Авиационный двигатель ПС-90А

Иноземцев А.А.
Нерадько А.В.

Коняев Е.А.

Медведев В.В. и др.

Авиационный

двигатель ПС-90А

МОСКВА

ФИЗМАТЛИТ ®

УДК 629.7.036.03(075.3)
ББК 39.55
А 20

Авиационный двигатель ПС-90А: А. А. Иноземцев, Е. А. Коняев, В. В. Медведев, А. В. Нерадько,
А. Е. Ряссов; Под ред. А.А. Иноземцева. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. — 320 с. — ISBN 978-5-9221-0718-1.

В книге представлено описание конструкции узлов и работы агрегатов функциональных систем авиационного
двухконтурного двигателя ПС-90А. Изложены краткие сведения по теории и особенностям организации рабочего
процесса в основных элементах турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД). Рассмотрены особенности
двигателя и даны сведения об опыте эксплуатации конкретных узлов и систем двигателя на предприятиях
гражданской авиации.
Пособие предназначено для использования в учебных заведениях и центрах по подготовке и переподготовке
инженерно-технического персонала для авиационной отрасли, а также на других предприятиях и в учебных
заведениях, в сферу интересов которых входит двигатель ПС-90А.

Р е ц е н з е н т ы:
доктор техн. наук А.В. Гребенкин, доктор техн. наук, проф. М.А. Нихамкин

Книга издана при финансовой поддержке ЗАО «Центр экологической безопасности
гражданской авиации», директор Картышев О. А.

ISBN 978-5-9221-0718-1
c⃝ А. А. Иноземцев, Е. А. Коняев, В. В. Медведев,
А. В. Нерадько, А. Е. Ряссов, 2007

 
Оглавление 


Оглавление

Предисловие.............................................................................................................................................................7
Принятые сокращения и обозначения ..................................................................................................................8
Символы и буквенные обозначения ......................................................................................................................9

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1. Схема, принцип работы и основные параметры ТРД ................................................................................11 
1.2. Рабочий процесс и основные параметры ТРДД ..........................................................................................14

Глава 2

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ДВИГАТЕЛЕ ПС-90А

2.1. Особенности конструкции .............................................................................................................................18
2.2. Основные технические данные двигателя ПС-90А .....................................................................................22
2.3. Основные эксплуатационные режимы работы двигателя ...........................................................................23
2.4. Эксплуатационные характеристики двигателя ............................................................................................26
2.5. Силовая схема двигателя ...............................................................................................................................30

2.6. Область эксплуатации двигателя ...................................................................................................................35

Глава 3

КОМПРЕССОР

3.1. Основы теории осевых компрессоров ..........................................................................................................38
3.2. Компрессор низкого давления (КНД) ..........................................................................................................43

3.3. Компрессор высокого давления ....................................................................................................................52

Глава 4

РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ КОРПУС И КОРОБКА ПРИВОДОВ

4.1. Общие сведения. Кинематическая схема приводов ....................................................................................66

4.2. Разделительный корпус ..................................................................................................................................68
4.3. Центральный привод ......................................................................................................................................68

4.4. Коробка приводов ..........................................................................................................................................70

Глава 5

КАМЕРА СГОРАНИЯ

5.1. Предъявляемые требования и особенности рабочего процесса .................................................................73

5.2. Общая характеристика камеры сгорания двигателя ПС-90А .....................................................................75
5.3. Конструкция камеры сгорания .....................................................................................................................77

5.4. Эмиссия загрязняющих веществ ...................................................................................................................81

Глава 6

ТУРБИНА

6.1. Основы теории рабочего процесса в турбине ..............................................................................................84

6.2. Общая характеристика конструкции узла турбины .....................................................................................87
6.3. Турбина высокого давления ..........................................................................................................................87
6.4. Турбина низкого давления ............................................................................................................................92

6.5. Охлаждение турбины ......................................................................................................................................95
6.6. Система активного управления радиальными зазорами в турбине ...........................................................98

