В свете последних критических выступлений Президента РФ о плачевном состоянии дел в отечественном авиастроении, можно отметить тот фактор, что единственным лучом света в темном царстве этой отрасли являются двигатели ОАО «Пермского Моторного Завода». Именно эти моторы прошли аттестацию в Международной организации гражданской авиации (ИКАО) по объему выбросов вредных элементов в атмосферу и выделяемому шуму. Двигатель ПС-90А в результате этого разрешен в эксплуатации за рубежом. В отечественной авиации такие моторы стоят на многих транспортных, дальне- и среднемагистральных моделях известных марок: ТУ-204 , ИЛ-96-300, ТУ-214, ИЛ-76 модификаций ТД, МД и МФ и др.

История создания

В семидесятых годах флагманом авиации в СССР был ТУ-154. Но уже в это время в различных конструкторских бюро страны велась работа по создании самолетов будущего, которые станут достойной заменой детищу «туполевцев» и смогут оказать конкуренцию зарубежным аналогам. Параллельно с этим велись разработки нового эффективного и экономичного двигателя для самолета следующего поколения.

Исходя из постановлений советского министерства авиации начала восьмидесятых был взят курс на создание магистрального самолета, оснащенного двумя двигателями со взлетной тягой 16 000 кгс. Определились с моделью самолета: им стал ТУ-204, а силовым агрегатом к нему был выбран мотор Д-90, проект ОКБ П. А. Соловьева. Этот двигатель был также установлен на другом новом самолете, разработке КБ им. С. В. Ильюшина, ИЛ-96. Мотор, который в конце восьмидесятых получил название ПС-90 А, в честь скончавшегося к этому времени конструктора П. А. Соловьева, стал универсальным для новой серии магистральных отечественных самолетов разных марок.

В воздух ИЛ 96-300 поднялся осенью 1988 года, а ТУ-204 – в самом начале следующего. У каждого стояли моторы ПС-90 А. В 1989 году двигатель был запущен в серию. Его стали выпускать на Пермском моторном заводе. Через три года двигатель получил российскую сертификацию. В этом же, 1992, был аттестован ИЛ-96 с ПС-90 А, а в 1994, с ним же – ТУ-204.

Технические характеристики ПС-90 А

Это – турбореактивный двухконтурный двигатель, использующий смешение потоков наружного и внутреннего контуров. Он имеет эффективную систему шумоглушения и реверсивное устройство в канале наружного контура.

Приведем некоторые технические характеристики ПС-90 А.

Длина – 4 964 мм.

Диаметр вентилятора – 1 900 мм.

Масса (сухая) – 2 950 кг.

Рабочая температура для запуска мотора на земле – от – 47 до + 45 градусов.

class="eliadunit">

Допустимый потолок высоты – 13 100 м.

Расход горючего в крейсерском режиме – 0,595 кг/кгс в час.

Тяга на взлете – 16 000 кгс.

Степень сжатия в компрессоре – 35,5.

Для двигателя необходимо горючее Jet A -1 и Jet A. Для ПС-90 А используется специально разработанное моторное масло Niteс отечественного производства, хотя возможно применение других масел: Turbonicoil 525-2A, Castrol 325 DERD 2468 Castrol и др.

При критических минусовых температурах, меньше -16С для запуска двигателя требуется его подогрев.

Модификации

Как у всех удачных моделей, у ПС-90 А имеются различные модификации. Расскажем о наиболее известных.

ПС-90 А-76. Мотор предназначен для транспортника ИЛ-76. Прежний двигатель, Д-30 КП, отличался повышенным шумом. Ужесточившиеся требования ICAO потребовали установки на воздушное судно более экологичного мотора, который он и получил в лице ПС-90-А. Величина взлетной тяги на модификации – 14 500 кгс. Сэкономит самолет и на расходе топлива – примерно, на 15% меньше прежнего.

ПС-90 А 1. Улучшенная модель базового варианта. Благодаря усовершенствованиям и применению инновационных материалов шумовыделение и выброс вредных веществ еще более уменьшилось. Модификация отличается большей тягой – 17 400 кгс.

ПС-90 А 2. В этой версии изменился материал, из которого сделаны лопатки вентилятора в двигателе. Это позволило значительно улучшить технические характеристики. В частности, почти в два раза повысилась надежность силового агрегата, появилась возможность увеличения тяги почти до 18 000 кгс, стала легче эксплуатация.

Также существуют модификации ПС-90 А-154, для установки на ТУ-154 М 2.В этом случае заметно, на 15%, снизилось потребление топлива, и позволит самолету соответствовать строгим критериям международных авиационных организаций по экологии и шуму.

Хочется верить, что у двигателя ПС-90 А и его родных братьев – модификаций есть хорошее будущее. На ОАО «Пермском моторном заводе» делают все, чтобы это случилось. Большое внимание уделяется качественному производству двигателей. Для этого закуплено современное импортное оборудование: роботокомплекс VATex, вакуумная печь Ipsen, фрезерные центры по обработке метала Cincinnati V-CNC-500 и многое другое.

class="eliadunit">

1 – входная кромка; 2 - торец пера; 3 – выходная кромка

Рисунок 7.7 - Распределение повреждений по длине лопатки первой ступени

Квд двигателя пс-90а:

1 – входная кромка; 2 – выходная кромка

Размер и месторасположение забоин на лопатках компрессора тоже строго учитывается. Для каждого типа двигателя классификация, конечно, своя. При слишком больших повреждениях (особенно в компрессоре высокого давления ТВРД) двигатель обычно снимается с самолета и отправляется в ремонт. Если же размер забоин ниже определенного предела и расположены они не слишком близко к комлю, то они чаще всего зачищаются.

Рисунок 7.8 - Пример норм по допустимым забоинам на лопатках компрессора

Рисунок 7.9 – Пример норм по возможному устранению забоин на лопатках компрессора

То есть обрабатываются специальным инструментом (ассортимент его достаточно разнообразен, иной раз это целые комплексы) через приспособленные для этого окна в корпусе движка с целью придания им определенных плавных очертаний и ликвидации, тем самым, очага концентрации напряжений.

Эта операция проводится чаще всего даже без съема двигателя с самолета. Для таких операций больше приспособлены ТРД и ДТРД с малой степенью двухконтурности. Зато современные турбовентиляторные двигатели, имеют возможность замены лопаток вентилятора и целых модулей без снятия двигателя с самолета.

7.4 Защита от попадания пп

Повреждения газовоздушного тракта в основном происходят от попадания в двигатель частиц износа с ВПП, пыли, льда, воды, проволоки, щеток снегоочистителей, града, птиц и т.д. В зимнее время уровень съема двигателей по забоинам на лопатках превышает уровень съема в летнее время. Это объясняется ухудшенным состоянием ВПП и рулежных дорожек зимой из-за образования на них льда и внедрения в него твердых частиц.

Преимущественно попадание посторонних предметов и частиц в газовоздушный тракт компрессора происходит:

Во время рулежки, разбега и пробега из-под передних и основных колес шасси (рисунок7.10);

Из-под струй газов при позднем закрытии створок реверса тяги при посадке самолета;

При работе двигателя на стоянке из-за возникновения вихревого жгута под воздухозаборником на поверхности ВПП.

В настоящее время определены основные направления защиты двигателя от повреждений:

Предотвращение попадания посторонних предметов в воздухозаборник;

Очистка воздуха на входе в двигатель от посторонних предметов;

Создание «самозащищенных» двигателей, приспособленных к сохранению работоспособности в условиях попадания на вход посторонних предметов.

