Под руководством главного конструктора С.П. Изотова в 1965 г. в ОКБ Ленинградского машиностроительного завода им. В.Я. Климова началась разработка двигателя ТВ3-117 мощностью 2200 л.с. При его проектировании был учтен опыт создания и эксплуатации двигателей ГТД-350 и ТВ2-117.
Значительный количественный рост парка вертолетов в середине 60-х годов потребовал существенного повышения экономичности, надежности, улучшения технологичности и снижения металлоемкости двигателей. На арену вооруженной борьбы вышли первые вертолеты огневой поддержки, хорошо бронированные, ощетинившиеся пушками, блоками неуправляемых снарядов и ПТУРами. В СССР приступили к проектированию боевых вертолетов, для которых в первую очередь и предназначался новый двигатель ТВ3-117, заказанный ОКБ С.П. Изотова. По схеме он был аналогичен ТВ2-117, хорошо зарекомендовавшему себя в эксплуатации. Газогенератор двигателя включал 12-ступенчатый осевой компрессор, кольцевую камеру сгорания и двухступенчатую турбину. Силовая турбина также состояла из двух ступеней. Первоначально двигатель предназначался только для военного применения, поэтому проектировался по соответствующим нормам прочности.
По степени совершенства ТВ3-117 относится к третьему поколению двигателей по мировой классификации. При его разработке были применены рациональные приемы конструирования, новые технологические процессы, большое внимание уделялось уменьшению металлоемкости. Важнейшими новшествами, внедренными при создании ТВ3-117, являлись:
* - применение регулируемых направляющих аппаратов первых четырех ступеней и входного направляющего аппарата, что позволило хорошо согласовать работу отдельных ступеней и получить высокий КПД (максимальное значение 86 %) и высокий запас устойчивости (почти 22 %);
* - изготовление рабочих лопаток компрессора методом холодного вальцевания, а лопаток направляющих аппаратов - методом протягивания.Метод вальцевания лопаток позволил отказаться от трудоемкого фрезерования профильной части, применявшегося ранее в двигателестроении. Метод фрезерования не позволял изготавливать тонкие профили, поэтому приходилось искусственно увеличивать их толщину, а, следовательно, увеличивать хорду, что приводило к ухудшению параметров и увеличению длины компрессора. С внедрением метода вальцевания допуск на изготовление лопатки уменьшился более чем вдвое, значительно повысилась стабильность параметров компрессора. Так, если для двигателей второго поколения разброс в КПД компрессоров составлял 5…6 %, то у ТВ3-117 он снизился до 2,5…3 %. Впоследствии метод вальцевания был внедрен на всех без исключения советских газотурбинных двигателях. Этот метод был отмечен двумя премиями Ленинского комсомола и медалью ВДНХ;
* - применение бандажированных рабочих лопаток турбин с лабиринтными гребешками на полках и металлокерамическими вставками, что обеспечило высокие КПД турбины компрессора - 91 % (расчетный - 90 %) и силовой турбины - 93,4 % (расчетный - 90 %);
* - использование в креплении рабочих лопаток турбин двухзубого замка вместо обычно применявшихся трех- и четырехзубых, что позволило отказаться от крепежных фланцев и деталей, повысить жесткость конструкции и уменьшить ее массу;
* - применение в турбинах цельнолитых сопловых аппаратов, что обеспечило высокую жесткость конструкции, высокий коэффициент использования металла и минимальную массу, сократившуюся по сравнению с разборной конструкцией почти на 25 %;
* - внедрение камеры сгорания кольцевого типа, в которой теплонапряженность превышала рекомендуемые значения, что позволило сократить длину камеры и всего двигателя;
* - размещение топливного коллектора внутри камеры сгорания, что дало выигрыш в его массе по сравнению с конструкцией двигателя типа ТВ2-117 почти на 40 %;
* - применение контактных графитовых уплотнений, сокративших утечки воздуха почти вдвое; - широкое использование титана, из которого выполнено около 50 % деталей и узлов (корпус и барабан компрессора, корпуса турбин, корпус и диффузор камеры сгорания, передняя опора компрессора, кронштейны и др.), что позволило значительно уменьшить массу двигателя;
* - внедрение точного (прецизионного) литья, обеспечившего существенный выигрыш в коэффициенте использования металла;
* - применение электроннолучевой и автоматической сварки, позволивших значительно уменьшить массу двигателя и обеспечивших высокую жесткость конструкции и высокую надежность соединений.