 
Оглавление

Глава 7

РЕВЕРСИВНОЕ УСТРОЙСТВО. ЗАДНЯЯ ОПОРА ТНД.
НАРУЖНЫЙ КОНТУР И СОПЛО ДВИГАТЕЛЯ ПС-90А

7.1. Общие сведения о реверсивных устройствах ...............................................................................................99
7.2. Конструкция реверсивного устройства ................................................................................................ 101
7.3. Реверсивное устройство из полимерных композиционных материалов .........................................112
7.4. Гидросистема реверсивного устройства .....................................................................................................112
7.5. Опыт стендовых испытаний и эксплуатации РУ .......................................................................................133
7.6. Наружный контур двигателя .......................................................................................................................133
7.7. Задняя опора двигателя ПС-90А .................................................................................................................135

7.8. Реактивное сопло двигателя ........................................................................................................................ 137

Глава 8

СИСТЕМА ОТБОРА ВОЗДУХА

8.1. Назначение и выполняемые функции ........................................................................................................139
8.2. Отбор воздуха от КНД и КВД для основных систем двигателя ..............................................................141
8.3. Основные технические данные по отборам воздуха .................................................................................146

Глава 9

СИСТЕМЫ СМАЗКИ И СУФЛИРОВАНИЯ

9.1. Общая характеристика системы смазки двигателя ПС-90А .....................................................................149
9.2. Основные процессы, происходящие в системе суфлирования ................................................................154
9.3. Описание работы маслосистемы двигателя ...............................................................................................154
9.4. Основные технические данные системы смазки и суфлирования ..........................................................164
9.5. Основные агрегаты и узлы системы смазки и суфлирования ..................................................................167
9.6. Контрольные элементы (датчики, сигнализаторы) маслосистемы двигателя ........................................180
9.7. Особенности контроля состояния маслосистемы на самолетах Ил-96-300 и Ту-204 ............................182

Глава 10

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 

И ТОПЛИВОПИТАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ

10.1. Назначение и концепция построения САУ и ТП ...................................................................................183
10.2. Программы управления двигателем на основной автоматике (ОА) ......................................................185
10.3. Система топливопитания ...........................................................................................................................195
10.4. Состав основной автоматики ....................................................................................................................197
10.5. Система встроенного контроля .................................................................................................................209
10.6. Программы управления ПС-90А на резервной автоматике ...................................................................211

Глава 11

ПУСКОВАЯ СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ
 ДВИГАТЕЛЯ
ДВИГАТЕЛЯ

11.1. Общие сведения ..........................................................................................................................................212
11.2. Работа системы запуска при различных видах запуска ..........................................................................220
11.3. Назначение и основные технические данные воздушного стартера СтВ-5 ..........................................226
11.4. Назначение и конструкция основных агрегатов СтВ-5 ..........................................................................228
11.5. Система смазки стартера............................................................................................................................232
11.6. Работа стартера СтВ-5 ................................................................................................................................233

 
Оглавление 


Глава 12

БОРТОВАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

12.1. Назначение системы и перечень выполняемых функций ......................................................................236
12.2. Контролепригодность двигателя ПС-90А .................................................................................................236
12.3. Структура системы и основные технические решения ...........................................................................239
12.4. Характеристики системы БСКД-90 ..........................................................................................................246
12.5. Общие принципы работы системы БСКД-90 на объекте .......................................................................247
12.6. Работа агрегатов БСКД-90 .........................................................................................................................250
12.7. Средства самоконтроля системы ...............................................................................................................252
12.8. Режимы самоконтроля БСКД-90 ..............................................................................................................253
12.9. Описание и работа самолетных систем КИСС, МСРП, САС,

взаимодействующих с БСКД-90 ..............................................................................................................254

Глава 13

ДАТЧИКИ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ

13.1. Назначение датчиков и сигнализаторов ...................................................................................................256
13.2. Классификация датчиков и сигнализаторов ............................................................................................256
13.3. Конструкция и работа датчиков и сигнализаторов .................................................................................257

Глава 14

ДРЕНАЖНАЯ СИСТЕМА

14.1. Назначение, состав и блок-схема дренажной системы ...........................................................................272
14.2. Основные технические данные системы ..................................................................................................272
14.3. Принцип работы замкнутой системы дренажа ........................................................................................273
14.4. Принцип работы системы дренажа привода самолетных агрегатов ......................................................275
14.5. Принцип работы системы дренажа привода автономного генератора ..................................................276

Глава 15

ПРИВОД-ГЕНЕРАТОР ГП25(26)

15.1. Общие сведения ..........................................................................................................................................277
15.2. Основные узлы привода-генератора. Кинематическая схема привода

постоянных оборотов (ППО)....................................................................................................................277

15.3. Маслосистема привода-генератора ...........................................................................................................279

Глава 16

ТРУБОПРОВОДНЫЕ КОММУНИКАЦИИ. 

