Испытания двигателя GT50: прогресс на пути к полной мощности

Наряду с детальным картированием системы смазки мы доработали камеру сгорания и испытали последовательность автоматического запуска, предназначенную для нашей системы FADEC. Каждый шаг даёт нам более чёткое представление о поведении двигателя, прежде чем мы перейдём к более высоким нагрузкам.

Картирование двигателя: по одной рабочей точке за раз

Мы завершили серию комплексных испытаний, проверив ключевые функции и критически важные параметры на всех исследованных на данный момент рабочих точках. Несколько многочасовых прогонов позволили системам двигателя выйти на установившиеся режимы работы и достичь теплового равновесия.

Большая часть недавних работ была посвящена детальному изучению требований к смазке подшипников, шестерён и других ответственных узлов. Полученные измерения позволяют нам точно настроить установленный в передней части двигателя масляный насос собственной разработки. Прежде чем увеличивать нагрузку на GT50, необходимо понимать, что происходит в его внутренних полостях и системах смазки, и убедиться, что каждый узел получает необходимое количество масла.

Для завершения этого этапа осталось провести ещё пару прогонов для проверки системы смазки, после чего мы будем готовы начать вывод GT50 на 100 % мощности.

Результаты обнадёживают. Двигатель работает плавно, а температуры газогенератора и внутренних полостей в целом соответствуют расчётным значениям. Мы устранили последние мелкие утечки масла, выявленные в ходе первоначальных прогонов, и внутренние масляные уплотнения демонстрируют надёжную работу. На каждом этапе повышения нагрузки компрессор, диффузор и лопатки турбины ведут себя в полном соответствии с проектными параметрами.

Теперь наша задача — методично развивать достигнутые результаты, не забегая вперёд.

Более широкий и стабильный диапазон горения

Параллельно с испытаниями основного двигателя мы продолжаем совершенствовать систему сгорания — как по воздушному, так и по топливному контуру. На испытательном стенде Rufus 3 мы протестировали различные завихрители и оптимизировали конфигурацию отверстий жаровой трубы, используя данные от GT50 для корректировки этой работы.

Последний этап этих испытаний позволил получить оптимальную геометрию завихрителя. Наша цель заключалась в том, чтобы добиться стабильного горения в максимально широком диапазоне топливовоздушных соотношений на каждом рабочем режиме. Это позволяет осуществлять розжиг с меньшим расходом топлива и обеспечивает плавное увеличение и снижение оборотов без срыва пламени из-за переобогащения или переобеднения смеси.

Мы установили на двигатель обновлённый комплект завихрителей и топливные форсунки большего размера. Результаты, полученные на стенде Rufus 3, были напрямую применены в ходе испытаний GT50 и дали три важных результата:

• Фактически 100 % полнота сгорания на нижней границе рабочего диапазона. В этом сложном режиме работы мы эффективно преобразуем всё топливо в тепло.
• Самый широкий рабочий диапазон, достигнутый на GT50 к настоящему моменту. Система сгорания поддерживает стабильную работу в более широком спектре режимов.
• Более холодный, лёгкий и контролируемый розжиг и запуск. Это помогает нам более плавно выводить двигатель на установившийся режим работы.

Наши недавние запуски были сосредоточены на настройке этого переходного процесса: подаче минимально необходимого количества топлива, поддержании плавного изменения температур и достижении плавного набора оборотов. Нам ещё предстоит доработать некоторые детали, но в целом система сгорания работает именно так, как мы и задумывали.

Топливные форсунки с диапазоном регулирования приблизительно 25:1

Малоразмерный двигатель предъявляет к топливным форсункам два принципиально разных требования: малый расход топлива для холодного пуска и значительно более высокий — по мере выхода на максимальную мощность. На всём этом диапазоне необходимо обеспечить качественное распыление топлива и требуемые экологические характеристики. Для двигателя размерности GT50 это особенно сложная задача — прежде всего в сочетании с современной кольцевой камерой сгорания, выбранной ради компактности силовой установки.

За прошедший год мы изучили множество технологических решений для изготовления форсунок. Новейшая форсунка, испытанная на стенде, обеспечивает диапазон регулирования приблизительно 25:1: расход топлива варьируется примерно от 4 % до 100 % от максимального значения.

При этом она работает при умеренном давлении топлива. Это важно не только для самой форсунки, поскольку такое решение упрощает конструкцию топливного насоса и клапана дозирования топлива.

На стенде мы можем продемонстрировать и измерить весь необходимый диапазон расходов топлива — от значений для холодного пуска до более высокого расхода, необходимого для достижения полной мощности в 500 л. с.

