Что экономичнее газотурбинный или дизельный двигатель

А ДИЗЕЛЬ ВСЕ-ТАКИ ЛУЧШЕ

Еще почти 40 лет назад уральские танкостроители убедились, что газотурбинный двигатель для танков малопригоден Эрий Вавилонский

11 апреля 1963 г. на танковом полигоне в Нижнем Тагиле совершил пробный пробег первый в мире танк с газотурбинным двигателем (ГТД). Создателям принципиально новой боевой машины в тот момент показалось, что свершилась давно ожидаемая революция в танкостроении. Около десяти лет прошло с того времени, когда в Англии впервые задумались над применением газотурбинной силовой установки для танка. Еще почти сорок лет потребовалось танковым конструкторам мира, чтобы понять — дизель был, есть и останется в обозримом будущем лучшим двигателем для бронированной боевой машины. Всем, кроме конструкторов танкового конструкторского отдела «Уралвагонзавода», которые пришли к этому выводу еще в 60-х гг.

Но прежде чем сделать вывод о неперспективности газотурбинной силовой установки для танка, тагильчане первыми в мире до конца прошли путь от идеи до готового изделия.

Тогда, 11 апреля 1963 г., инженеры и рабочие танкового отдела «Уралвагонзавода» облепили окна рабочих помещений. Несмотря на то, что работы над газотурбинным танком велись в обстановке глубокой секретности, коллектив догадывался о приближении дня выезда нового и необычного опытного образца в заводской пробег.

Сравнительные испытания нового газотурбинного танка — «Объект 167Т» и серийного Т-62 на двадцатикилометровом отрезке разбитой весенней трассы как будто подтвердили первые прогнозы. Одиночный газотурбинный танк бежал в полтора раза быстрее дизельного и легко справлялся с препятствиями. На мерном участке механик-водитель дизельного танка сделал 18 переключений передач, газотурбинного — 4!

Правда, горючего новая машина пожирала существенно больше, чем ее серийный коллега. Несмотря на установленные дополнительные баки на 620 литров, запас хода «Объекта 167Т» оказался на 22% ниже.

Тем не менее тогда, в 1963 г., конструкторы были уверены, что недостатки нового двигателя устранимы.

14 сентября 1964 г. на центральном военном полигоне под Москвой состоялся очередной показ новой военной техники высшему руководству СССР. Тагильский «Объект 167Т» был выставлен в паре с новейшим тогда танком Т-64 харьковского завода с дизельным двигателем 5ТДФ. Мощности дизеля и газотурбинного двигателя были равны — по 700 л.с.

Перед началом демонстрационных пробегов директор «Уралвагонзавода» Иван Окунев, которого с полным основанием можно назвать крестным отцом нового танка, дал короткое напутствие механику-водителю «Объекта 167Т» Володченко: «Обгонишь харьковский танк, получишь трехкомнатную квартиру». Свое слово директор сдержал.

Однако, несмотря на кажущийся внушительный успех, конструкторы УВЗ в скором времени отказались от продолжения работ над газотурбинным танком. Почему?

. Создание газотурбинного танка получило мощную поддержку в лице директора завода Ивана Окунева, человека неуемного характера, волевого, авторитетного, мыслящего по-государственному. Он был патриотом завода и приверженцем новой техники. Отношение Ивана Васильевича к созданию новой военной техники мы чувствовали всегда в мобилизации всех ресурсов завода и конструкторского отдела.

Директор рисковал. Его волевым решением одновременно велись работы над техническим проектом, разработкой конструкторской документации, изготовлением опытного образца и доводкой рабочих узлов. Нарушались требования ГОСТов, что допускалось разве что в годы Великой Отечественной войны.

Самую главную сложность представляло создание системы воздухоочистки. При равной мощности с дизелем газотурбинный двигатель требовал в четыре раза больше воздуха. Это требовало отводить под воздухоочиститель огромные объемы в моторно-трансмиссионном отделении.

В ходе испытаний было опровергнуто ранее существовавшее мнение о достаточном для ГТД уровне пропуска пыли в пределах четырех процентов. Испытания выявили эрозивный износ входных кромок рабочих лопаток компрессора при эксплуатации в условиях повышенной запыленности. Усовершенствовав воздухоочиститель, конструкторы сумели снизить коэффициент пропуска пыли до 2-3%.

