Владимир Карнозов,
Санкт-Петербург — Москва
Провозглашенная
Правительством России политика замещения импорта начинает
приносить первые крупные плоды и в области гражданской
авиации. Силами отечественных организаций создан уникальный
стенд топливной системы МС-21 — самого перспективного
проекта пассажирского самолета Объединенной авиастроительной
корпорации.
Выкатка прототипа МС-21 намечена на июнь, первый полет — до
конца текущего года. Согласно требованиям авиационных
властей, начать полеты на новом типе воздушного судна можно
только лишь после получения соответствующего разрешения. А
для этого прототип самолета и его системы должны пройти ряд
тестов. Среди прочих требований — обязательные
предварительные испытания топливной системы самолета на
специальном стенде. Собственно, для них и создан СТ-21-1,
аббревиатура которого расшифровывается как «стенд топливный
магистрального самолета 21 века, первый вариант».
Цели создания СТ-21-1 следующие. Проверка и демонстрация
функционирования топливной системы в ожидаемых условиях
эксплуатации (штатные и отказные режимы работы). Получение
рабочих характеристик топливной системы во всех режимах.
Проведение стендовых испытаний для представления отчетов в
Методический совет и обеспечение первого вылета. Сокращение
объема наземных и летных испытаний топливной системы на
самолете. Проведение стендовых сертификационных испытаний
топливной системы и предоставления отчетов для сертификации
российскими и европейскими авиационными властями.
На основании Авиационных правил АП-25 составлен
сертификационный базис самолета МС-21. В частности, он
требует обеспечения подачи топлива к маршевым двигателям и
вспомогательной силовой установки с заданным расходом и под
определенным давлением, что необходимо для нормальной работы
силовой установки самолета.
Нормальная работа силовой установки во всех условиях
эксплуатации должна быть продемонстрирована в ходе
испытаний, которые будут признаны необходимыми авиационными
властями. Они должны выполняться на испытательном стенде,
воспроизводящем рабочие характеристики топливной системы.
Подача топлива в двигатели должна вестись с таким расчетом,
чтобы полностью, на 100%, обеспечить потребный расход для
всех эксплуатационных режимов. При этом демонстрируются
требуемые показатели давления и температуры топлива,
подаваемого на вход двигателя.
Помимо этого, выполняются проверки на минимальное количество
требуемого топлива с учетом невырабатываемого остатка и
запаса на проведение испытаний, функционирования основных и
резервных насосов во всех режимах эксплуатации, свободного
прохождения топлива в режиме самотека. Проверяется
функционирование системы в жарких климатических условиях, в
том числе на отсутствие паровоздушных «пробок» в
трубопроводах и отсутствие чрезмерного парообразования
топлива. Особое внимание уделяется предотвращению попадания
в систему воздуха, что может привести к срыву пламени в
камере сгорания двигателя.
ПАО «Техприбор»
Стенд топливной системы самолета МС-21 создан усилиями
специалистов ПАО «Техприбор». Предприятие образовано в 1942
году в городе Казани, получило статус Союзного завода и все
военные годы обеспечивало самолетостроительные заводы
топливомерами, масломерами и электробомбосбрасывателями. В
1946 году завод был переведен из Казани в Ленинград на
территорию бывшего Корпусного аэродрома, в мастерских
которого работал до 1916 года авиаконструктор И.И.Сикорский.
Завод вместе с опытным конструкторским бюро был определен в
авиационной отрасли ведущим по проблемам топливометрии для
всех летательных аппаратов, выпускаемых СССР.
Важное место в пятидесятые и шестидесятые годы прошлого века
заняла тематика орбитальных аппаратов: кабины космических
станций «Союз», «Салют», а также КА «Восход» и «Восток»
оснащались приборами, сигнализаторами и ручками управления,
разработанными и изготовленными на этом предприятии. Кроме
того, автоматические спутники также комплектовались
приборами, осуществляющими контроль силовой установки.
Ленинградскими специалистами были созданы системы управления
параметрами жидкометаллических теплоносителей для
космических кораблей и атомной промышленности.
С 2009 года акционерное общество «Техприбор» входит в состав
Концерна «Радиоэлектронные технологии» (КРЭТ)
Государственной корпорации «Ростех». Численность трудового
коллектива — порядка двух тысяч человек. В настоящее время
предприятие работает по следующим тематическим направлениям
бортового радиоэлектронного оборудования: системы контроля и
управления топливом и центровкой летательных аппаратов;
аппаратура вибрационного контроля авиационных двигателей;
диагностические и проверочные системы для силовых установок
летательных аппаратов; контрольно-диагностическая аппаратура
для транспорта и медицины.
