АКТУАЛЬНАЯ ТЕМА

Двигатели вертолетных турбовальных ГТД (ТВ ГТД), созданные в 60 - 70-е гг., полностью покрывали потребности отечественной военной и гражданской авиации, обеспечивали паритет, а в некоторых случаях - превосходство над потенциальными противниками и конкурентами. Наиболее массовый из серийных вертолетных ТВ ГТД типа ТВ3-117 (в различных модификациях) и турбовальный Д-136 изготавливаются на Украине, отделенной ныне от нас границами. Производство ГТД-350 ещё в 60-е гг. было переведено в Польшу, а устаревшие Д-25В и ТВ2-117 более не выпускаются. Хотя эти двигатели еще находятся в эксплуатации в России и десятках других стран и с ними будут работать многие годы, существует острая потребность в разработке новых приводов для перспективных летательных аппаратов.

Вертолётные двигатели за 40 лет

Еще в середине 80-х гг. с целью унификации турбовальных и турбовинтовых двигателей ЦИАМ предложил (и это было принято на правительственном уровне) мощностной типоразмерный ряд, состоящий из четырех основных позиций: I - 400 л.с., II - 800 л.с., III - 1600 л.с., IV - 3200 л.с. Кроме того, признавалось возможным создание газотурбинных двигателей ещё двух типоразмеров: 250 л.с. (0), а также 6000 л.с. и более (V). Предполагалось, что двигатель каждого типоразмера может быть форсирован по мощности на 15:25 %. Следует отметить, что в приведенном перечне учитывались потребности как в ТВ ГТД, так и ТВД, поскольку эти типы двигателей близки по термодинамическому циклу и конструктивной схеме.

Обеспечивая создание новых двигателей, ЦИАМ выполнил большой комплекс поисковых и научно-исследовательских работ, позволяющих получить опережающий научно-технический задел (НТЗ). Было показано, что перспективные двигатели следующего поколения должны строиться на основе простого термодинамического цикла Брайтона. При этом целесообразно применять конструктивную схему с одновальным газогенератором, силовой турбиной с выводом вала мощности вперед через газогенератор и встроенным редуктором. Компрессор газогенератора в таких двигателях должен быть осецентробежным или центробежным с противоточной камерой сгорания и охлаждаемой турбиной, а силовая турбина - неохлаждаемой. Систему автоматического управления в новых машинах целесообразно выполнять электронно-гидромеханической, интегрированной с бортовой системой контроля и диагностики. Созданный НТЗ базировался на современных для 80-х гг. методах аэродинамических, тепловых и прочностных расчетов с широким подтверждением результатов на модельных и натурных стендах.

В соответствии с этим НТЗ в Омском МКБ начались работы по ТВ ГТД ТВ-0-100 (мощностью 720 л.с.) для вертолета Ка-126, включающие стендовые, специальные и летные испытания. Однако в начале 90-х гг. они были прекращены. Вместе с тем, для своего времени двигатель ТВ-0-100 имел достаточно совершенные конструктивную схему и параметры рабочего процесса; имелась также возможность форсирования двигателя по мощности до 800:850 л.с.

В ОАО "Рыбинские моторы" продолжается доводка ТВ ГТД РД-600В мощностью 1300 л.с. для вертолета Ка-60. Газогенератор двигателя выполнен по компактной схеме с 4-ступенчатым осецентробежным компрессором (3 осевых + 1 центробежная ступени), противоточной камерой сгорания и двухступенчатой охлаждаемой турбиной компрессора. Двухступенчатая неохлаждаемая силовая турбина с выводом вала мощности вперед связана через встроенный редуктор с выходным валом двигателя, имеющим частоту вращения 6000 об/мин. Двигатель снабжен системой защиты от посторонних предметов и пыли. Система автоматического управления состоит из электронного основного и гидромеханического резервного контуров. Двигатель РД-600В прошел большой комплекс испытаний, включая испытания в ТБК ЦИАМ. Окончание сертификации РД-600В запланировано на 2001 г.

Параллельно с созданием турбовального варианта двигателя ОАО "Рыбинские моторы" осуществляет доводку турбовинтового двигателя ТВД-1500Б (для Ан-38) мощностью 1400 л.с., имеющего единый газогенератор с двигателем РД-600В. Двигатели РД-600В и ТВД-1500Б имеют хорошие перспективы развития и могут стать базовыми для семейства турбовальных, турбовинтовых, вспомогательных ГТД и индустриальных ГТУ.

