CC BY
44
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. Проектирование и производство летательных аппаратов
УДК 629.735.45
А.П. Тарасов, И.И. Кумченко, А.В. Матвеев, В.А. Речицкий, В.В. Тарабанова
ТАРАСОВ АНДРЕЙ ПЕТРОВИЧ - конструктор службы главного конструктора (Арсеньев-ская авиационная компания «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина, г. Арсеньев). E-mail: [email protected]
КУМЧЕНКО ИВАН ИГОРЕВИЧ - конструктор службы главного конструктора (Арсеньев-ская авиационная компания «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина, г. Арсеньев). E-mail: [email protected]
МАТВЕЕВ АНАТОЛИЙ ВАЛЕРЬЕВИЧ - технолог сборочного производства (Арсеньевская авиационная компания «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина, г. Арсеньев). E-mail: [email protected]
РЕЧИЦКИЙ ВЯЧЕСЛАВ АЛЕКСАНДРОВИЧ - технолог агрегатно-сборочного производства (Арсеньевская авиационная компания «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина, г. Арсеньев). E-mail: [email protected]
ТАРАБАНОВА ВЕРА ВЛАДИМИРОВНА - инженер по ремонту (Арсеньевская авиационная компания «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина, г. Арсеньев). E-mail: [email protected] Площадь Ленина, 5, г. Арсеньев, Приморский край, 692335.
Замена двигателя М-14 на вертолете Ми-34 в условиях серийного предприятия
Дается анализ разработки и оценки целесообразности возрождения на предприятии производства легкого многоцелевого вертолета Ми-34 на основе замены штатного бензинового двигателя М-14 на дизельный двигатель RED A03 V12. Описаны направления исследований по особенностям конструкторской и технологической доработки сопутствующих изменений корпусных элементов фюзеляжа, моторамы, агрегатов, приборов и систем, сопряженных с заменяемым двигателем. Рассматриваются приемы панелирования и замены металлических крупногабаритных панельных конструкций на композитные. Исследуемые решения применимы для предприятий в авиакосмической отрасли промышленности.
Ключевые слова: полимерный фюзеляж, формообразующая поверхность, композитная панель, гидроабразивная резка, разнородные наполнители, накладки.
Введение
Сегодня начинающим отечественным вертолетчикам приходится осваивать технику пилотирования на французских, немецких и американских летательных аппаратах. Между тем еще недавно Арсеньевская авиационная компания «Прогресс» им. Н.И. Сазыкина (далее ААК «Прогресс») в г. Арсеньеве Приморского края выпускал легкий и маневренный вертолет Ми-34 для учебно-тренировочной подготовки и для спортивных целей. Причина прекращения производства Ми-34: эксплуатация установленного на нем штатного бензинового двигателя М-14 выявила его
© Тарасов А.П., Кумченко И.И., Матвеев А.В., Речицкий В.А., Тарабанова В.В., 2016 Научные руководители: Ю.П. Денисенко, управляющий директор; И.В. Быков, технический директор (ААК «Прогресс», г. Арсеньев); О.Ш. Бердиев, заместитель директора филиала Дальневосточного федерального университета в г. Арсеньеве по НИР и развитию.
маломощность, что резко ограничивало диапазон применяемости летательного аппарата и покупательский спрос.
Тем не менее в настоящее время руководство ААК «Прогресс» разрабатывает проект по возрождению производства легкого вертолета Ми-34 (рис. 1) - с полной заменой штатного бензинового двигателя на дизельный. Эту работу поручили молодым специалистам, в том числе из студенческого конструкторско-технологического бюро [1, 4].
Главная идея - применить дизельный двигатель (именно отечественного производства, чтобы впоследствии не пришлось столкнуться с проблемой импорто-
ч „ Рис. 1. Легкий вертолет Ми-34.
замещения). Ранее в авиастроении в конструкции вер- ^
толетов по разным причинам дизельные двигатели не применялись.
