Пилотный проект платформы "Распределенные силовые установки" - газотурбинный двигатель (ГТД) в классе мощности 60/100 кВт.
←
→
Транскрипция содержимого страницы
Если ваш браузер не отображает страницу правильно, пожалуйста, читайте содержимое страницы ниже
Пилотный проект платформы «Распределенные силовые установки» - газотурбинный двигатель (ГТД) в классе мощности 60/100 кВт.
Проект, предприятие, продукт
НАЗВАНИЕ
ЦЕЛИ И ПРОДУКТЫ ПРОЕКТА НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ
Пилотный проект платформы «Распределенные силовые
26 млн
установки» - газотурбинный двигатель (ГТД) в классе
мощности 60/100 кВт.
АННОТАЦИЯ грант СОФ
Разрабатывается платформа, в основе которой лежат типовые масштабируемые
решения, включающие схемы газогенераторов, турбокомпрессоров, синхронных
электрических генераторов, электродвигателей. Типовые решения платформы позволят
оперативно разрабатывать и выпускать ГТД, турбовинтовые двигатели,
турбокомпрессоры и турбогенераторы мощностью от 50 кВт до 500 кВт. В рамках проекта
на данном этапе разрабатывается ГТД в классе мощности 60/100 кВт в вариантах с • Конечная цель - широкая линейка силовых установок с ГТД в вариантах: турбогенератор
приводом синхронного электрического генератора или турбовинтового двигателя.
(ТГ), вспомогательная силовая установка (ВСУ), турбовинтовой двигатель (ТВД)
Второй вариант отличается наличием свободной турбины для привода винта-
вентилятора. эквивалентной мощностью 50, 60, 75, 100, 160, 250, 350, 500 кВт, турбореактивный
Проект был рассмотрен на заседании Экспертной рабочей группы эРГ "Аэронет" двигатель (ТРД), двухконтурный (ДТРД) - тягой 400Н, 1000Н, 1500Н, 2500Н.
19.02.2019 и 14.05.2019 и имеет рекомендацию руководителя рабочей группы
"Аэронет"..
ВЫРУЧКА ПРЕДПРИЯТИЯ
Наименование продукции/оказываемых услуг Выручка, тыс. рублей
2016 г. 2017 г. 2018 г.
НИОКР 8 501,0 5 399,8 21 300,0
Разработка экспериментального оборудования 8 259,0 19 520,0 12 052,1
Итого: 16 760,0 24 919,8 25 423,0
6 мес 6 мес 6 мес 6 мес 6 мес
Грант РКД, Эксперим. Истытания Испытания • Цель текущего этапа проекта - стенд для отработки
Пилотный турбогенератора и экспериментальный ТВД.
исследования ГТД
ГТД
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 2
Линейка ГТД для платформы РСУ
ТРАНСПОРТНЫЕ БАС
• легкий грузовой - ВВП/100-300 кг/300-450 км/ч;/300 км.
• для местных линий (аэротакси) - ВВП/460-600 км/ч;/400 км.
• региональный - КВП/400-1000 кг/600-650 км/ч/800 км;
• подъемно-транспортный - ВВП/ 25-120 кг/до 100 км/ч/25-100 км
СИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ
• Мощность МГТД - 100, 300 (350 на чрезвычайном
режиме) и 500 кВт;
• Классы мощности силовых установок - от 60 кВт до 1000
кВт с одним - двумя МГТД.
• Мидель: - 100 кВт - 500-700 мм; - 500 кВт - 1000-1800 мм.
• Масса: - 100 кВт - 50-80 кг; - 500 кВт - 150-300 кг.
