Назначение основные технические данные двигателя ал 31ф. Фнпц "ммпп "салют". ниоктр. разработки для авиации. Силовые характеристики улучшаются

Рисунок 2.1 – Общий вид АЛ-31Ф

Рассматриваемый ТРДДФ (рисунок 2.1) выполнен по двухвальной схеме со смешением потоков наружного и внутреннего контуров за турбиной, с общей для двух контуров форсажной камерой сгорания и регулируемым сверхзвуковым всережимным реактивным соплом.

Двигатель включает в себя следующие основные узлы:

компрессор, состоящий из компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД);

основная камера сгорания;

турбина, состоящая из турбины высокого давления (ТВД) и турбины низкого давления (ТНД);

наружный контур, в котором размещён воздухо-воздушный теплообменник (ВВТ);

форсажная камера сгорания со смесителем и сверхзвуковым соплом;

приводы вспомогательных устройств.

Кроме того, двигатель имеет масляную, топливную, противообледенительную, противопомпажную и пусковую системы, систему аварийного слива топлива и систему управления.

Для обеспечения высокой технологичности сборки и замены в эксплуатации (в боевых условиях) отдельных узлов при минимальном объёме проверок и регулировок двигатель выполнен по модульной схеме.

2.2 Компрессор

2.2.1. Общая характеристика компрессора

Рисунок 2.2 – Компрессор АЛ-31Ф

На данном рисунке представлены: 1- входной направляющий аппарат; 2 - ротор КНД; 3 - статор КНД; 4 - выходной направляющий аппарат КНД;

5 - промежуточныйкорпус; 6 - статор КВД; 7 - ротор КВД; 8 - выходной направляющий аппарат КВД; 9 - основная камера сгорания; 10 - вал ротора ТНД; 11 - стяжная труба; 12 - передняя опора КВД; 13 - рессора; 14 - центральная коническая передача; 15-рессора; 16-гайка; 17-задняяопора КНД; 18 – труба; 19 - передняя опора КНД; 20 - откачивающий маслонасос; 21 - кок.

Компрессор двигателя осевой, двухкаскадной, тринадцатиступенчатый. Состоит из четырехступенчатого вентилятора и девятиступенчатого компрессора высокого давления (КВД), соединенных переходным корпусом.

Для обеспечения высоких значений параметров компрессора на нерасчетных режимах и обеспечения необходимых запасов устойчивости, компрессор оборудован входным направляющим аппаратом с регулируемой поворотной частью лопатки, тремя регулируемыми направляющими аппаратами первых ступеней КВД и устройством щелевого перепуска воздуха над рабочими лопатками четвертой ступени вентилятора.

Основные параметры компрессора приведены в таблице2.1ив таблице 2.2 приведены основные конструктивные и геометрические характеристики компрессора и материалы его основных деталей.

Таблица 2.1 - Конструктивные и геометрические характеристики компрессора (по входу в рабочее колесо)

Таблица 2.2 – Материалы деталей компрессора

Создание АЛ-31Ф.

История создания двигателя АЛ-31Ф самым тесным образом связана с разработкой и запуском в серийное производство истребителя четвертого поколения Су-27. Как известно, решение о начале проектирования тяжелого истребителя четвертого поколения было принято Комиссией по военно-промышленным вопросам при Совете Министров СССР в 1971 г. Уже 20 мая 1977 г. состоялся первый полет прототипа будущего истребителя - опытного самолета Т-10-1. До 1982 г. было построено девять опытных машин, которые оснащались двигателем предыдущего поколения АЛ-21Ф-3.

Качественно новый двигатель для истребителя нового поколения начал разрабатывать Московский машиностроительный завод "Сатурн" (сегодня - Научно-технический центр им. А. М. Люльки НПО "Сатурн"). На основе заключения ЦИАМ, который провел анализ трех возможных вариантов (АЛ-31Ф, Д-30Ф-9 и Р-59Ф-300) к установке на будущий истребитель Су-27 был рекомендован именно "сатурновский" мотор. По первоначальному плану двигатель должен был завершить государственные испытания в 1982 г., его серийное производство изначально предполагалось на уфимском моторостроительном заводе.

