Конструкция, испытания и отработка систем силовой установки сверхзвукового самолета

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 
 
 
КОНСТРУКЦИЯ, ИСПЫТАНИЯ  
И ОТРАБОТКА СИСТЕМ  
СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ  
СВЕРХЗВУКОВОГО САМОЛЕТА 
 
 
 
Утверждено  
Редакционно-издательским советом университета 
в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2020 

УДК 629.735.33(075.8) 
          К 65 
 
 
 
Коллектив авторов: 
К.Н. Бобин, В.А. Гриценко, Н.В. Курлаев, Л.И. Маскаев 
 
 
Рецензенты: 
д-р техн. наук, профессор А.В. Гуськов, 
канд. техн. наук, доцент А.Д. Обуховский 
 
 
Работа подготовлена на кафедре самолето- и вертолетостроения 
 
 
 
К 65  
Конструкция, испытания и отработка систем силовой 
установки сверхзвукового самолета : учебное пособие /  
К.Н. Бобин., В.А. Гриценко, Н.В. Курлаев, Л.И. Маскаев. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2020. – 84 с. 

ISBN 978-5-7782-4240-1 

В учебном пособии описаны конструкция, особенности устройства, 
принцип работы основных систем двухконтурного турбореактивного 
двигателя сверхзвукового самолета. Отражены особенности испытаний 
и отработки, возможные проявления неисправностей систем силовой 
установки и причины, их вызывающие. 
Предназначено для подготовки студентов по образовательным программам направлений 24.03.04 – Авиастроение (бакалавры) и 25.03.01 – 
«Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей». 
 
УДК 629.735.33(075.8) 
 
ISBN 978-5-7782-4240-1 
© Коллектив авторов, 2020 
 
© Новосибирский государственный 
 
    технический университет 2020 

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 

ААС – Агрегат аварийного слива. 
АЗ – Автомат запуска. 
АЗВ – Автоматический запуск на выбеге. 
АДФ – Автоматическое дросселирование форсажа. 
АУТ – Автомат управления тягой. 
АП – Автомат приемистости. 
АПД, АПД-99В – Автоматическая панель запуска двигателя. 
АПЗ – Антипомпажная защита. 
БДК – Блок дискретных команд. 
БПЗ – Блок противопомпажной защиты. 
БУФ – Блок управления форсажем. 
ВВТ – Воздухо-воздушный теплообменник. 
ВЗ – Воздухозаборник. 
ВКА, ВКА-99МК – Выносная коробка агрегатов. 
ВНА КНД – Входной направляющий аппарат компрессора низкого 
давления. 
ВСУ – Встроенная силовая установка. 
ВР – Взлетный режим. 
ГДУ – Газодинамическая устойчивость. 
ГТДЭ, ГТДЭ-117 – Турбостартер. 
ДЦН, ДЦН-82  – Двигательный центробежный насос. 
ДК – Дозирующий кран. 
ДОС – Датчик обратной связи. 
ДЭМСУ – Датчик электромеханической системы управления. 
ИМ – Исполнительный механизм. 
ИМАТ – Исполнительный механизм автомата тяги. 
КВД – Компрессор высокого давления. 
КДА – Коробка двигательных агрегатов. 

КНД – Компрессор низкого давления. 
КПН – Клапан переключения наддува. 
КПД – Клапан постоянного давления. 
КРД, КРД-99Б – Комплексный регулятор двигателя. 
М – Максимал. 
МВД, МВД-5Е – Механизм вращательного действия. 
МГ – Малый газ. 
МКВ, МКВ-253А – Электромагнитный клапан. 
MCТ, МСТ-10АС, МСТ-6,5А – Сигнализаторы давления. 
МФ – Минимальный форсаж. 
МФИ – Многофункциональный индикатор. 
МФК – Многофункциональная кнопка. 
НА КВД – Направляющий аппарат компрессора высокого давления. 
НП, НП-96 – Насос плунжерный. 
НР, НР-31В – Насос-регулятор. 
ОКС – Основная камера сгорания. 
ПФ – Полный форсаж. 
РИ – Речевая информация. 
РВД – Ротор высокого давления 
РК – Рабочее колесо. 
РЛ – Рабочая линия установившегося режима работы двигателя. 
РКВД – Ротор компрессора высокого давления. 
РКНД – Ротор компрессора низкого давления. 
РНА – Регулятор направляющих аппаратов в КРД. 
РНД – Ротор низкого давления. 
РС – Реактивное сопло. 
РСФ, РСФ-31В – Регулятор сопла и форсажа. 
РТ, РТ-31В – Распределитель топлива. 
РТГ – Регулятор температуры газов агрегата КРД. 
РТФ – Распределитель топлива форсажного. 
РРД – Режим работы двигателя. 
РУД – Рычаг управления двигателем. 
РЧВ – Регулятор частоты вращения агрегата КРД. 
СА – Сопловой аппарат. 
САУ, САУ-10В – Система автоматического управления. 
САР – Система автоматического регулирования. 
СК-224 – Катушка зажигания двигателя. 
СПП – Система предупреждения помпажа. 