ХАРАКТЕРИСТИКИ И СХЕМЫ ГТД
• Топливная эффективность:
N, кВт 60 75 100 200 350 500
• 100 кВт - 200г/кВт•ч (147 г/л.с.ч), КПД 37-38% на клеммах; T3*, К 996 965 982 977 987 1004
πк* 2 2,5 3 3,5 4,5 5
• 500 кВт - 180г/кВт•ч (132 г/л.с.ч), КПД 40-42% на клеммах. πт* 1,38 1,6 1,776 1,982 2,378 2,54
πсв* 1,44 1,566 1,689 1,765 1,89 1,963
Gв, кг/с 0,6 0,8 0,8 1,9 3 4
Gт, г/с 9 11 13 25 38 51
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 3
УКРУПНЕННАЯ ДК 1 ПО ТЕХНОЛОГИЯМ (I)
1. Форсайт-флот Источник: результат работы рабочей группы (РГ)
Соответствие дорожной карте «Аэронет»
УКРУПНЕННАЯ ДОРОЖНАЯ КАРТА ПО ТЕХНОЛОГИЯМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНО
2015 2016–2017 2018–2020 ПРИОРИТЕТНЫЕ ТЕМАТИКИ
1-й этап 2-й этап 3-й этап
Эффекты быстрых побед Основной эффект Долгосрочные эффекты
Технологии. Проект является частью многоэтапной
программы, которая должна закончиться созданием
1 Электрохимические источники тока, включая топливные элементы платформы распределенных силовых установок
(РСУ), газотурбинных двигателей и
2 Системы позиционирования БВС, в том числе локальная навигация1 турбогенераторов для неё. Проект непосредственно
ПЕРЕВОЗКА
соответствует приоритетной тематике №33,
3 Точная посадка
поскольку она предусматривает разработку ГТД,
4 Линейка силовых установок (ДВС2 и ГТД3) 2021
ТВД и вспомогательных силовых установок (ВСУ)
мощностью от 30 кВт до 2000 кВт.
5 Технология скоростного БВС вертикального взлета и посадки 2022
1 Управление группировкой БВС
И СПАСАНИЕ
2 Дружелюбный унифицированный интерфейс управления ТРД для
ПОИСК
ТВД для Турбогенератор
ТЕХНОЛОГИИ скоростного БВС -
БВС ВВП для РСУ трансп. БВС
3 Устойчивость к экстремальным внешним средам разведчика
4 Автономное функционирование БВС и поддержка принятия решений Продукт первого этапа. Рынок:
1 Обработка и интерпретация
ХОЗЯЙСТВО
полученных данных
СЕЛЬСКОЕ
Создание БАС для внесения
2 веществ управления урожайностью
3 Совершенствование существующих ТВД для вертолета
или поиск новых сенсоров
«Аэроб»
1. Добавлено по результатам РГ6 от 29.04.2015 — вынесено на проработку на Форсайт-флот 2. Двигатель внутреннего сгорания Тематика №19 Грузовик
Протокол
3. заседания
Газотурбинный рабочей
двигатель группы
Источник: РГ6 от 29.04.2015,
результат проработка
работы рабочей группы (РГ)на Форсайт-флоте
«Трансформер-2», 120 кг, 60 кВт
• Место целям и задачам ДК в части разработки технологий
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 4
Место проекта в ряду приоритетных тематик «Аэронет» (отмечено и выделено красным цветом) 17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 5
КОНТРОЛЬНЫЕ
КОНТРОЛЬНЫЕ ТОЧКИ ПО ТОЧКИ ПО ИСПОЛНЕНИЮ
ИСПОЛНЕНИЮ ДОРОЖНОЙ
ДОРОЖНОЙ КАРТЫ «РЫНКИ ИКАРТЫ
ТЕХНОЛОГИИ»
Соответствие значимым контрольным результатам и преодоление технологических барьеров «Аэронет»
«РЫНКИ И ТЕХНОЛОГИИ» ПО ПО
ПО ПРОЕКТАМ ТЕХНОЛОГИЯ ПО РЫНКУ AERONET
РЫНКУ AERONET
2015 2016–2017 2018+
1-й этап 2-й этап 3-й этап
ПРЕОДОЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ БАРЬЕРОВ РСУ (ТЕМАТИКА №34)
Эффекты быстрых побед Основной эффект Долгосрочные эффекты
Организован конкурс по разработке Создана линейка отечественных
технологии в сфере ЭХИТ¹ авиационных ЭХИТ для БВС 35-40% 60-75% 45-60%
различных типов
Организован конкурс по разработке
ПЕРЕВОЗКА
технологии в сфере обеспечения точной Создан комплекс средств
посадки обеспечения точной посадки БВС
различных типов
Организован конкурс по разработке
технологии в сфере разработки линейки Создана линейка силовых Тяговооруженность Подъемная сила на Удельная мощность
силовых установок установок для БВС
взлете и посадке силовой установки
Организован конкурс по разработке Созданы транспортные БВС
технологии в сфере скоростного БВС вертикального взлета и посадки
вертикального взлета и посадки Турбогенераторы - для 100 кВт - 2.5-3.3 кВт/кг;
Организован конкурс по разработке
технологии в сфере управления
Создана технология управления группиров-
кой БВС одним оператором планируется достичь не менее 70% от этого показателя.
