Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей. Двигатель из композитов


«Авиационные двигатели изготовят из композитов» в блоге «Подписан договор...»

ОАО «НПО «Сатурн», входящее в состав ОАО «УК «ОДК», и ООО «Нанотехнологический центр композитов», состоящее в структуру холдинга «Композит», создают совместное предприятие, где будут сосредоточены инновационные технологии производства и исследований деталей газотурбинных двигателей из полимерных композиционных материалов. 

28 августа на авиасалоне МАКС-2013 между ОАО «НПО «Сатурн» и ООО «Нанотехнологический центр композитов» состоялось подписание Соглашения о намерениях по созданию на территории ОАО «НПО «Сатурн» совместного предприятия. Основной деятельностью новой компании будет проведение НИР и ОКР по разработке деталей авиационных двигателей (ГТД) из полимерных композиционных материалов (ПКМ), проведение лабораторных исследований материалов, а также мелкосерийное производство деталей ГТД из ПКМ.

Соглашение подписано Генеральным конструктором НПО «Сатурн» Юрием Шмотиным и Генеральным директором «Нанотехнологического центра композитов» Михаилом Столяровым.

«Технологический прорыв при реализации проекта создания совместного предприятия состоит в разработке и применении новых технологий армирования и формования деталей, не имеющих аналогов в России, — отметил Юрий Шмотин. — В совокупности с работами по созданию новых методик расчёта и проектирования высоконагруженных деталей ГТД, ведущимися на ОАО «НПО «Сатурн», данные разработки позволят достигнуть уровня ведущих мировых компаний».

«Учреждение совместного предприятия позволит форсировать процесс внедрения композиционных материалов в производство авиационных двигателей, которые выпускаются на ОАО «НПО «Сатурн», — подчеркнул Михаил Столяров. — Для нас очень важно, что НЦК является частью этого интересного проекта. Уверены, что у новой компании большое будущее».

Создание совместного предприятия является частью крупномасштабного проекта по внедрению деталей из ПКМ в конструкцию двигателей ОАО «НПО «Сатурн». В реализации этого проекта задействована широкая кооперация российских вузов, малых инновационных предприятий, инжиниринговых компаний, отраслевых институтов и производителей материалов. Внедрение деталей из ПКМ в конструкцию двигателей ОАО «НПО «Сатурн», особенно для совершенствования двигателя SaM146 для самолёта Sukhoi Superjet 100, позволит перейти на новый уровень развития и значительно повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции.

Совместное предприятие станет частью программы развития инновационного территориального кластера «Газотурбостроение и энергомашиностроение», создающегося в Ярославской области.

ОАО «Научно-производственное объединение «Сатурн»Компания специализируется на разработке, производстве и послепродажном обслуживании газотурбинных двигателей для военной и гражданской авиации, кораблей Военно-морского флота, энергогенерирующих и газоперекачивающих установок. ОАО «НПО «Сатурн» входит в состав ОАО «Управляющая компания «Объединенная двигателестроительная корпорация».Создан в соответствии с Программой по созданию нанотехнологических центров Фонда инфраструктурных и образовательных программ РОСНАНО. Целью деятельности ООО «НЦК» является создание в партнерстве и софинансирование коммерчески эффективных научно-технических проектов по внедрению полимерных композиционных материалов в промышленности.

sdelanounas.ru

«НПО«Сатурн» проводит испытания деталей из полимерных композиционных материалов для двигателя SaM146» в блоге «Авиация»

ПАО «ОДК — Сатурн» (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию Госкорпорации Ростех) проводит испытания опытных образцов деталей полимерных композиционных материалов (ПКМ) в составе российско-французского двигателя SaM146, которым оснащаются авиалайнеры Sukhoi Superjet 100 (SSJ100).

Многокомпонентные композиционные материалы состоят из пластичной основы (матрицы) и армирующих наполнителей, обладающих высокой жесткостью и прочностью. Их сочетание обеспечивает создание новых материалов, а ориентация наполнителя (углеродного волокна) в материале - необходимые прочностные свойства.

SaM146 — интегрированная силовая установка, включающая двигатель и мотогондолу с реверсивным устройством. Поставки SaM146 и все услуги по послепродажному обслуживанию осуществляет компания PowerJet (совместное предприятие, основанное на принципах равноправного партнерства Safran Aircraft Engines и «ОДК — Сатурн»).

Рыбинское предприятие «ОДК — Сатурн» отвечает за разработку и производство вентилятора и компрессора низкого давления, турбины низкого давления, общую сборку двигателя SaM146 и его испытания, а Safran Aircraft Engines — за компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления, коробку агрегатов, САУ и интеграцию силовой установки.

«ОДК — Сатурн» работает над улучшением ресурсных и технических характеристик двигателя. Одним из направлений данных улучшений является замена существующих металлических деталей двигателя на конструкции, изготовленные из полимерных композиционных материалов.

