ТВ3-117

ТВ3-117 — это семейство турбовальных авиационных двигателей, разработанных в СССР и предназначенных для установки на вертолёты, а также на некоторые самолёты и наземные транспортные средства. Двигатель создан в Ленинградском опытно-конструкторском бюро (ныне — АО «ОДК-Климов», входит в Объединённую двигателестроительную корпорацию «Ростех») под руководством главного конструктора С. П. Изотова. Серийное производство начато в 1974 году на Запорожском моторостроительном заводе (ныне — АО «Мотор Сич», Украина). ТВ3-117 стал одним из самых массовых и распространённых вертолётных двигателей в мире, установленным на десятки типов летательных аппаратов, включая Ми-8, Ми-24, Ми-28, Ка-50, Ка-52 и их модификации.

История создания

Предпосылки и разработка

В конце 1960-х годов советские вертолёты Ми-8 и Ми-24, оснащённые двигателями ТВ2-117, достигли предела своих лётно-технических характеристик. Для создания новых машин с повышенной грузоподъёмностью, скоростью и высотностью требовался более мощный и экономичный двигатель. В 1969 году ОКБ-117 (главный конструктор С. П. Изотов) получило задание на разработку двигателя взлётной мощностью 2000–2200 л. с. (около 1470–1620 кВт).

Проект получил обозначение ТВ3-117 (турбовинтовой/турбовальный, третьего поколения, 117-я разработка ОКБ). Конструкторы применили ряд новаторских решений: двухкаскадный компрессор, кольцевую камеру сгорания, двухступенчатую турбину компрессора и одноступенчатую свободную турбину. Впервые в советском вертолётостроении была реализована модульная конструкция, облегчающая ремонт и замену узлов в полевых условиях.

Первые испытания и запуск в серию

Первый стендовый запуск двигателя состоялся в 1971 году. В 1972 году начались лётные испытания на летающей лаборатории на базе Ми-8. В 1974 году ТВ3-117 был официально принят на вооружение и запущен в серийное производство на Запорожском моторостроительном заводе. Первым серийным вертолётом, оснащённым новым двигателем, стал Ми-24А (1974 год).

Дальнейшее развитие

В 1980-е годы на базе ТВ3-117 были созданы модификации с увеличенной мощностью, улучшенной экономичностью и ресурсом. В 1990-е годы, после распада СССР, производство двигателей осталось на Украине, а конструкторское бюро — в России. Это привело к необходимости создания российского аналога — двигателя ВК-2500, который является глубокой модернизацией ТВ3-117. ВК-2500 серийно выпускается с 2008 года на мощностях «ОДК-Климов» (Санкт-Петербург) и «ОДК-Пермские моторы».

Конструкция и принцип работы

Общая схема

ТВ3-117 — это газотурбинный двигатель со свободной турбиной. Он состоит из следующих основных модулей:

• Входное устройство — обеспечивает подвод воздуха к компрессору, защищено от попадания посторонних предметов (пыли, льда).
• Компрессор — двухкаскадный, осевой. Первый каскад (низкого давления) — 3 ступени, второй каскад (высокого давления) — 10 ступеней. Компрессор обеспечивает степень сжатия около 9,5.
• Камера сгорания — кольцевая, прямоточная, с 12 форсунками. Обеспечивает полное сгорание топлива (керосин марок ТС-1, РТ, Jet A-1).
• Турбина компрессора — двухступенчатая, осевая, приводит во вращение роторы компрессора.
• Свободная турбина — одноступенчатая, осевая, передаёт крутящий момент на выходной вал. Частота вращения свободной турбины на взлётном режиме — около 20 000 об/мин.
• Выходное устройство — направляет выхлопные газы в атмосферу, может быть оснащено эжектором для охлаждения.

Системы двигателя

• Система управления — электронно-гидромеханическая (ЭГМСУ) с автоматическим поддержанием режимов. На поздних модификациях (ВК-2500) — цифровая (FADEC).
• Система смазки — циркуляционная, с масляным баком и насосом. Масло — синтетическое или минеральное.
• Система запуска — воздушный стартер (от бортового компрессора или наземного источника).
• Противопожарная система — датчики температуры и огнетушители в отсеке двигателя.

Технические характеристики (базовая модель ТВ3-117ВМ)

Модификации

Основные модификации

• ТВ3-117 — базовая модель, взлётная мощность 2200 л. с. Устанавливалась на Ми-24А, Ми-24Д.
• ТВ3-117В — модификация для вертолётов Ми-8МТ, Ми-17. Отличалась изменённой системой управления и усиленным редуктором.
• ТВ3-117ВМ — модификация с увеличенной мощностью до 2200 л. с. на взлётном режиме и улучшенной экономичностью. Устанавливалась на Ми-8МТВ, Ми-17, Ми-24В, Ка-27, Ка-29.
• ТВ3-117ВМА — модификация с повышенной мощностью до 2500 л. с. на чрезвычайном режиме. Устанавливалась на Ми-28Н, Ка-50, Ка-52.
• ТВ3-117ВМА-02 — модификация для вертолёта Ми-38, с увеличенным ресурсом и цифровой системой управления.
• ТВ3-117Л — модификация для самолётов (например, Ан-140). Отличается редуктором, понижающим обороты до 1500 об/мин.
• ТВ3-117ГТ — модификация для газотурбинных электростанций и наземных приводов (например, для насосов).

