Об устройстве и принципах функционирования САУ, производством которых занимается пермское предприятие «ОДК-СТАР»

Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация

В августе этого года исполнилось 85 лет с начала производства продукции на заводе № 339 в Перми. Сегодня это АО «ОДК-СТАР», входящее в состав Объединенной двигателестроительной корпорации. Все эти годы коллектив предприятия создавал и совершенствовал агрегаты систем топливопитания и управления газотурбинными двигателями — ГТД. Пермское предприятие Ростеха — единственное в России, которое проектирует и производит комплексные системы управления гражданскими ГТД с цифровыми электронными регуляторами и гидромеханическими агрегатами. Например, здесь созданы агрегаты систем автоматического управления (САУ) для новейших российских авиадвигателей ПД-14 и ПД-8.

Разбираемся в том, как устроены и работают системы автоматического управления газотурбинным двигателем.

«ОДК-СТАР»: от карбюраторов до систем управления авиадвигателями

Первые карбюраторы были выпущены пермским заводом № 339 летом 1940 года. Предприятие быстро вошло в число ведущих производителей авиационных агрегатов: только за годы Великой Отечественной войны здесь изготовили более миллиона карбюраторов для самолетов фронтовой авиации.

В 1970-е годы на предприятии впервые в стране были разработаны электронно-гидравлические системы автоматического управления авиационными двигателями, а в 1980-е освоено серийное производство САУ для двигателя ПС-90А. Эти разработки определили будущее компании: «ОДК-СТАР» стал ключевым центром компетенций по созданию систем топливопитания и автоматического регулирования газотурбинных двигателей.

Рабочие литейного цеха Молотовского завода №33 за работой. г. Молотов, 1944 г. Фото из музея «ОДК-СТАР»

Сегодня предприятие разрабатывает и серийно выпускает системы управления для самых современных российских силовых установок: ПД-14, ПД-8 и перспективного ПД-35. Все решения создаются исключительно из отечественных комплектующих.

«ОДК-СТАР» не только сохраняет лидерство в своей отрасли, но и активно развивается: идет строительство новых производственных корпусов общей площадью более 21 тысячи квадратных метров, реализуются программы подготовки молодых специалистов, в том числе «Крылья Ростеха». За 85 лет предприятие прошло путь от карбюраторов для моторов первых советских самолетов до высокотехнологичных систем управления для авиадвигателей будущего.

Автопилот для двигателя

Система автоматического управления (САУ) — это своего рода «интеллект» двигателя. Она сама следит за тем, как работает авиадвигатель, и регулирует его работу в зависимости от задач и условий полета. Самая простая аналогия — автомобиль с автоматической коробкой передач, где водитель только нажимает педаль газа, а электроника выбирает передачу, подает топливо и регулирует обороты. САУ делают примерно то же самое, только в гораздо более сложных условиях.

Двухконтурные двигатели Д-30Ф6 для истребителя-перехватчика МиГ-31. Фото: «ОДК-СТАР»

Первые автоматические системы появились в авиации после Второй мировой войны и работали на принципах механики и гидравлики. В 1950-60-е годы сложность систем и число параметров регулирования растет. На следующем этапе с появлением первых электронно-вычислительных машин появляются САУ в современном понимании. Например, в 1975 году на будущем «ОДК-СТАР» началось освоение агрегатов для двигателей Д-30Ф6, впервые включавших в себя электронную САУ разработки Пермского агрегатного конструкторского бюро. В 1990-е годы происходит прорыв в управлении двигателями — создаются электронно-цифровые системы с полным цифровым контролем над силовыми установками.

Как устроена и работает САУ

Говоря простым языком, газотурбинный авиадвигатель (ГТД) управляется, в первую очередь, изменением расхода топлива. Чем больше топлива поступает в камеру сгорания — тем выше тяга, чем меньше — тем ниже. Но на практике все гораздо сложнее: работа двигателя зависит не только от топлива, но и от высоты полета, температуры воздуха, особенностей рабочих процессов в двигателе и десятков других факторов. Поэтому современные двигатели оснащаются целым рядом автоматических устройств, которые помогают поддерживать оптимальные режимы работы и защищают двигатель от перегрузок.

Топливная система двигателя состоит из трех частей. Первая — система кондиционирования топлива: она подготавливает горючее, очищает его, регулирует температуру, давление и расход. Вторая — система подачи топлива на запуске: дополнительно фильтрует топливо и обеспечивает его точную дозировку при запуске двигателя. Третья — основная топливная система, которая управляет расходом топлива на рабочих режимах. 

Топливоподача производится в определенный момент строго определенным количеством при строго определенных параметрах. Для обеспечения нужных параметров как раз и существует связанная с топливоподачей система автоматического регулирования.

ПД-8. Фото: Объединенная авиастроительная корпорация

Ключевое устройство в системе топливопитания — дозатор с гидромеханическим приводом. Привод изменяет площадь проходного сечения топлива, являясь исполнительным механизмом агрегатов и узлов системы автоматического управления двигателем. Экипаж, производя перемещения ручки управления двигателями (РУД) в кабине самолета, через сложнейший комплекс высокоточных систем воздействует на подачу топлива, регулируя ее по многим параметрам, а изменение количества подачи топлива как раз и приводит к изменению тяги ГТД, осуществляя тем самым управление работой самого двигателя.

Система автоматического управления (САУ) авиационного двигателя — это комплекс устройств, обеспечивающих запуск и работу двигателя с необходимыми для полета характеристиками по тяге/мощности. САУ выполняют такие функции, как автоматическое управление пуском двигателя, быстрый и безопасный для двигателя переход на другие режимы работы, исключение выхода двигателя на опасные режимы работы, поддержание заданного режима работы двигателя или его изменение в соответствии с программами управления.

Одним из главных требований безопасности к САУ является наличие резервных, или дублирующих, систем. Даже при отказе основной системы управления двигатель сможет продолжать работать и безопасно завершить полет.

Образно говоря, система автоматического управления выполняет роль «интеллекта» двигателя. Она соединяет команды пилота с реакцией двигателя и следит за тем, чтобы работа силовой установки оставалась в безопасных пределах. Благодаря таким системам современные самолеты и вертолеты могут выполнять сложные маневры, летать на больших высотах и сохранять надежность даже в самых тяжелых условиях.