ћосква +7 495 545 6936
 иев +38 096 163 2183
YouTube Instagram
Ќаш опыт ремонта двигателей Ч с 1990 года!
—ѕ≈÷»јЋ»«»–ќ¬јЌЌџ… ћќ“ќ–Ќџ… ÷≈Ќ“–
јЅ-»нжиниринг
√Ћј¬Ќјя

јвиационные двигатели дл€ беспилотных леталельных аппаратов.

 ак известно, сегодн€ в большинстве ведущих армий мира широко примен€ютс€ малоразмерные беспилотные летательные аппараты (ЅѕЋј).  онструкции их достигли в последние годы невиданного ранее совершенства Ч так, продолжительность полета некоторых образцов, используемых дл€ воздушной разведки, уже приближаетс€ к суткам непрерывного полета. »спользуемые дл€ наведени€ ЅѕЋј обеспечивают немыслимую в прежние времена точность попадани€ ракет Ч до 1 метра, а разрешение видеоаппаратуры позвол€ет разгл€деть на земле самые мельчайшие предметы, в то врем€ как обнаружить и уничтожить такой летательный аппарат очень трудно, а иногда и просто невозможно Ч благодар€ своим малым размерам ЅѕЋј практически невидим и неслышим с земли даже с помощью самых совершенных радиолокационных средств. ≈сть и еще масса других всевозможных задач, которые решаютс€ данным видом авиационной техники, причем не только военных.

ќпыт некоторых локальных конфликтов, произошедших в последние годы, уже показал, что только с помощью боевой авиации обычного типа (истребители, штурмовики и бомбардировщики) невозможно решить целый р€д серьезных боевых задач. Ёто, веро€тно, приведет в ближайшем будущем к широкому внедрению и применению в российских войсках беспилотных Ћј. ’от€ и с опозданием от остального мира.

–азработка ЅѕЋј различных схем и типов началась более 35 лет назад, и работы по этому направлению достигли значительной интенсивности уже к началу 80-х годов прошлого века. ѕричем не только за рубежом, но и в ———–. ¬ мире эти работы продолжились вполне успешно, в то врем€ как экономический крах ———– стал серьезным тормозом дл€ тех разработок, которые были выполнены к этому времени.

ќднако к концу 70-х годов в ———– работы по созданию малоразмерных ЅѕЋј разведывательного назначени€, оснащенных весьма передовой на тот момент времени электронной и видеоаппаратурой, уже шли полным ходом. ЅѕЋј данного типа не только создавались на бумаге и в металле, но и проходили испытани€ на полигонах, где оценивались способности работы всех систем и даже провер€лись возможности обнаружени€ и поражени€ этих аппаратов самыми современными средствами противовоздушной обороны (которые, кстати, уже тогда показали свою недостаточную эффективность дл€ борьбы с этим типом авиационной техники).

ћы не будем говорить о всех работах тех лет Ч это, с одной стороны, уже почти древн€€ истори€, а с другой Ч тема дл€ специалистов совсем не нашей специальности. ѕотому что наша специальность Ч это двигатели. √де тоже были достигнуты определенные успехи, заметна€ часть которых, к сожалению, оказалась практически полностью утер€нной за последующие годы...

ћалоразмерные “–ƒ

„ем малоразмерный ЅѕЋј отличаетс€ от обычного полноразмерного самолета? ќчевидно, не только отсутствием пилота и необходимостью применени€ сложных электронных систем управлени€. ќдна из основных проблем такого летательного аппарата Ч это двигатель. ѕотому что дл€ аппарата весом несколько сотен килограмм, и особенно, несколько дес€тков, не нужны тонны т€ги Ч здесь необходим весьма и весьма миниатюрный двигатель, т€га которого составит всего дес€ток-другой кило. »ли мощность Ч с дес€ток-другой лошадиных сил.

ѕри кажущейс€ простоте (ну, что такого сложного Ч сделать двигатель размером поменьше или побольше?) задача по созданию любого малоразмерного двигател€, основыва€сь на имеющемс€ опыте полноразмерных конструкций, чрезвычайно трудна дл€ практического решени€. ≈сли речь идет о силовой установке с двигателем внутреннего сгорани€ и воздушным винтом, то пригодных дл€ авиационного применени€ аналогов нужной мощности просто не найти. — другой стороны, пытатьс€ уменьшить в дес€тки раз полноразмерные авиационные ƒ¬— Ч просто дохлое дело. ¬ те годы, когда развертывались работы по данной тематике (в том числе, в ћосковском авиационном институте), самыми близкими и подход€щими казались авиамодельные двигатели Ч они были самими высокофорсированными и имели малый удельный вес, а именно это и требовалось дл€ малоразмерной беспилотной авиации.

