В условиях реализации программ импортозамещения в России, при испол­нении государственных контрактов, особое значение приобретает доля отече­ственной комплектации в производимой продукции. Для ПАО «Техприбор», как и для авиационной промышленности в целом, это означает постепенный переход на отечественную компонентную базу, отказ от услуг зарубежных компаний.

В 2012 году ПАО «Техприбор», вхо­дящее в концерн «КРЭТ», выиграло международный тендер, который про­водил главный разработчик новейшего российского магистрального самолёта МС21 ОАО «Корпорация «Иркут» на раз­работку и поставку стендов СТ21–1, позво­ляющих производить наземные испытания топливо-проводов авиационных двига­телей. На сегодняшний день в Российской Федерации отсутствует единый общепри­знанный интегратор топливной системы, поэтому завершение данного проекта имеет перспективу широкого практиче­ского применения.

Испытания топливо-проводов ави­ационных двигателей включают в себя проверку и отладку функциональности, работоспособности и отказоустойчивости элементов системы и соответствие требо­ваниям экономичности и безопасности. Результаты таких локальных испытаний помогут оптимизировать топливную систему самолета МС21 на этапе разра­ботки и отладки конструкции лайнера. Ранее отечественные авиастроители могли испытывать топливные системы лишь во время лётных испытаний, когда вносить серьезные изменения в конструкцию уже было затруднительно.

Одним из ключевых достоинств стенда, разрабатываемого ПАО «Техприбор» явля­ется возможность использовать его для испытаний топливных систем самолётов и вертолётов различных типов. Разработ­чики таких перспективных лайнеров как SSJ–NG, Ил112 В, МТС–МТА, ПАКДА, Ил78, смогут с его помощью учесть все нюансы работы топливных систем и обе­спечить безопасность использования воз­душных судов в любых условиях.

Стенд СТ21–1 представляет собой поворотную   платформу,   имитирующую наклон самолета по тангажу, с установ­ленными на ней полунатурными имита­торами топливных баков, содержащими в себе агрегаты и трубопроводы реальной топливной системы. Стендовых баков два (основной и дополнительный), они выпол­нены из алюминиевого сплава. На них нанесена авиационная маркировка, в том числе, значения «сухой» массы и коор­динаты «центров тяжести». Большой бак весит 2067,5 кг, дополнительный — 251 кг. Цифры соответствуют массам пустого бака (объект испытаний с уста­новленными внутри агрегатами и трубо­проводами). Баки — полунатурные, ими­тируют расположение на одной (левой) консоли крыла. Без ущерба для достовер­ности результатов испытаний, крыло, смо­делированное на стенде, имеет меньший размах, чем у реального самолета.

Необходимость подобных испы­тательных объектов легко объяснима. Они позволяют перенести часть объема летных испытаний и отработок на землю, что значительно сокращает время и затраты на их проведение. Очевидно, что в наземных условиях отработка ряда систем и агрегатов летательных аппаратов гораздо эффективнее и безопаснее.

Конструкторы обращают особое вни­мание на расходный отсек основного бака, где установлены центробежные электро­насосы, качающие топливо на вход в дви­гатель. Отсек имитируется очень точно. В других элементах допустима известная степень конструктивного упрощения.

Назначение стенда: испытание топливной системы с использованием натурных агрегатов, с полной имитацией геометрических параметров системы (длины, диаметров и конфигурации тру­бопроводов) и частичной имитацией топливных баков (количества, конфигу­рации и относительного расположения баков и отсеков). А также проведение стендовых испытаний топливных систем по программам замещения импорта.

Важнейший фактор безопасности в полете — надёжная работа двигателей. Её обеспечивает бесперебойная подача топлива в нужном количестве с заданным давлением и температурами во всех экс­плуатационных режимах, в том числе, при эволюциях самолета в пространстве с изменением углов крена и тангажа.

Важное место при испытаниях само­летных топливных систем отводится ана­лизу различных ситуаций отказов. В част­ности, проверяется режим «самотека» топлива (случай остановки одного или всех подкачивающих насосов). Физически «самотек» возможен далеко не на всех высотах полета. Так, на определенных высотах «самотек» топлива невозможен из-за параметров давления и конфигу­рации топливной системы. Летчикам в таких случаях приходится выполнять снижение до высоты 4000 м и ниже.