ПАО «Техприбор» — единственное в России и одно из трех в
мире предприятий, разрабатывающих и выпускающих бортовую
измерительную аппаратуру для авиационных двигателей.
Является единственной отечественной фирмой в области
разработки и производства бортовых систем контроля топлива.
Продукция «Техприбора» поставляется практически на все
самолеты и вертолеты, выпускаемые в России и странах СНГ.
Важно отметить, что вся выпускаемая продукция
разрабатывается специалистами компании, а наукоемкие проекты
осуществляются на средства предприятия. Конструкторское бюро
ПАО «Техприбор» насчитывает более трехсот
высококвалифицированных сотрудников, включая пятнадцать
кандидатов наук. На предприятии внедрено около двухсот
изобретений и написано более ста научных трудов. ПАО «Техприбор»
имеет более трехсот собственных патентов РФ, а также патенты
европейских стран.
Для полноты картины сообщим и важнейшую информацию об
Акционерном обществе «Концерн Радиоэлектронные технологии».
В основном составе этого интегрированного холдинга находится
76 предприятий (в том числе 22 научно-исследовательских
института и 35 серийных заводов) с численностью сотрудников
49250 человек. Они расположены по всей стране, от
Санкт-Петербурга до Владивостока. По итогам прошлого года,
суммарный объем выручки всех предприятий вырос до 120 млрд
руб., что на 14 млрд руб. больше, чем в 2014-м. Чистая
прибыль составила 10,1 млрд руб. — на 20% выше показателя
предыдущего года. Средняя заработная плата по всем
предприятиям составил порядка 41 тысячи рублей.
Концерн специализируется на разработке и производстве
бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО), средств
радиоэлектронной борьбы (РЭБ), государственного опознавания
и измерительной аппараты. В общем объеме поставок БРЭО
Вооруженным Силам Российской Федерации, доля КРЭТ составляет
порядка 56%, РЭБ — до 75%, системам государственного
опознавания — 93%. Государственный оборонный заказ в объеме
89 млрд руб. (+51% к предыдущему году) выполнен полностью,
по многим позициям — с опережением сроков, оговоренных
соответствующими контрактами. В наступившем году ГОЗ
составит не менее 102 млрд руб. Расширение выпуска продукции
КРЭТ обеспечивается крупными инвестициями в обновление
производственной базы. В рамках программы технического
перевооружения предприятий концерна, главным образом по
линии ФЦП «Развитие оборонно-промышленного-комплекса» и
другим, в прошлом году проведено более 40 мероприятий на
общую цифру более 7 млрд руб.
Общее описание стенда
СТ21-1 представляет собой поворотную платформу, имитирующую
наклон самолета по тангажу, с установленными на ней
полунатурными имитаторами топливных баков, содержащими в
себе агрегаты и трубопроводы топливной системы. Стендовых
баков два — основной и дополнительный, они выполнены из
алюминиевого сплава. На них нанесена различная маркировка, в
том числе — значения «сухой» массы и координаты «центров
тяжести» (признак того что баки сделаны на авиационном
производстве). Большой бак весит 2067,5 кг, а тот, что
поменьше — 251 кг. Цифры соответствуют массам пустого бака
(объект испытаний с установленными внутри агрегатами и
трубопроводами).
Баки — полунатурные, как бы одной (левой) консоли крыла. На
самом деле, самолет (в общем случае) представляет собой
симметричное изделие. Правая и левая консоли крыла —
симметричны относительно вертикальной плоскости, проходящей
через строительную ось фюзеляжа. Однако там, где на стенде
можно убрать дублирование и материалоемкость, так сказать
«сделать полунатурность», без ущерба для достоверности
результатов испытаний, конструкторы так и поступают. В нашем
случае размах крыла реального самолета примерно в
полтора-два раза больше, чем смоделировано на стенде.
Необходимость подобного рода объектов можно объяснить
следующим образом. Они позволяют перенести часть общего
объема летных испытаний и отработок на землю, что
значительно сокращает время и затраты на их проведение. Так
происходит, поскольку в наземных условиях отрабатывать
взаимодействие систем и агрегатов летательных аппаратов
гораздо проще и эффективнее.
