-2 и Е-08 фир-
мы «Эникс» (рис. 7). В качестве топлива использует бензин, тяга составляет 20 кгс3.
а б
Рис. 7. Разработки фирмы «Эникс»: а — воздушная мишень Е-95М; б — испытания пульсирующего ВРД
На малоразмерных скоростных БПЛА находят применение ми-кро-ТРД, с конструктивной точки зрения имеющие простейшее устройство: одноступенчатый центробежный компрессор, испарительную камеру сгорания, одноступенчатую осевую газовую турбину (рис. 8, а). Ввиду малых размеров такие двигатели не имеют сложной эффективной системы
автоматического управления (САУ) с элементами регулирования (управляемый направляющий аппарат компрессора, перепуск воздуха, управляемое сопло), а потому обладают достаточно скромными удельными параметрами, приемистостью, низким запасом газодинамической устойчивости компрессора и срывными характеристиками камеры сгорания (рис. 8, б).
а б
Рис. 8. Микро-ТРД: а — модель двигателя; б — неустановившийся режим работы (запуск)
На базе турбостартеров ТС-21 и ТС-2, предназначенных для запуска двигателей АЛ-7Ф, АЛ-21Ф и Д30-Ф6, в Московском конструкторском бюро (МКБ) «Гранит» был создан ТРД МД-45 для БПЛА «Крыло-1» (рис. 9). Позже в Опытно-конструкторском бюро (ОКБ) «Сокол» создан вариант беспилотного ком-
плекса с размещением всех средств на шасси автомобиля типа КАМАЗ.
Малоразмерный короткоресурсный ТРД МД-45 с центробежным компрессором, кольцевой камерой сгорания и одноступенчатой турбиной разрабатывался с 1969 года, испытания проходил с 1978 года4. Технические параметры двигателя МД-45 представлены в таблице 3.
Рис. 9. БПЛА «Крыло-1»
Таблица 3
Технические параметры двигателя МД-45
Тяга, кгс 62
Расход воздуха, кг/с 1,27
Удельный расход топлива, кг/кгс*ч 1,25
Степень повышения давления воздуха 3,8
Частота вращения ротора, об/мин 48 ООО
Максимальная высота применения, м 6000
Скорость полета (число Маха) 0-0,6
Масса, кг 26
Длина, м 0,848
Диаметр, м 0,245
Топливо и смазка керосин
Двигатель МД-120 предназначен для установки на малоразмерный беспилотный самолет-мишень комплекса «Дань» многоразового использования. Конструктивно представляет собой малоразмерный ТРД, выполненный по одноконтурной одновальной схеме, в состав которого входят: двухступенчатый осе-центробежный компрессор, камера сгорания кольцевого типа с восемью двухкаскадными центробежными форсунками, одноступенчатая осевая турбина с охлаждаемыми лопатками соплового аппарата, нерегулируемое реактивное сопло, системы запуска,
электроснабжения, топливная, регулирования и смазки (рис. 10). Запуск двигателя выполняется раскруткой ротора путем подачи воздуха (газа) под давлением на рабочие лопатки турбины от внешнего источника. Автоматическое регулирование двигателя осуществляется дозатором 4076 и электронным регулятором КРД-51. Разработчиком двигателя является МКБ «Гранит». В 1993 году принят на вооружение и серийно производится Пермским моторным заводом (ПМЗ) совместно с ММПП-ФНПЦ «Салют»5. Технические параметры двигателя МД-120 приведены в таблице 4.
б
Рис. 10. ТРД МД-120: а — внешний вид двигателя; б — вид двигателя в разрезе
Таблица 4
Технические параметры двигателя МД-120
Тяга, кгс 120
Расход воздуха, кг/с 2,1
Удельный расход топлива, кг/кгс*ч 1,04
Степень повышения давления воздуха 7
Частота вращения ротора, об/мин 52 000
Максимальная высота применения, м 9000
Скорость полета (число Маха) 0—0,75
Масса, кг 35
Длина, м 1,29
Диаметр, м 0,265
Топливо и смазка керосин
На базе короткоресурсного ма- личного назначения, в том числе до-
лоразмерного одновального двух- звуковых стратегических крылатых
контурного ТРД Р95-300 (рис. 11, а) ракет и оперативно-тактических ра-
был разработан двигатель Р125-300 кет «воздух—поверхность». Стендо-
(изд. 110) (рис. 11, б) с уменьшенной вые испытания демонстратора Р125-
массой и габаритами для БПЛА раз- 300 начались в 2002 году.