группировкой БВС
ПОИСК И СПАСАНИЕ
Создано удобное для пользователя ПО для
Организован конкурс по разработке управления БВС
ТЕХНОЛОГИИ технологии в сфере создания дружелюбного Синхронные генераторы постоянного тока мощностью более 100 кВт при
интерфейса управления Созданы устойчивые к экстремаль-
ным внешним средам системы БВС частоте вращения ротора - порядка 50 до 90 тыс.об/мин, с массой - не более
Организован конкурс по разработке
технологии в сфере устойчивости Создана технология, позволяющая
БВС автономно выполнять
25-28 кг;
к экстремальным внешним средам
Организован конкурс по разработке
определенные задачи
планируется достичь не менее 60-90% этого показателя (генераторы мощностью
технологии в сфере автономного
функционирования БВС
100 кВт и 60 кВт, массой примерно 33 - 36 и 20 - 22 кг).
444
Организован конкурс по разработке Созданы технологии, ПО и методики
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
технологии в сфере обработки их применения в интересах сельского
и интерпретации полученных данных хозяйства
Организован конкурс по разработке Созданы БАС для разбрызгивания аэрозолей
технологии в сфере создания БАС для и/или внесения сухих удобрений
внесения веществ управления урожайностью
Созданы новые сенсоры для более
Организован конкурс по разработке объективной оценки и принятия решений
G 210
технологии в сфере совершенствования по управлению урожайностью
существующих и поиска новых сенсоров
1. Электрохимические источники тока
.
Финальный результат Промежуточный результат
Источник: Анализ BCG
.
Контрольные точки по исполнению дорожной карты «Рынки и технологии» по проектам по рынку Аэронет// в
С и н х ро н н ы й г е н е рат о р Т урб о г е не рат о р
.
книге Аэронет / АСИ. - Екатеринбург : Издательские решения, 2017. — Т. 21 — 286 с.), стр. 75.
:
1. - 60.000 / .
.
2. - 100 .
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 6
.
.
1* .
.
2 1022-96.
.
.
Развитие проекта, промежуточные и конечные результаты
Y P
Y G2
Y X P X
X P G=Y P>X Y=G1 P=X+G2
Qтр G>Y P>Qтр+X G G1
G
G
2010-2016 2017-2020 2021-2025
Разработка основ технологии Отработка экспериментальных Завершение разработки
• Разработана термо-акустическая технология узлов газотурбинных установок платформы и выход на рынок
упрочнения поверхности (Грант);
• Исследованы щелевые воздухозаборники и сопла; • Завершена разработка всех ключевых двигателей,
• Разработан роторный узел ГТД на гибридных компонентов и узлов платформы «РСУ»;
• Разработаны и испытаны лепестковые
подшипниках (Грант);
газодинамические и сегментные гибридные • Проведены испытания и подготовлены к
• Разработана методология оптимизации лопаточных воздушные подшипники; серийному производству ДТРД -400/600/1000Н;
машин компрессора и турбины;
• Разработаны и испытаны топологически • ТВД, ГТД, ВСУ-50/100/150/250/350/500;
• Разработана методика проектирования оптимальных оптимизированные колеса турбины и компрессора,
напечатанные методом аддитивных технологий. • Разработка технологий, направленных на
аэродинамических поверхностей с использованием
повышение удельных характеристик:
принципов пропульсивного крыла;
• Разработаны функциональные (действующие) диагональные и волновые компрессоры, камеры
• Разработаны ТТ к типоразмерному ряду ТРД, ДТРД, макеты ГТД, ТРД, планетарного редуктора; сгорания с плазменным горением, с новыми
ТВД, ТВД, турбогенераторам мощностью 50-500 кВт; термодинамическими циклами.
