О модернизации самолётов Ан-2 и Як-40

Российская Федерация
Министерство промышленности и торговли
Департамент авиационной промышленности
Федеральное государственное унитарное предприятие
«Сибирский научно-исследовательский институт авиации
имени С. А. Чаплыгина»
Модернизация самолёта
Ан-2 в ТВС-2МС
В. Е. БАРСУК
директор института
кандидат технических наук
г. Новосибирск
2015
Модернизация воздушных судов
Пути решения проблемы пополнения
парка самолётов малой авиации
Наиболее эффективный путь оперативного пополнения парка
воздушных судов для местных воздушных линий –
восстановление лётной годности и модернизация самолётов
гражданской и государственной авиации,
в первую очередь – самолётов Ан-2 и Як-40
Доработка и модернизация 500–600 самолётов Ан-2 и 160–180
самолётов Як-40 закроют вопрос дефицита провозных мощностей
и снимут остроту проблемы на ближайшие 5–7 лет
Выпуск авиационной техники для МВЛ необходимо ориентировать
на малые и средние частные авиационные предприятия,
имеющие лицензии и организованные на базе современных технологий
1
Модернизация воздушных судов
Динамика пассажирооборота
Пассажирооборот (ВС вместимостью менее 25 кресел) в РФ
Структура пассажирооборота (турбовинтовые ВС вместимостью менее 25 кресел)
2
Модернизация воздушных судов
Анализ выбора самолётов Ан-2 и Як-40
для целевой модернизации
1
Большой парк самолётов, находящихся в эксплуатации и на консервации:
Ан-2 – 1458 ВС, Як-40 – 190 ВС
2
Ценовая доступность
3
Уникальные взлётно-посадочные и лётно-технические характеристики
4
Высокая прочность и уникальная ремонтнопригодность конструкции
5
Универсальность шасси, для неподготовленных грунтовых аэродромов,
в том числе в период распутицы
6
Наличие необходимой инфраструктуры, для проведения модернизации большого
количества самолётов в короткие сроки, а также для последующей их эксплуатации
7
Достаточное количество командиров воздушных судов, пилотов и технического состава
предпенсионного возраста с опытом эксплуатации самолётов Ан-2 и Як-40
3
Модернизация воздушных судов
Предложения по модернизации
имеющегося парка ВС
Технология модернизации самолётов Ан-2 и Як-40 разработана
и успешно внедрена в ФГУП «СибНИА им. С. А. Чаплыгина».
Подтверждено, что первые обновлённые воздушные суда будут
переданы эксплуатантам уже через 1-2 месяца после
поступления на доработку.
В случае принятия на государственном уровне положительного решения
о целесообразности реализации программы модернизации, в течение
двух лет может быть налажен выпуск до 250 модернизированных
самолётов Ан-2 и до 100 самолётов Як-40 ежегодно на производственной
базе ФГУП «СибНИА им. С. А. Чаплыгина» и семи действующих
отраслевых авиаремонтных заводов.
4
Модернизация воздушных судов
Модернизация самолёта Ан-2
Цель работы
 повышение
экономической
эффективности
самолёта
Ан-2
с
сохранением большой дальности полёта и грузоподъёмности;
 улучшение взлётно-посадочных и эксплуатационных характеристик
самолёта
Ан-2,
обеспечивающих
его
эксплуатацию
в
условиях
необорудованных аэродромов, посадочных площадок ограниченных
размеров, подобранных с воздуха.
Модернизация
силовой установки
Замена поршневого двигателя АШ-62ИР на турбовинтовой
двигатель ТРЕ-331-12 обеспечивает:
 перевод с дефицитного и дорогого авиационного бензина на широко
применяемый в авиации авиационный керосин ТС-1;
 снижение расхода топлива по сравнению с бензиновым поршневым
двигателем АШ-62ИР на 10%;
 сокращение себестоимости лётного часа почти в 4 раза – с 30 тыс.
руб. (Ан-2) до 8 тыс. руб. (ТВС-2МС);
 эксплуатация в условиях Крайнего Севера, в том числе на колёснолыжном шасси;
 высота полёта – до 4 000 метров (с пассажирами), крейсерская
скорость – 210 км/ч.
 стоимость модернизированного самолёта ТВС-2МС – 860 тыс. долл.;
6
 конвертирование вариантов применения.
