Непревзойденный в своем роде. ТРДД Д-18Т
Содержание страницы
Для самых мощных в СССР (и в мире) самолетов потребовались самые мощные двигатели. И эта задача была решена. Решена знаниями и трудом тысяч ученых, инженеров, конструкторов, рабочих. Многих из них уже нет с нами, а их творение все еще летает, до сих пор поражая современников.
Памяти Генерального конструктора, инженера с большой буквы Федора Михайловича Муравченко (1929-2010) посвящается…
Скажу честно — этот двигатель уже устарел лет на 25-30, но его востребованность при этом ничуть не страдает, ведь ТРДД Д-18Т – это “сердце” всемирно известных тяжелых транспортных самолетов Ан-124 “Руслан” и Ан-225 “Мрiя”.
Д-18Т начинал разрабатываться под руководством В.А. Лотарева (1914-1994). В 1989 г. в должности Генерального конструктора его сменил Ф.М. Муравченко. Под его руководством двигатель получил международный Сертификат, что обеспечило успешную эксплуатацию Ан-124 и Ан-225 по выполнению уникальных воздушных грузоперевозок на международных авиалиниях, была продолжена его эксплуатационная доводка.
Как все начиналось
В целях сокращения эксплуатационных расходов на авиаперевозки народнохозяйственных грузов еще в 1966 г. в конструкторской бригаде перспективных разработок Запорожского моторостроительного конструкторского бюро ЗМКБ «Прогресс» (ныне ГП “Ивченко-Прогресс”) были проведены подробные расчеты параметров и высотно-скоростных характеристик двигателя для «воздушного автобуса» (аэробуса) и транспортного большегрузного самолета. В декабре 1966 г. приказом министра авиационной промышленности СССР ЗМКБ было поручено создание ТРДД с большой степенью двухконтурности тягой 25 т для сверхтяжелого военно-транспортного самолета и пассажирского самолета большой вместимости.
О целесообразности применения в качестве силовой установки ТРДД с большой степенью двухконтурности в научных кругах Министерства авиационной промышленности (МАП) было в то время много споров и различных точек зрения. Не было единодушного мнения и среди главных, и генеральных конструкторов самолетов и двигателей. Однако появившиеся в печати сведения о разработке таких двигателей за рубежом не оставляли сомнения в правильности общей концепции.
Уже в 1967 г. появился проспект авиационного трехвального ТРДД, получившего название Д-18, причем последняя цифра в нем обозначала степень двухконтурности.
В 1969 г. был собран одновальный газогенератор 18ТГ1.01, а с 1970 г. на нем начались работы по снятию газодинамических характеристик и проверке работоспособности узлов, были проведены первые 50-часовые испытания.
В июне 1971 г. по приказу министра авиационной промышленности СССР официально начались работы по созданию ТРДД большой степени двухконтурности для военно-транспортного самолета «изделие 200» (будущего Ан-124). Уже через год эскизный проект двигателя Д18 с тягой 22700 кгс (222.6 кН) получил положительные заключения от ЦИАМ и других научно-исследовательских организаций МАП и ВВС.
В 1973 г. работы над двигателем Д-18 зашли настолько далеко, что было выпущено техническое описание. Оно позволяет судить, насколько конструкторы предвосхитили последующие пути развития ТРДД с большой степенью двухконтурности. Двигатель должен был иметь сверхзвуковой бесполочный вентилятор и двухъярусную многофорсуночную камеру сгорания, безбандажные охлаждаемые рабочие лопатки 1-й ступени турбины и охлаждаемый корпус турбины (управление радиальными зазорами). Уже тогда предусматривались специальные средства для раннего обнаружения неисправностей и применение системы автоматического контроля. Все это приблизительно соответствовало уровню конца 1980-х годов.
Уже первые проработки Д-18 показали, что создание такого мощного по тем временам двигателя представляет собой большой технический риск. Предстояло решить множество технических проблем: экономичность, малошумность, минимизация вредных выбросов, снижение массы, повышение эксплуатационной технологичности, модульность конструкции и т.д. Требовалось освоить высокие уровни температуры газов (свыше 1500 K), степени повышения давления (более 25). Требовались новые методы расчетов, экспериментальные исследования, новые материалы и технологические процессы. Нужно было также обновить производственную и испытательную базы.
