Двигатели боевых самолетов производства КБ Люлька-Сатурн и КСЗ им. Климова

ВИНИТИ

Серия «ЭКОНОМИЧЕСКИЙ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ»

№ 5/2005, стр.36-39

Двигатели боевых самолетов производства КБ «Люлька-Сатурн» и КСЗ им. Климова

Журнал Military Technology информирует о разработке, производстве и некоторых характеристиках авиационных двигателей, предназначенных для боевых самолетов различных стран мира. Ниже приведены основные сведения, касающиеся российских двигателей АЛ-31 и РД-33.

В статье отмечается, что в настоящее время значительное внимание уделяется таким авиационным технологиям, как «стеле» и беспилотные летательные аппараты, однако при этом не следует игнорировать тот факт, что двигательные установки по-прежнему остаются основными компонентами, обеспечивающими необходимые характеристики летательных аппаратов, в том числе и боевых самолетов.

Авиационный двигатель КБ «Люлька-Сатурн» АЛ-31. Разработка двигателя АЛ-31 началась еще в 60-е годы. Ее целью было создание двигателя, обеспечивающего для сверхзвукового истребителя - перехватчика очень высокую тягу наряду с низким расходом топлива, позволяющим осуществлять длительное воздушное боевое патрулирование на границах Советского Союза, имевших огромную протяженность. Первые стендовые испытания двигателя начались в 1974 г. и после длительного этапа разработки в первой половине 1981 г. двигатель АЛ-31Ф был запущен в производство для установки на новом тяжелом истребителе - перехватчике Су-27.

В то время как базовая конструкция двигателя АЛ-31 отражала технический уровень начала 70-х годов и в этом плане была примерно эквивалентна конструкции двигателя F-100 компании Pratt & Whitney, двигатель АЛ-31Ф включал концепции, которые в дальнейшем были адаптированы в большинстве более поздних двигателей. Это касается прежде всего модульной конструкции, позволяющей производить замену любого модуля без снятия всего двигателя. Была тщательно изучена компоновка компрессоров и внутренняя аэродинамика, которые были интегрированы со всеми взаимодействующими элементами и планером с тем, чтобы гарантировать надежное функционирование в наиболее трудных условиях. Примечательным качеством двигателя АЛ-31Ф была толерантность к неравномерности воздушного потока на входе двигателя, что демонстрировалось самолетами Су-27 во время быстрых и экстремальных маневрирований на различных авиационных выставках.

Двигатель был подвергнут ряду усовершенствований, таких как внедрение комплексной цифровой системы контроля двигателя FADEC (Full-Authority Digital Engine Control) и сопла с управляемым вектором тяги и системой управления, интегрированной с бортовой электродистанционной системой управления полетом (FBWS). Бесспорно, что этим путем последуют все боевые самолеты, претендующие на маневренность и способность к реконфигурации своих органов управления с целью повышения живучести. Более радикальные модификации, включая внутреннюю компоновку двигателя и его характеристики, изучаются в настоящее время КБ «Люлька-Сатурн» и Московским машиностроительным производственным предприятием (ММПП) «Салют», которое является изготовителем двигателей. Пока они ведут работы самостоятельно, но возможно, что в конечном итоге усовершенствованный вариант двигателя станет результатом совместных усилий. Как ожидается, поэтапные усовершенствования будут включать, в частности, новый вентилятор-компрессор низкого давления, несколько большего диаметра для увеличения массы воздушного потока, с тремя ступенями вместо четырех. Однако при этом степень сжатия/повышения давления возрастет с 3,55 до 4,2, что является четким показателем лучшей трехмерной аэродинамической конструкции компрессора и последующей более высокой эффективности. С точки зрения производственной технологии, первая вентиляторная ступень будет изготавливаться в виде «блиска» (blisk). В горячей секции будут внедрены новые турбинные лопатки с лучшим охлаждением, что позволит повысить внутреннюю температуру турбины.

В случае реализации всех предлагаемых усовершенствований максимальная тяга двигателя увеличится с текущего класса 12,5 т до класса 14,5 т, что приблизит его характеристики к параметрам экспериментального двигателя АЛ-37ФУ, многие компоненты которого использованы в двигателе Ал-31ФП, в частности система управляемого вектора тяги. Более высокая тяга позволит устанавливать этот вариант двигателя не только на будущие самолеты серии Су-27/Су-30, но и, по крайней мере первоначально, на легкий фронтовой истребитель типа «Су» пятого поколения (ЛФИ). Последний предполагается оборудовать новым двигателем АЛ-41 с переменным/изменяемым циклом, но разработка этого двигателя будет в значительной мере зависеть от финансирования программы.

АЛ-31Ф является турбовентиляторным двухвальным двигателем с низким давлением (0,57). Входные управляемые лопатки и структура поддержки переднего подшипника вентилятора-компрессора низкого давления имеют переменные углы наклона. Вентилятор-компрессор низкого давления имеет четыре ступени традиционной конструкции, первые три ступени имеют специальные кожухи для снижения вибрации. Группа низкого давления приводится двухступенчатой турбиной с охлаждаемыми лопатками, турбины имеют регулярный клиренс лопаток (top clearance control) для повышения их эффективности. Компрессор высокого давления имеет девять ступеней с переменным углом управляемых входных лопаток и статоров первых двух ступеней. Турбина высокого давления имеет одну ступень с охлаждаемыми лопатками, которые используют воздушный теплообменник, расположенный в холодном воздушном потоке обводного канала. Общая степень сжатия двигателя в пределах 25 ед.

Кольцевая камера сгорания имеет 28 топливных форсунок. Досжигание топлива происходит в секции смешивания холодного и горячего потока, отличительной особенностью которой являются радиальные распылительные сопла/форсунки и находящиеся за ними два пламястабилизирующих кольца. Выхлопное сопло сверхзвуковое с полным изменением геометрии.