Рисунок 7. 10 – Заброс ПП в двигатель

Например, для предотвращения попадания посторонних предметов в воздухозаборник, на самолетах СУ-24 используется система струйной защиты. Сжатый воздух, забираемый в компрессоре двигателей, выдувается через профилированные щели в нижней панели фюзеляжа, создавая что-то вроде воздушной пелены под воздухозаборниками, которая исключает возможность возникновения вихревого жгута и попадания камней с ВПП при больших оборотах двигателя. Защита включается вручную, а отключается автоматически при достижении определенной скорости полета.

Кроме того на некоторых пассажирских самолетах, в частности на Boeing – 737 тоже используется система разрушения вихрей. Воздух, забираемый за одной из ступеней компрессора, выдувается через отверстия в обтекателе воздухозаборника, тем самым разрушая зарождающийся вихрь. Работает эта система часто совместно с противообледенительной системой.

Для таких двигателей («самозащищенных») лопатки первой ступени компрессора, то есть вентилятора выполняются широкохордными (хорда лопатки – то же самое, что и хорда профиля крыла). Передняя кромка у них упрочнена (часто со специальным покрытием), и они имеют большую ширину и толщину корневого сечения. Их конфигурация при участии центробежной силы позволяет отбрасывать посторонние предметы во второй контур.

Рисунок 7.11 – Широкохордные лопатки двигателя SAM-146 (SSJ-100)

Также кок профилируется таким образом, чтобы посторонние предметы, попадающие в двигатель из возможной зоны «подсоса» вместе с потоком воздуха ударялись о кок и отлетали затем в сторону второго контура, таким образом минимизируя повреждения.

На характер движения частицы при отражении влияют ее величина и толщина стенки кока, а также угол при вершине самого кока (как конуса). Экспериментальным путем выяснено, что наилучший диапазон углов от 71° до 118°. При углах больших, 118-ти, посторонний предмет отлетает к концам лопаток вентилятора, то есть в зону больших скоростей вращения и малых толщин лопатки, что чревато большими повреждениями. При углах меньше 71-го такого не происходит.

Предотвращение попадания посторонних предметов в воздухозаборник осуществляется следующим комплексом мероприятий:

Применением на колесах шасси щитков (рисунок 7.12, 7.13);

Отработкой методики взлета;

Защитой от образования вихря (рисунок 7.14). Это такая звездообразная конструкция, состоящая из пластин высотой 0,07 диаметра воздухозаборника и толщиной около 2 мм. Располагается это устройство под воздухозаборником с центром в районе эпицентра возникновения вихря.);

Совершенствованием покрытий аэродромов и улучшением качества ухода за ними.

Рисунок 7. 12 – СУ-24М с грязевым щитком на передней стойки шасси

Рисунок 7. 13 – Boeing -737 с защитным щитком на передней стойки шасси

Рисунок 7. 14 – Антивихревой рассекатель для защиты двигателя

Также после запуска, руление производится на скорости, исключающей подсос. Эта скорость определяется в руководстве по летной эксплуатации конкретного типа самолета (для примера Boeing-737 – 32 км/ч, SSJ 100 – 25 км/ч).

Само руление производится на малых оборотах двигателя (в районе малого газа), а при разгоне применяется метод роллинг-старта. Он означает додачу оборотов двигателя уже в процессе движения, после достижения определенной скорости, что исключает образование вихревых жгутов и подсоса посторонних предметов в двигатель.

Роллинг-старт увеличивает длину разбега самолета (до 100 метров), но зато это выливается в ощутимую выгоду с экономической точки зрения.

Также взаимное расположение передней стойки и двигателей должны располагаться так, чтобы расчетный конус разброса предметов из-под колес не пересекал входа в двигатели или же экранировался крылом и фюзеляжем.

Важную роль здесь играет именно угол расположения воздухозаборника относительно точки контакта колес передней стойки с ВПП. Такими исследованиями, в частности, занимается ЛИИ им. Громова.

Рисунок 7. 15 – Схема возможного конуса разлета посторонних предметов из-под передней стойки

Рисунок 7. 16 – Конус разлета ПП (в данном случае вода с ВПП) в данном случае вода с ВПП на практике

Или, как показано на рисуноке7.17, для самолетов с задним распоожением двигателей.

Рисунок 7. 17 – Возможная область защиты воздухозаборников двигателя фюзеляжем и крылом

Очистка воздуха на входе в двигатель от посторонних предметов осуществляется:

применением управляемых сеток или щитков (рисунок 7.18), перекрывающих вход в двигатель на соответствующих режимах;

использованием искривлений воздухоподводящих каналов для организации инерционной очистки воздуха путем установки в местах поворота потока оконловушек;

применением роторных систем защиты, в которых очистка воздуха от посторонних предметов осуществляется специальной ступенью, установленной перед входом в двигатель (рисунок 7.11).

Рисунок 7. 18 – МИГ-29СМТ с закрытыми защитными щитками

Воздухозаборники двигателей МИГа с началом запуска закрываются специальными подвижными гидравлически управляемыми панелями. Они автоматически открываются при достижении самолетом скорости 200 км/ч. При падении скорости ниже 200 км/ч они закрываются вновь, а также открываются при выключении двигателя.

Для питания двигателей воздухом при закрытых панелях в верхней поверхности наплывов крыла предусмотрены специальные 5-секционные входы (рисунок 19), которые прикрыты подпружиненными панелями, открывающимися при создании разрежения в канале воздухозаборника.

На «самозащищенных» двигателей устанавливаются:

кок, который профилируется таким образом, чтобы посторонние предметы, попадающие в двигатель из возможной зоны «подсоса» вместе с потоком воздуха ударялись о кок и отлетали затем в сторону второго контура, таким образом минимизируя повреждения;

используется система струйной защиты;

Конструкции современных двигателей позволяют ремонтировать поврежденные лопатки вентиляторов и КПД вплоть до замены модулей без съема двигателя с самолета. В то же время повреждения КВД ведут к досрочному съему двигателей и их полной переборке.

Рисунок 7. 19– Истребитель МИГ-29 с верхними входами

Анализ повреждений проточной части компрессоров показывает, что соответствующей компоновкой компрессоров, профилированием лопаток и проточной части, использованием систем сдува вихря и ПОС можно существенно снизить вероятность повреждения лопаток КВД.

Для разработки мероприятий по предотвращению попадания постороннего предмета в газовоздушный тракт необходимо ясно представлять себе процессы, вызывающие вихревое засасывание предметов, и как влияют конструктивные и эксплуатационные параметры на интенсивность засасывания. Для этого рассматривается кинематическая структура потока около воздухозаборника двигателя при его работе над поверхностью аэродрома.

М.А.НИХАМКИН

М.М.ЗАЛЬЦАН

КОНСТРУКЦИЯ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ ДВИГАТЕЛЯ ПС-90А

Рекомендовано Учебно-методическим объединением учебных заведений Российской Федерации по образованию в области авиации, ракетостроения и космонавтики в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся, по направ­лению 55100 "Авиа- и ракетостроение" и специальности 130200 "Авиационные двигатели и энергетические установки"

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие предназначено для самостоятельного изучения студентами конструкции основных узлов и элементов авиационного газотурбинно­го двигателя на примере двухконтурного двигателя ПС-90А. Этот двигатель, соз­данный в Пермском АО "Авиадвигатель", является одной из последних отече­ственных разработок в области авиационного двигателестроения, вобравшей в себя наиболее современные конструкторские решения. По уровню этих решений, параметрам рабочего процесса он соответствует, а отчасти и превосходит лучшие зарубежные двигатели своего класса, В течение 15-20 лет он останется одним из основных авиационных двигателей Российской авиация, а также базовым для гаммы двигателей наземного применения.

Ограниченное учебное время делает затруднительным использование подроб­ных технических описаний двигателя, составленных предприятием-разработчиком . Настоящее пособие содержит лишь необходимые для учебных целей сведе­ния о конструкции, В то же время в него включены некоторые разъяснения и обос­нования конструкции узлов и элементов. Приведены общие сведения о двигателе и его основных узлах, силовая и кинематическая схемы, более подробно описаны основные узлы: вентилятор с подпорными ступенями, компрессор высокого дав­ления, разделительный корпус, камера сгорания, турбины высокого и низкого дав­ления, реверсивное устройство.