а б
Рис. 11. ТРД для крылатых ракет: а — Р95-300; б — Р125-300
Разработчик двигателя — Научно-производственное предприятие (НПП) «Мотор», изготовитель — ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» (УМПО). Конструктивно двигатель состоит из одноступенчатого вентилятора, трехступенчатого компрессора высокого давления и одноступенчатой турбины. Оснащен электронной системой автоматического управления,
встроенным электрическим генератором мощностью 4 кВт и автономной циркуляционной масляной системой. Запуск двигателя производится от порохового стартера. Предусмотрена возможность отбора воздуха для БПЛА. Двигатель характеризуется простотой конструкции и низкой стоимостью изготовления. Технические параметры двигателя Р125-300 представлены в таблице 5.
Таблица 5
Технические параметры двигателя Р125-300
Тяга, кгс 340
Расход воздуха, кг/с 4,8
Удельный расход топлива, кг/кгс*ч 0,88
Степень повышения давления воздуха 9,5
Максимальная высота применения, м 6000
Скорость полета (число Маха) <0,9
Масса, кг 68
Длина, м 0,535
Диаметр, м 0,315
Топливо и смазка керосин
ТРДД-50 (изд. 36) разрабатывался с конца 70-х годов прошлого столетия в Омском моторостроительном конструкторском бюро (ОМКБ) как альтернатива двигателю Р95-300 для ракет типа Х-55, Х-59М, Х-35 и др. Двигатель первой компоновки успешно прошел государственные испытания в 1980 году и был передан для производства в Рыбинск, однако для массовой серии выбрали двигатель Р95-300, и работы по ТРДД-50 были фактически свернуты. После распада
СССР серийное производство двигателя Р95-300 осталось на Украине, поэтому разработка была возобновлена в Научно-производственном объединении (НПО) «Сатурн». Модернизированный двигатель для крылатых ракет получил название ТРДД-50А (изд. 36М). Разработчиком является ОМКБ совместно с НПО «Сатурн», изготовителем — НПО «Сатурн», производство освоено в 2006 году.
ТРДД-50 представляет собой малоразмерный короткоресурсный двух-
контурный двухвальный ТРД с одноступенчатым вентилятором с ши-рокохордными лопатками, оседиа-гональным компрессором высокого давления, одноступенчатыми осевыми турбинами высокого и низкого давления (рис. 12). Кольцевая камера сгорания с вращающейся форсункой при минимальном количестве узлов обеспечивает полноту сгорания топлива и хорошую равномерность температурного поля. Масляная си-
стема автономная, система регулирования электронно-гидравлическая. Встроенный электрогенератор развивает мощность 4 кВт. Двигатель имеет высокую устойчивость при воздействии внешних факторов. В двигателе применен гибкий вал ротора низкого давления с упруго-демпферными опорами, блисковая конструкция турбины низкого давления6. Технические параметры двигателя ТРДД-50 приведены в таблице 6.
а б
Рис. 12. ТРДД-50: а — внешний вид; б — конструктивная схема
Таблица 6
Технические параметры двигателя ТРДД-50
Тяга, кгс 450
Удельный расход топлива, кг/кгс*ч 0,65
Масса, кг 95
Длина, м 0,85
Диаметр, м 0,33
Топливо керосин
«Изделие 36МТ» — короткоре-сурсный двухконтурный ТРД, применяемый в качестве маршевой силовой установки тактических крылатых ракет класса «воздух — поверхность» типа Х-59МЭ, Х-35Э и др. (рис. 13). Конструктивно двигатель выполнен по двухвальной схеме с соосными валами каскадов низкого и высокого давления, с одноступенчатым вентилятором с широкохордными лопатками, оседиагональным компрессором высокого давления, кольцевой каме-
рой сгорания с вращающейся форсункой, одноступенчатыми осевыми турбинами высокого и низкого давления. Имеет автономную масляную систему, электронно-гидравлическую систему регулирования и встроенный электрогенератор мощностью 4 кВт. Двигатель обладает высокой топливной экономичностью, стойкостью к попаданию на вход мелких посторонних предметов (птицы, пыль и др.), к воздействию ударных и тепловых волн, способностью самопроизволь-
ного выхода из помпажа после исчезновения вызвавшей его причины, надежным запуском во всем диапазоне внешних условий эксплуатации. Государственные испытания двигателя успешно завершены НПО «Сатурн»
в 2002 году. Серийное производство по заказу Министерства обороны (МО) России и по экспортным заказам начато в 2006 году. Технические параметры двигателя «Изделие 36МТ» представлены в таблице 7.