Конструкторы обращают особое внимание на расходный отсек
основного бака, где установлены центробежные электронасосы,
качающие топливо на вход в двигатель. Расходный отсек
имитируется очень точно. В других местах допустима известная
степень конструктивной импровизации с целью простоты
изготовления и снижения стоимости.
Назначение данного стенда следующее. Испытание топливной
системы с использованием натурных агрегатов топливных систем
самолета и двигателя, полной имитацией геометрических
параметров системы (длины, диаметров и конфигурации
трубопроводов) и частичной имитацией топливных баков
(количества, конфигурации и относительного расположения
баков и отсеков). А также проведение стендовых испытаний
топливных систем по программам замещения импорта.
Для безопасного полета любого самолета одно из самых главных
условий — надёжная работа двигателей. А для этого, кроме
прочего, необходимо обеспечить бесперебойную подачу топлива
в нужных количествах, с заданным давлением и температурами
во всех эксплуатационных режимах. В том числе и при
эволюциях самолета в пространстве, сопровождающихся
изменением углов крена и тангажа. Важное место при
испытаниях самолетных топливных систем отводится
исследованию и анализу различных ситуаций отказов. В
частности, проверяется режим «самотека» топлива (случай
остановки одного или всех подкачивающих насосов). Физически,
«самотек» возможен далеко не на всех высотах полета. Так, на
определенных высотах «самотек» топлива может быть не
возможен из-за параметров давления и конфигурации топливной
системы. Летчикам, в таких случаях, приходится выполнять
снижение до высоты 4000 м и ниже.
Отметим, что стенд получился достаточно сложный, с
множеством различных автономных систем, которые помогают
имитировать различные условия полета. Например, важно
воспроизвести разрежение атмосферного воздуха, которое
происходит при наборе высоты. Кроме того, идет интенсивное
газообразование и выделение пузырьков воздуха в топливе (по
типу, как в бутылке шампанского — когда самолет взлетает,
топливо «вскипает»). Естественно, в подобных режимах насосы
и агрегаты работают нестабильно, именно поэтому все эти
режимы необходимо исследовать в наземных условиях, не
подвергая риску летчиков-испытателей и дорогостоящую
технику. Кроме того, важно, что на данном стенде можно на
протяжении всего жизненного цикла самолета проводить
испытания различных агрегатов на разных режимах полета по
программам модернизации.
По контрактам с Корпорацией «Иркут» и ОАК
«Техприбор» приступил к опытно-конструкторским работам по
созданию комплекса полунатурного стенда топливной системы
перспективного пассажирского лайнера в 2012 году. Ближе к
концу года дирекция по закупкам ОАО «ОАК» направила запрос
на разработку единого подобного стенда применительно к
программам МС-21 и Sukhoi Superjet New Generation (SSJ-NG).
Однако в процессе согласования и конкурсных процедур
Техническое задание было сформировано в сентябре 2013 года,
и подписано между заказчиком — Корпорацией «Иркут» и
исполнителем — ОАО «Техприбор» в декабре 2013 года.
Проектирование конструкции СТ-21-1, приобретение
комплектующих изделий, изготовление стенда и монтаж
оборудования выполнены в конце 2015 года. К настоящему
моменту завершена реконструкция здания испытательного
комплекса топливных систем в ПАО «Техприбор», заканчивается
сборка технологических систем. Пусконаладочные работы систем
стенда, калибровка его измерительной системы подходят к
концу. Аттестацию стенда СТ21-1, в том числе
метрологическую, планируется завершить во втором квартале
текущего года, после чего можно будет приступать к
проведению испытаний.
В настоящее время продолжается оформление разрешительной
документации для работ с топливом на данном объекте.
Заметим: любой промышленный объект, где используется
топливо, должен соответствовать требованиям промышленной
безопасности, включая его соответствующую инженерную
подготовку.
Силами отечественной авиационной промышленности стенды
аналогичного назначения не создавались на протяжении
четверти века — с конца восьмидесятых годов. За это время
научно-технический прогресс ушел далеко вперед, в том числе
и области стендового моделирования. Что, по утверждению
сотрудников ПАО «Техприбор», нашло выражение в существенных
преимуществах конструкции стенда СТ21-1 по сравнению с ранее
созданными образцами.
Во-первых, стенд «Техприбора» выделяется размерами
поворотной платформы — ее длина превышает 9 м, ширина —
почти четыре с половиной, высота с установленными баками
(при максимальных положительных углах тангажа) — около 4 м.
