Спосіб модернізації вертольота з двигунами сімейства твз-117 шляхом встановлення турбовальних газотурбінних двигунів твз-117вма-сбм1в

Спосіб модернізації вертольота з двигунами сімейства ТВ3-117 шляхом встановлення турбовальних газотурбінних двигунів ТВ3-117ВМАСБМ1В, за яким під час модернізації вертольота шляхом заміни двигунів у порядку, передбаченому ремонтною конструкторською документацією та відповідними бюлетенями підприємствавиробника нового двигуна ТВ3-117ВМА-СБМ1В, демонтують елементи планера вертольота для доступу до двигунів, виконують операції по відключенню від кожного двигуна, що замінюється, елементів трансмісії, паливної, гідравлічної, пневматичної, контрольно-вимірювальної систем та системи керування двигунами, демонтують двигуни, що замінюються, з планера вертольота, у випадку необхідності залежно від типу двигунів, що замінюються, доопрацьовують планер та джгутові сполучення вертольота для забезпечення можли U 2 (19) 1 3 117, що перебувають в експлуатації як в країнах СНД, так і в країнах далекого зарубіжжя, які зарекомендували себе з найкращого боку завдяки високій надійності, простоті в обслуговуванні та керуванні і ще не повністю використали свій ресурс, являють собою величезний ринок для модернізаційних програм. Тому на ВАТ "Климов" [1] в співпраці з Запорізьким ВАТ "Мотор-Січ" постійно ведуться роботи з модернізації двигунів ТВЗ-117, що привело послідовно до появи двигунів ТВ3-117В, ТВ3-117ВМ, ТВ3З-117ВМА, і, нарешті, ВК-2500, літера "В" в позначенні яких відповідає значенню "висотний", і які дозволяють їх експлуатацію в умовах високогір'я і температури навколишнього середовища до 45 °С. Механічне доопрацювання планера вертольота для встановлення нових двигунів та розміщення органів керування і табло індикації режиму роботи «ЧР» потрібне тільки у випадку заміни ТВ3117, у всіх інших випадках "висотні" двигуни повністю взаємозамінні. В свою чергу, ВАТ "МВЗ ім. М.Л. Міля" і Ростовський серійний завод "Роствертол" [2] з метою підвищення бойових можливостей і продовження терміну служби вертольотів МИ-24 (МИ-35) запропонували програми їх глибокої модернізації при проведенні капітального ремонту з технічним оглядом і одночасним продовженням терміну служби і ресурсів основних агрегатів вертольота з монтажем додаткового обладнання, у тому числі, за бажанням замовника, і іноземного виробництва. Модернізація здійснюється з метою продовження життєвого циклу вертольотів, підвищення їх тактико-технічних і економічних показників, забезпечення їхнього цілодобового застосування, поліпшення умов роботи екіпажа, підвищення захисту людей і конструкції машини, а також завантаження і вивантаження військ і техніки. Перший блок модернізації ("Поліпшення льотно-технічних характеристик") передбачає установку на вертольоті нової динамічної системи, конструктивні доробки планера й основних систем. На вертольоті (в залежності від побажань замовника) можуть бути встановлені: - двигуни ВК-2500 з максимальною злітною потужністю 2000 к.с, 2200 к.с, 2400 к.с. (в залежності від модифікації вертольота); - несучий гвинт підвищеної ефективності з лопатями з композиційних матеріалів і втулкою з еластомірними підшипниками; - новий автомат перекосу; - малошумний Х-подібний рульовий гвинт; - крило зменшеного розмаху без кінцевих пілонів із сучасними балковими тримачами й вбудованою системою підйому вантажів. Крім того, ВАТ "МВЗ ім. М.