В России применение авиадвигателя RED A03 V12 (рис. 2) началось с учебно-тренировочного самолета Як-52 (рис. 3) и экспериментального разведывательного беспилотного летательного аппарата (БПЛА) «Альтаир» с большой продолжительностью полета (рис. 4)*.
Цель настоящей статьи - представить первые результаты работы над проектом модернизации летательного аппарата Ми-34 на основе дизельного двигателя RED A03 V12.
Решение задачи
Сторонами исследовательского проекта на предварительной стадии согласования технического задания принято решение, что в проектируемом варианте тактико-технические характеристики (ТТХ) не должны уступать показателям модификаций вертолетов Ми-34С1 и Ми-34С2: двигатель - М9ФВ (Arrius-2F); мощность двигателя - 365 (504) л.с.; максимальная скорость - 215 (265) км/ч; крейсерская скорость - 195 (220) км/ч; статический потолок (без влияния земли) - 1375 (3900) м; полная загрузка 350 (600) кг; дальность полета 610 (850) км; количество пассажирских мест с пилотом 4 (4-5) [8].
Известно, что благодаря разработке выпускника Казанского авиационного института немецкой фирмой Raikhlin Aircraft Engine Development освоено производство авиационного дизельного двигателя RED A03 V12 (рис. 2). Кроме того, правительство Республики Татарстан рассматривает варианты серийного производства этого двигателя совместно с немецкими разработчиками из Raikhlin Aircraft Engine Development на одном из машиностроительных предприятий столицы Республики Татарстан.
Мы предположили, что ТТХ двигателя RED A03 V12, планируемого для установки на воздушные суда (ВС), которые не используются для осуществления коммерческих воздушных перевозок и выполнения авиационных работ, вполне приемлемы для применения в конструкции вертолета Ми-34, предназначенного для учебно-тренировочной подготовки и для спортивных целей. В Российской Федерации испытания модели RED A03 V12 уже успешно
* Разработка НИР «Альтиус-М» ведется в ОКБ «Сокол» (г. Казань) совместно с компанией «Транзас» (г. Санкт-Петербург), главный конструктор А.В. Гомзин. Аванпроект разработчиков в начале октября 2011 г. одержал победу в конкурсе Министерства обороны России на создание БПЛА взлетным весом до 5 т. В настоящее время разработан и построен прототип-демонстратор БПЛА.
Рис. 2. Авиадвигатель RED A03 V12.
Рис. 3. УТ самолет Як-52.
проведены на учебно-тренировочном самолете Як-52 (рис. 3). В самолетном варианте основанием выбора RED A03 V12 послужило главное конкурентное преимущество дизельного двигателя, которое заключается в низком удельном расходе топлива. Так, по сообщению разработчика, на испытаниях в Германии RED A03 V12 «потреблял» 160 граммов топлива на лошадиную силу в час. Турбовинтовой двигатель аналогичной мощности имеет расход на 50-60% больше. Это позволяет самолету с дизелем за час полета в крейсерском режиме экономить 45-50 кг топлива. По информации разработчика в открытой печати, при суммарном налете 10 тыс. ч это обычно соответствует назначенному ресурсу летательного аппарата авиации общего назначения (АОН), поэтому двигатель RED A03 V12 позволяет экономить на топливе 700-800 тыс. дол. Слабое же место современных дизелей -недостаточно высокая надежность. При создании RED A03 V12 этой проблеме разработчики уделяли особое внимание, поэтому системы двигателя имеют два независимых контура, что обеспечивает высокий уровень безопасности: в случае отказа какого-либо агрегата двигатель сохраняет работоспособность и дает летательному аппарату (ЛА) возможность благополучно завершить полет [2].
Наряду с самолетом Як-52, являющимся легкой учебно-тренировочной машиной, известна разработка по использованию RED A03 V12 и на ЛА других типов и классов, например российского беспилотного летательного аппарата (БПЛА) большой дальности «Альтаир» (рис. 4). На изделии «Альтаир» использовано главное достоинство дизельных двигателей - экономное расходование топлива при длительном полете. Немаловажно, что авиационный дизельный двигатель может работать не только на дизельном топливе, но и на керосине, что повышает его востребованность для отечественного беспилотного барражиров-щика.
