Чем заменят вертолетные двигатели

Вертолетные двигатели прошли завершающий этап испытаний на обледенение

История создания ТВ7-117В зависела от политического курса страны

Успешное завершение нового этапа испытаний вертолетного двигателя ТВ7‑117В в последних числах июля 2019 года подтвердила госкорпорация «Ростех». Пресс‑центр Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК) госкорпорации «Ростех» сообщил, что входящий в ее структуру санкт‑петербургский «ОДК‑Климов» провел испытания мотора ТВ7‑117В в условиях обледенения.

Условия испытаний

На больших высотах с понижением температуры воздуха и в условиях высокой влажности возможно образование ледяной пленки на поверхности воздушного судна, а также попадание кусков льда в двигатель, что влияет на возможность выполнения функциональных задач и безопасность полетов.

В соответствии с сертификационными требованиями проверка авиационной техники при непрерывном и перемежающемся обледенении является обязательной процедурой.

В ходе программы испытаний ТВ7‑117В, которые проводились в научно‑испытательном центре Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ), были созданы критические условия, имитирующие полет летательного аппарата при низких температурах с классическим обледенением.

ЦИАМ является научно‑исследовательской организацией, входящей в Научно‑исследовательский центр «Институт имени Н.Е. Жуковского», и осуществляет комплексные научные исследования и научное сопровождение разработок в области авиационного двигателестроения. На его стендах проходили испытания и осуществляли доводку до требуемых показателей все отечественные авиамоторы.

Изучение защищенности двигателя от обледенения и возникающих вследствие этого вибраций, падения тяги, а также исследование последствий от прямого попадания льда, птиц позволяет разрабатывать меры и предпринимать попытки противостоять стихийным природным явлениям и непредсказуемым событиям во время полета.

Стенды ЦИАМа

С целью создания классического обледенения воздушных аппаратов стенды ЦИАМа оборудованы водораспылительными коллекторами, в которых имитируется естественное воздействие влаги на воздушное судно. Вода в кучевых и дождевых облаках находится в переохлажденном состоянии и имеет температуру ниже 0 °С, при соприкосновении с поверхностью летательного аппарата и двигателем она превращается в лед. В институте создана экспериментальная установка с морозильной камерой и генератором кристаллов — устройством для дробления льда, что позволяет рассматривать сложнейшую проблему — попадание в двигатель кусков льда. Кроме того, проводятся испытания крупным и шквальным градом, то есть ледяными шарами диаметром 25 и 50 мм. Для проверки защиты от птиц создана пневматическая пушка.

В начале текущего года на стенде ЦИАМа были успешно проведены испытания ТВ7‑117В по программе «Определение эффективности защиты двигателя от попадания птиц и града». Тестирование проводилось специальными последовательными выстрелами в область защитного экрана градом к оси двигателя со скоростью 83 м/с и предметами с массой 1, 85 кг, сопоставимой с массой птиц, к оси двигателя с такой же скоростью. А в июле 2019 года проведены исследования параметров эффективного функционирования двигателя ТВ7‑117В в условиях классического обледенения при температуре до минус 30 °С и на высотах до 4 тыс. м, в результате которых подтверждена работа силовой установки на всех эксплуатационных режимах с сохранением расчетных характеристик, заложенных конструкторами.

Новый мотор

Год назад, в июле 2018 года, двигатель ТВ7‑117В получил сертификат Федерального агентства воздушного транспорта РФ № FATA‑01027E. Условия эксплуатации изделия в диапазоне температур на входе в двигатель от минус 60 °С до плюс 50 °С были определены соответствующим документом — Одобрением главного изменения, — выдаваемым держателю сертификата образца авиационной техники. В декабре 2018 года Федеральное агентство воздушного транспорта (Росавиация) выдало официальное подтверждение расширения диапазона температур эксплуатации от минус 60 °С до плюс 50 °С. Испытания по температурному диапазону, подходящему для использования двигателя, проходили также в ЦИАМе, где моделировались предельные температуры.