«Мы активно работаем над созданием и внедрением деталей из полимерных композиционных материалов в состав авиационных двигателей, поскольку это позволяет существенно улучшить основные характеристики изделия, — говорит заместитель генерального конструктора «ОДК — Сатурн» по научно-исследовательской работе Дмитрий Карелин. — В частности, одной из задач является снижение веса двигателя SaM146 и других ГТД, выпускаемых предприятиями ОДК, а также создание научно-технического задела в области внедрения ПКМ. Целевыми показателями при этом являются снижение массы детали на 20-40% и стоимости изготовления на 10-50%".

В настоящее время первые опытные образцы, произведенные на «ОДК — Сатурн», проходят комплекс испытаний в составе двигателя SaM146. Разработанные технологии будут внедрены и в другие силовые установки ОДК.

Для успешного внедрения ПКМ специалистами предприятия была выбрана концепция «от простого к сложному», когда последовательность шагов начинается от замены материала в неответственных статорных деталях до ключевой задачи — разработки и создания модуля вентилятора из ПКМ.

Ключевые технологические направления, по которым ведется освоение данной технологии, — это ПКМ для статорных деталей на основе термопластичной (суперплатики типа ПЭЭК) матрицы и ПКМ для нагруженных деталей ГТД (в том числе рабочая лопатка вентилятора) с 3D-тканой армирующей структурой. Разработка технологий проводится в широкой кооперации с российскими и иностранными институтами и компаниями.

«Анализ мировых тенденций показал, что зарубежные компании-лидеры уже осуществляют переход от традиционных слоистых полимерных композитов к материалам нового поколения, — отмечает заместитель генерального конструктора «ОДК — Сатурн» по научно-исследовательской работе Дмитрий Карелин. — Это связано с повышением надежности деталей из новых материалов в сравнении со слоистыми ПКМ. Простое повторение опыта мировых компаний не позволит осуществить технологический скачок и, тем более, опередить их, поэтому внимание было сфокусировано на новых современных технологиях, имеющих максимальные перспективы применения. Серьезный прорыв можно осуществить с началом промышленного освоения и эксплуатации деталей из термопластичных ПКМ. Использование данных материалов позволяет проводить повторный расплав-отверждение, а, значит, существенно расширяет технологические возможности создания деталей из ПКМ, делает возможным использование технологий сварки, штамповки, литья, гибридных технологий формования, позволяет ремонтировать детали в условиях эксплуатации при появлении повреждений».

Технология создания сложных пространственно-армирующих структур из непрерывного углеволокна, которую осваивают в «ОДК — Сатурн», позволяет управлять и контролировать распределение механических свойств внутри детали за счёт 3D-армирования и нивелирует самый главный недостаток традиционных ПКМ — склонность к межслойному расслоению.

sdelanounas.ru

Из чего делают современные двигатели: новые материалы на службе автопроизводителей

На протяжении многих десятков лет моторы изготавливали из самых обычных материалов — стали, чугуна, меди, бронзы, алюминия. Совсем немного пластика, иногда какие-то мелкие элементы, вроде корпусов карбюраторов, — из магниевых сплавов. На волне тенденции к всемерному облегчению конструкций и увеличению мощности при улучшении экологической составляющей состав материалов с тех времен заметно изменился. Из чего же сегодня делают двигатели? Разбираемся.

Большая часть автовладельцев наверняка знает главный тренд современного автомобилестроения: увеличение мощности двигателя при постоянном уменьшении его объема и массы. Секрет такого сочетания кроется в том числе в новых материалах и конструктивах. Ну и, разумеется, тщательной проработке всех элементов силового агрегата, а также уже не скрываемом отсутствии избыточных (читай: невыгодных) запасов прочности.

Как ни странно, всевозможные нанотрубки и прочий хай-тек, о котором постоянно говорят в СМИ, в моторостроении на самом деле почти не применяются. В серийных моторах самыми дорогими и сложными материалами являются кремнийникелевые покрытия, металлокерамический композит (например, известный как FRM у Honda), различные полимерно-углеродные композиции и постепенно появляющиеся в серийных двигателях титановые сплавы, а также сплавы с высоким содержанием никеля, например Inconel. В целом же двигателестроение остается очень консервативной областью машиностроения, где смелые эксперименты в серийном производстве не приветствуются.

Прогресс обеспечивается в основном «тонкой настройкой» и применением давно известных технологий по мере их удешевления. Основная масса серийных агрегатов состоит в основном из чугуна, стали и алюминиевых сплавов — по сути, самых дешевых материалов в машиностроении. Однако тут все же есть место для новых технологий.

