Техническое описание конструкции двигателя тв3. «Мотор Сич»: новая стратегия

Характеристики У-2
Геометрические размеры самолета
Полная длина самолета, м 8,170
Высота, м 2,900
Размах верхнего крыла, м 11,420
Размах нижнего крыла, м 10,655
Размах стабилизатора с рулями высоты, м 4,708
Длина хорды верхнего крыла, м 1,650
Длина хорды нижнего крыла, м 1,650
Расстояние между хордами, м 1,750
Площадь верхних крыльев с элеронами, м² 17,700
Площадь нижних крыльев, м² 15,450
Площадь центроплана, м² 2,250
Общая площадь крыльев с элеронами, м² 33,150
Площадь элеронов, м² 4,300
Площадь стабилизатора, м² 2,900
Площадь руля высоты, м² 2,150
Площадь всего горизонтального оперенияв, м² 5,050
Площадь киля, м² 0,340
Площадь руля направления, м² 1,330
Площадь всего вертикального оперенияв, м² 1,670
Высота конца лопасти от земли (при положении линии полета), м 0,430
Ширина колеи шасси, м 1,650
Размер пневматиков, мм 700Х100
Площадь опорной поверхности обеих лыж, м² 0,890
Длина лыжи, м 2,200
Ширина полоза лыжи, м 0,334
Винтомоторная группа
Мотор М-11, пятицилиндровый, звездообразный с воздушным охлаждением
Мощность нормальная, НР* 100
Мощность максимальная, НР* 110
Нормальное число оборотов 1600
Максимальное число оборотов 1700
Размеры цилиндра 125 Х 140
Степень сжатия 5,0
Сухой вес мотора, кг 165,0
Винт типа У-2 Д=2,4м
Емкость бензиновых баков, кг 71,0
Емкость масляных баков, кг 10,0
Расход бензина (на 1НР в час), кг 0,25
Расход масла, кг 0,025
Весовые данные
Вес конструкции самолета на колесах, кг 665,0
Вес полезной нагрузки, кг 257,0
Бензин, кг 71,0
Масло, кг 10,0
Вес экипажа (двух летчиков с парашютом), кг 2 Х 88,0
Вес самолета полный, кг 922
Допуск в весе самолета пустого +-1,5% 71,0
Центровка
Пустой самолет, вес, кг 665,0
Груженый самолет, вес, кг 922,0
Положение центра тяжести от передней кромки нижнего крыла пустого самолета по горизонтали, мм 55,0
То же по вертикали, мм 680,0
Положение центра тяжести от передней кромки нижнего крыла груженого самолета по горизонтали, мм 25,0
То же по вертикали, мм 760,0
Положение средней аэродинамической хорды от передней кромки нижнего крыла по горизонтали, мм 425
То же по вертикали, мм 1035
Полетные данные
Максимальная горизонтальная скорость у земли при номинальном числе оборотов мотора, км/час 152,5
Максимальная горизонтальная скорость, км/час при 1740 об/мин на высоте 1000 м 145,0
при 1740 об/мин на высоте 2000 м 142,0
при 1670 об/мин на высоте 3000 м 138,5
Эксплуатационная горизонтальная скорость при 1400 об/мин на высоте 1000 м, км/час 112,0
Посадочная скорость, км/час 65-70
Время подъема на высоту, мин 1000 м 7
2000 м 16
3000 м 30
Практический потолок, м 4350
Разбег Длина м 72
Время, сек 9
Пробег Длина м 95
Время, сек 11
Регулировочные данные
Угол атаки верхнего правого крыла у фюзеляжа +2°
у стойки +2°
Угол атаки верхнего левого крыла у фюзеляжа +2°
у стойки +2°20`
Угол атаки нижнего правого крыла у фюзеляжа +2°
Угол атаки нижнего левого крыла у фюзеляжа +2°
Угол атаки нижнего правого крыла у стойки +2°
Угол атаки нижнего левого крыла у стойки +2°20`
Поперечное V верхних крыльев +2°
Поперечное V нижних крыльев +2°
Вынос верхнего крыла, мм 800
Установочный угол стабилизатора +2°
Отклонение руля высоты от горизонтали вниз 13°
вверх 28°
Отклонение руля направления, вправо-влево 20°
Отклонение элеронов от хорды вверх 23°
вниз 22°
Особые данные
Нагрузка на 1м² поверхности крыльев с полной нагрузкой, кг/м² 27,2
Нагрузка на 1 НР мотора при 100 НР, кг/НР 9,12
Нагрузка мощности на 1м² поверхности крыльев при 100 НР, НР/м² 2,98
Номер и названия профиля крыльев 541 ЦАГИ
Угол линии полета на фюзеляже с землей при стоянке аппарата 14°

* - НР - Horse Power - лошадиная сила

Летная оценка

Руление.

