ВК-650В – перспективный двигатель, предназначенный для вертолетов легкого класса. Благодаря современным технологиям проектирования, изготовления деталей и испытаний, этот проект должен быть реализован в сжатые сроки. В частности, при создании двигателя широко используются аддитивные технологии и цифровые двойники.

Работы по созданию двигателя ВК-650В начались в 2018 году по программе импортозамещения иностранных двигателей на вертолетах Камова.  Перед конструкторами «ОДК-Климов» была поставлена задача разработать легкий двигатель мощностью 500-600 л.с.

В первую очередь этот двигатель будут применять на вертолетах Ка-226Т — именно на него рассчитана базовая конструкция. Следующая модификация планируется для легкого вертолета Ансат-У — для этого предполагаются минимальные изменения и, следовательно, те же условия по сертификации. ВК-650В может устанавливаться и на вертолет VRT-500, но здесь потребуется более существенная работа и сертификация по европейским правилам. Важное отличие — этот вертолет будет летать на одном двигателе.

Разработчик стремится к улучшению показателей, чтобы двигатель был конкурентоспособен на мировом рынке. Планируется сохранение работоспособности двигателя до высоты 7 км в диапазоне температур от -55 до +60 градусов Цельсия, а масса двигателя не превысит 105 кг. На взлетном режиме при температуре до 35 градусов Цельсия двигатель будет выдавать мощность 650 л.с., до 25 градусов Цельсия - 750 л.с. Также возможна работа в чрезвычайном режиме в течение 2,5 минуты (полет с одним выключенным двигателем). Ресурс ВК-650В определяется как в часах, так и в полетных циклах. За полетный цикл приняты 1,5 часа. Ресурс основных деталей горячей части составляет 4500 часов, холодной части - 9000 часов.

О кооперации

Уже в 2023 году двигателестроительная корпорация планирует получить сертификат типа. Очевидно, что такая масштабная работа в столь сжатые сроки возможна лишь при качественной кооперации. Лидеры двигателестроения объединились и совместными усилиями смогли произвести двигатель-демонстратор всего за полгода. В проекте участвуют «ОДК-Климов», Производственный комплекс «Салют», Уфимское моторостроительное производственное объединение, МПП им. Чернышева, а также научные институты ЦИАМ и ВИАМ.

Анастасия Валерьевна Соловьева, директор программы  перспективных вертолётных двигателей - главный конструктор АО "ОДК-Климов"

Анастасия Соловьева, директор программы и главный конструктор АО "ОДК-Климов":  "Рассмотрим конструкцию ВК-650В. Двигатель имеет традиционную схему для двигателей такого класса мощности. Компрессор двигателя одноступенчатый центробежный. Он изготавливается на ММП им. Чернышева. Входное устройство закреплено за Производственным комплексом «Салют» с привлечением предприятия «Вертолетов России». Оно сделано по технологии литья под низким давлением. Камера сгорания — зона ответственности Уфимского моторостроительного производственного объединения.

Для двигателя данного класса мощности она также традиционная — противоточная кольцевая. Наиболее ответственные детали, которые определяют ресурс двигателя, находятся в турбине компрессора. Традиционно ее производит «ОДК-Климов», а также рабочие лопатки, диск и элементы ротора. Свободная турбина закреплена за Уфимским предприятием. В кооперации по этому узлу также участвует предприятие «Редуктор-ПМ» холдинга «Вертолеты России».

Важно, что на демонстраторе и первых опытных образцах внедрены аддитивные детали горячей части, заготовки которых изготавливались в ВИАМ. Это новое слово в развитии технологий и одно из важнейших достижений ОДК — сварка и пайка аддитивных деталей. Их качество уже проверено испытаниями на двигателе-демонстраторе. Эти технологии широко осваиваются на предприятиях корпорации.

Редуктор изготавливается на производственном комплексе «Салют». Корпус агрегата выполнен по технологии литья под низким давлением, именно это позволило добиться минимальной толщины стенок и минимального количество дефектов, в результате заготовка получается максимально качественной.

Финальная сборка и испытания проходят на «ОДК-Климов». Это предприятие и несет ответственность за конечный продукт. Здесь организован входной контроль всех деталей и изделий, которые поступают с других предприятий. Сборка деталей, агрегатов и датчиков — только часть процесса. Далее в ходе испытаний контролируются и детали, и сборка, проходит настройка управления – и только после этого двигатель можно назвать готовым изделием".