  сожалению, попытки увеличить масштаб у так хорошо отработанных микроконструкций даже в 5-10 раз оказались тщетными Ч те проверенные конструкторские решени€, которые отлично работали в размере микро, оказались совершенно неработоспособными в макро. ¬ конце концов определенное распространение получила оппозитна€ 2-тактна€ схема Ч до 4-тактных моторов тогда еще не доросли, а оппозитный 2-тактник давал требуемые 20-30 л.с. и при прочих равных услови€х не самый большой уровень вибраций, крайне нежелательных дл€ примен€емых в то врем€ бортовых телекамер.

ƒл€ целого р€да возможных задач отрабатывались и реактивные двигатели. ј здесь дело обсто€ло еще хуже Ч никаких аналогов или прототипов вообще не было. —ейчас есть микро-“–ƒ дл€ авиамоделей, а тогда самый маленький турбореактивный двигатель можно было сделать, к примеру, из турбостартера (он примен€етс€ дл€ запуска больших “–ƒ). Ќо у него получаетс€ около 50 кг т€ги, что слишком много дл€ аппаратов с весом менее 200-250 кг. ƒа и какой из вспомогательного агрегата двигатель? «апускать другие он может, а сам слишком т€жел дл€ самосто€тельной работы...

ј кака€ сама€ больша€ проблема в микро-“–ƒ? Ёто зазоры между рабочими лопатками и корпусом.  огда двигатель большой, зазоры относительно малы, а это определ€ет хорошие  ѕƒ компрессора и турбины, значит Ч и т€гу двигател€. Ќо стоит только начать уменьшать размеры, как зазоры берут свое Ч меньше их не сделать, иначе лопатки будут задевать за корпус при повышении оборотов и нагреве, а если сделать нормальными, то вследствие неминуемых утечек через такие зазоры серьезно падает  ѕƒ. » не выходит никакой т€ги...

¬от и возникла иде€ Ч а как вообще обойтись без зазоров? “о есть сделать корпус и рабочие колеса за одно целое? “ак возникла иде€ роторного “–ƒ. »де€ оказалась весьма оригинальной Ч никаких аналогов нигде в мире тогда не было. —уть идеи предельно проста (см.схему) Ч ротор стоит на 2-х подшипниках, но колеса компрессора и турбины соединены не валом по внутреннему диаметру, а барабаном по наружнему. ћежду колесами образуетс€ полость Ч камера сгорани€. ¬оздух, выход€ из компрессора, движетс€ по спирали, при сгорании он сохран€ет спиральное движение и так входит в турбину.

ѕреимущества схемы при малых размерах несомненны Ч нет не только зазоров в рабочих лопатках, но не нужны и спр€мл€ющий аппарат компрессора и сопловой аппарат турбины, то есть нет тех неподвижных лопаток, которые вначале выпр€мл€ют закрученный после компрессора поток, а потом оп€ть закручивают его перед турбиной. ј камера сгорани€ получилась сама по себе оригинальной Ч при спиральном движении воздуха перемешивание его с гор€чими газами дл€ достижени€ приемлемой температуры газов перед турбиной не требует специальных устройств, достаточно участок камеры вблизи оси отделить от основного потока конусом и подать туда необходимое количество топлива.

Ќа описанную схему двигател€ и его камеру сгорани€ были получены свидетельства на изобретение. »нтересно, что одно из самых известных на то врем€ двигательных  Ѕ долго отстаивало свой приоритет на данную схему двигател€, но в конце концов проиграло.   сожалению, до реального производства опытного образца дело по разным причинам не дошло, хот€ документаци€ была подготовлена. ¬еро€тно, вместо спора с  Ѕ было бы лучше объединитьс€ дл€ совместной работы, но возможности и врем€ дл€ этого упустили...

ћалоразмерные пульсирующие ¬–ƒ

≈ще одним направлением в те годы стало использование реактивных двигателей других схем Ч в том числе, небезызвестного пульсирующего воздушно-реактивного двигател€ (ѕу¬–ƒ). ѕечальную известность этот тип двигател€ получил потому, что сто€л на самолетах-снар€дах V-1 (‘ау-1), которыми немцы обстреливали Ћондон в 1944-45 гг. Ќемецкий беспилотный Ђсамолет-снар€дї (крылата€ ракета) Ђ‘ау-1ї фирмы ‘изелер (Fieseler Fi-103) был фактически первым в мире боевым беспилотным летательным аппаратом, массово примен€вшимс€ во врем€ ¬торой мировой войны.

