Вертолетный двигатель – Вертолетные двигатели: обзор, характеристики

Вертолетные двигатели: обзор, характеристики

На сегодняшний день люди изобрели множество разных видов техники, которая может не только перемещаться по дорогам, но и летать. Самолеты, вертолеты и другие летательные аппараты позволили исследовать воздушное пространство. Вертолетные двигатели, которые потребовались для нормальной работоспособности соответствующих машин отличаются высокой мощностью.

Общее описание устройства

В настоящее время такие агрегаты бывают двух типов. Первый вид – это поршневые или же двигатели внутреннего сгорания. Второй вид – воздушно-реактивные моторы. Кроме того, в качестве вертолетного двигателя может выступать еще и ракетный. Однако он обычно применяется не в качестве основного, а кратковременно включается в работу машины, когда необходима дополнительная мощность, к примеру, во время посадки или же взлета техники.

Раньше довольно часто использовались турбовинтовые двигатели для установки на вертолеты. У них была одновальная схема, однако они достаточно сильно стали вытесняться другими типами оборудования. Особенно сильно это стало заметно на многодвигательных вертолетах. На такой технике наиболее широкое распространение получили двухвальные турбовинтовые вертолетные двигатели с так называемой свободной турбиной.

Двухвальные агрегаты

Отличительная черта таких устройств была в том, что у турбокомпрессора отсутствовала прямая механическая связь с несущим винтом. Применение двухвальных турбовинтовых агрегатов считалось довольно эффективным, так как они позволяли наиболее полно использовать силовое устройство вертолета. Все дело в том, что в таком случае частота вращения несущего винта техники не зависела от частоты вращения турбокомпрессора, это в свою очередь позволяло подбирать оптимальную частоту под каждый режим полета отдельно. Если говорить другими словами, то двухвальный турбовинтовой вертолетный двигатель обеспечивал эффективную и надежную работу силовой установки.

Реактивный привод винта

В вертолетах также используется реактивный привод винта. В таком случае окружное усилие будет прикладываться непосредственно к самим лопастям винта, не применяя при этом тяжелой и сложной механической трансмиссии, которая бы заставляла вращаться весь винт целиком. Чтобы создать такое окружное усилие, используются либо автономные реактивные двигатели, которые располагаются на лопастях несущего винта, либо прибегают к истечению газа (сжатому воздуху). В данном случае выходить газ будет через специальные сопловые отверстия, которые располагаются на конце каждой лопасти.

Что касается экономичной работы реактивного привода, то здесь она будет уступать механическому. Если выбирать наиболее экономичный вариант только среди реактивных устройств, то лучшим является турбореактивный двигатель, который располагается на лопастях винта. Однако конструктивно создать такое приспособление оказалось слишком трудно, именно поэтому широкого практического применения такие приборы не получили. Из-за этого заводы вертолетных двигателей не стали заниматься его массовым производством.

Первые модели турбовальных устройств

Первые турбовальные двигатели были созданы еще в 60–70 гг. Необходимо упомянуть, что в то время такое оборудование полностью отвечало всем запросам не только гражданской авиации, но и военной. Такие агрегаты были способны обеспечить паритет, а в некоторых случаях и превосходство над изобретениями конкурентов. Наиболее массовое производство вертолетных двигателей турбовального типа обеспечивалось за счет сборки модели ТВ3-117. Стоит отметить, что этот аппарат имел несколько разных модификаций.

Кроме него, хорошее распространение получила также модель Д-136. До выхода этих двух моделей выпускались Д-25В и ТВ2-117, однако на тот момент они уже не могли оказать конкуренцию новым двигателям, а потому их производство прекратили. Однако справедливо будет сказать, что их было выпущено достаточно много, и они все еще установлены на тех видах воздушного транспорта, которые были выпущены достаточно давно.

Градация оборудования

В середине 80-х годов возникла необходимость в унификации устройства вертолетного двигателя. Чтобы решить поставленную задачу, все турбовальные и турбовинтовые двигатели, имеющиеся на тот момент, было решено привести к общему типоразмерному ряду. Данное предложение было принято на правительственном уровне, а потому возникло деление на 4 категории.

Первая категория – это устройства мощностью 400 л. с., вторая – 800 л. с., третья – 1600 л. с. и четвертая – 3200 л. с. Помимо этого, было разрешено создание еще двух моделей вертолетного газотурбинного двигателя. Их мощность составляла 250 л. с. (0 категория) и 6000 л. с. (5 категория). Кроме этого, подразумевалось, что каждая категория этих устройств будет способна формировать мощность на 15–25 %.

Дальнейшее развитие

Для того чтобы полностью обеспечить развитие и строительство новых моделей, ЦИАМ провела достаточно обширную научно-исследовательскую работу. Это позволило получить научно-технический задел (НТЗ), по которому будет идти развитие данного направления.

В таком НТЗ указывалось, что принцип работы вертолетных двигателей будущих поколений должен строиться на простом принципе термодинамического цикла Брайтона. В этом случае развитие и строительство новых агрегатов будет перспективным. Что касается конструктивного исполнения новых моделей, то они должны быть с одновальным газогенератором, а силовая турбина с выводом вала мощности вперед через данный газогенератор. Кроме этого, в конструкцию должен входить и встроенный редуктор.

В соответствии со всеми требованиями научно-технического задела на Омском МКБ были начаты работы по изготовлению такой модели двигателя для вертолета, как ТВ ГДТ ТВ-0-100, мощность этого аппарата должна была составлять 720 л. с., а применять его было решено на такой машине, как Ка-126. Однако в 90-е годы все работы были остановлены, несмотря на то что в тот период устройство было достаточно совершенным, а также имело возможность форсировать мощность до таких показателей, как 800–850 л. с.

Производство на ОАО «Рыбинские моторы»

В это же время на ОАО «Рыбинские моторы» занимались доводкой такой модели двигателя, как ТВ ГДТ РД-600В. Мощность устройства составляла 1300 л. с., а использовать его планировали для такого типа вертолета, как Ка-60. Газогенератор для такого агрегата был выполнен по достаточно компактной схеме, в которую входил четырехступенчатый центробежный компрессор. В нем были 3 осевых ступени и 1 центробежная. Частота вращения, которую обеспечивал такой агрегат, достигала 6000 об/мин. Отличным дополнением было и то, что такой двигатель дополнительно снабжался защитой от пыли и грязи, а также от попадания других посторонних предметов. Данный тип двигателя прошел множество разнообразных испытаний, а его окончательная сертификация была завершена в 2001 году.

Далее стоит отметить, что параллельно с доработкой этого мотора специалисты работали над созданием турбовинтового двигателя ТВД-1500Б, который планировалось применять на вертолетах модели Ан-38. Мощность данной модели всего на 100 л. с. выше и, таким образом, составляла 1400 л. с. Что касается газогенератора, то его схема и комплектация были такими же, как и на модели РД-600В. При их разработке, создании и комплектации планировалось, что они будут составлять базу для семейства таких двигателей, как турбовальные, турбовинтовые.

Мотоцикл с вертолетным двигателем

На сегодняшний день производство различного рода техники продвинулось достаточно широко. Это справедливо практически для всех отраслей, включая производство мотоциклов. Каждый производитель старался всегда сделать свою новую модель более уникальной и оригинальной, чем у конкурентов. Из-за такого стремления не так давно компания Marine Turbine Technologies выпустила первый мотоцикл, в конструкцию которого входил вертолетный двигатель. Естественно, что данное изменение сильно затронуло как конструктивную часть машины, так и ее технические характеристики.

Параметры техники

Естественно, что характеристики мотоцикла, который имеет в своем распоряжении двигатель от вертолета, обладает также уникальными техническими параметрами. Кроме того, что такое нововведение позволило разогнать мотоцикл до практически немыслимых 400 км/ч, есть и другие свойства, на которые также стоит обратить свое внимание.

Во-первых, объем топливного бака у такой модели составляет 34 литра. Во-вторых, вес техники достаточно сильно увеличился и составляет 208,7 кг. Мощность такого мотоцикла составляет 320 лошадиных сил. Максимальная возможная скорость, которую удалось развить на таком аппарате – 420 км/ч, а размер его колесных дисков составляет 17 дюймов. Последнее, о чем стоит сказать, так это о том, что работа вертолетного двигателя сильно сказалась и на процессе разгона, из-за чего техника достигает своего предела за считаные секунды.

Первое такое творение, которое компания Marine Turbine Technologies показала миру, называлось Y2K. Тут можно добавить, что точное время разгона до 100 км/ч занимает всего полторы секунды.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что отрасль по созданию вертолетных двигателей прошла достаточно долгий путь, а нынешнее развитие технологий позволило применять продукцию даже в такой технике, как мотоциклы.

fb.ru

Турбовальный двигатель. | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.

Привет!

Центробежная ступень компрессора ТВаД.

Сегодня продолжаем серию рассказов о типах авиационных двигателей.

Как известно, основной узел любого газотурбинного двигателя ( ГТД) – это турбокомпрессор. В нем компрессор работает в связке с турбиной, которая его вращает. Функции турбины этим могут и ограничиться. Тогда вся оставшаяся полезная энергия газового потока, проходящего через двигатель, срабатывается в выходном устройстве (реактивном сопле). Как говорил мой преподаватель «спускается на ветер» :-). Тем самым создается реактивная тяга и ГТД становится обычным турбореактивным двигателем (ТРД).

Но можно сделать и по-другому. Турбину ведь можно заставить кроме компрессора вращать и другие нужные агрегаты, используя ту самую оставшуюся полезную энергию. Это может быть, например, самолетный воздушный винт. В этом случае ГТД становится уже турбовинтовым двигателем, в котором 10-15% энергии все же расходуется «на воздух» :-), то есть создает реактивную тягу.

Принцип работы турбовального двигателя.

Но если вся полезная энергия в двигателе срабатывается на валу и через него передается для привода агрегатов, то мы уже имеем так называемый турбовальный двигатель (ТваД).

Такой двигатель чаще всего имеет свободную турбину. То есть вся турбина как бы поделена на две части, между собой механически несвязанные. Связь между ними только газодинамическая. Газовый поток, вращая первую турбину, отдает часть своей мощности для вращения компрессора и далее, вращая вторую, тем самым через вал этой (второй) турбины приводит в действие полезные агрегаты. Сопла на таком двигателе нет. То есть выходное устройство для отработанных газов конечно имеется, но соплом оно не является и тяги не создает. Просто труба… Зачастую еще и искривленная :-).

Компоновка двигателя Arriel 1E2.

Турбовальный двигатель ARRIEL 1E2.

Eurocopter BK 117 c 2-мя турбовальными двигателями Arriel 1E2.

Выходной вал ТваД, с которого снимается вся полезная мощность, может быть направлен как назад, через канал выходного устройства, так и вперед, либо через полый вал турбокомпрессора, либо через редуктор вне корпуса двигателя.

Компоновка двигателя Arrius 2B2.

Турбовальный двигатель ARRIUS 2B2.

Eurocopter EC 135 с 2-мя турбовальными двигателями Arrius 2B2.

Надо сказать, что редуктор – непременная принадлежность турбовального двигателя. Ведь скорость вращения как ротора турбокомпрессора, так и ротора свободной турбины велика настолько, что это вращение не может быть напрямую передано на приводимые агрегаты. Они просто не смогут выполнять свои функции и даже могут разрушиться. Поэтому между свободной турбиной и полезным агрегатом обязательно ставится редуктор для снижения частоты вращения приводного вала.

Компоновка двигателя Makila 1A1.

Турбовальный двигатель MAKILA 1A1

Eurocopter AS 332 Super Puma с 2-мя турбовальными двигателями Makila 1A1

Компрессор у ТваД может быть осевым (если двигатель мощный) либо центробежным. Часто компрессор бывает и смешанным по конструкции, то есть в нем есть как осевые, так и центробежные ступени. В остальном принцип работы этого двигателя такой же, как и у ТРД. Примером разнообразия конструкций ТваД могут служить двигатели известной французской двигателестроительной фирмы TURBOMEKA. Здесь я представляю ряд иллюстраций на эту тему (их сегодня вообще много как-то получилось :-)… Ну много — не мало… :-)).

Компоновка двигателя Arrius 2K1

Турбовальный двигатель ARRIUS 2K1.

Вертолет Agusta A-109S с 2-мя турбовальными двигателями Arrius 2K1.

Основное свое применение турбовальный двигатель находит сегодня конечно же в авиации, по большей части на вертолетах. Его часто и называют вертолетный ГТД. Полезная нагрузка в этом случае – несущий винт вертолета. Известным примером ( кроме французов :-))могут служить широко распространенные до сих пор отличные классические вертолеты МИ-8 и МИ-24 с двигателями ТВ2-117 и ТВ3-117.

Вертолет МИ-8Т с 2-мя турбовальными двигателями ТВ2-117.

Турбовальный двигатель ТВ2-117.

Вертолет МИ-24 с 2-мя турбовальными двигателями ТВ3-117.

Турбовальный двигатель ТВ3-117 для вертолета МИ-24.

Кроме того ТваД может применяться в качестве вспомогательной силовой установки (ВСУ, о ней подробнее в следующей статье :-)), а также в виде специальных устройств для запуска двигателей. Такие устройства представляют собой миниатюрный турбовальный двигатель, свободная турбина которого раскручивает ротор основного двигателя при его запуске. Называется такое устройство турбостартер. В качестве примера могу привести турбостартер ТС-21, используемый на двигателе АЛ-21Ф-3, который устанавливается на самолеты СУ-24, в частности на мой родной СУ-24МР :-)…

Двигатель АЛ-21Ф-3 с турбостартером ТС-21.

Турбостартер ТС-21, снятый с двигателя.

Фронтовой бомбардировщик СУ-24М с 2-мя двигателями АЛ-21Ф-3.