СПТ – Сигнализатор помпажа трансформаторный СПТ-88-2,2У. 
СУ – Силовая установка. 
ТВД – Турбина высокого давления. 
ТМР – Топливо-масляный радиатор. 
ТНД – Турбина низкого давления. 
ТРД – Турбореактивный двигатель. 
ТРДДФ – Турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой сгорания. 
ТС – Турбостартер. 
ЦБР – Центробежный регулятор. 
ФКС – Форсажная камера сгорания 
ФН, ФН-31Б – Форсажный насос. 
ЭМК – Электромагнитный клапан. 
ЭМБТ – Клапан броска топлива. 
ЭРРД – Электронный регулятор режимов двигателя. 
ЭМКПП – Клапан кислородной подпитки. 
ЭМОТТС – Электромагнитный клапан отсечки топлива. 
 
Gв – Расход воздуха. 
Gто – Расход топлива в основной камере сгорания. 
Gтф – Расход топлива в форсажной камере. 
nпр – Приведенные обороты. 
*
1t  – Полная (заторможенного потока) температура воздуха на входе в двигатель, К. 
Нп – Высота полета. 
πк – Степень сжатия компрессора. 
Fкр – Критическое сечение реактивного сопла. 
Т4 – Температура газов за турбиной. 
n1 – Число оборотов ротора низкого давления. 
n2 – Число оборотов ротора высокого давления. 
Р2 – Давление за компрессором. 
Рм – Давление масла за нагнетающим насосом. 
Рт – Давление топлива. 
∆Kу – Запас устойчивости по помпажу. 

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  
СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ  
И ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЯ 

1.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ 

В состав силовой установки самолета входят: 
– два плоских сверхзвуковых воздухозаборника; 
– два двигателя АЛ-31Ф (или АЛ-31Ф сер.42) с коробкой двигательных агрегатов (КДА, рис. 1); 
– две выносных коробки агрегатов (ВКА) ВКА-99МК; 
– вспомогательная силовая установка (ВСУ) с двигателем ТА14-130-35. 
 

 
Рис. 1. Внешний вид двигателя АЛ-31Ф 

В основу конструкции двигателя АЛ-31Ф положена схема двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя (ТРД) с форсажной камерой (ТРДДФ), с разделением потока воздуха за компрес

сором низкого давления (КНД) на внешний и внутренний, и смешением  потоков воздуха внешнего контура  с газами внутреннего контура 
за турбиной (рис. 2). 
 

 
Рис. 2. Принципиальная схема двигателя: 

КНД – компрессор низкого давления; КВД – компрессор высокого давления;  
ОКС – основная камера сгорания; ТВД – турбина высокого давления; ТНД – турбина низкого давления; ФКС – форсажная камера сгорания; РС – реактивное сопло; Fкр – критическое сечение реактивного сопла; Gв – расход воздуха; Gто –  
расход топлива в основной камере сгорания; Gтф – расход топлива в форсажной  
                                                                      камере 

Применение двухконтурной схемы значительно улучшило экономичность при полетах на дозвуковых и околозвуковых скоростях из-за 
меньших потерь кинетической энергии газовой струи по сравнению с 
одноконтурными двигателями. А высокие сверхзвуковые скорости достигаются использованием форсажных режимов с высокой степенью 
форсирования. 
Основные узлы двигателя: 
 13-ступенчатый двухкаскадный осевой компрессор; 
 кольцевая камера сгорания; 
 двухступенчатая, высокотемпературная турбина; 
 форсажная камера с регулируемым соплом. 
Компрессор включает в себя четырехступенчатый компрессор 
низкого давления (КНД), девятиступенчатый компрессор высокого 
давления (КВД) и промежуточный корпус. 
Компрессор состоит из статора и двух вращающихся в нем роторов. Статоры КНД и КВД соединены промежуточным корпусом, кото

