Система сгорания GT50 успешно прошла контрольную проверку на режиме земного малого газа

На этой неделе в Производственном центре № 1 наша команда достигла ключевого рубежа в рамках программы GT50. После двух недель интенсивных пусконаладочных работ нам удалось успешно вывести систему сгорания на режимы выше наземного малого газа — тем самым подтвердив, что сердце нашего фирменного газотурбинного двигателя работает именно так, как было задумано. Параллельно с этим прорывом сборка прототипа газогенератора в нашей лаборатории механической сборки близится к завершению, при этом полная сборка двигателя ожидается к выходным.

Поэтапно: пусконаладка системы сгорания GT50

На протяжении последних двух недель команда методично снижала риски, связанные с системой сгорания GT50. Как объясняет Джейсон, цель состояла в том, чтобы «при первом запуске двигателя не допустить повреждения ценных компонентов прототипа».

Воспламенение и стабильное горение

Программа началась с основ. Сможет ли команда обеспечить подачу топлива под нужным давлением? Будет ли оно распыляться надлежащим образом? Правильно ли расположен воспламенитель? Удастся ли зажечь пламя и поддерживать его стабильным?

Этот рубеж был успешно пройден несколько недель назад. «Готово, сделано. Эта часть работает», — подтвердил Хилл.

Выход на режим малого газа

Следующей задачей было провести камеру сгорания через цикл запуска, управляя соотношением топлива и воздуха при постоянно растущих массовых расходах и давлениях. Для этого требовалось, чтобы система завихрителей, удерживающая пламя, вместе с отверстиями первичной зоны и отверстиями разбавления создавала устойчивую рециркуляцию в широком диапазоне рабочих режимов.

Как и следовало ожидать в столь амбициозной программе, команда столкнулась с проблемами настройки завихрителя и пульсациями, вызванными сложным взаимодействием топливной системы с аэродинамикой и термодинамикой горения. Обе проблемы были диагностированы и устранены. «Всё это решено. Задача закрыта».

Проблема подачи воздуха

Следующее препятствие оказалось невероятно сложным. Чтобы вывести камеру сгорания на режим земного малого газа, а затем и полётного малого газа, требуемый объём сжатого воздуха, по словам Хилла, становится «поистине колоссальным».

Под испытательным стендом два мощных нагнетателя едва справлялись с поддержанием воздушного потока сразу после воспламенения. На максимальной мощности компрессор GT50 потребляет свыше 1 000 лошадиных сил. Для испытательного стенда требуется не только огромное количество сжатого воздуха — этот воздух также должен иметь правильную температуру и плотность, чтобы точно имитировать реальные условия работы двигателя.

«Так как же обеспечить достаточный объём сжатого воздуха, чтобы заставить эту установку работать так же интенсивно, как это делал бы газотурбинный двигатель? Всё просто. Нужно взять газотурбинный двигатель.»

Решение: авиационная установка воздушного запуска

Команда нашла авиационную установку воздушного запуска — газотурбинный двигатель мощностью 250–300 л. с. с компрессором двустороннего входа, спроектированным для подачи значительно большего объёма воздуха, чем требуется для его собственной работы. Изначально применявшаяся для запуска гражданских авиалайнеров прошлых поколений и военных воздушных судов, эта установка подключается через гибкий шланг большого диаметра и подаёт большой объём сжатого воздуха непосредственно в испытательный стенд.

Как поясняет Хилл, цель состояла в том, чтобы вывести систему сгорания «на значительно более высокую мощность, значительно более высокий расход воздуха, значительно более высокий расход топлива», одновременно подтверждая надёжность, полноту сгорания и контроль температуры на выходе. «Эти проблемы невозможно решить внутри двигателя, — отмечает он, — и нам необходимо убедиться, что мы контролируем температуру воздуха на выходе из камеры сгорания, что отсутствуют пульсации и что мы точно знаем, как настраивать подачу топлива по мере того, как объём подаваемого компрессором воздуха всё возрастает и возрастает».

«От нуля до героя»: результаты испытаний за пределами режима земного малого газа

Установленный снаружи завода пусковой двигатель нагнетал сжатый воздух в испытательный стенд подачи воздуха за компрессором. Команда тщательно регулировала подачу воздуха и последовательно повышала соотношение воздуха и топлива в камере сгорания.