Кроме этого одним из прогрессивных новшеств было введение электронной аналоговой системы управления, разработанной Пермским агрегатным КБ. Применявшаяся до этого гидравлическая система управления обеспечивала точность поддержания мощности в пределах ±10 %. Для того, чтобы обеспечить гарантированную мощность 2200 л.с., необходимо было производить регулировку двигателя на мощность 2400 л.с., при этом на отдельных двигателях мощность могла достигать 2600 л.с. Следовательно, прочностные расчеты и испытания должны были проводиться на максимальную мощность (2600 л.с.), а номинальной в эксплуатации продолжала считаться только гарантированная мощность (2200 л.с.). Ясно, что все это вело к неоправданному перетяжелению двигателя. Электронная система регулирования повысила точность поддержания параметров более чем вдвое. Для получения гарантированной мощности двигатель стали регулировать на 2300 л.с., максимальная мощность при этом составила 2400 л.с.
В системе управления, принятой для ТВ3-117, применена электроника с неполной ответственностью, т.е. она дублируется гидравлической системой. Это было вызвано недостаточно высоким по тому времени уровнем развития производственной базы для изготовления элементов электроники. При отказе электронной системы (включая чрезвычайный режим) управление переводилось на гидравлическую систему, которая настраивалась на большие значения параметров, чем электронная. В настоящее время на "Климове" разработана цифровая система автоматического регулирования и контроля БАРК-78.
Основные данные двигателя ТВ3-117 в техническом задании на проектирование задавались следующими: мощность на взлетном режиме 2200 л.с., удельный расход топлива на взлетном режиме 0,22 кг/л.с.·ч, степень сжатия 9,8, расход воздуха 9,17 кг/с, максимальная температура газов перед турбиной 1263 К, масса 220 кг.
Рабочий проект ТВ3-117 был выпущен в апреле 1966 г., а в декабре уже был изготовлен первый образец двигателя. Впервые в отечественной практике двигателестроения первый экземпляр двигателя по массе соответствовал запроектированному - стрелка весов остановилась на 216 кг!
В течение последующих пяти лет велась трудоемкая доводка двигателя. Для получения высоких параметров потребовался большой объем исследовательских работ, создание специальных установок, проведение многочисленных экспериментов. Наибольшие трудности встретились при доводке основных узлов - компрессора, турбин и камеры сгорания, хотя немало проблем возникло при доводке масляной системы, уплотнений, уменьшении уровня общих вибраций и др.
Постановление ЦК КПСС и СМ СССР, предусматривавшее создание двигателя ТВ3-117 для армейского транспортно-боевого вертолета В-24 (Ми-24) и противолодочного вертолета В-14 (Ми-14), вышло 6 мая 1968 г., когда работы продвинулись уже достаточно далеко.
ТВ3-117, как и все двигатели ОКБ С.П. Изотова, создавался по концепции минимальной массы. В отечественном двигателестроении существует две концепции разработки двигателей: "климовская" и "микулинская". При проектировании по концепции, принятой В.Я. Климовым, закладываются минимальные запасы прочности и максимально возможные значения параметров, а при доводке слабые места усиливаются. В концепции А.А. Микулина - наоборот. "Климовская" концепция требует большего времени на доводочные работы и эксперименты, больше переделок, но обеспечивает получение минимальной массы на долгие годы эксплуатации.
В результате доводочных работ были получены параметры и характеристики компрессора и турбин, близкие к расчетным: КПД компрессора 85,8 % (расчетный 85 %), степень сжатия 9,35 (9,8), расход воздуха 8,98 кг/с (9,17 кг/с), запас устойчивости компрессора более 25 % (не менее 22 %), КПД турбины компрессора 91 % (90 %), КПД силовой турбины 93,4 % (90 %). Испытания двигателя проводились как на заводе, так и в ЦИАМ. В процессе доводки было проведено десять 300-часовых стендовых испытаний на 9 двигателях. В декабре 1970 г. ТВ3-117 предъявили на Государственные испытания на ресурс 300 ч. В ходе этих испытаний произошло ложное срабатывание автомата защиты силовой турбины от раскрутки, которое привело к остановке двигателя. В марте 1971 г. двигатель был снят с испытаний. По выявленным недостаткам были срочно проведены необходимые мероприятия; для проверки их эффективности испытаниям подверглись еще 5 двигателей. После этого ТВ3-117 был повторно предъявлен на Государственные испытания, которые успешно завершились в августе 1972 г. Всего в ходе доводочных и Государственных испытаний проведено 19 длительных 300-часовых "гонок" 16 двигателей, общая наработка которых составила 15 855 ч. Кроме того, проводились также летные испытания и опытная эксплуатация на летательных аппаратах, в ходе которых двигатели наработали 2 755 ч.