И все-таки было ясно, что вопросы воздухоочистки будут доминирующими среди всех прочих проблем, стоящих перед конструкторами газотурбинного танка.

Все. На этом работы можно было прекращать. Применение воздухоочистителей с «нулевым» пропуском пыли (то есть 100-процентной очисткой воздуха) резко увеличивает массо-габаритные характеристики силовой установки, а прожорливость ГТД (часовой расход топлива в 1,6-1,8 раза больше, чем у дизеля равной мощности) делает танковые части уязвимыми при любой угрозе нарушения снабжения их топливом.

На основе тщательного анализа результатов испытаний «Объекта 167Т» и прогнозирования развития танкового двигателестроения конструкторский отдел УВЗ совместно с Управлением начальника танковых войск Министерства обороны пришли к выводу о неперспективности газотурбинного танка. Тагильские конструкторы нашли в себе инженерное мужество остановиться и свернуть с тупикового пути, которым все-таки пошли разработчики газотурбинных «Абрамсов» и наших отечественных Т-80.

С 1968 г. в КБ-3 Ленинградского Кировского завода (ЛКЗ) под руководством главного конструктора Николая Попова началось проектирование танка с использованием разрабатываемого в ЛНПО имени В.Я. Климова танкового двигателя ГТД-1000Т (генеральный конструктор — Сергей Изотов). К тому времени по указанию Хрущева в стране были прекращены работы по проектированию и выпуску тяжелых танков, в создании которых КБ-3 ЛКЗ занимало лидирующее положение в мире. Поэтому интерес, проявленный к возможности создания газотурбинного танка со стороны секретаря ЦК КПСС Дмитрия Устинова, был использован ленинградскими конструкторами для начала новой работы.

С 1976 г. впервые в мире на ЛКЗ началось производство серийного газотурбинного танка Т-80 и двигателя ГТД-1000Т на Калужском моторостроительном заводе. В процессе серийного производства танк Т-80 постоянно совершенствовался. Позднее его производство было передано в Омск. Последняя серийная модификация получила индекс Т-80У.

28 февраля 1980 г., то есть 15 лет спустя после получения отрицательного заключения в Нижнем Тагиле, в городе Лайма (штат Огайо) сошел с конвейера первый серийный танк армии США М1 «Абрамс» с газотурбинным двигателем. До сих пор на выставках и полигонах в рекламных целях демонстрируется хорошие скоростные характеристики одиночных «Абрамсов», как и отечественных газотурбинных Т-80У. Однако после формирования в ротные или батальонные колонны скорости газотурбинных и дизельных танков выравниваются. Даже при меньшей мощности моторов дизельных машин.

Попытка увеличить скорость колонны сверх 25-35 км/час, принятой во всех странах мира для танковых колонн, приводит к наездам бронированных машин друг на друга, к другим ошибкам экипажа или растягиванию колонны.

В жарких странах, в горных условиях система защиты ГТД от перегрева ограничивает использование полной мощности двигателя, ухудшая подвижность газотурбинных танков. На Аравийском полуострове во время «Бури в пустыне» «Абрамсы» буквально задохнулись от пыли во время первого же походного марша в составе колонны.

И, может быть, главный недостаток ГДТ в условиях скудного финансирования оборонного заказа в России XXI в. — высокая стоимость. Хотя в 1965 г. подобный оборот событий уральские конструкторы едва ли могли себе представить, но и здесь оказались правы. Цена газотурбинного двигателя в сравнении с дизельным выше в пять-десять раз. К примеру, серийный дизель В-84 для Т-72Б в 1989 году стоил 14 тыс. руб., а ГТД для Т-80 — 104 тыс. руб. При этом коэффициенты подвижности при движении колонн танков составляли: для Т-72 — 1,13; для Т-80 — 1,17.

Три сотни уральских танков Т-90С с традиционной дизельной двигательной установкой, проданных Индии, подтвердили правоту тагильских конструкторов. Мода на газотурбинные танки прошла. Химера холодной войны, когда сверхдержавы, не считаясь с финансовыми затратами, повторяли даже ошибочные шаги противника, лопнула.

Сейчас завеса секретности над первым газотурбинным танком поднята. За ненадобностью. Перспективное развитие танкостроения в России, в натовских государствах, включая США, связывается сегодня только с использованием дизельных двигателей. Танковый контракт между Индией и Россией с полным основанием можно считать первой ласточкой в предстоящем танковом перевооружении мира. На смену газотурбинным танкам идут дизельные танки нового поколения, обретающие лучшие достоинства газотурбинных машин, но уже свободные от их недостатков.