Другим перспективным базовым двигателем для отечественной авиации является ТВД ТВ7-117С (для Ил-114) в классе мощности 2500 л.с., созданный ГУП "Завод им. В.Я. Климова". Этот двигатель, имеющий сертификат типа, серийно производится на ОАО "ММП им. В.В. Чернышева". Продолжается разработка модификации ТВД ТВ7-117С серии 2, отличающейся увеличенной взлетной мощностью (2800 л.с.) и межремонтным ресурсом (6000 ч). Кроме того, существует вариант двигателя ТВ7-117М, предназначенный для силовых установок легких морских судов.

Вертолетная модификация двигателя создается в двух вариантах: ТВ7-117ВК с выводом вала мощности назад - для существующих вертолетов фирмы ОАО "Камов" и ТВ7-117ВМ с выводом вала мощности вперед - для вертолета Ми-38 ОАО "МВЗ им. М.Л. Миля". Закончить создание этих двигателей планируется в ближайшие годы.

Таким образом, из предложенного ЦИАМ ряда турбовальных и турбовинтовых двигателей в той или иной степени реализованы ГТД II, III и IV типоразмеров.

До последнего времени в стране отсутствовали двигатели I типоразмера, хотя потребность в них и предложения по их разработке имелись. Так, МКБ "Гранит" на базе короткоресурсного ТРД МД120 предложило ТВ ГТД и ТВД мощностью 400 л.с. Достоинством этого проекта является наличие серийного базового двигателя. Однако, назначение, конструктивное выполнение и параметры термодинамического цикла базового двигателя ограничивают достижимый технический уровень разрабатываемых на его базе ТВ ГТД и ТВД. В последнее время появились и некоторые другие предложения по ГТД I типоразмера, хотя для их реализации потребуются средства и время.

При разработке двигателей для вертолетов заказчики, отраслевые НИИ, ОКБ и заводы ориентировались на выполнение следующих основных требований:

• - наличие штатного чрезвычайного режима (Nечр = 110:120 % от Nвзл для военной авиации, Nечр = 130:150 % от Nвзл для гражданской техники);
• - высокий уровень мощности крейсерских режимов (Nкр до 70 % от Nвзл);
• - автономность эксплуатации для двигателей военной авиатехники (наличие стартеров, вспомогательных ГТД);
• - применение пылезащитных устройств (ПЗУ) для военной и гражданской авиации и ЭВУ для военной техники;
• - возможность длительной эксплуатации в неблагоприятных воздушных средах (содержащих пыль, морскую соль, снег и т.д.);
• - высокая эксплуатационная технологичность, низкая трудоемкость производства и ремонта;
• - умеренное улучшение удельных показателей Нуд, Суд, gдв и др.
  

В соответствии с этими требованиями новые двигатели вертолетов спроектированы в расчете на достижение высоких параметров термодинамического цикла (pк* до 15 и Тг* мах до 1550 К) при малом числе ступеней турбокомпрессора (общее число 6 - 8) и числе деталей до 3000.

Для двигателей следующего поколения необходимо резкое увеличение ресурса: межремонтного до 4000:5000 ч (8000...10 000 циклов для боевых вертолетов и 6000...7500 циклов для военно-транспортных), полного до 12 000...15 000 ч (для основных деталей, не заменяемых в процессе ремонта). Необходимо увеличение наработки на отказ до 20 000 ч для двухдвигательного вертолета и 50 000 ч для однодвигательного и сокращение трудозатрат до 0,25:0,3 ч на час полета.

Реализация этих требований на этапе разработки двигателя требует увеличения объёма использования современных расчетных методов и создания НТЗ по перспективным конструкторско-технологическим решениям. В числе этих решений - высокоэффективное модульное регулируемое ПЗУ, одновальный двухступенчатый центробежный компрессор с pк расч ~ 18, компактная экологически чистая камера сгорания, высокоперепадная охлаждаемая одноступенчатая турбина компрессора, высокоэффективная силовая турбина, электронная САУ, интегрированная с бортовой системой контроля двигателя и летательного аппарата. В конструкции двигателя наряду с перспективными металлическими материалами должны быть использованы композиционные и керамические материалы.

Использование сразу всех этих решений в конкретном двигателе нереально, однако созданный НТЗ позволит выбрать из них те, которые в наибольшей степени определят технический уровень перспективного ТВ ГТД следующего поколения. В современных условиях его создание является ключевой задачей для исследовательских и производственных организаций авиадвигателестроения, которая может быть решена только в рамках их тесной кооперации.