В конец страницы

. : АВИАЦИЯ > . : Эволюция подхода к модернизации АЛ-31Ф

Через модернизацию - к новым двигателям

Ситуация на рынке в настоящее время определяет две основные тенденции в создании авиационных двигателей:

  • Поэтапная модернизация существующих двигателей и создание новых на базе имеющихся модулей и узлов. Данный путь позволяет существенно сократить сроки и стоимость разработки нового двигателя, а также снизить технический риск, сохраняя при этом преем ственность поколений. Путем совершенствования одного двигателя можно получить достаточно широкий ряд новых двигателей и обеспечить постепенный переход к новым поколениям, не прерывая цикла "проектирование - производство - продажа".

  • Создание совершенно новых двигателей на базе накопленного научно-технического задела. Здесь, с одной стороны, важно правильно выбрать размерность и основные параметры двигателя, чтобы в дальнейшем на его основе иметь возможность создавать максимально широкий спектр двигателей. С другой стороны, универсальный двигатель (или газогенератор) по техническим характеристикам будет проигрывать двигателю, специально созданному для конкретного применения. Поэтому, учитывая высокую стоимость разработки нового двигателя, необходимо точно найти грань, на которой наиболее оптимально сочетаются весьма противоречивые требования к создаваемому ГТД.

Принимая во внимание ограниченные возможности государства по финансированию отрасли, на ФГУП "ММПП "Салют" разработана концепция модернизации выпускаемого серийно двигателя АЛ-31Ф. Эта концепция базируется на следующих основных положениях:


1-й этап модернизации АЛ-31Ф-М1

2-й этап модернизации АЛ-31Ф-М2

3-й этап модернизации АЛ-31Ф-М3
  1. Модернизация АЛ-31Ф имеет целью повышение тяговоэкономических характеристик, надежности и ресурса путем поэтапного внедрения в серийную конструкцию двигателя прогрессивных проектных и конструкторско-технологических решений. Основным тенденциям в развитии современной авиации (утяжеление летательных аппаратов (ЛА), увеличение дальности и высоты полета, манёвренности и вместе с тем снижение стоимости производства и эксплуатации) соответствует использование именно модернизированного двигателя, базирующегося на отработанной конструкции и обеспечивающего выполнение изложенных выше задач без прекращения использования существующего парка ЛА.

  2. Реализация комплекса работ (разработка, доводка, серийная поставка, эксплуатация и ремонт) под единым руководством позволяет решать возникающие на каждом этапе проблемы в минимальные сроки. Объединение на предприятии под единым началом всех работ - перспективных разработок, доводки, производства, серийно го сопровождения, обслуживания и ремонта - делают ФГУП "ММПП "Салют" единственным и полностью ответственным за создание модернизированного двигателя. В связи с этим на предприятии в дополнение к ранее существовавшим технологическим службам, роль которых также возросла, было создано конструкторское бюро перспективных разработок (КБПР).
    В настоящее время КБПР укомплектовано квалифицированными специалистами и плодотворно работает. Оснащение рабочих мест современными средствами вычислительной техники, объединенными в единую информационную сеть, позволяет вести комплексное автоматизированное проектирование с помощью новейших методов моделирования и расчеты двигателя в целом, его отдельных узлов и деталей. Современные компьютерные технологии применяются для проведения тепловых и прочностных расчетов, расчетов газодинамики и горения, для трехмерного моделирования и подготовки конструкторской документации.