Однако, говоря о турбовальных двигателях, нельзя не сказать о совсем неавиационном направлении их использования. Дело в том, что ведь изначально газотурбинный двигатель не был монополией авиации. Главный его рабочий орган, газовая турбина, создавался задолго до появления самолетов. И предназначался ГТД для целей более прозаических, нежели полеты в воздушной стихии :-). Эта самая воздушная стихия его все же завоевала. Однако неавиационное приземленное предназначение существует и серьезности своей не потеряло, скорее наоборот.

На земле, так же как и в воздухе ГТД (турбовальный двигатель) применяется на транспорте.

Первое – это перекачка природного газа по крупным магистралям через газоперекачивающие станции. ГТД используются здесь в качестве мощных насосов.

Второе – это водный транспорт. Суда, использующие турбовальные газотурбинные двигатели называют газотурбоходы. Это чаще всего суда на подводных крыльях, у которых гребной винт приводит в движение турбовальный двигатель механически через редуктор или электрически через генератор, который он вращает. Либо это суда на воздушной подушке, которая создается при помощи ГТД.

Газотурбоход «Циклон-М» с 2-мя газотурбинными двигателями ДО37.

Пасажирских газотурбоходов за российскую историю было всего два. Последнее очень перспективное судно «Циклон-М» появилось в очень неудобное для себя время в 1986 году. Успешно пройдя все испытания, оно «благополучно» перестало существовать для России. Перестройка… Более таких судов не строили. Зато у военных в этом плане дела обстоят несколько лучше. Чего стоит один только десантный корабль «Зубр», самое большое в мире судно на воздушной подушке.

Десантный корабль на воздушной подушке «Зубр» с газотурбинными двигателями.

Третье – это железнодорожный транспорт. Локомотивы на которых стоят турбовальные газотурбинные двигатели, называют газотурбовозы. На них используется так называемая электрическая передача. ГТД вращает электрогенератор, а вырабатываемый им ток, в свою очередь, вращает электродвигатели, приводящие локомотив в движение. В 60-е годы прошлого века в СССР проходили довольно успешную опытную эксплуатацию три газотурбовоза. Два пассажирских и один грузовой. Однако они не выдержали соревновавния с электровозами и в начале 70-х проект был свернут. Но в 2007 году по инициативе ОАО «РЖД» был изготовлен опытный образец газотурбовоза с ГТД, работающем на сжиженном природном газе (опять криогенное топливо :-)). Газотурбовоз успешно прошел испытания, планируется его дальнейшая эксплуатация.

И наконец четвертое, самое, наверное, экзотическое… Танки. Грозные боевые машины. На сегодняшний момент достаточно широко известны два типа ныне использующихся боевых танков с газотурбинными двигателями. Это американский М1 Abrams и российский Т-80.

Танк M1A1 Abrams с газотурбинным двигателем AGT-1500.

Во всех вышеописанных случаях применения ГТД (суть турбовальный двигатель), он обычно заменяет дизельный двигатель. Это происходит потому, что (как я уже описывал здесь) при одинаковых размерах турбовальный двигатель значительно превосходит дизельный по мощности, имеет гораздо меньший вес и шумность.

Танк Т-80 с газотурбинным двигателем ГТД-1000Т.

Однако у него есть и крупный недостаток.Он обладает сравнительно низким коэффициентом полезного действия, что обуславливает большой расход топлива. Это естественно снижает запас хода любого транспортного средства (и танка в том числе :-)). Кроме того он чувствителен к грязи и посторонним предметам, всасываемым вместе с воздухом. Они могут повредить лопатки компрессора. Поэтому приходится создавать достаточно объемные системы очистки при использовании такого двигателя.

Эти недостатки достаточно серьезны. Именно поэтому турбовальный двигатель получил гораздо большее распространение в авиации, чем в наземном транспорте. Там этот трудяга-движок, ничего не пуская «на ветер» :-), заставляет подниматься в воздух вертолеты. И они в родной для них стихии из несуразных, на первый взгляд, машин превращаются в изумительные по красоте и возможностям творения рук человеческих… Все-таки авиация – это здорово :-)…

P.S. Вы только посмотрите, что они вытворяют!

Все фотографии и схемы кликабельны.

No related posts.

avia-simply.ru

Двигатель вертолета. Фото. Видео. Определение.

 

 

Двигатель вертолета служит для вращения несущего винта. Если на вертолете имеется несколько несущих винтов, то они могут приводиться во вращение от одного общего двигателя или каждый от отдельного двигателя, но так, чтобы вращение винтов было строго синхронизировано.

Назначение двигателя на вертолете отличается от назначения двигателя на самолете, автожире, дирижабле, так как в первом случае он вращает несущий винт, посредством которого создает как тягу, так и подъемную силу, в остальных же случаях он вращает тянущий винт, создавая только тягу «ли силу реакции газовой струи (на реактивном самолете), также дающей только тягу.

Если на вертолете установлен поршневой двигатель, то в его конструкции должен быть учтен ряд особенностей, присущих вертолету.

 

Двигатель вертолета

 

Вертолет может летать при отсутствии поступательной скорости, т. е. висеть неподвижно относительно воздуха. В этом случае отсутствует обдув и охлаждение двигателя, водо-радиатора и маслорадиатора, в результате чего возможен перегрев двигателя и выход его из строя. Поэтому на вертолете целесообразней применять двигатель не водяного, а воздушного охлаждения, так как последний не нуждается в тяжелой и громоздкой системе жидкостного охлаждения, для которой на вертолете потребовались бы очень большие поверхности охлаждения.

Двигатель воздушного охлаждения, обычно устанавливаемый на вертолете в туннеле, должен иметь привод для вентилятора принудительного обдува, который обеспечивает охлаждение двигателя на режиме висения и при горизонтальном полете, когда скорость относительно невелика.

В этом же туннеле устанавливается маслорадиатор. Регулировка температуры двигателя и масла может осуществляться путем изменения величины входного или выходного отверстий туннеля при помощи подвижных заслонок, управляемых из кабины летчика вручную или автоматически.

Авиационный поршневой двигатель обычно имеет номинальное число оборотов порядка 2000 в минуту. Понятно, что полное число оборотов двигателя на винт передавать нельзя, так как при этом концевые скорости лопастей будут настолько велики, что вызовут возникновение скоростного срыва потока. Из этих соображений число М на концах лопастей должно быть не более 0,7—0,8. Кроме того, при больших центробежных силах несущий винт был бы тяжелой конструкции.

Подсчитаем, какова величина максимально допустимых оборотов несущего винта диаметром в 12 м, при которых число М концов лопастей не превышает 0,7 для высоты полета в 5000 м при скорости полета в 180 км/час,

 

Двигатель вертолета

 

Итак, двигатель для вертолета обязательно должен иметь редуктор с высокой степенью редукции.

На самолете двигатель всегда жестко соединен с винтом. Прочный, малого диаметра цельнометаллический винт легко выдерживает рывки, сопровождающие запуск поршневого двигателя, когда он резко набирает несколько сот оборотов. Винт вертолета, имеющий большой диаметр, далеко разнесенные от оси вращения массы п, следовательно, большой момент инерции, не рассчитан на резкие переменные нагрузки в плоскости вращения; при запуске может произойти повреждение лопастей от пусковых рывков.

Поэтому необходимо, чтобы в момент запуска несущий винт вертолета был отсоединен от двигателя, т. е. двигатель должен запускаться вхолостую, без нагрузки. Обычно это осуществляется введением в конструкцию двигателя фрикционной и кулачковой муфт.

Перед запуском двигателя муфты должны быть выключены, при этом вращение вала двигателя на несущий винт не передается.

Однако без нагрузки двигатель может развить очень большие обороты (дать раскрутку), которые вызовут его разрушение. Поэтому при запуске до включения муфт нельзя полностью открывать дроссельную заслонку карбюратора двигателя и превышать установленное число оборотов.

 

Двигатель вертолета

 

Когда двигатель уже запущен, необходимо соединить его с несущим винтом посредством фрикционной муфты.

В качестве фрикционной муфты может служить гидравлическая муфта, состоящая из нескольких металлических дисков, покрытых материалом, обладающим высоким коэффициентом трения. Часть дисков соединена с валом редуктора двигателя, а промежуточные диски соединены с приводом главного вала к несущему винту. До тех пор, пока диски не сжаты, они свободно проворачиваются относительно друг друга. Сжатие дисков осуществляется поршнем. Подача масла с высоким давлением под поршень заставляет поршень передвигаться и постепенно сжимать диски. При этом крутящий момент от двигателя передается на винт постепенно, плавно раскручивая винт.

Счетчики оборотов, установленные в кабине, показывают числа оборотов двигателя и винта. Когда обороты двигателя и винта равны, это означает, что диски гидравлической муфты плотно прижаты друг к другу и можно считать, что муфта соединена по типу жесткого сцепления. В этот момент может быть плавно (без рывков) включена кулачковая муфта.

Наконец, для обеспечения возможности самовращения, несущего винта надо, чтобы винт автоматически отключался от двигателя. До тех пор, пока двигатель работает и вращает винт, кулачковая муфта находится в зацеплении. При отказе же двигателя его обороты быстро уменьшаются, но несущий винт некоторое время по инерции продолжает вращение с тем же числом оборотов; в этот момент кулачковая муфта выходит из зацепления.

Несущий винт, отсоединенный от двигателя, может продолжать затем вращение на режиме самовращения.

Полет на режиме самовращения с учебными целями производится при выключенном двигателе или при работающем двигателе, в последнем случае обороты его уменьшаются настолько, чтобы винт (с учетом редукции) делал большее число оборотов, чем коленчатый вал двигателя.

После посадки вертолета обороты двигателя сначала уменьшаются, выключается муфта сцепления, а затем останавливается двигатель. При стоянке вертолета винт всегда должен быть заторможен, иначе он может начать вращаться от порывов ветра.

 

Двигатель вертолета

 

Мощность двигателя вертолета расходуется на преодоление сопротивления вращения несущего винта, на вращение рулевого винта (6—8%), на вращение вентилятора (4—6%) и на преодоление потерь в трансмиссии (5—7%).

Таким образом, несущий винт использует не всю мощность двигателя, а только часть ее. Использование винтом мощности двигателя учитывается коэффициентом, который показывает, какую часть мощности двигателя использует несущий винт. Чем выше этот коэффициент, тем более совершенна конструкция вертолета. Обычно = 0,8, т. е. винт использует 80 % мощности двигателя:

Мощность поршневого двигателя зависит от весового заряда воздуха, всасываемого в цилиндры, или от плотности окружающего воздуха. В связи с тем, что с поднятием на высоту плотность окружающего воздуха уменьшается, постоянно падает также мощность двигателя. Такой двигатель носит название невысотного. С поднятием на высоту 5000—6000 м мощность такого двигателя уменьшается примерно вдвое.

Для того чтобы до определенной высоты мощность двигателя не только падала, а даже увеличивалась, на магистрали всасывания воздуха в двигатель ставят нагнетатель, повышающий плотность всасываемого воздуха. За счет нагнетателя мощность двигателя до определенной высоты, называемой расчетной, возрастает, а затем падает так же, как у невысотного.

Нагнетатель приводится во вращение от коленчатого зала двигателя. Если в передаче от коленчатого вала к нагнетателю имеются две скорости, причем при включении второй скорости увеличиваются обороты нагнетателя, то с поднятием на высоту можно дважды обеспечивать повышение мощности. Такой двигатель имеет уже две расчетные высоты.

На вертолетах, как правило, устанавливаются двигатели с нагнетателями.

Агрегаты техники

avia.pro

📌 Вертолётный двигатель — это… 🎓 Что такое Вертолётный двигатель?



Вертолётный двигатель

         На некоторых вертолётах применяли самолётные турбовинтовые двигатели (См. Турбовинтовой двигатель) одновальной схемы, которые вытесняются, особенно на многодвигательных вертолётах, двухвальными турбовинтовыми двигателями с так называемой свободной турбиной (рис.). В таких двигателях турбокомпрессор не имеет механической связи с несущим винтом. Применение двухвального двигателя повышает эффективность использования силовой установки вертолёта, которая, независимо от частоты вращения турбокомпрессора, устанавливает наивыгоднейшую для каждого режима полёта частоту вращения несущего винта. Двухвальные двигатели со свободной турбиной обеспечивают более высокую надёжность работы силовой установки.

         Возможен также реактивный привод несущего винта. При этом окружное усилие прикладывается непосредственно к лопастям несущего винта без применения тяжёлой и сложной механической трансмиссии. Окружное усилие создаётся или автономными реактивными двигателями, установленными на лопастях несущего винта, или истечением газа (сжатого воздуха) из сопловых отверстий, расположенных на концах лопастей. Экономичность реактивного привода ниже механического. Из реактивных приводов наиболее экономичным является привод с турбореактивными двигателями на лопастях винта, однако из-за сложности конструкции он не получил практического применения.

         Лит.: Силовые установки вертолетов. Сб. ст., под ред. М. М. Масленникова, М., 1959; Вертолетные газотурбинные двигатели. Сб. ст., под ред. М. М. Масленникова, М., 1966.

         Г. Н. Леонов.

        

        Схема вертолётного турбовинтового двигателя со свободной турбиной: 1 — компрессор; 2 — камера сгорания; 3 — турбина для привода компрессора; 4 — свободная турбина.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.