Самая крупная деталь любого мотора — блок цилиндров. Она же самая тяжелая. Долгие десятки лет основным материалом для блоков служил чугун. Он достаточно прочен, хорошо льется в любую форму, его обработанные поверхности обладают высокой износостойкостью. Список достоинств включает и невысокую цену. Современные моторы небольшого рабочего объема по-прежнему льются из чугуна, и вряд ли в ближайшее время индустрия полностью откажется от этого материала.

Основная задача в совершенствовании сплавов чугуна — это сохранение высокой твердости поверхности при улучшении его вспомогательных качеств, иначе это может привести к необходимости использования чугунных же гильз для блока цилиндров из более износостойкого сплава. Так изредка делают, но в основном на грузовых моторах, где эта технология финансово оправданна.

Алюминий в качестве материала блока применяется также очень давно и совершенствуется примерно в том же направлении. Усилия направлены в основном на улучшение возможностей его обработки, на снижение коэффициента расширения при сохранении необходимой пластичности материала, повышение необходимых аспектов прочности сплавов.

Также развиваются технологии использования вторичного алюминия низкой очистки. Для таких сплавов применяются технологии, отличные от литья, причем налицо тенденция к изготовлению из алюминия блоков цилиндров более компактных моторов. Например, двигатель Volkswagen серии EA211 сегодня имеет алюминиевый блок, который оказался на 40% легче чугунного.

Магниевые сплавы значительно менее популярны. Они легче алюминиевых, но имеют значительно более низкую коррозийную стойкость, не переносят контакта с горячей охлаждающей жидкостью, со стальными крепежными деталями повышенной температуры. На рядных шестицилиндровых блоках моторов BMW серий N52 и N53, например, из магниевого сплава выполнена только внешняя часть блока, «рубашка» системы охлаждения. Для сравнительно длинного блока шестицилиндрового мотора это дает выигрыш в массе порядка 10 кг по сравнению с цельноалюминиевой конструкцией. Также магниевые сплавы используют для блок-картеров моторов с отъемными цилиндрами. В основном это двигатели мотоциклов.

Компоненты двигателя

Если с самой большой деталью мотора новые технологии и материалы не очень «дружат» в целом, то в частностях возможны интересные сюрпризы. Гильзы цилиндров у любого блока являются точкой приложения всех новейших технологий и материалов. Высокопрочный чугун, методы поверхностного упрочнения алюминиевых высококремнистых сплавов, гальванические покрытия на основе сплава карбида кремния с никелем, металлокерамические матрицы и стальное напыление широко используются даже на серийных моторах. Про чугун и высококремнистый алюминий говорить не будем, все же сами технологии не только старые, но и массовые. А вот про остальные материалы лучше рассказать чуть подробнее.

Упрочненные чугунные гильзы по технологии CGI (Compacted Graphite Iron) появились для реализации экстремально высокой степени форсирования у дизельных моторов. Этот чугун сильно отличается от распространенного серого чугуна. У него на 75% выше прочность на разрыв, на 40% выше модуль упругости, и он в два раза устойчивее к знакопеременным нагрузкам. А его сравнительно невысокая стоимость и прочность позволяют создавать литые чугунные блоки с массой меньше, чем у алюминиевых. Но в основном его применение ограничено гильзами и коленчатыми валами. Гильзы получаются очень тонкими, теплопроводными и при этом столь же технологичными и надежными, как обычные гильзы из чугуна. А коленчатые валы по прочности соперничают с коваными стальными при заметно меньшей себестоимости.

Покрытие по технологии Nicasil, в общем-то, не редкость и далеко не новинка, но оно остается одним из самых высокотехнологичных и перспективных в своей сфере. Изобрели его еще в 1967 году для роторно-поршневых двигателей, и засветиться в массовом автомобилестроении оно успело. Porsche его применял для гильз цилиндров с 1970-х, а в 1990-е его попытались применить и на более массовых моторах, например в BMW и Jaguar, но недостатки технологии и высокая цена заставили отказаться от него в пользу более дешевых методов поверхностного упрочнения высококремниевых сплавов, например по технологии Alusil.

Причем более вероятной причиной отказа является как раз повышенная стоимость блоков цилиндров с этим покрытием, связанная с низкой технологичностью процесса гальванического нанесения и высоким процентом не выявляемого сразу брака, который потом успешно списали на высокосернистые бензины.

Тем не менее это покрытие все еще остается лучшим выбором для создания рабочей поверхности в любом мягком металле, потому под различными торговыми наименованиями применяется в массовом и особенно гоночном двигателестроении. Например, под маркой SCEM в моторах Suzuki. Его недостатки в основном связаны с очень высокой стоимостью обработки и слабой приспособленностью к массовому производству при использовании с крупными многоцилиндровыми блоками.