Стенд имеет множество автономных систем, которые помогают имитировать раз­личные условия полета. Например, важно воспроизвести разрежение атмосферного воздуха при наборе высоты. Кроме того, идет интенсивное газообразование и выделение пузырьков воздуха в топливе (как в бутылке шампанського) при взлете, топливо «вски­пает». В подобных режимах насосы и агре­гаты работают нестабильно, именно поэтому все эти режимы необходимо исследовать в наземных условиях, не подвергая риску летчиков-испытателей и дорогостоящую технику. Кроме того, важно, что на данном стенде можно на протяжении всего жизнен­ного цикла самолета проводить испытания различных агрегатов на разных режимах полета по программам модернизации.

Проектирование конструкции стенда, приобретение комплектующих изделий, изготовление стенда и монтаж обору­дования выполнены в конце 2015 года. К настоящему моменту завершена реконструкция здания испытательного комплекса топливных систем в ПАО «Техприбор», заканчивается сборка тех­нологических систем стенда, идет оформ­ление разрешительной документации для работ с топливом на данном объекте, в соответствии с требованиями промыш­ленной безопасности.

Пусконаладочные работы стенда, кали­бровка его измерительной системы под­ходят к концу. Аттестация СТ21–1, в том числе метрологическая, завершается, после чего можно приступать к прове­дению испытаний.

Задачи стенда СТ21–1:

— проверка и демонстрация функци­онирования топливной системы в ожи­даемых условиях эксплуатации (штатные и отказные режимы работы);

—получение рабочих характеристик топливной системы во всех режимах для представления отчетов в Методический совет и обеспечение первого вылета;

—сокращение объема наземных и летных испытаний топливной системы непосредственно на самолете;

—проведение стендовых сертифика­ционных испытаний топливной системы и предоставления отчетов для сертифи­кации российскими и европейскими авиа­ционными властями.

Уникальность стенда, построенного специалистами ПАО «Техприбор», оче­видна для специалистов. Силами отече­ственной авиационной промышленности стенды такого назначения не создавались на протяжении четверти века — с конца восьмидесятых годов. За это время научно-технический прогресс ушел далеко вперед, в том числе и области стендового модели­рования.

Отметим три значимых новшества.

1. Стенд ПАО «Техприбор» выделяется размерами поворотной платформы. Ее длина превышает девять метров, ширина — почти четыре с половиной, высота с уста­новленными баками (при максимальных положительных углах тангажа) — около четырех метров. Грузоподъемность пово­ротной платформы — до 15 тонн, диапазон углов поворота — до 30 градусов. Когда мы осматривали стенд, платформа была наклонена на угол порядка десяти градусов для имитации режима взлета.

2. Высокая точность измерения и большое число контрольных точек параметров топливной системы. Погреш­ность измерения давления и температуры топлива обеспечивается на уровне плюс-минус полпроцента, расхода топлива — пятая часть процента. Система измерения и регистрации параметров стенда (СИРП) построена на базе измерительных модулей отечественной разработки НПП «МЕРА» (г. Мытищи). Количество измерительных каналов параметров расхода, уровня, давления, температуры, плотности топлива — свыше сорока для каждого из параметров. Кроме того, с высокой точностью опреде­ляются угловое положение платформы, частота вращения привода насосов и ряд электрических параметров агрегатов топливной системы.

3. Испытания могут проводиться как на традиционных видах авиационных топлив (авиационный керосин ТС1, РТ, JET A1), так и на различных видах био­топлива. Емкость хранилища топлива 10 кубических метров. При испытаниях используется от 280 до 6000 кг топлива, в зависимости от программы испытаний. Температура нагрева топлива — до 60 гра­дусов Цельсия (что превышает требования 45 градусов в сертификационном базисе, в связи с более высокими фактическими температурами нагрева кессона крыла при наземной стоянке самолета в жарком климате). Расход топлива — до 4200 кг/час для линии маршевой силовой установки (МСУ) и 220 кг/час для вспомогательной (ВСУ).