Танковый двигатель

Танковый двигатель — двигатель внутреннего сгорания, который предназначается для установки на танки; нередко танковые двигатели устанавливаются также на бронетранспортёрах и самоходных артиллерийских установках и т. п [1] [2] .

Основные требования к современному танковому двигателю — его компактность, надёжность работы в разном климате, высокие энергетические показатели, экономичность и многотопливность [1] .

До Второй мировой войны в качестве танковых, как правило, использовались автомобильные и адаптированные авиационные двигатели; к 1950-х годам они были полностью вытеснены моторами специальной разработки. В настоящий момент на современных танках имеют наибольшее распространение дизельные многотопливные форсированные двигатели мощностью 735—880 кВт (1000—1200 л. с.) и более; применяются также газотурбинные двигатели мощностью до 1100 кВТ (1500 л. с.) [1] [2] .

Помимо двигателей внутреннего сгорания, в разное время предпринимались также попытки оснастить танки силовыми установками другого типа, не имевшие, однако, особого успеха. Во время Первой мировой войны и межвоенный период существовал (в том числе и в СССР) ряд проектов танков с паровым двигателем. Некоторые паровые танки (например, американский огнемётный паровой танк 1918 года) были реализованы в металле, однако в целом опыты по использованию паровых машин в качестве танковых двигателей оказались неудачными. В период Холодной войны в США активно прорабатывалась концепция так называемого атомного танка, в качестве двигателя на котором должна была использоваться ядерная силовая установка, однако практического воплощения работы в данном направлении не получили.

На ранних этапах развития танкостроения обычно использовался бензиновый карбюраторный двигатель автомобильного, а позже авиационного типа (включая моторы звездообразной компоновки). Непосредственно перед Второй мировой войной, а также в ходе её, получили распространение (преимущественно в СССР и США) дизельные двигатели, ставшие основным типом танковых моторов во всём мире со второй половины 1950-х гг., позже заменённые многотопливными двигателями, а в последние два-три десятилетия и газотурбинными двигателями (ГТД). Первым серийным танком с ГТД в качестве основного двигателя стал советский Т-80 [3] .

Мощность, надёжность и другие параметры танковых двигателей постоянно росли и улучшались. Если на ранних моделях довольствовались фактически автомобильными моторами, то с ростом массы танков в 1920—1940-х гг. получили распространение адаптированные авиадвигатели [4] , а позже — и специально сконструированные танковые дизельные (многотопливные) двигатели. Для обеспечения приемлемых ходовых качеств танка удельная мощность его двигателя (отношение мощности двигателя к боевой массе танка) должна быть не менее 18—20 л. с./т.

Удельная мощность некоторых современных крупносерийных танков

Страна-производитель	Модель танка	Боевая масса, т	Мощность двигателя, л. с.	Удельная мощность, л. с./т	Тип двигателя
Франция	Леклерк	54,6	1500	27,4	дизельный
Россия	Т-80У	46,0	1250	27,2	газотурбинный
США	M1A2 Абрамс	62,5	1500	24,0	газотурбинный
Германия	Леопард-2A5	62,5	1500	24,0	дизельный
Израиль	Меркава Mk.4	65,0	1500	23,1	дизельный
Россия	Т-90С	46,5	1000	21,5	дизельный
Израиль	Меркава Mk.3	60,0	1200	20,0	дизельный
Великобритания	Челленджер-2	62,5	1200	19,2	дизельный

В 1930—1950-х гг. велись споры между сторонниками и противниками применения в качестве силовой установки танков двух типов двигателей внутреннего сгорания — карбюраторных и дизельных. Этот спор завершился окончательной победой сторонников дизельных двигателей. В наше время основной спор ведётся между сторонниками и противниками использования на танках дизельных двигателей и ГТД. Оба типа двигателей отличаются собственными преимуществами и недостатками. В годы Первой мировой войны был построен паровой танк, а в 1950-х годах в США был разработан ряд проектов атомных танков, но все эти типы силовой установки распространения в итоге не получили.