В процессе доводки и опытной эксплуатации конструкция двигателя претерпе­ла многочисленные изменения, которые не нашли отражения в . Приведенное в пособии описание и иллюстрации соответствуют тому варианту, который кон­струкция двигателя получала к настоящему моменту.

Пособие предназначено для студентов специальности "Авиационные двигате­ли" технических вузов, изучающих курс конструкции воздушно-реактивных двига­телей, а также для самостоятельного изучения конструкции двигателя ПС-90А при дипломном проектировании.

Авторы выражают глубокую благодарность за консультации специалистам АО "Авиадвигатель" Ю.А.Дылдину, А.И.Ковалеву, А.В.Медведеву, Н.А.Рокко, Ю.Н. Сорокину, А.П.Трушникову. Особую признательность за помощь в подго­товке и издании пособия авторы выражают научному редактору проф. В.Г. Августиновичу, заведующему кафедрой "Авиационные двигатели" Пермского государственною технического университета А.Д.Дическулу, преподавателю этой кафедры Л.В.Воронову, а также Л.В.Шайхутдиновой, подготовившей все графиче­ские материалы.

ВВЕДЕНИЕ

Двигатель ПС-90А турбореактивный, двухконтурный, двухвальный со смешением потоков наружного и внутреннего контуров, общим реактивным соплом и реверсирова­нием тяги. Двигатель разработан в 1982-92 гг., сертифицирован в 1993г. и устанавливает­ся на дальнемагистральном самолете ИЛ-96-300 и среднемагистральных ТУ-204 и ТУ-214.

Конструкция двигателя постоянно совершенствуется и модифицируется. В настоя­щее время разрабатывается ряд модификаций двигателя с тягой 10, 12, 14 и 18 тыс.кг, а также модификаций, предназначенных для использования в наземных силовых установ­ках (электростанциях и газоперекачивающих агрегатах).

Наиболее существенными изменениями конструкции, введенными в последние годы, являются следующие:

Ротор низкого давления в первоначальном варианте имел четыре опоры, одна из которых представляла собой межвальный подшипник, расположенный внутри вала рото­ра высокого давления. В ходе совершенствования конструкции от этого подшипника удалось отказаться, упростив конструкцию и повысив тем самым надежность.

Разработана новая конструкция камеры сгорания, обеспечившая существенное по­вышение ресурса лопаток турбины.

При самостоятельном изучении конструкции двигателя предлагается придерживаться следующих методических рекомендаций: при изучении конструкции узлов обращать внимание на то, какие нагрузки действуют на элементы конструкции, какими элементами они воспринимаются, какие элементы конструкции образуют силовой каркас узла, как обеспечивается центрирование элементов роторов и статора, какие мероприятия преду­смотрены для регулировки положения элементов, балансировки роторов, как собираются и разбираются узлы двигателя, как обеспечивается охлаждение элементов горячей части двигателя и свобода их теплового расширения, как обеспечивается фиксация и контровка деталей, какие материалы выбраны для изготовления тех или иных элементов и почему. Именно эти вопросы, приведены в конце каждого раздела пособия в качестве контроль­ных.

Во многих случаях информация, необходимая для ответов на контрольные вопросы, содержится непосредственно в чертежах и схемах. С методической точки зрения полезно сначала попытаться найти ответы на контрольные вопросы анализируя чертежи, а уже затем обратиться к тексту описания. При изучении чертежей рекомендуется пользовать­ся макетами узлов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЕ

Краткие сведении об основных технических данных двигателя

У земли при стандартных атмосферных условиях (Н=0, Р=760 мм рт.ст., Тн=288К) и скорости полета Мп=0 взлетный режим работы двигателя характеризуется следующими данными:

Тяга двигателя - 161,4 кН (16000 кс);

Удельный расход топлива - не более 0,0382 кг/Нч (0,382 кг/кг ч);

Часто та вращения ротора каскада высокого давления - 11 740 об/мин;

Частота вращения ротора каскада низкого давления - 4340 об/мим;

Секундный расход воздуха - 534 кг/с.

В тех же условиях на крейсерском режиме (0,92 N6):

- тяга двигателя - 125 кН (12500 кг);

Удельный расход топлива - не более 0,0370 кг/Нч (0,370 кг/кг ч);

Частота вращения ротора каскада высокого давления - 11365 об/мин;

Частота вращения ротора каскада низкого давления - 3940 об/мим;

На крейсерском режиме при высоте Н=11км и скорости полета Мп =0,8:

Тяга двигателя - 35 кН (3500 кг);

Удельный расход топлива - не более 0,0595 кг/Нч (0,595 кг/кг ч);

Частота вращения ротора каскада высокого давления - 11300 об/мин.

На режиме реверса максимальная обратная тяга равна 36 кН (3600 кг) при частоте вращение ротора высокого давления 11490 об/мин.

Сухая масса двигателя составляет 2950 кг, а удельная масса (по отношению к тяге па взлетном режиме) 0.018 кг/Н (0,18 кг/кг). Длина двигателя - 5330 мм, максимальный диаметр - 2396 мм.

Из приведенных данных видно, что двигатель НС-90А по удельным параметрам не уступает лучшим образцам зарубежных авиационных двигателей этого класса.

При работе двигателя замеряются следующие основные параметры, характеризую­щие его работу:

Частота вращения роторов высокого и низкого давления;

Температура газа за турбиной;

Давление масла на входе в двигатель;

Давление воздуха в системе суфлирования;

Температура масла на входе в двигатель и на выходе из полостей опор;

Давление топлива перед форсунками;

Температура топлива;

Вибрация двигателя.

Информация о параметрах двигателя, а также о положении регулируемых элементов его систем, поступает в самолетную многоканальную систему регистрации параметров (МСРП).

КОМПРЕССОР

Назначение компрессора - сжатие воздуха и подача его в наружный контур и в ка­меру сгорания. Кроме того, сжатый в компрессоре воздух используется для противообледенителной системы самолета и наддува кабин и пассажирского салона, а также для ох­лаждения горячей части двигателя, наддува полостей уплотнения подшипниковых уч­ло», обеспечения работы агрегатов автоматики двигателя, для регулирования радиаль­ных зазоров и компрессоре высокого давления (КВД) и турбине.

Компрессор двигателя осевой, двухвальный, левого вращения. Основными узлами ком­прессора являются вентилятор, подпорные ступени, разделительный корпус и КВД.

Вентилятор

Вентилятор двигателя трансзвуковой (т.е. относительная скорость воздуха, обтекаю­щею профили лопаток но радиусу, изменяете» от дозвуковой до сверхзвуковой), приво­дится во вращение турбиной низкого давления ("ГНД)- Напомним, что в ТРРД с большой степенью двухконтурности вентилятор создает основную часть тяги. Общий вид венти­лятора и подпорных ступеней покачан на рис.2.1.

Вентилятор состоит из следующих основных узлов: рабочего колеса 3 с обтекате­лем 4, вала вентилятора 9, деталей опор вала, спрямляющего аппарата вентилятора 6 и корпуса вентиля гора 2 с переходником 1.

Рабочее колесо (РК) вентилятора вместе с ротором подпорных ступеней (ПС) образу­ет единый ротор компрессора низкого давления. Соединение обеих частей ротора и кре­пление их к валу осуществляются при помощи призонных болтов 13. Фланцы центри­руются по внутренней и наружной цилиндрическим поверхностям на фланце вала.

