О двигателе ПС-90А, его применении и развитии.

Здравствуйте, друзья!

Сегодня небольшой общий обзор, посвященный отечественному турбовентиляторному двигателю ПС-90А.

Во второй половине 70-х годов в Советском Союзе вышло постановление Совета Министров СССР, касающееся развития и совершенствования тогдашнего парка самолетов гражданской авиации. Речь шла о разработке новых магистральных самолетов, которые бы по эффективности и комфортабельности не уступали зарубежным аналогам и были бы достаточно конкурентноспособными.

К тому времени прошло более пяти лет после успешного введения в эксплуатацию самолета ТУ-154, ставшего в последствии флагманом советской гражданской авиации, и не менее успешно продолжалась эксплуатация Ту-134. ММЗ «Опыт» ( КБ А.Н.Туполева), тогда уже несколько лет в инициативном порядке занимавшееся проектно-исследовательскими работами в этом направлении, опираясь на имеющиеся наработки, начало серьезную работу по созданию перспективного пассажирского самолета, который в дальнейшем смог бы прийти на смену Ту-154.

Проектов было достаточно много. Речь велась как о разработке отдельных типов магистральных лайнеров, так и об использовании этих типов в качестве базовых конструкций для дальнейшего развития целого семейства ближне- и среднемагистральных самолетов.

Так, например, одним из первых проектов, получившим наименование Ту-204, стала разработка ближнемагистрального самолета с двумя двигателями в хвостовой части (компоновка подобна Ту-134). В этой конструкции использовались базовые принципы самолетов Ту-134А и Ту-154. В качестве же силовой установки предполагались двигатели НК-8-2У.

В дальнейшем на первый план вышла идея широкофюзеляжного аэробуса близкого по своим компоновочным характеристикам к самолетам McDonnell Douglas DC-10 и L-1011 TriStar. Во многом работы именно по этому проекту, хотя и сильно измененному, в итоге вылились в создание ныне существующего лайнера Ту-204. Большой комплекс инженерно-исследовательских работ касался и выбора силовой установки для такого самолета.

Рассматривались варианты по использованию двигателя Д-30А, специальной модификации Д-30КП для пассажирского самолета с (в 1978 году его испытания были прекращены), модернизированного Д-30КУ (применявшегося на самолете ИЛ-62М), некоторые другие варианты перспективных ТРДД с большой степенью двухконтурности и даже винтовентиляторные проекты.

В итоге выбор пал на новейшие по тому времени разработки ОКБ П.А.Соловьева. Двигатель, получивший наименование Д-90, начал разрабатываться конкретно под новый проект самолета «204». Исходные требования к двигателю, в особенности касательно удельных параметров, были достаточно высокими и, кроме того, менялись параллельно с изменением концепции самого летательного аппарата.

Так, изначально было отдано предпочтение трехдвигательной схеме самолета с расположением двух двигателей на крыле и одного в хвостовой части (по принципу DC-10). Решающим здесь стал тот факт, что в то время исходя из ускоренных, согласно вышеуказанному постановлению, сроков создания нового самолета (и двигателя) обеспечить высокие удельные параметры (в частности топливную эффективность) можно было только для взлетной тяги не более 12000-14000 кгс.

В августе 1981 года вышло очередное постановление Совета Министров СССР, конкретизирующее создание среднемагистрального пассажирского самолета с тремя двигателями Д-90. В июле следующего года были утверждены технические задания как на самолет и оборудование, так и на двигатель, и уже к концу 1982 года были подготовлены эскизный проект и макет самолета.

Однако, в это же самое время из-за смены руководства авиационной промышленности (пост Министра тогда занял И.С. Силаев) на первый план опять выдвинулась концепция двухдвигательного лайнера. Новый министр был сторонником курса на ускорение создания новых средне- и дальнемагистральных самолетов, которые бы по своему техническому уровню соответствовали типичным представителям своего класса за рубежом: американским Boeing-757 и 767, а также европейским Airbus серии «300».

То есть самолет должен был стать двухдвигательным. В общем-то это было логичным с точки зрения технической рациональности (вес, запасы топлива и др.). Нужно было только увеличить взлетную тягу двигателя. Кроме того такой вариант по уровню безопасности полетов оказывался не хуже трехдвигательного. В итоге проект Ту-204 окончательно превратился в двухдвигательный и узкофюзеляжный (для сохранения топливной эффективности).

В связи с этим естественно изменились параметры технического задания на двигатель. Теперь планировалось увеличить его взлетную тягу до 16000 кгс с сохранением эффективных удельных параметров. Новое техническое задание было утверждено в декабре 1983 года, и сам двигатель получил новое наименование Д-90А. Вскоре появилось и соответствующее постановление Совета Министров СССР о новом варианте Ту-204 с двигателями Д-90А.

Практически одновременно с созданием самолета Ту-204 в том же направлении и с теми же целями (создание нового перспективного магистрального самолета) в КБ им. С.В. Ильюшина проводились работы по глубокой модернизации лайнера Ил-86, вылившиеся в итоге в создание нового самолета Ил-96 со всеми его последующими модификациями.

Первоначально самолет в качестве силовой установки получил разрабатывавшиеся тогда двигатели НК-56 со взлетной тягой 18000 кгс. НК-56 создавался как раз для дальнемагистральных тяжелых пассажирских и транспортных самолетов. Однако, по различным причинам (не все из которых наверняка можно отнести к техническим :-)), он был снят с испытаний и в середине 1983 года его разработка была полностью прекращена.

Предпочтение опять же было отдано новому Д-90А (16000 кгс), несмотря на то, что из-за его меньшей тяги потребовалась значительная переделка конструкции самолета с уменьшением размеров и, как следствие, пассажировместимости. Для самолета Ил-96 этот двигатель первоначально получил в названии дополнительную букву «Н» и носил наименование Д-90АН.

Да и сам самолет Ил-96 получил наименование Ил-96-300. Он становился уже не просто модернизацией исходного Ил-86. Это был по сути дела совершенно новый самолет. Изменились принципиальные подходы к конструированию современных пассажирских лайнеров.

А двигатель Д-90А должен был стать в некотором роде типовым (или точнее унифицированным) двигателем для магистральных самолетов гражданской авиации в то время. Хотя далеко не всем планам по созданию новой авиационной техники суждено было тогда осуществиться. Это ведь был конец 80-х – 90-е годы, тяжелый период в российской истории.

Тем не менее, первый опытный самолет Ту-204 с двигателями ПС- 90А поднялся в воздух 2 января 1989 года, а Ил-96-300 даже чуть раньше – в сентябре 1988 года. С 1987 года наименование двигателя было изменено с конкретизацией имени его главного разработчика Павла Александровича Соловьева (ПС – Павел Соловьев).

Серийное производство двигателя было налажено на заводе №19 в Перми с 1989 года. Это бывший завод им. Я.М. Свердлова, ныне ОАО «Пермский моторный завод», входящий в «Пермский моторостроительный комплекс», как составная часть Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК).

В 1992 году, 3 апреля, двигатель был сертифицирован в России. Ил-96-300 с этими двигателями был сертифицирован 29 декабря 1992 года, а Ту-204 получил сертификат летной годности в декабре 1994 года. ПС -90А соответствовал тогдашним нормам ИКАО по шуму и с запасом по эмиссионным выбросам.

С 1997 года двигатель был переведен на более прогрессивный метод эксплуатации по техническому состоянию. То есть для него не установлены фиксированные межрегламентные ресурсы. На такой основе сейчас работает практически вся современная авиационная техника.

К сожалению «становление» двигателя пришлось на тяжелый период в истории страны, реалии которого самым неблагоприятным образом отразились на авиационной промышленности. Так в период с 1996-го по 2001-й год не было выпущено ни одного нового двигателя ПС. Однако работы по его совершенствованию и модификации тем не менее продолжались.

На сегодняшний день существуют несколько модификаций, как живых, так и не вышедших из стадии бумажного проектирования.

Модификации.

Головной двигатель ПС-90А. Имеет взлетную тягу 16000 кгс и удельный расход топлива 0,595 кГ/кгс ч. Устанавливается на самолеты Ил-96-300, Ил-96-300ПУ (президентские самолеты), Ту-204 и Ту-214. В том числе и на самолеты этих типов, эксплуатирующиеся в зарубежных авиакомпаниях.

Двигатель ПС-90А1. Этот двигатель был сертифицирован в 2007 году в полном соответствии с международными нормами ИКАО по шуму и эмиссионным выбросам. Имеет специальную малоэмиссионную камеру сгорания и его максимальная тяга увеличена до 17400 кгс. Устанавливается на транспортную версию Ил-94 – Ил-96-400Т.

Двигатель ПС-90А-76. Этот двигатель позволил увеличить возможности чрезвычайно удачного и по этой причине широко используемого самолета Ил-76. Эксплуатанты самолета с ранее установленными на нем двигателями Д-30КП (в различных модификациях) столкнулись с ужесточением международных авиационных требований по шуму и эмиссионным выбросам.

Вновь установленный двигатель позволяет решить эту проблему, потому что соответствует не только действующим нормам, но и перспективным. Кроме того он имеет более низкий расход топлива ( до 18-19%) при более высокой тяге, что увеличивает дальность полета.

ПС-90А-76 был сертифицирован в 2003 году и начал выпускаться в Перми с 2004 года. Имеет максимальную тягу 14500 кгс, то есть ниже, чем у головного ПС, но за счет этого увеличен его ресурс. Однако, при необходимости тяга может быть форсирована до 16000 кгс.

Этот двигатель предназначен для следующих модификаций транспортника: Ил-76ТФ, модернизированные Ил-76МД, вновь изготавливаемые Ил-76МД-90, Ил-76ТД-90ВД, Ил-76МФ, Ил-76ТФ, а также для заправщика Ил-78МК-90.

С тремя вышеуказанными двигателями проводились также испытательные и исследовательские работы с целью расширения сертификационных ограничений на их работу в условиях обледенения, что позволило улучшить возможности сертификации в соответствии с правилами ЕТОРS и соответственно увеличило конкурентноспособность российских самолетов на международном рынке.

В итоге  в 2011 году сертификат типа получили модификации трех двигателей с расширенным диапазоном низкотемпературной эксплуатации (до -30°С; у исходных двигателей эта температура равнялась -16,5° С ). Это двигатели ПС-90АЕ, ПС-90АЕ1 и ПС-90АЕ-76, в которых использованы новые специализированные температурные датчики.

Следующая модификация головного двигателя одна из самых серьезных в плане объема и качественных изменений. Это двигатель ПС-90А2, получивший сертификат летной годности в последние дни 2009 года. Он создавался в сотрудничестве с американской компанией Pratt & Whitney. Первая попытка совместной работы была предпринята в 1994 году, когда планировалась разработка двигателя ПС-9П.

Этот двигатель должен был иметь большую тягу за счет увеличенного расхода воздуха, который бы обеспечивался вентилятором большего размера, чем у исходного ПС-90А. Однако эти планы осуществлены не были. Сотрудничество возобновилось в 1998 году. Результатом стало создание двигателя ПС-90А2.

В процессе работы были внесены значительные изменения и усовершенствования в исходный ПС-90А и в особенности в узлы турбины, камеры сгорания и опор двигателя. Использовались передовые технологии американской разработки, а также узлы и детали одиннадцати других компаний из США, Франции, Германии, Швеции и Швейцарии.

КПД турбины увеличился на 3%, что способствовало уменьшению расхода топлива. Значительно возрос ресурс рабочих лопаток ТВД (более 10000 часов). Лопатки 1-й и 2-й ступеней турбины высокого давления стали монокристаллическими из сплава ЖС-36МОНО.

Изменилась конструкция системы охлаждения ТВД, что позволило увеличить циклический ресурс основных деталей и узлов, а также поддерживать тягу двигателя неизменной в процессе эксплуатации. Изменилась конструкция подшипникового узла турбины.

Значительно изменилась и улучшилась система цифрового автоматического управления двигателем и система его контроля. Агрегаты САУ-90А2 изготовлены на новой элементной базе с применением передовых технологий (использованы принципы системы FADEC (двигатели CFM56)), что повышает их ресурс и надежность.

Использование новых сплавов и технологий при производстве лопаток турбины высокого давления, в том числе технологии керамического напыления теплозащитного покрытия на лопатки ТВД и элементы камеры сгорания, а также гранульного сплава ЭП741НП для дисков ТВД позволило увеличить максимально возможную температуру газов перед турбиной практически на 160-180 К (по некоторым источникам :-)) по сравнению с прототипом ПС-90А.

Теперь она может достигать величин порядка 1820 К и, соответственно, максимальная тяга от стандартной 16000 кгс может быть форсирована до 18000 кгс. При этом новый двигатель с достаточным запасом (то есть с расчетом на будущее) соответствует нормам ИКАО по шуму (2006 год) и эмиссионным выбросам (2008 год).

Проведенные работы позволили существенно улучшить эксплуатационные свойства базового двигателя, то есть в некотором роде его осовременить и сделать более надежным, более выгодным и удобным в эксплуатации, тем самым повысив его конкурентноспособность.

Параметры надежности различных узлов повышены практически от 50% до 100%. Некоторые гидравлические исполнительные механизмы заменены пневматическими, что повысило пожарную безопасность. Этот двигатель соответствует нормам ETOPS 180, самым жестким нормам для двухдвигательного самолета. То есть такому самолету, как Ту-204 фактически гарантируется безопасный отрезок полета в течение 3-х часов пр отказе одного из двигателей.

При этом трудоемкость в обслуживании снижена практически в 2 раза, и в итоге так называемая «стоимость жизненного цикла» (то есть по сути расходы на обслуживание) уменьшена практически на 38%. И хотя сам двигатель из-за внедрения новых технологий стал дороже (практически на 20%), общая итоговая его стоимость всего его жизненного цикла (около 50000 часов) из-за снижения расходов осталась неизменной.

Другие жесткие авиационные нормы, по которым сертифицирован ПС-90А2 это правила стран СНГ АП-33 (соответствуют, в частности, американским FAR-33 и европейским CS-E) по летной годности и АП-34 по окружающей среде (вредные выбросы).

Согласно правилам АП-33, например, новый двигатель защищен от глобальных разрушений при обрыве лопатки вентилятора «под корень». Эти разрушения локализуются корпусом вентилятора. Однако, при этом корпус имеет увеличенный вес, что отрицательно влияет на вес двигателя в целом.

Первый тип самолета, на котором был установлен новый двигатель это модификация Ту-204 – новый пассажирский лайнер Ту-204СМ. Когда испытания это самолета близились к концу, был заключен контракт на поставку его Ирану. Однако, взаимодействие с компанией Pratt & Whitney сыграло здесь плохую службу и выполнение этого контракта оказалось затруднительным.

Все дело в производственных технологиях так называемого двойного назначения, использованных в частности при разработке турбины двигателя. Из-за них Госдепартамент США наложил ограничения на экспорт самолетов с двигателями ПС-90А2 в такие страны, как Иран и Сирия. С сирийской авиакомпанией SyrianAir в конце сентября 2011 года также был подписан меморандум о поставке Ту-204СМ.

И даже не смотря на то, что в 2011 году Pratt & Whitney прекратила свое сотрудничество с Пермским моторным заводом и ОАО «Авиадвигатель» и продала свои пакеты акций Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК), а также передала все права на технологии, использованные в ПС-90А2, россиянам, эта проблема до конца так и не решилась.

Создавшееся, прямо скажем, неприятное положение дел стало одной из причин, по которым в начале все того же 2011 года была завершена сертификация еще одной разновидности двигателя ПС-90А. Новая модификация получила наименование ПС-90А3.

Этот двигатель по своим параметрам практически идентичен исходному для него ПС-90А2, но на нем установлен вентилятор от ПС-90А. Таким образом, он не может обеспечить локализацию разрушений при отрыве всей лопатки вентилятора, то есть «под корень», но делает это, если лопатка отрывается не вся, а только ее надполочная (то есть верхняя) часть.

Это позволяет сертифицировать двигатель не по правилам АП-33, а согласно главе 6 российских Норм Летной Годности гражданских самолетов (НЛГС-3). В итоге двигатель может быть установлен на всех летательных аппаратах, которые предназначены для использования ПС-90А2, без снижения их эксплуатационных свойств.

А применены они могут быть теми эксплуатантами, которые по различным (достаточно понятным :-)) причинам могут обойтись без соответствия жестким требованиям АП-33.

Разработка ПС-90А3 послужила также основой для создания еще одной группы перспективных модификаций ПС-90А, говоря о которой, стоит вспомнить о вышеупомянутом принципе универсальности, который изначально закладывался в идею создания двигателя нового поколения.

Этот же принцип рассматривался как основополагающий при разработке ПС-90А2. То есть идея была в том, чтобы вновь созданный двигатель с более высокими эксплуатационными параметрами можно было бы без проблем ставить на все самолеты, где использовались ПС-90А (то есть Ту-204, Ту-214, Ил-96-300).

