Турбореактивный авиационный двигатель АЛ-31Ф. — Российская авиация
Турбореактивный авиационный двигатель АЛ-31Ф.
Разработчик: НПО «Сатурн» (под руководством А.М.Люльки)
Страна: СССР
Испытания: 1977 г.
Серийное производство: 1981 г.
АЛ-31Ф («изделие 99») — базовый двигатель серии авиационных высокотемпературных турбореактивных двухконтурных двигателей с форсажными камерами. Разработан под руководством А.М.Люльки в НПО «Сатурн». Проектирование двигателя началось в 1973 году, первые испытания прошли в 1977 году, государственные испытания завершились в 1985 году. С 1981 года двигатели АЛ-31 производятся на УМПО (г. Уфа) и «ММПП Салют» (г. Москва). После смерти А.М.Люльки в 1984 году работы по двигателю и его модификациям возглавил генеральный конструктор В.М.Чепкин. В настоящее время ОКБ им. Люльки (г. Москва) является частью УМПО.
АЛ-31Ф — базовый двухконтурный двухвальный турбореактивный двигатель со смешением потоков внутреннего и наружного контуров за турбиной, общей для обоих контуров форсажной камерой и регулируемым сверхзвуковым всережимным реактивным соплом. Двигатель модульный.
Состоит из компрессора низкого давления осевого 4-ступенчатого, с регулируемым входным направляющим аппаратом (ВНА), компрессора высокого давления, осевого 9-ступенчатого, с регулируемым ВНА и направляющими аппаратами первых двух ступеней, турбины высокого и низкого давления — осевые одноступенчатые; лопатки турбин и сопловых аппаратов охлаждаемые (пленочное охлаждение). Основная камера сгорания кольцевая.
В конструкции двигателя широко применяются титановые сплавы (до 35 % массы) и жаропрочные стали. Лопатки турбин имеют полости в виде лабиринтов, для охлаждения газы подаются из диска в лопатку и проходят через отверстия по кромкам (пленочное воздушное охлаждение), для крепления лопатки к диску используется хвостовик ёлочного типа. После турбины установлен 11-лепестковый смеситель. Для обеспечения стабильной работы ФК, установлен затурбинный кок, плавно переводящий поток, из кольцевого в круглое сечение, с антивибрационными отверстиями, а также в форсажной камере установлены антивибрационные продольные экраны.
Двигатель имеет электрическую систему зажигания. Пусковая система может запускать двигатель как на земле, так и в полёте. Для запуска двигателя на земле используется пусковое устройство расположенное в выносной коробке двигателя. На обычных режимах работы двигателя для экономии топлива охлаждение турбин частично отключается.
Применение регулируемых ВНА КНД и КВД дает более высокую устойчивость к помпажу, на практике это означало что двигатели сохранят работоспособность при попадании самолета в штопор и при пуске ракет. Двигатель в полёте может использоваться на всех режимах без ограничений. Время приемистости из режима малого газа до режима «максимал» на малой высоте 3-5 с, на средней 5 с, на большой высоте 8 с. Максимальная частота вращения 13 300 об./мин.
Двигатель работает на авиационном керосине марок Т-1, ТС-1, РТ.
Поставлялся на экспорт в Индию и Китай. Капитальный ремонт осуществляется на авиаремонтном заводе № 121 в Кубинке.
Модификации:
АЛ-31Ф — базовый. Устанавливается на Су-27, Су-27УБ, Су-30, Су-34, Су-35. Первоначально назначенный ресурс серийных АЛ-31Ф составлял всего 100 часов, при требовании ВВС в 300 часов, но затем со временем он был доведён до 1500 часов.
АЛ-31К — двигатель для палубного самолёта Су-33. Тяга на форсаже увеличена до 13300 кгс. Отличается дополнительной антикоррозионной защитой.
АЛ-31ФM1 — модернизированный. Тяга на форсаже увеличена до 13500 кгс. С четырехступенчатым компрессором низкого давления КНД-924-4 с увеличенным с 905 до 924 мм диаметром, обеспечивающим на 6 % больший расход воздуха, а также более совершенной цифровой системой автоматического управления (степень сжатия 3,6). Температура газов перед турбиной у этого двигателя повышена на 25°С. Двигатель двухконтурный, первый контур проходит через «рубашку» для охлаждения, затем смешивается за турбиной с горячим вторым контуром двухвальный. Серийно производится с 2006 года для истребителей семейства Су-27, устанавливается без доработок в любые истребители, в том числе ранних годов выпуска, установлены на 1 полку Су-27СМ/СМ2 и уже устанавливаются на производимые Су-34.
АЛ-31ФM2 — форсированный до 14000 кгс. Отличается трёхступенчатым компрессором низкого давления. Назначенный ресурс модернизированного двигателя превышает 3 000 часов. Не требует доработки борта самолета при постановке на самолеты типа Су-27, Су-30, Су-34, в отличие от двигателей других серий.
АЛ-31ФM3 — форсированный. 3-й этап модернизации АЛ-31Ф ММПП Салют, дополнительно устанавливается новый трёхступенчатый КНД с широкохордными лопатками пространственного профилирования и увеличенной степенью повышения давления до 4.2 (КНД-924-3), что позволяет увеличить тягу до 15 300 кгс (получено на статических испытаниях). Лопатки и диск 3-х ступенчатого КНД представляют собой единое целое (блиск), вместо 9 ступеней КВД планируется уменьшить число до 6.
АЛ-31ФП (АЛ-31ФУ) — с поворотным соплом. Разработан в 1988-1994 годах. Масса увеличена на 110 кг, длина — на 0,4 м. Устанавливался на Су-33КУБ, Су-37. Основное отличие от базового двигателя АЛ-31Ф — управляемый вектор тяги, значительно повышающий маневренные характеристики самолета. Изменение вектора возможно на угол до ±16° в вертикальной плоскости и до ±15 в любом направлении.»ФП» означает форсажный поворотный. Двигатель разработан в НПО Сатурн, прозводится на УМПО. Двигатели АЛ-31ФП устанавливаются на истребители поколения 4++ — Су-35.
Р-32 — форсированный двигатель АЛ-31Ф для рекордного самолета П-42, созданного на базе Су-27. Форсажная тяга двигателя была повышена до 13600 кгс.
