Ал-41ф1

Особенности конструкции

АЛ-31Ф — базовый двухконтурный двухвальный турбореактивный двигатель со смешением потоков внутреннего и наружного контуров за турбиной, общей для обоих контуров форсажной камерой и регулируемым сверхзвуковым всережимным реактивным соплом. Двигатель — модульный.

Состоит из компрессора низкого давления осевого 4-ступенчатого, с регулируемым входным направляющим аппаратом (ВНА), компрессора высокого давления осевого 9-ступенчатого, с регулируемым ВНА и направляющими аппаратами первых двух ступеней, турбины высокого и низкого давления — осевые одноступенчатые; лопатки турбин и сопловых аппаратов охлаждаемые (пленочное охлаждение). Основная камера сгорания — кольцевая.

В конструкции двигателя широко применяются титановые сплавы (до 35 % массы) и жаропрочные стали. Лопатки турбин имеют полости в виде лабиринтов, для охлаждения газы подаются из диска в лопатку и проходят через отверстия по кромкам (пленочное воздушное охлаждение), для крепления лопатки к диску используется хвостовик ёлочного типа. Вал каждого ротора опирается на 2 роликовых и 1 шариковый подшипник[источник не указан 2126 дней]. После турбины установлен 11-лепестковый смеситель. Для обеспечения стабильной работы ФК установлен затурбинный кок, плавно переводящий поток из кольцевого в круглое сечение, с антивибрационными отверстиями, а также в форсажной камере установлены антивибрационные продольные экраны.

Двигатель имеет электрическую систему зажигания. Пусковая система может запускать двигатель как на земле, так и в полёте. Для запуска двигателя на земле используется пусковое устройство, расположенное в выносной коробке двигателя. На обычных режимах работы двигателя для экономии топлива охлаждение турбин частично отключается.

Применение регулируемых ВНА КНД и КВД даёт более высокую устойчивость к помпажу, на практике это означало, что двигатели сохранят работоспособность при попадании самолёта в штопор и при пуске ракет. Двигатель в полёте может использоваться на всех режимах без ограничений. Время приемистости из режима малого газа до режима “максимал” на малой высоте 3—5 секунд, на средней — 5 с, на большой высоте — 8 с. Номинальная частота вращения ротора высокого давления — 13 300 об./мин.

Варианты

АЛ-41Ф1С (изделие 117С) — двигатель «первого этапа» для многоцелевого истребителя Су-35С.

АЛ-41Ф1

Несмотря на схожую с АЛ-31Ф схему, двигатель нового поколения АЛ-41Ф1 (изделие 117) на 80 % состоит из новых узлов. Основные из них:

• компрессор низкого давления
• компрессор высокого давления
• плазменная система зажигания
• камера сгорания
• компрессор с увеличенным до 932 мм диаметром
• форсажная камера сгорания
• всеракурсное управление вектором тяги: ±16° в любом направлении, ±20° в плоскости крыла
• цифровая АСУ с элементами распределённых параметров

Благодаря обновлению конструкции основных узлов максимальная сила тяги двигателя АЛ-41Ф1 повысилась на 20% : 15000 кгс против 12500 кгс у АЛ-31Ф, увеличился ресурс (4000 часов против 1000) и повысилась надёжность, снизился расход топлива.

Впервые была реализована плазменная система зажигания, благодаря чему обеспечена возможность бескислородного запуска двигателя.

До сих пор во всех системах розжига для повышения высотности, возможности запуска ТРДД на высоте применялась кислородная подпитка. Она требовала наличия целой кислородной системы на борту и соответствующей инфраструктуры на аэродроме. При создании Су-57 была поставлена задача обеспечить бескислородный запуск двигателя. Плазменная система розжига установлена в основной камере сгорания и в форсажной. По словам Евгения Марчукова, ноу-хау заложено в самой форсунке с плазменной системой: в ней одновременно с подачей керосина организуется дуга плазмы. Также очень серьёзное ноу-хау заложено в самих агрегатах зажигания, где нужно за короткое время подать очень высокое напряжение.

Перед первым полётом Су-57 двигатели АЛ-41Ф1 прошли лётные испытания на летающей лаборатории Су-35 (ЛЛ Т-10М-8). 29 января 2010 года начались лётные испытания перспективного авиационного комплекса фронтовой авиации с двигателями АЛ-41Ф1. На ноябрь 2010 года было выполнено более 40 испытательных полётов.

Система управления двигателя — электронно-цифровая, автоматически регулирует впрыск топлива, подачу воздуха и зажигание. Предусмотрен один центробежный регулятор, благодаря которому, в случае отказа всей электроники (например, из-за воздействия ядерного взрыва), двигатель, работая на пониженном режиме, позволит вернуть самолёт на базу.

АЛ-41Ф1С

Двигатель АЛ-41Ф1С (изделие 117С) с УВТ

Авиационный турбореактивный двухконтурный двигатель АЛ-41Ф1С (изделие 117С) с форсажной камерой и управляемым вектором тяги (УВТ) поколения 4++, созданный НПО «Сатурн» по заказу ОАО «ОКБ Сухого» для истребителя Су-35С, является вариантом двигателя АЛ-41Ф1.

Двигатель АЛ-41Ф1С отличается от АЛ-41Ф1 старой электромеханической системой управления и сниженной на 500 кгс тягой.

Двигатель АЛ-41Ф1С по сравнению с АЛ-31Ф обладает бо́льшей на 2000 кгс тягой (14500 кгс против 12500), бо́льшим межремонтным ресурсом (4000 часов против 1000), сниженным расходом топлива, всеракурсно управляемым вектором тяги, а также позволяют самолёту без использования форсажа поддерживать сверхзвуковую скорость, что является одним из основных требований к истребителю пятого поколения.

В феврале 2008 года НПО «Сатурн» сообщило о завершении испытания двигателя АЛ-41Ф1С, что позволило начать лётные испытания самолёта Су-35С.

20 февраля 2008 года начались летные испытания истребителя Су-35С с двигателями АЛ-41Ф1С.

9 августа 2010 года ОАО «УМПО» начало поставки двигателей АЛ-41Ф1С для многоцелевых истребителей Су-35С, строящихся в КнААПО. Первые Су-35С с двигателями АЛ-41Ф1С начали поступать в российские войска в 2011 году. До 2015 года заключён контракт на поставку 96 двигателей, на 2015—2020 годы планируется закупка ещё 96 двигателей.

Примечания

1. ↑
2.  (недоступная ссылка). Дата обращения 3 февраля 2013.
3.  (недоступная ссылка). Дата обращения 1 мая 2020.
4.  (недоступная ссылка). Дата обращения 23 мая 2013.
5.  (недоступная ссылка). Дата обращения 3 февраля 2013.
6.  (недоступная ссылка). Дата обращения 14 сентября 2010. Интервью с А. Давиденко
7. . Дата обращения 16 июня 2010. Интервью с первым заместителем генерального директора ОАО «НПО Сатурн» по НИОКР и ОКР, — генеральным конструктором Виктором Чепкиным
8. ↑
9. . Дата обращения 7 февраля 2013.
10.  (недоступная ссылка). Дата обращения 2 февраля 2013.
11.  (недоступная ссылка). Дата обращения 7 июля 2013.

Возвращение к двухконтурной схеме

Впоследствии под руководством Архипа Люльки был создан целый ряд удачных реактивных двигателей, которыми оснащались самолеты Сухого, Туполева, Ильюшина, Бериева. По решению руководства страны двигатели, созданные в ОКБ А.М. Люльки, стали именоваться инициалами конструктора – АЛ – Архип Люлька.

Только спустя более 30 лет после получения патента Архип Михайлович смог вернуться к одному из своих первых проектов – двухконтурному турбореактивному двигателю. Такие двигатели, построенные по схеме Люльки, уже разрабатывались и в СССР, и за рубежом. Но ОКБ Люльки до этого момента продолжало заниматься одноконтурным направлением, так как оно обладало большим запасом для развития.