• Вертолётная площадка
• Вертолётный спорт

Смотреть что такое «Вертолётный двигатель» в других словарях:

• вертолётный — см. вертолёт; ая, ое. Вертолётный двигатель. В ая площадка …   Словарь многих выражений

• вертолётный — ая, ое. прил. к вертолет. Вертолетный двигатель …   Малый академический словарь

• Вертолёт —         летательный аппарат тяжелее воздуха с вертикальными взлётом и посадкой, подъёмная сила в котором создаётся одним или несколькими (чаще двумя) несущими винтами. Слово «вертолёт» введено вместо иностранного «геликоптер». В. взлетает… …   Большая советская энциклопедия

• вертолёт — летательный аппарат тяжелее воздуха, у которого подъёмная сила и тяга для горизонтального полёта создаются одним или двумя т. н. несущими винтами. Вертолёт может взлетать вертикально с места без разбега и садиться без пробежки, он может… …   Энциклопедия техники

• вертолёт — а; м. Летательный аппарат тяжелее воздуха, с вертикальным взлётом и посадкой, подъёмная сила которого создаётся горизонтальными несущими винтами; геликоптер. Грузовой, военный, санитарный в. Одновинтовой в. ◁ Вертолётный, ая, ое. В. двигатель. В… …   Энциклопедический словарь

• вертолёт — Рис. 1. Основные схемы вертолётов. вертолёт — летательный аппарат, у которого подъёмная сила и пропульсивная сила для горизонтального полёта создаются одним или несколькими несущими винтами (НВ). В. может совершать вертикальные взлет и… …   Энциклопедия «Авиация»

• вертолёт — Рис. 1. Основные схемы вертолётов. вертолёт — летательный аппарат, у которого подъёмная сила и пропульсивная сила для горизонтального полёта создаются одним или несколькими несущими винтами (НВ). В. может совершать вертикальные взлет и… …   Энциклопедия «Авиация»

• Специальный лётный отряд «Россия» — ИКАО RSD Позывной State Aero Дата основания 1956 …   Википедия

• Воздушно-реактивный двигатель — (ВРД)  тепловой реактивный двигатель, в качестве рабочего тела которого используется смесь забираемого из атмосферы воздуха и продуктов окисления топлива кислородом, содержащимся в воздухе. За счёт реакции окисления рабочее тело нагревается… …   Википедия

• Комбинированный вертолёт — Винтокрыл  аэродинамический летательный аппарат, способный к вертикальному взлёту и посадке, в котором подъёмная сила создаётся комбинированной несущей системой, состоящей из одного или двух несущих винтов и крыла. Представляет собой комбинацию… …   Википедия

dic.academic.ru

Газотурбинный двигатель самолета. Фото. Строение. Характеристики.

 

Авиационные газотурбинные двигатели.

 

На сегодняшний день, авиация практически на 100% состоит из машин, которые используют газотурбинный тип силовой установки. Иначе говоря – газотурбинные двигатели. Однако, несмотря на всю возрастающую популярность авиаперелетов сейчас, мало кто знает каким образом работает тот жужжащий и свистящий контейнер, который висит под крылом того или иного авиалайнера.

 

Принцип работы газотурбинного двигателя.

 

Газотурбинный двигатель, как и поршневой двигатель на любом автомобиле, относится к двигателям внутреннего сгорания. Они оба преобразуют химическую энергию топлива в тепловую, путем сжигания, а после — в полезную, механическую. Однако то, как это происходит, несколько отличается. В обоих двигателях происходит 4 основных процесса – это: забор, сжатие, расширение, выхлоп. Т.е. в любом случае в двигатель сначала входит воздух (с атмосферы) и топливо (из баков), далее воздух сжимается и в него впрыскивается топливо, после чего смесь воспламеняется, из-за чего значительно расширяется, и в итоге выбрасывается в атмосферу. Из всех этих действий выдает энергию лишь расширение, все остальные необходимы для обеспечения этого действия.

А теперь в чем разница. В газотурбинных двигателях все эти процессы происходят постоянно и одновременно, но в разных частях двигателя, а в поршневом – в одном месте, но в разный момент времени и по очереди. К тому же, чем более сжат воздух, тем большую энергию можно получить при сгорании, а на сегодняшний день степень сжатия газотурбинных двигателей уже достигла 35-40:1, т.е. в процессе прохода через двигатель воздух уменьшается в объеме, а соответственно увеличивает свое давление в 35-40 раз. Для сравнения в поршневых двигателях этот показатель не превышает 8-9:1, в самых современных и совершенных образцах. Соответственно имея равный вес и размеры газотурбинный двигатель гораздо более мощный, да и коэффициент полезного действия у него выше. Именно этим и обусловлено такое широкое применения газотурбинных двигателей в авиации в наши дни.

 

А теперь подробней о конструкции. Четыре вышеперечисленных процесса происходят в двигателе, который изображен на упрощенной схеме под номерами:

• забор воздуха – 1 (воздухозаборник)
• сжатие – 2 (компрессор)
• смешивание и воспламенение – 3 (камера сгорания)
•  выхлоп – 5 (выхлопное сопло)
• Загадочная секция под номером 4 называется турбиной. Это неотъемлемая часть любого газотурбинного двигателя, ее предназначение – получение энергии от газов, которые выходят после камеры сгорания на огромных скоростях, и находится она на одном валу с компрессором (2), который и приводит в действие.

 

Таким образом получается замкнутый цикл. Воздух входит в двигатель, сжимается, смешивается с горючим, воспламеняется, направляется на лопатки турбины, которые снимают до 80% мощности газов для вращения компрессора, все что осталось и обуславливает итоговую мощность двигателя, которая может быть использована разными способами.

В зависимости от способа дальнейшего использования этой энергии газотурбинные двигатели подразделяются на:

• турбореактивные
• турбовинтовые
• турбовентиляторные
• турбовальные

 

Двигатель, изображенный на схеме выше, является турбореактивным. Можно сказать «чистым» газотурбинным, ведь газы после прохождения турбины, которая вращает компрессор, выходят из двигателя через выхлопное сопло на огромной скорости и таким образом толкают самолет вперед. Такие двигатели сейчас используются в основном на высокоскоростных боевых самолетах.

Турбовинтовые двигатели отличаются от турбореактивных тем, что имеют дополнительную секцию турбины, которая еще называется турбиной низкого давления, состоящую из одного или нескольких рядов лопаток, которые отбирают оставшуюся после турбины компрессора энергию у газов и таким образом вращает воздушный винт, который может находится как спереди так и сзади двигателя. После второй секции турбины, отработанные газы выходят фактически уже самотеком, не имея практически никакой энергии, поэтому для их вывода используются просто выхлопные трубы. Подобные двигатели используются на низкоскоростных, маловысотных самолетах.

Турбовентиляторные двигатели имеют схожую схему с турбовинтовыми, только вторая секция турбины отбирает не всю энергию у выходящих газов, поэтому такие двигатели также имеют выхлопное сопло. Но основное отличие состоит в том, что турбина низкого давления приводит в действия вентилятор, который закрыт в кожух. Потому такой двигатель еще называется двуконтурным, ведь воздух проходит через внутренний контур (сам двигатель) и внешний, который необходим лишь для направления воздушной струи, которая толкает двигатель вперед. Потому они и имеют довольно «пухлую» форму. Именно такие двигатели применяются на большинстве современных авиалайнеров, поскольку являются наиболее экономичными на скоростях, приближающихся к скорости звука и эффективными при полетах на высотах выше 7000-8000м и вплоть до 12000-13000м.