АЛ-31ФН — с нижним расположение коробки приводов. Разработан по заказу Китая.
Двигатель АЛ-31Ф.
Двигатель АЛ-31Ф.
Двигатель АЛ-31Ф.
Двигатель АЛ-31Ф. Музей 218-го АРЗ в г.Гатчина, Ленинградской области.
Двигатель АЛ-31ФП.
.
.
Список источников:
Крылья Родины. № 8 за 1999 г. Уфимские моторы.
Журнал «Двигатель». № 3 за 2000 г. В.М.Чепкин. Шедевр двадцатого века.
Фотоархив сайта russianplanes.net
xn--80aafy5bs.xn--p1ai
Неиссякаемый потенциал АЛ-31Ф » Военное обозрение
Вечный двигатель российского военного авиапромаСозданный более сорока лет назад для истребителя четвертого поколения двигатель АЛ-31Ф до сих пор соответствует по техническим параметрам лучшим образцам в своем классе. Технологический резерв, заложенный в этот авиамотор, позволяет проводить постоянную его модернизацию. Семейство АЛ-31Ф стало символом стабильности отечественного моторостроения. Наработки, накопленные при создании этого модельного ряда, используются для разработки принципиально нового двигателя истребителя пятого поколения, который будет иметь еще более высокую тягу и меньший удельный вес.
Свой первый зарубежный визит на посту министра обороны генерал армии Сергей Шойгу совершенно закономерно совершил в Китайскую Народную Республику. Военно-техническое сотрудничество (ВТС) России и Китая, чрезвычайно активное в конце ХХ и серьезно стагнировавшее в начале ХХI века, вновь обрело второе дыхание в последние два года. В основе новой фазы российско-китайского ВТС – поставки авиационных двигателей прежде всего семейства АЛ-31Ф. В разрушительные для всего российского оборонно-промышленного комплекса (ОПК) 90-е годы именно они во многом обеспечили коммерческий успех за рубежом многофункциональных истребителей линейки Су-27/Су-30 и таким образом спасли не только отечественный военный авиапром, но и моторостроительную отрасль в целом. Сегодня разработчики АЛ-31Ф используют весь накопленный опыт и наработки для создания принципиально нового двигателя истребителя пятого поколения Т-50 (ПАК ФА – перспективный авиационный комплекс фронтовой авиации).
Двигатель АЛ-31Ф разработки московского машиностроительного завода «Сатурн» (ныне ОАО «А. Люлька-Сатурн», с 2001 года входит в состав ОАО «НПО «Сатурн») был выбран в качестве основного для будущего истребителя четвертого поколения Су-27, главной задачей которого было добиться превосходства над своим американским аналогом – F-15. Решение о его создании принято в 1971 году. Соответствующее заключение Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) было сделано по результатам анализа работы трех двигателей – АЛ-31Ф, Д-30Ф-9 и Р-59Ф-300.
Опытный самолет проекта под названием Т-10-1 проходил испытания с 20 мая 1977 года. До 1982-го для этого было построено девять таких машин с двигателями предыдущего поколения – АЛ-21Ф-3.
Разработка перспективного авиамотора велась с 1974 года. Но характеристики первоначального варианта АЛ-31Ф (с двухступенчатыми турбинами высокого и низкого давления и низконагруженными компрессорами) не отвечали тактико-техническому заданию. Новый турбореактивный двухконтурный двигатель создавался с форсажной камерой одновременно вместе с полным перепроектированием конструкции самолета. Фактически заново разработанный Московским машиностроительным заводом имени П. О. Сухого истребитель Т-10С имел, помимо всего прочего, значительно улучшенные аэродинамические качества и другую компоновку авиамотора (коробка приводов и все агрегаты в верхней части). 6 августа 1985 года был подписан акт о приемке государственных испытаний АЛ-31Ф. Новый двигатель тягой 12,5 тонны имел одноступенчатые турбины высокого и низкого давления и высоконагруженные компрессоры. Одним из ключевых моментов стало создание и внедрение ОАО «А. Люлька-Сатурн» лопатки турбины циклонно-вихревой системы, что сделало мотор ресурсным, до этого он мог эксплуатироваться не более 70 часов. Работа над продлением ресурса стала одним из главных направлений. Тогда требования советских ВВС ограничивались 300 часами. В настоящее время этот показатель двигателя достиг тысячи часов.
Основным производителем АЛ-31Ф было определено ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» (УМПО). Затем к программе было привлечено московское машиностроительное производственное предприятие «Салют» (сейчас ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют»), которое сначала занималось изготовлением отдельных элементов двигателя. Со временем сложилось своеобразное разделение труда, согласно которому УМПО (ведущее по тематике) специализировалось на производстве элементов холодной части мотора, а «Салют» – горячей. При этом сборка велась на обоих предприятиях.
Управляемый вектор
Двигатель АЛ-31ФП с поворотным соплом впервые был испытан в 1989 году. В апреле 1996-го экспериментальный образец истребителя Су-35 поднялся в воздух с прототипом этого мотора с управляемым вектором тяги (УВТ). В ходе работы над этим агрегатом особое внимание уделялось эффективному управлению соплом, сложная задача была решена при создании надежного уплотненного сочленения его подвижной и неподвижной частей. Представленный в итоге двигатель обеспечил всемирно известную маневренность и надежность в управлении тяжелых истребителей «Сухого». Серийный АЛ-31ФП установлен на Су-30. Первый зарубежный контракт на самолеты с этими моторами выполнили уфимцы, обеспечив поставку в Индию 40 Су-30МКИ (80 двигателей) по соглашению 1996 года.
В течение 90-х годов производители АЛ-31Ф с помощью неформальных договоренностей поделили рынки: моторы для индийских самолетов изготавливало УМПО, для экспорта в Китай – «Салют». Что касается других зарубежных заказчиков, то Алжир и Малайзия получили истребители Су-30 с уфимскими моторами, Вьетнам и Индонезия – с московскими. Венесуэльский же контракт на 24 Су-30MKV2 заводы поделили ровно пополам.