Диск рабочего колеса вентилятора является одной из наиболее нагруженных дета­лей двигателя, центробежная сила, действующая на одну лопатку па взлетом режиме, составляет около 600 кН (60 т). Диск выполнен из высокопрочного титанового сплава ВТ8, толщина его определяется требованием обеспечения статической прочности.

Рабочие лопатки вентилятора 3 имеют антивибрационные полки. На рабочем колесе расположены 33 лопатки, выполненные из титанового сплава ВТ8М. Они кренятся к дис­ку замком елочного типа, такой тип крепления лопаток позволяет уменьшить нагрузку на один зуб хвостовика лопатки и выступа диска по сравнению с традиционным креп­лением типа "ласточкин хвост". Кроме того, меньшая ширина хвостовика позволяет разместить большее число лопаток на ободе диска. Пол­ки в комлевой части лопаток образуют плавную поверхность проточной части.

Задний лабиринт вентилятора 12 с передним кольцом входного направляющего аппарата ПС образует воздушное уплотнение, препятствующее перетеканию воздуха повышенного давления из-за вентилятора. Благодаря этому уменьшается осевое усилие, действующее на упорный шариковый подшипник передней опоры вентилятора. Задний лабиринт 12 крепится болтами к выступу на ободе диска, он же удерживает рабочие лопатки 3 от пе­ремещения назад под действием осевой составляющей центробежной силы. От переме­щения вперед под действием давления воздуха лопатки удерживаются передним коль­цом, закрепленным на диске.

Рабочее колесо вентилятора закрыто вращающимся обтекателем 4, который обеспе­чивает плавный вход воздуха в рабочее колесо вентилятора и предотвращает попадание посторонних предметов во внутренний контур двигателя. Для этого его поверхность специально спрофилирована таким образом, чтобы не происходило срыва погранично­го слоя при обтекании и чтобы посторонние предметы, которые могут попасть в двига­тель, отражались в наружный контур.

В связи с тем, что обтекатель вращающийся, он должен быть тщательно отбаланси­рован, а его крепление предусматривает центрирование относительно рабочего колеса вентилятора по цилиндрическому пояску на переднем кольце. Обтекатель состоит из двух частей сварной конструкции из титанового сплава ОТ4.

Крепление обтекателя предусматривает возможность его быстрого съема при замене рабочих лопаток вентилятора, подверженных повреждениям от попадания в них посто­ронних предметов. Конструкция этого крепления показана на рис.2.1. Обтекатель 4 кре­пится к диску рабочего колеса вентилятора 16 болтами 19 через кольцо 17. Болты 19 имеют удлиненную головку; при отвинчивании болта головка входит в специальное от­верстие в кольце 18. Самоконтрящиеся гайки приклепаны к фланцу обтекателя 4 с внут­ренней стороны. Кольцо 18 фиксирует рабочие лопатки вентилятора от перемещения вперед. При замене лопаток откручиваются болты 19, снимается обтекатель и кольца 17 и 18, а затем лопатки. Для сохранения балансировки лопатки при замене подбирают по статическому моменту.

Задний конец вала вентилятора соединяется с валом турбины низкого давления. Конструкция этого соединения показана на рис.2.4. Крутящий момент от ТНД ротору вентилятора передается через эвольвентное шлицевое соединение валов. Для уменьше­ния осевого усилия на шарикоподшипник передней опоры и фиксирования ротора тур­бины низкого давления в осевом направлении роторы вентилятора и ТНД связаны соединительным болтом 5 (рис.2.4), Задним концом соединительный болт вворачивается в гайку 26. вставленную в вал ротора ТНД, Гайка 26 через сферическое кольцо 27 упира­ется в выступ вала; от проворачивания она удерживается выступами на торце вала венти­лятора, а в осевом направлении фиксируется разжимным стопорным кольцом 12. Головка соединительного болта 5 через два сферических кольца 6 и 7 опирается на выступ вала вентилятора. Сферические кольца благодаря возможности их самоустановления обеспе­чивают работу соединительного болта только на растяжение (т.е. исключают возмож­ность его изгиба). От отворачивания соединительный болт удерживается шлицевой контровочной втулкой 9, которая своими задними шлицами соединена с внутренними шли­цами головкой соединительного болта 5, а передними - с шлицевой втулкой 8. Втулка 9 удерживается крышкой 10, которая сама опирается через регулировочное кольцо 11 и разрезное пружинное кольцо 12 на шлицевую втулку 8. Последняя соединена с валом 3 цилиндрическими шрифтами. Чтобы разъединить валы вентилятора и ТНД необходимо снять пружинное кольцо 12, кольцо 11, крышку 10, втулку 9, а затем вывернуть соеди­нительный болт 5. При сборке эти операции производятся в обратном порядке.

Для балансировки ротора вентилятора предусмотрена установка балансировочных грузиков под головками винтов крепления заднего лабиринта и внутри задней цапфы вала.

За рабочим колесом вентилятора поток воздуха раздваивается (см. рис.2. Г): боль­шая часть его поступает в наружный контур, а меньшая - во внутренний (в подпорные ступени и далее в КВД). Та часть потока, которая идет в наружный контур, проходит спрямляющий аппарат (СА) вентилятора 6, который спрямляет поток воздуха, закру­ченный лопатками вентилятора, до осевого направления; при этом продолжается повы­шение давления воздуха за счет преобразования его кинетической энергии в потенци­альную так как канал между лопатками С А диффузорный.

Наклонное положение лопаткам СА придано с целью уменьшения составляющей вектора скорости, перпендикулярной передней кромке лопатки. Благодаря этому умень­шаются волновые потери при обтекании лопаток (тот же эффект, что для стреловидного крыла самолета) и повышается КПД вентилятора. Большой осевой зазор между лопатка­ми СА и рабочими лопатками вентилятора позволяет снизить уровень шума.

Лопатки спрямляющего аппарата выполнены методом холодного вальцевания из ти­танового сплава ОТ4. Внутренняя и наружная полки лопаток приклепаны к ее перу. Они образуют проточную часть наружного контура. Наружные полки лопаток СА крепятся винтами к корпусу СА, а внутренние к кожуху при помощи болтов. Кожух 7 образует плавную проточную часть, заполняя пространство между внутренними полками СА и разделительным корпусом. На кожухе 7 расположены звукопоглощающие панели.

Корпус вентилятора 2 - сварной конструкции, изготовлен из титанового сплава ВТ6. Наружная поверхность его обмотана органитом 6НТ, назначение которой - Удержание лопаток, в случае их обрыва. Корпус вентилятора своим задним фланцем крепится к корпусу спрямляющего аппарата 5. К переднему фланцу корпуса вентилятора 2 крепится переходник 1. Центрирование этих фланцев обеспечивается цилиндрическими поясками. Обтекатель 4 (см.рис.2.1) обогревается горячим воздухом из-за 7-й ступени КВД. Воздух поступает по трубопроводам 14 и 15 и далее через отверстие "А" в вале вентилятора и трубу 11 в полость "Б" обтекателя и выходит через отверстия "В" в проточную часть.

Подпорные ступени

Напорность вентилятора зависит от квадрата окружной скорости, которая изменя­ется по радиусу. Поэтому в корневой части лопаток степень повышения давления воз­духа значительно ниже средней в вентиляторе. Подпорные ступени (ПС) предназначе­ны для повышения давления воздуха на входе в КВД. Степень сжатия воздуха в компрес­соре низкого давления составляет около 2,5, температура воздуха за подпорными ступе­нями около 100°С.

Для обеспечения устойчивой работы подпорных ступеней на нерасчетных режимах осуществляется перепуск воздуха за спрямляющим аппаратом ПС при помощи засло­нок перепуска, расположенных в разделительном корпусе.

Подпорные ступени (см.рис. 2.2) состоят из следующих узлов: ротора, входного на­правляющего аппарата (ВНА) подпорных ступеней 1, корпусов 1-й и 2-й подпорной ступеней (поз.З и 5) с направляющими аппаратами, спрямляющего аппарата (СА) под­порных ступеней 7.

