В Самарском национальном исследовательском университете имени академика С.П. Королева 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.

Как сообщалось ранее, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева, являющийся участником научно-образовательного центра "Инженерия будущего", создает инжиниринговый центр, в котором будут вестись разработки в области перспективного газотурбинного двигателестроения, развития цифровых интеллектуальных технологий и инноваций в сфере машиностроения и энергетики. На создание и развитие центра из федерального бюджета выделено свыше 222 млн рублей. Инжиниринговый центр Самарского университета им. Королева будет развиваться в тесном взаимодействии со стратегическим партнером - ПАО "ОДК-Кузнецов", а реализуемые здесь проекты станут одним из ключевых элементов исследовательской программы развития НОЦ "Инженерия будущего" в части технологических и образовательных проектов платформы "Двигателестроение".

*Малоразмерные газотурбинные двигатели (МГТД) используются на экспериментальных самолетах, беспилотных летательных аппаратах, в энергоустановках. Примерными аналогами созданного в Самарском университете МГТД являются зарубежные двигатели Turbec (Италия, 100 и 655 кВт), Turbomach (Швейцария, 130 кВт), Elliott (США, 100 кВт), Bowmen (Англия, 80 кВт), Capstone (США, 30, 60 и 200 кВт).

**Синтез-газ (водяной газ, генераторный газ) - преимущественно смесь монооксида углерода и водорода. В промышленности получают паровой конверсией метана, плазменной газификацией отходов и сырья, газификацией угля....