Приказ министра авиационной промышленности об определении Запорожского моторостроительного завода (ныне ОАО "Мотор Сич") серийным производителем двигателя ТВ3-117 вышел 9 сентября 1970 г. Подготовка серийного производства на заводе велась под руководством генерального директора В.И. Омельченко еще до окончания госиспытаний, а с января 1973 г. начался серийный выпуск двигателей первой серии. Для наблюдения за серийным производством на Запорожском заводе было организовано представительство главного конструктора, после распада Советского Союза преобразовавшееся в СНПП "Юпитер".
В 1972 г. в Запорожье изготовили лидерную партию из 60 двигателей ТВ3-117 "нулевой" серии. Эти двигатели, при выпуске которых был допущен ряд отклонений и ограничений, использовались для налаживания серийного производства вертолетов Ми-24 на заводе в Арсеньеве, а также для эксплуатационных испытаний вертолетов в различных условиях. Впоследствии двигатели "нулевой" серии ремонту не подвергались и были списаны.
По результатам анализа эксплуатации первых ТВ3-117 ОКБ разработало ряд мероприятий, направленных на совершенствование конструкции двигателя и технологии его изготовления. Усовершенствованные двигатели первой серии были выпущены тиражом около 200 единиц. Аналогичным образом по результатам эксплуатации двигателей первой серии в конструкцию и технологию изготовления ТВ3-117 внесли соответствующие изменения. Так появились двигатели второй серии. В апреле 1976 г. двигателям ТВ3-117 второй серии был установлен ресурс 500 ч. Всего выпустили около 2000 двигателей второй серии, которые находятся в эксплуатации до сих пор.
При эксплуатации ТВЗ-117 второй серии (как и двигателей ТВ2-117) остро встала проблема уменьшения износа проточной части песком и пылью, а также устранения отложений пыли и солей в отдельных местах проточной части. Особенно сильная эрозия проточной части проявлялась в районах с сильной запыленностью, например, в Средней Азии. Как известно, вертолеты много времени эксплуатируются вблизи земли, совершают посадки на неподготовленные площадки, что сопряжено с повышенной опасностью попадания песка, пыли и мелких камней во входные устройства двигателей. Несущий винт, отбрасывая в сторону земли большие массы воздуха, способствует повышению запыленности.
Последствия эрозии проявляются в потере устойчивости компрессора, поломке лопаток, ухудшении характеристик двигателя, сокращении срока его службы. Проблема защиты двигателей от попадания пыли и песка стала одной из наиболее актуальных для вертолетных двигателей.
На "Климове" были развернуты работы по теоретическому и экспериментальному исследованию эрозии проточной части. Для экспериментальных работ на испытательной станции был построен специальный "пылевой" стенд. Исследования велись в направлениях создания защитных покрытий (в этом направлении не удалось найти удовлетворительных решений) и разработки пылезащитного устройства (ПЗУ), обеспечившего весьма эффективную защиту от пыли. На заводе были проработаны различные типы ПЗУ: с отдельным фильтром циклонного типа, грибкового типа, моноциклон, встроенные и съемные ПЗУ. После проведенного сравнительного анализа удобства эксплуатации, массы, габаритов и степени очистки различных устройств было принято к применению съемное ПЗУ грибкового типа, разработанное совместно со специалистами Московского вертолетного завода. Такое ПЗУ обеспечило степень очистки 75...78 %, что соответствовало увеличению ресурса двигателя при эксплуатации в запыленных условиях в 5…8 раз!
С 1977 г. завод приступил к выпуску двигателей ТВ3-117 третьей серии, конструкция которых была в очередной раз доработана. Двигатели третьей серии стали одной из самых массовых модификаций ТВ3-117.
Подписание 29 марта 1972 г. акта о Государственных испытаниях ТВ3-117
(второй слева - С.П. Изотов)
какая задержка, какое косвенное доказательство?
