КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ДВИГАТЕЛЕИ ДЛЯ ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫХ САМОЛЕТОВ

Сложившийся рынок сбыта авиационной техники потребовал поставки широкофюзеляжных самолетов с двигателями той фирмы, к обслуживанию которых приспособлены соответствующие службы компаний, эксплуатирующих авиационную технику. Самолетостроительные фирмы по желанию заказчика могут поставлять самолет с тем или иным двигателем (табл. 8. 1).

Эксплуатационные характеристики двигателей (табл. 8.2) непрерывно улучшаются как в результате конструктивных мероприятий (вспрыск воды, изменение системы подачи топлива и др.), так и благодаря технологическим достижениям (полая лопатка вентилятора, перфорация рабочей лопатки турбины и др.).

Общим для турбовентиляторных двигателей RB-211, CF-6, JT9-D является блочная (модульная) конструкция (рис. 8.1). Такая конструкция позволяет заменить периодическую переборку двигателя обслуживанием по состоянию, установить ресурс для каждого модуля, организовать поузловую сборку, а также уменьшить количество запасных двигателей за счет замены при необходимости отдельных узлов (модулей).

Все фирмы вели проектирование в тесном контакте с технологическими службами. При этом были решены важные технологические проблемы, такие, как перфорация отверстий для пленочного охлаждения лопаток турбины. Некоторые решения, хотя и не доведены в настоящее время до практического внедрения, однако послужили стимулом к разработке новых технологических направлений, например, созданию вентиляторной лопатки из углепластика.

Двигатель RB-211 в отличие от двигателей CF-6 и IT9-D имеет трехвальную схему конструкции (рис. 8.2), благодаря которой (по мнению специалистов фирмы «Роллс-Ройс») двигатель прост в управлении и обслуживании, имеет минимум регулируемых элементов. Схема позволяет применить короткий жесткий корпус, уменьшить количество ступеней, а следовательно, и деталей, упростить конструкцию направляющего аппарата и систему регулирования. Кроме того, двигатель обладает рядом эксплуатационных достоинств — хорошей приемистостью, большим запасом по срыву и др.

Ротор компрессора двигателя состоит из одноступенчатого вентилятора, семиступенчатого компрессора среднего давления, шестиступенчатого компрессора высокого давления.

Лопатки вентилятора (33 шт.) имеют антивибрационные полки и замок елочного типа. Входной направляющий аппарат отсутствует.

Компрессор среднего давления имеет ротор барабанной конструкции. Диски пяти ступеней и следующих двух ступеней сварены электронно-лучевой сваркой в два барабана и соединены между собой болтами. Крепление лопаток — типа «ласточкин- хвост».

В компрессоре высокого давления ротор также барабанной конструкции. Два барабана сварены электронно-лучевой сваркой и соединены болтами через диск третьей ступени.

Статор компрессора состоит из корпуса вентилятора и корпусов компрессоров среднего и высокого давления.

Корпус вентилятора имеет кольцо удержания рабочих лопаток в случае отрыва их, выходные направляющие лопатки, выхлопной канал вентилятора, противопожарную перегородку и стойки коробки передач; корпус оснащен шумопоглощающими панелями.

Корпус компрессора среднего давления конструктивно решен следующим образом: корпус передних четырех ступеней имеет разъем вдоль оси, а корпус пятой и шестой ступеней состоит из полуколец, соединенных болтами с корпусом передних ступеней. Лопатки статора установлены в Т-образные пазы: наружные концы — в корпус, внутренние — в уплотнительные полукольца.

Корпус компрессора высокого давления состоит из шести колец, скрепленных болтами. Лопатки статора крепятся в Т-образ- ных пазах, подобно компрессору среднего давления.

Лопатки турбины высокого давления — с конвекционным и пленочным охлаждением (рис. 8.3). Такая комбинированная система охлаждения позволила повысить температуру газов перед турбиной.

Двигатель CF-6 имеет двухвальную схему, которая включает вентилятор без входного направляющего аппарата, компрессор высокого давления основного газогенераторного контура, кольцевую камеру сгорания, турбину высокого давления, приводящую компрессор газогенератора; вентилятор, приводимый пятиступенчатой турбиной низкого давления. Двигатель создан на базе двигателя TF-39 (рис. 8.4). При его разработке учитывались специфические требования гражданского сектора самолетостроения (уровень шума, экономичность эксплуатации и т. д.). Основное внимание уделяли конструкции вентилятора, которая позволяет заменить любую из 38 лопаток без разборки всего двигателя. С целью снижения массы двигателя лопатки вентилятора выполнены полыми.