ЭЛЕКТРОПРОВОДКА ДВИГАТЕЛЯ

16.1. Трубопроводные коммуникации ...............................................................................................................294
16.2. Электрическая проводка двигателя ...........................................................................................................297

Глава 17

ПРОТИВОПОЖАРНАЯ СИСТЕМА ДВИГАТЕЛЯ

(на примере самолета Ту-204)

17.1. Общие сведения о противопожарной системе .........................................................................................305
17.2. Противопожарная система самолета Ту-204 ............................................................................................305
17.3. Противопожарная система двигателей и ВСУ самолета Ил-96-300 ......................................................310

 
Оглавление

Глава 18

ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ ПС-90А. 

НЕИСПРАВНОСТИ. МЕРЫ УСТРАНЕНИЯ

18.1. Общие сведения об отказах и неисправностях ........................................................................................313
18.2. Основные неисправности, выявленные в конструкции двигателя

при его эксплуатации ................................................................................................................................313

18.3. Неисправности систем, агрегатов .............................................................................................................316
18.4. Внедрение усовершенствованного электронного регулятора РЭД-90 ...................................................317

Список литературы ..............................................................................................................................................319



Модернизация существующего парка воз
душных судов, поступление в эксплуатацию 
таких самолетов, как Ил-96-300, Ту-204 и их 
модификаций, способствуют тому, что в настоящее время авиационный двигатель ПС-90А 
становится базовым в системе перевозок на 
внутренних и международных авиалиниях. 
ПС-90А – единственный в своем классе тяг 
сертифицированный отечественный двигатель, обеспечивающий самолетам, на которые 
он установлен, соответствие действующим 
нормам ИКАО по шумам. По уровню вредных выбросов двигатель также удовлетворяет 
современным и перспективным требованиям 
ИКАО.

Увеличение числа авиапредприятий, эксплу
атирующих ПС-90А, требует соответствующего 
учебно-методического обеспечения в существующей на воздушном транспорте системе подготовки и переподготовки летного и инженернотехнического персонала. Аналогичная задача 
актуальна и для системы подготовки кадров, 
существующей на заводе-изготовителе, а также 
для учебных заведений авиационной промышленности и гражданской авиации. В связи с этим 
работа по подготовке к изданию учебного пособия по этому двигателю является очень важной 
и своевременной.

Подход к изложению материала в книге со
ответствует правилам, общепринятым в работах подобного рода: вначале рассматриваются 
назначение, теоретические основы и принцип 
работы конкретного узла, затем дается описание 
конструкции агрегатов (компонентов систем) 
и анализируется последовательность их работы 
в конкретных условиях эксплуатации. Целесообразность такого подхода оправдана многолетним положительным опытом изучения конкрет
ной авиационной техники в учебных заведениях 
и центрах. Подробное описание конструкции 
каждого узла двигателя, элемента какой-либо 
системы сопровождается обширным иллюстративным и графическим материалом, что 
способствует лучшему пониманию и усвоению 
основного содержания изучаемой темы.

Совместная работа над пособием представи
телей гражданской авиации, конструкторского 
бюро и завода-изготовителя позволила наилучшим образом гармонизировать его содержание 
и объем с существующими программами изучения конкретной авиационной техники в учебных заведениях и центрах различной отраслевой 
принадлежности.

Авторы признательны специалистам КБ ОАО 
«Авиадвигатель» Панкову А.Г., Сорокину Ю.Н., 
Сафонову И.Г., Шайхутдиновой Л.В., Полатиди С.Х., Сунцову С.М., Коробовой Р.А., Колесниковой Л.С., Гузачеву Е.Т., Климову В.Н.,  
Бушуевой О.М., Тункину А.И., Крючкову Ю.А.,  
Трушникову Н.П., Микрюкову А.В., Горошенкину В.П., Сацкому Л.А., Медведеву А.В., Хрящикову М.С., Васильеву А.Н., Толмачеву В.А.,  
Трубникову В.А., Ведерникову А.П., Андрееву В.С., Лимонову С.В., Булатову В.Г., Апкину Р.Ш., Трубникову Ю.А., Саженкову А.Н., 
Бурдину В.В., Даниловичу А.С., Веселову В.Н., 
Блинову В.Г., Королеву В.Н., Чепкасову М.В.,  
Мелехину С.А., Полушкину В.М., Леготкину В.И. за подготовку материалов и ценные 
замечания, сделанные при чтении разделов 
рукописи, а также Кокшарову Н.Л. и Башкатову И.Г. за неоценимую помощь в организации 
подготовки пособия.
Генеральный конструктор  
OAO «Авиадвигатель»  
А.А. Иноземцев