5
Модернизация воздушных судов
Модернизация самолёта Ан-2
Сравнение лётно-технических характеристик
Ан-2
№ п/п
Ан-3
Лётно-технические характеристики
ТВС-2МС
Ан-2
Ан-3
ТВС-2МС
1
Вес пустого ВС, кг
3 350
3 450
2 900
2
Максимальная коммерческая загрузка, кг
1500
1800
1500
3
Крейсерская скорость, км/ч
180
240
200
4
Часовой расход топлива крейсерский, л/ч
190
260
160
5
Дальность полёта с полной загрузкой, км
780
900
1 400
6
Длина разбега/пробега, м
150/170
140/100
100/80
7
Минимальный часовой расход топлива, л/ч
120
180
140
8
Время набора 3 000 м, мин.
26
6
7
9
Максимальная высота полёта, м
4 400
4 900
6 000
7
6
Модернизация воздушных судов
Изменения, внесённые
в конструкцию Ан-2
Установка нового двигателя в связи с уменьшением массы и изменением центровки
потребовала разработки нового моторного отсека
Проектирование конструкции
моторного отсека выполнено с
применением 3D-моделирования
7
Модернизация воздушных судов
Изменения, внесённые
в конструкцию Ан-2
Отличия ТВС-2МС и Ан-3
Замена двигателя
и изменение носовой части
Сохранение оригинальной
конструкции фюзеляжа самолёта
Замена центральной части
фюзеляжа и установка двери
Замена хвостового
оперения
8
Модернизация воздушных судов
Изменения, внесённые
в конструкцию Ан-2
ПОС воздушного винта
Современная авионика, установленная на ТВС-2МС
Расширение диапазона применения и условий эксплуатации
(выполнение полётов по ПВП, ППП, днём и ночью, в простых и сложных метеоусловиях)
9
Модернизация воздушных судов
Изменения, внесённые
в конструкцию Ан-2
Доработка салона ТВС-2МС для пассажирских перевозок
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Установка тепло- и шумоизоляционных панелей
Варианты компоновок на 9–12 кресел
Комфортабельные пассажирские кресла
Индивидуальное освещение и кондиционирование
Установка туалета
Индивидуальные полки для размещения багажа
10
Модернизация воздушных судов
Применение лыжного шасси
на самолёте ТВС-2МС
Расширение диапазона применения и условий эксплуатации
(выполнение полётов с лыжным шасси, днем и ночью, в простых и сложных метеоусловиях)
11
Модернизация воздушных судов
Ресурсные испытания элементов
конструкции ТВС-2МС

Выполнены ресурсные испытания моторамы
двигателя и штатных узлов навески в объеме
25 000 летных часов (6250 посадок)

Проведены испытания на усталостную
долговечность элементов тяг моторамы двигателя
12
Модернизация воздушных судов
Глубокая модернизация самолёта Ан-2
Установка ПОС крыла
Установка метеолокатора
Установка дополнительных топливных баков
Расширение диапазона применения и условий эксплуатации
(выполнение полетов по ПВП, ППП, днем и ночью, в простых и сложных метеоусловиях)
13
Разработка самолёта на замену Ан-2
(проект нового самолёта)








Сохранение взлётно-посадочных характеристик
самолёта Ан-2 (короткий взлёт и пробег)
Увеличение крейсерской скорости полёта до
350 км/час, максимальной скорости до 450 км/час
Минимальная скорость полёта 40 км/час
Увеличение дальности полёта
до 3500 км
Увеличение коммерческой загрузки
до 4000 кг
Возможность выполнения полётов днём, ночью,
в т. ч. в сложных метеоусловиях
Возможность эксплуатации в северных широтах
Безангарное хранение самолёта
14
Разработка самолёта на замену Ан-2
(сборка демонстратора технологий)
Механизация крыла
Цельнокомпозитное крыло большого удлинения
Сборка самолёта
15
Разработка самолёта на замену Ан-2
(демонстратор технологий)
Лётные испытания демонстратора (конфигурация моноплан)
Лётно-конструкторские испытания (определение основных лётно-технических характеристик)
16
Модернизация воздушных судов
График работ по модернизации
грузопассажирского самолёта Ан-2 для МВЛ
(шифр «ТВС-2МС»)
ЭТП
3 год
2 год
1 год
2,2 млн руб.