Турбовальный двигатель ТВ7‑117В со свободной турбиной разработан и серийно выпускается АО «ОДК‑Климов», входит в ОДК «ГК «Ростех». Он обладает высокими летно‑техническими характеристиками: мощность на взлетном режиме — 2800 л.с. (при чрезвычайном режиме — 3750 л.с.), назначенный ресурс основных деталей по системе управления ресурсом составляет 2110 полетных циклов. Двигатель обеспечивает максимальную скорость полета — 320 км/ч, крейсерскую- 295 км/ч, дальность полета — 1300 км, и практический потолок — 5100 м.

В этом классе двигателей не существует аналогов по топливной экономичности и взлетной мощности. Конструкция и электронная система автоматического управления и контроля с полной ответственностью типа FADEC (Full Authority Digital Engine Control system) обеспечивает высокую мощность при низком расходе топлива и повышенную надежность полетов.

Мотор предназначен для установки на многоцелевые вертолеты максимальной взлетной массой 15‑18 т, к которым относятся Ми‑38 и его модификации.

Средние многоцелевые вертолеты типа Ми‑38 применяются для перевозки грузов и пассажиров, проведения поисково‑спасательных операций в широком диапазоне природных условий. Начало их разработки относится к 80‑м годам прошлого века, предполагалось, что новый вертолет заменит легендарный Ми‑8 с силовой установкой ТВ3‑117ВМ, летающий начиная с 1961 года и до наших дней. Его модификации закупаются как российскими, так и зарубежными эксплуатантами. Есть секрет Ми‑8, продлевающий его век, это двигатель ТВ3‑117, разработанный еще в советской стране конструкторским бюро «Климов», а производство его в те годы разместили в братской Украине. Ми‑8 и сегодня востребован, более 100 стран мира, то есть почти половина государств Земли, летает на этих винтокрылых машинах. Однако, по мнению экспертов, Ми‑38 из‑за увеличенной по сравнению с Ми‑8 грузоподъемностью до 5 тыс. кг, у Ми‑8 — 3 тыс. кг, имеет большие перспективы как для использования в военных целях, так и для других задач. Новый вертолет — универсал.

Проект Ми‑38

При этом Ми‑38 — это не просто Ми‑8, увеличенный в 1, 25 раза. 38‑й создается с учетом современных международных требований, обеспечивая пожаробезопасность топливной системы, большие иллюминаторы могут использоваться как аварийные выходы, а энергопоглащающие шасси способны обезопасить падение с высоты 15 м. Он имеет новые несущие винты, целиком изготовленные из композиционных материалов, и высокие летно‑технические характеристики. Профиль лопастей позволяет не только летать с большей скоростью, но и снизить уровень шума и вибрации.

Максимальная перегоночная дальность Ми‑38 — 1300 км, и это лидирующие показатели по сравнению с другими двигателями. У Ми‑8 она не превосходит 800 км, у Airbus Helicopters H225 — 1135 км. Управлять машиной может экипаж в составе одного, двух или трех человек.

А его двигатель ТВ7‑117В не уступает в мощности ни двигателям Pratt&Whitney, ни моторам Ми‑8.

Вертолет Ми‑38 до запуска в производство — а его серийное производство осуществляет Казанский вертолетный завод — прошел непростой путь. Он попал в перестроечный период и последовавший за ним развал Советского Союза, и все дальнейшие исторические изменения, коснувшиеся государства, затронули судьбу вертолета. В СССР заводы по выпуску винтокрылых машин работали в кооперации с заводами, производящими двигатели, и после распада Союза вертолетное производство осталось в России, а заводы, выпускавшие двигатели, — на территории Украины. Все это отодвинуло создание первого опытного образца Ми‑38, который, несмотря на все перипетии, все же поднялся в воздух в 2003 году. Версия Ми‑38‑1 была оснащена силовой установкой с двумя двигателями PW127XS канадской фирмы Pratt&Whitney, что значительно увеличило стоимость, и машина стала в несколько раз дороже Ми‑8. Ми‑38‑2, второй опытный образец, поднялся в воздух в 2010 году опять же на импортных двигателях. 29 ноября 2013 года состоялся полет третьего опытного образца, четвертый экспериментальный вариант полетел в 2014 году, и оба были оснащены двигателями ТВ7‑117В производства «ОДК‑Климов». Сейчас государственная программа «Вертолет Ми‑38» финансируется правительством РФ, головным разработчиком Ми‑38 определен холдинг «Вертолеты России», входящий в госкорпорацию «Ростех».