• Выполнены исследования синхронных генераторов;
• Разработаны и изготовлены исследовательские ГТД;
• Научно-технический задел по платформе РСУ (Грант);
• Организована стендовая база для испытаний.
• Изготовление и испытание стенда ГТД -60/100
(Грант).
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 7
Мировой рынок, релевантный продукту проекта
Ко-во малых авиацинных предприятий, Прогноз рынка авиационных работ, Доля рынка по производителям комплектующих, 2017
2017 г. 2020-2025
Великобритания 12000
Франция
США
Россия
Чехия
4500
3000 650
60
Гипотезы и прогнозы
• Alexandre Amoukteh , Joel Janda , and Justin Vincent. Drones Go to Work. BCG. APRIL 10, 2017. • Forecast: Personal and Commercial Drones, Worldwide, 2016. Gartner. 28 December 2016. Электронный
[Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.bcg.com/publications/2017/engineered-products- ресурс]. Режим доступа: https://www.gartner.com/doc/3557717, платный, яз.англ. (Дата обращения
infrastructure-machinery-components-drones-go-work.aspx, свободный, яз.англ. (Дата обращения 20.12.2018).
20.12.2018). • Drones Market Global Analysis(Manufacturers,Application,Technology) & Market Overview Report
• Drones. Reporting for Work. Режим доступа: Goldman Sachs. https://www.goldmansachs.com/insights/ 2018-2022. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.marketwatch.com/press-release/drones-
technology-driving-innovation/drones/, свободный, яз. англ. (Дата обращения 20.12.2018). market-global-analysismanufacturersapplicationtechnology-market-overview-report-2018-2022-2018-11-16,
• Martin Joerss, Florian Neuhaus, and Jürgen Schröder. How customer demands are reshaping last-mile delivery платный, яз.англ. (Дата обращения 20.12.2018).
[Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.mckinsey.com/industries/travel-transport-and-logistics/ • FAA Aerospace Forecasts Fiscal Years 2018-2038. FAA. 2018.
our-insights/how-customer-demands-are-reshaping-last-mile-delivery, свободный, яз.англ. (Дата обращения
20.12.2018).
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 8
Рынок в России
АВИАЦИОННЫЕ РАБОТЫ И УСЛУГИ Текущее состояние и прогноз распределения доходов отрасли по стадиям,
млрд. руб. в год 60,0 65,0
• На рубеже 2022 ожидается перелом тенденции
• Взрывной рост, связанный со снятием норм. ба-ров Экспорт
35,0
• Выручка, с 2022 по 2025 г. порядка 20 млрд. руб
Снятие нормативных барьеров
R&D И ПРОИЗВОДСТВО БАС 15,0
• К 2023 разработаны платформы БАС Тяжелые транспортные БВС
• С 2025 взрывной рост в сегменте 2,0
0,6 0,2 1,2 0,8 1,5 0,6 1,0
• тяжелых транспортных БАС
• Выручка, с 2022 по 2025 г. порядка 20 млрд. руб 2016 2017 2018 2020 2025 2035
R&D и производство Работы и услуги
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДОХОДОВ ПО ВИДАМ
УСЛУГ И АВИАЦИОННЫХ РАБОТ, 2017 Г.
5% Прогноз оборота отрасли, млрд. руб. в год 37
21 %
Экспансия на внешних рынках
38 % 5%
2017 г.
