Инженеров-конструкторов двигателей шестого поколения подготовят в МАИ

Обучение и воспитание инженера-конструктора в области двигателестроения должно ориентироваться на завтрашний день, считает декан факультета «Двигатели летательных аппаратов» Московского авиационного института (национального исследовательского университета) Алексей Борисович Агульник. В своей статье для журнала «Крылья Родины» он многократно доказывает эту мысль... 

Факультет «Двигатели летательных аппаратов» в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) — один из факультетов, с которых МАИ начинался в 1930 году. Это обстоятельство не является чем-то исключительным. В самом деле, во всех авиационных вузах России имеются факультеты двигателей, хотя другие факультеты, отвечающие за остальные составляющие летательного аппарата, могут отсутствовать. Например, такой важный факультет, как самолётостроительный, отсутствует в Уфимском государственном авиационном техническом университете, Рыбинском государственном авиационном техническом университете. Фактически, это означает, что без современного двигателестроения не может быть передового авиастроения. Встав на путь покупки зарубежных двигателей, что часто предлагается «эффективными менеджерами», мы потеряем и передовой уровень самолётостроения, станем всего лишь копировщиками зарубежных самолётов. Двигателестроительная отрасль — это локомотив, толкающий вперёд многие смежные отрасли промышленности и науки.

Очень сложной задачей является задача обучения вчерашнего школьника в инженера, способного заниматься проектированием или производством двигателей. Период обучения в МАИ по всем двигательным специальностям — пять с половиной лет. В современной действительности, когда уровень школьной подготовки у большинства приходящих к нам абитуриентов оставляет желать лучшего, даже за этот срок выучить школьника на инженера-конструктора непросто. Весь период обучения студенты выполняют большой объём самостоятельных курсовых проектов и работ, преподаватель при этом выполняет лишь роль консультанта. После завершения работы над проектом студент защищает его. 

Сложность курсовых проектов нарастает по мере обучения, и во время выполнения дипломного проекта выпускник должен спроектировать весь двигатель. Конечно, выполненный студентом проект двигателя нереален, ведь на практике двигатель проектируется большим коллективом специалистов и не один год, но такая учебная задача максимально развивает творческое мышление. Для студентов, наиболее активно участвующих в выполняемых на факультете научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах, формируются индивидуальные задания по тематике их работы. Практикуется целевая подготовка студентов для конкретных предприятий, когда часть образовательного процесса переносится в отделы конструкторских бюро, научно-исследовательских институтов.

Однако современная тенденция, исходящая от чиновников от образования, лежит в другой плоскости: максимально формализовать все виды обучения, максимально исключить личностный контакт учителя и ученика, особенно во время экзаменов. Отсюда — ЕГЭ в школах, отсюда — внедрение в вузах автоматизированных форм опроса студентов, пропаганда дистанционных форм обучения. Все это приводит к тому, что даже хорошо успевающий студент всего лишь умеет выбирать решение из ряда предлагаемых, но не умеет самостоятельно разработать что-либо. Такой инженер сможет только копировать разработанные другими специалистами объекты.

Двигатели 5-го поколения создаются сегодня. Нынешние студенты первого курса придут в конструкторские бюро только в 2020 году, поэтому учебные планы и программы их обучения надо ориентировать уже на двигатели 6-го поколения. Для того, чтобы постоянно быть в русле самых современных достижений и достоверных прогнозов развития авиационных двигателей и технологий их создания, на факультете «Двигатели летательных аппаратов» МАИ в 2013 году была создана базовая кафедра при ведущем научно-исследовательском институте отрасли — ЦИАМ. В итоге у нас есть представление о том, какие задачи будут стоять перед нашими выпускниками после 2020 года.

Не ставя перед собой задачи рассмотреть в этой статье все перспективные направления развития авиадвигателестроения, выделю только те, к которым факультету удалось наиболее основательно подготовиться.