Двигатель АЛ-31Ф М2. Фото: wikimedia.org

Суть изобретения Архипа Михайловича заключалась в том, что он предложил добавить в двигатель еще один воздушный контур. По нему часть воздушного потока проходит без нагрева и выбрасывается наружу без сгорания вместе с горячими газами. Использование второго контура позволило снизить потребление топлива двигателем. На дозвуковой скорости ТРДД обеспечивал экономный режим, а в случае форсажа самолет мог достигать сверхзвуковых скоростей. Сейчас по этой схеме строится абсолютное большинство турбореактивных двигателей в мире.

Современные двигатели отличаются степенью двухконтурности, то есть соотношением объема воздуха, проходящего через внешний контур, и объема воздуха, проходящего через внутренний контур. В военных самолетах применяются двигатели с низкой степенью двухконтурности, так как им важна большая тяга, а расход топлива второстепенен. Для гражданских самолетов характерны силовые установки с высокой степенью двухконтурности, где основная тяга создается за счет внешнего контура. Такие двигатели более экономны.

Работы по двигателю начались в 1972 году и продолжались 13 лет до момента окончания государственных испытаний. Сам Архип Люлька не дожил до завершения работ над АЛ-31Ф, уйдя из жизни в 1984 году.
 

Первый реактивный

Как часто бывает с выдающимися изобретениями, двухконтурный турбореактивный двигатель Архипа Михайловича опередил время. Разработав его схему еще в конце 1930-х годов, конструктор смог заглянуть в будущее. Ведь в 1941 году, когда он получил патент на свое изобретение, даже одноконтурные ТРД ставились авиастроителями под сомнение, и впереди был многолетний путь по созданию первого реактивного авиадвигателя. Это достижение не зафиксировано в своде патентов, но оно также бесспорно принадлежит Архипу Люльке.

В 1937 году 29-летний сотрудник Харьковского авиационного института Архип Люлька вместе с группой энтузиастов начинает заниматься до той поры неизведанной темой – реактивным газотурбинным двигателем, который сначала называли ракетным. Первые встречи проходили на кухне в коммунальной квартире конструктора. Затем Люлька везет свой смелый проект в Москву, где получает одобрение крупного специалиста по газовым турбинам, профессора МВТУ им. Баумана Владимира Уварова и поддержку наркомата авиапромышленности.

А.М. Люлька с группой работников КБ и завода у макета первого отечественного ТРД ТР-1

Начинается работа над первым реактивным. Люльку назначают техническим руководителем проекта ТРД, переводят из Харькова в Ленинград и выделяют средства на опытный образец. Параллельно на волне интереса к ТРД Архип Михайлович добивается закрытия бесперспективного направления авиационных паровых установок, чтобы направить все силы на новый двигатель.

К устройству первого ТРД можно было применить поговорку «все гениальное – просто». Воздух засасывался в двигатель осевым компрессором, уставленным рядами лопаток, и перед камерой сгорания сильно уплотнялся. В камере за счет сгорания топлива воздух подогревался, и расширенный газ на огромной скорости подавался на лопатки турбины, которая, в свою очередь, вращала компрессор. Далее раскаленный газ вылетал наружу через сопло, а самолет двигался вперед. Скорость самолета зависела от массы и скорости выходящих газов. Неожиданной особенностью ТРД оказалось то, что этот тип двигателя эффективнее работал как раз на больших скоростях, для которых он и предназначался.

ПД-14: экономичный и экологичный

Уфимское предприятие занимается освоением производства деталей перспективного двигателя ПД-14 для новейшего российского авиалайнера МС-21. За УМПО по данной программе закреплено изготовление около 30% деталей и сборочных единиц. 

ПД-14 – первый турбовентиляторный двигатель, созданный в современной России. Он создается с использованием только отечественных деталей и материалов. Конструкторами было разработано и внедрено 16 ключевых технологий, применяется около 20 новых российских материалов. Предполагается, что эксплуатационные расходы ПД-14 будут ниже на 14-17%, чем у существующих аналогичных двигателей, а стоимость жизненного цикла ниже на 15-20%.