Турбовальные двигатели практически идентичны по конструкции с турбовинтовыми, за исключением того, что вал, который соединен с турбиной низкого давления, выходит из двигателя и может приводить в действие абсолютно что угодно. Такие двигатели используются в вертолетах, где два-три двигателя приводят в действие единственный несущий винт и компенсирующий хвостовой пропеллер. Подобные силовые установки сейчас имеют даже танки – Т-80 и американский «Абрамс». 

 

Газотурбинные двигатели имеют классификацию также по другим признакам:

• по типу входного устройства (регулируемое, нерегулируемое)
•  по типу компрессора (осевой, центробежный, осецентробежный)
• по типу воздушно-газового тракта (прямоточный, петлевой)
• по типу турбин (число ступеней, число роторов и др.)
• по типу реактивного сопла (регулируемое, нерегулируемое) и др.

 

Турбореактивный двигатель с осевым компрессором получил широкое применение. При работающем двигателе идет непрерывный процесс. Воздух проходит через диффузор, притормаживается и попадает в компрессор. Затем он поступает в камеру сгорания. В камеру через форсунки подается также топливо, смесь сжигается, продукты сгорания перемещаются через турбину. Продукты сгорания в лопатках турбины расширяются и приводят ее во вращение. Далее газы из турбины с уменьшенным давлением поступают в реактивное сопло и с огромной скоростью вырываются наружу, создавая тягу. Максимальная температура имеет место и на воде камеры сгорания.

Компрессор и турбина расположены на одном валу. Для охлаждения продуктов сгорания подается холодный воздух. В современных реактивных двигателях рабочая температура может превышать температуру плавления сплавов рабочих лопаток примерно на 1000 °С. Система охлаждения деталей турбины и выбор жаропрочных и жаростойких деталей двигателя — одни из главных проблем при конструировании реактивных двигателей всех типов, в том числе и турбореактивных.

Особенностью турбореактивных двигателей с центробежным компрессором является конструкция компрессоров. Принцип работы подобных двигателей аналогичен двигателям с осевым компрессором.

 

 

Газотурбинный двигатель. Видео.

 

Полезные статьи по теме.

 

Ещё узлы и агрегаты

 

avia.pro

Вертолетные двигатели: теперь наши

Разработан план развития и модернизации авиационных вертолетных двигателей. Начальник отдела малоразмерных газотурбинных двигателей Центрального института авиационного моторостроения им. П. И. Баранова (ЦИАМ) Юрий Фокин обозначил основные проблемы вертолетного двигателестроения и перспективы развития отрасли, сообщает информационный портал Aviaport.

По словам эксперта, сегодня рассматривается возможность разработки двигателя ПД-12В для новых тяжелых вертолетов (включая Ми-26) и ВК-800В для более легких «собратьев». ПД-12В — это перспективный мотор, который планируется построить на базе авиационного самолетного двигателя ПД-14. Более того, в ЦИАМе стартовали работы по формированию вертолетного двигателя будущего, который будет значительно отличаться от существующих. Пока проект не проходил экспертизу, но уже известно, что мотор будет значительно мощнее ТВ7-117В с FADEC.

Юрий Фокин рассказал, что проблема создания двигателей для винтокрылых машин образовалась еще в начале 1990-х, когда после развала СССР в стране не осталось серийного производства силовых установок для вертолетов. Большинство моторов делали зарубежные компании, в том числе основной авиадвигатель семейства ТВЗ-117 (изготовитель — украинский завод «Мотор Сич»). С 1990-х в РФ почти не разрабатывали новые двигатели, а многие перспективные проекты так и остались незавершенными, например РД-600.

В итоге сегодня у российских машин на большинстве вертолетов стоит иностранный двигатель. Ими оснащены Ка-226, Ка-226Т, «Ансат», «Ансат-У», Ка-62, Ми-26. Ситуация сдвинулась с мертвой точки после старта программы импортозамещения, которая привела к созданию отечественного мотора ТВ7-117В и пересмотру процесса сборки ВК-2500. За короткое время ОДК смогла освоить серийную сборку этих агрегатов, а также создала глубоко модернизированные версии — ВК-2500П/ПС1, ВК-2500ПС-03 для новейшего Ми-171А2 и ВК-2500 — ВК-2500П для модернизированного Ми-28НМ.

Юрий Фокин подчеркнул, что на ближайшие 12 лет у Объединенной двигателестроительной корпорации стоит множество задач по созданию перспективных моторов. У двигателей планируется снизить потребление топлива на 20%, массу — на 30%, повысить надежность в два-три раза, к 2035 году сделать силовые установки более доступными для покупателей.

Двигатели должны стать более технологичными за счет упрощения конструкции, применения композитных материалов, замещения множества механических агрегатов электрическими, использования систем без смазки и неохлаждаемых подшипников.

По мнению эксперта, помочь достигнуть поставленных целей поможет разрабатываемый в ЦИАМе комплекс прорывных технологий по разработке высокооборотных редукторов МГТД, электрических МГТД, камер сгорания из композитов, роторно-поршневого двигателя, экспериментальных двухступенчатых ЦБК, беспроводных датчиков САУ, гибридных подшипников, неохлаждаемых турбин и масляных опор.  

stimul.online

Вертолетные ГТД

Специалисты давно пришли к единому мнению о том, что вертолетные двигатели — специфический вид техники, пути развития и совершенствования которых отличны по сравнению с теми ГТД, которые применяются в составе самолетных силовых установок. Длительная работоспособность двигателей в тяжелых условиях эксплуатации — одно из основных условий востребованности перспективных вертолетов. Это надо помнить уже при закладке проектов новых ТВ ГТД. И, тем не менее, перспективные вертолетные и самолетные двигатели, по крайней мере их газогенераторы, зачастую видятся проектировщикам созданными по одним и тем же принципам.

 

Вертолет был задуман именно для того, чтобы иметь возможность взлетать и садиться там, где не сможет этого сделать самолёт. Палубы кораблей, нефтяных платформ и лесные поляны, горные ущелья и пустынные барханы, край вспаханного поля и крыша высокого городского здания: все это — ВПП для вертолета. Площадка под взлет-посадку этой техники должна быть подготовлена в большинстве случаев минимально, а в случае крайней необходимости — и вообще не подготовлена. И во всех жизненных ситуациях вертолетный двигатель должен работать еще надежнее, чем у самолета: он — единственный источник силы, поддерживающей машину в воздухе.