ѕолноразмерный ѕу¬–ƒ впервые был разработан в √ермании в конце 30-х гг. немецким учЄным-аэродинамиком ѕаулем Ўмидтом на основании схемы, предложенной ещЄ в 1913 г. французским конструктором Ћорином. ѕромышленный образец этого двигател€ AS109-014 создала фирма Ђјргусї в 1938 г. ƒл€ основной силовой установки беспилотного самолЄта-снар€да одноразового использовани€ двигатель подходил почти идеально: его проста€ и технологична€ конструкци€ обеспечивала низкую стоимость производства, а в качестве топлива мог использоватьс€ обычный авиационный бензин.  онструктивно двигатель AS109-014 представл€л собой изготовленную из листовой стали трубу переменного сечени€, состо€щую из головной части с диффузором и входной клапанной решЄткой, камеры сгорани€ и выхлопной трубы (сопла). ¬ течение одной секунды в таком двигателе происходило 40-45 пульсирующих циклов сгорани€ топлива, при этом он развивал т€гу до 300 кгс, достаточную дл€ сообщени€ самолЄту-снар€ду Ђ‘ау-1ї массой 2160 кг скорости 600-650 км/ч.

ѕосле войны трофейные образцы двигателей и самолетов были привезены в ћоскву и тщательно изучались. Ќа авиазаводе є51 начали производство копий, а в  Ѕ ¬.„еломе€ разработали р€д усовершенствованных образцов. —оветские ученые Ѕ.—течкин и ¬.ўетинков даже создали теорию и основы газодинамического расчета двигателей данного типа. ќднако дальше опытных партий дело не пошло Ч военных не удовлетворили характеристики точности поражени€ целей у разработанных комплексов. ѕретензии были и к двигателю Ч его повышенный расход топлива не позвол€л достичь большой дальности и продолжительности полета. ѕроблема также была в не слишком большой скорости полета, хот€ последние опытные образцы усовершенствованных аппаратов  Ѕ ¬.„еломе€ со сдвоенными ѕу¬–ƒ смогли достичь 960 км/час. Ќу, и сильный шум и вибрации работающего ѕу¬–ƒ тоже не способствовали его внедрению в авиацию.

— такими же проблемами столкнулись и в —Ўј, где также исследовались трофейные образцы V-1 и создавались их усовершенствованные аналоги. ¬ результате к началу 50-х годов все работы по двигателю данного типа постепенно свернули и в ———–, и в —Ўј.

ќднако этот тип двигател€ не канул в лету. ћногочисленные инженеры и исследователи продолжали и продолжают до сих пор изучение процессов и создание различных конструкций ѕу¬–ƒ. » на это есть причины. ≈сли рассмотреть возможную область применени€ того или иного двигател€, то легко заметить, что она зависит от тех задач, которые должен выполнить летательный аппарат. Ќапример, там, где не требуетс€ очень больша€ скорость и продолжительность полета, ѕу¬–ƒ вполне способен их обеспечить. ѕоэтому периодически к этому типу двигател€ интерес по€вл€лс€ снова и снова. “ак произошло и к концу 70-х годов, когда начались работы по малоразмерным беспилотным Ћј.

ќчевидно, дл€ задач 70-80-х полноразмерный ѕу¬–ƒ был слишком большим. ќднако масштаб здесь не €вл€лс€ проблемой Ч сам двигатель предельно прост по конструкции, и у него отсутствуют какие-либо вращающиес€ части.   слову сказать, авиамоделисты уже давно опробовали немецкое изобретение и освоили такие двигатели с т€гой всего в несколько кг. ѕримерно такой образец и был вз€т за основу Ч от немецкого прототипа он отличалс€ не только во много раз меньшими размерами и почти в 100 раз меньшей т€гой, но и частотой циклов, котора€, напротив, доходила до 150 √ц.

ѕри выполнении работ постепенно удалось существенно усовершенствовать теорию рабочего процесса и составить расчетную программу дл€ оптимизации параметров двигател€ данного типа (в те времена использовались стационарные Ё¬ћ с вводом параметров с перфокарт). ¬ результате теоретической и экспериментальной отработки процессов была выбрана наилучша€ геометри€ камеры и входного устройства, что и послужило основой дл€ опытной конструкции.

ќднако не все так просто Ч в конкретной задаче сто€ло не только сделать сам двигатель, но и его систему запуска, причем автономную и способную запускать двигатель автоматически в полете. ¬ соответствии с этим в конструкции по€вилс€ небольшой баллон сжатого до 100 бар воздуха, воздушный кран с приводом от рулевой машинки, топливный бак с электромагнитным клапаном, баллоном дл€ газа и регул€тором давлени€ наддува, а также система зажигани€ со специальной сверхминиатюрной катушкой и свечой поверхностного разр€да.

¬ качестве газа, используемого дл€ наддува топливного бака, дл€ простоты и малых габаритов применили сжиженный пропан, хот€ это потребовало разделить бак на бензиновую и газовую полости герметичной резиновой мембраной (чтобы исключить растворение пропана в бензине). ѕри подаче команды на запуск рулева€ машинка освобождала запорную чеку штока воздушного крана, давлением сжатого воздуха в баллоне открывалась его подача в камеру сгорани€, при этом шток нажимал на концевой выключатель, включавший электромагнитный топливный клапан и систему зажигани€ Ч этого было вполне достаточно дл€ надежного пуска.