Китайский контракт
События на площади Тяньаньмэнь в июне 1989 года «поставили крест» на поставках западных вооружений и военной техники в Китай. Из-за эмбарго под угрозой срыва оказалась китайская программа по созданию национального легкого однодвигательного самолета J-10. Машина создавалась на основе тактического истребителя Lavi израильской компании Israel Aerospace Industries. Проект был закрыт под давлением США в 1986 году в пользу F-16, но его наработки использовались израильтянами в совместных зарубежных программах.
Китайские J-10 должны были оснащаться специально разрабатывавшимся для них двигателем PW-1120 американской компании Pratt&Whitney. Но после введения эмбарго об этом можно было забыть. В качестве альтернативного варианта верховное командование Народно-освободительной армии Китая выбрало модификацию российского АЛ-31Ф с нижним расположением агрегатов – АЛ-31ФН.
Разработку первых 14 двигателей для китайского проекта выполнило ОАО «А. Люлька-Сатурн» в 1992–1994 годах на деньги заказчика – первый прецедент в истории постсоветского ОПК России. Серийным изготовителем АЛ-31ФН Российское авиационно-космическое агентство выбрало московский завод «Салют».
Спор вокруг роялти
«Сатурн» заключил с УМПО и «Салютом» лицензионные соглашения о денежной компенсации (роялти) ему как разработчику, согласно которому он получает восемь процентов от стоимости каждого проданного двигателя – около 250–300 тысяч долларов. Его цена со временем выросла с 2,5 до 3,5 миллиона долларов. В случае с АЛ-31ФН руководство «Салюта», получив по соглашению неполную техническую документацию на двигатель, решило доработать ее до уровня серийного производства. Более того, генеральный директор предприятия Юрий Елисеев заключил в 1999 году лицензионный договор с Федеральным агентством по правовой защите результатов интеллектуальной деятельности военного, специального и двойного назначения, переписав фактически права на изготовление двигателя на «Салют» и нивелировав таким образом соглашение с «Сатурном», который получает роялти только от УМПО.
Ключевой элемент
Экспортная динамика семейства АЛ-31Ф давно приобрела самостоятельный (от поставок боевых самолетов) характер. Особенно это заметно в контексте российско-китайского ВТС. АЛ-31ФН стал своеобразной лакмусовой бумажкой оценки состояния двигателестроения Поднебесной. Если по большинству направлений китайский ОПК постоянно демонстрирует серьезные успехи, то на двигателестроительном фронте китайцы пока не в состоянии наладить серийное производство надежного мотора для боевого самолета.
Именно поэтому КНР продолжает до сих пор закупки двигателей серии АЛ-31Ф для легких J-10, а также для тяжелого J-11B/BS (копия российского истребителя Су-27). В 1996 году Китай приобрел лицензию на производство 200 самолетов Су-27СК без права реэкспорта в третьи страны. К концу 2007-го было собрано 105 из них. Затем Пекин отказался от дальнейшей реализации этой лицензионной программы, создав свой клон – J-11.
Российские двигатели закупаются КНР при формальном наличии широко разрекламированного отечественного турбореактивного двухконтурного WS-10A Taihang, разработанного специально для J-10 и J-11. Но этот мотор характеризуется невысоким ресурсом и большим количеством конструктивных и технологических недостатков, которые до сих пор не удалось устранить. По официальным данным, серийное производство Taihang должно быть развернуто до конца 2015 года, однако эти сроки представляются излишне оптимистичными.
Попытки Китая преодолеть «двигательную зависимость» от России пока провалились. В 2009 году КНР возобновила закупки моторов АЛ-31Ф/ФН. Причем рост китайских заказов настолько высокий, что ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют» едва хватает производственных мощностей – в 2009–2011 годах законтрактовано почти 400 единиц (весь объем заказов и поставок приближается к тысяче). Еще 140 АЛ-31ФН должно поставить УМПО по контракту 2011-го для замены выработавших ресурс двигателей многофункциональных истребителей J-11 (Су-27/Су-30MKK/MK2).
Силовые характеристики улучшаются
По словам генерального директора ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют» Владислава Масалова, силовые характеристики АЛ-31Ф уже не вполне удовлетворяют параметрам техзаданий для самолетов семейства Су, которые должны поступать на вооружение Военно-воздушных сил России. Речь идет прежде всего о новых серийных фронтовых бомбардировщиках Су-34 и глубоко модернизированных многофункциональных истребителях Су-27СМ. Тяга созданной «Салютом» более мощной версии двигателя АЛ-31Ф-М1 (42-я серия) увеличена до 13,5 тонны без изменения габаритных размеров. Этот мотор уже поставляется серийно для Су-27СМ. Кроме того, он будет использован для ремоторизации Су-27, Су-30, а также, возможно, для 19 остающихся в строю корабельных истребителей Су-33 авиагруппировки тяжелого авианесущего крейсера «Адмирал Кузнецов».
Следующий этап – АЛ-31Ф-М2, который планируется запустить в серийное производство в следующем году. По результатам испытаний в ЦИАМ подтверждена возможность увеличения максимальной тяги до 14,5 тонны при снижении удельных расходов топлива, в том числе на бесфорсажных режимах. Назначенный ресурс – три тысячи часов. Его установка не потребует никаких доработок в конструкции планера или мотогондолы двигателя Су-27СМ или Су-34 и может быть проведена непосредственно в войсках.
Двигатель для ПАК ФА
После долгих дискуссий и борьбы за право быть головным разработчиком двигателя для ПАК ФА решением руководства страны этот мотор создается в рамках Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК) с распределением зон ответственности. «Салют», не входящий в корпорацию, является соисполнителем ОДК.
Два главных конкурента разрабатывали свои параллельные прототипы двигателя для истребителя пятого поколения – «Енисейск-А» вел «Сатурн», «Енисейск-Б» – «Салют». Окончательный победитель официально объявлен не был.
