РАЗРАБОТКА

Одновременно с разработкой легкого вертолета Ми-2 ОКБ М.Л. Миля приступило к работе над вертолетом средней грузоподъемности В-8, который должен был заменить вертолет Ми-4. Первоначально в проекте вертолета В-8 предполагалась лишь модернизация вертолета Ми-4 путем установки вертолетного варианта газотурбинного двигателя АИ-24 конструкции А.Г. Ивченко. Но вскоре М.Л. Милю удалось убедить руководство авиационной промышленности в целесообразности проектировать совершенно новый вертолет с двухдвигательной силовой установкой. Большую роль в истории В-8 сыграл Н.С. Хрущев, который хотел иметь для представительских целей современный и безопасный вертолет-салон.

Согласно постановлению правительства несколько авиамоторных заводов страны получили задание на проектирование турбовального двигателя мощностью 1250 л.с. Наибольший интерес вызвал проект двигателя, разработанного коллективом завода им. В.Я. Климова под руководством главного конструктора Сергея Петровича Изотова.

Схема и характеристики двигателя были выбраны с учетом современных условий эксплуатации вертолетов. В 60-х гг. география применения вертолетов в народном хозяйстве и военной авиации значительно расширилась: от Антарктиды до Средней Азии и Сибири, над сухопутными и морскими просторами. В народном хозяйстве вертолеты стали широко использоваться при транспортировке грузов (в т.ч. на внешней подвеске), для пассажирских перевозок, особенно в недоступные для самолетов места, а часто и для транспортировки наземного транспорта. В сельском хозяйстве винтокрылые машины нашли применение при распылении удобрений и ядохимикатов. Вертолеты оказались незаменимыми в обслуживании нефтяных и газовых месторождений, геологической разведке, аэрофотосъемке, борьбе с лесными пожарами, проведении сложных монтажных работ и т.п. В военной авиации вертолеты стали успешно транспортировать десанты, перевозить вооружение и грузы, проводить разведку, участвовать в огневой поддержке с воздуха, эффективно бороться с танками и подводными лодками, использоваться как штабные машины.

Новые области применения определили концепцию проектируемого двигателя, получившего название ТВ2-117. По предварительным расчетам технические характеристики двигателя составляли: мощность на взлетном режиме 1500 л.с. при удельном расходе топлива 275 г/л.с.·ч; расход воздуха 8,0 кг/с; температура газов перед турбиной 1153К; степень повышения давления 6,6; масса двигателя 330 кг. Турбина - без охлаждения рабочих лопаток. Компрессор - осевой десятиступенчатый, барабанной конструкции с круговым замком крепления рабочих лопаток. Барабан выполнен из заготовки с внутренней расточкой и отъемными первой и последней ступенями расположен в двух опорах, что обеспечивает хорошую жесткость и малую массу. Материал барабана - титановый сплав. Турбина компрессора двухступенчатая. Камера сгорания кольцевая с восемью форсунками.

Заказчик одобрил предложенный проект двигателя, а 30 мая 1960 г. вышло постановление правительства СССР о постройке параллельно с однодвигательным В-8 двухдвигательного вертолета В-8А. Коллективу "Климова" также поручили разработать главный редуктор вертолета, который получил индекс ВР-8.

Началось создание двигателя. Первоначально для ускорения работ было принято решение в качестве прототипа использовать компрессор двигателя АИ-20, имевшего близкие параметры с ТВ2-117. Но положительных результатов это не принесло. Пришлось создать новый компрессор, расчетные значения КПД которого составили 85 %, а запаса устойчивости - не менее 25 %. При доводке турбины было получено КПД на силовой турбине 91 %, на турбине компрессора 87 %.

Первые двигатели ТВ2-117 и редуктор ВР-8 поступили в ОКБ М.Л. Миля летом 1962 г., и 2 августа вертолет В-8А впервые оторвался от земли. Первый полет был совершен 17 сентября 1962 г. Двухдвигательная силовая установка обеспечила вертолету высокую энерговооруженность, достаточную для выполнения горизонтального полета без снижения при отказе одного из двигателей. С марта 1963 г. по март 1965 г. вертолет В-8А проходил Государственные испытания, после которых был рекомендован в серийное производство в пассажирском варианте (Ми-8П) и десантно-транспортном (Ми-8Т). До настоящего момента на вертолетных заводах в Казани и Улан-Удэ выпущено более 8200 машин в нескольких десятках гражданских и военных модификаций. Вертолет Ми-8 стал наиболее популярным винтокрылым аппаратом - он эксплуатируется в 80 странах мира.

В ходе испытаний и доводки силовую установку оборудовали автоматической системой регулирования, обеспечивающей поддержание частоты вращения несущего винта в заданных пределах и синхронизацию работы двигателей. В случае отказа в полете одного из двигателей система обеспечивала автоматический выход работающего двигателя на повышенную мощность.

В июне 1964 г. двигатель ТВ2-117 и редуктор ВР-8 успешно прошли Государственные стендовые испытания на ресурс 300 ч. ТВ2-117 стал первым в СССР газотурбинным двигателем со свободной турбиной, реализующим новый принцип автоматического регулирования "шаг-газ".