Металлокерамическая матрица (MMC), более известная как FRM в моторах Honda, — еще один оригинальный и интересный материал. Например, двигатель на суперкаре NSX имел гильзы, выполненные по такой технологии. Опять же технология далеко не новая, но, как и материал, очень перспективная. Покрытие типа Nicasil тоже относится к MMC, но его приходится наносить гальваническим методом, и в качестве матрицы выступает достаточно твердый никель.

В технологии FRM материалом матрицы служит алюминий, а MMC получается в процессе заливки гильзы из волокнистого материала на основе карбоновой нити в алюминиевый блок. Использование углеродного волокна более технологично. К тому же матрица получается намного более толстой, чуть более мягкой, намного более упругой и абсолютно интегрированной в материал блока. Отслоение, как это происходило с Nicasil, попросту невозможно. Задиры и локальные повреждения в силу структуры материала ему почти не страшны, а в случае износа цилиндр можно расточить благодаря большому запасу по толщине.

Минусы у такого покрытия тоже имеются. Во-первых, немалая цена, во-вторых, жесткое отношение к поршневым кольцам, поскольку его структура плохо «настраивается». Тут не создать полноценной сетки хона, правда, масло хорошо удерживается в волокнах и без того. Края волокон очень жесткие, и даже сверхтвердые кольца имеют ограниченный ресурс, а поршень в местах контакта интенсивно изнашивается при малейшем биении, что подразумевает использование поршней с минимальным зазором и очень короткой юбкой. К тому же покрытие очень маслоемкое. В итоге у моторов постоянно наблюдался повышенный расход масла, что на определенном этапе не позволило выполнять жесткие экологические требования.

Впрочем, сейчас эта проблема уже не актуальна, новые катализаторы и новые поколения малозольных масел позволяют об этом не беспокоиться. Ну и, разумеется, цена нанесения покрытия такого типа заметно выше, чем у алюсила или чугунных гильз, но все же меньше, чем у Nicasil-подобных материалов.

Покрытия MMC разных типов также используются в целом ряде деталей двигателей. Например, в седлах клапанов в ГБЦ, упрочнениях крайних постелей распредвалов, особо нагруженных местах креплений элементов конструкции. Это позволяет широко применять цельноалюминиевые детали и снижать массу конструкции за счет упрощения. Некоторые детали двигателей могут иметь крупные элементы из MMC, например клапаны. Но это и сейчас удел не серийных конструкций.

Титановые сплавы также давно пытаются использовать в конструкции машин. В двигателях этот прочный, легкий и очень эластичный материал с превосходной химической стойкостью применяется очень ограниченно в силу высокой стоимости. Но можно найти серийные конструкции с деталями из титана. Титановые шатуны, например, давно устанавливаются в моторах Ferrari и тюнинговом подразделении AMG. Еще титан — неплохой выбор для пружин, шайб, рокеров и прочих элементов ГРМ, деталей теплообменников EGR, а также разных крепежных элементов. Кроме того, он используется для производства рабочих элементов высокопроизводительных турбин, а иногда —— для производства клапанов и даже поршней.

Теоретически детали из высококремнистых титановых сплавов с высоким содержанием интерметаллидов и сицилидов могут применяться в двигателях, но у большинства титановых сплавов наблюдается серьезная потеря прочности уже при температурах свыше 300 градусов — изменение пластичности в больших пределах и большой коэффициент расширения, что не позволяет создавать из них долговечные детали с низкой массой. Ограниченное применение имеет в двигателестроении и 3D-печать из титановых сплавов, например для создания выпускных систем на спорткарах.

А вот покрытия из нитрида титана — одни из самых популярных средств упрочнения поршневых колец. Этот материал отлично работает по кремниевому упрочненному слою гильз цилиндров. Его же используют как напыление на фаски клапанов, в том числе титановых, на торцы толкателей клапанного механизма и другие узлы двигателя. Начиная с 1990-х годов использование этого метода упрочнения неуклонно возрастает, и он вытесняет хромирование, азотирование и ТВЧ-закалку. Также нитрид титана является перспективным типом покрытия для гильз цилиндров: он может наноситься методом PA-CVD (плазмохимическое осаждение из газовой фазы), а значит, такие технологии могут стать серийными в ближайшее время, если будет спрос на новые износостойкие покрытия цилиндров.

Уже упомянутая 3D-печать также активно применяется для создания высокопрочных и высокоточных жаростойких деталей сплав Inconel. Это семейство никельхромовых жаростойких сплавов давно служит материалом для создания выпускных клапанов, верхних компрессионных колец, пружин и даже выпускных коллекторов, корпусов турбин и крепежного материала для высокотемпературного применения.