Самолет рулит устойчиво на 800-850 об/мин., допускает руление без сопровождения при ветре до 7-8 м/сек, легко разворачивается.

Взлет Взлет нормальный. Хвост поднимается легко; тенденции к заворотам нет. Скорость в момент отрыва по прибору 75-80 км/час.

Набор высоты Наивыгоднейшая скорость по прибору 95 км/нас при 1 530 об/мин- Высоту самолет набирает устойчиво без тенденции к заворотам.

Горизонтальный полет Устойчивость самолета продольная и поперечная хорошие, аналогично самолетам предыдущих серий.

Планирование Наивыгоднейшая скорость планирования 90-95 км при 400-450 об/мин. Самолет планирует устойчиво без каких-либо ненормальных тенденций.

Виражи Наивыгоднейшая скорость на вираже 108-115 км/час при 1 580 об/мин. Ввод и вывод при крене до 45° производятся легко, при глубоких виражах требуется значительное усилие. Самолет на вираже устойчив.

Петли Скорость вводя 150-160 км/час при 1750 об/мин. Потеря высоты до 50м. Повеление самолета нормальное.

Переворот одинарный Переворот делает нормально на скорости 105 км!час. При числе оборотов - 1 300. Потеря высоты 80-100 м.

Штопор Самолет У-2-М-11 при данной ему регулировке отклонении рулей высоты и направления в штопор идет при полной потере скорости, Штопорит и выходит из штопора нормально.

Парашютирование Самолет парашютирует устойчиво.

Посадка Посадка производится нормально, самолет легко садится на три точки, скорость приземления 65-70 км/час. Ненормальных тенденций при подходе к земле и пробеге нет.

К середине 1920-х годов основным учебным самолетом в советской авиации был У-1, представлявший собой копию английского биплана Avro-504, разработанного еще в 1913 году. Разумеется, за более чем десятилетний срок эксплуатации он морально устарел, а его летные характеристики уже не удовлетворяли ни военных, ни гражданских авиаторов. К тому же,У-1 оснащались устаревшими моторами М-2 (копия французского Gnome-Rhone), которые отличались неэкономичностью и низкой надежностью.

В сентябре 1925 года было принято решение создать новую учебную машину под разрабатываемый в СССР мотор мощностью в 100-110 л. с. Об этом решении официально уведомили всех ведущих советских авиаконструкторов, в том числе Николая Николаевича Поликарпова.

От самолета требовалась максимальная дешевизна в производстве с использованием только отечественных материалов, легкость и простота пилотирования, а также способность взлетать и садиться на любых более-менее ровных площадках. Назначение аэроплана предполагало наличие
двухместной кабины либо двух одноместных кабин со сдвоенным управлением.

Поликарпов, у которого уже был немалый опыт в самолетостроении, решил, что ему под силу спроектировать такую машину. Вначале он планировал оснастить ее мотором М -12, но в 1927 году переделал проект под двигатель М-11, немного менее мощный, зато гораздо более надежный и способный работать на низкооктановом бензине Б-70.

27 июня 1927 года самолет, названный У-2 («Учебный - второй»), выкатили из ворот сборочного цеха. Этот первый прототип внешне во многом отличался от будущих серийных машин. Для упрощения и удешевления производства Поликарпов придал ему угловатые «рубленые» очертания, картер двигателя был закрыт алюминиевым капотом, а крылья и оперение имели относительно толстый профиль.