Ротор подпорных ступеней является частью ротора вентилятора и включает рабочие колеса 1-й и 2-й ступеней (поз. 14 и 10 рис.2.2) и диск привода подпорных ступеней 12. Диски рабочих колес обеих ступеней крепятся к фланцу диска привода ПС призонными болтами. Центрирование этих деталей производится по цилиндрическим по­верхностям. Передним фланцем диск привода ПС крепится вместе с рабочим колесом вентилятора к валу также призонными болтами (рис.2.3).

Рабочие лопатки обеих ступеней соединяются с дисками замком типа "ласточкин хвост". От перемещения вдоль паза лопатки 1-й ступени удерживаются пластинчатым замком. Крестообразный пластинчатый замок вкладывается в крестообразную выемку, выфрезерованную в подошве хвостовика лопатки и загибаются вниз на торцах дисков с двух сторон. Лопатки 2-й ступени фиксируются штифтами.

Обод рабочего колеса 1-й ступени 14 имеет в передней и задней части кольцевые выступы с гребешками лабиринтного уплотнения.

Диски подпорных ступеней и вал привода ПС выполнены из титанового сплава ВТ8, рабочие лопатки - из сплава ВТ8М, а вал вентилятора - из стали ЭП517.

Входной направляющий аппарат подпорных ступеней 1 (рис.2.2) состоит из 77 ло­паток, внутреннего кольца 15 и разделительного носка 2. Лопатки ВНА выполнены из титанового сплава ВТ8М. Лопатки вставлены в разделительный носок и закреплены в нем болтами. Внутреннее кольцо ВНА с помощью заклепок соединяется с передним кольцом, образующим проточную часть. Цилиндрическая поверхность кольца 15 с гре­бешками диска 1-й подпорной ступени 14 образует лабиринтное уплотнение. С целью уменьшения радиального зазора в этом уплотнении цилиндрическая поверхность имеет срабатываемое покрытие. ВНА в собранном виде крепится винтами к корпусу 1-й под­порной ступени 3.

Корпус 1-й подпорной ступени 3 с направляющим аппаратом 4 состоит из наружного корпуса, кольца с направляющими лопатками и двух фланцев лабиринтов 11 и 13. Кор­пус изготовлен из титанового сплава ВТ6, на его внутренней поверхности имеется сра­батываемое покрытие. Лопатки выполнены из титанового сплава ВТ8М. С наружным кольцом они соединяются замком типа "ласточкин хвост". Внутренние полки лопаток образуют проточную часть. К буртикам внутренних полок приклепаны фланцы лабирин­тов со срабатываемым покрытием на цилиндрической поверхности.

К заднему фланцу корпуса 3 крепится своим фланцем корпус 2-й подпорной ступе­ни 5. Корпус 2-й подпорной ступени и спрямляющий аппарат 8 образуют проточную часть за ротором подпорных ступеней. Спрямляющий аппарат спрямляет поток воздуха до осевого направления. Корпус 2-й ступени выполнен из титанового сплава ВТ6.

Спрямляющий аппарат 8 состоит из наружного и внутреннего колец и лопаток. Ло­патки СА выполнены из титанового сплава ВТ8М и имеют наружные и внутренние пол­ки. Наклонное положение продольной оси лопаток СА соответствует криволинейное™ канала проточной части. Внутренние полки лопаток приклепаны к кольцу 9, образую­щему проточную часть за СА, Наружными полками лопатки соединяются с фланцами корпуса 5 2-й ступени СА и наружного корпуса СА 7 с помощью болтов, а задние концы полок входят в проточку наружного корпуса.

Опоры ротора КВД

Передняя опора ротора КВД (см.рис. 2.8) - упруго-демпферная (УДО). Конструкция ее аналогична рассмотренной в п.2.3 задней опоре ротора вентилятора. Наружное коль­цо роликового подшипника 3 монтируется в стакане внутренней рессоры 5 и затянуто гайкой 7, законтренной пластинчатым замком 14. На внешней поверхности внутренней рессоры проточены две канавки, в которые устанавливаются по два маслоуплотнительных кольца 13. Наружная рессора 4 своим задним фланцем крепится к корпусу при­водов, а передним фланцем соединяется с фланцем внутренней рессоры. Между маслоуплотнительными кольцами в зазорах между наружной и внутренней рессорами обра­зована демпферная полость, в которую подводится масло по каналам в корпусе. Отсюда же по сверлениям во внутренней рессоре масло поступает на смазку подшипника.

Радиальные усилия, возникающие в передней опоре ротора КВД, передаются через УДО. корпус опоры и разделительный корпус на узлы крепления двигателя. Уплотнение масляной полости роликового подшипника лабиринтное, двухступенчатое. Фланцы 10и 11 лабиринтов, сопрягаемые с лабиринтами 8 и 9, установленными на передней цапфе вала ротора КВД, крепятся к корпусу приводов. Внутренняя поверхность фланцев лаби­ринтов с целью уменьшения радиального зазора имеет истираемое покрытие.

Задней опорой ротора КВД (см.рис.2.9) является шариковый подшипник, который воспринимает радиальные усилия, а также разность осевых усилий, действующих на роторы КВД и ТВД. Наружное кольцо шарикового подшипника 16 монтируется в стальном стакане 26, запресованном в корпус опоры, которая конструктивно входит в сварной узел внутреннего корпуса камеры сгорания.

Усилия с шарикового подшипника через опору передаются на спрямляющий аппа­рат 2 13-й ступени и далее через кольцо подвески и тяги силовой схемы к узлу крепления двигателя.

Уплотнение масляной полости шарикового подшипника - лабиринтное, трехсту­пенчатое. Фланцы лабиринтов 23, 24, 25 крепятся к корпусу опоры. Сопрягаемые с лабиринтами 17. 18, 19 поверхности имеют истираемое уплотнительное покрытие. Для уменьшения теплоотдачи в масло стенка переднего фланца лабиринта 25 имеет слой теплоизоляции, удерживаемый кожухом. Между стенками фланцев лабиринтов 25 и 24 образована полость, которая обдувается воздухом. Воздух для наддува лабиринтов отби­рается из-за подпорных ступеней. Масло для смазки и охлаждения подшипника подво­дится по внешнему трубопроводу к масляным форсункам 22 и впрыскивается на бего­вую дорожку подшипника через жиклер.

Контрольные вопросы

1 .Назовите и найдите на чертеже основные элементы статора и ротора вентилятора.

2.Назовите и найдите на чертеже основные элементы статора и ротора подпорных ступеней.

3.Какие элементы образуют силовую схему КНД?

4.Как соединяются и центрируются элементы корпуса вентилятора и подпорных сту­пеней?

5.Какие усилия действуют на лопатки спрямляющего аппарата вентилятора? Как крепятся лопатки?

6.Чем обьясняется криволинейная форма проточной части подпорных ступеней?

7.Как расположены и как кренятся лопатки статора ПС? Какие усилия они воспри­нимаю!?

8.Найдите на чертеже основные элементы ротора вентилятора и подпорных ступе­ней. К какому типу роторов можно отнести ротор КПД?

9.Как осуществляется центрирование рабочего колеса вентилятора и передача на не­го крутящего момента с турбины?

10.Как крепятся рабочие лопатки вентилятора? Как они зафиксированы от перемещений в осевом направлении?

11.Для чего предназначен обтекатель, как он крепится и центрируется?

12.Каким образом можно заменить рабочую лопатку вентилятора без разборки вен­тилятора?

13,Каким образом можно заменить рабочее колесо вентилятора без разборки всего вентилятора?

14.Каким образом уплотняется газовоздушный тракт между вентилятором и подпор­ными ступенями?