Пока же опытные образцы Т-50 проходят испытания на АЛ-41Ф1 – «изделии 117» совместной разработки ОАО «НПО «Сатурн», ОАО «УМПО» и ОАО «ОКБ Сухого». В его основе все тот же АЛ-31Ф. Некоторые элементы заимствованы из наработок по созданию «изделия 117С» (АЛ-41Ф1С) для истребителя поколения «4++» Су-35. Тяга мотора «117» первого этапа для ПАК ФА достигает 15 тонн, у него турбина с увеличенным диаметром, всеракурсное управление вектором тяги, цифровая система автоматического управления. Полноценный двигатель пятого поколения будет иметь более высокую тягу и меньший удельный вес. Точные параметры, как и собственно сам процесс разработки, держатся в секрете. Во всяком случае, по официальным заявлениям, «Салют» и «Сатурн» работают над проектом в тесном контакте.
topwar.ru
** — по другим данным 1520 кг
!!Описание Турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой (ТРДДФ) АЛ-31Ф, созданный в НПО «Сатурн» им. А.М.Люльки — первый в нашей стране двухконтурный двигатель, соответствующий по параметрам в своём классе высшим мировым достижениям. Это мощный и экономичный ТРДДФ модульной конструкции, состоит из 14 блоков. Отношение тяги к массе более 8. Двигатель состоит из 4-ступенчатого компрессора низкого давления с регулируемым входным направляющим аппаратом, промежуточного корпуса с центральной коробкой приводов, 9-ступенчатого компрессора высокого давления с регулируемой первой группой ступеней, наружного контура, кольцевой камеры сгорания, одноступенчатой охлаждаемой турбины высокого давления, одноступенчатой охлаждаемой турбины низкого давления с активным управлением радиальными зазорами, компактной кольцевой камеры сгорания, форсажной камеры и сверхзвукового регулируемого сужающегося-расширяющегося реактивного сопла. АЛ-31Ф оснащен гидроэлектронной системой автоматического управления и топливопитания с электронным регулятором-ограничителем. Основная особенность АЛ-31Ф — уникальные по механическим и эксплуатационным характеристикам лопатки турбины, изготовленные из жаропрочного сплава с монокристаллической структурой и имеющие эффективную систему охлаждения. Напряжённая термодинамика двигателя, высокие степень повышения давления и температура газов перед турбиной (1600-1700 К), компактная конструкция позволили получить высокую тягу при малой массе (двигатель дал выигрыш в массе самолёта на целых 2 т) и небольших габаритах и обеспечить высокую тяговооружённость самолёта. Масса 1533 кг, диаметр входа 0.91 м, максимальный диаметр 1.22 м, длина 4.95 м. Базовый вариант двигателя развивает стендовую тягу 12500 кгс (122.6 кН) на режиме «полный форсаж» и 7600 кгс (74.6 кН) — на «максимале». Удельный расход топлива на максимальном режиме работы составляет 0.75 кг/(кгс·ч) (0.08 кг/(Н·ч)), на форсаже — до 1.92 кг/(кгс·ч) (0.20 кг/(Н·ч)), а минимальный крейсерский расход составляет 0.67 кг/(кгс·ч) (0.07 кг/(Н·ч)). Высоконапорный двухкаскадный компрессор обеспечивает 23-кратное сжатие поступающего воздуха при расходе его 112 кг/с и степени двухконтурности около 0.6. АЛ-31Ф эксплуатируется в широком диапазоне высот и скоростей полёта, устойчиво работает на режимах глубокого помпажа воздухозаборника на числах M=2 в условиях плоского, прямого и перевёрнутого штопора. Системы ликвидации помпажа, автоматического запуска в полёте, встречного запуска основной и форсажной камер обеспечивают надёжность силовой установки при применении бортового оружия. АЛ-31Ф эксплуатируется на самолётах семейства Су-27. !!Источники
Статьи
| |||
www.airbase.ru
Силовая схема двигателя АЛ-31Ф — Студопедия.Нет
1-наружный корпус;
2-ротор низкого давления;
3-внутренний корпус;
4-ротор высокого давления;
5-промежуточный корпус;
6-узлы крепления к самолету.
Крепление двигателя к самолету.
Крепление двигателя на самолете, а также подвеска узлов при транспортировке производится по средствам специальных креплений, Устанавливаемых на силовом корпусе двигателя. В общем случае узлы крепления к двигателю передает нагрузки:
- Реактивную тягу
- Силы инерции масс двигателя, возникающие при маневрах самолета
- Гироскопический момент от ротора двигателя
- Силы инерции и момент, возникающий от неуравновешенности двигателя отбалансированного с определенной степенью точности.
Кроме этого в ТВД действует реактивный момент от винта, направленный в сторону, противоположную вращению. При наличие на двигателе двух винтов, вращающихся в разные стороны, реактивный момент равен разности моментов винтов. Конструкция и расположение на двигателе узлов крепления предъявляются следующие основные требования:
- Точки подвески должны быть расположены так, чтобы обеспечивать крепление двигателя в шести направлениях: осевом, вертикальном, боковом направлениях и продольной, вертикальной и горизонтальной оси. При этом система подвески не должна допускать двойного крепления в направлении и вокруг названных осей. Благодаря этому изолируется корпусная система двигателя от деформации самолетной конструкции и предупреждается возникновение в узлах подвески больших нерасчетных нагрузок.
- Точки крепления двигателя при всех условиях полета и режимах работы не должны препятствовать термическим деформациям корпуса двигателя.
- Основные точки подвески должны быть расположены на силовых корпусах компрессоров в полости близкой к центру массы двигателя. Обычно такими плоскостями являются плоскости внутренних силовых связей опор ротора компрессора.
- Дополнительные точки подвески должны быть расположены на корпусе турбины, а также в плоскости внутренних связей опор турбины.
- Форсажная камера должна иметь дополнительную точку подвески в плоскости корпуса управляемого реактивного сопла и также форсажная камера должна быть присоединена к корпусу турбины с помощью шарнирного соединения.
- В случае тонкостенных конструкций корпусов для избежания больших и местных радиальных деформаций и задевания лопаток за корпус не допускается в точках подвески большие радиальные усилия.
- Для проведения такелажных, монтажных и транспортных работ на двигателе должны быть дополнительные точки подвески и поддержки, удовлетворяющие требованиям для основных точек подвески. При выполнении монтажных работ на самолете, подвеска и поддержка двигателя в произвольных точках не допускается во избежание деформаций.
Конструкция осевых компрессоров.
Классификация осевых компрессоров.
Все компрессора можно разделить на сверхзвуковые и дозвуковые. Кроме этого компрессора разделяются по числу роторов на однороторные однокаскадные, двухроторные двухкаскадные и трехроторные.