Процесс проектирования двигателя протекал непросто. Первоначально предполагалось, что для минимизации технических рисков двигатель будет проектироваться по традиционной схеме двухконтурного двигателя с общей форсажной камерой, которая уже была к тому моменту освоена на двигателе Д-30Ф-6. Эта компоновка предполагала также использование низконагруженных компрессоров и двухступенчатых турбин высокого и низкого давления (ТВД и ТНД). Собранный по этой схеме в 1974 г. первый АЛ-31Ф получился "рыхлый", длинный и тяжелый. Стендовые испытания показали, что при таком консервативном подходе заданные ВВС тактико-технические характеристики получены быть не могут. Тогда А. М. Люлька совместно с П.О. Сухим приняли рискованное и смелое решение о начале конструирования нового перспективного двигателя с одноступенчатыми ТВД и ТНД, и высоконагруженными компрессорами.

Любопытно, что аналогичное решение по радикальному перепроектированию было принято и в отношении самого самолета, поскольку первые варианты Т-10, как показало математическое моделирование, не обеспечивали превосходства над американским аналогом - истребителем F-15. Уже в 1975-1976 гг. были сформулированы первые идеи относительно возможного усовершенствования конструкции Су-27, а в 1979 г. МЗ им. П. О. Сухого начал полномасштабные работы по проектированию варианта Т-10С, который фактически представлял собой новый самолет, сохранивший от первоначального замысла лишь самые общие принципы. Компоновка этого самолета потребовала с целью уменьшения аэродинамического сопротивления переноса коробки приводов и всех агрегатов в верхнюю часть двигателя (эта компоновка получила обозначение "В").

Решение о перепроектировании самолета и двигателя было тем более рискованным, что американские проекты истребителей четвертого поколения F-15 и F-16 опережали по времени разработку советских машин Су-27 и МиГ-29. Существовали и серьезные технические риски. Практического опыта создания столь революционного двигателя не было, и при проектировании пришлось преодолевать целый ряд серьезных технических трудностей, среди которых особую проблему представляли аэродинамические характеристики компрессоров, надежность и характеристики камеры сгорания, работоспособность трансмиссии. Турбина высокого давления оставалась неработоспособной до 1984 г. Высокая новизна технических решений привела к тому, что двигатель никак не мог пройти "чистовые" испытания, которые представляют собой своего рода "генеральную репетицию" государственных испытаний. Мотор разрушался на отметке в 60-70 часов работы. Основная проблема заключалась в несовершенстве турбинной лопатки, и в сентябре 1984 г. генеральным конструктором "Люльки-Сатурн" В. М. Чепкиным было принято решение о перепроектировании этого важнейшего элемента двигателя - была внедрена лопатка турбины циклонно-вихревой схемы.

Все эти проблемы имели следствием отставание в проектировании мотора от разработки собственно самолета. Поэтому первые экземпляры Т-10 испытывались со старым двигателем АЛ-21Ф-3.

Тем не менее все работы велись в очень высоком темпе. Выпуск техдокументации происходил практически одновременно с подготовкой к производству на уфимском заводе. После ликвидации дефектов лопатки испытания пошли успешно, и, наконец, 6 августа 1985 г. был подписан Акт о приемке государственных испытаний двигателя АЛ-31Ф. В течение всего периода испытаний большую помощь ММЗ "Сатурн" (после смерти 1 июня 1984 г. А. М. Люльки это КБ получило название НПО "Сатурн" им. А.М Люльки, а с 1992 г. - ОАО "А. Люлька-Сатурн") оказывал уфимский завод, который, например, сыграл важную роль в производстве новой, чрезвычайно сложной в изготовлении лопатки.

Сразу после завершения госиспытаний вся техническая документация была передана с "Сатурна" на уфимский завод, который начал мелкосерийное производство двигателя. С этого момента "Люлька-Сатурн" сосредоточилась на увеличении ресурса двигателя, первоначально он составлял всего 100 часов, при этом минимальное требование ВВС находилось на отметке 300 часов. Заметим, что в настоящее время ресурс АЛ-31Ф доведен до 1 тыс. часов.

Другим важным направлением работы КБ стала отработка технологии управляемого вектора тяги, которая позже была использована при создании двигателя АЛ-31ФП. Наконец, третьим направлением, возникшим уже в 1990-е гг., стало создание по заказу ВВС НОАК двигателя АЛ-31ФН с нижним расположением коробки агрегатов.