Принимая во внимание сказанное выше, было признано целесообразным создать ТРДД меньшей размерности, который стал бы моделью большого двигателя и одновременно маршевым двигателем для самолетов средней размерности. Таким двигателем стал известный впоследствии ТРДД Д-36 с тягой 6500 кгс. Успешные испытания этого двигателя подтвердили правильность выбора схемы и позволили приступить к полномасштабной разработке более крупного трехвального ТРДД, получившего название Д-18Т. Тем более, учитывая актуальность создания самолета Ан-124 (переработанного проекта «изделие 400»), в январе 1977 г. вышло соответствующее постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР №79-23.
Странная история
Практически во всех статьях, посвященных истории создания “Руслана”, приводится история якобы рассказанная тогдашним начальником отдела силовых установок КМЗ (ныне АНТК “Антонов”) В. Г. Анисенко: «Разработка двигателя была поручена ЗМКБ «Прогресс», руководимому тогда Генеральным конструктором В. А. Лотаревым. В основу первого проекта Д-18 лег американский двигатель Дженерал Электрик TF39 тягой 18200 кгс, примененный на С-5А. Однако, как выяснилось, это был чисто военный низкоресурсный мотор. А руководство МАП хотело иметь единый двигатель большой размерности, пригодный для использования и в гражданской авиации, например, на Ил-86. С этой точки зрения более подходящим аналогом был признан Роллс-Ройс RB.211-22. В 1976 г. с целью его закупки в Великобританию отправилась делегация МАП во главе с замминистра по двигателестроению Н.А. Дондуковым, в состав которой входил и я. В конечном итоге нам была поставлена задача скопировать RB.211-22, для чего требовалось закупить на выделенные 12 млн. долл. не менее восьми экземпляров двигателя. Но англичане быстро разгадали наши планы. Они выдвинули категорическое требование, что продадут нам мотор только в количестве, достаточном для оснащения не менее 100 самолетов. В итоге натурный образец двигателя мы не получили, а создание Д-18Т пошло своим непроторенным путем, на основе опыта разработки Д-36″.
Вроде бы ничего особенного, ведь 30 за лет до этого СССР пошел по тому же пути, закупив в Великобритании по 50 ТРД “Дервент” и “Нин”. Эти двигатели были скопированы и названы РД-500 и РД-45. Именно эти двигатели и их модификации на почти десятилетие стали основными силовыми установками советских истребителей и бомбардировщиков (МиГ-15, МиГ-17, Ла-15, Ил-28, Ту-14 и др.).
Но ситуация с RB.211-22 интересна в двух аспектах. Во-первых, в архивах ЗМКБ «Прогресс» никаких упоминаний об этой командировке нет, как и нет информации о копировании TF39, а есть лишь анализ конструкций ТРДД по материалам открытой печати. А во-вторых, RB.211-22B совсем не подходил для Ан-124 по тяге! И лишь в 1980 г. был сертифицирован вариант ТРДД RB.211-524D4с более подходящей тягой 231.2 кН. Так что и в истории Д-18Т есть белое пятно…
Испытания, доводка и производство
Основные доводочные и проверочные работы по двигателю Д18Т проводились на шести полноразмерных двигателях (с 18Т01 по 18Т06), на одно- и двухвальных газогенераторах (18ТГ1.01, 18ТГ2.01 и др.), а также на отдельных узлах и установках. В сентябре 1980 г. полноразмерный двигатель был запущен на стенде ОС-1, а в июле 1981 г. — на стенде ПБ-1. К началу марта 1982 г. суммарная наработка Д-18Т составила 1223 ч, из них 875 ч — на полноразмерных двигателях.
В марте 1982 г. начались летные испытания двигателя 18Т05 на летающей лаборатории Ил-76 № 1607А. Всего было выполнено 414 полетов общей длительностью 1288 ч.