Грузоподъемность поворотной платформы до 15 т, диапазон
углов поворота — до 30 градусов. Когда мы осматривали стенд,
платформа была наклонена на угол порядка десяти градусов для
имитации режима взлета.
Во-вторых, высокая точность измерения и большое число
контрольных точек параметров топливной системы. Погрешность
измерения давления и температуры топлива обеспечивается на
уровне плюс-минус полпроцента, расхода топлива — пятая часть
процента. Система измерения и регистрации параметров стенда
(СИРП) построена на базе измерительных модулей отечественной
разработки НПП «МЕРА» (г. Мытищи). Количество измерительных
каналов параметров расхода, уровня, давления, температуры,
плотности топлива - свыше сорока для каждого из параметров.
Кроме того, с высокой точностью определяются угловое
положение платформы, частота вращения привода насосов и ряд
электрических параметров агрегатов топливной системы.
В-третьих, испытания могут проводиться как на традиционных
видах авиационных топлив (авиационный керосин ТС-1, РТ, JET
A-1), так и на различных видах биотоплива. Емкость хранилища
топлива 10 кубических метров. При испытаниях используется от
280 до 6000 кг топлива в зависимости от программы испытаний.
Температура нагрева топлива — до 60 градусов Цельсия (что
превышает требования 45 градусов в сертификационном базисе в
связи с более высокими фактическими температурами нагрева
кессона крыла при наземной стоянке самолета в жарком
климате). Расход топлива — до 4200 кг/час для линии маршевой
силовой установки (МСУ) и 220 кг/час для вспомогательной
(ВСУ).
Отмечая особенности СТ-21-1, Главный специалист — начальник
отдела топливных систем ПАО «Техприбор» Олег Федорович
Айкашев сказал нам следующее. «Наш стенд уникален тем, что
здесь комплексно исследуются все параметры, определяющие
подачу топлива в двигатель. Центробежный насос двигателя
соединен с электроприводом, имитирующим привод от редуктора
авиадвигателя. Изгибы всех топливных магистралей моделируют
трубопроводы на реальном самолете. Соответственно, можно
моделировать и измерять все значения давлений и температур,
а также расход топлива в этих трубопроводах.
Можно измерять и анализировать степень газосодержания
топлива, в том числе, и пузыри паровоздушной смеси, которые
могут представлять некоторую опасность как для
функционирования двигателя, так и подкачивающих насосов
(вызывать режимы кавитации). Известно, что, каждый новый
самолет, который впервые поднимается в воздух (то есть
представляет вновь разработанную модель) требует прежде
всего заключения о безопасности для первого вылета.
Поскольку новый самолет еще не летал, остро стоит проблема
обеспечения безопасности первого испытательного полета. Наш
стенд входит в перечень испытательных стендов,
обеспечивающих первый вылет».
По техническому совершенству стенд, созданный отечественными
специалистами для МС-21, превосходит аналогичный фирмы
Zodiac Aerotechnics для Sukhoi Superjet 100. Поворотная
платформа, имитирующая углы тангажа, в нашем случае
приводится в действие электрогидравлическим приводом. Он
позволяет осуществлять поворот платформы дистанционно на
заданные углы. А иностранный образец имеет центральную ось
качения; поворот платформы осуществляется вручную при помощи
ходовых винтов. Дополнительный стендовый бак (имитация
законцовки крыла с дренажным отеком) перемещается по
вертикали относительного основного бака электроприводом на
различные уровни, тогда как у Zodiac он жестко закреплен.
Трубопровод между стендовым баком и агрегатом ДЦН (входом
двигателя) в части конфигурации, длины и диаметров в нашем
случае имеет полную имитацию самолетного, а на иностранном
стенде — частичную (только диаметр трубопровода). Имитация
входа двигателя при помощи агрегата ДЦН с электроприводом у
«Техприбора» сделана на поворотной платформе (все
перемещается совместно со стендовыми баками), тогда как у
Zodiac он установлен стационарно, отдельно от стендовых
баков.
«Техприбор» больше позаботился о безопасности специалистов
во время проведения испытаний с топливом. В частности,
испытатели и системы управления стенда находятся в отдельных
помещениях от топливных баков и объекта испытаний.
Управление ведется из специальной пультовой комнаты. При
необходимости, операторы могут дистанционно включать, либо
отключать, отдельные агрегаты. Кроме объекта испытаний, в
испытательном комплексе топливных систем установлен и ряд
вспомогательных систем, обеспечивающих испытания. В данном
комплексе все они — современные, автоматизированные.