Двигатель ПД-14

ПД-14 должен стать базовым в семействе турбовентиляторных двигателей тягой от 9 до 18 т, включающим также промышленные энергоустановки. В 2018 году ПД-14 закончил сертификационные испытания и получил сертификат типа. В январе 2020 года на иркутский авиазавод поставлены первые двигатели ПД-14 для установки на МС-21. В настоящее время идет монтаж двигателей на лайнер для испытательных полетов.

Модификации

• АЛ-32Ф (Р-32). Форсированный АЛ-31Ф, создан в 1986 г. для рекордной модификации Су-27 — П-42, тяга форсирована до 13860 кгс.
• АЛ-31Ф с плоским соплом УВТ, поворотным в вертикальной плоскости. На экспериментальном Су-27ЛЛ-ПС у одного двигателся сопло было заменено плоским с УВТ. В дальнейшем плоское сопло развития не получило.
• АЛ-31 для атмосферного аналога ВКС «Буран» БТС-002. Самолёт имел четыре двигателя, прчем два двигателя были с форсажными камерами (АЛ-31Ф), а два — бесфорсажные. Благодаря установленным ТРД, БТС-002 мог производить самостоятельный взлёт.
• АЛ-33К, тяга на форсажном режиме 12796 кгс, предназначен для палубного истребителя.
• АЛ-31ФН, тяга на форсажном режиме 12500 кгс, создан в 1992 г., имеет нижнее расположение агрегатов. Вес двигателя 1538 кг, диаметр 1180 мм, длина 5000 мм.
• Ал-35Ф, тяга на форсажном режиме 13565 кгс, создан в 1992 г. для истребителя Су-27М (Су-35). Для него же созданы варианты двигателя АЛ-35ФМ и АЛ-35МЛ.
• АЛ-37ФУ, тяга на форсажном режиме 14000 кгс, создан в 1994 г. для опытного самолёта 711 (Су-37). На двигателе повышена температура газа перед турбиной, вес 1600 кг, сопло УВТ отклоняется в вертикальной плоскости.
• АЛ-31ФП. Тяга на форсажном режиме 12500 кгс, создан в 1998 г. на базе АЛ-37ФУ. Сопло УВТ отклоняется в одной, смещенной от вертикали плоскости. Устанавливается на истребители Су-30МК/МКИ.

Двигатели, выпускаемые на УМПО и ММЗ «Салют» имеют незначительную разницу в параметрах: вес 1570/1530, диаметр 1280/1249, длина 4990/4950 мм соответственно.

Первый турбореактивный двигатель страны

Еще до начала Великой Отечественной войны Архип Люлька создал первый в СССР технический проект авиационного турбореактивного двигателя РД-1. Война внесла свои коррективы: работы над РД-1 с началом военных действий были приостановлены. Архип Люлька, трудившийся в то время в Ленинграде на Кировском заводе, как и многие другие сотрудники предприятия, вынужден был переключиться на ремонт танков. В конце 1941 года завод эвакуировали в Челябинск. Некоторые чертежи по РД-1 Архипу Люльке удалось забрать с собой, но большая часть документации и задел по деталям образцов РД-1 был спрятан, а точнее закопан прямо на территории Кировского завода.

В 1942 году на фронте появились немецкие реактивные истребители «Мессершмитт-262», летавшие со скоростью 860 км/ч. Советской армии необходимо было срочно разработать самолеты, способные противостоять им. Для таких скоростных самолетов нужны были двигатели принципиально нового типа – реактивные. Тогда и вспомнили про молодого инженера Архипа Люльку, который начал заниматься воздушно-реактивным двигателем еще за пять лет до войны. По личному указанию Сталина его доставили в блокадный Ленинград, чтобы найти чертежи опытного двигателя. Драгоценный клад Архипа Люльки раскопали на территории Кировского завода и эвакуировали по Ладожскому озеру, чтобы возобновить работу над первым советским турбореактивным двигателем.