Л. Міля", як розроблювач вертольотів марки "МИ" [3], пропонує комплекс робіт із глибокої модернізації вертольотів МИ-8/МИ-17, у ході якої на вибір замовника вертоліт може бути оснащений двигунами ВК-2500 або ТВ2-117ВМ с.02 замість ТВ3-117МТ (вертольоти типа МИ-8МТ), або двигунами ВК-2500 або ТВ3117ВМА замість ТВ3-117В (вертольоти типа МИ24), а також посиленою хвостовою трансмісією, що забезпечує збільшення ресурсу і запасів рульово 60356 4 го керування, розширюючи таким чином можливості вертольота при експлуатації в умовах високогір'я. Таким чином, основною і самою важливою ланкою в ланцюжку операцій модернізації вертольотів типів МИ-8/МИ-17, МИ-24/МИ-35 є заміна двигуна ТВ3-117 на більш новітні ТВ3-117ВМ с.02 (для Ми-17), ТВ3-117ВМА (для Ми-24) або ВК2500, яка виконується на сертифікованому виробництві спеціалізованих ремонтних заводів за вимогами бюлетенів підприємств-розробників (як вертольота, так і нового двигуна) та ремонтної конструкторської документації, розробленої на основі відповідних вимог бюлетенів. Відомий приклад [2, 3] способу модернізації вертольота з двигунами сімейства ТВ3-117 шляхом встановлення турбовальних газотурбінних двигунів ТВ3-117ВМА (ВК-2500), за яким під час модернізації вертольота шляхом заміни двигунів у порядку, передбаченому ремонтною конструкторською документацією та відповідними бюлетенями) демонтують елементи планера вертольота для доступу до двигунів, виконують операції по відключенню від кожного двигуна, що заміняється, елементів паливної, гідравлічної, пневматичної, контрольно-вимірювальної систем та системи керування двигунами, демонтують двигуни, що замінюються, з планера вертольота, у випадку необхідності, в залежності від типу двигунів, що замінюються, доопрацьовують планер та джгутові сполучення вертольота в об'ємі, який визначений ремонтною конструкторською документацією та відповідними бюлетенями, для забезпечення можливості встановлення нових двигунів і додаткових органів керування та інформаційних табло, що використовуються з новими режимами роботи двигунів, встановлюють та закріплюють нові двигуни в планері вертольота, замінюють хвостову трансмісію її посиленим варіантом зі збільшеним запасом рульового керування, виконують операції по відновленню зв'язків паливної, трансмісійної, гідравлічної, пневматичної, контрольно-вимірювальної систем та системи керування двигунами з кожним двигуном, що замінюється, монтують на свої місця попередньо демонтовані елементи планера вертольота, проводять випробування та перевірку параметрів встановлених двигунів в порядку та об'ємах, нормованих в ремонтній конструкторській документації. Позитивом такого способу модернізації являється практично повна ідентичність під'єднання замінюваних та нових двигунів до відповідних систем вертольота, що забезпечено вірною політикою спадковості підприємства-розробника двигунів. До основних недоліків такого способу модернізації вертольота можна віднести не дуже велике збільшення верхньої межі температурного діапазону експлуатації (з 37 °С до 45 °С), спадковий невеликий ресурс температурних датчиків системи автоматичного обмеження температури газів двигуна, оскільки вони традиційно розташовані перед турбіною двигуна, де температура може сягати майже 1000 °С, значну кількість механічних операцій, пов'язаних із заміною хвостової трансмісії, значну цінову вартість модернізації. 5 В той же час на Запорізькому ВАТ "Мотор-Січ", яке забезпечувало двигунами серійного виробництва практично всі типи вертольотів ДКБ ім. Міля та ДКБ ім. Камова, на основі двигуна ТВ3-117ВМАСБМ1, розробленого в рамках проекту літака АН140, створений турбовальний газотурбінний двигун ТВ3-117ВМА-СБМ1В для застосування у вертольотах марки "МИ" типів МИ-8/МИ-17, МИ24/МИ-35. Практично за всіма показниками (потужність, температурний діапазон, висота запуску, ресурс і т.