ПРЕДИСЛОВИЕ

Генеральному конструктору 
Павлу Соловьеву,  
чье имя носит этот двигатель, 
посвящается...

 
 

Принятые сокращения и обозначения

АЗС 
— автомат защиты сети
АЦПУ 
— алфавитно-цифровое печатаю
щее устройство
АЦП 
— аналого-цифровой преобразова
тель
АнВ 
— аналоговый вывод
агр 
— агрегат
БС 
— бортовая сеть (электропитания) 
«+ 27 В»
БЦА 
— блок центробежных агрегатов
БМФ 
— блок маслонасосов с фильтром
БСКД 
— бортовая система контроля 

и диагностики двигателя
БППД 
— блок преобразования параметров 

двигателя
БОС ОПП — блок обработки сигналов опти
ческого пирометра
ВЗ СтВ 
— воздушная заслонка стартера
ВВТ 
— воздухо-воздушный теплообмен
ник 
ВМТ 
— воздухо-масляный теплообмен
ник
ВНА 
— входной направляющий аппарат 

КВД
ВСУ 
— вспомогательная силовая уста
новка
вкл 
— включен
выкл 
— выключен
выс 
— высокое (давление) — индекс
ВД 
— высокое давление
ВО 
— высокие обороты
ВТ 
— высокая температура
вибр 
— вибрация
ГП 
— привод-генератор
ГТД 
— газотурбинный двигатель

ГМ, 
ГМЧ САУ — гидромеханика, гидромехани
ческая часть САУ
Г/Ц 
— гидроцилиндр
Г/У 
— гидроусилитель
Г/Н 
— гидронасос
дискр. в. 
— дискретный вывод
ДИ 
— дозирующая игла
ДАД 
— датчик атмосферного давления
ДВИГ 
— двигатель (обозначение на табло)
Дв ВСП 
— двигатель вспомогательный 

(обозначение кадров КИСС)
Дв ОСН 
— двигатель основной (обозначе
ние кадров КИСС)
ДЧВ-2500 
— датчик частоты вращения 
 
 
«ДЧВ-2 500»
ЗБН 
— защищенный бортовой 

накопитель (бронекассета 
МСРП-А-0,2)
ЗПВ 
— заслонка перепуска воздуха
ЗПК 
— звукопоглощающие конструк
ции

ЗАП, зап 
— запуск
ИСИД 
— информационная система изме
рения давления
ИМ 
— исполнительный механизм
КИСС 
— комплексная информационная 

система сигнализации
КБН 
— кассетный бортовой накопитель 

(незащищенная кассета 
 
 
МСРП-А-0,2)
КВД 
— компрессор высокого давления
КНД 
— компрессор низкого давления
КПА 
— контрольно-проверочная аппа
ратура
КЗА 
— контрольно-записывающая ап
паратура
КПВ КВД — клапан перепуска воздуха КВД
КС 
— камера сгорания
ЛЗ 
— ложный запуск двигателя
ЛА 
— летательный аппарат
МГ 
— малый газ
МСРП 
— многоканальная система 
 
 
регистрации параметров 
 
 
МСРП-А-02
МСА 
— международная стандартная ат
мосфера
МЭВМ 
— микроЭВМ
НА 
— направляющий аппарат
НС 
— насосная станция
НР 
— насос-регулятор
Н1, Н2,…, Н13 — обозначение светосигнальных 

табло в кабине
ОТФ 
— основной топливный фильтр
САУ 
— система автоматического управ
ления
ОС 
— обратная связь
ОЗУ 
— оперативное запоминающее ус
тройство
ОТКЛ 
— отключен
ПНК, ПКН — пульт наземного контроля
ПКФ 
— прибор контроля фильтров
пит  
— электропитание
ПОС 
— противообледенительная систе
ма
ПЗУ 
— постоянное запоминающее уст
ройство
ПС 
— подпорная ступень КНД
ПК 
— пожарный кран
перегр 
— перегрев двигателя
ПУ 
— пульт управления двигателями 