90% предприятий, участвующих в опытно-конструкторских работах (ОКР), продолжат работу в кооперации по выпуску серийных двигателей. Уже сейчас, на стадии изготовления первых опытных образцов, корпорация запустила проект по организации серийного производства по распределенной производственной схеме. Главные цели — обеспечить высокое качество и заданную пропускную способность, а также конкурентное ценовое предложение.

Об испытаниях и технологиях

В 2020 году на «ОДК-Климов» был построен специальный испытательный стенд для двигателей класса ВК-650В. Полностью обновленное оборудование позволяет проводить все виды измерений, в том числе все виды специализированных испытаний. Испытания двигателя начались в январе 2021 года, и за это время удалось достичь успехов в отработке блока автоматического регулирования, запуске двигателя, выходе на режимы, а обороты турбины компрессора уже доводятся до 80% от запланированных.

За время исследований удалось оценить состояние аддитивных деталей, которые были применены в демонстраторе. В компрессоре это корпуса опор, в камере сгорания – завихрители, в турбине – сопловые аппараты и переходной канал. Все детали отработали идеально, нет ни одной трещины. Эти технологии будут внедряться в конструкцию двигателя для сертификации. [прим. ред: про аддитивные технлогии ОДК читайте в статье "О 3D-печати компонентов авиадвигателей в России" ].

Благодаря аддитивным технологиям удалось уменьшить массу некоторых деталей. В итоге получена адаптированная по функционалу единая конструкция, а не сборочный узел. Это повышает надежность двигателя, сокращает производственный цикл и упрощает технологическую подготовку производства.

В ходе второго этапа испытаний были получены данные по автономным испытаниям камеры сгорания. Параллельно идут автономные испытания компрессора, а также испытания на чрезвычайных режимах. Первый опытный образец, на котором проходят ресурсные испытания, появится в сентябре 2021 года. Все инженерные испытания будут производиться на трех опытных образцах.

"В работе над ВК-650В широко используются передовые методы проектирования. Один из них — "Цифровой двойник". Это возможность использовать целостные системы управления требованиями к изделию и каскадировать требования до детали. В ходе работы используются высокопроизводительные вычисления. С их помощью проходит моделирование всех видов натурных испытаний. Вся система автоматизирована для обмена между интерфейсами разных задач. Данные хранятся в специальной системе для быстрого доступа. Это прикладное решение привело инженеров корпорации к еще одному самостоятельному продукту. В конце ОКР, при получении сертификата типа, «Цифровой двойник» будет использоваться для прогноза ресурсов отдельных изделий, увеличения ресурсов, оценки надежности, а также для системы послепродажного обслуживания", - рассказывает Анастасия Соловьева.

О послепродажном обслуживании

Параллельно начинается разворачивание системы сервисного послепродажного обслуживания и определение принципов взаимодействия с заказчиками. По каждому из двигателей есть четкие регламенты по текущему обслуживанию и ремонту, среднему и капитальному ремонту. Это во многом традиционные подходы, они выработаны в течение минувших 20 лет.

На первом этапе развития сервиса ВК-650В будет использоваться имеющаяся сеть сервисных центров. Это стационарные сервисные центры, которые организованы на территории заказчиков. Также разработан эксклюзивный продукт – мобильный сервисный блок, который может быть доставлен в любую точку, где эксплуатируются вертолеты с двигателями ОДК. В контейнере содержится все необходимое, чтобы проводить техобслуживание, сервис и ремонт непосредственно в полевых условиях.

Краткое резюме

Итак, ОДК проводит испытания двигателя-демонстратора ВК-650В. До конца 2021 года будет изготовлено три опытных образца, которые пройдут инженерные испытания. В 2022 году корпорация должна выйти на программу сертификационных работ для получения сертификата типа в апреле 2023 года. На 2023 год запланирован первый вылет и подготовка всей необходимой документации. В 2024 году должна быть подтверждена готовность к серийному производству двигателей.

Также следует упомянуть и о том, что в двигателестроительной корпорации в 2021 году стартовали работы по созданию гибридной силовой установки (ГСУ). В краткосрочной перспективе основной областью применения силовых установок взлетной мощностью от 500 до 1500 кВт станут легкие вертолеты типа Ка-226 и самолеты местных воздушных линий. Вопрос о платформе применения будет решаться на следующих этапах разработки.

Очевидно, что в ОДК понимают перспективность нового направления двигателестроения и применения комбинированных двигателей, которые имеют в своем составе газотурбинный двигатель и электродвигатель. И в данный момент корпорация ведет работы по формированию научно-технического задела и созданию демонстратора ГСУ, основой которого станет двигатель ВК-650В.