ін.) він переважає попередні двигуни ТВ3-117ВМА, ТВ3-117ВМ с.02 та новітні двигуни ВК-2500. Один "недолік" ТВ3-117ВМА-СБМ1В, який значно підвищив як ресурс температурних датчиків системи автоматичного обмеження температури газів двигуна, так і ресурс двигуна в цілому пов'язаний з тим, що ці температурні датчики перенесені в більш "прохолодне" місце двигуна (за вільну турбіну), де максимальна температура нижча більш ніж на 250 °С від місця традиційного розташування (перед турбіною компресора як у ТВ3117ВМА). Для забезпечення штатної роботи системи автоматичного обмеження температури газів двигуна стандартно це вимагає застосування нового регулятора температури з відповідним пороговим значенням, що потребує додаткових демонтажних та монтажних операцій. В основу створення корисної моделі поставлена задача зменшення часових та матеріальних витрат під час модернізації силової установки вертольота, покращення технічних характеристик, продовження строку служби і ресурсу вертольота. Зазначена задача вирішується тим, що в способі модернізації вертольота з двигунами сімейства ТВ3-117 шляхом встановлення турбовальних газотурбінних двигунів ТВ3-117ВМА-СБМ1В, за яким під час модернізації вертольота шляхом заміни двигунів у порядку, передбаченому ремонтною конструкторською документацією та відповідними бюлетенями промисловості, демонтують елементи планера вертольота для доступу до двигунів, виконують операції по відключенню від кожного двигуна, що заміняється, елементів трансмісії, паливної, гідравлічної, пневматичної, контрольно-вимірювальної систем та системи керування двигунами, демонтують двигуни, що замінюються, з планера вертольота, у випадку необхідності, в залежності від типу двигунів, що замінюються, доопрацьовують планер та джутові сполучення вертольота для забезпечення можливості встановлення нових двигунів і додаткових органів керування та інформаційних табло, що використовуються з новимирежимами роботи двигунів в об'ємі, який визначений ремонтною конструкторською документацією та відповідними бюлетенями, встановлюють та закріплюють нові двигуни в планері вертольота, виконують операції по відновленню зв'язків паливної, гідравлічної, пневматичної, контрольно-вимірювальної систем та системи керування двигунами з кожним двигуном, що заміняється, монтують на свої місця попередньо демонтовані елементи планера вертольота, проводять опробування та перевірку параметрів встановлених двигунів в порядку та 60356 6 об'ємах, нормованих в ремонтній конструкторській документації, згідно з корисною моделлю при відновленні зв'язків системи керування двигунами в частині автоматичного обмеження температури газів двигуна після узгодження в установленому порядку з підприємством-виробником доопрацьовують мостову схему регулятора температури для пониження порогового значення температури на спрацювання в температурних межах 710 °С - 720 °С, при відновленні зв'язків трансмісії проводять регулювання ланцюга педалей керування для досягнення виходу штока хвостового редуктора до максимальних нормованих значень, додатково проводять регулювання максимального кута атаки лопатей рульового гвинта в бік більших кутів на величину від 0,75 до 0,95 нормованого діапазону. До відмінних від прототипу ознак запропонованого способу модернізації вертольота з двигунами сімейства ТВ3-117 шляхом встановлення турбовальних газотурбінних двигунів ТВ3-117ВМАСБМ1В належить те, що при відновленні зв'язків системи керування двигунами в частині автоматичного обмеження температури газів двигуна після узгодження в установленому порядку із підприємством-виробником доопрацьовують мостову схему регулятора температури для пониження порогового значення температури на спрацювання в температурних межах 710 °С - 720 °С, при відновленні зв'язків трансмісії проводять регулювання ланцюга педалей керування для досягнення виходу штока хвостового редуктора до максимальних нормованих значень, додатково проводять регулювання максимального кута атаки лопатей рульового гвинта в бік більших кутів на величину від 0,75 до 0,95 нормованого діапазону. Корисна модель пояснюється фіг. 1, на якій представлені нормовані характеристики перетворення температурного датчика, фіг. 2, на якій зображено спрощену мостову схему регулятора температури для підключення температурного датчика. Температурний датчик кожного двигуна складається з набору розташованих по периметру двигуна послідовно-паралельно з'єднаних здвоєних (для системи автоматичного обмеження температури газів двигуна та вимірювального термометра) хромо-алюмінійових термопар, що мають нормовану номінальну статичну характеристику (НСХ), яка показує залежність термо е.