Параметры рабочего процесса двигателя вырастут практически до своих предельно возможных значений, т.е. двигатели станут «стехиометрическими». Для этого потребуется существенно повысить характеристики конструкционных материалов, а также освоить применение неметаллических, композитных и керамических материалов, усовершенствовать системы охлаждения, разработать теплозащитные, термобарьерные покрытия. Факультет ведёт работы во всех этих направлениях. Созданы установки для изучения различных методов напыления специальных покрытий: это и методы газодинамического напыления, и ионного, и плазменного.

Создан учебный класс с наномикроскопами для обучения студентов методам контроля характеристик поверхностного слоя.

Значительных успехов факультет достиг в области разработки комбинированных двигателей и гиперзвуковых прямоточных двигателей. Вместе с ЦИАМ и другими организациями факультет участвует в российско-французском проекте создания гиперзвуковой летающей лаборатории (проект LEA), причём наиболее ответственная часть проекта — камера сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя проектируется и испытывается на факультете. Учитывая возрастающий спрос многих предприятий на эти двигатели, мы открыли с 2013 года новую специализацию обучения студентов — «Комбинированные двигатели ЛА».

Уже сейчас ясно, что авиация будущего будет в значительной степени беспилотной. Беспилотные летательные аппараты по сравнению с пилотируемыми, предназначенными для выполнения тех же задач, будут иметь существенно меньшую размерность. Будут созданы сверхмалые летательные аппараты, для которых нужны будут микродвигатели. Одна из серьёзных проблем создания таких двигателей — разработка подшипниковых узлов, способных работать при частотах вращения более 100 тыс. оборотов в минуту. На факультете ведутся интенсивные работы в области разработки аэро- и газодинамических подшипников, а также и электромагнитных.

Изучение технологий создания малоразмерных двигателей и микродвигателей — также одно из приоритетных направлений обучения студентов на факультете, для чего используются не только возможности научно-исследовательских групп и лабораторий, но и возможности созданного на факультете Ресурсного центра «Сквозные технологии в двигателестроении», который является одной из технологических площадок освоения передового оборудования, позволяющего каждому студенту материализовать свои конструкторские идеи. 

Идея оформляется в виде трёхмерной компьютерной модели, сделанной в конструкторских программных системах. Затем на стереолитографической установке послойно, с шагом в доли миллиметра, конструкция выращивается за счёт отвердевания фотополимера под действием лазерного луча. Эта заготовка последовательно проходит ряд технологических операций: окончательную полимеризацию под действием интенсивного ультрафиолетового облучения, а затем вакуумное литьё, позволяющее получить деталь в различных неметаллических материалах: пластиках, силиконе, литейных восках и т.д. Для ряда последующих операций, не связанных с большими тепловыми и прочностными нагрузками, например, экспериментального исследования аэродинамических и гидравлических характеристик, такие пластиковые модели уже могут применяться. Если же требуется изготовление металлической заготовки, то на основе модели из литейного воска деталь отливается, а для дальнейшей механообработки имеется пятикоординатный обрабатывающий центр — станок с числовым программным управлением. По окончании производства проводится метрологический контроль, причём для деталей сложной геометрии используется трёхмерный сканер с лазерной головкой, установленной на многошарнирой «руке». Для контроля качества поверхностей используются наномикроскопы, позволяющие методом атомно- силовой микроскопии увидеть на экране трехмерное изображение структуры поверхности с разрешающей способностью в несколько нанометров. Наличие в МАИ компрессорной станции позволяет провести испытания полученного образца в одной из аэродинамических труб и сопоставить расчётные характеристики с экспериментальными.

В завершение своей статьи отмечу главное — широкое участие студентов во всех научно- исследовательских работах, интеграцию учебного процесса с передовыми технологиями научных исследований, опытно-конструкторских работ и производства, без чего невозможно качественное обучение инженера в авиадвигателестроении.