Параллельно были изготовлены еще четыре летных экземпляра двигателя (с 18Т07 по 18Т10), которые были переданы в Киев для установки на первом опытном экземпляре самолета Ан-124 (СССР-82002, № 318), совершившем первый полет 24 декабря 1982 г.
Доводка двигателя продолжалась еще четыре года и в феврале 1987 г. ТРДД Д-18Т прошел Государственные испытания. Примерно в это же время самолет Ан-124 «Руслан» начал поступать в военно-транспортную авиацию СССР. Самолет впервые позволил перебрасывать по воздуху 100% техники и вооружения сухопутных войск, включая танки. После того как в 1989 г. распоряжением правительства была узаконена авиакомпания «Руслан» (в настоящее время — «Авиалинии Антонова») на АНТК «Антонов», а в 1990 г. было организовано акционерное общество «Волга-Днепр», самолет Ан-124 начал активно использоваться на рынке гражданских грузовых перевозок.
В декабре 1988 г. состоялся первый полет самого тяжелого в мире транспортного самолета Ан-225 «Мрiя» грузоподъемность до 250 т с шестью двигателями Д-18Т. Этот самолет был разработан с использованием большого числа узлов и агрегатов четырехдвигательного самолета Ан-124 и предназначался для транспортировки крупногабаритных грузов — многоразового космического корабля «Буран» и частей ракетно-космической системы «Энергия» на внешней подвеске. В 1985-1990 гг. на самолетах Ан-124 и Ан225 было установлено свыше 130 мировых рекордов высоты, дальности полета, грузоподъемности и скорости, не превзойденных до настоящего времени.
Для обеспечения эксплуатации самолета Ан-124 с двигателями Д-18Т на международных авиалиниях в декабре 1992 г. была проведена их сертификация Авиарегистром МАК. Сертифицированный самолет получил обозначение Ан-124-100.
За трудовую деятельность в области науки и техники и за большой вклад в создание двигателя Д-18Т для самолета Ан-124 в 1994 г. Ф.М. Муравченко награжден Государственной премией Украины.
Серийное производство ТРДД Д-18Т было развернуто на Запорожском ПО «Моторостроитель» (ныне — АО «Мотор-Сич») в 1984 г. К 2000 г. было изготовлено около 230 двигателей, из них 186 находились в эксплуатации. Предпринимались попытки на базе Д-18Т разработать модификации с увеличенной и уменьшенной тягой, однако эти работы не были востребованы заказчиками.
Особенности конструкции (Д-18Т)
Двигатель Д-18Т — трехвальный двухконтурный турбореактивный, с большой степенью двухконтурности. Особенность трехвальной схемы состоит в разделении ротора компрессора на три самостоятельных ротора, каждый из которых приводится во вращение своей турбиной. При этом роторы имеют различные оптимальные для них частоты вращения и связаны между собой только газодинамической связью.
Вентилятор — одноступенчатый сверхзвуковой, состоит из рабочего колеса диаметром 2.330 м с 33 сплошными лопатками из титанового сплава. Рабочие лопатки имеют антивибрационные полки. Внутри корпуса вентилятора имеется защитное кольцо, изготовленное из стеклоленты, пропитанной эпоксидным связующим, препятствующее пробиванию корпуса в случае обрыва рабочей лопатки. Максимальная частота вращения — 3370 об/мин.
Компрессор СД — семитупенчатый околозвуковой. Обтекатель переднего корпуса разделяет поток воздуха за рабочим колесом вентилятора по контурам. Имеется регулируемый входной направляющей аппарат. (ВНА). Максимальная частота вращения — 5750 об/мин.
Компрессор ВД — семиступенчатый дозвуковой, состоит из ВНА, ротора, статора и клапанов перепуска воздуха. Конструкция ВНА позволяет регулировать углы установки лопаток на неработающем двигателе. Максимальная частота вращения — 8900об/мин.
Камера сгорания — кольцевая с двумя оболочками, между которыми проходит воздух от 4-й ступени компрессора ВД на охлаждение элементов турбины СД. В камере сгорания установлены 22 топливные форсунки и два пусковых воспламенителя. Форсунки двух типов: 18 обычных центробежных, одноканальных и четыре с воздушным распылом.