Но не все оказалось так гладко, как хотелось. Внешняя взаимозаменяемость (по весу, габаритным размерам и узлам подвески двигателя ) была обеспечена, а вот соответствия по системам автоматического управления (САУ), системе контроля двигателя (БСКД) и некоторым другим внешним системам, то есть соответствия интерфейсов достичь не удалось.

В случае замены ПС-90А на ПС-90А2 требовалась доработка самолета. Именно поэтому ПС-90А2 был установлен на новый Ту-204СМ, изначально построенный с доработанным интерфейсом.

В 2011  году на базе имеющейся разработки ПС-90А3 началось создание модификации ПС-90А3у, то есть унифицированного двигателя (пометка «у»). Здесь сразу предусмотрены три подвида: ПС-90А3у – для замены двигателей ПС-90А на самолетах Ту-204/214 и Ил-96-300; ПС-90А3у-76 – для замены двигателей ПС-90А-76 на самолетах семейства Ил-76; ПС-90А3у1 – для замены двигателей на самолетах Ил-96-400Т.

САУ и БСКД всех этих модификаций будет адаптирована под интерфейс тех самолетов, для которых они предназначены. Потребуется также доработка внешних систем и коробки приводов для самолетов КБ им. С.В. Ильюшина. Более высокий уровень эксплуатационных параметров, унаследованный новым двигателем от ПС-90А2 позволит значительно повысить эффективность коммерческого использования самолетов.

Кроме того ПС-90А3у, так же как и ПС-90А3 оборудован облегченным корпусом вентилятора, поэтому сертифицироваться этот двигатель будет по нормам НЛГС-3. Новые унифицированные двигатели могут либо изготавливаться заново, либо переоборудоваться из имеющихся ПС-90А путем замены и модернизации таких деталей, как узлы турбины, камеры сгорания и компрессора, агрегаты и элементы САУ,

Будет также предусмотрена возможность совместной работы на одном самолете обоих двигателей, ПС-90А и ПС-90А3у.

Другие модификации.

В процессе работ над двигателем ПС-90А существовало несколько проектов, которые так и не пошли в серию или даже не вышли из стадии «бумажного» проектирования. Причина этого по большей части в том, что самолеты, для которых могли бы предназначаться эти двигатели, тоже либо были изготовлены в единичном экземпляре, либо так и не поднялись в воздух.

Некоторые наиболее заметные из них.

Двигатель ПС-90А-42. Двигатель с тягой 14500 кгс, прочими параметрами идентичными исходным. Изменена система крепления на фюзеляже и, в связи с этим, трассировка коммуникаций. Отсутствует устройство реверса тяги, улучшена коррозионная стойкость и применены специальные меры водозащиты. Двигатель предполагалось максимально унифицировать с уже отработанным ПС-90А-76.

Двигатель прорабатывался для установки на многоцелевой самолет-амфибию А-42, военный аналог летающего Бе-200. История с созданием этого самолета тянулась долго и с переменным успехом. Планировалась даже поставка нескольких экземпляров в войска к 2015 году. Однако на данный момент все затихло. Финансирование остановлено, и дальнейшая судьба самолета и, естественно, двигателя непонятна.

ПС-90А-154. Двигатель с измененной системой подвески, конструкцией внешних систем, но с сохраненными параметрами прототипа. Планировался для установки (боковая, в задней части фюзеляжа) на двухдвигательную версию самолета Ту-154М, получившей наименование Ту-154М2.

Такая версия могла бы полностью соответствовать нормам ИКАО по шуму и вредным выбросам. Кроме того она обладала бы значительно лучшей экономичностью (до 15%) по сравнению с Ту-154М. Однако, проект так и не был воплощен в жизнь, не было построено ни одного самолета.

ПС-90АК. Двигатель для работы на сжиженном природном газе (СПГ) на самолете Ту-204К. Проект осуществлен не был.

ПС-90А-10. Двигатель с уменьшенной тягой (до 10500 кгс). Так сказать, проект для проекта. Один из вариантов силовой установки  для проекта самолета Ту-334-200.