Поскольку выпуск Су-27 решено было вести очень большой серией (более 100 истребителей в год), уфимский завод был не в состоянии удовлетворить потребности самолетостроительных предприятий. Поэтому было решено привлечь к тематике АЛ-31Ф также московский завод "Салют". На первом этапе "Салют" начал изготовление отдельных элементов двигателя, затем постепенно сложилась специализация, при которой уфимский завод производил в основном элементы холодной части двигателя, а "Салют" - горячей. При этом сборка машин велась на обоих предприятиях, но ведущим по тематике АЛ-31Ф оставался уфимский завод. Для организации производства в Москве уфимское предприятие передало на "Салют" полученную ранее с "Сатурна" техническую документацию.

Турбореактивный авиационный двигатель АЛ-31Ф.

Разработчик: НПО «Сатурн» (под руководством А.М.Люльки)
Страна: СССР
Испытания: 1977 г.
Серийное производство: 1981 г.

АЛ-31Ф («изделие 99») — базовый двигатель серии авиационных высокотемпературных турбореактивных двухконтурных двигателей с форсажными камерами. Разработан под руководством А.М.Люльки в НПО «Сатурн». Проектирование двигателя началось в 1973 году, первые испытания прошли в 1977 году, государственные испытания завершились в 1985 году. С 1981 года двигатели АЛ-31 производятся на УМПО (г. Уфа) и «ММПП Салют» (г. Москва). После смерти А.М.Люльки в 1984 году работы по двигателю и его модификациям возглавил генеральный конструктор В.М.Чепкин. В настоящее время ОКБ им. Люльки (г. Москва) является частью УМПО.

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. 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 дает более высокую устойчивость к помпажу, на практике это означало что двигатели сохранят работоспособность при попадании самолета 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 с, на средней 5 с, на большой высоте 8 с. Максимальная частота вращения 13 300 об./мин.

Двигатель работает на авиационном керосине марок Т-1, ТС-1, РТ.

Поставлялся на экспорт в Индию и Китай. Капитальный ремонт осуществляется на авиаремонтном заводе № 121 в Кубинке.

Модификации:
АЛ-31Ф — базовый. Устанавливается на Су-27 , Су-27УБ , Су-30 , Су-34 , Су-35 . Первоначально назначенный ресурс серийных АЛ-31Ф составлял всего 100 часов, при требовании ВВС в 300 часов, но затем со временем он был доведён до 1500 часов.

АЛ-31К — двигатель для палубного самолёта Су-33 . Тяга на форсаже увеличена до 13300 кгс. Отличается дополнительной антикоррозионной защитой.

АЛ-31ФM1 — модернизированный. Тяга на форсаже увеличена до 13500 кгс. С четырехступенчатым компрессором низкого давления КНД-924-4 с увеличенным с 905 до 924 мм диаметром, обеспечивающим на 6 % больший расход воздуха, а также более совершенной цифровой системой автоматического управления (степень сжатия 3,6). Температура газов перед турбиной у этого двигателя повышена на 25°С. Двигатель двухконтурный, первый контур проходит через «рубашку» для охлаждения, затем смешивается за турбиной с горячим вторым контуром двухвальный. Серийно производится с 2006 года для истребителей семейства Су-27, устанавливается без доработок в любые истребители, в том числе ранних годов выпуска, установлены на 1 полку Су-27СМ/СМ2 и уже устанавливаются на производимые Су-34.

АЛ-31ФM2 — форсированный до 14000 кгс. Отличается трёхступенчатым компрессором низкого давления. Назначенный ресурс модернизированного двигателя превышает 3 000 часов. Не требует доработки борта самолета при постановке на самолеты типа Су-27, Су-30, Су-34, в отличие от двигателей других серий.

АЛ-31ФM3 — форсированный. 3-й этап модернизации АЛ-31Ф ММПП Салют, дополнительно устанавливается новый трёхступенчатый КНД с широкохордными лопатками пространственного профилирования и увеличенной степенью повышения давления до 4.2 (КНД-924-3), что позволяет увеличить тягу до 15 300 кгс (получено на статических испытаниях). Лопатки и диск 3-х ступенчатого КНД представляют собой единое целое (блиск), вместо 9 ступеней КВД планируется уменьшить число до 6.