Двухроторные компрессоры располагаются последовательно. Трехроторные компрессоры применяются в двухконтурных ТРД. Они приводятся от трех газовых турбин.
Компрессора подразделяются по конструкции ротора на дисковые, барабанные и барабанно-дискового типа.
По конструкции проточной части компрессоры бывают: с постоянным средним диаметром, с постоянным наружном диаметром и изменяющимся диаметром втулки, с постоянным диаметром втулки и изменяющимся наружном диаметром.
Компрессор состоит из ротора и статора. На статоре располагаются лопатки спрямляющих и направляющих аппаратов, которые изменяют направление потока. На роторе расположены рабочие лопатки, которые вращаясь сжимают поток воздуха.
Ротор компрессора.
По конструктивному исполнению ротор осевого компрессора может быть барабанного, дискового и смешанного типа. На роторе этого типа несколько рядов рабочих лопаток закреплены на цилиндрическом или коническом барабане, представляющим собой канавку из алюминиевого сплава или стали, механически обработанную со всех сторон. Две стальные крышки закрывают барабан с торцев и имеют цапфы, которыми ротор опирается на подшипники. Крутящий момент каждой из турбины передается через стенку барабана. Достоинством ротора барабанного типа является простота конструкции, определяющую сравнительную простоту его изготовления и большая поперечная жесткость, благодаря которой критическая частота вращения очень высока. Критической частотой вращения называется частота вращения, при которой вращающийся ротор имеет большие прогибы, вызывающие вибрацию двигателя и его разрушение. К недостаткам такого ротора можно отнести невозможность его использования в быстроходных компрессорах, из-за того, что на его поверхности из условий прочности допускается окружная скорость не более 200 м/с, а также из-за того, что у него большая масса и габариты. Роторы такого типа применялись на первых двигателях, в настоящее время они не применяются.
Ротор дискового типа имеет соединенные с валом специально спроектированные диски, на периферии которых прикреплены рабочие лопатки. Диски обладают большой точностью и допускают на своей наружной поверхности окружные скорости 250-360 м/с, поэтому ступени компрессора с дисковыми роторами являются высоконапорными и применяются в двигателях с большими степенями повышения давления. Крутящий момент каждой ступени передается через вал. Недостатком ротора этого типа является небольшая поперечная жесткость по сравнению с ротором барабанного типа. Критическая частота вращения не велика и близка к рабочей. Ротор дискового типа, по сравнению с ротором барабанного типа имеет небольшую конструктивную и технологическую сложность.
1-вал;
2-диск;
3-напрессованная втулка;
4-штифт;
5-конические пояски.
Роторы барабанно-дискового типа сочетают достоинства роторов барабанного и дискового типов. Они состоят из секций, которые представляют собой диск с барабанной проставкой. Роторы барабанно-дисковой конструкции обладают высокой изгибной жесткостью, допускающая высокие окружные скорости вращения, поэтому они получили широкое распространение в современных осевых компрессорах. Роторы барабанно-дисковой конструкции выполняются неразборными и разборными. Каждая из конструкции имеет свои достоинства и недостатки, например, ротор компрессора, в котором соединение дисков осуществляется при помощи штифтов.
|
1- диск I ступени;
2- рабочая лопатка;
3- диски промежуточных ступеней;
4- штифты;
5- полотно задней цапфы.
В данном случае секция ротора представляет собой диск с барабанным участком, которая соединяется с аналогичным диском радиальными штифтами и посадкой с натягом по цилиндрическим поясам. Такое соединение имеет следующие особенности: стальные штифты запрессовываются в отверстия, находящиеся в пазах лопаток. Это обеспечивает фиксацию штифтов от выпадения под действием центробежных сил. При помощи этих же штифтов передаются крутящие моменты, барабанные части дисков центрируются в расточках смежных дисков. Описанная конструкция отличается большой жесткостью и надежным центрированием соединяемых элементов. Это объясняется тем, что соединение дисков и центрирование выполнено на максимальновозможных диаметрах с относительно большими натягами. В этой конструкции даже в случае потери натяга или превращение его в зазор, центрирование надежно обеспечивается штифтами. Однако, выполнение дисков с барабанными участками усложняет технологию их изготовления, хотя данная конструкция имеет сравнительно мало соединительных стыков. Это повышает жесткость ротора, делает его более легким. Основным недостатком роторов такой конструкции является трудность монтажа и демонтажа, т.к. по существу это неразъемная конструкция.
Другим типом соединения, очень часто применяемого в двигателях является соединение дисков при помощи торцевых щлицев и стяжного болта.
1-диски;
2-задняя цапфа;
3-торцевые шлицы;
4-стяжной болт.
Торцевые шлицы, выполненные на торцах барабанных участков треугольного профиля. Шлицы передают крутящий момент и центрируют диски относительно друг друга. Для улучшения прилегания треугольных шлицев при сборке стыкуемые детали предварительно обжимаются под прессом со значительным усилием, чтобы снять микронеровности на поверхности контакта. Затяжка болта производится также под прессом и контролируется по вытяжке болта. Данная конструкция отличается надежным центрированием на относительно больших диаметральных размерах. Конструкция эта разборная и позволяет легко заменять диски. Недостатками такого ротора является технологическая сложность выполнения торцевых треугольных шлицев и дисков с барабанными участками, а также сложность монтажа из-за необходимости производить затяжку ротора под прессом. Из опыта эксплуатации установлено, что на роторе данной конструкции на переходных режимах работы двигателя ( запуск, разгон, торможение ) появляется разность температур между дисками и стяжным болтом, т.к., например, при запуске двигателя пакет дисков нагревается быстрее, чем стяжной болт. Это увеличивает затяжку болта, и наоборот, при выключении двигателя пакет дисков охлаждается быстрее, чем стяжной болт, поэтому затяжка болтов ослабевает. Из этого следует, что стяжной болт испытывает большие напряжения, потому что его начальная затяжка должна компенсировать всевозможные температурные деформации, а усталостные напряжения стяжного болта вызывают тяжелые последствия, поэтому в современных двигателях используются соединения дисков при помощи призонных болтов. Диски таких роторов имеют тонкостенные барабанные участки с фланцами. Фланцы соединяются между собой при помощи промежуточного диска, на полотнах этих дисков имеются кольцевые площадки, по которым фланцы барабанных участков стягиваются при помощи призонных болтов, которые передают крутящий момент и обеспечивают центровку. Задняя цапфа ротора соединяется с последним диском аналогично, т.е. с помощью призонных болтов, передняя цапфа выполняется заодно с диском. Распространение такой конструкции объясняется следующими достоинствами ротора данной конструкции: большой жесткостью, надежным центрированием, на всех режимах работы двигателя, простотой замены дисков. Разрушение одного или нескольких болтов не приводит к серьезным неисправностям. К недостаткам этих роторов можно отнести зависимость стабильности соединения от изгибной жесткости фланцев барабанных устройств. Нагружение болтов напряжениями среза при возможности относительного перемещения соединяемых дисков. Кроме этого существует технологическая сложность: постановка призоных болтов не возможна, если отверстия не развернуты совместно. Кроме этого наличие барабанных устройств, выполняемых совместно с дисками усложняет технологию изготовления, т.к. сложное выполнение канавок дисков затрудняет обеспечение надлежащих физико-механических свойств поверхности в радиальных и осевых направлениях. Роторы компрессоров низкого и высокого давления двигателя АЛ-31Ф барабанно-дисковой конструкции с применением новейших технологий сборки. Каждый ротор состоит из неразборной части, секции, которые соединяются между собой при помощи сварки, и разборной, секции, которые соединяются при помощи призонных болтов и стяжек. Это обеспечивает при соответствующей модульной конструкции компрессора ремонтопригодность роторов в полевых условиях.