Рис. 13. ТРД «Изделие 36МТ»: а — на крылатой ракете Х-59МЭ; б — двигатель в разрезе
Таблица 7
Технические параметры двигателя «Изделие 36МТ»
Тяга, кгс 450
Удельный расход топлива, кг/кгс*ч 0,71
Масса, кг 82
Длина, м 0,85
Диаметр, м 0,33
Топливо керосин
Как правило, ТРД для БПЛА проектируется отдельно, однако в ряде случаев он является модификацией уже существующего авиационного двигателя. Так, например ТРЗ-117 создали на базе вертолетного тур-бовального двигателя ТВЗ-117 путем исключения свободной турбины и заменой выхлопного патрубка на нерегулируемое дозвуковое сопло.
ТРД был разработан на ФГУП «Завод имени В .Я. Климова» для БПЛА ВР-3 «Рейс» (Ту-143), предназначенного для ведения фото- и телевизионной разведки районов сосредоточения войск и боевой техники, инженерно-технических сооружений, районов экологических и стихийных бедствий,
определения мест и масштабов лесных пожаров, аварий газо- и нефтепроводов в любое время суток (рис. 14). Двигатель обеспечивал БПЛА максимальную скорость полета до 950 км/ч, дальность 180 км и высоту 5 км. Испытания опытного БПЛА «Рейс» с двигателем ТРЗ-117 были начаты в 1970 году. Серийное производство развернуто с 1973 года. Модернизированные БПЛА «Рейс-Д» (Ту-243) с 1987 года оснащались усовершенствованным ТРД ТРЗ-117А той же тяги. Модернизированный двигатель выпускается серийно на заводе «Мотор Сич». На базе этого двигателя были созданы следующие модификации: ТРЗ-117В, ТРЗ-117ВМ, ТРЗ-117К.
Рис. 15. Конструктивная схема ТРД ТРЗ-117
Таблица 8
Технические параметры двигателя ТРЗ-117
ТРД ТРЗ-117 имеет осевой 12-сту-пенчатый компрессор с регулируемыми входным направляющим аппаратом и направляющими аппаратами первых четырех ступеней, прямо-
точную кольцевую камеру сгорания, двухступенчатую турбину компрессора (рис. 15). Технические параметры двигателя ТРЗ-117 приведены в таблице 8.
а б
Рис. 14. Беспилотный комплекс ВР-3 «Рейс» (Ту-143): а — БПЛА; б — пусковая установка
Тяга, кгс 640
Расход воздуха, кг/с 9,3
Удельный расход топлива, кг/кгс*ч 0,87
Степень повышения давления воздуха 10,7
Температура газа перед турбиной, К 980
Масса, кг 202
Топливо керосин
Короткоресурсный ТРД КР-17А с осевым турбокомпрессором предназначен для оперативно-тактического беспилотного самолета-разведчика ВР-2 «Стриж» (Ту-141) (рис. 16). Первые экземпляры БПЛА «Стриж» с 1974 года проходили испытания с ТРД РД-9А (бесфорсажный вариант РД-9Б), на серийных летательных аппаратах начиная с 80-х годов устанавливались новые
ТРД КР-17А, которые стояли на вооружении Советской Армии.
Двигатель установлен под углом 4,5° к оси самолета, для старта используется пороховой ускоритель (монтируется под хвостовой частью фюзеляжа). Всего в 1979—1989 годах было изготовлено 152 самолета Ту-141. Разработчик — НПП «Мотор», изготовитель — УМПО. Технические параметры двигателя КР-17А приведены в таблице 9.
Рис. 16. Беспилотный самолет-разведчик ВР-2 «Стриж» (Ту-141)
Таблица 9
Технические параметры двигателя КР-17А
Тяга, кгс 2000
Расход воздуха, кг/с 35,5
Удельный расход топлива, кг/кгс*ч 1,77
Степень повышения давления воздуха 4,5
Температура газа перед турбиной, К 1360
Масса, кг 385
Топливо керосин
Рассмотренные современные ТРД для БПЛА обладают рядом общих характерных особенностей: малый ресурс, упрощенная конструкция (например, отсутствие масляной системы, охлаждения турбины, малое количество деталей), одноступенчатые компрессор и турбина,
применение центробежных ступеней в компрессоре, использование недорогих материалов. Все это обеспечивает снижение трудоемкости изготовления и низкую себестоимость двигателей.