ТТХ БПЛА «Альтаир»
конструкция: ЛА нормальной аэродинамической схемы с крылом большого размаха, двумя двигателями и V-образным оперением; фюзеляж: цельно-композитный; взлетный вес: до 5000 кг; длина аппарата ~ 11,6 м; размах крыла ~ 28,5 м; размах V-образного оперения ~ 6 м; заявляемая дальность полета: до 10 000 км; продолжительность полета: до 48 ч.
Аппарат оснащен двумя двигателями RED A03 V12 с воздушными винтами. В разведывательной конфигурации БПЛА будет оснащен оптико-электронной системой на гиро-стабилизированной платформе, а в носовой части будет установлена радиолокационная станция (РЛС) бокового обзора.
Длина двигателя - 1102 мм. Ширина по головке цилиндров - 741 мм. Ширина по выхлопные па-
3
трубки - 850 мм. Высота - 706 мм. Объем - 6134 см .
Основные ТТХ двигателя RED A03 V12
№ п/п Условия применения Число оборотов, об/мин Скорость вращения винта, об/мин Крутящий момент, Нм Мощность на валу, л.с, Удельный расход топлива, г/кВтч
1 Взлет на уровне моря 4000 2127 1650 500 225
2 Взлет на высоте 1500 м от уровня моря 4000 2127 1650 500 235
3 Максимально непрерывный полет 3750 1995 1688 460 220
4 Максимально экономичный режим на уровне моря 3750 1862 1510 400 210
Обсуждение результатов
Повторим: в России и мире о применении авиационного дизельного двигателя в конструкции вертолета в авиастроении известно крайне мало. Даже первые прикидки при работе по варианту технического задания на ЛА показывают, что замена двигателя М-14 на RED A03 V12 потребует значительного изменения архитектуры и объема моторного отсека вертолета (см. на рис. 5 и рис. 6 положение двигателей относительно стенок фюзеляжа вертолета), поскольку для монтажа нового двигателя потребуется изменить расположение сопряженных несущих узлов фюзеляжа. Новый двигатель, масса которого более чем на 35% превышает массу М-14, неизбежно потребует иного варианта соединения с редуктором, прокладки тоннелей системы охлаждения воздушно-жидкостного радиатора и корректировки состава приборного оборудования, сопряженного с новым двигателем. Монтажные и эксплуатационные зоны и люки доступа к системам двигателя обязательно подвергнутся существенным изменениям.
Рис. 5. Двигатель М-14: Рис. 6. Двигатель ^ А03
а - поперечный разрез по оси; б - вид сверху. а - поперечный разрез по оси;
б - вид сверху.
Безусловно, что новый порядок расположения двигателя, редуктора, сопряженных систем и магистралей способен повлиять на балансировку летательного аппарата. Следовательно, новый порядок расстановки, монтажа, крепления и эксплуатационного обслуживания агрегатов и прибо-
ров повлечет за собой изменение размеров траекторий расположения систем (электрической, топливной, гидравлической), которое «потянет» за собой существенную корректировку конструкции фюзеляжа вертолета, начиная с моторного отсека.
СКТБ предприятия обладает определенными инновационными наработками по созданию панелей из ПКМ, что позволяет планировать применение легкой пластиковой технологической оснастки для получения крупногабаритных панелей с готовой формообразующей поверхностью, с разновысокими фрагментами и применением разнородных наполнителей (и металлов в накладках) и вмонтированных в панели узлов, причем при операциях по точному раскрою панелей или удалению припусков может применяться гидроабразивная резка (ГАР) [3, 5-7]. Поэтому дальнейшая работа будет направлена на совершенствование проекта.
Так, в 2016-2017 г. СКТБ предполагает дополнить проект НИР заменой металлического клепаного фюзеляжа Ми-34 на полимерный фюзеляж, а клепаного оперения вертолета - на пане-лированную конструкцию из композитных панелей с разнородными наполнителями и металлическими накладками. Эта замена не только позволит облегчить конструкцию и улучшить массовые и эксплуатационные характеристики летательного аппарата, но и добиться соответствия требованиям современного производства и рынка.