р.с. від температури дуже близьку до прямої лінії. За визначенням ДСТУ 2837-94 (ГОСТ 304494). „Перетворювачі термоелектричні. Номінальні статистичні характеристики перетворення" хромоалюмінійових термопар відносяться до типу ХА з градуюванням виду К (ХАК). Для апроксимації НСХ таких термопар в ДСТУ 2837-94 (ГОСТ 304494) наведена функція UT   9 a k  Tk  c1  e ((T 162 ,9686 ) / 1625 ) 2 k 0 , (1) де Т - поточне значення температури в градусах Цельсія; 2 с1 - коефіцієнт, що дорівнює 1,185976·10 ; аk - елементи наступної матриці А. 7 1,7600413686 10  3,8921204975 10  1,8558770032 10 2  9,9457592874 10 5 A  3,1840945719 10 7  5,6072844889 1010  5,6075059059 1013  3,2020720003 1016  9,7151147152 10 20  1,2104721275 10 23 На фіг. 1 представлені НСХ температурного датчика ХА (К) при температурі холодного кінця спаю 0 °С (лінія 1), НСХ температурного датчика ХА (К) при температурі холодного кінця спаю 9 °С (лінія 2), апроксимація НСХ температурного датчика ХА (К) за допомогою формули (1), наведеної вище (лінія 3). Як видно з графіків наведена апроксимаційна функція забезпечує достатньо високу точність відтворення НСХ при температурі холодного кінця спаю 0 °С, при якій у більшості випадків проводять операції калібрування вимірювальних приладів та систем, де застосовані температурні датчики ХА (К). Компенсацію зміщення НСХ температурних датчиків ХА (К) з ростом температури (лінія 2 на фіг. 1) забезпечують застосуванням у вузлі вимірювання термо е.р.с. мостової схеми, спрощений варіант якої (без елементів калібрування), наведений на фіг. 2. В такій схемі між температурним датчиком і входом вимірювача (перетворювача) термо е.р.с. встановлена не зрівноважена мостова схема (А, С, В, D) з високостабільних резисторів R1, R2, R3 та терморезистора RL, котрий знаходиться в таких же температурних умовах, що і холодні кінцітемпературного датчика або компенсаційних проводів, як у випадку застосування температурних датчиків на двигунах вертольота. Номінальні величини і параметри резисторів підібрані таким чином, що при температурі вільних (холодних) кінців компенсаційних проводів 0 °С міст міг буди зрівноважений елементами калібрування моста (на фіг. 2 не показані), а при підвищені температури між вершинами моста А-В виникала різниця напруг UTк, рівна за величиною та протилежна за знаком температурному зміщенню НСХ температурного датчика. Очевидно, що при зменшені порогового значення спрацювання системи автоматичного обмеження температури газів двигуна, регламентованому для ТВ3-117ВМА-СБМ1В, найпростішим виходом була б заміна регулятора температури РТ12-6 2-ої серії, що призначений для застосування з двигунами сімейства ТВ3-117, на інший регулятор, з пороговим значенням, відповідним двигуну ТВ3-117ВМА-СБМ1В, наприклад, РТ12-7 2-ої серії. При цьому збільшилось би число операцій по демонтажу одного регулятора температури та монтажу на його місце іншого, не говорячи вже про затрати на придбання нового регулятора. З іншої боку, за допомогою апроксимаційної НСХ (лінія 3 60356 8 на фіг. 1) або за формулою (1) можна визначити різницю термо е.р.с. для старого та нового температурних датчиків U(T) як U(T)=U(TП1)-U(TП2) (2) де U(ТП1) - значення термо е.р.с. для температурного порога (985 °С) двигунів сімейства ТВ3117, ВК-2500; U(TП2) - значення термо е.р.