Стенд уникален тем, что здесь ком­плексно исследуются все параметры, опре­деляющие подачу топлива в двигатель. Центробежный насос двигателя соединен с электроприводом, имитирующим привод от редуктора авиадвигателя. Изгибы всех топливных магистралей моделируют тру­бопроводы на реальном самолете. Соот­ветственно, можно моделировать и изме­рять все значения давлений и температур, а также расход топлива в этих трубопро­водах. Можно измерять и анализировать степень газосодержания топлива, в том числе, и пузыри паровоздушной смеси, которые могут представлять некоторую опасность, как для функционирования двигателя, так и для подкачивающих насосов (вызывать режимы кавитации). Известно, что каждая новая модель само­лета, которая впервые поднимается в воздух, требует, прежде всего, заклю­чения о безопасности для первого вылета. Стенд ПАО «Техприбор» входит в пере­чень испытательных стендов, эффективно обеспечивающих безопасность первого вылета.

Напомним, что первый вылет нового российского лайнера МС21 запланирован на первое полугодие 2017 года. Соот­ветственно, основная часть программы испытаний топливной системы в ПАО «Техприбор» совместно с заказчиком — Корпорацией «Иркут» — пройдена этим летом. 

Отметим ряд преимуществ стенда ПАО «Техприбор» в сравнении с аналогичным стендом фирмы Zodiac Aerotechnics, соз­данным по программе Sukhoi Superjet 100. Поворотная платформа, имитирующая углы тангажа, в нашем случае приво­дится в действие электрогидравлическим приводом. Он позволяет осуществлять поворот платформы дистанционно на заданные углы. А иностранный образец имеет центральную ось качения; поворот платформы осуществляется вручную при помощи ходовых винтов. Допол­нительный стендовый бак (имитация законцовки крыла с дренажным отеком) на СТ21–1 перемещается по вертикали, относительно основного бака, электро­приводом на различные уровни, тогда как у Zodiac он жестко закреплен.

Трубопровод между стендовым баком и агрегатом ДЦН (входом двигателя) в части конфигурации, длины и диаметров в нашем случае имеет полную имитацию самолетного, а на иностранном стенде — частичную (только диаметр трубопро­вода). Имитация входа двигателя при помощи агрегата ДЦН с электроприводом у «Техприбора» сделана на поворотной платформе (все перемещается совместно со стендовыми баками), тогда как у Zodiac он установлен стационарно, отдельно от стендовых баков. И при всех этих тех­нических выигрышах, стоимость создания отечественного стенда оказалась в три раза меньше.

ПАО «Техприбор» позаботилось о без­опасности специалистов во время про­ведения испытаний с топливом. В част­ности, испытатели и системы управления стендом находятся в отдельных помеще­ниях от топливных баков и объекта испы­таний. Управление ведется из специальной пультовой комнаты. При необходимости, операторы могут дистанционно вклю­чать либо отключать, отдельные агрегаты. Кроме объекта испытаний, в испыта­тельном комплексе установлен и ряд вспо­могательных систем. Все они — автомати­зированные, спроектированы и построены в соответствии с современными требо­ваниями, в том числе, и по эргономике. В результате существенно улучшились условия труда специалистов, проводящих испытания.

Большое число иностранных ком­понентов в составе топливной системы обусловлено необходимостью форми­рования научно-технического задела в области проектирования отечественных топливных систем следующего поколения. Сегодняшний облик стенда СТ21–1 соот­ветствует планам по началу летных испы­таниях самолета МС21 в базовой ком­плектации с двигателями Pratt&Whitney PW1400 G (отечественный двигатель ПД14 будет готов несколько позже).

После испытаний топливной системы для обеспечения первого вылета прото­типа самолета МС21 запланированы два важных этапа. С сентября 2016 по сен­тябрь 2017 года пройдут сертификаци­онные испытания топливной системы с иностранной комплектацией. А затем — испытания топливной системы с комплек­тацией по программе замещения импорта, локализации агрегатов. Речь идет о само­лете с условным обозначением МС21. RU, оснащенном двигателями ПД14 (раз­работки пермского КБ «Авиадвигатель»), отечественным комплексом БРЭО (раз­работка АО «КРЭТ») и общесамолетными системами российской комплектации.

Завершающий этап — испытания топливной системы для сертификации European Aviation Safety Agency (EASA), которая планируется на 2018 год примени­тельно к самолету с американскими мото­рами. Стенд имеет достаточно гибкую кон­фигурацию и позволяет перемещать раму электропривода с заменного агрегата ДЦН, в соответствии с конфигурацией трубо­провода определенного двигателя, с мини­мальными временными затратами. Работы по двум двигателям будет возможно чере­довать путем переконфигурации стенда.