10 % Разработка критических технологий и
преодоление технологических барьеров 20
НИР
НИОКР 21 %
R&D
Снятие законодательных барьеров 10
Опытное производство
Авиационные работы и услуги 1 5
Обучение, сервис, модернизация
2015 2020 2025 2030 2035
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 9
Конкуренты
Velka Bites JetCat Аэросила Поршневые и роторно-поршневые
JetCat SPT5H ТА 14-130, 106 кВт
ТА 18-100, 256 кВт
Генератор с ДВС LaunchPoint,
Двигатели AMT Titan JetCat P400 TJ90 дисковый ротор генератора
Тяга, Р [Н] 392 395 400
Максимальная частота вращения ротора, n
96000 98000 100000
[об/мин] ТА 18-200, 350 кВт
Степень повышения полного давления, 3,8 3,8
Расход воздуха, [кг/с] 0,66 0,67
Расход топлива, [г/с] 17 16,3
Стоимость, $ 11000 9400 6700
Генератор с ГТД MetisDisign,
дисковый ротор генератора, 300 кВт ДТРД ЦИАМ, 295 кгс Генератор М-софт, 40 кВт РПД МΙΤ X-mini, 2,6 кВт
Уд.расход Ресурс Цена владения
ГТД
Обслуживание
Топливо
Проект Масло
кг/Н*час летных час. 300 летных час.
Турбогенератор и ТВД reynolds.aero, Россия, 300 кгс
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 10Патенты по теме проекта и ключевая интеллектуальная собственность
ПАТЕНТЫ, ПРИНАДЛЕЖАЩИЕ ООО «ПРОБЛЕМНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ ТУРБОМАШИНЫ»
Название № Патента Вид патента Дата приоритета
Акустический излучатель №146440 Полезная модель 25 июля 2013 г
Акустический излучатель №168404 Полезная модель 12 сентября 2016 г.
Акустический излучатель №152649 Полезная модель 28 ноября 2014 г.
Тубрина газовая №180053 Полезная модель 18 октября 2017 г.
Газотурбинный двигатель №156076 Полезная модель 17 ноября 2014 г.
Газотурбинная энергетическая установка №101096 Полезная модель 09 июля 2010 г.
Газотурбинная энергетическая установка
№120145 Полезная модель 18 августа 2011 г.
с накопителем энергии
Гибридная энергетическая установка №160574 Полезная модель 11 ноября 2014 г.
ЛИЦЕНЗИИ
Патент на полезную модель «Роторный узел турбогенератора» №185175.
(Правообладатель - ООО «Альфа стил» - индустриальный партнер проекта).
ПЛАН ЗАЩИТЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
1. Патент на изобретение «Летательный аппарат» - 2019 г.
2. Патент на изобретение «Турбогенератор» - 2020 г.
3. Патент на полезную модель «Реактивный двигатель» - 2020 г.
4. Международный патент (PCT) «Газотурбинная установка» - 2022 г.
ПАТЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2019 г. «Летательные аппараты схемы «летающее крыло» (цель - энергетическая
аэродинамика).
2017 г. «Энергетические и авиационные микротурбины»
2016 г. «Газотурбинные энергетические комплексы малой мощности (до 100 кВт).
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 11Научно-технический задел по аддитивным технологиям изготовления узлов ГТД
Т РД- 400 К ам е ра с г о ран и я Г Т Д - 1 0 0 К ол е с а и рот о р Г Т Д - 1 0 0
О с е вая т у рб и на Т РД - 400
Ред ук то р Т ВД-500
П е рвы й в м и ре вы с о к о н е с у щ и й г и б ри д н ы й г аз о вы й п од ш и п н и к ,
вып ол ненный м ет од о м 3D- п е ч ат и
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 12Научно-технический задел - ВСУ, ТРД, ТВД, ДТРД, газодинамические и гибридные подшипники
Лепестковые ГДП
Т РД- 100 Г и б ри д н ы е Г С П
ВСУ-350
Рото р турбо к о м прес с о ра (Грант 2016)
ДТ РД-1000
Рото р с и нх ро нно г о г енерато ра с по с то янным и
Т РД- 600 Т РД- 400 м аг ни т ам и и г и б ри д ны м и Г С П
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 13Научно-технический задел по интеграции силовой установки с пропульсивным крылом
А э рот ак с и . Мод ел и ро вани е п ол ет а на
Т ем ат и ч е с к ая м од ел ь -
г л и с с ад е В ы с о к о н е с у щ и й п ро п у л ь с и вн ы й
Межрег и о нал ьный т ранс п о рт ный БВ С , п ро фи л ь , С y max = 3 .2 ( Г ра н т 2 0 1 6 г .)