в кабине экипажа
РА 
— резервная автоматика (ГМЧ 

САУ)
РВ, РV 
— регулировочный винт
РУД 
— рычаг управления двигателем 

(двигателями)
РУР 
— рычаг управления реверсом
РЛ 
— рабочая лопатка



РУ ПОС 
— распределительное устройство 

ПОС
РУ 
— реверсивное устройство
РЭД 
— регулятор электронный двига
тельный РЭД-90
РК 
— разделительный корпус двигате
ля
РП 
— роликовый подшипник
РИ 
— речевой информатор в кабине 

экипажа
РНД 
— ротор низкого давления
РВД 
— ротор высокого давления
рез 
— резерв
СЗТР 
— система защиты турбины двига
теля от раскрутки
СКВ 
— система кондиционирования 

воздуха самолета
САУ РЗТ 
— система автоматического управ
ления радиальными зазорами 
турбины

САУ РЗ КВД — система автоматического уп
равления регулировкой зазоров 
КВД
САУ 
— стандартные атмосферные усло
вия
САУ 
— система автоматического управ
ления
ССВ 
— система сдува вихря на самолете 

Ту-204
ССП 
— система сигнализации помпа
жа
СтВ 
— стартер воздушный СтВ-5
ССС СтВ 
— система сигнализации стружки 

СтВ-5
СА 
— спрямляющий аппарат, сопло
вой аппарат
САС 
— система автономной сигнализа
ции
СОИ 
— система отображения информа
ции в кабине экипажа
СУ 
— силовая установка

СТОП, СТОПСИГНАЛ 
— сигнал останова двигателя
с/л 
— сигнальная лампа
сл 
— слив
ТНД 
— турбина низкого давления
ТВД 
— турбина высокого давления
ТМТ 
— топливномасляный теплообмен
ник
ТМР 
— топливномасляный радиатор
ТХУ 
— турбохолодильная установка
ТВГ 
— температура выходящих газов
ТП 
– топливопитание двигателя
УФИ 
— усилитель-формирователь им
пульсов
УС 
— усилитель
УЗУ 
— ультразвуковая установка для 

промывки маслофильтров (пробоотборников)
ФС 
— фильтр-сигнализатор
ФТО 
— фильтр тонкой очистки
Ф 
— фильтр
ХП 
— холодная прокрутка
Х1, Х2,…, Х12 — обозначение электрических со
единителей на схемах
ЦВМ 
— цифровая вычислительная ма
шина
ЦВ СтВ 
— центробежный выключатель 

стартера
ЦБР 
— центробежный регулятор
ЦСО 
— центральный сигнальный огонь 

в кабине экипажа
ЧР 
— черезвычайный режим
ШР 
— штепсельный разъем (электри
ческий соединитель)
эл 
— электрический, электрическая 

цепь
ЭО 
— эксплуатирующая организация
ЭГМ САУ — электронно-гидромеханическая 

часть САУ
ЭМТ 
— электромагнитный клапан
ЭЧ 
— электронная часть

Символы и буквенные обозначения

А 
— ампер, единица силы тока
В 
— вольт, единица электрического 

напряжения

αвна, 
— угол установки лопаток ВНА

αруд 
— угол установки РУД, град

α 
— коэффициент избытка воздуха 

в камере сгорания, угол атаки
(мкм) 
— тонкость фильтрации фильтра, 

мкр
ди 
— перемещения дозирующей 

иглы

Gв 
— секундный расход воздуха, кг/сек

Gт 
— часовой расход топлива, кг/ч

Суд 
— удельный расход топлива, 
 
 
кг топлива/кг тяги в час

m 
— степень двухконтурности двига
теля

Мп, М 
— число Маха, число М полета

m 
— масса

nвд 
— частота вращения ротора ВД, 

об/мин

nв, nнд 
— частота вращения вентилятора, 

ротора НД, об/мин

âõ
p∗  
— давление заторможенного пото
ка воздуха на входе в двигатель, 
кгс/см2

êíä
p∗
 
— полное давление воздуха 
 
 
за КНД, кгс/см

â
p∗  
— полное давление воздуха за вен
тилятором, кгс/см2

ê
p∗ , 
— полное давление воздуха за КВД, 

кгс/см2

pн 
— атмосферное давление, кгс/см2

pт вх 
— давление топлива на входе 
 
 
в двигатель, кгс/см

pм 
— давление масла, кгс/см2

pсуфл 
— давление воздуха в полости суф
лирования, кгс/см

Qм 
— количество масла в маслобаке

R 
— тяга двигателя, кгс

Rуд 
— удельная тяга двигателя, кг тяги/

кг воздуха в секунду

Т, t 
— температура, К, °С соответ
ственно

tн 
— температура окружающего воз
духа, °С

âõ
t ∗  
— температура заторможенного 

потока воздуха на входе в двигатель, °С

Тв 
— температура заторможенного по
тока воздуха за вентилятором, К

êíä
T ∗  
— температура заторможенного 

потока воздуха за КНД, К

ê
T ∗  
— температура заторможенного 

потока воздуха за КВД, К

ñà
T ∗ , T ∗  
— температура заторможенного 

потока газа перед турбиной, К

Тл, tл  
— температура рабочих лопаток 

I ст. ТВД, К, °С соответственно

ò
T ∗ , òt ∗  
— температура заторможенного по
тока воздуха за турбиной, К, °С

Vпр  
— приборная скорость

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ

ТУРБОРЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ТРД)

Авиационные одноконтурные и двухкон
турные турбореактивные двигатели относятся 
к классу двигателей прямой реакции — таких, 
в которых рабочее тело, проходящее по тракту 
двигателя, участвует и в создании тяги.

Для того чтобы наиболее эффективно про
вести анализ особенностей работы двухконтурного ТРД, рассмотрим вначале рабочий процесс 
и основные параметры одноконтурного турбореактивного двигателя.

1.1. Схема, принцип работы и основные параметры ТРД

Схема одновального ТРД с характерной ин
дексацией сечений представлена на рис. 1.1.

Атмосферный воздух (рабочее тело) посту
пает в компрессор через входное устройство. 
В полете во входном устройстве осуществляется предварительное сжатие воздуха за счет 
частичного преобразования скоростного напора в потенциальную энергию набегающего 
потока. Процесс сжатия воздуха продолжается 
в компрессоре за счет подвода к нему внешней 
работы. В установленной за компрессором 
камере сгорания к рабочему телу подводится количество теплоты, которое выделяется 
в процессе химической реакции окисления 
впрыскиваемого топлива кислородом воздуха. 
Далее высокотемпературный поток сжатого 
газа направляется в турбину, где происходит 
его частичное расширение. Газ, расширяясь 

в турбине, отдает часть своей энергии в форме 
механической работы на вал турбины, которая 
приводит во вращение компрессор. Процесс 
окончательного расширения газа завершается 
в реактивном сопле. Скорость газа на выходе 
из двигателя значительно превосходит скорость 
потока воздуха на входе в него. Увеличение количества движения (импульса) потока рабочего 
тела в ТРД происходит в результате действия 
на него сил по всему тракту двигателя. Равнодействующая этих сил и представляет собой тяговое усилие, необходимое для осуществления 
полета самолета.

Сущность ТРД как тепловой машины за
ключается в том, что в нем за счет подводимого 
в камере сгорания количества теплоты имеет место прирост кинетической энергии потока, который и является полезной работой двигателя.

Основное назначение ТРД — создание тя
гового усилия, обеспечивающего перемещение 
летательного аппарата в пространстве. Эффективная тяга представляет собой равнодейству
ющую всех сил давления и трения, которые 
приложены к внутренним и внешним поверхностям двигателя:

Rэф = Rвн — Rнар

1.1.1. Тяга ТРД

Глава 1

Рис. 1.1. Схема турбореактивного двигателя

Для определения Rвн запишем уравнение 

количества движения для потока воздуха (газа), 
проходящего через проточную часть двигателя 
от сечения Н — Н до С — С:

вõ

н

н
н
вн
с
с
г
с
в

F

F

p F
pdF
R
p F
G C
G V
+
+
−
=
−
∫

где dF — проекция элемента боковой поверхности двигателя на плоскость, перпендикулярную 
направлению полета самолета; Gг – расход газа 
через двигатель. 