Поскольку, в отличие от самолета, вертолет должен еще иметь возможность длительное время зависать над самой землей (часто — в облаке им же поднятой пыли), то важнейшей особенностью эксплуатации вертолетов всех типов является длительная работа при существенной запыленности воздуха, что не могло пройти мимо исследователей. Еще при создании первых отечественных массовых серий вертолетов были проведены исследования влияния запыленности [1]. Согласно им было установлено следующее:
• концентрация пыли (f) вблизи втулки несущего винта составляет 0,05….0,20 г/м3 у вертолета, работающего «на привязи» на уровне земли и вблизи;
• f = 0,20…0,25 г/м3 при полетах над ВПП на высотах 3…5 м со скоростью V =15 км/ч;
• f = 0,05…0,10 г/м3 при полетах над ВПП на высотах 10…100 м со скоростями от 15 до 150 км/ч.
Работа вертолетного ГТД на запыленном воздухе вызывает загрязнение проточной части двигателя. Устойчивые загрязнения с отложением пыли в транспортных магистралях и на теплообменных поверхностях системы воздушного охлаждения могут приводить к различного рода дефектам конструкции и ухудшению газо- и термодинамических свойств этих элементов. При этом, учитывая, что частицы пыли (как бы мелки они не были) обладают абразивными свойствами, они вызывают еще и эрозионный износ элементов проточной части. Больше всего «достается» при этом компрессору и тонким каналам системы охлаждения лопаток турбины.

Можно выделить три поколения отечественных вертолетных ГТД.

Первое поколение. Двигатели ГТД-350, ТВ2-117А и Д-25В. В них окружные скорости на периферии осевых ступеней компрессора около 330 м/с, температура газа на выходе из камеры сгорания до 1200 К. Профили лопаточных ступеней в этих двигателях дозвуковые и массивные; система воздушного охлаждения «горячей» части практически не сформирована.

Второе поколение. Двигатели семейства ТВ3-117 и его модификация ВК-2500. Окружные скорости на периферии лопаточных ступеней практически здесь такие же, как и у первого поколения, температура газа на выходе из камеры сгорания несколько выше (до 1270 К). Основное отличие этих двигателей от двигателей первого поколения — «миниатюрность» профилей лопаточных ступеней, достигнутая благодаря новой технологии изготовления. В конструкциях этих машин уже имеется развитая система воздушного охлаждения соплового аппарата и дисков турбины.

Третье поколение. Двигатель РД-600В и проекты двигателей ТВ7-117В и ВК-800. Для двигателей РД-600В и ТВ7-117В окружные скорости на периферии осевых ступеней компрессора достигают 440 м/с, а температура газа на выходе из камеры сгорания — 1500 К. Профили компрессорных решеток сверхзвуковые с тонкими входными кромками. У двигателей имеется развитая система охлаждения горячей части, построенная по образу и подобию «больших» самолетных двигателей. Для двигателя ВК-800 характерно применение высоконапорного центробежного компрессора с окружной скоростью на выходе из колеса около 600 м/с. В этом двигателе температура газа на выходе из камеры сгорания до 1300 К, поэтому у него охлаждается только сопловой аппарат турбины.

Характерными представителями зарубежных вертолетных ГТД третьего поколения являются: Т700-GE700 (США), RTM.321 (объединение фирм Франции, Англии и Франции), Ardiden u Arrius (Франция), PW-127T/S и PW-207K (Канада), АИ-450 (Украина). Их конструкторские и технологические особенности не слишком сильно отличаются от применяемых в аналогичных отечественных конструкциях. Наши и иностранные разработчики идут в одном направлении, явно поглядывая друг на друга. Прорабатывается применение некоторых из этих двигателей на новых российских вертолетах: на Ка-226 — двигатели Arrius и АИ-450, на «Ансате» — двигатель PW207K (уже и применяется), на Ка-62 — двигатель Ardiden, на Ми-38 — двигатель PW-127T/S. Любопытно, что для армии НАТО, например, установлено 12 типов вертолетов, работающих в различных сегментах военных задач. Для наших ВВС такое разнообразие не характерно.

Рассматривая вертолетные ГТД с позиций их работоспособности при существенной запыленности воздуха, можно констатировать следующее.

Вертолеты Ми-2, Ми-8 и Ми-6 широко и массово эксплуатировались в различных районах земного шара с любых ВПП. В пределах гарантированных ресурсов 1000…1500 ч не отмечено досрочных съемов их двигателей по причинам эрозионного износа деталей проточной части или перегрева деталей из-за ухудшения охлаждения.

Вертолеты типа Ми-17 и Ми-24 с двигателями типа ТВ3-117 при эксплуатации в условиях запыленности могли отрабатывать гарантированный ресурс 1500 ч при приемлемых потерях мощности только при оборудовании вертолетов пылезащитным устройством (ПЗУ) со степенью очистки ?? около 0,70. При наличии на вертолете ПЗУ, досрочного съема двигателей ТВ3-117 из-за дефектов «горячей» части из-за превышения допустимой температуры не отмечено.

В связи с последним полезно обратиться к опыту эксплуатации танкового ГТД-1250, который имеет такие же параметры цикла и такую же конструкцию системы воздушного охлаждения, как и двигатель ТВ3-117, но постоянно эксплуатируется при высокой запыленности воздуха. Разборка поступивших из эксплуатации двигателей ГТД-1250 на серийном заводе показывала, что при нормальной работе ПЗУ детали проточной части компрессора имели незначительный эрозионный износ, но полости системы воздушного охлаждения были заполнены отложениями пыли. Тем не менее, то, что это не сказалось критически на состоянии машины, свидетельствует о том, что в том числе и для тяжелых условий эксплуатации двигателей ТВ3-117 и ГТД-1250, имевшаяся система воздушного охлаждения является даже избыточной, и ухудшение качества охлаждения не сильно влияет на длительную работоспособность.

Отечественный опыт эксплуатации вертолетов с двигателями третьего поколения в условиях существенной запыленности воздуха отсутствует. По-видимому, США имеют достаточно обширные сведения по этому вопросу (на основании эксплуатации двигателей семейства T700-GE700), но эта информация не раскрывается. Имеются некоторые экспериментальные данные, позволяющие прогнозировать работоспособность двигателей третьего поколения на запыленном воздухе.

Эрозионный износ осевых ступеней компрессора при умеренных окружных скоростях исследован в работе [2]. Показано, что износ лопаток по массе пропорционален суммарному количеству пропущенной пыли. При этом, чем пыль крупнее, тем износ больше. Для исследованного диапазона скоростей соударений частиц пыли с лопатками 77…260 м/с износ пропорционален относительной скорости потока в степени 2,8.

В 1978-1983 гг. проводилась отработка на запыленном воздухе отечественного танкового ГТД. Этот двигатель по схеме проточной части, параметрам цикла, нагруженности лопаточных ступеней и размерности аналогичен двигателю РД-600В. Для отработки комплекса противопыльных мероприятий было задействовано 12 опытных двигателей. Эти двигатели имели конструкцию, 300-часовой ресурс которой был подтвержден соответствующим объемом стендовых испытаний на чистом воздухе. Была поставлена задача: обеспечить работоспособность двигателя в течение 50 ч непрерывной работы на запыленном воздухе при концентрации пыли f = 0,030…0,035 г/м3 с размерами частиц менее 6…8 мкм (такая картина имеет место при прохождении через ПЗУ со степенью очистки ?f = 0,98 воздуха запыленностью f = 2,5 г/м3 ).