Министерство обороны России из‑за большого числа импортных комплектующих не включало в начале 2000‑х в свои планы приобретение этих машин, но курс страны, ориентированный на переход на комплектующие отечественного производства, изменил ситуацию.

Новые концепции

В настоящее время в интересах военного ведомства РФ предусматривается создание транспортно‑десантных, поисково‑спасательных и эвакуационно‑реанимационных вариантов. Планируется производство специализированных «арктических» вертолетов с возможным использованием их как постановщиков помех и для работы в составе арктической группировки войск.

Для МО РФ важны определенные характеристики машин, и холдинг «Вертолеты России» работает над уменьшением времени подготовки к вылету, изменением в сторону увеличения дальности применения вооружения, и даже корректируется конструкция. «В этой работе задействована большая кооперация холдингов «Ростеха», — сообщил директор «Вертолетов России» Андрей Богинский в ноябре прошлого года на выставке в Китае, где было продемонстрировано «первое висение борта Ми‑38, сделанного для военных».

Транспортно‑десантный вертолет Ми‑38Т, создаваемый по заданию Минобороны РФ, совершил первый полет 3 ноября 2018 года, сообщал ТАСС.

Такая версия вертолета имеет отличия по сравнению с базовым Ми‑38. Модификация Ми‑38Т собирается полностью из комплектующих российского производства, с топливной системой, защищенной от взрыва, дополнительными баками для повышения дальности полета, специальными средствами связи. Он имеет интегрированный цифровой пилотажно‑навигационный комплекс с индикацией на пяти ЖК‑дисплеях, что позволяет пилотировать вертолет даже одному летчику, и новейшие системы спутниковой связи, кроме того, созданы дополнительные опоры на шасси для посадки на мягкий грунт и снег. Вертолет оснащен новыми высокоэкономичными отечественными двигателями ТВ7‑117В с чрезвычайными режимами мощности от 2800 до 3750 л.с.

Двигатель ТВ7‑117В выполнен по модульному типу, и его ремонт возможен даже в полевых условиях.

В целом же создание нового вертолетного двигателя и успешное проведение его испытаний является знаковым событием в отечественном двигателе — и вертолетостроении.

Турбовальный двигатель

Для тех, кто интересуется моторами в целом и их авиационными моделями в частности, турбовальный двигатель в первую очередь ассоциируется с вертолетами, недаром их называют «вертолетными ГТД». Именно здесь ТВаД нашли наибольшее применение и уже не один десяток лет с успехом используются. Но вертолеты – не предел их возможностей, многие другие отрасли машино- и судостроения взяли на вооружение этот тип двигателей, но обо всем по порядку.

Итак, турбовальный двигатель принадлежит славному семейству газотурбинных двигателей (ГТД) наравне с турбореактивными (ТРД) и турбовинтовыми (ТВД). ГТД представляет собой тепловую машину, в упрощенной схеме состоящую из компрессора и турбины, работающей за счет сжигания топлива в камере сгорания. Наиболее простой его разновидностью является турбореактивный двигатель, в котором энергия от сжигания топлива идет только на вращение компрессора через турбину, а излишек энергии выходит через сопло в виде газов под высоким давлением, образуя реактивную тягу. Но эта энергия может не только «вылетать в трубу», но и выполнять полезную работу, вращая воздушный винт (турбовинтовой двигатель) или вал (турбовальный двигатель). Это и является принципиальной разницей между всеми вышеотмеченными видами моторов семейства ГТД – способ использования свободной энергии.