В последние годы, в связи с развитием технологий 3D-печати и активным использованием в них Inconel-сплавов, мелкосерийные ДВС все чаще обзаводятся деталями из этого очень перспективного материала. Рабочий диапазон деталей из него минимум на 150–200 градусов выше, чем у самых жаростойких сталей, и доходит до 1200 градусов. Как материал упрочнения сплавы Inconel используются серийно уже достаточно давно, так, в моторах Mercedes-Benz покрытие из Inconel применяется на моторах серий M272/M273.

Пластмассы также продолжают внедрять в конструкции двигателей. Выполненные из пластика элементы системы впуска и охлаждения — дело уже привычное. Но дальнейшее расширение номенклатуры маслостойких и теплостойких пластмасс с низким короблением позволило создать пластмассовые картеры ДВС, клапанные крышки, направляющие, корпуса малых конструкций внутри двигателя. Концепты моторов с блоком цилиндров из пластмассы, а точнее, из полимерно-углеродных композиций, уже были представлены публике. При незначительно меньшей прочности, чем у легких сплавов, пластик в производстве обходится дешевле и значительно лучше перерабатывается.

Каков итог?

Изучение вопроса применяемости материалов в двигателестроении показывает четкую направленность: для снижения массы и улучшения других характеристик применение каких-то суперматериалов либо не особо требуется, либо невозможно в принципе в силу физических и химических свойств. Развитие технологий идет путем эволюционным — усовершенствования как самого производства, так и традиционных материалов, реорганизации рабочего процесса и конструкторской оптимизацией. Так что даже в среднесрочной перспективе мы вряд ли увидим революцию в производстве ДВС, скорее речь будет идти о постепенном отказе от этого типа двигателя в принципе в пользу электротехнологий, хотя и там пока не наблюдается бурного технологического прорыва.

dvizhok.su

ОДК изготовит детали из композитов для двигателя Sukhoi Superjet 100

Первый запуск двигателей SaM146 на самолете Sukhoi Superjet 100 / Фото: superjet100.info

Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) планирует использовать детали из полимерных композитов (ПКМ) в составе российско-французского двигателя SaM146, которым оснащаются авиалайнеры Sukhoi Superjet 100. В настоящее время «ОДК – Сатурн» проводит испытания опытных образцов композитных деталей в составе SaM146.

SaM146 – интегрированная силовая установка, включающая двигатель и мотогондолу с реверсивным устройством. Поставки SaM146 и все услуги по послепродажному обслуживанию осуществляет компания PowerJet – совместное предприятие французской Safran Aircraft Engines и «ОДК – Сатурн».

Рыбинское предприятие отвечает за разработку и производство вентилятора и компрессора низкого давления, турбины низкого давления, общую сборку двигателя SaM146 и его испытания, а Safran Aircraft Engines – за компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления, коробку агрегатов, САУ и интеграцию силовой установки.

«ОДК – Сатурн» работает над улучшением ресурсных и технических характеристик двигателя. Одно из направлений – замена существующих металлических деталей двигателя на конструкции из полимерных композиционных материалов. Они состоят из пластичной основы (матрицы) и армирующих наполнителей, обладающих высокой жесткостью и прочностью.

«Мы активно работаем над созданием и внедрением деталей из полимерных композиционных материалов в состав авиационных двигателей, поскольку это позволяет существенно улучшить основные характеристики изделия», – говорит заместитель генерального конструктора «ОДК – Сатурн» по научно-исследовательской работе Дмитрий Карелин.

В частности, одной из задач является снижение веса двигателя SaM146 и других газотурбинных двигателей, выпускаемых предприятиями ОДК. Целевыми показателями при этом являются снижение массы детали на 20-40% и стоимости изготовления на 10-50%, пояснил Дмитрий Карелин.

В настоящее время первые опытные образцы, произведенные на «ОДК – Сатурн», уже проходят комплекс испытаний в составе двигателя SaM146. Разработанные технологии будут внедрены и в другие силовые установки ОДК.

Ключевые технологические направления, по которым ведется освоение данной технологии, – это ПКМ для статорных деталей на основе термопластичной матрицы и ПКМ для нагруженных деталей двигателя с 3D-тканой армирующей структурой.

«Анализ мировых тенденций показал, что зарубежные компании-лидеры уже осуществляют переход от традиционных слоистых полимерных композитов к материалам нового поколения, – рассказывает Дмитрий Карелин. – Это связано с повышением надежности деталей из новых материалов в сравнении со слоистыми ПКМ».

Как он отмечает, простое повторение опыта мировых компаний не позволит осуществить технологический скачок и, тем более, опередить их. Поэтому необходимо рассматривать новые современные технологии, имеющие максимальные перспективы применения.

«Серьезный прорыв можно осуществить с началом промышленного освоения и эксплуатации деталей из термопластичных ПКМ. Использование данных материалов позволяет проводить повторный расплав-отверждение, а, значит, существенно расширяет технологические возможности создания деталей из ПКМ, делает возможным использование технологий сварки, штамповки, литья, гибридных технологий формования, позволяет ремонтировать детали в условиях эксплуатации при появлении повреждений», – отметил Дмитрий Карелин.