Разработка РКД
Подготовка производства
«Литера «О»
32 млн руб.
Подготовка производства
«Литера «О1»
12,2 млн
Опытный образец-демонстратор
56 млн руб.
26,2 млн руб.
Стендовые и лётные
испытания
Сертификация
42,5 млн руб.
25 млн руб.
Серийное
производство
24
0
12
6
18
196,1 млн руб. – затраты на реализацию проекта Месяцы
25,8 млн руб. – стоимость серийного образца
2,5 года – срок реализации проекта
150 шт. в год – темп выпуска после подготовки производства «Литера «О1»
130 ВС – окупаемость проекта
5 лет – возврат инвестиций
30
36
Выполненные
работы
17
Модернизация воздушных судов
Экономические характеристики
Сравнение стоимости ТВС-2МС с зарубежными аналогами
Supervan 900- Grand
Gпол.нагр. = 2 100 кг ***
Supervan 900-Short
Gпол.нагр. = 1 900 кг
PAC 750 XL
Gпол.нагр. = 1 129 кг
Grand Caravan
Gпол.нагр. = 1 361 кг
Grand Caravan (б/у)
Gпол.нагр. = 1 361 кг
PT6A -42A Grand Caravan
Gпол.нагр. = 1 900 кг
Super Otter (б/у)
Gпол.нагр. = 1 400 кг
Soloy Cessna 206 Mk II
$1 375 000
$1 200 000
$1 550 000
$1 900 000
$875 000
$1 375 000
$1 500 000
Gпол.нагр. = 500 кг
Ан-2МС*
Gпол.нагр. = 1 500 кг
Ан-2МС**
Gпол.нагр. = 1 500 кг
$845 000
$670 000
$860 000
*
самолёт с двигателем с установленным остаточным ресурсом 3500 ч, прошедший инспекцию и работы
по сервисным бюллетеням
** самолёт с новым двигателем
*** максимальная полезная нагрузка
18
Краткий обзор программы модернизации
самолёта Як-40
19
Цель и задачи проекта
Сущность проекта: модернизация и конструктивная доработка воздушного судна, включающая замену
устаревшей силовой установки АИ-25 на двигатель TFE731-3 компании Honeywell
Самолет Як-40
1. Необходимость воздушного судна на 35…40 пассажиров на рынке России.
2. Высокая цена иностранных аналогов.
3. Большое число самолётов Як-40 (более 120 шт.), которые имеют ресурс до 10 и
более лет, но оснащены неэффективными двигателями.
Ожидаемый результат: увеличение экономической эффективности эксплуатации самолёта до уровня
иностранных аналогов
Новые характеристики
при расходе топлива не более 650 кг./час.
Крейсерская скорость, не менее 590 км/час
Взлётный вес, не менее 17 200 кг
Полезная нагрузка, не менее 3 200 кг
Высота полёта 8600 м
Производство: предполагается открыть на собственной площадке ФГУП «CибНИА им. С.А. Чаплыгина»
Надежная база
СибНИА имени С.А. Чаплыгина является ведущим испытательным центром для
многих авиационных конструкторских бюро страны.
Общая площадь производственных помещений 88,3 тыс. кв. м.
Среднесписочная численность работающих 810 чел.
Объем средств: 2 000 000…2 500 000 долларов
Доступно
Капитальные вложения в 3 раза меньше в сравнении с приобретением иностранного
самолёта
Срок выполнения НИОКР: Два года.
Срок возврата средств: Три года.
Время модернизации 1 ВС: Один месяц.
Выполнено!
20
Модернизация самолёта Як-40
Проектные показатели
Як-40
до модернизации
Як-40М
после модернизации
Максимальная коммерческая загрузка, кг
2 300
3 200
Расход топлива, кг/ч
1 150
650
510
550
Крейсерская высота полета, м
7 000
9 000
Максимальная дальность полета, км
2 200
5 100
ПАРАМЕТРЫ
Крейсерская скорость полета, км/ч
Достигнутые показатели по результатам предварительных лётных испытаний
Выполнены 5 полётов, полётное время 6 часов 40 минут
Основные результаты
6 000 м.
8 000 м.
10 000 м.
