Принцип работы ТРД: воздух засасывается через воздухозаборник, сжимается компрессором и направляется в камеру сгорания, где смешивается с топливом и воспламеняется. Горячие газы вращают турбину, расположенную на одном валу с компрессором, и создают реактивную тягу в сужающемся сопле.
Основные части турбореактивного авиационного двигателя (ТРД):
- Входное устройство (воздухозаборник) для подвода воздуха к компрессору и повышения давления.
- Компрессор центробежного или осевого типа для сжатия воздуха.
- Камера сгорания за компрессором.
- Газовая турбина для привода компрессора с сопловым аппаратом.
- Выпускное устройство из выпускной трубы, внутреннего конуса, стойки и реактивного сопла.
«Самолетный» взлет В-12 с турбовальными двигателями Д-25ВФ. Фото: интернет-музей российской авиации «Авиару.рф»
На вертолетах используются турбовальные двигатели (ТВаД), основными элементами которых являются входное устройство, компрессор, камера сгорания и турбина компрессора. Отличие состоит в том, что турбина разделена на две механически несвязанные части и связана газодинамических. Газовый поток вращает первую турбину, часть мощности передается компрессору, затем вращает вторую турбину, приводящую в действие полезные агрегаты. Реактивной тяги, как на самолетных ТРД, на ТВаД нет, вместо этого имеется выходное устройство.
Выходной вал свободной турбины связан с редуктором, необходимым для снижения скорости вращения приводного вала. Полезный агрегат вертолетного ТВаД — несущий винт, часть крутящего момента передается на рулевой винт через трансмиссию. Соосная схема позволяет отказаться от рулевого винта, что снижает габариты вертолета. Однако, второй несущий винт противоположного вращения, установленный над первым, усложняет схему.
Первый прототип Ми-26 с турбовальными двигателями Д-136. Фото: Борис Корзин
Основное отличие вертолетных ТВаД от самолетных ТРД заключается в компактности первых. В то время как ТРД для авиалайнеров и боевых самолетов имеют большие габариты, существуют небольшие мини-ТРД для легких реактивных самолетов, которые производятся в ограниченных количествах. Поэтому унификация возможна только на базе малогабаритных турбореактивных двигателей.
Установка реактивных двигателей на самолетах улучшила их летные и эксплуатационные характеристики. Что же дало вертолетам использование турбовальных двигателей? На первый взгляд, ничего не изменилось. Но в действительности установка ТВаД произвела революцию в вертолетостроении.
Дальнемагистральный Ил-62 с турбореактивными двигателями НК-8. Фото: Michel Gilliand / wikimedia.org
Возможности винтокрылых машин значительно возросли. Вертолет Ми-4 с поршневым двигателем имел мощность 1250 кВт (1700 л.с.), грузоподъемность 1200 кг, крейсерскую скорость 140-150 км/ч и дальность полета 410 км. Вертолет Ми-8 с ТВаД развивал мощность 4400 л.с. (2×2200), имел грузоподъемность 4000 кг, скорость 230 км/ч и дальность 500-600 км. Таким образом, летно-технические характеристики значительно улучшились.
ТВаД позволили создать гигантский вертолет В-12 и самый грузоподъемный в мире Ми-26, что было невозможно с поршневыми двигателями. Большая мощность и тяговооруженность вертолета с ТВаД также позволили создать скоростные и высокоманевренные ударные военные вертолеты, что также было невозможно с поршневыми двигателями. Установка ТВаД значительно улучшила летно-тактические и эксплуатационные характеристики вертолетов.
От турбовального к турбовинтовому. Итоги и перспективы
Подводя итоги, можно сказать, что в случае с самолетным поршневым двигателем воздушного охлаждения возможна его установка на вертолет, в отличие от ТРД.
Для вертолетов необходимы турбовальные двигатели, которые могут быть унифицированы с небольшими турбореактивными самолетными двигателями, но это редкость из-за различий в требованиях и условиях работы.
Современные ТВаД для вертолетов и самолетные ТРД создаются в разных КБ, конструкторских и инженерных школах. На начальном этапе вертолетостроения существовали поршневые двигатели, но они были вытеснены турбовальными в конце 1950-х.
Сегодня поршневые двигатели устанавливаются только на вертолеты малого класса. Турбовальные вертолетные двигатели имеют общие элементы с самолетными ТРД, но являются другим классом. Однако существуют исключения, связанные с турбовинтовыми двигателями (ТВД). Разработка ТВД для самолетов возможна на базе турбовальных вертолетных двигателей, что доказано советскими и российскими двигателестроителями.
В турбореактивном двигателе компрессор втягивает воздух, сжимает его и направляет в камеру сгорания, где топливо воспламеняется. Горячие газы вращают турбину и создают реактивную тягу через сопло. В турбовинтовом двигателе газ вращает турбину, которая через вал вращает винт, создающий основное тяговое усилие.
ТВ7-117В для вертолета Ми-38. Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация
Специалистами петербургского предприятия «ОДК-Климов» Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК) Ростеха разработаны и выпускаются газотурбинные двигатели семейства ТВ7-117, которые являются универсальными. В семействе представлены двигатели самолетного турбовинтового исполнения и турбовального вертолетного.
Первый ТВ7-117С создавался в КБ им. Владимира Климова с середины 1980-х годов, серийно производится и эксплуатируется с 1990 года. К сожалению, поначалу этот двигатель не был оценен по достоинству. В то время зарубежные производители всячески старались не дать хода отечественному двигателестроению. Пользуясь сложнейшей экономической ситуацией в стране после распада СССР, они буквально наводнили рынок авиадвигателями западного производства, в то время как российские двигателестроители оказались практически не у дел. Но это не могло продолжаться долго, и ситуация стала исправляться.
В настоящее время двигатели типа ТВ7-117СТ применяются на самолетах Ил-114 и его новейшей модификации — Ил-114-300, а двигатель ТВ7-117В успешно поднимает в небо отечественный вертолет тяжелого класса Ми-38. Эти уникальные двигатели имеют высокие технические характеристики, большой потенциал и хорошие перспективы.
Ми-38. Фото: «Вертолеты России»
Знаковое событие для всего российского авиационного моторостроения — получение сертификата типа на вертолетный двигатель ВК-650В разработки конструкторов «ОДК-Климов». Этот двигатель предназначается для установки на легкие вертолеты «Ансат», Ка-226, Ми-34 и должен заменить на них иностранные силовые установки. Также этот двигатель сможет устанавливаться на отечественных БПЛА вертолетного типа.
ВК-650В обладает хорошими рабочими характеристиками: мощность на взлетном режиме — 650 л.с., чрезвычайный режим — 750 л.с., удельный расход топлива — 245 г/л.с. в час на взлетном режиме и 280 г/л.с. в крейсерском. Первоначальный ресурс — 600 часов, дальнейшая эксплуатация по состоянию: ресурс горячей части — 4500 часов или 3000 циклов, холодной части — до 9000 часов или 6000 циклов.
ВК-650В. Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация
Разработка и сертификация ВК-650В осуществлены в рекордные сроки — всего за пять лет. На этот двигатель возлагаются очень большие надежды. Достаточно сказать, что комплексной программой развития авиатранспортной отрасли России предусмотрен выпуск до 2030 года более 800 экземпляров ВК-650В. Пожелаем новому отечественному вертолетному двигателю долгих лет работы без поломок, огромного моторесурса и стать таким же успешным в своем классе, как и его предшественники.
Источник: