Надёжность и адаптация под массовое производство: как в России создаются новые электродвигатели для БПЛА
Московский авиационный институт расширит линейку электродвигателей для тяжёлых гражданских коптеров и самолётных БПЛА. Об этом сообщил RT руководитель лаборатории «Электрические и гибридные силовые установки» Передовой инженерной школы МАИ Николай Иванов. По его словам, после запуска серийного производства отечественные электромоторы станут конкурентоспособными в сравнении с широко распространёнными на рынке китайскими образцами. Наряду с МАИ значительные компетенции в сегменте электродвигателей имеет российская компания «Мотохром». На сегодняшний день предприятие разработало более 50 проектов моторов, из которых 20 производятся серийно. По мнению экспертов, разработка и производство новых электромоторов окажут существенную поддержку развитию гражданской беспилотной отрасли России.
Руководитель лаборатории «Электрические и гибридные силовые установки» Передовой инженерной школы МАИ Николай Иванов рассказал RT о планах расширить линейку электродвигателей для современных и перспективных тяжёлых гражданских БПЛА.
«Уже сейчас ведётся работа по расширению линейки электродвигателей, чтобы они смогли вырабатывать мощность до 100 кВт, подходили под разную тягу, режимы работы, разные воздушные винты и силовые установки», — сообщил Иванов.
Как отметил специалист, появление нового семейства электромоторов позволит обеспечить значительную часть потребностей России в отечественных силовых агрегатах для тяжёлых коптеров и беспилотных самолётов.
«Запуск серийного производства уже разработанных электродвигателей может состояться до конца текущего года. Серийные модели будут конкурентоспособными в сравнении с широко распространёнными на рынке китайскими образцами», — подчеркнул Иванов.
Как рассказал учёный, на текущий момент создан универсальный бесколлекторный электродвигатель мощностью 10 кВт. Он является частью линейки электрических моторов, в которую входит пять различных модификаций.
«На сегодняшний день специалисты МАИ создали универсальный бесколлекторный электродвигатель мощностью 10 кВт, предназначенный для применения на тяжёлых гражданских БПЛА и который можно адаптировать под применение на наземных и водных аппаратах. Данное изделие является частью линейки электродвигателей, в которую входит пять различных модификаций», — сообщил Иванов.
По словам собеседника RT, перед стартом разработки универсального электромотора специалисты МАИ провели исследования, на основе которых были выработаны оптимальные технические требования к нему. В частности, это адаптация под возможность массового производства и обеспечение конкурентной стоимости.
«Данный двигатель может быть выполнен с увеличенным ресурсом или со сниженной массой. Однако любые инженерные решения — это компромисс в угоду основополагающей задаче. В нашем случае это конкурентная стоимость, доступность российских комплектующих и быстрая адаптация под требования заказчика», — подчеркнул Иванов.
Как заявил специалист, инженеры МАИ провели стендовые и лётные испытания своего изделия и убедились, что оно соответствует расчётным параметрам.
«В сравнении с аналогами электродвигатель МАИ имеет более высокие массо-энергетические показатели. Например, в ходе испытаний было выяснено, что при частоте вращения 6800 оборотов в минуту он способен длительное время обеспечивать мощность до 12—13 кВт и выдавать до 16 кВт кратковременно», — сказал Иванов.
«Вертихвост», «Свирель», «Сарма»
Наряду с МАИ значительные компетенции в сегменте электродвигателей имеет компания «Мотохром». На сегодняшний день предприятие разработало более 50 проектов моторов, из которых 20 производятся серийно.
Как сообщил RT конструктор-технолог этого предприятия Алексей Мишуков, первый электрический двигатель «Мотохром» разработал ещё в 2017 году, а спустя полгода был реализован проект соосного электродвигателя для проекта аэротакси КБ «АвиаНовации». Изделие под названием «Дрозд» имело совокупную мощность 8 кВт. В последующие годы оно стало основой нескольких семейств электродвигателей.
«В ходе работы над проектом («Дрозд». — RT) мы совершенствовали как технологию, так и конструкцию. Наработанный опыт решили использовать, создав линейку моторов и генераторов. На данный момент конструкция мотора «Дрозд» получила продолжение в серии моторов с МХКБ.36, которой мы дали название «Вертихвост». Такой мотор имеет новую оригинальную систему воздушного охлаждения, которую мы сейчас патентуем», — сообщил Мишуков.
«Вертихвост» предназначен для установки на БПЛА самолётного типа и квадрокоптеры со взлётной массой от 40 до 100 кг. Мощность моторов данного класса — от 2 до 8 кВт. «Вертихвост» получил оригинальную систему организации воздушного охлаждения и пылезащиты. Кроме того, его конструкция оптимизирована под серийное производство.
«Вертихвост» — это подлинно отечественный класс электродвигателей. Его конструкция отличается от азиатских аналогов. К тому же в серии эти моторы будут иметь сниженную себестоимость. Столь важное преимущество будет обеспечено тем, что корпусные детали «Вертихвоста» спроектированы под дешёвые технологии прессования и литья, а кольцо, или ярмо, ротора оптимизировано под автоматическую сборку на автоматизированном оборудовании», — пояснил Мишуков.
Ранее «Мотохром» разработал экспериментальный электродвигатель «Свирель», предназначенный для установки на скоростные самолётные беспилотники, вертолётные БПЛА с центральной компоновкой мотора, а также для применения в составе винтомоторных групп с системой винта изменяемого шага.