Результаты не заставили себя ждать и оказались однозначными. Команда добилась устойчивого синего конуса пламени, вывела систему в режим эффективного горения бедной смеси и в конечном счёте достигла предела обеднения смеси.

«Теперь я могу с уверенностью сказать, что вплоть до режима земного малого газа двигателя и несколько выше него — а это первая контрольная точка программы испытаний — система сгорания работает именно так, как нужно».

Система сгорания подтвердила свою надёжность, эффективность и отсутствие пульсаций — это важнейшее подтверждение правильности архитектуры подачи топлива и системы управления.

Размышления об эффективности инженерных решений

Скорость и чёткость полученного результата побудили Джейсона Хилла задуматься о том, как далеко продвинулась команда. «Прошли те времена, когда мы разрабатывали чрезмерно сложные испытательные стенды и системы управления, усложняя себе жизнь в попытках достичь совершенства на слишком раннем этапе. То, что мы сделали сегодня, — идеальный пример того, как с минимальными усилиями добиться максимального результата».

Подключив сторонний газотурбинный двигатель к камере сгорания, выстроив вокруг него простую систему управления и выполнив целенаправленную программу испытаний, команда достигла именно тех инженерных результатов, которые требовались. «Всего за несколько часов мы совершили невероятный прорыв. Это был потрясающий день, и он вселяет в меня огромную уверенность в успехе предстоящей программы испытаний: нам нужно провести GT50 через все этапы тестирования и доработки, необходимые для достижения лётной готовности».

Внутри лаборатории механической сборки

Пока снаружи продолжались испытания камеры сгорания, работа в лаборатории механической сборки не прекращалась — в том же помещении, где ранее собирались MGU и понижающий редуктор, теперь ведётся сборка прототипа GT50.

Сборка носовой частью вниз и критические зазоры

Двигатель собирается в положении носовой частью вниз, начиная с корпуса входного устройства. На него команда устанавливает упругую опору и демпфер масляной плёнки, а затем — передний подшипник газогенератора и вал. Далее устанавливается входной кожух для обеспечения прецизионных допусков между торцами лопаток и неподвижным корпусом.

«От точности зазоров на концах лопаток напрямую зависит, будет ли компрессор работать стабильно и эффективно», — поясняет Хилл. Каждая деталь прошла полный геометрический контроль на КИМ, однако добиться правильного взаимодействия компонентов удаётся лишь путём многократной сборки и разборки. «Мы собирали и разбирали это снова и снова, раз за разом, просто чтобы добиться идеальной настройки».

В серийном производстве этот процесс будет проходить быстрее; пока же команда стремится к номинальным допускам с запасом в обе стороны. Прецизионные регулировочные прокладки обеспечивают контроль зазора по торцам крыльчатки, зазора на выходе и зазора диффузора.

Отбалансированные роторы и полное приборное оснащение

Окончательная сборка ротора — включающая крыльчатку, диск, лопатки турбины и пружинные фиксаторы — прошла динамическую балансировку с «действительно очень жёсткими допусками». После этого узел был разобран и сейчас устанавливается в двигатель.

Прототип оснащён обширной контрольно-измерительной аппаратурой. По всей конструкции проложены выводные провода для датчиков давления, термопар, акселерометров и множества других сенсоров. «Нам необходимо понимать, что происходит внутри двигателя, пока мы детально исследуем весь его эксплуатационный диапазон».

Дальнейшие шаги: автоматизация и первые запуски двигателя

После подтверждения работоспособности системы сгорания команда сосредотачивает усилия на автоматизации. В ближайшие дни результаты стендовых испытаний будут преобразованы в топливные карты системы управления, что обеспечит автоматический выход на режим и сброс оборотов при прохождении контрольных точек. Программирование и тестирование начнутся незамедлительно, после чего эти решения будут внедрены непосредственно на прототипе двигателя.

Полная сборка двигателя ожидается не позднее понедельника. После её завершения он будет установлен на испытательный стенд — и начнётся следующая глава программы GT50.