Рабочие лопатки.
Рабочая лопатка- это наиболее ответственная деталь ротора от совершенства и долговечности которой зависит надежная работа компрессора. Лопатка работает в сложных условиях, на нее действуют инерционные и аэродинамические силы. Эти силы вызывают напряжения растяжения, изгиба и кручения. Кроме этого на рабочие лопатки последних ступеней действует высокая температура порядка 1000 К. Поэтому рабочая лопатка ротора компрессора должна обеспечивать:
- Высокую прочность и жесткость.
- Высокую степень чистоты обработки. Это необходимо для уменьшения потери на трение при течении воздуха по межлопаточному каналу.
- Высокую точность исполнения размеров при изготовлении лопаток, т.к. от этого зависят параметры воздушного потока в проточной части компрессора.
- Возможные меньшие концентраторы напряжений, особенно в местах перехода профильной части к хвостовику.
- Минимальная масса хвостовика. Например, снижение массы на 1% снижает массу ротора, приходящуюся на одну лопатку на 4-5%.
- Конструкция хвостовика должна позволять удобную сборку ротора и замену лопатки в случае ее повреждения.
- Минимальное остаточное напряжение. Необходимая долговечность лопатки определяется назначением летательного аппарата, для которого предназначен компрессор.
Рабочая лопатка состоит из профильной части (перо лопатки) и хвостовика. Формы и размеры профильной части лопатки определяются аэродинамическим расчетом. Окончательная конструкция уточняется с учетом требований обеспечения статической и динамической прочности. Рабочая лопатка должна быть легкой и достаточно технологичной, допускающей массовое производство. Рабочая лопатка компрессора выполняется с тонкой входной кромкой и малыми углами поворота потока. Хвостовики лопаток выполняются трех типов:
- Ласточкин хвост
- Елочный
- Шарнирный.
Такими же делаются профили пазов под лопатки в дисках ротора. При соединении хвостовика лопатки с пазом, образуется замок для крепления лопаток. Соединение лопатки с диском должно удовлетворять следующим требованиям:
- Высокая прочность
- возможность размещения необходимого числа лопаток на диске;
- легкость сборки и замены лопаток;
- малая масса.
Самое широкое распространение получило соединение типа ласточкин хвост. Сечение лопатки выполнено в форме трапеции с плоскими рабочими поверхностями. Паз в диске также представляет собой трапецию, которая размещается под некоторым углом к оси ротора.
|
Соединение типа ласточкин хвост имеет следующие преимущества:
- Отличается не большой высотой, это позволяет применять легкие диски;
- имеет относительно не большую толщину, это обеспечивает возможность размещения нужного количества лопаток на диске с целью получения решетки нужной густоты;
- технологичность конструкции.
Существенным недостатком является низкая способность гасить колебания лопаток, в следствие колебания лопаток появляются переменные контактные напряжения, которые служат причиной разрушения хвостовика или выступа диска.
Елочное соединение практически не применяется в компрессорах из-за сложности производства.
Шарнирное крепление лопаток выглядит следующим образом:
|
1-диск;
2-шайба;
3-палец;
4-заклепка;
5-лопатка.
В приведенной схеме лопатка 5 проушинами замков вставлена в пазы диска 1 и соединяется с диском помощью пальцев 3. От осевого перемещения пальцы ограничены с одной стороны радиальными выступами, а с другой стороны при помощи шайбы 2 закрепленной заклепкой 4.
Шарнирное соединение позволяет лопатке самоустанавливаться при действии на нее газодинамических и инерционных сил. Такую лопатку можно применять при умеренных окружных скоростях на периферию лопаток примерно меньше 320 м/с. Для уменьшения износа и устранения заедания в шарнире применяется твердая смазка. В проушины лопатки изнутри, с торцев и наружную поверхность ось натирают порошком двухсернистого молибдена.
Корпус компрессора.
Корпус компрессора представляет собой полый цилиндр или усеченный конус в зависимости от способа профилирования проточной части компрессора. С торцев к корпусу компрессора крепятся корпуса переднего и заднего подшипников.
Корпус компрессора может быть цельным и разъемным, с продольным разъемом или поперечным разъемом. Корпус с продольным разъемом позволяет выполнить сборку компрессора с окончательно собранным и отбалансированным ротором. Если корпус не разъемный, то ротор вместе с направляющими лопатками вводится с торца. В некоторых случаях изготавливаются технологические разъемы, например, поперечные технологические разъемы, применяются при изготовлении корпусов из разных материалов. Например, для первых ступеней используется алюминиевый сплав, для последних – стальные сплавы. Фланцы, служащие для соединения частей корпуса между собой увеличивает жесткость и уменьшает работу корпуса на изгиб. Однако, неравномерная жесткость разъемного корпуса по окружности приводит к неравномерному тепловому расширению и короблению при нагревании, поэтому, обычно с наружной стороны корпуса устанавливаются ребра, при помощи которых добиваются одинаковой жесткости по окружности. Корпуса компрессоров отливаются из алюминиевых сплавов или свариваются из листовой стали и титановых сплавов. Корпус компрессора обычно состоит из переднего корпуса, нескольких промежуточных корпусов и заднего корпуса. В переднем корпусе устанавливается входной направляющий аппарат, который изменяет направление на входе.