Российская модернизация — ВК-2500

С 2008 года в России серийно выпускается двигатель ВК-2500, который является глубокой модернизацией ТВ3-117. Основные отличия:

• Применение жаропрочных сплавов и новых лопаток турбины, что позволило повысить температуру газов до 1050 °C.
• Цифровая система управления (FADEC).
• Увеличенный ресурс до 6000 часов до первого ремонта.
• Взлётная мощность — 2400 л. с., чрезвычайная — 2700 л. с.
• Устанавливается на все современные российские вертолёты (Ми-8МТВ-5, Ми-28Н, Ка-52, Ми-38).

Применение

Вертолёты

ТВ3-117 и его модификации устанавливались на следующие типы вертолётов:

• Ми-8/Ми-17 (все модификации, начиная с Ми-8МТ) — самый массовый вертолёт в мире, выпущенный в количестве более 12 000 единиц.
• Ми-24/Ми-35 (все модификации) — боевой вертолёт.
• Ми-28 (Ночной охотник) — боевой вертолёт, оснащён ТВ3-117ВМА.
• Ка-27/Ка-29/Ка-32 — корабельные и многоцелевые вертолёты.
• Ка-50/Ка-52 (Чёрная акула, Аллигатор) — боевые вертолёты соосной схемы.
• Ми-38 — средний многоцелевой вертолёт, оснащён ТВ3-117ВМА-02.

Самолёты

• Ан-140 — региональный турбовинтовой самолёт, оснащённый двигателями ТВ3-117Л (аналог — АИ-40).

Наземное применение

• Газотурбинные электростанции — на базе ТВ3-117 созданы наземные энергоустановки мощностью до 2,5 МВт.
• Приводы насосов — используются в нефтегазовой отрасли для перекачки жидкостей.

Производство и эксплуатация

Производители

• Запорожский моторостроительный завод (АО «Мотор Сич», Украина) — основной производитель ТВ3-117 с 1974 года. Выпускал двигатели для всех советских и российских вертолётов до 2014 года.
• АО «ОДК-Климов» (Россия) — с 2008 года выпускает двигатели ВК-2500, которые являются аналогом ТВ3-117. Производство расположено в Санкт-Петербурге.
• ОДК-Пермские моторы (Россия) — с 2014 года участвует в кооперации по выпуску ВК-2500.

Эксплуатация

Двигатели ТВ3-117 и ВК-2500 эксплуатируются в более чем 50 странах мира. Общий налёт парка превышает 100 миллионов часов. Надёжность двигателя оценивается как высокая: наработка на отказ (MTBF) составляет около 10 000 часов для базовых моделей и до 20 000 часов для ВК-2500.

Критика и недостатки

• Зависимость от украинских комплектующих — до 2014 года российское вертолётостроение полностью зависело от поставок двигателей с Украины. После начала конфликта поставки были прекращены, что потребовало срочного импортозамещения.
• Высокий расход топлива — по сравнению с современными западными аналогами (например, Pratt & Whitney Canada PT6C-67C) ТВ3-117 имеет на 10–15% больший удельный расход топлива.
• Ограниченный ресурс — ранние модификации имели ресурс до первого ремонта всего 3000 часов, что вдвое меньше, чем у современных западных двигателей. ВК-2500 частично устранил этот недостаток, увеличив ресурс до 6000 часов.
• Шумность — двигатель создаёт высокий уровень шума, что ограничивает его применение в городских условиях.

Интересные факты

• Двигатель ТВ3-117 стал первым в мире турбовальным двигателем, получившим сертификат типа по нормам лётной годности США (FAR-33) в 1997 году (модификация ТВ3-117ВМА).
• На базе ТВ3-117 создан самый мощный в мире вертолётный двигатель — ВК-2500ПС (мощность 2700 л. с. на чрезвычайном режиме), устанавливаемый на Ми-38.
• Двигатель ТВ3-117 устанавливался на рекордный вертолёт Ми-8, который в 1999 году совершил беспосадочный перелёт из Москвы в Хабаровск (около 8000 км) с дозаправкой в воздухе.
• В 2010-х годах на базе ТВ3-117 был создан газотурбинный двигатель для боевых машин (например, для танка Т-80), но проект не был реализован в серии.

Источники

• Авиационные двигатели. Конструкция, расчёт и эксплуатация / Под ред. В. А. Григорьева. — М.: Машиностроение, 1985.
• История ОКБ-117. — СПб.: ОДК-Климов, 2010.
• Техническое описание двигателя ТВ3-117. — Запорожье: Мотор Сич, 1988.
• «Вертолётные двигатели: от ТВ2-117 до ВК-2500» // Журнал «Авиация и космонавтика», № 5, 2015.
• «Импортозамещение в вертолётостроении: двигатель ВК-2500» // Вестник авиационной промышленности, № 3, 2018.