Государственные испытания на аэродроме ЛИИ в Жуковском прошли в целом удачно и без происшествий, но представители ВВС отметили в отчете, что они надеялись на более высокие летные качества, особенно в отношении скорости и скороподъемности.
Во втором экземпляре машины конструктор учел эти пожелания. Значительно улучшить ее характеристики удалось путем облагораживания аэродинамики и небольшого снижения веса. Крылья и оперение получили более тонкий профиль и округлые законцовки, руль направления слегка увеличили для повышения маневренности. Так самолет обрел свой окончательный вид.

Испытания второго прототипа проходили в январе - феврале 1928 года и завершились полным успехом. На сей раз У-2 оправдал все ожидания. Простота управления восхитила испытателя Михаила Громова. Самолет оказался очень устойчивым, способным лететь по прямой даже с брошенной ручкой, но при необходимости он мог выполнять все фигуры высшего пилотажа. А что было особенно важно - он не сваливался в штопор при имитации грубых ошибок неопытного пилота.

Одним словом, у Поликарпова получился отличный «летающий тренажер», но даже сам конструктор тогда еще не догадывался, насколько широким будет диапазон применения его детища, какой долгий и славный путь ему предстоит.

Тридцатые годы прошлого века были эпохой бурного расцвета советской авиации. За несколько лет буквально вся страна покрылась сетью планерных кружков и аэроклубов, а профессия летчика считалась у молодежи едва ли не самой престижной. Повсеместно звучал лозунг: «От модели к планеру, с планера - на самолет!». И У-2 стал именно тем самолетом, на котором десятки тысяч юношей и девушек ежегодно постигали азы летной премудрости, готовясь стать военными летчиками или пилотами гражданских авиалайнеров.

Такого размаха подготовки летных кадров не знала мировая история. Этот кадровый резерв очень пригодился в первые годы Великой Отечественной войны, позволив сохранить боеспособность советских ВВС, несмотря на тяжелые потери. А сам У-2 стал не только «тренером», но и «солдатом», превратившись в грозную боевую машину.

Несмотря на архаичный внешний вид, этот биплан внес весомый вклад в победу. Налеты У-2ЛНБ не только изнуряли и изматывали противника,
но и наносили ему весьма ощутимыи урон. И без того тихий звук маломощного мотора, дополнительно скрадываемый глушителем, был почти не слышен с земли, поэтому о визитах «ночных гостей» немцы зачастую узнавали только по грохоту рвущихся бомб.

Так, в сентябре 1943 года экипаж лейтенанта Шибанова, оставаясь незамеченным, пролетел над забитой воинскими составами железнодорожной станцией Пологи под Мелитополем и сбросил бомбы на эшелон с боеприпасами. Серия мощных взрывов буквально стерла станцию с лица земли. После освобождения там насчитали 1 20 разбитых вагонов и семь локомотивов.

Подобные успехи «ночников» бывали не редкостью, но особую роль эти машины играли в уличных боях, когда расстояния между советскими и вражескими позициями сокращались до нескольких десятков метров. В таких условиях обычная бомбардировочная авиация не работала из опасения попасть по своим, но опытные экипажи
У-2, летавших на малых скоростях и высотах, могли с ювелирной точностью «укладывать» бомбы даже в отдельные здания.

Последние боевые вылеты полотняные бомбардировщики Поликарпова совершили в апреле 1945 года по целям в осажденном Берлине.

Необходимо упомянуть, что наряду с мужчинами на У-2ЛНБ успешно воевали и женщины, которых немцы с суеверным страхом прозвали «Ночными ведьмами». Многие из них награждены золотыми звездами Героев Советского Союза.

После войны По-2 вернулись к мирному труду и еще почти 20 лет тренировали курсантов, опыляли посевы, возили пассажиров и почту. Постепенно они обветшали и были сданы на слом. Но и сейчас несколько таких машин, восстановленных энтузиастами российской авиации, снимаются в фильмах и радуют своими полетами зрителей на аэрошоу. А это значит, что легендарный «кукурузник» снова в строю.

Модификации:

У-2 учебный

Основная серийная модификация со сдвоенным управлением, выпускавшаяся с 1929 по 1953 год. Инструктор размещался в передней кабине, а ученик - в задней. Кабины соединены между собой переговорной трубкой.