Газогенератор двигателя CF-6 представляет собой модифицированную конструкцию газогенератора двигателя TF-39. Он состоит из 16-ступенчатого компрессора (в двигателе CF-6-50 — 14 ступеней). Входной направляющий аппарат газогенератора выполнен регулируемым.

Цельносварная конструкция ротора компрессора позволяет значительно уменьшить ее массу.

Фирма в течение 20 лет применяет кольцевые камеры сгорания, что и определило выбор их конструкции для двигателей CF-6. Для обеспечения нормальной работы камеры сгорания применяется пленочное и конвективное охлаждение. В конструкции турбины высокого давления I ступени предусмотрено пленочное и конвективное охлаждение рабочих лопаток, в турбине II ступени — конвективное охлаждение лопаток. Пять ступеней лопаток турбины низкого давления неохлаждаемые. Их можно заменять без съема роторов в процессе эксплуатации.

Двигатель JT9-D построен по двухвальной схеме. В результате исследований, которые велись фирмой «Пратт-Уитни» с 1961 г., была выбрана схема двухконтурного двухвального турбореактивного двигателя с поворотными лопатками статора компрессора. По мнению специалистов фирмы «Пратт-Уитни» двухвальный двигатель JT9-D в отличие от двигателей трехвальной схемы с постоянными неповоротными лопатками статора компрессора имеет более простую конструкцию, меньшее число основных деталей, меньшую массу и другие преимущества.

Двигатель состоит из девяти модулей, каждый из которых можно демонтировать в условиях эксплуатации самолета. Для осмотра лопаток всех ступеней и камеры сгорания предусмотрено 21 смотровое окно — отверстие.

Вентилятор — одноступенчатый с 46 титановыми лопатками с замком типа «ласточкин хвост». Корпус вентилятора, облицован перфорированными звукопоглощающими сотовыми панелями. Входной направляющий аппарат отсутствует. Компрессор низкого давления —- трехступенчатый, вращающийся на одном валу с вентилятором. Лопатки ротора (124, 132, 130 штук в каждой ступени) имеют замок типа «ласточкин хвост» и выполнены из титанового сплава.

I ступень статора для исключения обледенения обогревается сжатым воздухом, отбираемым от IX ступени. Лопатки статора первых трех ступеней в количестве 88, 128 и 126 штук изготавливают из титановых сплавов, а 120 лопаток IV ступени — из никелевого сплава; все лопатки приклепаны к внешним кольцам.

Компрессор высокого давления имеет 11 ступеней. Диски — из титанового сплава (последние ступени из никелевого сплава). Ротор имеет лопатки с замком типа «ласточкин хвост» из титанового сплава; в каждой ступени 100, 110, 108, 104, 94 и 100 лопаток и 102 и 90 лопаток на последних ступенях из никелевого сплава; статор имеет 76, 70, 80, 106, 100 и 112 лопаток из титанового сплава и 126, 146, 154, 158 и 92 лопатки из никелевого сплава.

Лопатки первых четырех ступеней статора поворотные. Остальные лопатки припаяны к внутренним и наружным кольцам. Камера сгорания — кольцевая, выполнена из никелевого сплава, имеет 20 форсунок. Внешний корпус может быть сдвинут вперед над диффузором для доступа к турбине высокого давления. Турбина высокого давления — двухступенчатая. Оба диска выполнены из сплава с высоким содержанием никеля. I ступень имеет 116 охлаждаемых лопаток, а II—138 неохлаждаемых. Сопловые лопатки, по 66 и 90 в каждой ступени, — охлаждаемые.

Турбина низкого давления четырехступенчатая — по 108, 126, 122 и 116 неохлаждаемых лопаток из никелевого сплава на дисках также из никелевого сплава (диск IV ступени — из стали). Сопловые лопатки неохлаждаемые, по 122, 120, 110 и 102 — в каждой ступени.

Белянин П. Н. Производство широкофюзеляжных самолетов в США — М.: Машиностроение, 1979.