АЛ-31ФП (АЛ-31ФУ) — с поворотным соплом. Разработан в 1988-1994 годах. Масса увеличена на 110 кг, длина — на 0,4 м. Устанавливался на Су-33КУБ , Су-37 . Основное отличие от базового двигателя АЛ-31Ф — управляемый вектор тяги, значительно повышающий маневренные характеристики самолета. Изменение вектора возможно на угол до ±16° в вертикальной плоскости и до ±15 в любом направлении.»ФП» означает форсажный поворотный. Двигатель разработан в НПО Сатурн, прозводится на УМПО. Двигатели АЛ-31ФП устанавливаются на истребители поколения 4++ — Су-35.

Р-32 — форсированный двигатель АЛ-31Ф для рекордного самолета П-42 , созданного на базе Су-27. Форсажная тяга двигателя была повышена до 13600 кгс.

АЛ-31ФН — с нижним расположение коробки приводов. Разработан по заказу Китая.

Двигатель АЛ-31ФП.

.
Список источников:
Крылья Родины. № 8 за 1999 г. Уфимские моторы.
Журнал «Двигатель». № 3 за 2000 г. В.М.Чепкин. Шедевр двадцатого века.
Фотоархив сайта russianplanes.net

Авиадвигатель АЛ-31Ф устанавливается на истребитель Су-27 и его модификации Су-27УБ, Су-32ФН, Су-34.
АЛ-31Ф – двухконтурный, двухвальный турбореактивный авиадвигатель модульной конструкции с форсажной камерой и сверхзвуковым регулируемым соплом.

Ремонт авиадвигателей АЛ-31Ф в Авиаремонтной сети Военно-воздушных сил производит ФГУП «121 АРЗ» МО РФ (г. Кубинка).

Тяга на форсажном режиме:12500 кг.с.

Тяга на взлетном режиме:7850 кг.с.

Удельный расход топлива на форсажном режиме:1, 96 кг/л.с.ч.
Удельный расход топлива на крейсерском режиме:0, 666 кг/л.с.ч.
Степень повышения давления:23, 0
Температура газов максимальная на взлетном режиме:1660°K
Масса двигателя:1530 кг
Габариты:
– длина:4945 мм
– диаметр:910 мм

– высота:1240 мм

Он был спроектирован на
предприятиях КБ им. Люльки, находящееся у метро ВДНХ.
Огромную работу по оптимизации ступеней турбины этого авидвигателя
выполняла группа, под руководством профессора МЭИ, д.т.н. В.Д. Венидиктова(С.В. Грановский(работает в СП Алстом), А.М. Карелин.Все трое имеют два высших образования и закончили с красным дипломом МВТУ им Баумана.Второе образование получено на мехмате МГУ) в ЦИАМ им. Баранова на метро Авиамоторная.
И часть работ выполнил рыбинский Сатурн.
Двигатель испытывали в поселке Тураево в НИЦ ЦИАМ, недалеко от Лыткарино
под Москвой.
А уже серийно изготавливали на заводе Салют, у метро
Семеновская на проспекте Буденова и на Уфимском промышленном обединении с 1981 года.
Прямо на этом заводе в центре Москвы
проходили контрольно-сдаточные испытания.
Теперь Салют постоил стенд в Капотне,
так как москвичи не желали дальше слыгать грохот.
Как только начинали проходить испытания, так сразу появлялась маштна посольства СГА и записывала параметры авиадвигателя.

Эти авиадвигатели, измененной уонструкции Салют продал в Китай, но даже получил убытки из-за того, что зачем-то контракт заключил в долларах СЩА.
КБ Люльки кажется подали иск Салюту, за то, что тот не платил
или не все заплатил
за интеллектуальную собственность КБ(платежи за патенты).
С каждого авиадвигателя он должен платить отчисления в КБ.

А доллар за несколько лет сильно обесценился.
Китайцы стараются скопировать авиадвигатель и наладить его экспортную продажу, как автомат калашникова, но пока они не успели это сделать.
То есть можно сказать, что на Салюте не грамотные экономисты.

Вот пример, как эти авиадвигатели помогли Эфиопии в войне.
Россия подарила или списала Эфиопии около 1 миллиарда долларов
долгов.

Ведомости. 13.01.2003. /Алексей Никольский/.

