Гибридизация, цифровые двойники и инновационные материалы: ЦИАМ на форуме «Инновации. Технологии. Производство»

Шестой международный технологический форум «Инновации. Технологии. Производство» (МТФ-2019) прошел с 15 по 17 апреля в городе Рыбинске. Традиционно инициатором проведения форума выступил ПАО «ОДК-Сатурн» (входит в АО «Объединенная двигателестроительная корпорация»).

В работе МТФ-2019 приняла участие представительная делегация Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского»).

Ключевыми темами прошедших форумов всегда были трендовые направления индустрии. Главной темой МТФ-2019 стало развитие передовых производственных технологий, которые будут востребованы в ближайшие 20 лет и лягут в основу стратегии Национальной технологической инициативы. Воплощаться в жизнь они будут через «Фабрики будущего» ˗ системы комплексных технологических решений, обеспечивающие в кратчайшие сроки проектирование и производство глобально конкурентоспособной продукции нового поколения.  

Специалисты ЦИАМ представили на МТФ-2019 результаты исследований Института в обеспечение создания научно-технического задела – важной составляющей развития авиационного двигателестроения, одного из наиболее высокотехнологичных и наукоемких секторов экономики.

К числу основных трендов будущего относится внедрение гибридных и электрических технологий. По мнению генерального директора ЦИАМ Михаила Гордина, электрификация самолетов – это значимый технологический прорыв в авиации после создания реактивного двигателя.

Данной теме была посвящена сессия «Гибридный электрический двигатель», председателем которой выступил заместитель генерального конструктора по НИР АО «ОДК» Дмитрий Карелин, а модератором – начальник отдела ЦИАМ Антон Варюхин. В сессии приняли участие представители Центра компетенций НТИ при ИПХФ РАН «Новые и мобильные источники энергии», МАИ, МЭИ, УГАТУ, ООО «Экспериментальная мастерская «Наука Софт» и другие.

Сотрудники ЦИАМ представили обзор зарубежных программ по созданию гибридных силовых установок (СУ) и осветили направления и результаты работ Института. ЦИАМ как основной интегратор выстраивает кооперацию с другими научными центрами и ведущими производителями. Институт участвует в двух проектах, финансируемых Минпромторгом России. В первом проекте, помимо теоретических исследований ЦИАМ совместно с ООО «Экспериментальная мастерская «Наука Софт» и ИПХФ РАН, выполняется разработка элементов демонстратора полностью электрической СУ мощностью 60 кВт (80 л.с.) на основе водородных топливных элементов для легкого двухместного самолета. Второй проект посвящен созданию демонстратора гибридной СУ с электрическим двигателем мощностью 500 кВт (679 л.с.) на высокотемпературных сверхпроводниках, разрабатываемым ЗАО «СуперОкс» при финансировании Фонда перспективных исследований. Испытания этого демонстратора на летающей лаборатории запланированы на следующий год.

Полученные в ходе экспериментов знания позволят российским ученым сформировать опережающий научно-технический задел, которые позже можно будет использовать для создания гибридных и электрических СУ в коммерческих целях.

Цифровизация – еще один тренд будущего. В рамках сессии «Цифровая фабрика. Цифровые двойники ГТД», модератором которой выступил заместитель генерального конструктора ПК «Салют» АО «ОДК» по прочности, технической экспертизе и сертификации Павел Макаров, эксперты обсудили актуальную ситуацию и перспективы развития технологии «цифровых двойников» газотурбинных двигателей. С ее использованием связаны большие ожидания по сокращению сроков и стоимости создания конкурентоспособных авиационных газотурбинных двигателей и установок, а также качественные улучшения на этапе их эксплуатации за счет перехода к предиктивному техническому обслуживанию, ремонту и оптимизации связанных с ними технологических процессов.

Первичными задачами текущего этапа являются разработка «дорожной карты» создания технологии «Цифровой двойник ГТД» и формирование ее корпоративного стандарта в рамках АО «ОДК».

Тема вызвала активный интерес участников.

Одним из приглашенных экспертов выступил начальник отдела ЦИАМ Владимир Макаров. В своем докладе «От математической модели ГТД к его цифровому двойнику» он подчеркнул ключевую роль многоуровневой модели ГТД на различных стадиях жизненного цикла двигателя в перечне технологий его цифрового двойника.

Тему математического моделирования развил начальник сектора ЦИАМ Феликс Гольберг. Он рассказал о разработанном Исследовательским центром ЦИАМ «САУ двигателей» комплексном математическом стенде «ДВИГАТЕЛЬ–СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ», на котором апробируются возможности проектирования виртуальных испытаний, доводки и модификаций ГТД и их систем автоматического управления.

Стенд, разработанный для цифровых испытаний различных типов самолетных и вертолетных двигателей, позволяет расчетным путем определять параметры двигателя в полном диапазоне режимов его работы, аналогичные получаемым при испытаниях «живой» модели на стендах и летной лаборатории, а также осуществлять коррекцию характеристик основных узлов двигателя. Возможность смоделировать и оценить влияние изменений сценариев, требований, условий окружающей среды и множества других переменных на обучаемом цифровом двойнике позволяет сократить сроки и снизить затраты на эксперименты.

Ведущий инженер ЦИАМ Антон Сальников продемонстрировал участникам сессии возможности развиваемых в ЦИАМ методов оптимизации отдельных узлов ГТД на стадии его проектирования в докладе «Комплекс автоматизированного проектирования роторов компрессоров и турбин ГТД».

Выступления представителей АО «ОДК», экспертов, доклады участников сессии и вызванные ими дискуссии, а также личное общение дали четкое представление об актуальной ситуации в отрасли, что позволит всем заинтересованным сторонам определить свою роль и скоординировать действия по обеспечению создания и развития перспективной технологии «Цифровой двойник ГТД» в ее отечественном варианте.

В рамках сессии «Новые материалы», посвященной еще одному важному тренду будущего, ученые ЦИАМ поделились результатами исследований возможностей применения в конструкциях двигательных установок термопластичных и высокотемпературных полимерных композитных материалов. Были также освещены результаты испытаний высокотемпературных теплозащитных покрытий и композиционных материалов на основе SiC-керамики различных типов, а также перспективы применения керамических «композитов» при создании рабочих лопаток турбин низкого давления.  

МТФ-2019 собрал порядка 1300 участников из 426 предприятий бизнеса, госкорпораций, институтов развития, НИИ и вузов из 10 государств: России, Германии, Израиля, Франции, Чехии, Южной Кореи и др. Соорганизаторы мероприятия: АО «ОДК», Ассоциация «Технет», правительство Ярославской области, администрация городского округа Рыбинск и Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева.

____________________________________________
Фотографии предоставлены ПАО "ОДК-Сатурн"