Уже осенью 1942 года в ЦК партии был представлен проект реактивного самолета авиаконструктора Михаила Гудкова с двигателем Архипа Люльки РД-1. Однако отечественные специалисты были не готовы принять машину. Проект данного самолета не был воплощен, но старт работам в области турбореактивного двигателестроения в стране был официально дан.

В 1946 году было образовано ОКБ-165, задачами которого стали разработка и создание отечественных турбореактивных двигателей. Руководителем нового конструкторского бюро, ставшего позднее «ОДК-Сатурн», был назначен Архип Михайлович Люлька, которому на тот момент было 38 лет.

Первый отечественный турбореактивный двигатель ТР-1 прошел испытания в феврале 1947 года, а уже 28 мая того же года свой первый полет совершил реактивный самолет Су-11 с двигателями ТР-1. 

В августе того же года в воздушном параде в Тушине участвовали самолеты Су-11 и Ил-22 с первыми отечественными реактивными двигателями ТР-1. Пилотировали их Георгий Шиянов и Владимир Коккинаки. Архип Михайлович позже так прокомментировал этот полет: «Громогласным гулом турбореактивных двигателей здесь было заявлено о рождении советской реактивной авиации».

«Инженера Люльку разыскать. Срочно»

Осенью 1940 года молодая и дружная команда Люльки закончила проект двигателя, получившего название РД-1. Но война смешала все планы. В августе 1941 года КБ эвакуируется на Урал, работы по двигателю закрываются. Люлька считал это решение ошибочным, писал письма руководству, ведь двигатель был готов в металле на 70% и требовался фронту. Но враг подступал к Ленинграду, и конструктору перед эвакуацией пришлось спрятать большую часть наработок на территории Кировского завода.

А когда в 1942 году стало известно, что немцы ведут работы по реактивным самолетам, о Люльке и его «ракетном» двигателе вспомнили. По требованию высшего руководства его разыскали в эвакуации на Урале, где Люлька занимался танковыми двигателями, и доставили в Москву. Вместе с отрядом саперов он лично вернулся в осажденный Ленинград и по Дороге жизни вывез драгоценные чертежи и детали РД-1.

Уже осенью 1942 года в ЦК партии был представлен проект реактивного самолета авиаконструктора Михаила Гудкова с двигателем Архипа Люльки РД-1. Однако отечественные специалисты не были готовы принять машину. Проект данного самолета не был воплощен, но старт работам в области турбореактивного двигателестроения в стране был официально дан.

После команда Люльки вошла в новый НИИ авиапромышленности, где продолжила заниматься реактивным двигателем, теперь уже в модификации С-18. В 1944 году начинается производство опытной партии. В это время в руки двигателестроителей попадают немецкие реактивные двигатели ЮМО, которые, несмотря на высокое качество, проигрывали двигателю Люльки по тяге, расходу топлива и весу. Принимается решение по установке нового двигателя на самолеты Су-11 и Ил-22.

Весна 1947 года принесла Архипу Михайловичу заслуженные плоды. 3 марта Сталин поздравил Люльку и коллектив с завершением госиспытаний первого отечественного реактивного двигателя. А 28 мая состоялся первый полет истребителя Су-11 с двигателем Люльки. Это был триумф конструктора и начало долгой дружбы с Павлом Осиповичем Сухим, практически все последующие самолеты которого оснащались двигателями АЛ.

Технические подробности

По известным данным, «Изделие 30» представляет собой двухконтурный турбореактивный двигатель с форсажной камерой. На уровне некоторых основных идей он имеет сходство с более старыми двигателями семейств АЛ-31 и АЛ-41, но все его агрегаты разрабатывались заново и с применением современных наработок. Результатом этого стал заметный рост всех основных характеристик, позволяющий относить «Изделие 30» к следующему поколению ТРДДФ.