В прошлом году Россия вернулась на оружейный рынок Эфиопии, поставив одной из беднейших стран мира семь истребителей Су-27 стоимостью свыше $100 млн. Господство в воздухе нужно эфиопам для борьбы с их давним врагом - не менее бедной Эритреей, которая воюет тоже на российских самолетах - "МиГах".
Эфиопия разморозила несколько заключенных еще в 1998 - 1999 гг. контрактов и приобрела в прошлом году через "Рособоронэкспорт" семь тяжелых истребителей Су-27 из состава ВВС России. Об этом "Ведомостям" сообщил сотрудник Минобороны России, слова которого подтвердил источник в одной из российских авиапромышленных компаний. По оценке эксперта Центра анализа стратегий и технологий Константина Макиенко, стоимость одного подержанного Су-27 составляет порядка $15 млн.
Эфиопия считается одной из беднейших стран Африки. Население Эфиопии часто голодает, и спасением служит только международная гуманитарная помощь. Очередной голод, начавшийся в конце прошлого года, угрожает, по данным правительства Эфиопии, более 13 млн жителей этой страны. Эфиопию часто приводят в пример как страну, которой ее кредиторы должны списать все долги - в таком тяжелом положении она находится. Весной этого года известный рок-певец и активист движения за списание долгов слаборазвитым странам Боно заявил в Аддис-Абебе: "Просто немыслимо, что Эфиопия, где 62% взрослых не умеют читать и где один миллион детей - сироты, платит $100 млн в год нам".
За оружие эта страна готова платить еще больше. По данным справочника Military Balance, военные расходы страны в 2000 г. составили $450 млн при ВВП в $6, 7 млрд. Впрочем, главный враг Эфиопии, Эритрея, с которой она воевала в 1998 и 2000 гг. , потратила на оборону в 2000 г. $260 млн при ВВП в $710 млн. В отличие от фактически проигранной войны 1998 г. , войну 2000 г. Эфиопия выиграла во многом благодаря господству в воздухе, которое ей обеспечили восемь истребителей Су-27, поставленных в 1998 - 1999 гг. из России в рамках контракта на сумму почти в $160 млн, куда также входили артсистемы и боеприпасы. Эритрея тогда сделала ставку на шесть МиГ-29, купленных в России за $60 млн.
В мае 2000 г. ООН ввела эмбарго на поставки оружия враждующим странам сроком на один год. После окончания запрета оба противника, бывшие до 1993 г. единой страной, начали довооружение. Так, по словам эксперта Центра по изучению проблем разоружения при МФТИ Марата Кенжетаева, Эритрея в 2001 г. заказала еще пять МиГ-29 у РСК "МиГ" и, по неподтвержденным данным, купила несколько Су-27 у ВВС Украины. Эфиопия тоже разморозила заключенный в 1999 г. второй контракт с Россией на сумму $200 млн, в который, вероятно, и включены дополнительные семь Су-27. По словам Кенжетаева, источник средств для оплаты контрактов идентифицировать трудно, но Эфиопия, несомненно, платила России за оружие валютой.

Общие сведения

Двухвальный ТРДДФ АЛ-31Ф с тягой на форсажном режиме 12500 кгс был создан в ОКБ А.М.Люльки в 1979 г. АЛ-31Ф стал первым двухконтурным двигателем, разработанным в ОКБ. Двигатель имел нижнее расположение агрегатов, ресурс 100 часов, ограничение по скорости и высоте. Он был установлен на первые прототипы самолёта Су-27 - Т-10-3/10-4 . Поскольку самолёт не обеспечивал ряд параметров ТЗ, был создан улучшенный вариант Т-10С , на котором был установлен доработанный двигатель. Двигатель отличался верхним расположением агрегатов.

АЛ-31Ф неоднократно дорабатывался с целью повышения надежности и ресурса. Ресурс постепенно повышался со 100 часов в начале 80-х годов до 500 часов в начале 90-х. Двигатель имеет хорошую газодинамическую устойчивость в большом диапазоне скоростей, в том числе и отприцательных. Он устойчиво работает и в условиях глубокого помпажа. Имеется система ликвидации помпажа и автоматического запуска в полёте, электронная САУ с дублирующей гидросистемой. В серийное производство двигатель запустили в 1982 г. АЛ-31Ф устанавливается на истребитель Су-27 и его модификации. С 1988 г. проводились работы по модернизации двигателя для установки сопла с управляемым вектором тяги.

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.

Устанавливается на самолёты

Характеристики

Литература

• Л.П.Берне, Д.А.Боев, Н.С.Ганшин. Отечественные авиадвигатели - ХХ век. -М.:Авико Пресс, 2003