Выше были рассмотрены двигатели для БПЛА, выполняющих
облегченная широкохордная лопатка для малошумного вентилятора с уровнем КПД не менее 92 %
компрессор с управляемым вдувом воздуха для повышения запасов ГДУ
управление отбором воздуха и мощности
высокотемпературные
покрытия и высокоэффективные щеточные и пальчиковые уплотнения газовоздушного тракта
рабочие лопатки ТВД с высокоэффективным охлаждением из перспективных безуглеродистых монокристаллических сплавов
замкнутое регулирование радиальных зазоров в компрессоре и турбине
замена гидромеханических агрегатов электрическими
материалы с запоминанием формы для сопла
интеллектуальная распределенная САУ с бортовой математической моделью ГТД
Рис. 17. Применение критических технологий создания перспективных двигателей для ударных БПЛА
моноколеса (блиски) компрессора и сварные роторы компрессоров из титановых и никелевых сплавов на базе сварки трением, в том числе линейной и электроннолучевой
подшипники скольжения с антифрикционными покрытиями на основе металлополимеров. керамополимеров или композитных материалов с использованием квазикристаллов
жаровые трубы большого ресурса для экологически чистых камер сгорания на основе применения высокоэффективного охлаждения (с использованием лазерной или электроэрозионной перфорации) и высокотемпературных композиционных материалов
камера сгорания с адаптивным управлением горения
высоконадежная малоступенчатая ТНД с лопатками из интерметаллида титана (при рабочей температуре до 750а С) повышенной эффективности
звукопоглощающие конструкции из композиционных материалов и металлов
изготовление высоконагруженных деталей из композиционных материалов на полимерной, металлической и керамической матрицах
в большинстве своем разведывательные функции. Однако в настоящее время ВКС России испытывают потребность в ударных комплексах, способных наносить ракетно-бомбовые удары по объектам противника на значительном удалении от линии фронта. Примером подобных комплексов может служить перспективный отечественный ударный беспилотный комплекс «Охотник». В нем будут использованы разработки по ныне свернутому проекту БПЛА «Скат», силовую установку которого предполагалось оснастить двигателем РД-5000Б тягой 5040 кгс (бесфорсажный вариант двухконтурного форсажного ТРД РД-33).
Такие БПЛА потребуют разработки эффективных ТРД, аналогичных применяемым на боевых пилотируемых самолетах. На рисунке 17 представлены основные критические технологии, требующие разработки и внедрения на перспективных двигателях7.
В настоящее время в России и за рубежом ведутся активные разработки БПЛА, поверхность которых покрыта солнечными батареями. Такая силовая установка с электродвигателями, работающими от солнечной энергии, может обеспечи-
вать непрерывный полет аппарата в течение многих дней и даже месяцев. Вместе с тем не исключено, что на перспективных БПЛА будут применяться и более экзотические силовые установки, например атомные, использующие в качестве топлива радиоактивные элементы.
Таким образом, анализ существующих беспилотных комплексов позволяет сделать вывод, что критерии выбора типа двигателя заключаются в следующем:
• электрические двигатели применяются преимущественно на микро-(взлетной массой до 1 кг), сверхлегких (до 30 кг) и легких БПЛА, летающих на относительно небольших высотах и дозвуковых скоростях;
• поршневые двигатели применяются в основном на легких (взлетной массой до 200 кг), средних (200— 1000 кг) и реже на тяжелых (массой более 1000 кг) БПЛА с большими по сравнению с электрической силовой установкой дозвуковыми скоростями и высотами полета;
• воздушно-реактивные двигатели применяются на средних, тяжелых и сверхтяжелых (массой более 15 тонн) БПЛА, имеющих широкий диапазон высот и скоростей (в том числе, сверхзвуковую, а в перспективе и гиперзвуковую скорость).
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Основы устройства, проектирования, конструирования и производства летательных аппаратов (дистанционно-пилотируемые летательные аппараты) / П.П. Афанасьев, Ю.В. Веркин, И.С. Голубев и др. / под ред. И.С. Голубева и Ю.И. Янке-вича. М.: Изд-во МАИ, 2005.
2 Независимые беспилотные системы. URL: www.ruvsa.com (дата обращения: 10.12.2014).
3 Двигатели-2006. Краткий справочник по отечественным авиационным дви-
гателям, эксплуатируемым в 2006 г. в России, странах СНГ и за рубежом // Взлет. 2006. № 4; ЗАО «ЭНИКС». URL: www. enics.ru (дата обращения: 20.12.2014).
4 Двигатели-2006. Краткий справочник по отечественным авиационным двигателям...
5 Там же.
6 Там же.
7 Бабкин В.И.у Скибин В.А.У Солонин В.И. Вклад ЦИАМ в инновационное развитие авиационного двигателестроения // Двигатель. 2012. № 1 (79). С. 4-7.
