Легок на подлет: новые полимеры удешевят российские беспилотники почти на четверть

Российские инженеры разработали линейку легких двухтактных двигателей внутреннего сгорания для беспилотников. Часть металлических деталей в них заменили высокотемпературными полимерными композитами, что позволяет сократить объем механической обработки алюминия и ускорить производство. По расчетам специалистов, применение новых материалов позволит в среднем на 20–25% снизить стоимость БПЛА. При этом перед серийным использованием двигателям предстоит подтвердить надежность при работе в разных климатических условиях и при продолжительных нагрузках, отметили эксперты.

От металла к композитам

В России нашли способ заметно снизить стоимость производства БПЛА. В основе разработки — частичная замена металлических деталей полимерными композитами. Часть компонентов можно изготавливать литьем под давлением и методом послойного наплавления (FDM-печати), тогда как наиболее нагруженные элементы по-прежнему делают из металла методом штамповки. Такой подход снижает трудоемкость и позволяет быстрее адаптировать силовую установку под различные конструкции беспилотников.

Изначально инженеры пытались полностью отказаться от металла, однако выяснилось, что для ряда деталей это нецелесообразно. В итоге разработчики остановились на комбинированной конструкции. Полимерные материалы проверили на тепловые и вибрационные нагрузки: отдельные композиты выдерживали циклы нагрева от 160 до 300 градусов.

Проект развивался поэтапно. В 2023 году была выполнена научно-исследовательская работа по созданию легкого двигателя с полимерными компонентами, а в 2024-м начались опытно-конструкторские работы. За это время команда изготовила 32 варианта силовой установки и провела более 24 испытаний. Моторы подвергали детонационным, тепловым и вибрационным нагрузкам, а также проводили летные и ресурсные проверки. В одном из экспериментов двигатель сбросили с высоты до 100 м, после чего он в течение четырех часов работал на стенде.

— Доля стоимости двигателя в БПЛА в среднем составляет 30–40%. Новая технология производства позволит снизить стоимость двигателя более чем вдвое — до уровня менее 15% от общей стоимости беспилотника, что потенциально сократит общие затраты на производство БПЛА примерно на 15–25%, — сообщили авторы технологии.

Второй частью разработки стала собственная электронная система впрыска топлива для двухтактных двигателей. Она интегрируется с полетным контроллером и, по данным разработчиков, позволяет экономить от 10% до 40% топлива в зависимости от режима работы. Система также обеспечивает стабильный запуск и дает возможность многократно выключать и запускать двигатель непосредственно во время полета. Электроника учитывает изменение давления, влажности и температуры.

К 2026 году проект достиг высокого уровня технологической готовности — TRL 8, который означает, что устройство прошло испытания в реальных условиях. Разработаны двигатели мощностью 5, 12 и 24 л.с., а также собственные системы зажигания, электростартера и электронного впрыска.

Следующим этапом должно стать серийное производство. Разработчики рассчитывают выпускать десятки тысяч двигателей в месяц. Проект вошел в топ-100 платформы «Сильные идеи для нового времени» в треке Национальной технологической инициативы (НТИ).

— Важно отметить, что технология обладает большим потенциалом для двойного применения. Научная работа продолжается. Параллельно продвигается исследование по созданию на базе одного из наших моторов гибридной силовой установки, мощность которой позволит моторам грузового коптера работать в полном функциональном режиме, — рассказал разработчик Герман Сташевский.

По словам старшего партнера проекта Константина Окунева, разработка может быть востребована при масштабировании производства беспилотников. Он отметил сочетание промышленной применимости технологии и снижения себестоимости силовой установки.

Программа на максимум: российское ПО ускорит создание беспилотников на водороде

Такие БПЛА отличаются долгой работой и неприхотливостью к погодным условиям

Экономия топлива и массы

Переход от глубокой механической обработки алюминия к литью и аддитивному производству может стать одним из способов ускорить выпуск двигателей для беспилотников, считают эксперты. При этом отказ от полного замещения металла полимерами позволяет сохранить традиционные материалы там, где на детали приходится основная нагрузка.

— Это зрелое инженерное решение, отвечающее на реальный запрос рынка. Двигатель остается одним из самых дорогих и трудоемких узлов беспилотника, и именно он часто сдерживает рост серийного выпуска, — отметил эксперт рынка НТИ «Аэронет» Артем Богатырев.

По его словам, частичная замена металла полимерами может быть рациональным компромиссом между снижением себестоимости и требованиями к прочности. Отдельное значение имеет электронная система впрыска: для двухтактных двигателей она позволяет повысить экономичность и стабильность работы при изменении внешних условий.

Снижение массы и стоимости силовой установки в перспективе может повлиять не только на цену самого беспилотника. Более легкий аппарат способен либо нести дополнительную полезную нагрузку, либо использовать освободившуюся массу для увеличения запаса топлива и дальности полета.

— Если удастся уменьшить общий вес изделия и даже снизить его стоимость, это означает, что устройство может стать более массовым. Кроме того, это позволит нести больше полезной нагрузки или увеличит дальность полета, что также повысит ценность такого рода аппаратов, — считает генеральный директор АНО «ПравоРоботов», кандидат юридических наук Никита Куликов.

При этом сами по себе более дешевые компоненты не гарантируют пропорционального снижения стоимости всего беспилотника, отмечают опрошенные специалисты. Итоговый эффект будет зависеть от ресурса полимерных деталей, стабильности их характеристик при длительной эксплуатации и стоимости масштабирования производства.

Для серийного применения потребуется подтвердить надежность двигателей в разных климатических условиях и при продолжительных нагрузках. Поэтому заявленное снижение доли двигателя в себестоимости БПЛА пока следует рассматривать как целевой показатель разработчиков, а не как гарантированное снижение цены готовых аппаратов, резюмировал Никита Куликов.