Всего построено примерно 12 тысяч экземпляров, часть из которых во время войны была переделана в боевые варианты. В 1944 году, после смерти Н.Н. Поликарпова, самолет в его честь переименовали в По-2. С начала 1930-х и до конца 1950-х годов У-2/По-2 был основным самолетом начального обучения советских ВВС и гражданской авиации. Благодаря ему получили «путевки в небо» более 200 тысяч пилотов и штурманов. Все советские летчики Великой Отечественной войны учились летать на этих машинах.

У-2АП («Аэроопылитель»)

Сельскохозяйственная модификация для распыления удобрений и борьбы с вредителями. Передняя кабина сдвинута вперед и размещена между стойками центроплана, а между ней и задней кабиной установлен бак на 250 л удобрений или ядохимикатов. Под фюзеляжем и нижним крылом укреплены форсунки-распылители. В некоторых случаях бак ставили прямо в задней кабине, вместо сиденья. Поскольку самолетам сельхозавиации приходилось садиться на рыхлый грунт вспаханных полей, их порой оснащали шасси повышенной проходимости со спаренными колесами.

У-2АП выпускались с 1930 до конца 1940-х годов. Построено около девяти тысяч экземпляров, которые более 30 лет применялись по всему СССР, а после войны - в Китае, Монголии и странах Восточной Европы. Именно эти аэропланы первыми получили прозвище «кукурузник», впоследствии распространившееся на все модификации У-2.

У-2М («Морской»), он же МУ-2 и У-2П («Поплавковый»)

Гидросамолет на поплавковом шасси. Первый вариант морского варианта У-2, появившийся в 1930 году, имел один большой центральный поплавок под фюзеляжем и два маленьких поддерживающих поплавка под крыльями. Серийно эту машину не строили из-за невозможности ручного запуска двигателя на воде.

В 1940 году в связи с появлением мотора М-11Д, оснащенного пневмостарте-ром, к идее гидроварианта У-2 вернулись. В своем втором «воплощении» машина имела уже два больших деревянных поплавка, симметрично установленных под фюзеляжем. При необходимости сохранялась возможность замены поплавкового шасси на колесное, что делало самолет универсальным. У-2М летал не хуже, чем У-2 с обычным шасси. Его рекомендовали к запуску в серию, но война вновь затормозила работы. Все же в 1944-1946 годах небольшая серия У-2М была построена и использовалась на сибирских реках.

У-2СП («Спецприменение»)

Трехместный самолет с кабиной летчика, сдвинутой вперед (по типу У-2АП), за которой были оборудованы две отдельные открытые пассажирские кабины. Самолет выпускался в 1934-1939 годах и применялся для курьерских и развозных полетов, а в войну - для связи с партизанами и заброски агентов в тыл противника. Построен 861 экземпляр.

У-2Л («Лимузин»)

Для привилегированных пассажиров (представителей власти, работников ОГПУ/НКВД, старших офицеров и т. д.) предназначались У-2Л, оснащенные более комфортабельной закрытой кабиной. В кабине размещались два человека, сидевшие лицом к лицу в мягких креслах с подлокотниками.

Учебный самолет

ОКБ Поликарпова

Этот самолет, созданный под руководством Поликарпова в 1928 году стал одним из лучших и самых известных отечественных самолетов. Он применялся более 35 лет. После смерти Поликарпова в 1944 году самолет в честь его создателя переименовали в По-2.

У-2 разрабатывался для первоначального обучения и как нельзя лучше соответствовал своему назначению. Он обладал прекрасными пилотажными качествами, в штопор его можно было ввести только преднамеренно, и он легко выходил из него. У-2 прощал даже очень грубые ошибки летчика, а благодаря отличным взлетно-посадочным характеристикам мог взлетать и садиться на площадки очень малого размера, зачастую совершенно не подготовленные.

По своей схеме У-2 - типичный биплан. Конструкция деревянная с полотняной обшивкой. Мотор воздушного охлаждения М-11 мощностью 100 л.с. - первый полностью отечественной конструкции. Как и самолет, мотор М-11 оказался на редкость удачным. Более двух десятилетий он оставался основным и практически единственным отечественным двигателем для легкомоторной авиации. У-2 строился не только как учебный самолет. Он имел множество вариантов самого разнообразного назначения.