Выводы
В результате проведенного анализа сравнения архитектуры и характеристик двигателей М-14 и RED A03 V12 инициаторы проекта пришли к выводу, что габаритные размеры существующего фюзеляжа позволяют вписать новый двигатель в конструкцию вертолета Ми-34.
В СКТБ распределены объемы проектирования среди участников проекта по доработке мотоотсека, а также металлического клепаного фюзеляжа. Решены организационные вопросы по доступу к техдокументации базового предприятия. Проводится согласование тактико-технических требований по летательному аппарату и согласование показателей со службами базового предприятия. Выявленное превышение общей массы требует решения вопросов балансировки вертолета. У правительства Татарстана запрошена информация для организации совместной работы с предприятием - производителем авиадвигателя RED A03 V12.
В ближайшей перспективе намечено поэтапное выполнение следующих работ.
1. Получить разрешение разработчика и производителя двигателя RED A03 V12 с техническими документами на привязочные размеры в мотоотсеке для сохранившихся металлических клепаных фюзеляжей.
2. «Привязать» двигатель RED A03 V12 в мотоотсеке и разработать новую мотораму.
3. Стыковать новый двигатель с редуктором и проработать вывод на хвостовой винт.
4. Заново провести прокладку систем: гидравлической, пневматической, топливной, управления двигателем,
5. Отработать перевод конструкции на изготовление из ПКМ.
Безусловно, замена двигателя RED A03 V12 (даже при существующем металлическом клепаном фюзеляже) позволит существенно повысить характеристики вертолета и возобновить его серийное производство. При выполнении планов по замене клепаных металлических агрегатов на композиционные машина приобретет совершенно новое качество. Поэтому руководство базового предприятия поддержало предложение молодых специалистов, и по теме распоряжением технического директора открыта поисковая НИР.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Быков И.В., Бердиев О.Ш. Анализ методов реализации мероприятий технического прогресса на производственном предприятии // Инновации [журнал об инновационной деятельности]. 2014. № 11(193). С. 20-22.
2. Ерохин Е. ROTAXoзамещение. Российские поршневые двигатели для легкой авиации и БЛА // Взлет. 2015. № 11 (131). С. 14-21.
3. Исследования сетки каркасов переменного сечения при изготовлении тонкостенных панелей из ПКМ / А.В. Матвеев, И.И. Кумченко, Ж.В. Токарев, Д.С. Патронов, В.В. Тарабанова, Ю.П. Денисенко, О.Ш. Бер-
диев // Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Инновационные машиностроительные технологии, оборудование и материалы-2015». Ч. 1. Казань: Фолиант, 2015. С. 139-143.
4. Молодежь XXI века: 3-я и 4-я науч.-практ. конф., г. Арсеньев, 17 апреля 2015 / под общ. ред. Ю.П. Денисенко, О.Ш. Бердиева, Ю.Ф. Огнева. Владивосток: Изд-во Дальневост. ун-та, 2015. 418 с.
5. О снижении трудоемкости и повышении качества операций обработки резанием крупногабаритных панелей из полимерных композиционных материалов на ОАО ААК «Прогресс» / Н.А. Марков, И.А. Шипить-ко, О.Ш. Бердиев, В.П. Средних, А.Я. Захарьящев // 12-я Междунар. конф. «Авиация и космонавтика-2013», 12-15 ноября 2013. Москва: тезисы докладов. СПб.: Мастерская печати, 2013. С. 215-216.
6. Огнев Ю.Ф., Бердиев О.Ш., Денисенко Ю.П. Исследование особенностей изготовления и неразрушаю-щего контроля крупногабаритных многослойных силовых авиапанелей сетчатой структуры // Вестник Инженерной школы Дальневост. федерал. ун-та. 2014. № 1. С. 25-30.
URL: https://www.dvfu.ru/vestnikis/archive-editions/1-18/4/ (дата обращения: 26.02.2016).