5500 к г , 3000 к м
Т ем ат и ч е с к ая м од ел ь -
ре г и о нал ь ны й т ранс п о рт ны й
БВС, 3000 к г , 1200 к м
А э рот ак с и . Мод ел и ро вани е ве рт и к ал ь но г о взл ет а и А э рот ак с и
п о с ад к и
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 14Техническое обеспечение проекта - стендовая база
Стенд -
анал о г рот о ра В С У Т А 18- 200,
2 8 0 к В т , 5 0 ,5 5 ,6 5 м м , н а г ру з к а 5 5 к г , п е ре г ру з к а 2 g. С т е н д - д ем о н с т рат о р т ех н ол о г и и рад и ал ь о г о Г С П , 2 МВ т Г Т Д , 1 1 0
м м , наг ру з к а 300 к г
С т е н д д л я от раб от к и о с е вы х
п од ш и п н и к о в
С т е н д ы д л я от раб от к и рот о ро в Г Т Д и т у рб о г е н е рат о ро в
И с п ы т ан и я к ам е ры
с г о рани я
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 15Коллектив
д.ф.м.н., генеральный директор Профессор Kingston Univ. (UK).
Автор 24 патентов, 152 статей, 2 монографий в Проекты в: Department of Trade and Industry,
области авиации, двигателей и энергетических Royal Academy of Engineering, European
установок. Индексы публикационной активности и Commission, European Society of Mechanics
цитирования работ: Индекс Хирша в РИНЦ/Scopus - Работал в тесном сотрудничестве с
16/6, количество цитирований, РИНЦ/Scopus - 650/61, промышленными компаниями: Rolls-Royce
Опыт руководства и участия в 17 НИР/НИОКР/ОКР PLC, CADFEM GmbH, Lotus Engineering.
Булат Павел Викторович - член-корр. Международной Академии Волков Константин Николаевич
Холода. Заместитель соруководителя рабочей группы Аэронет по науке д.ф.м.н., руководитель направления численного моделирования.
и технологиям с 2017 года; Руководитель подгруппы «Технологии 7 монографий, 123 публикации, индекс Хирша 7. Является
Аэронет» с 2017 года; Эксперт "Сколково" в кластерах "Космос", членом Института Физики (IOP), Института инженеров-механиков
"Энерготех", "Ядертех". Эксперт ОАО "РОСНАНО" (ImechE) , института горения (Combustion Institute), академии
высшего образования (HEA). Рецензент американского общества
д.ф.м.н., руководитель направления камер
инженеров-механиков (ASME), научно-технического издательства
сгорания и плазменного горения.
SpringerVerlag и Elsevier
Автор, 99 статей, 1 монографии. Индекс Хирша в
Scopus - 10, Опыт руководства 7 ОКР
Является признанным экспертом в области плазменной
аэродинамики и плазменно-стимулированного горения,
>400 >30 11 27
плазменной газодинамики, электрофизических установок.
Заместитель Генерального директора по научной работе
Есаков Игорь АО МРТИ РАН»
Иванович Статей Патентов Монографий НИОКР
17 МАЯ 2019 © «ПЛТМ» 16ООО «ПЛ Турбомашины Россия, г.Санкт-Петербург, ул.Степана Разина, д.7/78; тел./факс: (812) 680-1708, http://pltm.org/ plturbo@mail.ru
Вы также можете почитать