рый разделяет поток воздуха за КНД на наружный и внутренний. Промежуточный корпус является основным силовым элементом двигателя. 
Устойчивая по помпажу работа компрессора обеспечивается: 
 скольжением роторов (разницей оборотов ротора высокого давления (РВД) и ротора низкого давления (РНД); 
 использованием второго контура для перепуска воздуха на малых приведенных оборотах nпр; 
 регулированием поворотных входного направляющего аппарата 
компрессора низкого давления (ВНА КНД) и направляющего аппарата 
компрессора высокого давления (НА КВД).  
Камера сгорания – кольцевая, состоит из корпуса с диффузором и 
жаровой трубы. Надежный розжиг в ней обеспечивается на высотах 
Н  12 000 м с подачей кислорода  в пусковые воспламенители. 
На корпусе основной камеры сгорания (ОКС) крепится струйная 
форсунка розжига форсажа. 
Турбина включает в себя турбину высокого давления (ТВД) и турбину низкого давления (ТНД). Все лопатки турбины пустотелые, 
охлаждаемые. Во втором контуре установлен воздухо-воздушный теплообменник (ВВТ), служащий для снижения температуры воздуха, 
охлаждающего лопатки турбины. 
На корпусе ВВТ установлена центробежная форсунка розжига 
форсажа. 
Форсажная камера – общая для двух контуров. В нее входят: смеситель потоков воздуха второго контура и газа первого, диффузор, 
форсажная труба и сверхзвуковое регулируемое сопло.  
Розжиг топлива в форсажной камере сгорания (ФКС) осуществляется «огневой дорожкой». При установке рычага управления двигателем (РУД) в форсажное положение через струйную и центробежную 
форсунки, расположенные последовательно в ОКС и за турбиной, 
кратковременно впрыскивается топливо. Оно воспламеняется и переносится через лопатки турбины к пусковому форсажному коллектору. 
Реактивное сопло – сверхзвуковое, всережимное с регулированием критического сечения Fкр. 
Для привода двигательных агрегатов вверху на промежуточном 
корпусе компрессора установлена коробка двигательных агрегатов 
(КДА). Двигатель оборудован системами: 
 топливной; 

 масляной; 
 отбора воздуха и охлаждения двигателей и генераторов; 
 автоматического дросселирования форсажа (АДФ); 
 прикрытия створок реактивного сопла (РС) на посадке; 
 дренажной; 
 системой запуска и кислородной подпитки; 
 системой предупреждения помпажа (СПП). 
Для привода самолетных агрегатов в отсеке каждого двигателя 
расположена выносная коробка агрегатов ВКА-99МК. ВКА соединяется с КДА гибким валом. 
Запуск двигателя на земле осуществляется турбостартером  
ГТДЭ-117-1, установленным на ВКА. 

1.2. УПРАВЛЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯМИ 

Управление двигателями осуществляется (рис. 3):  
 механически, от рычагов управления двигателями (РУД); 
 электромеханически, от переключателей ОБОРОТЫ ДВИГАТЕЛЕЙ БОЛЬШЕ – МЕНЬШЕ и кнопок СТОП на среднем сдвижном 
пульте (дублирующее управление);  

 автоматически от системы автоматического управления САУ-10В 
с помощью исполнительного механизма автомата тяги (ИМАТ). 
 

 

Рис. 3. Принципиальная схема системы управления двигателями: 

РУД – рычаг управления двигателем; ИМАТ – исполнительный механизм автомата тяги; САУ – система автоматического управления; ДЭМСУ – датчик электромеханической системы управления; МВД – механизм вращательного действия;  
                      НР – насос-регулятор; РСФ – регулятор сопла и форсажа 

Механическое управление 
Каждый РУД (рис. 3 и 4) посредством тросовой проводки  последовательно связан с герморедуктором вывода, механизмом вращательного действия МВД-5Е и «плавающим» узлом. «Плавающие» узлы тягами соединены с агрегатами регулирования основной камеры 
сгорания (ОКС) и форсажной камеры сгорания (ФКС, рис. 3).  
 

 
Рис. 4. Внешний вид рычага управления двигателем (РУД) 

РУД имеет упоры (рис. 5): стоп, малый газ (МГ), максимал (М), 
минимальный форсаж (МФ) и полный форсаж (ПФ). В положениях 
СТОП и МГ рычаг управления двигателем фиксируется гашеткой, а в 
положениях М и МФ – шариковым фиксатором. Для прохождения 
упоров М и МФ необходимо приложить к РУД усилие 70...100 Н. Положение ПФ ограничивается упором. 

Автоматическое управление 
При управлении от системы автоматического управления САУ-10В 
показания датчиков обратной связи (ДОС), расположенных в ИМАТ, 
и положение поводка насоса-регулятора (НР) сравниваются в САУ.