Расположенное в Санкт-Петербурге предприятие "ОДК-Климов", находясь в периметре Объединённой двигателестроительной корпорации, продолжает развивать ключевые компетенции, в том числе наработанные в минувшие годы. Здесь идёт разработка турбореактивных двигателей для боевой авиации, турбовальных и турбовинтовых двигателей для вертолётов и самолётов, а также систем автоматического управления для авиадвигателей. Кроме того, на производственной площадке осуществляется серийный выпуск самых массовых в России вертолетных двигателей. Каждое из этих направлений деятельности требует использования испытательных стендов. Прежде стенды были разрознены территориально, а их техническое состояние и оснащённость препятствовали наращиванию объёмов работ. Теперь "узкое место" расшито: открыт путь к увеличению выпуска вертолётных двигателей на 30%, а также к интенсификации опытно-конструкторских работ. Параллельно "ОДК-Климов" развивает информационные технологии, позволяющие сократить потребность в натурных испытаниях.

Старые стены, новое оснащение

Испытательный комплекс "ОДК-Климов", расположенный на так называемой площадке №3 на ул. Академика Харитона, сегодня насчитывает десять стендов для испытания газотурбинных двигателей. Среди них три - для испытания двухконтурных турбореактивных двигателей с форсажной камерой, предназначенных для боевой авиации (такие изделия как РД-33, РД-33МК, РД-93, РД-93МА); шесть стендов для испытаний турбовальных двигателей (семейств ТВ3-117, ВК-2500 и ТВ7-117В) и ещё два - для турбовальных моторов с винтом (ТВ7-117СТ и ТВ7-117СТ-01). Один из них расположен на территории АРЗ № 218 в Гатчине. За 2019 год на стендовой базе предприятия выполнено свыше 500 испытаний.

Стендовая база на третьей площадке возведена достаточно давно: к примеру, стенды 1, 2 и 3 использовались ещё в рамках программы создания двигателя РД-33 для МиГ-29. Самый крупный по размерам - второй стенд, позволявший отрабатывать силовую установку истребителя в составе двух двигателей. "Крайний раз дышал этот стенд в 2006-2008 годах. С тех пор он длительное время стоял, ждал этой наконец-таки свершившейся реконструкции", - рассказывает директора производства "ОДК-Климов" Алексей Родионов.

Масштабный проект по выносу основной производственной площадки предприятия из центра города (ранее "Завод имени Климова", ставший затем "ОДК-Климов", занимал большую площадь на Кантемировской улице) был запущен 10 лет назад. Во второй половине минувшего десятилетия началось обновление "больших" стендов. "В ходе проведения реконструкции стенда было переделано всё, - вспоминает А. Родионов. - Остались голые стены, кирпич и бетон. А вся инженерная составляющая была заменена". Смонтированы новые системы топливоснабжения, топливоподготовки и маслоподготовки, полностью обновлены системы оборотного водоснабжения, пожаротушения и вентиляционное оборудование. Отдельно стоит выделить работы по системе шумоглушения. Установленный на стенде двигатель РД-33МК на форсажном режиме работы создаёт звуковое давление свыше 170 дБ. Длительное нахождение рядом с таким источником шума смертельно для человека. Однако в пультовой, где работают управляющие испытаниями инженеры, уровень шума не превышает 70 дБ. На улице, рядом со стендом, итого меньше - ниже 60 дБ. В итоге новый жилмассив, возведённый менее чем в километре от промплощадки, от постоянного гула не страдает.

Потребность в одновременной отработке двух двигателей на одном стенде отпала. "Когда самолётостроение находились в стадии становления, такие стенды были нужны. Со временем мы стали понимать физику происходящего, стали имитировать совместную работу двух моторов посредством других систем. Поэтому сейчас необходимости в таких стендах вовсе нет", - поясняет А. Родионов. Однако до сих пор системы топливообеспечения и отведения газов рассчитаны на два мотора. Это связано с тем, что новый стенд позволяет имитировать полёт на сверхзвуковой скорости, когда скоростной напор повышает температуру и давление газа на входе в двигатель. Эти условия создаёт мотор НК-8-4, ранее отслуживший под крылом транспортного Ил-62. Воздух из наружного контура подаётся на вход испытываемому мотору "РД", газы из горячего контура выводятся в шахту выхлопа.

Современные испытательные стенды радикально отличаются от предшественников с точки зрения возможностей измерительных систем. "На этом стенде мы могли осуществлять замеры не более 150 параметров, - поясняет директор производства. - Сейчас количество параметров, которые мы можем контролировать, более 1300". Одновременно повысились точность измерений и дискретность (в единицу времени можно проводить больше замеров каждого параметра). Поэтому, когда проводятся работы по термометрированию и тензометрированию, разработчик получает весьма подробную картину теплового и напряжённого состояния узлов двигателя. Естественно, все данные испытатели получают в цифровом формате.

Работы у стендов более чем достаточно. На первом идут работы в рамках НИОКР по созданию двигателя РД-93МА, перечисляет А. Родионов. На втором - отработки в рамках ОКР по автоматике двигателя РД-33МК. Благодаря реконструкции стендов, появилась возможность интенсифицировать разработки по истребительным моторам и параллельно активно вести работы по подтверждению повышенных ресурсных показателей.