Технология создания сложных пространственно-армирующих структур из непрерывного углеволокна, которую также осваивают в «ОДК – Сатурн», позволяет управлять и контролировать распределение механических свойств внутри детали за счет 3D-армирования. Это делает возможным справиться с самым главным недостатком традиционных ПКМ – склонность к межслойному расслоению.

МОСКВА, Ростех2

Оригинал

www.arms-expo.ru

ОДК изготовит детали из композитов для двигателя Sukhoi Superjet 100

Первый запуск двигателей SaM146 на самолете Sukhoi Superjet 100 / Фото: superjet100.info

Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) планирует использовать детали из полимерных композитов (ПКМ) в составе российско-французского двигателя SaM146, которым оснащаются авиалайнеры Sukhoi Superjet 100. В настоящее время «ОДК – Сатурн» проводит испытания опытных образцов композитных деталей в составе SaM146.

SaM146 – интегрированная силовая установка, включающая двигатель и мотогондолу с реверсивным устройством. Поставки SaM146 и все услуги по послепродажному обслуживанию осуществляет компания PowerJet – совместное предприятие французской Safran Aircraft Engines и «ОДК – Сатурн».

Рыбинское предприятие отвечает за разработку и производство вентилятора и компрессора низкого давления, турбины низкого давления, общую сборку двигателя SaM146 и его испытания, а Safran Aircraft Engines – за компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления, коробку агрегатов, САУ и интеграцию силовой установки.

«ОДК – Сатурн» работает над улучшением ресурсных и технических характеристик двигателя. Одно из направлений – замена существующих металлических деталей двигателя на конструкции из полимерных композиционных материалов. Они состоят из пластичной основы (матрицы) и армирующих наполнителей, обладающих высокой жесткостью и прочностью.

«Мы активно работаем над созданием и внедрением деталей из полимерных композиционных материалов в состав авиационных двигателей, поскольку это позволяет существенно улучшить основные характеристики изделия», – говорит заместитель генерального конструктора «ОДК – Сатурн» по научно-исследовательской работе Дмитрий Карелин.

В частности, одной из задач является снижение веса двигателя SaM146 и других газотурбинных двигателей, выпускаемых предприятиями ОДК. Целевыми показателями при этом являются снижение массы детали на 20-40% и стоимости изготовления на 10-50%, пояснил Дмитрий Карелин.

В настоящее время первые опытные образцы, произведенные на «ОДК – Сатурн», уже проходят комплекс испытаний в составе двигателя SaM146. Разработанные технологии будут внедрены и в другие силовые установки ОДК.

Ключевые технологические направления, по которым ведется освоение данной технологии, – это ПКМ для статорных деталей на основе термопластичной матрицы и ПКМ для нагруженных деталей двигателя с 3D-тканой армирующей структурой.

«Анализ мировых тенденций показал, что зарубежные компании-лидеры уже осуществляют переход от традиционных слоистых полимерных композитов к материалам нового поколения, – рассказывает Дмитрий Карелин. – Это связано с повышением надежности деталей из новых материалов в сравнении со слоистыми ПКМ».

Как он отмечает, простое повторение опыта мировых компаний не позволит осуществить технологический скачок и, тем более, опередить их. Поэтому необходимо рассматривать новые современные технологии, имеющие максимальные перспективы применения.

«Серьезный прорыв можно осуществить с началом промышленного освоения и эксплуатации деталей из термопластичных ПКМ. Использование данных материалов позволяет проводить повторный расплав-отверждение, а, значит, существенно расширяет технологические возможности создания деталей из ПКМ, делает возможным использование технологий сварки, штамповки, литья, гибридных технологий формования, позволяет ремонтировать детали в условиях эксплуатации при появлении повреждений», – отметил Дмитрий Карелин.

Технология создания сложных пространственно-армирующих структур из непрерывного углеволокна, которую также осваивают в «ОДК – Сатурн», позволяет управлять и контролировать распределение механических свойств внутри детали за счет 3D-армирования. Это делает возможным справиться с самым главным недостатком традиционных ПКМ – склонность к межслойному расслоению.

МОСКВА, Ростех2

Оригинал

www.arms-expo.ru

ОДК изготовит детали из композитов для двигателя Sukhoi Superjet 100

Первый запуск двигателей SaM146 на самолете Sukhoi Superjet 100 / Фото: superjet100.info

Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) планирует использовать детали из полимерных композитов (ПКМ) в составе российско-французского двигателя SaM146, которым оснащаются авиалайнеры Sukhoi Superjet 100. В настоящее время «ОДК – Сатурн» проводит испытания опытных образцов композитных деталей в составе SaM146.