Из последнего выражения

вõ

н

вн
г
с
в
с
с
н
н

F

F

R
G C
G V
p F
p F
pdF
=
−
+
−
− ∫

Равнодействующая всех сил, действующих 

на наружные поверхности двигателя

с

нар
тр

вõ

F

F

R
pdF
X
=
+
∫

где Хтр — равнодействующая сил трения. Тогда

с

н

эф
г
с
в
с
с
н
н
тр
(
)
(
)

F

F

R
G C
G V
p F
p F
pdF
X
=
−
+
−
−
−
∫

После перехода от абсолютных давлений 

к избыточным с использованием очевидного 
тождества

с

н

н
н
с
н
(
)
0

F

F

p dF
p
F
F
−
−
≡
∫

получим следующие выражения для Rэф

с

н

эф
г
с
в
с
с
н

н
тр

(
)
(
)

(
)

F

F

R
G C
G V
F
p
p

p
p
dF
X

=
−
+
−
−

−
−
−
∫

Сумма первых двух слагаемых

г
с
в
с
с
н
(
)
(
)
R
G C
G V
F
p
p
=
−
+
−

называется внутренней тягой, получаемой при 
условии, что давление по поверхности внешнего 
контура распределено равномерно, трение отсутствует и р = рн. Сумма последних двух слагаемых

с

н

н
тр
(
)

F

F

X
p
p
dF
X
Σ =
−
+
∫

представляет собой силу, действующую на внешние поверхности двигателя при неравномерном 
распределении давления и наличии трения.

Расход газа

г
в
отб
т
в
отб
т
(
)
(1
)(1
)
G
G
G
G
G
g
q
=
−
+
=
−
+
,

где gотб = Gотб / Gв — относительная доля отбираемого из двигателя воздуха; qт = Gт / (Gв — Gотб) — 
относительный расход топлива.

Тогда внутренняя тяга

в
отб
т
с
с
с
н
[(1
)(1
)
]
(
)
R
G
g
q C
V
F
p
p
=
−
+
−
+
−
.

При полном расширении в реактивном сопле 

(pс = pн) статическая составляющая тяги равна 0.

Величину XΣ рассматривают как внешнее 

сопротивление гондолы силовой установки 
и определяют по результатам аэродинамических 
расчетов и испытаний.

1.1.2. Идеальный и действительный циклы ТРД

Напомним, что циклы ВРД как тепло
вых двигателей являются прямыми циклами, 
в результате протекания которых происходит 
преобразование части подведенного количества теплоты в работу и отдача части теплоты 
теплоприемнику (внешней среде).

При заданных условиях сравнения анализ 

идеального цикла двигателя позволяет оценить 
потенциальные возможности его действительного цикла. В исследованиях идеальных циклов 
все процессы, образующие цикл, принимают
ся обратимыми; рабочее тело рассматривается 
как идеальный газ неизменного состава, массы 
и постоянной теплоемкости.

В идеальном цикле ТРД — цикле Брайтона — 

процессы сжатия и расширения принимаются 
идеальными и изэнтропическими, а процессы подвода и отвода теплоты — изобарными 
(при постоянном давлении). Основными параметрами цикла являются

к
н
/
p
p
∗
π =
— степень повышения давления;

г
н
/
T
T
∗
δ =
 — общая степень подогрева.

 
Основные положения теории турбореактивных двигателей 
13

Теоретическая работа цикла определяется 

как разность подведенного и отведенного количеств теплоты.

н(
)(1
1/ )
t
p
l
q
q
c T
e
e
1
2
=
−
=
δ −
−

где 
(
1) /
k
k
e
−
= π
; k = cр / cv — показатель адиаба
ты; cр и cv удельные теплоемкости соответственно при постоянном давлении и объеме.

Термический КПД цикла представляет собой 

отношение полезного эффекта (теоретической 
работы) к понесенным затратам (подведенному 
количеству теплоты q1)

(
1) /

2
1
ç    
1
(
/
)
1
(1/
)
k
k

t
q
q
−
η =
−
=
−
π

Из выражений для lt и ηt следует, что для увели
чения полезной работы цикла и его КПД необходимо увеличивать оба параметра цикла 
(π и δ). Это подтверждается и всей историей 
двигателестроения.