1-резьбовая цапфа;
2-полка;
3, 5-полукольца;
4-внутренняя цапфа.
На промежуточных корпусах и заднем корпусе устанавливаются лопатки направляющего аппарата. Кроме этого задний корпус служит для силовой связи с корпусом камеры сгорания, поэтому его изготавливают из более жаропрочного материала. Направляющий аппарат компрессора устанавливается на промежуточных корпусах и представляет собой кольцевой набор профилированных лопаток, которые устанавливаются за соответствующими ступенями рабочих лопаток. Они могут крепиться консольно – с одной стороны или по обоим сторонам. К конструкции направляющего аппарата предъявляется ряд специальных требований, например, направляющий аппарат должен обеспечить свободу температурного расширения лопаток. Кроме этого требуется, чтобы сохранялась концентричность внутренних и наружных креплений относительно оси ротора. В большинстве случаев встречаются направляющие аппараты с двухсторонним креплением лопаток. Двухстороннее крепление лопаток может быть жестким, когда лопатка жестко прикреплена к наружному корпусу и внутреннему кольцу. Такие лопатки обычно устанавливаются на первых ступенях компрессоров, где температура воздуха изменяется незначительно. На последних ступенях компрессора устанавливаются лопатки направляющего аппарата, допускающие радиальное перемещение лопатки по радиусу при нагреве. Это необходимо для компенсации температур деформации на последних ступенях. Кроме этого на корпусе компрессора крепится устройство перепуска воздуха.
Клапан перепуска воздуха:
1-клапан;
2-корпус клапана;
3-поршень;
4-штуцер подвода масла;
5-штуцер слива масла;
6-пружина;
7-защитная сетка.
Перепуск воздуха из компрессора с помощью ленты:
1-окна в корпусе компрессора;
2-силовой цилиндр механизма перепуска;
3-поршень;
4-пружина;
5-шток поршня;
6-зубчатые секторы;
7-лента перепуска;
8-корпус компрессора.
Перепуск воздуха может осуществляться при помощи ленты и клапанов. На корпусе компрессора расположены окна, которые закрываются лентами перепуска. Если необходимо окна открыть, то натяжение ленты ослабляют при помощи зубчатой передачи и осуществляется перепуск воздуха. Кроме этого существует клапан перепуска воздуха, который осуществляет перепуск воздуха по исполнительной команде, подаваемый по системе управления.
studopedia.net
Двухконтурный турбореактивный двигатель АЛ-31Ф («изделие 99»)
Технические характеристики:
Длина, мм 4945
Максимальный диаметр, мм 910
Высота, мм 1240
Масса, кг 1530
Удельный расход топлива, кг/Н ч:
на форсажном режиме 1,96
на максимальном режиме 0,75
на крейсерском режиме 0,66
Расход воздуха через компрессор, кг/с 112
Степень повышения давления в компрессоре 12,7
Температура газа перед турбиной, °C 1387
Тяга, кгс:
максимальная бесфорсажная 7850
на форсаже 12500
Двигатель АЛ-31Ф предназначен для установки на самолетах Су-27 и его модификациях (Су-27СК, Су-30МК, Су-32МФ).
Модификации:
АЛ-31К — двигатель для палубного самолёта Су-33. Тяга на форсаже увеличена до 13300 кгс. Отличается дополнительной антикоррозионной защитой.
АЛ-31СТ — двигатель для газоперекачивающих станций.
АЛ-31Ф — базовый. Устанавливается на Су-27, Су-27УБ, Су-30, Су-34, Су-35.
АЛ-31ФM1 — модернизированный. Тяга на форсаже увеличена до 13500 кгс.
АЛ-31ФM2 — форсированный до 14000 кгс. Отличается трёхступенчатым компрессором низкого давления.
АЛ-31ФM3 — форсированный.
АЛ-31ФН — с нижним расположение коробки приводов. Разработан по заказу Китая.
АЛ-31ФП (АЛ-31ФУ) — с поворотным соплом. Разработан в 1988-1994 годах. Масса увеличена на 110 кг, длина — на 0,4 м. Устанавливался на Су-33УБ, Су-37.
Серийно производился с 1981 года на заводе № 165 в Москве (Московское МПП «Салют») и на УМПО (г. Уфа)
Разрабатывался с первой половины 1970-х годов в ОКБ им. А.М. Люльки. В настоящее время ОКБ им. Люльки является частью НПО «Сатурн».
История создания и особенности конструкции:
Турбореактивный двигатель АЛ-31Ф («изделие 99») разработан в 70-х годах на Московском машиностроительном производственном предприятии «Салют» под руководством генерального конструктора В.М.Чепкина для самолёта Су-27 и его модификаций. (После смерти А. М. Люльки в 1984 году работы по двигателю и его модификациям возглавил генеральный конструктор В. М. Чепкин).Серийное производство организовано в 1981 году на Уфимском машиностроительном производственном объединении и ММПП «Салют».
АЛ-31Ф представляет собой двухвальный двухконтурный турбореактивный двигатель со смещением потоков за турбиной. Двигатель имеет модульную конструкцию. Он состоит из 4-ступенчатого компрессора низкого давления с регулируемым входным направляющим аппаратом, промежуточного корпуса с центральной коробкой приводов, 10-ступенчатого компрессора высокого давления с регулируемой первой группой ступеней, наружного контура, кольцевой камеры сгорания, одноступенчатой охлаждаемой турбины высокого давления, одноступенчатой охлаждаемой турбины низкого давления, форсажной камеры и сверхзвукового реактивного сопла. Двигатель имеет верхнее расположение агрегатов. Маслосистема замкнутая. Запуск осуществляется от воздушного стартера. Двигатель работает на авиационном керосине марок Т-1, ТС-1, РТ.