15 .Для чего предназначены полки на рабочих лопатках вентилятора? Преимущества и недостатки такой конструкции?

16,Как осуществляется центрирование деталей ротора подпорных ступеней и пере­дача на них крутящего момента с турбины?

17.Каким образом уплотняется газовоздушный тракт в подпорных ступенях?

18.Как крепятся рабочие лопатки подпорных ступеней? Как они фиксируются от осевых перемещений?

19.Какие меры предусмотрены для уменьшения радиальных зазоров между ротором и статором в подпорных ступенях?

20.Каким образом обеспечивается динамическая балансировка ротора вентилятора и подпорных ступеней?

21.Найдите на чертеже опоры ротора вентилятора и подпорных ступеней. Какие ти­пы подшипников использованы в опорах и почему? Какие усилия они воспринимают?

22.Назначение и принцип работы упруго-демпферной задней опоры ротора вентиля­тора и подпорных ступеней.

23.Поясните схему передачи осевого усилия от рабочих лопаток вентилятора к кор­пусу. Какие детали при этом нагружены и как направлены действующие на них силы?

24.Какими деталями воспринимаются радиальные усилия в опорах ротора вентиля­тора и подпорных ступеней?

25.Для чего и как связаны между собой в осевом направлении роторы вентилятора и турбины низкого давления? Поясните конструкцию этого соединения, способы передачи крутящего момента и осевых усилий.

26.Каким образом регулируются осевые зазоры между деталями ротора и статора в вентиляторе и подпорных ступенях?

27.Поясните схему смазки подшипников ротора вентилятора и подпорных ступеней. Каким образом уплотняются масляные полости?

28.Принципиальный порядок сборки узла вентилятора и подпорных ступеней.

29.Как предотвращается образование льда на деталях вентилятора?

30.Какие материалы применяются для изготовления деталей вентилятора и подпор­ных ступеней.

31 .Найдите на чертеже основные элементы статора и ротора КВД.

32.Какие элементы образуют силовую схему КВД?

33.Как соединяются и центрируются элементы корпуса КВД?

34.Поясните устройство входного направляющего аппарата КВД.

35."Каким образом крепятся лопатки ВНА? Какие усилия на них действуют и какими деталями они воспринимаются?

36. Зачем и как осуществляется регулирование положения лопаток ВНА?

37.Чем объясняется различие в длине наружных цапф лопаток ВНА и поворотных на­правляющих аппаратов КВД? Для чего необходимы сферические кольца в креплении лопаток ВНА?

38.Поясните устройство направляющих аппаратов 3-12 ступеней КВД. Как крепятся лопатки? Преимущества и недостатки такой конструкции?

39.Отличия конструкции СА 13-й ступени от конструкции напавляющих аппаратов 3 - 12-й ступеней. С чем связаны эти отличия?

40.Найдите на чертеже основные элементы ротора КВД. К какому типу роторов можно отнести ротор КВД?

41.Как осуществляется центрирование рабочих колес КВД и передача на них крутя­щего момента с турбины?

42.Как крепятся рабочие лопатки КВД? Как они зафиксированы от перемещений в осевом направлении?

43.Каким образом уплотняется газовоздушный тракт КВД?

44.Почему рабочие лопатки 1 - 3-й ступеней КВД имеют антивибрационные полки, а лопатки остальных ступеней - не имеют?

45.Какие меры предусмотрены для уменьшения радиальных зазоров между ротором и статором в КВД?

46.Каким образом обеспечивается динамическая балансировка ротора КВД?

47.Найдите на чертеже опоры ротора КВД. Какие типы подшипников использованы в опорах и почему? Какие усилия они воспринимают?

48.Поясните схему передачи осевого усилия от рабочих лопаток КВД к корпусу. Ка­кие детали при этом нагружены и как направлены действующие на них силы?

49. Какими деталями воспринимаются радиальные усилия в опорах ротора КВД?

50. Поясните конструкцию соединения роторов КВД и ТВД, способы передачи кру­тящего момента и осевых усилий.

51.Каким образом регулируются осевые зазоры между деталями ротора и статора в КВД?

52.Поясните схему смазки подшипников ротора вентилятора и подпорных ступеней. Каким образом уплотняются масляные полости?

53.Порядок сборки узла КВД.

54.Какие материалы применяются для изготовления деталей КВД (валов, дисков, ло­паток, корпусов) и чем объясняется выбор материалов в каждом случае?

55.Как обеспечивается устойчивая работа компрессора? Перечислите противопомпажные мероприятия.

56.Как соединить и разъединить роторы КВД и ТВД?

57.Как соединить и разъединить роторы КПД и ТНД?

ПРИВОДОВ

Разделительный корпус расположен за спрямляющими лопатками вентилято­ра, а во внутреннем контуре - между подпорными ступенями и компрессором высо­кого давления (рис. 1.1).

Разделительный корпус (рис.3.1) является одним из основных элементов силовой схемы двигателя. На нем расположены узлы и детали передней подвески двигателя к са­молету и транспортировочные приспособления. Внутри разделительного корпуса разме­щены детали центрального привода и передачи мощности на привод агрегатов. Коробка приводов к агрегатам крепится к нижней части разделительного корпуса (рис.3.2). В раз­делительном корпусе размещаются узлы перепуска воздуха из-за подпорных ступеней. Кроме того, к нему крепятся трубопроводы отбора воздуха из-за подпорных ступеней компрессора на наддув уплотнений задней опоры ротора двигателя и для системы актив­ного управления радиальными зазорами компрессора высокого давления и турбины.

Разделительный корпус литой, из легкого магниевого сплава МЛ-5ПЧ. Конструктив­но он состоит из внутренней 2 и наружной 1 частей, соединенных между собой шпиль­ками (см.рис.3.1). Наружная часть разделительного корпуса является частью наружно­го контура двигателя. В ней имеется 12 стоек; четыре (верхняя, нижняя и две горизон­тальные) - радиальные и четыре пары наклонных. Такая схема обеспечивает достаточ­ную жесткость конструкции.

Во внутренней части 2 разделительного корпуса находится канал проточной части внутреннего контура двигателя. В нем расположены 6 радиальных стоек. Через нижнюю полую радиальную стойку проходит вал отбора мощности для коробки приводов (см.рис.3.2). Он состоит из двух частей 9 и 12, соединенных между собой шлицами. В полости разделительного кольца расположена дополнительная опора 10 этого вала. Верхний вал своими шлицами сопрягается с ведомой конической шестерней центрально­го привода, а нижний вал - с ведущим зубчатым колесом коробки приводов.

Через верхнюю стойку разделительного корпуса (см.рисЗ.1) проходит труба 5, через которую суфлируется (сообщается с атмосферой) его внутренняя полость, коробка при­водов, кожух вала турбины, полость задней опоры турбины и маслобак.

На наружном ободе разделительного корпуса имеется ряд фланцев для крепления коробки приводов, трубы суфлирования, транспортировочных и такелажных кронштей­нов, агрегата зажигания, датчиков давления и температуры, маслобака, теплообменника.

В полости между внутренним 2 и наружным 1 корпусами расположены 12 окон для перепуска воздуха из наружного контура в КВД. Это необходимо для облегчения за­пуска двигателя. Дело в том, что при запуске вначале раскручивается ротор высокого давления, а ротор низкого давления в это время еще не раскручен. При этом подпорные ступени создают дополнительное сопротивление на входе в КВД, в результате чего снижение расхода воздуха может привести к помпажу КВД. При открытых окнах пере­пуска это явление предотвращается. После запуска эти окна закрываются с помощью гидроцилиндров.