с. для температурного порога (715 °С) двигуна ТВ3-117ВМАСБМ1В. За різницею U(T), знаючи номінал джерела живлення мостової схеми ЕДЖ, визначають необхідну величину збільшення номіналів резисторів R1 та R2 за формулою 2 R=(R3+R1) U(T)/(R3ЕДЖ-(R3+R1)U(T)) (3) Таким чином, доопрацьований регулятор температури РТ12-6 2-ої серії (шляхом заміни двох резисторів), що призначений для застосування з двигунами сімейства ТВ3-117, при наявності дозволу підприємства-виробника регулятора, отриманого в установленому порядку, забезпечує характеристики, необхідні для системи автоматичного обмеження температури газів двигуна ТВ3-117ВМА-СБМ1В при значному зменшенні цінових та трудових затрат. Модернізація вертольотів з двигунами сімейства ТВ3-117 шляхом встановлення новітніх турбовальних газотурбінних двигунів головною метою має поліпшення льотно-технічних характеристик вертольота, одними з основних характеристик є верхня межа температурного діапазону експлуатації і максимальні висоти злету та польоту (експлуатація в умовах високогір'я). Двигун ТВ3117ВМА-СБМ1В в процесі випробувань показав здатність до роботи в діапазоні температур від мінус 60 °С до плюс 60 °С, а без втрати потужності до температур +51 °С (для вертольотів типу МИ8МТ) та +45 °С (для вертольотів типу МИ-24), що перевищує показники двигуна ВК-2500, підтвердив можливості запуску двигунів на висотах до 5000 м. Однак трансмісійна система вертольотів марки "МИ" типів МИ-8/МИ-17, МИ-24/МИ-35 не була розрахована на експлуатацію на таких висотах. Тому в способах модернізації вертольота з двигунами сімейства ТВ3-117 шляхом встановлення турбовальних газотурбінних двигунів ТВ3-117ВМА (ВК2500), що є найближчими аналогами пропонованої корисної моделі, одночасно з заміною двигуна проводять заміну хвостової трансмісії на її посилений варіант, що забезпечує запас міцності трансмісії при передачі підвищеної потужності на рульовий гвинт. Встановлення посиленої хвостової трансмісії виливається в значні цінові затрати. В той же час, наявна хвостова трансмісія вертольотів марки "МИ" типів МИ-8/МИ-17, МИ-24/МИ35 має дозволений ремонтною конструкторською документацією нормований діапазон регулювання кутів атаки лопастей рульового гвинта до 10" від мінімального номіналу. Це дає можливість підвищити керованість вертольотом на великих висотах, встановивши кут атаки лопастей рульового гвинта в верхній частині нормованого діапазону регулювання більший від мінімального номіналу на величину (7,5-9,5)". Одночасно з цим, для забезпечення запасу 9 ходу педалей рульового керування, проводять регулювання ланцюга педалей керування для досягнення виходу штока хвостового редуктора до максимальних нормованих значень. Підтвердженням можливості практичної реалізації пропонованого способу модернізації вертольота з двигунами сімейства ТВ3-117 шляхом встановлення турбовальних газотурбінних двигунів ТВ3-117ВМА-СБМ1В свідчить той факт, що в ході льотних випробувань відповідно доопрацьований вертоліт Мі-8МТВ із двигуном ТВ3-117ВМАСБМ1В піднявся на висоту 8,1 км за 14 хвилин 09 сек., встановивши тим самим рекорд досягнення динамічної стелі для гелікоптерів такого класу, при цьому набір висоти виконувався на режимі «ПВМ» (подовженої злітної потужності) [4]. Отже, запропонована корисна модель дозволяє зменшити часові та матеріальні витрати під час модернізації силової установки вертольота, 60356 10 покращити його технічні характеристики, продовжити строк служби і ресурс вертольота. Література. 1. www.klimov.ru Раздел сайта: prodution » helicopter» ТВ3-117, ТВ3-117В, ВК-2500. 2. www.arms-expo.ru Раздел сайта: ОРУЖИЕ РОССИИ » Каталог вооружения, военной и специальной техники » Авиация » Вертолеты » Транспортно-боевые вертолеты » Ми-24 (Hind), семейство транспортно-боевых (многоцелевых) вертолетов. 3. www.mi-helicopter.ru Раздел сайта: Основная деятельность » Модернизация » Вертолет Ми8/Ми-17 » Доработки вертолетов типа Ми-8/Ми-17 для эксплуатирующих организаций. 4. www.vertoletchiki.ucoz.ru Раздел сайта: news » Ми-8МТВ с двигателями ТВ3-117ВМА-СБМ1В взял новую высоту. 11 Комп’ютерна верстка А. Крулевський 60356 Підписне 12 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601