На протяжении 50-часовых испытаний [4] через двигатель проходит около 20 кг пыли. Наилучший результат выглядит следующим образом: при условии постоянства температуры газа на выходе из камеры сгорания мощность снизилась на 15,7%, удельный расход топлива вырос на 9%, расход воздуха на охлаждение диска и рабочих лопаток первой ступени турбины снизился на 30%, неравномерность температурного поля выросла с 65 до 130 °С. Осмотр с помощью эндоскопа проточной части показал, что на ряде сопловых лопаток первой ступени турбины имеет место обгорание и раскрытие выходных кромок.

В рамках сертификационных испытаний нового двигателя, который планируется использовать как в самолетном (турбовальном), так и вертолетном вариантах были проведены испытания на запыленном воздухе его газогенератора [4]. Длительность испытаний 50 часов, подача запыленного воздуха периодическая при концентрации на входе в компрессор f = 0,10 г/м3, пыль «мелкая АС» по военному стандарту США, общее количество поданной пыли 5,5 кг.

В результате испытаний выяснилось, что имеется эрозионный износ на периферии рабочих лопаток всех пяти осевых ступеней компрессора, причем на пятой ступени износ составляет 10% от хорды. На входных кромках рабочих лопаток центробежного колеса и на входных кромках лопаток диффузора также имеется износ до 1,0 мм. На жаровой трубе камеры сгорания обнаружены отдельные прогары размером до 12×15 мм. На нескольких сопловых лопатках первой ступени турбины замечено выгорание выходных кромок, а также внутренних полок и спинок лопаток. В процессе испытаний расход охлаждающего воздуха через рабочие лопатки первой ступени турбины уменьшился на 10%.

Приведенные данные с высокой вероятностью свидетельствуют о том, что при работе на запыленном воздухе надежность и работоспособность вертолетных ГТД третьего поколения будет низкой как из-за эрозионного износа деталей компрессора, так и из-за ухудшения характеристик системы воздушного охлаждения. Кроме того, в отличие от достаточно отработанной диагностики эрозионного износа компрессора, диагностирование системы воздушного охлаждения при запыленности воздуха представляется проблематичным. Естественно, приведенные выводы не относятся к машинам, эксплуатирующимся с малозапыленных площадок, кораблей, нефтяных платформ, аэродромов высокой классности и т.п. Там существенной разницы в ресурсных характеристиках между самолетными и вертолетными двигателями нет, а следовательно на них никакие эксплуатационные ограничения, связанные с чистотой воздуха, не налагаются.

В работе [5] был сделан прогноз количества пыли, которая пройдет через двигатель вертолета Ми-28 за межремонтный ресурс 1050 ч. Условия оценки: длительность обобщенного полетного цикла 38 мин.; длительность работы двигателя в условиях запыленности (вблизи земли) составляет 12% от цикла; запыленность воздуха на входе ПЗУ f = 0,10 г/м3; степень очистки воздуха в ПЗУ принималась равной ?f = 0,65 и ?f = 0,85. Согласно этому прогнозу при ?f = 0,65 через двигатель пройдет 76 кг пыли, а при ?f = 0,85 — всего 33 кг.

Для двигателя вертолета Ми-38 аналогичный прогноз при межремонтном ресурсе 1000 ч (длительность обобщенного полетного цикла 40 мин., длительность работы двигателя в условиях запыленности составляет от цикла 20%) дал следующий результат: при ?f = 0,65 через двигатель должно пройти 130 кг пыли, а при ?f = 0,85, соответственно — 56 кг.

Приведенные данные с довольно высокой вероятностью свидетельствуют о том, что вертолеты с ГТД третьего поколения могут успешно эксплуатироваться только на свободных от пыли ВПП. Следовательно, для аэродромов северной полосы, а также для машин морского базирования вопросов по запыленности к двигателям новых поколений при эксплуатации, скорее всего, не ожидается. Но представляется весьма сомнительным, что вертолеты с ГТД третьего поколения найдут спрос на рынках Азии, Африки и Южной Америки. Для наших вертолетостроителей это весьма существенно, поскольку эти территории — традиционные области их экспорта.

Целью освоения высоких параметров цикла и высоконагруженных лопаточных ступеней в вертолетных ГТД третьего покления было снижение массы, габаритов и удельных расходов топлива. Однако сопоставление основных данных вертолетных ГТД второго и третьего поколений (как зарубежных, так и отечественных) свидетельствует о том, что применяемыми методами эти цели не достигнуты. Так, например, двигатель ВК-2500 при мощности взлетного режима 1764 кВт (2400 л.с.) имеет сухую массу 295 кг и удельный расход топлива 0,294 кг/кВт•ч (0,215 кг/л.с.•ч). Двигатель ТВ7-117В (по проекту) при мощности взлетного режима 1838 кВт (2500 л.с.) имеет массу 407 кг и удельный расход топлива 0,283 кг/кВт•ч (0,208 кг/л.с.•ч). Причина в том, что при высоких параметрах цикла и высоконагруженных лопаточных ступенях существенно снижается к.п.д. основных узлов. В двигателе ВК-2500 к.п.д. компрессора 87%, а турбины его привода 90%. В двигателе ТВ7-117В к.п.д. компрессора 80%, турбины его привода — 88%. Примерно, такие же соотношения имеют место при сопоставлении двигателей ТВД-20 и ТВД-1500 (в котором используется тот же газогенератор и силовая турбина, что и в двигателе РД-600В).

В свете изложенного можно предположить, что для сохранения многоцелевого назначения и экспортного потенциала новых отечественных вертолетов представляется рациональным разрабатывать двигатели с параметрами цикла и нагруженностью лопаточных ступеней, свойственными двигателям второго поколения. Перспективные работы должны, вероятно, проводиться в области поиска новых материалов холодной и горячей частей, совершенствования ПЗУ и камер сгорания. При проектировании новых машин с использованием современных технологий необходимо учитывать специфику воздействия пыли как на рабочий процесс, так и на возможное изменение геометрических размеров деталей проточной части. Иначе говоря, эти двигатели должны быть работоспособны при существенной запыленности воздуха практически на протяжении всего заявленного ресурса.

Юрий Добряков

Литература:

• Гинзбург Л.Е., Никитин Е.И. Исследование запыленности воздуха вблизи вертолетов Ми-1 и Ми-4 в эксплуатационных условиях. Сборник статей «Вертолетные газотурбинные двигатели». М.: Машиностроение, 1966 г.
• Шальман Ю.И. Износ и изменение параметров осевой и центробежной ступеней при работе на запыленном воздухе. Сборник статей «Вертолетные газотурбинные двигатели», М.: Машиностроение, 1966 г.
• Результаты стендовых испытаний изделия 37-0250 в составе моноблока силовой установки изделия 219А. Технический отчет № 833206/37. ВНИИТМ. 1983 г.
• Комплекс мероприятий, обеспечивающих эксплуатацию двигателя ТВ7-117С в условиях запыленного воздуха в соответствии с ОУЭ. Справка № 65-45-93. ОАО «Климов».
• Фактор запыленности воздуха как решающий при определении облика перспективного вертолетного ГТД. Техническая справка № 13286. ЦИАМ им. П.И. Баранова. 2007 г.

www.jetflyer.ru