Сравнительные войсковые испытания танков Т-64А и Т-72 с дизельными двигателями 5ТДФ и В-46 соответственно и Т-80 с газотурбинным двигателем ГТД-1000Т, проведённые правительственной комиссией, показали [8] :

• Танки Т-80, номинальная удельная мощность которых превышала показатели Т-64А и Т-72 соответственно на 30 и 25 %, имеют преимущество по тактическим скоростям в европейских условиях лишь на 9—10 %, а в условиях Средней Азии — не более 2 %.
• Часовой расход топлива газотурбинных танков был выше дизельных на 65—68 %, километровый расход — на 40—50 %, а запас хода по топливу меньше на 26—31 %; это приводило к необходимости при организации маршей предусматривать возможность дозаправки танков Т-80 в ходе суточных переходов.
• На высоте 3 км над уровнем моря потеря мощности у двигателя 5ТДФ достигала 9 %, у В-46 — 5 %, у ГТД-1000Т — 15,5 %.

Дизельные танки в настоящее время находятся в танковых парках 111 стран мира, а газотурбинные — в танковых парках 9 стран мира. Разработчиками, производителями и поставщиками газотурбинных танков являются США и Россия (Советский Союз). Дизельные танки составляют основу танковых парков армий всех стран мира, за исключением США [9] . Развитие мировых танкостроения и танкового рынка в 2003—2012 гг. определяют 25 специальных программ, из которых 23 относятся к дизельным танкам, только 2 — к газотурбинным [10] . В Германии фирма MTU Friedrichshafen в настоящее время разрабатывает новые высокотехнологичные дизельные двигатели серии 890 четвёртого поколения для будущих бронированных боевых машин [11] . Многие страны, покупающие танки, предпочитают модели с дизельным двигателем и даже требуют замены ГТД на дизели в качестве условия к допуску на тендер. Так, в 2004 году Австралия в качестве своего будущего танка выбрала танк M1A2 «Абрамс», но при условии, что ГТД танка в нём будет заменён на дизельный двигатель [12] . В США даже конкретно в экспортных целях был разработан танк M1A2 «Абрамс» с дизельным двигателем [13] .

Существуют конструктивные решения, позволяющие значительно улучшить характеристики дизельных двигателей. В целом, несмотря на утверждения сторонников каждого из типов двигателей, в настоящее время нельзя говорить о безусловном превосходстве одного из них.

Современные ГТД, как правило, многотопливные, могут работать на всём спектре топлив: бензинах всех типов, включая высокооктановый авиационный бензин, реактивном топливе, дизельном топливе с любым цетановым числом, но номинальным топливом в мирное время для них служит авиационный керосин [ источник не указан 3186 дней ] . Подавляющее большинство дизельных двигателей снабжено системой турбонаддува, а в последние годы — и промежуточными охладителями наддувочного воздуха (интеркулерами).

Бензиновый, дизельный или газовый — какой двигатель лучше?

Прочность якорной цепи равна прочности ее самого слабого звена.

Поговорка старых английских шкиперов

Бензиновый двигатель

Его правильнее называть двигателем с искровым зажиганием. Почему? Хотя бы потому, что производители топлива в некоторых странах добавляют в бензин до 20–24% этилового спирта. Таким образом, двигатель можно назвать бензоспиртовым.

Примерно до середины прошлого века в системе питания таких моторов властвовал карбюратор, а мощность, в основном, зависела от рабочего объема. В настоящее время карбюраторы вымерли, а современников я бы условно разделил на несколько групп:

• безнаддувные двигатели со впрыском во впускной трубопровод (их еще называют атмосферными моторами)
• двигатели с непосредственным впрыском
• наддувные двигатели
• двигатели с непосредственным впрыском и турбонаддувом.

Приблизительно в таком же порядке у этих двигателей растут и показатели технических характеристик, но одновременно уменьшается надежность.

Атмосферный мотор Renault

Безнаддувные двигатели с распределенным впрыском топлива во впускной трубопровод просты по конструкции. Они имеют надежную систему управления. Модификации с регулированием фаз на впуске и выпуске обеспечивают неплохие показатели по литровой мощности (это отношение мощности мотора к его рабочему объему в литрах). Современные двигатели рабочим объемом 1,6 л выдают мощность порядка 125–130 л.с. Улучшить удельные показатели (ту же мощность, снимаемую с единицы рабочего объема) можно только повышением частоты вращения коленчатого вала до 7–8 тыс. об/мин, но это требует создания уже совсем другого, «околоспортивного» двигателя, а также усовершенствованной трансмиссии. Например, еще в начале 1990-х Honda разработала двигатель объемом 1,6 л, который выдавал 160 л.с. Но с современными экологическими нормами о нем лучше даже не вспоминать.