Устройство и принцип работы двигателя

Строение турбовального двигателя в общих чертах напоминает строение ТРД. Основными составляющими являются комрессор, турбина, камера сгорания и вал. В отличие от других газотурбинных двигателей ТВаД совсем не имеет реактивной тяги – вся свободная энергия расходуется на вращение вала, поэтому и сопла, как такового, у него нет, а есть только каналы (своеобразные выхлопные трубы), по которым отводятся отработанные газы. Еще одна особенность ТВаД – наличие не одной, а двух турбин, не связанных между собой механически. Одна турбина приводит в движение компрессор, а вторая – рабочий вал. Между собой они связаны газодинамически. Некоторые модели турбовинтовых двигателей также имеют схожую конструкцию, но не обязательно. В случае с ТВаД турбин всегда две.

Две основные схемы устройства ТВаД с описание расположенных механизмов. Картинки кликабельны.

Принцип работы турбовального двигателя тоже не сильно отличается от ТРД или ТВД. Компрессор, приводимый в движение турбиной, нагнетает воздух в камеру сгорания, где он перемешивается с впрыснутым через форсунки топливом. Топливный заряд воспламеняется и сгорает, в результате чего образуются газы с большим запасом энергии. Расширяясь, они вращают турбины, приводя в движение компрессор и вал, а отработанные газы выводятся наружу.

Компрессор турбовального двигателя имеет несколько ступеней и может быть центробежным, осевым или комбинированным. Комбинированные компрессоры сочетают в себе и центробежные, и осевые ступени.

Обязательным конструктивным элементом ТВаД, как, впрочем, и турбовинтового двигателя, является редуктор, установленный между турбиной и валом. Сама турбина вращается с угловой скоростью, достигающей 20 000 об/мин. Понятно, что винт, закрепленный на валу и создающий тягу, не сможет работать при такой скорости и выполнять свои функции, ведь тогда ему придется вращаться со сверхзвуковой скоростью. Редуктор, установленный перед валом, понижает обороты и увеличивает крутящий момент, так что скорость вращения лопастей винта вертолета значительно меньше скорости вращения турбины.

Если турбовинтовые двигатели, которые используются на самолетах, должны иметь компактные размеры, а вал турбины и вал винта у них устанавливаются параллельно в одном корпусе, то к габаритам турбовальных двигателей таких жестких требований нет. Рабочий вал у них может находиться впереди турбины или за ней, в одном корпусе с ней или отдельно. Это объясняется тем, что мотор спрятан в конструкции кабины, где его можно расположить в любом удобном положении. Различают цельные моторы и модульные, состоящие из отдельных модулей, связанных между собой механически. Часто в одном модуле расположены компрессор и турбины, а в другом – рабочий вал, связанный с валом турбины редуктором.

Легкий американский вертолет AH-6j Little Bird

Применение

Нашел себе применение турбовальный двигатель и на земле. Правильнее даже говорить, что именно на земле он изначально и использовался, и только после появления авиации, как таковой, «переселился» на небо. Его можно встретить и на транспорте, и на различных магистральных станциях, где он обычно используется, как альтернатива дизельного двигателя. В сравнении с дизелем ТВД более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера.

В промышленности и народном хозяйства

ТВаД успешно используется в качестве нагнетателя природного газа на газоперекачивающих станциях. Его нередко можно увидеть на крупных газовых магистралях. Одна из последних разработок газовая турбина T16, мощностью 16 МВт. Короткое видео с применением турбовального двигателя в электроэнергетики.

Основные показатели:

• 16,5 МВт — мощность на валу.
• 37% — КПД, механический привод.
• 36% — КПД, электрический (простой цикл).
• 80% — КПД, комбинированное производство электроэнергии и тепла
• 200 000 часов — полный жизненный цикл
• выбросы NOx — не более 25 ppm.

Турбовальные двигатели используются в мобильных электростанциях для привода генератора. Электростанции с данным двигателем занимают меньший объем, аналогичной электростанции с традиционными двигателями.

В транспортной сфере

Несмотря на то, что в большинстве случаев турбовальные двигатели описываются, как силовые установки вертолетов, их применение не ограничено только ими. Частенько ТВаД играет роль не основного движителя, а вспомогательной установки. Такими установками обычно оснащаются самолеты, а используются они для питания энергией основных систем судна при его наземном обслуживании. То есть, когда самолет находится на земле, не обязательно запускать его основные моторы для получения электричества или создания давления в гидросистемах, для этого достаточно запуска такой небольшой установки. Также ТВаД используется в качестве пускового агрегата, который проворачивает ротор турбины при запуске. В этом случае он имеет название турбостартер.