Двигатель имеет обычную для своего класса архитектуру с многоступенчатыми компрессорами высокого и низкого давления, камерой сгорания и многоступенчатыми турбинами. Позади турбин находятся форсажная камера и сопло с УВТ. На внешней поверхности двигателя помещены необходимые агрегаты того или иного назначения. Разработчики «Изделия 30» не спешат раскрывать все подробности конструкции, но часть особенностей нового проекта уже известна.

Компрессор обеспечивает сжатие поступающего воздуха со степенью 6,7, обеспечивая расход воздуха до 20-23 кг/с. Камера сгорания оснащается плазменной системой зажигания, устанавливаемой прямо на форсунках. Такие средства обеспечивают воспламенение топлива сразу после его попадания в камеру сгорания. Благодаря этому поддерживается оптимальный режим горения, а также исключается т.н. факеление. Температура газов перед турбиной находится в пределах от 1950 до 2100°K. Для сравнения, у серийного двигателя АЛ-31Ф этот параметр не превышает 1700°K.  

Опытный Су-57 с двигателем «Изделие 30». russianplanes.net

«Изделия 30» комплектуется новым соплом, имеющим функции управления вектором тяги. Этот агрегат заметно меньше использовавшихся ранее и имеет иные обводы. В частности, задняя кромка сопла, образуемая отдельными створками, получает неровную форму.

Важной особенностью конструкции, обеспечивающей получение новых возможностей, является изменение степени двухконтурности. Также проект учитывал необходимость сокращения заметности двигателя и самолета в целом для радиолокационных и инфракрасных систем наблюдения

Такие задачи решались путем создания оптимальных конструкций воздухозаборника и сопла.

Для нового двигателя создана оригинальная электронно-цифровая система управления. Она принимает данные с множества различных датчиков и следит за работой всех компонентов двигателя. Получая команды от летчика, система управления выполняет их с учетом текущих параметров и различных факторов. Автоматика управления двигателем упрощает работу летчика, а также облегчает настройку силовой установки для работы в тех или иных условиях.

Все новые идеи и решения предназначаются для повышения основных характеристик двигателя. Согласно открытым данным, максимальная тяга двигателя «Изделие 30» достигает 11000 кгс, форсажная – 18000 кгс. Для сравнения, двигатель первого этапа АЛ-41Ф1 имеет тягу 9500 и 15000 кгс соответственно. Таким образом, самолет Су-57 даже при максимальной взлетной массе, превышающей 35 т, будет иметь тяговооруженность более единицы. При нормальном взлетном весе этот параметр достигнет 1,15-1,2.

Оптимизация основных параметров приводит к повышению летно-технических характеристик самолета. По разным оценкам, крейсерская сверхзвуковая скорость самолета Су-57 без применения форсажа, обеспечиваемая двумя двигателями с тягой по 11000 кгс, может достигать М=1,5. Наличие сопла с УВТ значительно улучшает маневренность на всех режимах.  

Для нового двигателя создана оригинальная электронно-цифровая система управления. Она принимает данные с множества различных датчиков и следит за работой всех компонентов двигателя.

ВК-2500: лучший для вертолетов

Еще одно ключевое направление в сегодняшней деятельности ОДК-УМПО – выпуск деталей для вертолетных двигателей ВК-2500, окончательную сборку которых осуществляет их разработчик – «ОДК‑Климов». Уфимское предприятие отвечает за производство около 32% комплектующих – это более 900 деталей и сборочных единиц для ВК-2500 и ВК-2500П (ПС). Для реализации программы в ОДК-УМПО в 2020 году введены в строй четыре современных производственно-технологических центра. 

Двигатель ВК-2500ПС. Фото: ОДК

Двигатель ВК-2500 пришел на замену турбовальным ТВ3-117, ранее поставлявшимся с Украины. Новая модификация ВК-2500 имеет улучшенные технические характеристики. В частности, в нем применена современная система автоматического управления. Двигатели собираются полностью из российских комплектующих. Турбовальный ВК-2500П поднимает в небо новейшие российские боевые вертолеты Ка-52, Ми-28НЭ, Ми-35М, а его коммерческую версию ВК-2500ПС получают новые пассажирские вертолеты Ми-171А2.