ѕолучилась очень компактна€ конструкци€, имевша€ неплохие удельные параметры (отнесенные к ее массе), что позволило продолжить работы. ƒл€ этого силова€ установка была построена в нескольких экземпл€рах, после чего прошла многочисленные стендовые и летные испытани€. ƒвигатель был скомпанован в сборе со всеми агрегатами (см.фото) и установлен на специально сконструированном раскладывающемс€ летательном аппарате. јппарат заправл€лс€ в кассету (вариант системы ударных ЅѕЋј по 4 шт. в кассете Ч примерно за 30 лет до аналогичных проектов DAPRA), после сброса с большой высоты выходил из кассеты, раскрывалс€ и автоматически переводилс€ в горизонтальный полет, после чего производилс€ автоматический запуск двигател€ и полет по заданной программе.

ѕри отработке системы на аэродроме ћј» в јлферьево в 1982 году были проведены пробные сбросы аппарата с высоты около 100 м, которую обеспечивал подъем с помощью метеорологического шара-зонда. ѕо результатам сбросов силова€ установка показала исключительную надежность Ч успешными были все 100% проведенных запусков двигател€ в воздухе.

—егодн€ трудно сказать, во что могли бы вылитьс€ все эти работы, если бы они не заглохли в середине 80-х. Ќо вполне веро€тно, что мы смотрели бы сейчас на некоторые современные иностранные беспилотники несколько другими глазами. ƒл€ нас же эти работы оказались ступенькой к ƒ¬— Ч если вместо камеры сгорани€ ѕу¬–ƒ поставить цилиндр с поршнем, то все процессы будут весьма похожи...


ƒругие наши работы в авиации...


Ќа главную


јвторское свидетельство на изобретение роторного “–ƒ - нажмите, чтобы посмотреть полную картинку
јвторское свидетельство на изобретение роторного турбореактивного двигател€ (“–ƒ) было получено добрых 32 года назад.

јвторское свидетельство на изобретение камеры сгорани€ роторного “–ƒ - нажмите, чтобы посмотреть полную картинку
јвторское свидетельство на изобретение камеры сгорани€ дл€ роторного “–ƒ получено 2 года спуст€.

ƒоклад о преимуществах роторного “–ƒ - нажмите, чтобы посмотреть полную картинку
ƒоклад о преимуществах схемы роторного “–ƒ на научно-технической конференции в ћј» (1979 г.).

–оторный “–ƒ - нажмите, чтобы посмотреть полную картинку
–оторный турбореактивный двигатель обладает заметными преимуществами именно при малых размерах. Ёто отсутствие зазоров между лопатками и корпусом, а также отсутствие спр€мл€ющих лопаток компрессора и сопловых лопаток турбины. ¬се вместе, а также возможность выполнить тонкий вращающийс€ корпус вместо традиционного вала ротора, позвол€ет добитьс€ хороших удельных параметров. ѕриведенна€ на рисунке конструкци€ оказалась последней - больше этот проект не разрабатывалс€ (1982 г.).

ѕульсирующий ¬–ƒ AS109-014 немецкого беспилотного самолета V-1 - нажмите, чтобы посмотреть полную картинку
ѕульсирующий ¬–ƒ AS109-014 фирмы Ђјргусї дл€ немецкого беспилотного самолета V-1.

¬ходное устройство и клапанна€ решетка ѕу¬–ƒ AS109-014 - нажмите, чтобы посмотреть полную картинку
¬ходное устройство и клапанна€ решетка ѕу¬–ƒ AS109-014.

ѕодготовка пульсирующего ¬–ƒ к стендовым испытани€м - нажмите, чтобы посмотреть полную картинку
ѕодготовка пульсирующего ¬–ƒ к стендовым испытани€м. ƒвигатель установлен на подвижной тележке дл€ измерени€ т€ги, все параметры, включа€ т€гу, расход воздуха и топлива, температуру газов в камере сгорани€ и температур стенок, записываютс€ на ленте так называемого шлейфового осциллографа (1982 г.).

ќпытный образец пульсирующего ¬–ƒ - нажмите, чтобы посмотреть полную картинку
ќпытный образец пульсирующего ¬–ƒ, проходивший летные испытани€ в начале 80-х годов. ƒвигатель скомпанован с системой автоматического запуска, включа€ системы наддува бака, подачи топлива и воздуха, зажигани€ (1983 г.).

Ѕесклапанный ѕу¬–ƒ - нажмите, чтобы посмотреть полную картинку
Ѕесклапанный пульсирующий ¬–ƒ - такие разработки тоже велись в 80-х.

—ћ÷ "јЅ-»нжиниринг"© 2001. ¬се права защищены