Центральный привод расположен во внутренней полости разделительного корпуса (см.рис. 1.1 и 3.2). Он служит для отбора мощности от ротора КВД на коробку приводов агрегатов. Кинематическая схема (рис.3.3) центрального привода представляет собой две пары шестерен: цилиндрическую и коническую. Ведущая цилиндрическая шестерня расположена на валу ротора КВД. Ведомая цилиндрическая шестерня и пара конических смонтированы в одном блоке в корпусе приводов, который установлен в полости внут­реннего корпуса. Благодаря тому, что ведущая шестерня выполнена цилиндрической с прямыми зубьями, она не препятствует перемещению конца вала ротора КВД в осевом направлении при нагреве и охлаждении.

Шестерни и подшипники центрального привода смазываются маслом, которое по­ступает по сверлениям и расточкам к жиклерам центрального привода. Слив масла осуществляется через трубку слива 13 и кожух 11 вала (см.рис.3.2), расположенные в нижней стойке разделительного корпуса.

Спереди на внутренней части разделительного корпуса крепится корпус задней опоры с роликовым подшипником вала вентилятора. В задней стенке расположен роли­ковый подшипник, являющийся передней опорой ротора КВД (см.рис.3.1).

Коробка приводов служит для размещения на ней агрегатов двигателя, а также агрегатов самолета, приводимых во вращение двигателем. Детали приводов размещены внутри коробки. Коробка приводов крепится к разделительному корпусу при помощи проушин четырьмя призонными болтами. Таким образом обеспечивается фиксация коробки относительно разделительного корпуса в определенном положении. Перечень агрегатов, размещенных на коробке приводов, приведен в п. 1.2. Следует отметить, что на двигателе ПС-90А все агрегаты и их приводы скомпонованы в одной коробке, в отли­чие от двигателей более ранних конструкций, где обычно имелось по две и более коро­бок приводов (верхняя, нижняя, боковые).

Корпус и крышка коробки, как и разделительный корпус, отлиты из магниевого сплава МЛ-5. Соединяются они между собой шпильками, ввернутыми в корпус, и само­контрящимися гайками. Разъем между крышкой и корпусом уплотняется резиновым уплотнительным кольцом. В корпусе и крышке имеются бобышки, в расточки которых запрессованы стальные обоймы под подшипники. На фланцах устанавливаются переходники агрегатов, к которым при помощи быстросъемных хомутов крепятся сами агрегаты.

Кинематическая схема приводов изображена на рис.3.3. Привод от ротора КВД включает в себя конические зубчатые колеса с круговым зубом. Зубчатые колеса выполнены заодно с валиками, шейки которых опираются на подшипники. Централь­ное цилиндрическое колесо имеет хвостовик, который одним концом опирается на роли­ковый подшипник, а другим концом входит в шлицы конического колеса. Валики от ко­нических колес двухопорные. Отсутствие консольного крепления уменьшает изгибные нагрузки и, следовательно, габариты передачи.

На центральном фланце корпуса коробки имеются четыре фланца для установки датчиков частоты вращения. Каждый из датчиков выдает сигнал на свою систему кон­троля и управления. На этом же фланце крепится переходник привода прокрутки (прокрутка ротора производится при техническом обслуживании двигателя). В рабочем положении этот привод закрывается резьбовой заглушкой.

Разработка глубоко модернизированного ПС-90А2 имела целью создание двигателя, полностью соответствующего авиационным правилам АП-33 и АП-34. Поскольку они гармонизированы с зарубежными требованиями (американскими FAR-33 и европейскими JAR-33), новая версия двигателя «автоматически» соответствовала мировым стандартам. Помимо этого. ПС-90А2 отличался от прототипа повышенной надежностью, а также более чем на треть сниженной стоимостью жизненного цикла.

В работе над этим проектом участвовала компания Prati amp; Whitney. В результате этого сотрудничества пермским моторостроителям удалось познакомиться с методиками и технологиями проектирования партнера, а также привлечь западных производителей комплектующих изделий для ПС-90А2.

Объем конструкторских и экспериментальных работ, выполненных при разработке и последующей сертификации двигателя ПС-90А2, сопоставим по масштабам с процессом создания двигателя «с нуля». Усилиями специалистов пермского КБ на ПС-90А2 появилось много модифицированных узлов и систем, а большинство оставшихся от прототипа модифицированы до неузнаваемости. Например, в отличие от ПС-90А. модификация А2 получила новую турбину высокого давления. Ее рабочие лопатки стали монокристаллическими. В сочетании с применением для их изготовления жаростойкого сплава ЖС-36МОНО это позволило заметно увеличить ресурс ТВД, которая работает в наиболее жестких условиях, какие только существуют в двигателе, а также повысить ее КПД. Кроме того, новая ТВД в сочетании с другими элементами конструкции ПС-90А2 дает возможность в случае необходимости повысить тягу двигателя до 18 тс.

Полностью обновились система управления двигателем, его цифровой электронный регулятор и бортовая система контроля двигателя. Они получили новую архитектуру и программное обеспечение. а также новую элементную базу. За счет этого не только увеличились надежность и ресурс самих САУ и БСКД. Оптимизация законов управления и их реализация с высокой точностью обеспечили заметное повышение эксплуатационных характеристик двигателя в целом.

Для реализации жестких требований по отказобезопасности, прописанных в АП-33, специалисты «Авиадвигателя» применили передовые конструктивные и технологические решения, которые обеспечили локализацию обрыва рабочей лопатки вентилятора «под корень».

Впервые в практике пермского КБ проведены 150-часовые испытания в соответствии с требованиями АП-33, жестко регламентирующими работу двигателя на повышенных и чрезвычайных режимах. В частности. ПС-90А2 должен был подтвердить способность в течение 18 ч 45 мин работать на взлетном режиме – с максимальными частотами вращения роторов высокого и низкого давления и температурой газа перед турбиной. и в течение 45 ч – при предельных параметрах режима набора высоты. При этом тяговые характеристики двигателя не должны быть меньше заданных техническими требованиями.

Перечень отличий ПС-90А2 от предшественника велик. В него входят звукопоглощающие конструкции второго поколения, пневматические агрегаты топливной системы (что повысило уровень пожарной безопасности), модифицированная система охлаждения ТВД, новый подшипниковый узел турбины, камера сгорания с новым термозащитным покрытием и т.д. ПС-90А2, в отличие от других версий ПС-90А. получил Сертификат типа №309-АМД от 29 декабря 2009 г. по АП-33.

Параллельно с проведением работ по сертификации Пермский моторный завод вел подготовку к серийному производству ПС-90А2.Традиционно «Авиадвигатель» привлекает своего главного партнера – ПМЗ – к изготовлению опытных деталей и узлов на самых ранних стадиях создания двигателей. Сертификационные испытания практически всегда проходят двигатели, полностью изготовленные и собранные в серийном производстве ПМЗ, что резко сокращает этап подготовки, освоения и этап квалификационных испытаний новых двигателей.

Получению сертификата типа предшествовали летные испытания. Они проводились на борту самолета Ту-204-100В, Доработки летающий лаборатории были минимальными – этому способствовали относительная простота интерфейса системы управления двигателем и штатно встроенные в него средства регистрации параметров с высокими возможностями. Помимо специалистов разработчика и производителя ПС-90А2 в испытаниях приняли участие представители ОАО «Туполев». ГосНИИ ГА. а также производителя Ту-204 – ульяновского завода «Авиастар-СП».

Двигатель ПС-90А2, что называется, получился. Трудоемкость обслуживания снизилась вдвое, в полтора-два раза выросла надежность, стоимость жизненного цикла, несмотря на рост себестоимости, по сравнению с ПС-90А, уменьшилась на 37%.

Первоначально ПС-90А2 планировали устанавливать на модернизированные авиалайнеры Ту-204СМ новой постройки. В планах пермяков была и замена на ПС-90А2 ранних версий ПС-90А, установленных на ранее выпущенных самолетах «Ту» и «Ил». Специалисты КБ «Авиадвигатель» продолжали совершенствование своего детища (в частности, вырос запас по температуре турбинного узла).