Вид железнодорожного транспорта, на который устанавливается ТВаД, носит название газотурбовоз. Принцип его работы заключается в том, что турбовальный двигатель вращает вал генератора, вырабатывающего электрический ток. Ток поступает на электромоторы, которые, по сути, и являются основной силовой установкой. История газотурбовозов началась в 60-е годы, когда были сконструированы первые опытные образцы, правда, потом они уступили место более известным сейчас электровозам. Вместе с тем с 2007 года возобновились работы по созданию газотурбовозов, и даже был создан пробный экземпляр, работающий на сжиженном газе. Его испытания прошли успешно, так что в скором будущем, возможно, он будет выпускаться серийно.

Не обошли стороной ТВаД и создатели военной наземной техники. Некоторые танки, в том числе и отечественный Т-80 и американский М1 Abrams, оснащены ТВаД. Короткое видео разработки, внедрения и применения турбовального двигателя на танке.

Турбовальные двигатели также используются и на водном транспорте, называемом газотурбоходами. К ним относятся суда на воздушной подушке или на подводных крыльях. Наиболее известным отечественным газотурбоходом является военное судно «Зубр» — наиболее крупный десантный корабль на воздушной подушке. Этот гигант известен далеко за пределами России и является мировым рекордсменом среди суден на воздушной подушке по своим габаритам. А вот с отечественными пассажирскими газотурбоходами как-то не сложилось. Судно «Циклон», сконструированное в 80-хх годах, не пережило перестройки и со временем забылось, а новые пассажирские суда, оснащенные ТВаД пока не появились.

Танк Т-80 с газотурбинным двигателем

Десантное судно «Зубр»

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом турбовального двигателя является то, что по сравнения с поршневыми двигателями он более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера. Вся суть турбовального двигателя и заключается, чтоб максимально использовать энергию сгорающего топлива, по сравнению с поршневыми двигателями это реализуется лучшим образом. Тем самым в одном килограмме двигателя можно реализовать конструкцию, более мощную своих цилиндрических сородичей, которая с каждого килограмма топлива будет забирать тепловую энергию и преобразовывать ее в механическую.

Есть у турбовального двигателя и недостатки. Первый из них – сравнительно большой расход топлива и, соответственно, низкий КПД, несмотря на высокие показатели мощности. Именно этот недостаток объясняет его ограниченное применение на наземном транспорте, где его можно заменить более эффективными силовыми установками. Второй недостаток – чувствительность к загрязнениям. Компрессор, втягивая воздух в камеру сгорания, заодно всасывает и пыль, и посторонние предметы, что сказывается на качестве работы двигателя и на его исправность в целом. На высоких оборотах даже незначительные твердые частички могут повредить лопасти турбины. Поэтому ТВаД нуждается в надежной системе тщательной очистки воздуха, а расходы на нее далеко не всегда оправданы – в большинстве случаев намного проще и дешевле использовать традиционный дизель. Это еще одна причина, по которой эти двигатели в основном используются в воздухе: там и грязи меньше, и птицы летают ниже высоты полета, так что нормальной работе компрессора и турбины ничего не мешает. Зато масса ТВаД намного меньше любого поршневого двигателя, а это в авиации немаловажно.

Турбовальные двигатели – это действительно в первую очередь «сердца» вертолетов, а уж потом все остальное. Именно эти стальные «стрекозы» дают возможность оценить основные преимущества ТВаД, ну а недостатки в этом случае совсем незначительны.

Турбовальный двигатель.

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!