GDI — Gasoline Direct Injection

Непосредственный впрыск немного улучшает показатели двигателя по мощности и экологичности. Но он ощутимо сложнее, так как требует применения топливного насоса высокого давления (ТНВД) и особых форсунок. А еще распространение таких двигателей сдерживается потребностью в топливе высокого качества. Недаром многие фирмы долгое время не поставляли такие моторы в нашу страну. У нас и без того подъезжаешь к бензоколонке как к столу с рулеткой, а тут еще и двигатель более требовательный.

двигатель с системой электронноуправляемого турбонаддува Lexus

Наддув позволяет значительно повысить показатели или уменьшить рабочий объем, сохранив ту же мощность. Полуторалитровый двигатель развивает от 150 л.с. и больше. Максимальный крутящий момент наддувника, в отличие от момента атмосферника, достигается значительно раньше, уже при частоте вращения коленчатого вала 1600–1800 об/мин., причем «полка» высокого крутящего момента может простираться до 4000–4500 об/мин. Все благодаря оптимальному снабжению воздухом поршневой части двигателя с помощью электронно-управляемого турбокомпрессора. В результате наддувный двигатель при небольших и средних нагрузках чуть экономичнее в сравнении с безнаддувным собратом при прочих равных. Такой двигатель прекрасно тянет с самых низов, а на малых оборотах потери энергии на трение меньше из-за меньших путей проходимых всеми деталями двигателя и, соответственно, выше КПД.

Однако статистика говорит о том, что наддувных моторов продается все-таки значительно меньше, чем атмосферных. Почему?

Первая причина — такие двигатели сложнее и несколько дороже в производстве. Да и налоговых льгот при малом рабочем объеме мотора у нас в стране нет, в отличие, к примеру, от той же Европы.

Вторая причина — ограниченный ресурс турбокомпрессора, обычно не превышающий 150 000 км пробега. Более нагружена у наддувных двигателей и поршневая часть, а где нагрузки, там и повышенный износ.

Третья причина — турбонаддув подразумевает разветвленную сеть трубопроводов, датчиков, приводов и жгутов проводов, которые могут соскочить, заржаветь и потерять герметичность. А любая поломка в системе управления может вывести из строя сам двигатель или агрегат турбонаддува. Также наддувные двигатели нежелательно глушить сразу после работы на напряженных режимах. Больше всего страдает раскаленный турбокомпрессор, т.к. циркуляция масла прекращается мгновенно, а ротор продолжает вращаться с большой частотой. К слову, турботаймер, призванный компенсировать этот недостаток, получил распространение лишь в качестве опции нештатных сигнализаций. Наконец, фанаты породистого звука признают, что выхлоп от турбодвигателей звучит недостаточно привлекательно.

Двигатель с турбонаддувом

Может — ну его? И — виват честный атмосферник?

Дизель

Второе его название — двигатель с воспламенением от сжатия.

Будучи двигателистом по образованию, считаю, что золотой век дизелей уже миновал. Самые надежные и безотказные из них, на мой взгляд, были в 80-х годах прошлого века. Тогда на легковых автомобилях бал правили вихрекамерные дизели рабочим объемом от 1,5 до 2,5 л. Чаще — без наддува, но и снабженные турбокомпрессором тоже попадались. При этом зачастую почти всю систему питания представлял самый совершенный по тем временам дизельный топливный насос фирмы Bosch серии VE.

Системы топливного насоса высокого давления

У него были центробежный регулятор опережения впрыска топлива, устройство для обеспечения пусковой подачи топлива, корректор подачи в зависимости от давления наддува и термокорректор, увеличивающий количество топлива при непрогретом двигателе. Внутри был встроен топливоподкачивающий насос. И ко всей системе питания двигателя подходил только один проводок — к электромагнитному клапану. На автомобиле с таким дизелем можно было ездить без аккумулятора и генератора! Стоило вынуть запорный элемент электромагнитного клапана, как дизель становился совсем неподвластным старикам Вольту и Амперу. Пустить машину можно было с толкача, а заглушить передачей. Вот это надежность! Поэтому тогда я голосовал за такой дизель двумя руками.