На сборке – очередной ПС-90А

В 2011 г. сертифицирован авиационный двигатель ПС-90А3 – модификация сертицифированного в 2009 г. двигателя ПС-90А2. Новая разработка пермского КБ сохранила все преимущества ПС-90А2 относительно базового двигателя: высокий запас по температуре газаоа турбиной, более высокие ресурсы основных деталей, более совершенная САУ. ПС-90А3 предназначен для замены базового ПС-90А на крыле самолетов Ту-204/214, а также для оснащения Ту-204СМ. Это заинтересует авиакомпании, имеющие в своем авиапарке оба типа самолетов. Разработка унифицированного ПС-90А3 – уникальная возможность с относительно небольшими затратами использовать технологии и конструктивные решения, внедренные специалистами пермского КБ при создании авиадвигателя ПС-90А2.

Потенциальным эксплуатантам ПС-90А3 дает двукратное увеличение межремонтной наработки, снижение стоимости летного часа и трудоемкости технического обслуживания на 30%. Трудоемкость технического обслуживания сокращается до 0,2 человеко-часа на час налета. Существенно сокращается время простоев, обусловленных заменой двигателя. Время нахождения двигателя в ремонте за жизненный цикл снижено почти в 2,5 раза (50 и 22 месяца соответственно). Запас по температуре позволяет поддерживать высокую тягу двигателя по мере выработки ресурса. Высокая стабильность КПД основных узлов двигателя (в первую очередь, ТВД) позволяет снизить расход топлива на 4% за 10 тыс. часов наработки двигателя.

ПС-90А3 получил Дополнение к сертификату типа №16-Д/34 от 20 января 2011 г. При этом сертифицирован он по требованиям НЛГС-3. Стремясь побыстрее дать эксплуатантам более совершенный двигатель, пермские конструкторы просто не успели «обойти» конструктивные решения, защищенные патентами американского экс-партнера.

В частности, не удалось реализовать полноценную защиту при отрыве лопатки вентилятора «целиком» – ПС-90А3 гарантирует безопасное разрушение только при отрыве надполочной части лопатки. Однако КБ «Авиадвигатель» продолжает работать над этими проблемами. и можно надеяться, что задача сертификации новой версии ПС-90А по нормам АП-33 в недалеком будущем будет решена.

Еще в ходе сертификации ПС-90А3 на его основе началась разработка его модификаций ПС-90А3-76. ПС-90А3-1. Они предназначены для замены двигателей ПС-90А-76 и ПС-90А1 соответственно.

Появление новой версии означало «возвращение к истокам», к концепции универсального двигателя, которую закладывал еще в Д-90 его создатель Павел Соловьев. Однако разработчики самолетов не всегда думали о мотористах. В ходе создания новых версий летательных аппаратов обеспечивалась взаимозаменяемость двигателей по посадочным местам.

Для решения этих проблем и появился ПС-90А3. Он должен «вставать» без доработки борта как на Ту-204/214. так и на самолеты семейства Ил-96 и различные версии Ил-76, но при этом трудозатраты на «подгонку» двигателя под конкретный тип самолета должны быть минимальными. При этом на самолете не обязательно менять все двигатели сразу – ПС-90А3 способен работать «в одной упряжке» с двигателями всех предыдущих версий. Это позволит эксплуатантам переводить свой парк на более совершенный вариант двигателя с минимальными затратами.

Будущее двигателей семейства ПС-90А сейчас связывают с вариантом ПС-90А-76 для новых транспортных самолетов Ил-76МД-90А и их различных специальных модификаций

Гражданская авиация

Двигатель ПС-90А

Разработка - ОАО «Авиадвигатель».
Серийное производство – ОАО «Пермский моторный завод».
Унифицированный базовый турбовентиляторный двухконтурный двухвальный со смешением потоков наружного и внутреннего контуров двигатель с реверсом в наружном контуре и системой шумоглушения.

Применение:

• самолет Ил-96-300ПУ Президента РФ;
• дальнемагистральный широкофюзеляжный пассажирский самолет Ил-96-300;
• среднемагистральные пассажирские и грузовые самолеты Ту-204-100, Ту-204-300, Ту-204С, Ту-214 и их модификации.

Сертифицирован в 1992 году. Эксплуатируется с 1993 года. Двигатель эксплуатируется по техническому состоянию и не имеет ограничений по межремонтному ресурсу и общему техническому (назначенному) ресурсу. Соответствует нормам ИКАО 2008 года по эмиссии и обеспечивает соответствие эксплуатируемых самолетов нормам ИКАО (Глава 4) по шуму.

Двигатель ПС-90А1
Модификация ПС-90А
Серийное производство –
ОАО «Пермский моторный завод»

Применение:Дальнемагистральный широкофюзеляжный транспортный самолет Ил-96-400Т.

Cертифицирован в 2007 году. Эксплуатируется с 2007 года. Степень унификации с базовым двигателем ПС-90А – 98%. Соответствует нормам ИКАО 2008 года по эмиссии и обеспечивает соответствие самолетов нормам ИКАО (Глава 4) по шуму.

Двигатель ПС-90А2
Модификация ПС-90А
Серийное производство –
ОАО «Пермский моторный завод»

Применение:

• среднемагистральные пассажирские и грузовые самолеты Ту-204СМ, Ту-204-100, Ту-204-300, Ту-204С, Ту-214 и их модификации.

Разработан ОАО «Авиадвигатель» при участии компании Pratt & Whitney (США). Сертифицирован в 2009 году по АП-33. Соответствует нормам ИКАО 2008 года по эмиссии. Самолеты, оснащаемые двигателями ПС-90А2, соответствовуют нормам ИКАО 2006 года (глава 4) по шуму.

По сравнению с базовым двигателем:

• повышение надежности в 1,5-2 раза;
• значительное снижение стоимости жизненного цикла;
• уменьшение трудоемкости обслуживания в эксплуатации в 2 раза.

Двигатель ПС-90А-76
Модификация ПС-90А
Серийное производство –
ОАО «Пермский моторный завод»

ПРИМЕНЕНИЕ:

• Модернизация существующего парка Ил-76МД/ТД;
• Военно-транспортные самолеты Ил-76МД-90, Ил-76МФ;
• Коммерческие грузовые самолеты Ил-76ТД-90, Ил-76ТФ.

Сертифицирован в 2003 году. Эксплуатируется с 2003 года. Соответствует нормам ИКАО 2008 года по эмиссии и обеспечивает соответствие самолетов нормам ИКАО (Глава 4) по шуму.

По сравнению с двигателем Д-30КП обладаем рядом преимуществ, в числе которых:

• уменьшение эксплуатационных затрат в 1,7 раза;
• повышение надежности силовой установки в 1,5 - 2 раза;
• снижение расхода топлива на 13 - 17 %.

Основные характеристики двигателей

				ПС-90А-76
Тяга на взлетном режиме (tн 730 мм рт.ст., H=0), кгс	16000	17400	16 000	14 500
Тяга на крейсерском режиме (Н=11 км, М=0,8), кгс	3500	3500	3500	3500
Удельный расход топлива (с реальным соплом), кг/кгс ч	0,595	0,595	0,595	0,595
Высота полета, м	до 13100	До 13100	до 13 100	до 13 100
Температура воздуха у земли для запуска и работы,оС	-47...+45	-47...+45	-47...+45	-47...+45
Высотность аэродромов, м	до 3500	До 3500	до 3500	до 3500
Длина двигателя, мм	4964	4964	4964	4964
Диаметр вентилятора по концам рабочих лопаток, мм	1900	1900	1900	1900
Cухая масса, кг	2950	2950	2950	2950
Поставочная масса, кг	4160	4250	4220	4160