Тестирование последовательности запуска, предназначенной для нашего FADEC

Вплоть до этого этапа управление работой двигателя осуществлялось вручную. Стартер-генератор, системы смазки и откачки масла были полностью оснащены контрольно-измерительной аппаратурой, однако наша команда сохраняла ручное управление, чтобы иметь возможность точно настраивать каждый параметр. Запуск также требовал ручной координации работы стартера, зажигания и подачи топлива.

В ходе недавних испытаний мы реализовали автоматическую последовательность запуска, разработанную для FADEC. Впервые GT50 фактически запустился самостоятельно — одним нажатием кнопки.

Последовательность запуска была хорошо скоординирована и обеспечила самый холодный запуск из всех, зафиксированных на двигателе на сегодняшний день. Предстоит дополнительная настройка и доработка магистралей подачи топлива, а также дальнейшее совершенствование по мере расширения диапазона эксплуатационных режимов. Это обнадёживающий первый шаг во внедрении предварительных функций FADEC, а не завершение программы разработки системы управления двигателем.

Подготовка испытательного стенда к более высоким нагрузкам

По мере увеличения оборотов и мощности двигателя испытательная установка также должна совершенствоваться. Вносится ряд изменений для подготовки стенда к работе на более высоких оборотах и более длительным прогонам:

• Жёсткие трубопроводы: гибкие шланги на горячих магистралях, включая линии откачки масла, заменены жёсткими трубопроводами, подключёнными к внешним теплообменникам.
• Изменения в топливной системе: модификации позволяют использовать форсунки большего размера и управлять ими.
• Мерный воздухозаборник: узел воздухозаборника и его контрольно-измерительное оборудование готовы, их установка будет выполнена в ближайшее время.
• Выхлопная система: создаётся система глушения выхлопа с газоотводами для направления выхлопных газов вдоль контейнера и их безопасного вывода через крышу.

Мы рассчитываем провести ещё около одной-двух недель испытаний в данной конфигурации, после чего сделаем перерыв для внедрения модификаций, чтобы подготовить испытательный стенд к предстоящим прогонам на более высоких оборотах и длительным испытаниям на выносливость.

Почему часы наработки двигателя пока не являются главным показателем прогресса

На каждом расчётном режиме необходимо проверять сотни параметров. Короткие целенаправленные запуски позволяют стабилизировать работу двигателя и измерять температуры и давления в полостях, уровни вибрации, а также температуры и давления в системах нагнетания и откачки масла.

Пятиминутный тест может потребовать часа, двух или даже полдня настройки, переконфигурации и анализа данных перед следующим запуском. На этом этапе количество наработанных часов увеличивается медленно, тогда как наше понимание работы двигателя стремительно углубляется.

Эта работа позволяет нам уверенно наращивать обороты и мощность. Мы последовательно вводим в строй новые системы двигателя, тестируем и калибруем их, а также проверяем, выполняют ли компоненты свои функции во всём диапазоне рабочих условий.

Мы рассчитываем, что ещё от двух до четырёх недель уйдёт на снятие характеристик систем по мере выхода на 100 % мощности, после чего будет проведена разборка и дефектация перед началом ресурсных испытаний. На этом этапе мы планируем проводить испытания двигателя не менее 10 часов в сутки, поэтому суммарная наработка начнёт расти значительно быстрее.

Второй двигатель в производстве, третий запланирован

Поскольку первый двигатель демонстрирует отличные результаты, а основные вращающиеся узлы не требуют существенных конструктивных доработок, производство второго двигателя уже ведётся в механическом цехе. Мы рассчитываем, что второй двигатель будет готов к концу года или в начале января, а производство третьего начнётся вскоре после этого.

Дополнительные двигатели решают две задачи. Во-первых, они обеспечивают резерв на случай, если более жёсткие испытания приведут к повреждениям, поскольку ответы на некоторые вопросы можно получить только при работе двигателя на повышенных режимах. Во-вторых, они позволяют ускорить долгосрочные испытания за счёт разделения задач.

При наличии двух двигателей один может нарабатывать часы и проходить определённые рабочие циклы, тогда как другой подвергается многократным циклам запуска и останова. Это расширяет наши возможности по параллельному проведению ресурсных испытаний и проверок надёжности многократного запуска.

Обновление по HX50

Хотя сейчас в центре внимания находятся испытания двигателя, разработка планера HX50 продвигается столь же быстрыми темпами.

В следующем обновлении мы снова переключим внимание на сам вертолёт и подробно расскажем о производстве композитных лопастей несущего винта, энергопоглощающих креслах, интегрированных сервоприводах и системе управления полётом, прочностных испытаниях шасси, а также о выкатке предсерийного фюзеляжа второго поколения.