Турбина ВД — одноступенчатая, охлаждаемая. Сопловой аппарат (СА) разбит на сектора по четыре лопатки, сваренные между собой. Охлаждение СА — конвективно-пленочное. Рабочие лопатки изготовлены из сплава с направленной кристаллизацией. Рабочие лопатки — бандажированные, имеют развитое конвективно-пленочное охлаждение с петлевым ходом воздуха.
Турбина СД — одноступенчатая, с охлаждаемым СА.
Турбина вентилятора — четырехступенчатая, неохлаждаемая. СА набираются из секторов. СА 1-й ступени — пустотелый, а остальные цельнолитые. Имеется охлаждающий коллектор, подающий воздух на статор турбины вентилятора.
Выходное устройство. Включает в себя раздельные сопла наружного и внутреннего контуров. Сопло внутреннего контура состоит из сопла и конического стекателя.
Реверсивное устройство — решетчатого типа, установлено в наружном контуре. Задний обтекатель реверсивного устройства является продолжением мотогондолы. Максимальная обратная тяга — 3200 кгс.
Силовая конструкция. Несмотря на сложную трехвальную схему, двигатель имеет только по два подшипника на каждый ротор. Межвальные подшипники отсутствуют. Ротор вентилятора имеет два подшипника, передний — шариковый и задний роликовый. Аналогичную схему имеют роторы СД и ВД.
Коробка приводов агрегатов. Привод агрегатов состоит из центрального привода, привода центробежного суфлера, промежуточного привода и коробки приводов. На коробке приводов установлены: привод-генератор, два плунжерных гидронасоса, датчик частоты вращения ротора ВД, маслоагрегат, блок топливных насосов, маслонасос управления реверсом и другие агрегаты.
Система управления — супервизорная с жесткой проводкой, включает в себя систему управления режимом и систему управления остановом. Основными элементами системы управления являются топливный регулятор и электронная система управления ЭСУ18-1. ЭСУ-18-1 установлена на планере и служит для автоматической защиты двигателя от тепловых и механических перегрузок в процессе эксплуатации. Ограничиваются частоты вращения роторов, температура за турбиной, контролируется предельная частота вращения стартера. Имеются основной и резервный каналы. Время приемистости от режима полетного малого газа до 95% взлетной тяги составляет 7…8 с.
Топливная система. Включает в себя блок насосов, топливный регулятор, подогреватель топлива, топливомасляный теплообменник, датчик расхода топлива и другие агрегаты. Применяемые сорта топлива — ТС-1 и Т-1.
Система смазки — автономная, циркуляционная, под давлением. Включает в себя маслобак, топливомасляный теплообменник, маслоагрегат с одной нагнетающей и шестью откачивающими секциями, центробежный суфлер опор роторов, фильтры грубой и тонкой очистки, воздухоотделитель. Расход масла — не более 1.5 л/ч.
Система запуска — автоматическая, с воздушным турбостартером мощность 180 л.с.. Система зажигания включает в себя два агрегата зажигания и две свечи зажигания. Имеются два пусковых воспламенителя.
Эксплуатационные данные. При разработке двигателя большое внимание было уделено улучшению контролепригодности и снижению трудоемкости обслуживания. Например, маслосистема оборудована развитыми средствами раннего обнаружения неисправностей, такими, как термостружкосигнализаторы, датчики перепада давления, температуры и количества масла. Применена закрытая заправка маслобака. Двигатель выполнен в виде 17 основных модулей и четырех подмодулей. Замена модулей носка кока, колеса вентилятора, лопаток спрямляющего аппарата вентилятора, реактивного сопла, стекателя, реверсивного устройства, коробки приводов и промежуточного привода может производиться в эксплуатации без демонтажа двигателя с самолета.На самолете установлена централизованная система контроля БАСК-124 (Г-002), в которой имеются алгоритмы контроля состояния двигателя и его систем. БАСК-124 имеет в своем составе цифровой компьютер с клавиатурой и малогабаритный принтер.
Межремонтный ресурс доведенного двигателя составляет 4000 ч, общий ресурс — 20000 ч.
Продолжениестатьи —Сердце «Руслана». Модификации ТРДД-18Т