  3. Проблема создания научно-технического и технологического заделов на одном предприятии, обладающем высокой технологической культурой и определенными финансовыми возможностями, может быть решена при значительно меньших затратах со стороны государства. Негативным примером в этом отношении может служить история создания одного из двигателей 5-го поколения, так и не доведенного в свое время из-за наличия указанных проблем.
    Современный двигатель - сложнейшая в конструктивном и технологическом отношениях техническая система. Конструкция двигателя, технологические процессы, обеспечивающие его работоспособность и высокую экономическую эффективность производства, должны соответствовать требованиям мирового уровня. Поэтому из современных технологий на "Салюте" выбирают те, которые наиболее рациональны с технической и экономической точек зрения. Управляющие программы для такого оборудования разрабатываются специалистами предприятия и за рубежом. Наряду с использованием закупаемых программ мы ведем разработку собственных специализированных процессоров для программирования обработки деталей турбомашин. Производство на ФГУП "ММПП "Салют" сертифицировано. Завод имеет вес необходимые российские и международные сертификаты системы качества, а также лицензию на проектирование газотурбинных двигателей. Последовательного улучшения основных параметров двигателя мы намерены достичь путем проведения трех этапов модернизации. Перед каждым из них реализуется определенный объем экспериментально-проектных и конструкторских работ, а также перечень критических технологий, обеспечивающих внедрение модернизированных агрегатов. При этом предполагается, что двигатели каждого этапа модернизации будут выпускаться серийно, взаимозаменяемы между собой на ЛА и иметь улучшенные характеристики но сравнению с предыдущими. Улучшение характеристик с обеспечением взаимозаменяемости достигается следующим образом.

На I этапе модернизации (двигатель АЛ-31Ф-М1):

  • устанавливается КПД с увеличенным расходом воздуха
  • температура газов Т3 перед турбиной увеличивается на 25o, допустимость чего подтверждена необходимыми тепловыми расчетами турбины
  • аналоговый регулятор работ ы двигателя заменяется па цифровой
  • используется турбостартер с повышенными на 15-20% мощностью и до 3500 м высотностью запуска.

Тяга двигателя при этом возрастает на 800 кгс по сравнению с 12500 кгс базового АЛ-31Ф. Двигатель I этапа модернизации успешно прошел стендовые и летные испытания. Ведется подготовка производства для его внедрения в серию.

На II этапе модернизации (двигатель АЛ-31Ф-М2) в дополнение к предыдущим:

  • применяются высокотемпературные модернизированные турбины ТВД и ТНД с лопатками пространственного профилирования. Для двигателей АЛ-31Ф-М2, АЛ-31Ф-МЗ разработан литейный вариант рабочей лопатки (РЛ) многоходовой продольно-поперечной схемы охлаждения с перфорацией входной кромки. Здесь охлаждающий воздух поступает в район входной кромки, где частично выдувается на профиль, а частично через горизонтальные (поперечные) каналы подается в район выходной кромки, где выбрасывается в проточную часть. Данная конструкция РЛ позволяет получить равномерно нагретое перо лопатки с минимальными температурными напряжениями. Температура газов увеличивается ещё на 75o
  • используется вновь разработанная перспективная камера сгорания (КС) с двухстеночной жаровой трубой. При этом обеспечиваются организация горения с высокой полнотой сгорания, надежный запуск КС без применения кислорода, уменьшенная окружная неравномерность поля температур на выходе из КС, увеличенный ресурс КС при существенном уменьшении расхода хлаждающего воздуха
  • устанавливается электронно-цифровая САУ с полной ответственностью и гидромеханическим резервированием.

Тяга двигателя увеличивается до 14100 кгс.

Трёхступенчатый компрессор 
        низкого давления АЛ-31Ф-М3

На III этапе модернизации (двигатель АЛ-31Ф-МЗ) дополнительно устанавливается новый трёхступенчатый КНД с широкохордными лопатками пространственного профилирования и повышенной степенью сжатия до pk= 4.2, что позволяет увеличить тягу до 14600 кгс.

На любом этапе модернизации на двигатель может быть установлено всеракурсное поворотное сопло, проходящее в настоящее время длительные испытания. Реализация трех этапов позволит обеспечить создание двигателя, обладающего характеристиками поколения 4+. Опробованные в процессе модернизации новые конструкторские и технологические решения при их дальнейшем развитии могут быть взячы за основу при разработке перспективных двигателей.

 


В начало страницы
 
Федеральный Научно-Производственный Центр ММПП "Салют"
 основной сайт Главная страница