Напечатанную на 3D-принтере камеру сгорания испытали в составе серийного МГТД - 16 Апреля 2017

Ученые Самарского университета испытали одну из ключевых деталей авиационного газотурбинного двигателя - камеру сгорания, "выращенную" с помощью технологий 3D-печати. Она была установлена и испытана на серийном образце малого газотурбинного двигателя ТА-8 (МГТД), используемого в качестве вспомогательной энергетической установки самолета Ту-134.

"Мы первыми в стране изготовили и испытали камеру сгорания в составе натурного МГДТ. И считаем, что это прорыв - создать с помощью аддитивных технологий работающий узел серийного двигателя, хотя это и первый шаг нашей большой работы", - подчеркнул Виталий Смелов.

Испытание камеры сгорания в составе серийного МГТД - один из начальных этапов проекта по созданию линейки новых газотурбинных приводов для энергоустановок мощностью до 400 кВт, работающих на биотопливе. Серийный двигатель ТА-8 используется в качестве стенда для испытания основных элементов и узлов будущего двигателя-демонстратора, создаваемых с помощью 3D-печати.

Перед тем как "напечатать" камеру сгорания МГТД на 3D-принтере, сотрудники лаборатории аддитивных технологий института двигателей и энергетических установок Самарского университета проделали большую подготовительную работу. "Для того, чтобы получить изделия, отвечающие жестким требованиям авиации, мы сначала провели комплекс экспериментальных работ по исследованиям свойств порошков, из которых предстояло "выращивать" камеру сгорания. Также мы исследовали металлографические структуры синтезируемых образцов", - пояснил заведующий лабораторией аддитивных технологий Самарского университета Виталий Смелов.

Результаты "выращенных" образцов показали соизмеримые свойства с деталями, получаемыми по традиционным технологиям. Следующие этап - проведение экспериментов по изготовлению для МГТД компрессора из титанового сплава и турбины из жаропрочного сплава.

Важно отметить, что при производстве деталей будущего двигателя используются металлические порошки отечественного производства.

Как пояснили в пресс-службе Самарского университета, проект "Разработка комплекса технологий для создания линейки энергоэффективных и экологически безопасных газотурбинных приводов на биотопливе для энергоустановок мощностью до 400 кВт" реализуется коллективом стратегической академической единицы "Газотурбинное двигателестроение" (САЕ-2) Самарского университета в партнерстве с ведущими предприятиями двигателестроительного комплекса.

Помимо изучения возможностей использования аддитивных технологий при производстве газотурбинных двигателей, проект предполагает разработку принципиально новой системы их проектирования с использованием суперкомпьютеров. Она позволит последовательно моделировать рабочие процессы на виртуальной модели будущего двигателя, проектировать новые более совершенные детали и варианты конструкций узлов, а затем создавать их в металле при помощи 3D-печати.

По сути научный коллектив САЕ-2 совместно с индустриальный партнером ОАО "Металлист-Самара" создают конструкторское бюро разработки и производства малоразмерных газотурбинных двигателей. К настоящему моменту решены задачи по созданию производственных участков, сборки, балансировки. Подготовлены боксы для экспериментальных испытаний двигателя и его узлов.

В ходе реализации проекта в 2020 году должен быть получен демонстратор газотурбинного привода мощностью 250 кВт. Разработанная линейка газотурбинных приводов позволит совместно с индустриальными партнерами создать более дешевые по сравнению с мировыми аналогами экологические комплексы по производству тепловой и электрической энергии.

Разработанные в ходе проекта технологии позволят обеспечить:

• сокращение в 5 - 6 раз сроков конструкторской подготовки производства за счет применения при проектировании программного комплекса, базирующегося на использовании параметрического виртуального газотурбинного привода-прототипа;
• высокую экологическую безопасность в результате применения микровихревой каталитической камеры сгорания и биотоплива, производимого в установке по переработке биологических продуктов;
• высокую энергетическую эффективность за счет выполнения многокритериальной оптимизации рабочего процесса газотурбинного привода;
• сокращение в 8 - 10 раз сроков производства газотурбинного привода в результате использования аддитивных технологий;
• существенного сокращения сроков доводки за счет верификации моделей всех процессов и выполнения виртуальных испытаний газотурбинного привода.

Партнерами проекта также выступили российские и зарубежные производственные и научно-образовательные центры:

• ПАО "Кузнецов" (г. Самара);
• НПП "Синтез" (г. Самара);
• ЗАО "Самарский электротехнический завод" (г. Самара);
• Университет г. Лунда, Швеция (Lund University);
• Университет Карлетон (Оттава, Канада);
• ФГУП "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" (ЦИАМ);
• Институт нанонауки и нанотехнологий Национального центра научных исследований "Демокрит", Афины, Греция (NCSR "Demokritos");
• Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого;
• Университет г. Штутгарта