Серийный выпуск силовой установки было решено осуществлять на Пермском моторостроительном заводе. Для курирования серийного производства там создали группу конструкторов во главе с представителем главного конструктора "Климова". Между двумя заводами завязались тесные и плодотворные связи, которые поддерживаются до сих пор. Для Пермского завода налаживание производства двигателя малой размерности стало новым, так как до этого завод специализировался на производстве крупных двигателей. Специфика малоразмерности и высоких оборотов потребовала освоения новых технологических процессов в изготовлении деталей и балансировке, изменения используемого оборудования, создания дополнительных установок для испытаний компрессора, продувки сопловых аппаратов и т.д.

В процессе эксплуатации двигатель ТВ2-117 все время модернизировали. В результате совместных работ "Климову" и Пермскому заводу удалось довести гарантийный ресурс до 1500 ч, ресурс по техсостоянию - до 2000 ч, назначенный ресурс - до 12 000 ч. Мягкие покрытия в компрессоре заменили напылением на стальные детали статора (ТВ2-117А), ввели графитовое уплотнение второй опоры (ТВ2-117АГ), установили пылезащитное устройство (ПЗУ). При изготовлении двигателей стали использоваться такие современные технологические процессы, как электронно-лучевая сварка, холодная вальцовка лопаток компрессора и др.

География применения вертолета Ми-8 быстро расширялась. Началась продажа вертолета за границу. В некоторых странах с жарким климатом и высокогорным расположением посадочных площадок стала проявляться нехватка мощности при взлете с полной загрузкой. В частности, из Ирака поступили просьбы о сохранении взлетной мощности до внешней температуры +40 оС (при обычных условиях мощность поддерживалась до температуры +18...20 оС). Специалисты "Климова" провели соответствующие работы, и в результате некоторого сокращения ресурса на взлетном режиме появилась возможность сохранения мощности в 1440 л.с. до температуры +40 оС.

В 1974-1975 гг. были приняты постановление правительства СССР и совместное решение министров авиационной промышленности, гражданской авиации и главкома ВВС о создании форсированного варианта ТВ2-117Ф. При этом требовалось решить следующие задачи:

• - установить ПЗУ, обеспечив при этом взлетную мощность 1500 л.с. (работы по ПЗУ поручались МВЗ);
• - обеспечить гарантированную мощность 1440 л.с. с поддержанием ее до температуры +40 оС;
• - ввести чрезвычайный режим (ЧР) с мощностью 1700 л.с. и многократным использованием его в случае отказа одного из двигателей.
  

В короткий срок двигатель удалось форсировать увеличением числа оборотов турбокомпрессора на 2,5 % и повышением температуры газов перед турбиной на 85 К. Это, в свою очередь, потребовало применения более жаростойких материалов, а для обеспечения высотности и введения ЧР оказалось необходимым внесение изменений в топливорегулирующую аппаратуру и систему управления. Весь комплекс заводских испытаний закончили в декабре 1977 г., а в сентябре 1978 г. двигатель успешно прошел Государственные стендовые испытания. В 1979 г. двигатель ТВ2-117Ф в составе вертолета Ми-8ФТ прошел Государственные летные испытания в стандартных условиях и условиях горной местности.

К вертолету Ми-8ФТ в 1975 г. проявила интерес одна из японских фирм. Для продажи требовалось провести сертификацию двигателя по американским нормам летной годности FAR-33. Вертолет успешно прошел сертификацию и был продан в Японию, где эксплуатируется до сих пор.

В 1983 г. начались работы по использованию природного газа в качестве топлива для двигателя ТВ2-117. Газ, который всегда сопутствует нефти при ее добыче, выбрасывается в атмосферу и сжигается без какой-либо пользы. Нефтяные месторождения обслуживаются большим числом вертолетов, поэтому перевод даже этого парка машин на газ дал бы большую экономическую выгоду и экономию дефицитного топлива (керосина). После ознакомления с опытом разработок в этом направлении была принята схема с использованием сжиженного газа и его впрыском в камеру сгорания через форсунки. Для подачи топлива в форсунки и регулирования его расхода Пермское агрегатное КБ создало дополнительную топливорегулирующую аппаратуру копирующего типа.

Двигатель, использующий в качестве топлива природный газ, получил индекс ТВ2-117ТГ. Он предназначался для эксплуатации на вертолете Ми-8ТГ. В 1986 г. начались стендовые и летные испытания, в ходе которых двигатель работал на попутном нефтяном газе, авиационном сконденсированном топливе АСКТ, пропане, бутане, авиационном и автомобильном бензине, керосине, дизельном топливе и их смесях с авиационным топливом. Испытания показали, что ТВ2-117ТГ экономичнее базового двигателя на 6 %. Особую ценность такой двигатель представляет при эксплуатации в труднодоступных районах Сибири, Арктики, Антарктиды и других областях с экстремальными климатическими условиями, а также в условиях боевых действий, когда возможны дефицит и низкое качество авиационного топлива. Работы по "газовой" топливной аппаратуре продолжаются и сейчас. Планируется устанавливать ее на двигатели семейств ТВ3-117 и ТВ7-117.

Как и двигатель ГТД-350, двигатель ТВ2-117 пытались использовать в разных отраслях народного хозяйства. Так, например, на Минском автозаводе создали опытный автопоезд "БелАЗ-549В-5275" грузоподъемностью 120 т (при собственной массе 78 т), в судостроительной промышленности изготавливалось судно на подводных крыльях и др.

Производство ТВ2-117 прекратили только в 1997 г. За 32 года было изготовлено более 23 000 экземпляров. ТВ2-117 стал самым массовым двигателем в мире в своем классе, а такая его модификация как ТВ2-117ТГ вообще не имеет аналогов в мировом авиационном двигателестроении.