SaM146 – интегрированная силовая установка, включающая двигатель и мотогондолу с реверсивным устройством. Поставки SaM146 и все услуги по послепродажному обслуживанию осуществляет компания PowerJet – совместное предприятие французской Safran Aircraft Engines и «ОДК – Сатурн».

Рыбинское предприятие отвечает за разработку и производство вентилятора и компрессора низкого давления, турбины низкого давления, общую сборку двигателя SaM146 и его испытания, а Safran Aircraft Engines – за компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления, коробку агрегатов, САУ и интеграцию силовой установки.

«ОДК – Сатурн» работает над улучшением ресурсных и технических характеристик двигателя. Одно из направлений – замена существующих металлических деталей двигателя на конструкции из полимерных композиционных материалов. Они состоят из пластичной основы (матрицы) и армирующих наполнителей, обладающих высокой жесткостью и прочностью.

«Мы активно работаем над созданием и внедрением деталей из полимерных композиционных материалов в состав авиационных двигателей, поскольку это позволяет существенно улучшить основные характеристики изделия», – говорит заместитель генерального конструктора «ОДК – Сатурн» по научно-исследовательской работе Дмитрий Карелин.

В частности, одной из задач является снижение веса двигателя SaM146 и других газотурбинных двигателей, выпускаемых предприятиями ОДК. Целевыми показателями при этом являются снижение массы детали на 20-40% и стоимости изготовления на 10-50%, пояснил Дмитрий Карелин.

В настоящее время первые опытные образцы, произведенные на «ОДК – Сатурн», уже проходят комплекс испытаний в составе двигателя SaM146. Разработанные технологии будут внедрены и в другие силовые установки ОДК.

Ключевые технологические направления, по которым ведется освоение данной технологии, – это ПКМ для статорных деталей на основе термопластичной матрицы и ПКМ для нагруженных деталей двигателя с 3D-тканой армирующей структурой.

«Анализ мировых тенденций показал, что зарубежные компании-лидеры уже осуществляют переход от традиционных слоистых полимерных композитов к материалам нового поколения, – рассказывает Дмитрий Карелин. – Это связано с повышением надежности деталей из новых материалов в сравнении со слоистыми ПКМ».

Как он отмечает, простое повторение опыта мировых компаний не позволит осуществить технологический скачок и, тем более, опередить их. Поэтому необходимо рассматривать новые современные технологии, имеющие максимальные перспективы применения.

«Серьезный прорыв можно осуществить с началом промышленного освоения и эксплуатации деталей из термопластичных ПКМ. Использование данных материалов позволяет проводить повторный расплав-отверждение, а, значит, существенно расширяет технологические возможности создания деталей из ПКМ, делает возможным использование технологий сварки, штамповки, литья, гибридных технологий формования, позволяет ремонтировать детали в условиях эксплуатации при появлении повреждений», – отметил Дмитрий Карелин.

Технология создания сложных пространственно-армирующих структур из непрерывного углеволокна, которую также осваивают в «ОДК – Сатурн», позволяет управлять и контролировать распределение механических свойств внутри детали за счет 3D-армирования. Это делает возможным справиться с самым главным недостатком традиционных ПКМ – склонность к межслойному расслоению.

МОСКВА, Ростех2

www.globalwarnews.ru

ОДК начинает применять композитные материалы при строительстве авиационных двигателей SaM146

ПАО “ОДК – Сатурн” проводит испытания опытных образцов деталей полимерных композиционных материалов (ПКМ) в составе российско-французского двигателя SaM146, которым оснащаются авиалайнеры Sukhoi Superjet 100 (SSJ100). Многокомпонентные композиционные материалы состоят из пластичной основы (матрицы) и армирующих наполнителей, обладающих высокой жесткостью и прочностью. Их сочетание обеспечивает создание новых материалов, а ориентация наполнителя (углеродного волокна) в материале – необходимые прочностные свойства.

Воспользуйтесь нашими услугами

SaM146 – интегрированная силовая установка, включающая двигатель и мотогондолу с реверсивным устройством. Поставки SaM146 и все услуги по послепродажному обслуживанию осуществляет компания PowerJet (совместное предприятие, основанное на принципах равноправного партнерства Safran Aircraft Engines и “ОДК – Сатурн”). Рыбинское предприятие “ОДК – Сатурн” отвечает за разработку и производство вентилятора и компрессора низкого давления, турбины низкого давления, общую сборку двигателя SaM146 и его испытания, а Safran Aircraft Engines – за компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления, коробку агрегатов, САУ и интеграцию силовой установки.