После завершения всех испытаний по теме МС21, объект может быть пред­ложен для использования в интересах других авиационных программ, таких как Ил112 В и Ил214.

Традиционно ПАО «Техприбор» спе­циализировался на разработке аппаратуры топливных измерений. Сегодня предпри­ятие берется и за другие сегменты по тема­тике топливной системы. Пока — путем выполнения неких «пакетов работ» по контрактам с самолетостроительными компа­ниями, включая ПАО «Иркут». По мере расширения области компетенции, в будущем возможно развитие условий, при которых ПАО «Техприбор», вместе с другими предприятиями АО «КРЭТ», получит возможность заключить кон­тракт на разработку и производство всей топливной системы самолета, включая топливоизмерение, управление топливом, комплектацию агрегатами, проведением испытаний и т. д.

Стенд, созданный в рамках программы МС21, и аналогичные ему, могут исполь­зоваться ПАО «Техприбор» для апроби­рования собственных систем автоматики и управления топливом, а также систем измерения.

Возможно, следующим шагом станет верификация программного обеспечения в интересах ПАО «Корпорация «Иркут» на базе результатов испытаний, которые будут проведены на стенде СТ21–1. Также, возможности стенда позволяют проводить работы по интеграции системы нейтраль­ного газа с топливной системой. Поскольку есть зеркало топлива, значит, есть потенциальная возможность проверки системы нейтрального газа, которая сейчас является неотъемлемой частью любого коммерческого авиалайнера. Она позво­ляет снизить концентрацию кислорода в надтопливном пространстве баков, уменьшить взрывоопасность как самих баков, так и самолета в целом. На совре­менных летательных аппаратах широко применяются системы нейтрального газа, содержащие газогенераторы азота. Газо­генератор включается в полете, по специ­альным трубопроводам под небольшим давлением азот подается в надтопливное пространство баков и замещает кислород воздуха.

В нынешнем о блике стенд С Т21–1 предназначен исключительно для отработки гидравлических характеристик и оценки функционирования агрегатов. Однако это не ограничивает расширение компе­тенций, а напротив, создает импульс для дальнейшего развития ПАО «Техприбор». В частности, предприятие занимается соз­данием систем центровки, оснащенных соответствующей автоматикой.

Центровка — очень важный момент, поскольку самолет — объект весьма дина­мичный, а в ряде полетных ситуаций еще и неустойчивый. При отказе двигателя, для стабилизации пространственного поло­жения ему может потребоваться перекачка топлива из одной группы баков в другие. Эта функция часто возлагается на автома­тику.

Датчики, используемые в топливной системе летательного аппарата делятся на два функциональных типа: для изме­рения мгновенного расхода топлива и измерения запаса топлива. Как правило, расход измеряется при помощи турбинки (диска с профилированными лопатками), установленной в корпусе расходомера. Существуют и емкостные топливомеры, которые измеряют уровни топлива в раз­личных точках бака. Положение «зеркала» топлива по показаниям уровнемеров рас­считывается для всех положений самолета и заносится в память вычислителя системы управления и измерения топлива (СУИТ). Вычислитель рассчитывает остаток топлива в полете по текущим показаниям датчиков. В каждом конкретном случае остаток топлива в отдельном баке может однозначно определяться по положению зеркала топлива в нем. Емкостной топливомер использует принцип изменения ёмкости датчика вследствие различной диэлектрической проницаемости керосина и воздуха между трубами.

Стенд СТ21–1 — это единственный в России и один из четырех в мире (США, Франция и Китай) натурный, унифици­рованный стенд для предварительных испытаний и сертификации топливных систем самолетов, включая пассажирские МС21 и SSJNG, легкий военнотранс­портный Ил-112 В, многоцелевой транс­портный МТС, региональный пассажир­ский Ил114, перспективный тяжелый военно-транспортный ТВСТ, перспек­тивный авиационный комплекс дальней авиации ПАК ДА.

Ввод в эксплуатацию стенда ликвиди­рует отставание России в вопросе сертифи­кации топливных систем перспективных отечественных самолетов, позволяет сократить время и затраты на проведение отработки топливных систем в составе впервые изготовленных самолетов.

Е.Н. Никифоров