Чем заменят вертолетные двигатели

ТУРБОВАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПД-12В. TURBOSHAFT ENGINE PD-12V

03.09.2015
Совместный российско-китайский тяжелый вертолет создадут «с нуля», он станет принципиально новой машиной, хотя в разработке будут использоваться технологии Ми-26, сообщил в интервью РИА Новости заместитель гендиректора «Вертолетов России» по продажам Григорий Козлов.
«Россия и Китай до конца года подпишут контракт на совместную разработку тяжелого вертолета. В мае был подписан соответствующий меморандум. Мы планируем создать вертолет с нуля, это будет принципиально новая машина несмотря на то, что при ее создании будут применяться некоторые технологии уже существующего Ми-26», — сказал Козлов.
На данный момент «Вертолеты России» и китайская корпорация AVIC уже предварительно сформировали технические требования и продолжают работы по согласованию облика перспективного тяжелого вертолета.
«Планируется, что проект российско-китайского тяжелого вертолета получит российский двигатель, который создадут благодаря заделу отечественного мотора ПД-14. Пермские авиаконструкторы готовы к серийному выпуску двигателей ПД-14. Один из опытных экземпляров этого двигателя был представлен на МАКС-2015», — рассказал собеседник РИА Новости.

ТЯЖЕЛЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ ВЕРТОЛЕТ (РОССИЯ/КИТАЙ)

25.04.2016
В 2016 году начнется разработка вертолетного двигателя, который будет превосходить по характеристикам двигатель Д-136 украинского производства, сообщил «Интерфаксу» управляющий директор-генеральный конструктор ОАО «Авиадвигатель» Александр Иноземцев.
«На сегодня завершается подписание Технического задания на разработку на базе газогенератора авиадвигателя ПД-14 вертолетного двигателя и министерство промышленности и торговли планирует в 2016 году начать финансирование опытно-конструкторских работ», — сказал Иноземцев на Международном форуме двигателестроения.
По его словам, двигатель Д-136, разработанный на украинском предприятии «Мотор Сич» для тяжелого вертолета Ми-26 является шедевром. «До настоящего времени за рубежом нет такого по мощности и другим характеристикам двигателя»,- отметил он.
«Однако, имеющийся газогенератор двигателя ПД-14 позволяет создать вертолетный двигатель существенно превосходящий по основным показателям и характеристикам двигатель украинских разработчиков», — подчеркнул Иноземцев.
Он добавил, что вертолетный авиадвигатель на базе ПД-14 будет обладать повышенной высотностью применения и эксплуатации, что важно для полетов в горной местности.
Интерфакс

19.06.2017

Одновременно с завершением программы испытаний идет сертификация двигателя ПД-14 по российским и международным стандартам. Об этом «Ленте.ру» сообщили в пресс-службе Объединенной двигателестроительной корпорации.
По словам представителей компании, результаты выполняемых на испытаниях работ принимаются сертифицирующими органами. «2018-2019 годы — тот временной ориентир, когда ПД-14 будет обладать и российским сертификатом Росавиации, и сертификатом EASA (Европейское агентство по безопасности полетов)», — заявили в пресс-службе.
Генеральный директор ОДК Владислав Масалов о перспективах российских двигателей нового поколения
Серийное производство двигателя будет развернуто после получения сертификата Росавиации. Программа предполагает выход на выпуск 50 авиадвигателей в год. На базе газогенератора ПД-14 ОДК предлагает разработку линейки двигателей с тягой в диапазоне от 9 до 18 тонн.
Лента.ру

16.05.2018

Первый полет транспортного вертолета Ми-26 с новым двигателем планируется после 2022 года. Об этом журналистам сообщил во вторник глава холдинга «Вертолеты России» Андрей Богинский.
«Перспективные работы — это, конечно, замена силовой установки Ожидаем, что после 2022-2023 года мы сможем приступить к сертификационным полетам и испытаниям», — сказал он.
Богинский добавил, что соответствующие работы по ремоторизации Ми-26 холдинг ведет совместно с Объединенной двигателестроительной корпорацией и Минпромторгом.
По его словам, пока проект Ми-26 «не исчерпал свой ресурс».
«Вертолеты России» модернизируют вертолет, первым заказчиком станет Минобороны РФ. Как отметил Богинский, в последнее время была проведена большая работа в этом направлении.
«У нас поставлена первая машина в Алжир. Мы сейчас за счет собственных средств проводим работу по модернизации машины. Первым заказчиком станет Минобороны РФ. Мы эту работу закончим в конце текущего года», — сказал Богинский.
Он отметил, что у вертолета большой потенциал для модернизации.
Вертолеты Ми-26 применяются для транспортировки техники, крупногабаритных грузов, перевозки подразделений десантников, а также пожаротушения. На экспорт поставляются гражданский вариант Ми-26Т2 и специально созданный для рынка КНР Ми-26ТС.
ТАСС