7. Сергиенко В.И., Денисенко Ю.П., Добржанский В.Г., Огнев Ю.Ф., Бердиев О.Ш., Душина Н.Е. Лабораторные испытания коррозионной стойкости легких сплавов методом соленого тумана путем моделирования субтропического климата // Вестник Инженерной школы Дальневост. федерал. ун-та. 2015. № 3 (24). С. 85-91. URL: https://www.dvfu.ru/vestnikis/archive-editions/3-24/8/ (дата обращения: 26.02.2016).
8. Технические условия 303-0000-00 на контроль, приемку и поставку вертолетов установочной серии вертолетов Ми-34С / АО Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля, 1996.
THIS ARTICLE IN ENGLISH SEE NEXT PAGE
Aircraft Designing and Manufacturing
Tarasov A., Kumchenko I., Matveev A., Redchidskiy V., Tarabanova V.
ANDREYI P. TARASOV, Technical Designer, Chief Designer Office, e-mail: [email protected]
IVAN I. KUMCHENKO, Process Engineer, e-mail: [email protected]
ANATOLYI V. MATVEEV, Process Technician., e-mail: [email protected]
VYACHESLAV A. REDCHIDSKIYI, Process Technician, e-mail: [email protected]
VERA V. TARABANOVA, Maintenance Engineer, e-mail: [email protected]
Arsenyev Airscraft Company Progress. 5 Lenin Square, Arsenyev, Primorski Region, 692335
The replacement of the M-14 engine in the Mi-34 helicopter in practice of a serial production enterprise
The articles is to determine if it is worthwhile for the company to resume the production of the multipurpose lightweight helicopter Mi-34 by replacing the operational benzene engine M-14 with the diesel engine RED A03 V12. It covers the lines of inquiries according to the peculiarities of construction modifications and technological improvements conditioned by the changes in fuselage elements, engine mount, units, devices, and systems connected with the engine to be replaced. Consideration is given to panelling and replacement of bulky metallic panelised constructions with composite ones. The solutions presented in it may be applied in aerospace industry.
Key words: polymeric fuselage, shape-generating surface, composite panel, hydroabrasive cutting, heterogeneous fillers, protective straps.
REFERENCES
1. Bukov I.V., Berdiev O.Sh. Analysis of methods of realization of measures of technical progress on a productive enterprise. Innovation [magazine about innovation]. 2014;11:20-22. (in Russ.). [Bykov I.V., Berdiev O.Sh. Analiz metodov realizacii meroprijatij tehnicheskogo progressa na proizvodstvennom predprijatii // Innovacii [zhurnal ob innovacionnoj dejatel'nosti]. 2014. № 11(193). S. 20-22].
2. Erohin E. ROTAX replacement. Russian reciprocators for an easy aviation and PFM. Rise. 2015;11:14-21. (in Russ.). [Erohin E. ROTAXozameshhenie. Rossijskie porshnevye dvigateli dlja ljogkoj aviacii i BLA // Vzljot. 2015. № 11 (131). S. 14-21].
3. Researches of net of frameworks of variable section at making of the thin-walled panels from PCM. Matveev A.V., Kumchenko I.I., Tokarev Z.V., Patronov D.S., Tarabanova V.V., Denisenko Y.P., Berdiev O.Sh. Materials Intern. scientific and engineering. Conf. "Innovative engineering technologies, equipment and materials-2015". Part 1. Kazan, Folio, 2015. Pp. 139-143. (in Russ.). [Issledovanija setki karkasov peremennogo sechenija pri izgotovlenii tonkostennyh panelej iz PKM / Matveev A.V., Kumchenko I.I., Tokarev Zh.V., Patronov D.S., Tarabanova V.V., Denisenko Ju.P., Berdiev O.Sh. // Materialy Mezhdunar. nauch.-tehn. konf. "Innovacionnye mashi-nostroitel'nye tehnologii, oborudovanie i materialy-2015". Ch. 1. Kazan': Foliant, 2015. S. 139-143].
4. Young people of the XXI century: 3 th and 4 th scientific practical conference, Arseniev city, 17 aprel 2015. 418 p. (in Russ.). [Molodjozh' XXI veka: 3-ja i 4-ja nauch.-prakt. konf., g. Arsen'ev, 17 aprelja 2015 / pod obshh. red. Ju.P. Denisenko, O.Sh. Berdieva, Ju.F. Ogneva. Vladivostok: Izd-vo Dal'nevost. un-ta, 2015. 418 s.].
5. About the decline of labour intensiveness and upgrading of operations of treatment cutting of big size panels from polymeric composition materials on AAC "Progress". N.A. Markov, I.A. Shipitko. O.Sh. Byrdiev, V.P. Sred-nikh, A.Ya. Zakharyashchev. 12-th Intern. Conf. "Aerospace 2013", November 12-15, 2013. Moscow, abstracts. St. Petersburg, Print Workshop, 2013. pp 215-216. (in Russ.). [O snizhenii trudojomkosti i povyshenii kachestva operacij obrabotki rezaniem krupnogabaritnyh panelej iz polimernyh kompozicionnyh materialov na OAO AAK "Progress" / N.A. Markov, I.A. Shipit'ko, O.Sh. Berdiev, V.P. Srednih, A.Ja. Zahar'jashhev // 12-ja Mezhdunar. konf. «Aviacija i kosmonavtika-2013», 12-15 nojabrja 2013. Moskva: tezisy dokladov. SPb: Masterskaja pechati, 2013. S. 215-216].
6. Ognev Yu.F. Byrdiev O.Sh., Denisenko Yu.P. Research of features of making and non-destructive control of big size multi-layered power airpanels of the reticulated structure. FEFU: School of Engineering Bulletin. 2014;1:25-1. URL: https://www.dvfu.ru/vestnikis/archive-editions/1-18/4/ (reference date: 02.26.2016). (in Russ.). [Ognev Ju.F., Berdiev O.Sh., Denisenko Ju.P. Issledovanie osobennostej izgotovlenija i nerazrushajushhego kontrolja krupnogabaritnyh mnogoslojnyh silovyh aviapanelej setchatoj struktury // Vestnik Inzhenernoj shkoly Dal'nevost. federal. un-ta. 2014. № 1. S. 25-30. URL: https://www.dvfu.ru/vestnikis/archive-editions/1-18/4/ (data obrashhenija: 26.02.2016)].
7. Sergienko V.I., Denisenko Yu.P., Dobzhansky V.G., Ognev Yu.F., Byrdiev O.Sh., Dushina N.E. Alpha tests of inoxidizability of easy alloys by the method of salt fog by the design of subtropical climate Laboratory testing of corrosion resistance of light alloys by salty mist by subtropical climate modeling. FEFU: School of Engineering Bulletin. 2015;3:85-91. URL: https://www.dvfu.ru/vestnikis/archive-editions/3-24/8/ (reference date: 02.26.2016). (in Russ.). [Sergienko V.I., Denisenko Ju.P., Dobrzhanskij V.G., Ognev Ju.F., Berdiev O.Sh., Dushina N.E. La-boratornye ispytanija korrozionnoj stojkosti ljogkih splavov metodom solenogo tumana putjom modelirovanija subtropicheskogo klimata // Vestnik Inzhenernoj shkoly Dal'nevost. federal. un-ta. 2015. № 3 (24). S. 85-91. URL: https://www.dvfu.ru/vestnikis/archive-editions/3-24/8/ (data obrashhenija: 26.02.2016)].
8. Technical requirements 303-0000-00 on control, reception and supplying with helicopters to the adjusting series of helicopters of Mi-34S. JSC Moscow Helicopter Plant. M.L. Mile, 1996. (in Russ.). [Tehnicheskie uslovija 303-0000-00 na kontrol', prijomku i postavku vertoljotov ustanovochnoj serii vertoljotov Mi-34S / AO Moskovskij vertoljotnyj zavod im. M.L. Milja, 1996].