Современный дизель по уровню сложности и капризности схож с наддувным бензиновым двигателем. Основная причина — система питания Common Rail, которая нагнетает огромные давления, обеспечивая при этом высокие показатели и не менее высокую цену. Прибавьте к этому мочевину и сажевые фильтры, из-за которых электроника периодически выпускает на соседей по потоку целые облака сажи. Все это делает дизель менее привлекательным с потребительской точки зрения.

дизельный двигатель

Резюмируя, можно сказать, что современный дизель обеспечивает отличные показатели по мощности, тяговитости, экономичности. Но часть производителей так и не решила вопрос с шумом и вибрацией, возникающими из-за гораздо более высокого давления в цилиндрах при сгорании топлива. К тому же всегда есть опасность заправиться топливом не по сезону, а это чревато проблемами с запуском двигателя в мороз. Да и надежностью дизели не блещут из-за конструктивной сложности.

Газификация

Сразу отмечу, что дополнительно установить газовое оборудование с приемлемыми затратами сил и средств можно только на двигатели с искровым зажиганием. Современный дизель перевести на газ можно только в заводских условиях. Что касается перевода на газ обычной бензиновой легковушки, то ужесточение законов, требующее сертификации подобных переделок, как-то оптимизма не прибавляет. Израсходованное время и деньги не окупятся безопасностью эксплуатации. Ведь при очень больших пробегах, а только при таких и ставят газ, «ушатать» автомобиль можно быстрее, чем дело дойдет до следующей проверки. Хотя если пройти все процедуры, то можно ездить, экономя на заправке. Правда, часть багажного отделения будет занята газовым баллоном, разгонная динамика немного снизится, а расход пусть и дешевого газа будет достаточно велик. Конечно, в среднем в два раза более низкая цена газа компенсирует этот перерасход.

Газовой оборудования для двигателя

Сам я около 15 лет ездил на машинах с газовым оборудованием, причем устанавливал его самостоятельно. Но то были карбюраторные автомобили, где все настройки можно было произвести без спецоборудования. Регистрацией не занимался и опрессовки баллонов не делал никогда. В те времена попросту не было механизмов такой проверки. А сейчас сертификация обязательна, без нее не заправят, без нее не дадут диагностическую карту. Недаром те годы называли лихими девяностыми. Тем не менее ездил и радовался. И это в Москве, хотя случалось и путешествовать по стране.

Итоги

Выскажу личное мнение. Первые семь лет после окончания ВУЗа занимался испытаниями и доводкой дизельных наддувных и атмосферных двигателей. Имел в личном пользовании кучу карбюраторных автомобилей отечественного производства, на многие из которых (от УАЗ-469 до Таврии) ставил газовое оборудование. Работая в издательстве, поездил на многих автомобилях отечественного и зарубежного производства. И сделал я для себя вывод, что нет ничего лучше безнаддувного бензинового двигателя с впрыском топлива и с цепным приводом ГРМ вместо ремня. Самый беспроблемный вариант! А дизельные двигатели имеет смысл ставить на достаточно тяжелые внедорожники, пикапы, развозные фургоны, малые грузовички и далее по списку, вплоть до магистральных тягачей.

В России впервые появится цифровой двойник дизельного двигателя

Уральский дизель-моторный завод (УДМЗ) разрабатывает новое семейство многоцелевых высокооборотных дизельных двигателей. Планируется их применение на железнодорожном транспорте, в большегрузных автомобилях и судостроении. Двигатель проектирует Центр компетенций НТИ Санкт-Петербургского политехнического университета на основе технологии разработки «цифровых двойников».

Высокооборотный дизельный двигатель, а тем более многоцелевая линейка таких двигателей – сложнейший объект. В России и в мире их производит всего несколько компаний, а на разработку нового образца, его испытания и запуск в производство обычно уходит 3–5 лет.

Выпуск нового двигателя – всегда событие. Однако современный высококонкурентный рынок диктует все более жесткие требования к качеству высоконагруженных механизмов, к сокращению времени и себестоимости их разработки.

Желая усилить свои позиции на этом рынке и быстро выпустить в свет линейку новых двигателей, УДМЗ впервые в отрасли применил технологию разработки цифровых двойников.

Цифровой двойник (ЦД) представляет собой систему взаимосвязанных высокоадекватных цифровых моделей изделия, технологических и производственных процессов, наконец, эксплуатационных режимов, ключевыми параметрами которых можно полностью управлять в виртуальной среде.