24.06.2018

Как сообщил веб-ресурс ATO.ru, предварительные летные испытания тяжелого вертолета Ми-26 с новыми двигателями начнутся в 2023 году. Их завершение и получение одобрения на выпуск опытной партии ремоторизованных машин намечено на 2025 год, рассказал ATO.ru источник в отрасли.
В мае этого года глава холдинга «Вертолеты России» Андрей Богинский говорил, что летные испытания ремоторизованных Ми-26 состоятся после 2022 г. В качестве нового двигателя на тяжелом вертолете предполагается использовать ПД-12В, создаваемый на базе газогенератора от ПД-14 (этот мотор предназначен для российского перспективного узкофюзеляжного самолета МС-21). Он заменит украинские двигатели Д-136 производства «Мотор Сич», которыми сейчас оснащаются Ми-26.
Как ранее сообщалось, ПД-12В также может быть установлен на российско-китайский тяжелый транспортный вертолет Advanced Heavy Lift (AHL).
Работы по ремоторизации Ми-26 инициированы российскими военными. Однако 17 машин этого типа сегодня в России эксплуатируют коммерческие операторы. Самые большие парки Ми-26Т у операторов «ЮТэйр — Вертолетные услуги» (6 ВС), «Абакан Эйр» (4 ВС) и «СКОЛ» (3 ВС). По одному такому вертолету числится в сертификатах авиакомпаний «Алроса» и «ПАНХ», а также 2-го Архангельского объединенного авиаотряда и Московского авиационного центра.
bmpd.livejournal.com

ТУРБОВАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПД-12В

Турбовальный двигатель со свободной турбиной ПД-12В для вертолета типа Ми-26 создается по Поручению заместителя председателя Правительства РФ Дмитрия Рогозина. Заказчиком работ по теме ремоторизации вертолета Ми-26 двигателем ПД-12В является Министерство промышленности и торговли РФ. Головной исполнитель – АО «ОДК», исполнитель работ – ОАО «Авиадвигатель».
ПД-12В проектируется на базе унифицированного газогенератора семейства авиационных двигателей ПД и будет самым мощным турбовальным двигателем в мире. Как и ПД-14, вертолетный двигатель будет создаваться в кооперации с ведущими предприятиями и институтами отрасли.
Двигатель ПД-12В — турбовальный двигатель со свободной турбиной, предназначен для перспективного российско-китайского тяжелого вертолета Advanced Heavy Lift и нового тяжелого российского вертолета на замену Ми-26. ПД-12В проектируется на базе унифицированного газогенератора семейства авиационных двигателей ПД.
Промышленный вариант двигателя ПД-12В в классе мощности от 6 до 8 МВт с КПД 35-36% может быть использован в газотурбинных установках для транспортировки нефти, газа, выработки электрической и тепловой энергии.