ПС-90А-12Б. Двигатель с уменьшенной тягой (до 12000 кгс). Вариант для установки на самолеты Як-242 (как альтернатива двигателям серии CFM56) и Як-46. Оба эти самолета (как и двигатели) не вышли из стадии предварительного проектирования.

Кроме того на базе газогенераторов ПС-90А и ПС90А2 разработано несколько видов наземных газотурбинных энергетических установок и агрегатов для перекачки природного газа с высокими эксплуатационными параметрами.

О конструктивных особенностях.

ПС-90А. Основной состав элементов.

Двигатель в совокупности со всеми своими модификациями представляет собой двухконтурный, или по принятому определению турбовентиляторный (степень двухконтурности 4,7-4,8) двухвальный турбореактивный двигатель со смешением потоков первого и второго контуров.

Во втором контуре организовано устройство реверса тяги. Перекладка механических элементов системы реверса производится при помощи гидравлической системы, являющейся частью гидросистемы самолета. Общий принцип работы реверса показан на рисунке.

Вентилятор одноступенчатый: обтекатель (титановый сплав ВТ-6), рабочее колесо (33 лопатки, выполненные из титанового сплава) и спрямляющий аппарат (СА). Обтекатель и диск вентилятора спрофилированы так, чтобы в случае попадания посторонних предметов в двигатель, они бы перенаправлялись во внешний контур.

Для снижения уровня шума расстояние между рабочими лопатками и лопатками спрямляющего аппарата увеличено. Число лопаток СА больше, чем рабочих в два раза. Корпус вентилятора выполнен в виде специальной звукопоглощающей конструкции (ЗПК).

Двухступенчатый компрессор низкого давления (КНД), называемый еще подпорными ступенями вентилятора и тринадцатиступенчатый компрессор высокого давления (КВД) со степенью повышения давления 35,5 (несколько варьируется для других модификаций), с регулируемым входным направляющим аппаратом и регулируемыми лопатками направляющего аппарата первых 2-ух ступеней.

Камера сгорания трубчато-кольцевая в отличие от зарубежных двигателей того же класса имеющих обычно кольцевую камеру, но при этом достаточно малоэмиссионная. Жаровых труб 12 штук. Общий газосборник сглаживает поле температур за жаровыми трубами, однако кромки рабочих лопаток турбины работают в достаточно тяжелых условиях.

Турбина высокого давления (ТВД) двухступенчатая со специальной системой охлаждения. Турбина низкого давления (ТНД) четырехступенчатая. Температура газа перед турбиной порядка 1640 К (максимальная).

За турбиной в камере смешения потоков обоих контуров происходит частичное выравнивание температуры и давления в общем потоке, который далее поступает в сужающееся нерегулируемое сопло, в котором он расширяясь ускоряется, тем самым создавая реактивную тягу.

Принцип смешения потоков на двигателе выбран из соображений оптимального сочетания массовых характеристик двигателя с величиной тягового КПД, минимального сопротивления при обтекании мотогондол встречным потоком (меньший крейсерский расход топлива), минимальных гидравлических потерь при смешении потоков обоих контуров и оптимальной степени повышения давления в компрессоре.

Основные рабочие режимы двигателя, обеспечивающие надежную эксплуатацию во всем диапазоне высот и скоростей: Земной малый газ, реверсивный режим, полетный малый газ, крейсерский режим, максимальный продолжительный режим (номинальный, ограничен общей наработкой), максимальный режим (ограничен по времени включения), чрезвычайный режим (ЧР).

ЧР используется в чрезвычайных ситуациях для получения максимально возможной тяги –порядка 17500 кгс для ПС-90А. После использования ЧР двигатель снимается с самолета. Однако последующие модификации (в частности ПС-90А2 и его версии) допускают многократное применение чрезвычайного режима.

ПС-90А стал первым российским двигателем в своем классе, оборудованным электронной цифровой системой автоматического управления (САУ-90 и САУ-90А2 для ПС-90А2 и последующих модификаций). В этой системе на основе данных об условиях полета и индивидуальных характеристик двигателя электронное вычислительное устройство (электронный регулятор двигателя РЭД-90) формирует особоточные значения управляющих воздействий, позволяющие максимально реализовать самые оптимальные значения параметров рабочего цикла двигателя.