Спроектированы и построены в соответствии с современными
требованиями, в том числе и по эргономике. В результате,
существенно улучшились условия труда специалистов,
проводящих испытания.
Несмотря на гораздо большую сложность и степень
совершенства, стенд топливной системы самолета обошелся
заказчику в три раза дешевле, чем аналогичный иностранный,
созданный по предыдущей программе.
Проблемы импортозамещения
Правительством РФ объявлена и неуклонно проводится политика
замещения импорта. Из этого следует, что, со временем,
французские, немецкие и американские агрегаты необходимо
заменить на отечественные. Не секрет, что для российских
государственных структур при приобретении авиатехники,
сегодня на первое место выходит требование отечественной
комплектации. Особенно актуально это требование со стороны
силовых ведомств.
Вместе с тем, визуальный осмотр стенда выявил большое
количество шильдиков иностранных организаций. Среди
аппаратуры французского происхождения — продукция фирм,
входящих в состав группы компаний Zodiac Aerospace. Так, на
стенде СТ21-1 установлены импортные центробежные
электронасосы, электронасос постоянного тока, различные
электрокраны и клапаны. Отметим, что эти и другие агрегаты
уставлены на стенде в соответствии с начальной конфигурацией
самолета МС-21. Правда, специалисты ПАО «Техприбор»
пояснили, что все датчики, используемые на их стенде,
произведены в России. В том числе уровнемеры баков и
расходомеры струйных насосов фирмы Krohne, производство
которых локализовано в Самарской области.
Сегодняшний облик стенда СТ21-1 соответствует планам
самолетостроителей. Их суть заключается в скорейших летных
испытаниях самолета МС-21 в базовой, преимущественно
иностранной комплектации, с двигателями Pratt&Whitney
PW1400G и множеством импортных покупных изделий в системах
самолета.
В свою очередь, планы использования стенда СТ21-1 такие.
Сначала (май-июнь 2016 года) будут проведены испытания
топливной системы с комплектацией фирмы Zodiac Aerotechnics
в объеме, достаточном для обеспечения первого вылета
прототипа самолета МС-21 в варианте с американскими
двигателями. Следующим шагом (сентябрь 2016 — сентябрь 2017
года) идут сертификационные испытания топливной системы с
иностранной комплектацией. Третий этап – испытания топливной
системы с комплектацией по программе замещения импорта,
локализации агрегатов. Речь идет о самолете с условным
обозначением МС-21.RU оснащенным двигателями ПД-14
(разработки пермского КБ «Авиадвигатель»), отечественным
комплексом БРЭО (разработка КРЭТ) и общесамолетными
системами российской комплектации.
Завершающий этап - испытания топливной системы для
сертификации European Aviation Safety Agency (EASA), которая
планируется на 2018 год применительно к самолету с
американскими моторами. После завершения всех работ по теме
МС-21, объект может быть предложен для использования в
интересах других авиационных программ, таких как Ил-112В и
Ил-214.
Стенд, созданный в рамках программы МС-21, и аналогичные
ему, могут, в принципе, использоваться «Техприбором» для
апробирования собственных систем автоматики и управления
топливом, а также систем измерения. «Мы можем сделать «более
комплексный» стенд, чем этот. Понимаем, куда двигаться
дальше в плане развития наших компетенций», — сказали нам
специалисты предприятия. «Мы получили предложения по
замещению импорта на нескольких типах воздушных судов. Речь
идет о топливоизмерительных и топливных системах.
Подготовили и направили конкретные предложения, готовы
участвовать в тендерах, которые проводятся закупочными
организациями авиастроительных корпораций», — сказали наши
собеседники.
Традиционно ПАО «Техприбор» делал только датчики и блоки для
топливной системы — измерительные, автоматики. Сейчас,
опираясь на действующие контракты и растущие компетенции,
предприятие изучает вопросы организации разработки и
производства различных компонентов топливной системы
(включая топливоизмерение, управление топливом, комплектацию
агрегатами, проведением испытаний и так далее). Они вполне
могут найти применение на серийных авиалайнерах Sukhoi
Superjet 100 и МС-21, заменив ранее выбранные конструкторами
комплектующие иностранного происхождения. По мере расширения
области компетенции, в будущем возможно развитие условий,
при которых «Техприбор», вместе с другими предприятиями
КРЭТ, получит контракт на разработку и производство всей
топливной системы самолета.