“ОДК – Сатурн” работает над улучшением ресурсных и технических характеристик двигателя. Одним из направлений данных улучшений является замена существующих металлических деталей двигателя на конструкции, изготовленные из полимерных композиционных материалов. “Мы активно работаем над созданием и внедрением деталей из полимерных композиционных материалов в состав авиационных двигателей, поскольку это позволяет существенно улучшить основные характеристики изделия, – говорит заместитель генерального конструктора “ОДК – Сатурн” по научно-исследовательской работе Дмитрий Карелин. – В частности, одной из задач является снижение веса двигателя SaM146 и других ГТД, выпускаемых предприятиями ОДК, а также создание научно-технического задела в области внедрения ПКМ.

Целевыми показателями при этом являются снижение массы детали на 20-40% и стоимости изготовления на 10-50%”. В настоящее время первые опытные образцы, произведенные на “ОДК – Сатурн”, проходят комплекс испытаний в составе двигателя SaM146. Разработанные технологии будут внедрены и в другие силовые установки ОДК. Для успешного внедрения ПКМ специалистами предприятия была выбрана концепция “от простого к сложному”, когда последовательность шагов начинается от замены материала в неответственных статорных деталях до ключевой задачи – разработки и создания модуля вентилятора из ПКМ. Ключевые технологические направления, по которым ведется освоение данной технологии, – это ПКМ для статорных деталей на основе термопластичной (суперплатики типа ПЭЭК) матрицы и ПКМ для нагруженных деталей ГТД (в том числе рабочая лопатка вентилятора) с 3D-тканой армирующей структурой. Разработка технологий проводится в широкой кооперации с российскими и иностранными институтами и компаниями.

“Анализ мировых тенденций показал, что зарубежные компании-лидеры уже осуществляют переход от традиционных слоистых полимерных композитов к материалам нового поколения, – отмечает заместитель генерального конструктора “ОДК – Сатурн” по научно-исследовательской работе Дмитрий Карелин. – Это связано с повышением надежности деталей из новых материалов в сравнении со слоистыми ПКМ. Простое повторение опыта мировых компаний не позволит осуществить технологический скачок и, тем более, опередить их, поэтому внимание было сфокусировано на новых современных технологиях, имеющих максимальные перспективы применения.

Серьезный прорыв можно осуществить с началом промышленного освоения и эксплуатации деталей из термопластичных ПКМ. Использование данных материалов позволяет проводить повторный расплав-отверждение, а, значит, существенно расширяет технологические возможности создания деталей из ПКМ, делает возможным использование технологий сварки, штамповки, литья, гибридных технологий формования, позволяет ремонтировать детали в условиях эксплуатации при появлении повреждений”.

Технология создания сложных пространственно-армирующих структур из непрерывного углеволокна, которую также осваивают в “ОДК – Сатурн”, позволяет управлять и контролировать распределение механических свойств внутри детали за счёт 3D-армирования и нивелирует самый главный недостаток традиционных ПКМ – склонность к межслойному расслоению.

SaM146 – интегрированная силовая установка (включающая турбовентиляторный двигатель, мотогондолу с устройством реверса тяги, навесное оборудование) для нового поколения регионально-магистральных самолетов.

  • Snecma: газогенератор, коробка приводов, система управления, интеграция силовой установки, летные испытания
  • ОАО«НПО«Сатурн»: вентилятор, каскад низкого давления, окончательная сборка двигателя, наземные испытания

Конструктивные особенности

  • вентилятор с широкохордными лопатками
  • 3-ступенчатый компрессор низкого давления
  • 6-ступенчатый компрессор высокого давления
  • кольцевая камера сгорания
  • 1-ступенчатая турбина высокого давления
  • 3-ступенчатая турбина низкого давления

Применение

Первым применением SaM146 является семейство самолетов Superjet 100, создаваемое компанией Гражданские Самолеты Сухого (ОАК, РФ) при участии Alenia Aermacchi (Finmeccanica, Италия):

  • SaM146-1S17 для регионально-магистрального самолета SSJ100-95B
  • SaM146-1S18 для регионально-магистрального самолета SSJ100-95LR и бизнес-самолета SBJ

Преимущества

Компактный, надежный и экологичный двигатель, созданный на основе сочетания опыта и новых технологий отечественного и западного двигателестроения:

  • сертифицирован по стандартам EASA и АР МАК
  • широкий диапазон регулирования тяги
  • высокая надежность (на уровне стандарта CFM56)
  • соответствие экологическим требованиям ICAO
  • полная взаимозаменяемость в семействе самолетов
  • низкая стоимость владения

Силовая установка SaM146 и все услуги по послепродажному обслуживанию поставляются компанией PowerJet.

Технические характеристики

Тяга на чрезвычайном режиме, кгс 7 660 7 890
Тяга на взлетном режиме, кгс 6 962 7 311
Удельный расход топлива на крейсерском режиме, кг/(кгс•час) 0.63
Степень двухконтурности 4.43
Габариты (со смесителем) (L x D), м 3.590 x 1.224

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

integral-russia.ru