Среди них сельскохозяйственные (для опыления), связные, штабные, санитарные, для аэрофотосъемки, пассажирские, поплавковые и целый ряд экспериментальных. В годы Великой отечественной войны этот небольшой учебный самолет переделали в легкий ночной бомбардировщик, который мог брать до 350 кг бомб. В задней кабине этого самолета, названного У-2ВС, располагалась стрелковая точка с пулеметом. На фронтах действовало несколько авиационных полков, вооруженных У-2ВС, которые в ночное время суток наносили удары по переднему краю и ближним тылам противника.

У-2 строился серийно до 1935 года, а эксплуатировался еще дольше. Всего было выпущено 33000 таких самолетов.

Учебные и спортивные самолеты
У-1 У-2 УТ-2 УТ-1
Экипаж, чел. 2 2 2 1
Год выпуска 1922 1928 1935 1937
Геометрия
Длина самолета, м 8.78 8.17 7.0 5.75
Размах крыла, м 10.85 11.4 10.2 7.3
Площадь крыла, м² 30 33.15 17.12 9.58
Массы, кг
Взлетный вес 840 890 932 598
Силовая установка
Мотор М-2 М-11 М-11Г М-11Е
Мощность, л.с. 120 100 110 150
Лётные данные
Скорость, км/ч максимальная 137 150 205 257
посадочная 68 67 90 80
Практический потолок, м 4500 3820 3100 7120

ОАО "Мотор Сич" - ведущая авиадвигателестроительная фирма

ОАО "Мотор Сич" имеет 60-летний опыт производства, эксплуатации и ремонта двигателей для вертолетов, начиная от легкого вертолета Ми-1 и заканчивая самым грузоподъемным Ми-26. На предприятии серийно выпускаются и проводится капитальный ремонт двигателей семейства ТВ3-117 и ВК-2500, устанавливаемых на вертолеты марок Ми и Ка (Ми-8МТ, Ми-14, Ми-17, Ми-24, Ми-28, Ка-27, Ка-29, Ка-32, Ка-50, Ка-52 и другие). Они зарекомендовали себя как одни из самых надежных и безотказных двигателей этого класса в мире. Всего выпущено более 20 тыс. двигателей этого семейства, суммарная их наработка приближается к 20 млн. часов.

Особенно хочется отметить двигатель ТВ3-117В, который был создан специалистами нашего предприятия в 1980г. и позволил в кратчайшие сроки провести модернизацию эксплуатируемых вертолетов с целью увеличения их высотности. На базе ТВ3-117В были созданы последующие модификации двигателей данного семейства - ТВ3-117ВК, ВМ, ВМА и др.

Цели создания двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1В

С целью дальнейшего улучшения ресурсных и эксплуатационных параметров выпускаемых двигателей, на ОАО "Мотор Сич" проведены работы по созданию и сертификации нового вертолетного двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1В. По своим характеристикам двигатель ТВ3-117ВМА-СБМ1В соответствует современным техническим требованиям и имеет Сертификат типа № СТ 267-АМД, выданный 5 сентября 2007 года Авиационным регистром МАК, и Сертификат Типа № ТД 0035 выданный 4 сентября 2007 года Государственной авиационной администрацией Украины.

Цель создания двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1В - улучшить характеристики новых и ранее выпущенных вертолетов, в составе силовой установки которых применяются двигатели семейства ТВ3-117, c учетом их эксплуатации в условиях высокогорья и жаркого климата. Применение этих двигателей позволяет увеличить полезную нагрузку, а также повысить безопасность полетов.

В зависимости от типа вертолета, предусмотрена настройка САУ двигателя на взлетную мощность 2500, 2400, 2200 и 2000 л.с. На 2,5-минутном режиме мощность составляет 2800 л.с. для всех вариантов настройки взлетной мощности. Предусмотрен режим 30-минутной мощности равный взлетному режиму.

Объем работ по техническому обслуживанию, массово-габаритные характеристики, места стыковки с летательным аппаратом, не отличающиеся от двигателей семейства ТВ3-117, позволяют устанавливать ТВ3-117ВМА-СБМ1В на вертолеты без доработки борта. Система автоматического управления двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1В по своему конструктивному исполнению аналогична САУ вертолетных двигателей ТВ3-117 предшествующих модификаций. Это значительно удешевляет процесс модернизации вертолетов, улучшает их летно-технические характеристики.