Что касается стендов турбовальных двигателей, они задействованы в проведении как опытной отработки, так и в приёмо-сдаточных испытаниях серийно выпускаемой продукции. Во время реконструкции стендовой базы испытания моторов не прекращались. "На стендах для испытания вертолётных двигателей ВК-2500/ТВ3-117 с даты ввода в эксплуатацию проведено более 2500 предъявительских и приёма-сдаточных испытаний, а также 26 длинноцикловых испытаний (технологические и периодические испытания)", - отмечается в пресс-релизе "ОДК-Климов". В 2019 году предприятие поставило заказчикам свыше 200 новых моторов семейств ТВ3-117 и ВК-2500, вело серийные поставки ВК-2500ПС-03. Обновление стендов позволит нарастить темпы испытаний ТВ3-117 и ВК-2500 на 30%, а новейших ВК-2500ПС-03 - на все 40%.

Проект модернизации и развития испытательной стендовой базы согласно материалам "ОДК-Климов" обошёлся примерно в 2 млрд рублей. Реконструкция велась как за счёт собственных средств предприятия (в части стендов для испытания двигателей семейства РД-33), так и с привлечением инвестиций Госкорпорации Ростех в размере около 700 млн рублей. Помимо стендов, на которых ведутся работы по двигателям в сборе, введены в эксплуатацию малые агрегатные стенды с модернизацией и дублированием (маслоагрегат, стартер, топливный коллектор, различные проверки герметичности), стенды для отработки коробок самолётных агрегатов, воздушных и газотурбинных стартёров - всего 16 стендов. Обновление испытательной базы позволило сократить время прохождения цикла комплектации, а также способствовало локализации логистики. Организован новый участок упаковки авиационных двигателей и соответствующая внутрикорпусная логистика для перемещения двигателей с испытаний на упаковку, благодаря чему теперь двигатели не нужно перемещать через улицу.

Завершение работ по модернизации стендовой базы не означает завершения инвестпрограммы по развитию производственной площадки в целом. По словам исполнительного директора "ОДК-Климов" Александра Ватагина, впереди строительство нового топливного терминала, корпуса стендов по узловой доводке и увеличение корпуса логистики. Первый проект уже прошёл экспертизу, вскоре начнётся проведение конкурсных процедур по отбору подрядных организаций. Второй проект находится на рассмотрении в Главгосэкспертизе. Суммарная стоимость всех трёх объектов оценивается в 3 млрд рублей.

Цифровые двойники ускорят проведение ОКР

В рамках программы цифровой трансформации ОДК на первый план выводится цифровизация процессов разработки авиадвигателей, отмечается в сообщении пресс-службы "ОДК-Климов". Цифровые двойники позволяют создавать максимально точные модели и исключать из процесса разработки нового двигателя многие натурные испытания, а значит удешевлять и ускорять цикл разработки. Натурные испытания требуются в меньших объёмах, чтобы подтвердить данные, просчитанные на моделях.

Среди проектов ОДК по созданию цифровых двойников в числе наиболее успешных - программа, реализуемая "ОДК-Климов" совместно с Центром компетенций НТИ "Новые производственные технологии" Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ). Прикладные результаты уже получены: проведённая оптимизация конструкции двигателя ТВ7-117СТ-01 позволила более чем на 10% снизить массу изделия. В настоящее время идёт выпуск рабочей конструкторской документации на обновлённую матчасть, а в 2021 году начнётся выпуск облегчённых деталей. Вскоре они пройдут цикл испытаний, подтверждающих корректность вносимых изменений.

Более подробно о применении цифровых технологий "АвиаПорту" рассказал заместитель директор программы САУ, заместитель главного конструктора "ОДК-Климов" Андрей Удодов. По его словам, сегодня ведутся работы по созданию так называемых цифровых "сухих" стендов - программно-аппаратных комплексов, которые работают в режиме реального времени и в которых моделируются все процессы, происходящие в двигателе.

"Двигатель на доводочных испытаниях по системе автоматического управления и дополнительных специальных программах отрабатывает порядка 100 газочасов. За этим стоят не только расход топлива, масла, износ основных производственных фондов, но и минимум месяц непрерывной работы специалистов: инженеров, испытательной бригады - всего не менее 10 человек. Это достаточно дорогое удовольствие", - констатирует он. В свою очередь, применение "сухого" стенда сокращает численность занятых до трёх инженеров, которые получат необходимые данные за сопоставимое время, но при меньших затратах человеческих и материальных ресурсов. При этом опытные двигатели будут преимущественно использоваться для подтверждения ресурсных показателей и тех, где физические испытания пока не заменить, например, в термобарокамере.

Только лишь этапом ОКР применение цифровых двойников не ограничится. По результатам работ по их созданию, проводимых совместно с СПбПУ, вносятся изменения по диагностическим алгоритмам, которые позволяют вести эксплуатацию двигателей по техническому состоянию. "Мы сможем предугадывать, куда движется мотор, проводить трендовый анализ и заранее, не допуская съёма с крыла по отказу, менять отдельные детали", - пояснил А. Удодов. Работа с большим объёмом цифровых данных потребует построения специализированных информационно-диагностических систем. Но потенциал внедрения цифровых технологий велик. Для всех двигателей семейства можно будет получить общую картину, отражающую, какие события могут произойти на тех или иных стадиях эксплуатации. А по каждому конкретному экземпляру можно будет иметь детальную историю, начиная с момента сборки, предъявительских и приёмо-сдаточных испытаний, и заканчивая дальнейшей эксплуатацией. Эти данные лягут в основу электронного формуляра авиационного двигателя, который заменит толстые бумажные аналоги. Электронный формуляр позволит аккумулировать не только те данные, которые по действующим нормам подлежат записи при эксплуатации, но и сведениями, которыми "владеет" электронная система автоматического управления двигателем БАРК-6В, также разработки "ОДК-Климов". Как следствие, вся история эксплуатации изделия станет максимально прозрачной, а планирование сервисных работ будет оптимальным для каждого мотора....