Система САУ-90 представляет собой совокупность электронно-гидромеханической системы, которая собственно является основной автоматикой управления и гидромеханической системы, которая является системой резервной. Переход на резервную автоматику можно осуществить переключением из кабины экипажа. Кроме того этот переход осуществляется автоматически (с индикацией в кабине) в случае возникновения отказа основной системы управления.

Отказ обнаруживается бортовой электронной цифровой системой диагностики (БСКД-90). Эта высокоэффективная система позволяет оперативно контролировать и диагностировать работу двигателя на всех этапах его эксплуатации с выдачей результатов в систему регистрации, а также формирует необходимые рекомендации экипажу.

Понятно, что эффективность применения такого рода систем главным образом зависит от уровня контролепригодности двигателя. А это понятие, в свою очередь, идет рядом с ремонтопригодностью. Контролепригодность и ремонтопригодность – очень важные понятия для современного двигателя. Они в сочетании с модульностью конструкции позволяют использовать прогрессивный метод эксплуатации по техническому состоянию.

Модульность и ремонтопригодность конструкции. Двигатель состоит из 11 модулей. Все они, кроме базового (турбокомпрессор), могут быть заменены в эксплуатации. Начиная с 2011 года такого рода операции уже ведутся в обычных эксплуатирующих организациях.

Основные модули: 1. Рабочее колесо вентилятора; 2. Спрямляющий аппарат; 3. Базовый модуль (турбокомпрессор); 4. Реверсивное устройство; 5. Турбина низкого давления (ТНД); 6. Сопло; 7. Задняя опора; 8. Турбина высокого давления (ТВД); 9. Коробка приводов; 10. Компрессор низкого давления (КНД); 11. Входной направляющий аппарат КНД.

На двигателе так же предусмотрена замена некоторых деталей отдельных модулей, которые наиболее подвержены повреждениям. Это, например, створки реверсивного устройства, жаровые трубы и форсунки камер сгорания и т.д. Предусмотрена замена рабочих лопаток вентилятора, а также самого рабочего колеса вентилятора (как модуль) без снятия двигателя  с самолета.

Контролепригодность. В конструкцию двигателя ПС-90А с начала его проектирования закладывался достаточно высокий уровень контролепригодности. Он отвечает всем требованиям российских и международных нормативов (НЛГС, АП-33, FAR-33 и др.) и позволяет эффективно использовать как бортовые электронные системы контроля (типа БСКД-90), так и неразрушающие методы контроля состояния без разборки двигателя.

Кроме обычного контроля газовоздушного тракта контролируются топливная и масляная системы, система отбора воздуха, температурное состояние опор, стартер, механизация двигателя, тяга. Наряду с традиционными параметрами (обороты, температура за турбиной, вибрация и др.) контролируются многие другие параметры с высокой диагностической ценностью.

Всего фиксируется 29 параметров и 15 разовых сигналов датчиков. Во многих случаях для этого специально разработаны новые датчики и измерительные системы.

Возможности визуального осмотра двигателя, так же как и похода к внешним системам и агрегатам достаточно большие, как впрочем у всех современных двигателей, располагающихся под крылом самолетов на пилонах.

Что касается методов неразрушаеющего контроля, то большое внимание уделено возможности использования такого метода как бороскопический контроль. Осмотрен может быть практически весь газовоздушный тракт. Вентилятор вплоть до входа в КНД может быть осмотрен со стороны воздухозаборника, а задние кромки рабочих лопаток последней ступени ТНД со стороны сопла даже без применения специальных оптических средств.

Но с применением приборов возможности оптической диагностики существенно повышаются. На ПС-90А для проведения бороскопических осмотров предусмотрены специальные смотровые порты (лючки). На корпусе вентилятора их 2, на компрессоре -11, на камере сгорания – 12, на турбине высокого давления – 2, на турбине низкого давления – 4.

При разработке двигателя предусматривалось применение эндоскопов (бороскопов) еще советского образца. Однако, сейчас в эксплуатации находятся приборы гораздо более совершенные, очень информативные и удобные в применении, при этом вполне подходящие по своим исходным параметрам для использования на ПС-90А и его модификациях. Хорошим примером могут служить видеобороскопы XLGO+, XLVU, а также видеобороскопы с функциями компьютера типа XLG3.

Однако, стоит отметить, как недостаток, не очень высокую технологичность подготовки к самому процессу визуального оптического контроля на этом двигателе. Для этого часто приходится открывать множество панелей газогенератора и снимать много заглушек, при этом подход к ним не всегда удобен, а процесс открывания трудоемок. К тому же все эти работы проводятся из наружного контура двигателя.