Результаты сотен и тысяч виртуальных испытаний должны отличаться от результатов итоговых натурных и физических испытаний не более, чем ±5%, а сам объект – высокооборотный дизельный двигатель – удовлетворять всем требованиям и целевым характеристикам, предъявляемым к изделию. Таких характеристик, включая ресурсные ограничения, как правило, несколько десятков и даже сотен: от показателей прочности, надежности, ресурса, безопасности и экологичности конечного продукта до стоимости и сроков производства, технологических мощностей предприятия.

Полномасштабная математическая модель камеры сгорания

Разработка и применение базового варианта ЦД позволяет в дальнейшем:

• быстро перепроектировать двигатели под те или иные требования;
• значительно сократить объемы продолжительных и дорогостоящих натурных испытаний, которые традиционно используются для «доводки» двигателя;
• поставить задачу прохождения с первого раза сертификационных испытаний.

« В глобальной конкуренции центр тяжести смещается на этап проектирования. Производство, в том числе цифровое, в крупных мировых компаниях давно налажено. В этом плане Россия отстает. Однако мы во многом опережаем мир в разработке «цифровых двойников» на этапе проектирования. Это валидированные математические модели, которые, обладая предсказательным потенциалом, позволяют с высокой достоверностью прогнозировать поведение конструкции, оборудования или машины на всех этапах ее жизненного цикла, а также управлять этим поведением », – поясняет руководитель Центра НТИ СПбПУ Алексей Боровков .

По словам специалистов, в России проектирование на основе цифровых двойников на мировом уровне успешно ведет только Центр НТИ СПбПУ. Причем в различных отраслях. Эти специалисты занимались проектированием кузовов автомобилей Единой модульной платформы проекта «Кортеж» (линейка автомобилей «Аурус»), разрабатывают «Русский Прадо» для УАЗа и оптимизируют авиационный газотурбинный двигатель ТВ7-117, с которым отечественное авиастроение связывает большие надежды. Компетенции петербургских инженеров-политехников понадобятся УДМЗ не только для реализации своего проекта, но и в целом для перехода предприятия на новую парадигму проектирования.

«Создание цифровых двойников продукции “Синара – Транспортные Машины“ является частью глобальной программы цифровизации всего холдинга. УДМЗ активно использует достижения в этой сфере в промышленности для повышения надежности дизельных двигателей и снижения себестоимости серийного производства продукции», – комментирует генеральный директор УДМЗ Петр Скворцов.

Разработка многоцелевого российского двигателя (различными его модификациями будут комплектоваться тепловозы, карьерная техника, стационарные дизель-генераторные установки) позволит увеличить процент локализации производства и снять зависимость российских производителей от зарубежных заказов.

«В качестве стартового изделия на базе семейства ДМ-185 был выбран двигатель для модернизированного тепловоза ТЭМ14М. За восемь месяцев мы разработали ЦД и провели более 10 тысяч виртуальных испытаний, – говорит ответственный исполнитель проекта от Центра НТИ СПбПУ Надежда Иванова. – Современный двигатель должен соответствовать огромному количеству требований по экологии, потребительским характеристикам, надежности и экономичности. В разработанной матрице требований, целевых показателей и ограничений заложено более 200 характеристик, и всем этим характеристикам проект должен удовлетворять».

Первый двигатель семейства ДМ-185 для модернизированного тепловоза ТЭМ14М в настоящее время проходит сертификационные испытания во ВНИИЖТ. Производство двигателя намечено на третий квартал текущего года, серийное производство – на 2021 год.

ООО «Уральский дизель-моторный завод» (УДМЗ) – ведущее российское машиностроительное предприятие по выпуску дизелей и дизель-генераторов различных типов для судостроения, тепловозостроения, малой энергетики.

АО «Синара – Транспортные Машины» (СТМ) – дивизиональный машиностроительный холдинг Группы Синара, объединяющий научно-технический и производственный потенциал российских предприятий по инжинирингу, производству, сервисному обслуживанию железнодорожной техники и дизельных промышленных установок.

Центр компетенций Национальной технологической инициативы Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого «Новые производственные технологии» (Центр НТИ СПбПУ) – ведущий российский центр компетенций с крупнейшим проектным консорциумом по направлению «Новые производственные технологии»: цифровое проектирование и моделирование, цифровые двойники, новые материалы, аддитивные технологии.