Начало
Если не «золотой век» авиационных дизелей, то период увлечения ими пришелся на время между двумя мировыми войнами. Ими занимались в США, в России, во Франции, в Италии, в Великобритании... Однако особенно активными и упорными были немцы. Это легко объяснимо – Германия не имела «свободного доступа» к нефти, и экономичность двигателя была для авиации страны весьма важным фактором.
Наибольших успехов добилась фирма «Юнкерс», которая занималась созданием авиационного дизеля в течение двадцати лет. Лучшим детищем компании стал двигатель Jumo 205 и его модификация – модель 207. Выдававший под тысячу лошадиных сил двигатель был тяжеловат – 865 кг (для сравнения: работающий на бензине советский М-62 при той же мощности весил всего 560 кг). Зато расход топлива Jumo 205 составлял 0,2 кг/кВт*час, а «недизельный» мотор имел аппетит в два раза больший.
Большой вес в сочетании с малым расходом топлива определили сферу применения дизелей – на истребители им дороги не было. Заметный выигрыш за счет экономичного двигателя могли получить только дальние бомбардировщики и разведчики. Например, в СССР авиационные дизеля конструкции Чаромского использовались именно в авиации дальнего действия – на Пе-8 и Ер-2.
Немцы использовали дизеля и на гражданских самолетах, но там негативным фактором стала относительно высокая стоимость двигателя. Не все было хорошо и с надежностью. В общем, триумфа не получилось и к середине войны и немцы, и русские фактически поставили на авиационных дизелях крест.
После войны на складах существовал избыток авиационных моторов. Увеличение их ресурса (за счет отказа от предельных режимов) дало возможность производителям гражданских самолетов при небольших затратах получать «вылизанные» силовые установки. Достаточно вспомнить, что тот же М-62, созданный еще в 1938 году, под маркой АШ-62ИР летает до сих пор – на Ан-2.
Дальше дорогу дизелям (как, впрочем, и бензиновым моторам) перекрыли турбовинтовые двигатели. При больших мощностях (свыше тысячи лошадиных сил) они имели меньший вес и были куда проще по конструкции, чем поршневые двигатели с вынужденно большим числом цилиндров. Малая авиация «по инерции» летала на бензиновых двигателях. Нефть была недорогой, и большой расход керосина или стоимость авиационного бензина не особо заботили авиакомпании и владельцев малоразмерных самолетов.
Второе пришествие дизелей
Именно рост цен на нефть спровоцировал изменение status quo в авиационном моторостроении. Стоимость авиационного бензина стала «кусаться». Мотористы ответили на это двумя действиями. Во-первых, появились двигатели, работающие на автомобильном бензине. Да, их удельные характеристики стали чуть похуже, но зато затраты на приобретение топлива стали меньше, да и проблем с обеспечением заправки поубавилось.
Вторым направлением борьбы с дороговизной горючего стали попытки вернуть в авиацию дизельные двигатели. При этом в качестве топлива подразумевается использование не только привычной солярки, но и авиационного керосина.
Решение это неоднозначно. Дело в том, что для керосина не стандартизировано так называемое цетановое число. Оно характеризует воспламеняемость топлива в двигателе, работающем по циклу Дизеля. Чем выше цетановое число, тем меньше времени проходит между впрыском топлива в цилиндр и его воспламенением. С ростом цетанового числа характер горения топливной смеси улучшается – оно становится более равномерным и «плавным».
Естественно, что при использовании авиационных керосинов в турбореактивных двигателях цетановое число не имеет значения – там топливо подается из форсунок в камеру сгорания непрерывно. Однако нестабильность воспламенения усложняет задачу, стоящую перед создателями «керосиновых» дизелей. Решение этой проблемы требует разработки «умных» электронных систем управления двигателем.
Вторым недостатком керосина являются его, мягко говоря, не слишком хорошие смазочные свойства. Это ужесточает условия работы агрегатов топливной системы – одного из важнейших компонентов дизеля.