Шумоглушение.

Уровню шума, издаваемого реактивными двигателями, как и количеству вредных выбросов которые они оставляют за собой, до сравнительно недавнего времени не уделялось особенно пристального внимания. Но с ростом интенсивности воздушного движения эти проблемы, особенно для районов, находящихся возле аэропортов стали достаточно ощутимыми.

Россия по «старой советской традиции» 🙂 не особо озадачивалась этой проблемой, пока европейские и американские нормативы не ужесточились настолько, что изначально призрачная возможность на запреты полетов за границу наших самолетов с нашими двигателями стала превращаться в реальность.

Примером тому стал один из «самых громких» самолетов в мире, Ту-134А, эксплуатация которого в странах ЕС после 2002 года была запрещена. Кстати, на этом самолете стоит Д-30, двигатель конструкции П.А.Соловьева, то есть того же КБ, что и ПС-90А. Но только это уже был двигатель перспективный, создававшийся с определенным прицелом на будущее.

ПС-90А (и все его модификации) первый и пока единственный российский двигатель в своем классе, который удовлетворяет всем последним требованиям по шуму и вредным выбросам. Что касается эмиссионных характеристик, то по ним двигатель что называется рассчитан на перспективу, потому что значительно опережают нормы ИКАО.

Двигатель, как известно, основной источник шума на самолете, и по этому показателю самолеты Ту-204/214 и Ил-96-300/400Т и Ил-76 с двигателями ПС-90А (А1, А-76) изначально соответствовали нормам главы 3-й специальных требований ИКАО по шуму на местности (принятых еще в 90-х годах). Но с 2006 года в силу вступали новые требования, так называемая 4-я глава, поэтому были предприняты мероприятия по дополнительному улучшению шумовых характеристик.

Функции шумоглушения на ПС-90А главным образом выполняют специальные звукопоглощающие покрытия (ЗПК). Они кроме снижения шума еще обычно формируют проточную часть, а также входят в силовую схему двигателя и часто несут на себе его узлы и агрегаты.

Изначально ЗПК на ПС-90А были однослойные (в основном металлические). Однако для соответствия новым нормативам (глава 4) были разработаны так называемые двухслойные ЗПК второго поколения (ЗПК II). Они были выполнены полностью взаимозаменяемыми с исходными как по форме, так и по присоединительным размерам.

Эффективность шумопоглощения не должна была сочетаться с увеличением массы, поэтому везде, где было возможно, использовались полимерные композитные материалы (на базе стекло- и углепластика и их комбинаций). Еще одна схема использования ЗПК второго поколения:

Такие материалы удовлетворяют всем требованиям изготовления и эксплуатации, но максимальная температура эксплуатации не превышает 120° С. На тех участках, где эксплуатационные температуры выше (до 350° С.) предусмотрено применение металлического двухслойного ЗПК с промежуточным слоем.

В результате проведенных модернизационных работ массовые характеристики двигателя (а значит и коммерческая нагрузка самолетов) не изменились. В конце декабря 2006 года самолет Ил-96-300 с двигателями ПС-90А получил сертификат соответствия главе 4 норм ИКАО по шуму. Аналогичный сертификат был выдан в июле 2008 года самолету Ту-204.

Новое ЗПК второго поколения устанавливается на всех вновь изготавливаемых ПС-90А и его модификациях, а также на имеющиеся двигатели во время ремонта и доработок.

Заключение.

Таковы основные черты ПС-90А, двигателя, который явно еще не утратил облик перспективного, но, можно сказать, достиг зрелого возраста. Ведь после его первой сертификации уже утекли практически 22 года. Однако, по словам одного из представителей МАК, он «прошел не более половины своего пути».

Перспектива действительно существует. Что с ней будет дальше, и как сложится вторая половина пути (или большая его часть :-)) зависит, видимо, не только от двигателя, но скорее, говоря глобально, от состояния всей российской авиации в целом. Очень хочется верить, что у них обоих хорошее будущее.

В заключение несколько хороших фотографий, которые «не влезли» 🙂 в текст.

Автор фотографии в заголовке Андрей Багиров ©.

Фотографии кликабельны.

До новых встреч на страницах сайта.