Поставлялся на экспорт в Индию и Китай. Капитальный ремонт осуществляется на авиаремонтном заводе №121 в Кубинке.
avia.biz.ua
«Двигатель АЛ-31Ф М2 интересен ОКБ Сухого» в блоге «Авиация»
28 февраля 2012 г. Москва
На базе ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют» состоялся научно-технический совет, посвященный результатам опытно-конструкторских работ по модернизации двигателя АЛ-31Ф второго этапа (АЛ-31Ф М2). «ОКБ «Сухого» заинтересовано в изделии для дальнейшей ремоторизации самолетов Су-27СМ и Су-34, стоящих на вооружении ВВС РФ.
Научно-технический совет, в котором приняли участие все заинтересованные стороны – представители «ОКБ «Сухого», «НТЦ им. Люльки», «Объединенной авиастроительной корпорации» и «Объединенной двигателестроительной корпорации», состоялся впервые за последние пять лет. С докладом о результатах работы, достигнутых в ходе модернизации двигателя АЛ-31ФМ2 второго этапа, выступил начальник отдела ведущих конструкторов Сергей Родюк.
Все работы, связанные со вторым этапом модернизации двигателя, проводятся в соответствии с заданными планами-графиками. К настоящему времени завершены специальные стендовые испытания двигателя второго этапа в термобарокамере ЦИАМ, которые подтвердили возможность достижения статической тяги 14 500 кгс и обеспечение заявленных характеристик в полете. По сравнению с АЛ-31ФМ первого этапа на 9% увеличена тяга на полетных режимах.
«Модернизация двигателя АЛ-31Ф ведется без изменения его габаритных размеров и направлена на сохранение возможности ремоторизации всего самолетного парка Су-27 без дополнительных изменений планера самолета или мотогондолы двигателя», — сказал исполняющий обязанности генерального конструктора «Салюта» Геннадий Скирдов.
До конца 2012 года планируется завершить программу специальных стендовых и ресурсных испытаний, а также приступить к выполнению программы специальных летных испытаний, предшествующих государственным специальным испытаниям.
По словам генерального директора ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют» Владислава Масалова, серийные поставки модернизированного двигателя могут быть начаты уже с 2013 года. «Двигатель АЛ-31Ф М2 может рассматриваться как недорогой вариант для ремоторизации парка самолетов типа Су-27, Су-30 и Су-34 эксплуатируемых в МО РФ, а также для поставок инозаказчикам», — отметил генеральный директор «Салюта». Для удовлетворения требованиям технического задания и ТУ самолетами Су-27СМ и Су-34 необходимо применение двигателя с повышенной тягой и лучшими расходами. Применение двигателя АЛ-31Ф М2 на этих самолетах обеспечит выполнение предъявляемых требований. Его установка не потребует никаких доработок самолета и может быть проведена непосредственно в эксплуатации.
Краткая информация:
Двигатель АЛ-31ФМ2 – турбореактивный двухконтурный двигатель на базе АЛ-31Ф. Тяга двигателя на особом режиме 14 500 кгс. Назначенный ресурс модернизированного двигателя превышает 3 000 часов. Двигатель имеет минимальные отличия от серий 3, 20 и 23. Повышены тяговые характеристики при снижении удельных расходов топлива, в том числе и на бесфорсажных режимах. Не требует доработки борта самолета при постановке на самолеты типа Су-27, Су-30, Су-34 вместо двигателей других серий. Модернизация возможна при проведении ремонта двигателей ранних серий. ЛТХ и эксплуатационные характеристики ЛА улучшены за счет повышения параметров и исключения системы кислородной подпитки. Повышена точность регулирования и качество диагностики.
sdelanounas.ru
АЛ-31Ф (двигатель) Википедия
| АЛ-31Ф | |
|---|---|
| Двигатель АЛ-31ФН | |
| Тип | Турбовентиляторный двигатель |
| Страна | СССР СССР |
| Использование | |
| Годы эксплуатации | с 1984 года |
| Применение | Су-27 и его модификации |
| Развитие | АЛ-41Ф1 |
| Производство | |
| Конструктор | А. М. Люлька, В. М. Чепкин |
| Год создания | c начала 1970-х до 1985 года |
| Производитель | АО «НПЦ газотурбостроения «Салют», АО «УМПО» |
| Годы производства | с 1981 года |
| Варианты | АЛ-31Ф АЛ-31ФП АЛ-31Ф серии 3 АЛ-31ФН АЛ-31Ф М1 АЛ-31Ф М2 Р-32 АЛ-31СТ |
| Массогабаритные характеристики | |
| Сухая масса | 1530 кг |
| Длина | 4950 мм |
| Диаметр | 1180 мм |
| Рабочие характеристики | |
| Тяга | 7670 кгс |
| Тяга на форсаже | 12500 кгс |
| Ресурс | 1000 ч |
| Температура турбины | 1427 °C |
| Степень повышения давления | 23 |
| Управление | электромеханическое |
| Расход воздуха | до 112 кг/с |
| Расход топлива | 3,96 кг/с кг/ч |
| Удельный расход топлива | 0,75 [1] кг/кгс·ч |
| Степень двухконтурности | 0,571 |
| Медиафайлы на Викискладе | |
АЛ-31Ф — базовый двигатель серии авиационных высокотемпературных турбореактивных двухконтурных двигателей с форсажными камерами.
Разработан под руководством А. М. Люльки в НПО «Сатурн». АЛ — первые буквы имени и фамилии: Архип Люлька, модель — 31, Ф — форсажная камера.
Содержание
- 1 История
- 2 Особенности конструкции
- 3 Модификации
- 3.1 АЛ-31Ф
- 3.1.1 Характеристики
- 3.2 АЛ-31ФП
- 3.3 Р-32
- 3.4 АЛ-31Ф3
- 3.5 АЛ-31ФН
- 3.6 АЛ-31Ф М1
- 3.7 АЛ-31Ф М2
- 3.8 АЛ-31Ф М3
- 3.9 АЛ-41Ф1С (Изделие 117С)
- 3.10 АЛ-31СТ
- 3.1 АЛ-31Ф
- 4 Ссылки
- 5 Примечания
ru-wiki.ru