«Свирель» — это, по сути, два независимых мотора, расположенных на одной платформе. Каждый мотор может выдавать продолжительную мощность до 1,5 кВт и до 2,5 кВт — кратковременно, суммарно — 3—5 кВт. Конструкция электродвигателя позволяет реализовать разные компоновочные схемы, недоступные для других моторов», — сказал Мишуков.
Кроме того, инженеры «Мотохрома» обеспечили в «Свирели» малый зазор между вращающимися винтами. Данное решение позволило значительно увеличить скорость воздушного потока. В результате БПЛА самолётного типа смогут летать гораздо быстрее, пояснил Мишуков.
«Согласно нашим расчётам, со «Свирелью» скорость самолётного БПЛА возрастёт до 20—30%. Большой своей заслугой мы считаем показатель частоты вращения валов, который может достигать 12 тыс. оборотов в минуту. При этом электродвигатель показывает высокую надёжность», — пояснил Мишуков.
Ещё одним разработчиком и производителем отечественных электродвигателей является предприятие «Небо Кузбасса». Оно было основано кемеровской компанией «Горный-ЦОТ» для импортозамещения бесколлекторных электромоторов для самолётных БПЛА, разведывательных квадрокоптеров и FPV-дронов, которые используются в зоне СВО. Проект получил поддержку Агентства стратегических инициатив (АСИ).
«Вся наша продукция производится в Кузбассе на базе нашего собственного производства. Мы стараемся использовать российские компоненты и сырьё, всё производство строится на базе полного цикла — от разработки до серийного выпуска», — говорится на сайте «Небо Кузбасса».
На сегодняшний день предприятие выпускает электродвигатель POTOM PY5210, предназначенный для широкого спектра БПЛА, включая FPV-дроны и сельскохозяйственные беспилотники. Компактные размеры и лёгкий вес мотора облегчают установку на носители, а металлический корпус защищает его от повреждений.
Крупным участником российского рынка электродвигателей является расположенное в Магнитогорске НПО «Андроидная техника». Компания выпускает линейку агрегатов под наименованиями AT Drive, AX Drive и АТБ, которые могут использоваться на самых разных типах техники.
Например, для БПЛА подходит серия синхронных бесколлекторных электромоторов АТБ. Как говорится на сайте предприятия, данные электродвигатели специально разработаны «для интеграции в корпус подвесных следящих оптических систем беспилотных летательных аппаратов».
В изготовление электродвигателей вовлечён и государственный сектор промышленности России. Так, весной прошлого года концерн «Радиоэлектронные технологии» (входит в «Ростех») запустил производство четырёх модификаций современных бесколлекторных электромоторов. Выпуск был развёрнут в Улан-Удэнском приборостроительном производственном объединении (У-УППО).
«Они выполнены полностью из отечественных комплектующих и, в отличие от иностранных аналогов, имеют меньший вес при более высоком КПД. Это позволяет устанавливать на беспилотник больше дополнительного навесного оборудования. Конструктивные особенности также способствуют долговечности двигателей», — сообщается на сайте госкорпорации.
Электродвигатели получили названия в честь байкальских ветров: «Сарма», «Баргузин», «Хиус» и «Култук». Моторы отличаются по ряду параметров, включая мощность. Например, электродвигатель «Сарма» способен поднять в воздух беспилотник весом до 11 кг.
Как полагает генеральный директор У-УППО Владимир Лучников, в планах предприятия — освоить выпуск ещё десяти модификаций изделий, а также целую линейку коллекторных двигателей.
«Массовый выпуск изделий позволит обеспечить импортонезависимость и технологический суверенитет России», — подчеркнул Лучников.
Новые возможности
Как заявил в комментарии RT главный редактор профильного издания «Беспилотная авиация» Денис Федутинов, в последние годы в России появилось большое количество электродвигателей для БПЛА. В то же время многие изделия собираются преимущественно из китайских комплектующих.
«Доля иностранных компонентов по разным подсистемам варьируется, но в том, что касается электрических двигателей, зависимость от продукции иностранных поставщиков порой составляет едва ли не 100%. Для небольших компаний производить комплектующие слишком дорого, а для крупных холдингов это мелочь, которая только отнимет ресурсы», — пояснил Федутинов.
Правда, как полагает эксперт, ситуация может измениться после вмешательства государства. Самый простой вариант господдержки — принятие протекционистских мер, создание благоприятных условий для деятельности предприятий в сегменте электродвигателей.
Схожей точки зрения придерживается руководитель отдела радиоэлектронной аппаратуры инжиниринговой компании «АмперМагнит» Андрей Ермаков. В разговоре с RT эксперт отметил, что индустрии электродвигателей нужна «более системная госполитика». Вместе с тем и без неё сфера динамично развивается благодаря растущему спросу на разнообразные отечественные изделия.
«Например, можно ввести субсидии, налоговые льготы, инвестиционную поддержку участникам отрасли, особенно молодым инженерным коллективам и производителям комплектующих. Однако и без этого в последние годы для разработчиков электродвигателей открылось довольно много возможностей — внутренний рынок в РФ стал шире и спрос будет только расти», — сказал Ермаков.
Эксперт признаёт, что российские разработчики не всегда могут соперничать с китайской продукцией. Однако их инженерных компетенций достаточно, чтобы создавать конкурентные интеллектуальные решения в сфере электродвижения.
«С китайским ширпотребом, пожалуй, ничего не поделать. Нужно пользоваться тем, что у нас есть, и делать ставку на высокотехнологичную продукцию. По крайней мере, мне представляется разумным достигать импортонезависимости именно таким образом», — резюмировал Ермаков.