Особенностью АЛ-31Ф, как и других российских двигателей, является расположение вспомогательного редуктора, частично нависающего над входом компрессора. Однако двигатель АЛ-31ФН, который устанавливается на новых китайских истребителях -бомбардировщиках J-10, имеет вспомогательный редуктор, расположенный под нижней частью корпуса вентилятора, аналогично стандартной западной практике.

АЛ-31 был первым и остается в настоящее время единственным состоящим на вооружении двигателем с управляемым вектором тяги. Истребители Су-ЗОМКИ ВВС Индии оборудованы двигателями АЛ-31ФП с поворотным соплом АЛ-100 (до -15°) с осью, вращающейся в плоскостях с наклоном 32° к вертикальной, что в какой-то мере обеспечивает боковое изменение вектора тяги. Таким образом можно обеспечить отклонение по курсу/рыскание в дополнение к изменению тангажа и крена (через дифференцированное отклонение широко разнесенных сопел двигателей), изменяя вектор тяги и в то же время исключая взаимное влияние газовых струй двигателей с помощью «жала», находящегося между соплами двигателей, которым заканчивается задняя часть фюзеляжа самолета,. Заявляется, что поворотное сопло АЛ-100 рассчитано на работу в течение 250 ч и затем подлежит ремонту (планируется довести межремонтное летное время до 500 ч), при том что заявленное межремонтное время двигателя в целом составляет 1000 ч.

Помимо индийских истребителей комбинация АЛ-31ФП/АЛ-100 адаптирована к новым самолетам Су-ЗОМКМ, предназначенным для Малайзии. Более совершенные поворотные сопла с 360° (круговой) осесимметрией могут быть адаптированы в будущих производственных сериях двигателей АЛ-31Ф.

Авиационный двигатель МСЗ им. Климова РД-33. Разработка двигателей РД-33 на моторостроительном заводе им. Климова велась в период конца 60-х - начала 70-х годов. Он был выбран для установки на самолетах МиГ-29. Стендовые испытания начались в 1972 г. Первые поставки состоялись в 1976 г., полномасштабное производство было организовано спустя четыре-пять лет.

Предназначенный для самолета МиГ-29, двигатель РД-33 следовал его судьбе. Производство достигло пикового значения в 80-е - начало 90-х годов, затем продажи самолетов приостановилось. Однако благодаря недавним важным заказам на строительство новых истребителей, прежде всего со стороны Индии и Алжира, производственная линия начинает восстанавливаться, что, в свою очередь, обеспечивает необходимую базу для возможного коммерческого успеха.

Что касается двигателя РД-3, разработано несколько усовершенствований для его базовой модели и несколько новых вариантов, в том числе и имеющих обещающие перспективы для экспортного рынка. Прежде всего была полностью изменена базовая философия советского времени в отношении проверок двигателя и межремонтных интервалов, в соответствии с которой все оружейные системы рассматривались как расходуемые в ходе войны и, следовательно, имеющие очень короткий срок эксплуатации. Интервалы между ремонтами прогрессивно увеличились с 300 до 1200 ч для уже имеющихся двигателей (до 1600 ч для германских, а теперь и для польских МиГ-29), а для последних производственных двигателей модели РД-ЗЗ/ЗМ даже до 2000 ч, что является весьма высоким показателем. Двигатель РД-ЗЗК, модифицированный до стандарта РД-ЗЗ/ЗМ, будет устанавливаться на палубных истребителях МиГ-29К, базирующихся на бывшем ТАКР «Адмирал Горшков» (в составе ВМС Индии), и в основном этот же двигатель, без корабельных особенностей, является логичным выбором для самолетов МиГ-29М, заказанных Алжиром. Кроме того, вариант двигателя РД-93 избран для однодвигательного китайско-пакистанского истребителя-бомбардировщика FC-1. Наиболее значимым различием между РД-93 и РД-33 является изменение местоположения вспомогательного редуктора, перенесенного под нижнюю часть корпуса двигателя.

Представляет интерес модель РД-133, оборудованная осесимметричным соплом изменения вектора тяги (КВИЛТ) собственной конструкции (изменение направления на 15" в любую сторону). Считается, что такое сопло может использоваться при модификации стандартных двигателей РД-33 в целях повышения боевого потенциала самолета. РД-133 имеет большую тягу, достигающую 88,25 кН (8990 кг) при форсаже и 54,9 кН (5590 кг) без форсажа.

Дальнейшим развитием является модель РД-43ВКС, в которой будут внедрены новый вентилятор - компрессор низкого давления и в полном объеме система контроля FADEC для доведения тяги до десятитонного класса.

РД-33 является двухвальным турбовентиляторным двигателем с низкой степенью сжатия (0,49). В воздухозаборнике нет управляемых лопаток и только четыре поддерживающие стойки/подкоса для переднего подшипника группы вентилятор-компрессор низкого давления, которая приводится одноступенчатой турбиной. Компрессор высокого давления имеет девять ступеней с управляемыми лопатками на входе и изменяемыми углами статорами первых двух ступеней. Турбина высокого давления имеет одну ступень с однокристальными лопатками с воздушным охлаждением. В целом степень сжатия двигателя находится в пределах 21 ед.

Кольцевая камера сгорания имеет топливные форсунки с воздушным распылением. Дожигание происходит в смесительной секции холодного и горячего потока и характеризуется радиальными распылительными форсунками, за которыми следуют радиальные стабилизаторы пламени. Выхлопные/выходные сопла сверхзвуковые с полной переменной геометрией,

Вершинин В.И.

Military Technology.-2004/7.-P. 56,66,69.