Несмотря на эти проблемы, керосин весьма популярен у разработчиков современных авиационных дизелей. Широкое распространение ТРД и ТВД, в том числе и на малоразмерных самолетах и вертолетах, гарантирует заправку керосином на любом аэродроме – а вот про соляру или про авиационный бензин этого не скажешь.
Тернистая дорога в небо
В принципе, современные технологии позволяют справиться с проблемами, возникающими при создании авиационных дизельных двигателей. Однако их разработчики не всегда в состоянии решить эти проблемы. И основной из них является надежность.
Например, немецкая компания Thielert Aircraft Engines выпустила на рынок неплохой двигатель, но его «вспомогательные» системы были не слишком надежны. В сочетании с рискованной политикой получения кредитов это привело к тому, что в 2008 году компания обанкротилась. После реорганизации продажа дизелей перешла под бренд Centurion, но пока компании, несмотря на большое количество выпущенных двигателей, удалось лишь выйти из зоны убытков.
Не слишком популярен на рынке двигатель SR305-230, который создает французская SMA Engines (дочернее предприятие группы Safran). Первый полет этого дизеля, установленного на самолет TB-20, состоялся еще в 1998 году. Однако лишь через 13 лет разработчикам удалось подтвердить ресурс между капитальными ремонтами в 2 тысячи часов. Пока SR305-230 в основном устанавливается лишь на самолеты, проходящие капитальный ремонт. Для поставок в сборочные цеха его закупают не слишком активно. По состоянию на середину прошлого года, в небо поднималось порядка сотни французских дизелей.
Один из законодателей мод в области авиационного моторостроения – компания Teledyne Continental Motors (TCM), в начале 2008 года объявила о намерении быстро разработать и сертифицировать дизель мощностью 300 л.с. На это отводилось два года. Однако все ограничилось покупкой лицензии на все тот же SR305-230. При этом выяснилось, что французский дизель весьма чувствителен к температуре наружного воздуха, так что инженерам TCM придется решать эту проблему. Как бы то ни было, получивший новое имя TD-300 четырехцилиндровый оппозитный дизель пока еще не имеет сертификата типа Федеральной авиационной администрации США (FAA), и до статуса бестселлера ему далеко.
Интересно, что в декабре прошлого года корпорация Teledyne заключила договор о продаже TCM китайской компании Technify Motors (подразделению государственного аэрокосмического холдинга AVIC). В заявлении сторон отмечалось, что деньги от этой сделки пойдут на развитие дизельных программ TCM с поставками как на китайский, так и на мировой рынок.
Компания Austro Engine, совладельцем которой является набирающий популярность производитель легких самолетов Diamond Aircraft, начала разработку авиационных дизелей в 2005 году. В 2009 году был получен сертификат типа EASA на двигатель AE 200, а сейчас в стадии доводки находится обновленная версия мотора. Несмотря на то, что компания Diamond активно предлагает дизельные версии своих самолетов DA40/42/50, особого ажиотажа среди покупателей это не вызывает. Некоторые специалисты считают, что по своим показателям австрийский дизель уступает французскому.
Неудачи разработчиков авиационных дизелей можно перечислять долго. «Исчезла в никуда» достаточно громко заявившая о себе фирма Diesel Air Limited. На стадии опытного производства застряла британская WAMdiesel. Топчется на месте производство стосильного трехцилиндрового двигателя Gemini. Третий год тянется сертификация FAA двигателя компании DeltaHawk Diesel...
Создается впечатление, что многие компании поспешили «застолбить» перспективную нишу рынка двигателей для авиации общего назначения (АОН). Однако разработчики явно переоценили свои возможности и недооценили уровень проблем, возникающих при создании конкурентоспособного авиационного дизеля.
«Российско-немецкий» дизель
В рядах разработчиков авиационных дизелей пока не слишком заметна компания RED aircraft GmbH. Ее основатель, владелец и главный «идеолог» Владимир Райхлин – экс-российский моторист, хорошо известный в мире автомобильных гонок.
При разработке 12-цилиндрового V-образного дизеля RED A03 взлетной мощностью 500 л.с. во главу угла поставлена надежность. Как отмечает Владимир Райхлин, условия финансирования программы (его осуществляет инвестиционный холдинг «ФИНАМ») благоприятны, и RED aircraft GmbH может работать планомерно, не участвуя в «рыночной гонке» (вспомним о банкротстве компании Thielert).
Неудачи коллег показывают, что применение стандартных решений не позволяет справиться со спектром проблем, присущих авиационным дизелям. Поэтому RED A03 Владимир определяет как «патентоемкий». Многие узлы двигателя спроектированы на уровне изобретений.
Одним из таких узлов является EECU (Electronic Engine Control Unit – электронный блок управления двигателем), на который в стадии оформления находится патент. Конструкция блока позволяет сочетать высокий уровень отказобезопасности с гибкостью управления, который не может обеспечить механическая / электромеханическая система управления двигателем. В частности, «механика» не дает возможности оптимизировать работу дизеля при изменяющемся цетановом числе топлива.
Оригинальную структуру имеют системы двигателя – топливная, охлаждения, турбонаддува, электропитания. Все они состоят из двух независимых контуров, каждый из которых обслуживает «свой» блок цилиндров. За счет этого при отказе одной из подсистем двигатель сохраняет часть мощности, что дает возможность пилоту совершить безопасную посадку.
Без лишнего шума с осени прошлого года идут летные испытания RED A03. «Платформой» для них является хорошо известный практически всем российским пилотам Як-52. По словам Владимира Райхлина, его компания нашла полное понимание в КБ Яковлева, которое помогло доработать «летающую парту» в летающую лабораторию. Вопреки предсказаниям скептиков, самолет с новым двигателем практически уложился в существующие ограничения по центровке - даже с учетом испытательного контрольно-измерительного оборудования, установленного под капотом. Устойчивость и управляемость Як-52 / RED A03 по сравнению с базовой машиной не пострадали.
Следует отметить, что RED A03 является самым мощным из находящихся сейчас в эксплуатации и разработке авиационных дизелей. Continental намеревается «нарастить» свой двигатель до шести цилиндров и 350-ти лошадиных сил. Остальные моторы и того слабее.
Поэтому «российско-немецкий» дизель имеет смысл сравнивать с весьма серьезным соперником – турбовинтовыми двигателями. Например, с PT6A (Pratt & Whitney Canada) – он имеет версии с сопоставимой мощностью. Удельный расход топлива канадского ТВД на крейсерском режиме составляет примерно 350 г/кВт*час, RED A03 – 215-220 г/кВт*час. Если принять мощность, потребную для крейсерского полета, равной 350 кВт, то при продолжительности полета один час дизель экономит 45-50 кг керосина.
По данным IATA, средняя цена одного килограмма авиационного керосина сейчас немного превышает один доллар. Это означает, что в сравнении с дизелем ТВД каждый час «выбрасывает в трубу» примерно полсотни USD.
Любопытна оценка стоимости владения самолета с RED A03 и с ТВД, которую независимо друг от друга произвели два производителя легкой авиатехники. По их расчетам, при суммарном налете 10 тысяч часов (это примерно соответствует назначенному ресурсу легкомоторных самолетов) двигатель Владимира Райхлина позволит «самолетовладельцу» сэкономить 700-800 тыс. долларов.
Не подлежит сомнению, что век авиационного бензина (кстати, этот вид горючего существует примерно сто лет) подходит к концу. Рост цен на нефть и необходимость содержания на аэродроме двух систем снабжения топливом – керосиновой и бензиновой – делают бензин слишком уж невыгодным.
Сколько еще «продержится» бензин – зависит от разработчиков авиационных дизелей, которые сейчас борются за зарождающийся рынок. Будем надеяться, что команда Владимира Райхлина займет в этой гонке достойное место.