Время набора высоты с Gпол.=16 000 кг.
10 мин.
17 мин.
23 мин.
Расход топлива на Vист. 600 км/ч
730 кг/час
700 кг/час
690 кг/час
Расход топлива на Vист. 500 км/ч
690 кг/час
640 кг/час
630 кг/час
Расход топлива на Vист. 470 км/ч
620 кг/час
580 кг/час
570 кг/час
21
Модернизация самолёта Як-40
Верхняя панель
Силовые кронштейны
Силовая нервюра
Кронштейны навески двигателя
Нижняя панель
Двигатель TFE731-3
22
Модернизация самолёта Як-40
Система пожаротушения
Гидравлическая система
Система отбора воздуха
23
Модернизация самолёта Як-40
3D-модель пилона двигателя
TFE731-3 для самолёта Як-40
24
Модернизация самолёта Як-40
Выполнена замена пилонов и двигателей АИ-25
на TFE731-3
Произведено подключение к штатной электрической
и гидравлической системам самолёта
TFE 731-3
До модернизации
АИ-25
Выполнено подключение к штатной системе отбора
воздуха для системы кондиционирования и ПОС
Замена центральной
приборной панели
контроля параметров работы
двигателей
После модернизации
Сохранена оригинальная
конструкция
органов управления
двигателями
25
Модернизация самолёта Як-40
Достигнутые показатели по результатам лётных испытаний
Сокращение времени
набора высоты на 17 мин.
Н, м
Увеличение дальности
полёта на 2900 км.
8100
Сокращение расхода
топлива на этапе
снижения
Як-40(АИ-25)
Як-40(TFE731)
Дальность полета, км
Сокращение дистанции
разбега на 200 м.
Сокращение дистанции
пробега на 100 м.
Предварительные результаты лётно-конструкторских испытаний Як-40 с двигателем TFE731-3
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Сокращение дистанции взлёта в 2 раза по сравнению с базовым самолетом Як-40 (АИ-25).
Сокращение времени и расхода топлива на этапе набора высоты в 1,5 раза.
Увеличение дальности полета на 30%...40% в зависимости от скорости полета.
Сокращение расхода топлива на этапе снижения и захода на посадку в 2 раза.
Сокращение дистанции пробега в 1,2…1,5 раза.
Снижение шума в пассажирском салоне и кабине пилотов.
26
Модернизация самолёта Як-40
Проектные показатели
Сравнительные характеристики эксплуатируемых самолётов
и проектов воздушных судов
Параметры
ATR 42-500
ATR 72-500
«Falcon 900B»
Як-40
Як-40М(TFE731)
Год выпуска
1985
1989
1984
1966
2012
Макс. взлетный вес (кг)
18 600
22 800
20 640
17 100
17 100
Вес пустого (кг)
11 250
12 950
10 255
9 850
9 450
Макс. коммерческая загрузка (кг)
5 450
7 350
1 855
2 720
2 720
Емкость топливных баков (л)
5 730
6 400
9 525
6 000
6 000
Макс. дальность полета (км)
2 963
3 680
8 330
2 200
5 100
Дальность полета с макс. загрузкой (км)
1 500
1 650
7 408
1 450
4 050
Крейсерская скорость (км/ч)
450
430
852
510
590
Максимальная скорость (км/ч)
670
640
950
546
680
Потолок (макс. высота полета) (м)
7 600
7 600
14 900
8 100
9 100
Длина разбега (м)
1 160
1 220
1 500
850
650
Длина пробега (м)
1 130
1 050
1 190
550
450
P&WC
PW127E,
2 x 2400 л.с.
P&WC
PW127F,
2 x 2750 л.с.
3xАИ-25
3xTFE731-3
Honeywell
Расход топлива (г/пасс.-км)
25,7
21,0
41,8
70,4
32,8
Часовой расход топлива (кг/час)
580
670
890
1 150
620
Кол-во кресел (эконом)
50
74
25
32
32
Двигатели
3xTFE731-5
Honeywell
27
Спасибо за внимание!
ФГУП «СибНИА им. С. А. Чаплыгина»
Ползунова ул., 21, г. Новосибирск, 630051, Россия
Тел. (383) 279-01-56, факс (383) 227-88-65
e-mail: sibnia@sibnia.ru, www.sibnia.ru