Новые конструктивные решения

Двигатель создан на базе серийного сертифицированного турбовинтового двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1 с учетом опыта изготовления, эксплуатации и ремонта вертолетных двигателей, выпускаемых ОАО "Мотор Сич". При разработке вертолетного двигателя использованы лучшие конструктивные решения, направленные на реализацию более высоких параметров и обеспечение заданных ресурсов, которые отработаны на двигателе-прототипе:

  • Модернизирована система охлаждения дисков, опор и сопловых аппаратов турбины; исключено использование в конструкции турбины покрывающих дисков, применяющихся в двигателях семейства ТВ3-117 и ВК-2500 и ограничивающих ресурс этих двигателей.
  • Изменена конструкция соплового аппарата 1 ст. ТК.
  • На лопатках компрессора двигателя для повышения эрозионной стойкости нанесено защитное покрытие нитрид титана.
  • В конструкцию камеры сгорания внедрены мероприятия по исключению коксования топлива в топливном коллекторе.
  • Коллектор термопар перенесен за турбину компрессора, в область с более низкими температурами.
  • Применены новые материалы с улучшенными свойствами и введены жаростойкие покрытия.
Перечисленные и другие конструктивные решения позволили установить для двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1В ресурсы до первого капитального ремонта - 3000 часов/циклов и назначенный ресурс - 9000 часов/циклов. В настоящее время ведутся работы по установлению ресурсов до первого капитального ремонта - 4000 часов/циклов и назначенного ресурса - 12000 часов/циклов.

Испытания двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1В

В ходе сертификационных работ по двигателю ТВ3-117ВМА-СБМ1В был проведен необходимый комплекс стендовых ресурсных и специальных испытаний. В том числе, при испытаниях в термобарокамере ЦИАМ была подтверждена работоспособность двигателя на высотах до 9000 м, в диапазоне температур окружающего воздуха от -600 С до +60о С и в диапазоне скоростей до 400 км/ч. Проведены запуски двигателя на высотах до 6000 м, подтверждена более высокая по сравнению с ТВ3-117 температура поддержания взлетной мощности.

Выполненный объем работ по двигателю ТВ3-117ВМА-СБМ1В позволил в кратчайшие сроки подготовить и провести летные испытания двигателя в составе вертолета.

Летные испытания модернизированного на ГП МО Украины "Конотопский авиаремонтный завод "АВИКОН" вертолета Ми-24П с двигателями ТВ3-117ВМА-СБМ1В подтвердили заданные параметры двигателя и продемонстрировали улучшение летно-технических характеристик вертолета. Так, например, была увеличена скорость набора высоты вертолета, также были выполнены полеты на высоту до 7000 метров.

Краткое описание конструкции двигателя ТВ3-117ВМА-СБМ1В

Двигатель ТВ3-117ВМА-СБМ1В является турбовальным газотурбинным двигателем со свободной турбиной.

Конструктивно двигатель выполнен по заднеприводной схеме. Он включает в себя одновальный газогенератор с осевым турбокомпрессором и кольцевой камерой сгорания, а также свободную осевую турбину.

Компрессор осевой, двенадцатиступенчатый, с регулируемыми входным направляющим аппаратом и направляющими аппаратами 1…4 ступеней и двумя клапанами перепуска воздуха за седьмой ступенью.

Камера сгорания - кольцевая, прямоточная, с двенадцатью двухконтурными центробежными форсунками и двумя свечами для розжига.

Турбина привода компрессора - осевая, двухступенчатая. Сопловые лопатки 1 ступени охлаждаются воздухом из-за компрессора. Рабочие лопатки обеих ступеней турбины неохлаждаемые, с бандажными полками.

Свободная турбина - осевая, двухступенчатая, с неохлаждаемыми сопловыми и рабочими лопатками. Рабочие лопатки свободной турбины имеют бандажные полки.

Ротор турбокомпрессора установлен на трех опорах, из которых передняя и задняя - демпферные, а средняя - жесткая.

Ротор свободной турбины установлен на двух опорах, из которых передняя - демпферная, а задняя - жесткая.

Передача мощности от силовой турбины, на расположенный за двигателем главный редуктор вертолета, осуществляется приводной рессорой.