27 апреля 2016 года в ОАО «Авиадвигатель» под руководством управляющего директора, генерального конструктора Александра Иноземцева прошло заседание научно-технического совета (НТС), посвященного созданию двигателя ПД-12В для вертолета Ми-26.
В работе НТС приняли участие представители предприятий АО «ОДК» и АО «Вертолеты России»: ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля», АО «Климов», АО «НПЦ Газотурбостроения «Салют», АО «ОДК-СТАР», АО «ОДК-Пермские моторы», ОАО «Авиадвигатель», ПАО «УМПО», ПАО «НПП «Мотор».
Специалистами пермского КБ в соответствии с ТЗ на разработку двигателя сформировано краткое техническое предложение, в котором определены его основные параметры, облик, конструктивные особенности в соответствии с ожидаемыми условиями эксплуатации.
В ходе НТС пермские конструкторы представили коллегам результаты первого этапа своей работы, концептуальную проработку проекта, основные характеристики двигателя в целом и его узлов и систем, оценку технических и экономических рисков. Участники совета обсудили план дальнейшей совместной работы над проектом.
Выступая перед участниками НТС, директор программы «Вертолет Ми-26» холдинга «Вертолеты России» Дмитрий Козырев отметил, что модернизация Ми-26 путем установки современного двигателя ПД-12В расширяет летно-технические характеристики вертолета, в особенности в условиях повышенных температур и высокогорья. Значительная топливная экономия нового двигателя увеличивает транспортную производительность воздушного судна. Внедрение прогрессивной системы технического обслуживания двигателя предусматривает его эксплуатацию по техническому состоянию. За счет этого снижается стоимость эксплуатации вертолета. Кроме того, модульность конструкции двигателя ПД-12В значительно улучшает его ремонтопригодность.
Рассмотрев предложенные материалы, участники НТС пришли к следующим выводам:
• характеристики двигателя ПД-12В соответствуют требованиям рынка перспективных сверхтяжелых вертолетов различного назначения;
• разработка двигателя сопровождается низкими техническими рисками, поскольку в основе проектирования лежит большой научно-технический задел, сформированный при реализации проекта двигателя ПД-14;
• в дальнейшем промышленный вариант двигателя ПД-12В в классе мощности от 6 до 8 МВт с КПД 35-36% может быть использован в газотурбинных установках для транспортировки нефти, газа, выработки электрической и тепловой энергии.
В 2017 г. был завершен этап эскизного проектирования этого двигателя, сообщило в своем информационно-техническом бюллетене пермское подразделение корпорации «ОДК-Авиадвигатель». На сегодня определен конструктивный облик силовой установки и основные параметры, а также проведена интеграция с вертолетом. Изготовление и испытание первого опытного образца ПД-12В запланированы на 2020 г., а общее завершение ОКР – на 2025 г.
Ожидается, что двигатель ПД-12В будет на полторы тысячи лошадиных сил мощнее использующегося сейчас Д-136.
По сравнению с украинским Д-136 российский мотор обеспечит расширение условий базирования вертолета за счет больших возможностей поддержания мощности в условиях высокогорья и жаркого климата и возможности форсирования мощности до 14000 л. с.

В холдинге «Вертолеты России» уточнили характеристики перспективного турбовального двигателя ПД-12В для тяжелого вертолета Ми-26Т. В частности, ожидается, что мощность мотора составит 11,5 тыс. л. с. Она будет обеспечиваться при эксплуатации воздушного судна на высоте до 2000 м и при температуре +40оС.
Максимальная мощность двигателя составит 14,5 тыс. л. с., однако его адаптируют под существующий редуктор, уточнили в российском холдинге. Новый двигатель будет на 100 кг тяжелее, чем украинские силовые установки Д-136, которыми Ми-26 оснащаются сегодня (мощность каждого мотора составляет 10 тыс. л. с.). Несмотря на больший вес, ПД-12В будет на 18% экономичнее, рассчитывают в «Вертолетах России».
Ожидается, что ремоторизация Ми-26 увеличит дальность полета с полезной загрузкой и уменьшит эксплуатационные расходы за счет улучшенных технических характеристик и снижения затрат на ТО. Несмотря на больший вес ПД-12В по сравнению с Д-136 новый двигатель будет экономичнее украинского аналога.
Разработка ПД-12В в 2018 году находилась на стадии опытно-конструкторских работ (ОКР).
Предварительные летные испытания тяжелого вертолета Ми-26 с новыми двигателями начнутся в 2023 году. Их завершение и получение одобрения на выпуск опытной партии ремоторизованных машин намечено на 2025 год.
ПД-12В также может быть установлен на российско-китайский тяжелый транспортный вертолет Advanced Heavy Lift (AHL).

Разработчик: АО «Авиадвигатель»
Изготовитель: Пермский моторный завод
Тип — двухвальный + один восьмиступенчатый компрессор с двухступенчатой турбиной и трехступенчатой свободной турбиной;
Сухая масса — 1150 кг.;
Газогенератор — двигателя ПД-14;
Максимальная мощность — 14 500 л.с.;
Взлетная мощность — 11 500 л.с.;
Расход топлива — 0,180 кг/э.л.с.-ч.;