В действительных циклах ВРД все термоди
намические процессы необратимы, т.к. сопровождаются трением и неравновесным теплообменом, химическими реакциями, протекающими в течение конечного промежутка времени, 
а также изменением физических свойств рабочего тела. В итоге действительные циклы всегда 
необратимы.

Необратимость циклов приводит к тому, 

что даже при реализации заданных значений 
параметров цикла (π и δ) эффективность действительного цикла (полезная работа и КПД) 
значительно ниже, чем у идеального цикла. 
На рис. 1.2 представлен действительный цикл 
ТРД в координатах р — v и i — s. Здесь i и s — 
соответственно удельные энтальпия и энтропия 
рабочего тела.

Основными параметрами эффективнос
ти цикла являются эффективная работа le
и эффективный КПД ηе. Эффективная работа 

представляет собой действительный прирост 
кинетической энергии рабочего тела и определяется как разность подводимого и отводимого 
количеств теплоты или действительных работ 
расширения и сжатия (см. рис. 1.2):

2
2

c

1
2
p
c
2

e

C
V
l
q
q
l
l
−
=
=
−
=
−

Отличие действительных работ расширения 

и сжатия от адиабатных будем учитывать с помощью КПД процессов расширения ηр = lр / lад р
и сжатия ηс = lад с / lс, а

ад с

ад р
р

с

e

l
l
l
=
η − η
.

Тогда с учетом того, что

г
г
(
1) /

c

ад 
г
г

г

1

k
k

р
р

p
l
c T
p

−

∗

∗







=
− 








(
1) /

к

ад c
н

н

1

k
k

р

p
l
c T
p

−
∗






=
−









,

получаем

н
р
c
(1
1/ )(
/
)
e
p
l
c T
e
a
e
=
−
δη −
η
,

г
г
(
1) /

г
c
г

(
1) /

н
к

1
(
/
)

где 
1,03-1,06

1
(
/
)

k
k

р

k
k

р

c
p
p

a

c
p
p

−
∗

∗
−



−


=
=


−



Из последних выражений видно, что, 

в отличие от теоретической работы идеального 
цикла, эффективная работа действительного 
цикла зависит не только от параметров цикла 

(
1) /
k
k
e
−
= π
 и δ, но также от КПД процессов сжа
тия и расширения и свойств рабочего тела, которые при заданных π и δ снижают величину le
по сравнению с lt. Кроме этого, снижаются 
значения πopt при которых величина le достигает 
максимума [1,2].

Рис. 1.2. Действительный цикл ТРД

Глава 1

1. Эффективный КПД. Эффективный КПД 

характеризует совершенство ТРД как тепловой 
машины. Он учитывает гидравлические потери по тракту двигателя, потери от неполноты 
сгорания топлива и потери тепла с отходящими газами qII = cp  (Tc — Tн) в соответствии 
со вторым законом термодинамики. Как и термический КПД идеального цикла, эффективный КПД действительного цикла определяется 
отношением полезной работы к внесенному 
в двигатель количеству теплоты, т.е.

вн

e

e

l
q
η =
,

где 
вн
1
c
 ср
г
к
c
c
/
(
) /
; 
p
q
q
c
T
T
∗
∗
=
ξ =
−
ξ
ξ — коэф
фициент полноты сгорания топлива. С учетом 
зависимости le и qвн от параметров цикла двигателя выражение для эффективного КПД можно 
записать так:

н
р
c

c

ср
н
 с

(1
1/ )(
/
)

[
1
(
1) /
]

p

e

p

c T
e
a
e

c
T
e

−
δ −
η
η =
ξ
δ −
−
−
η

Как видно, в отличие от термического КПД 

идеального цикла эффективный КПД реального цикла зависит от КПД процессов расширения и сжатия, свойств рабочего тела, а также 
и от другого параметра цикла — общей степени 
подогрева δ. Оптимальная степень повышения 
давления в цикле, соответствующая максимуму ηе, больше степени повышения давления, 
при которой эффективная работа цикла наибольшая, т.е. 

 max
e
opt
η
π
> π
.

2. Тяговый (или полетный) КПД. Тяговый 

КПД характеризует двигатель как движитель 
и оценивает эффективность преобразования 
располагаемой работы двигателя в полезную 
тяговую работу, затрачиваемую на перемещение 
летательного аппарата. Он учитывает потери 

кинетической энергии с отходящими газами 

2

c
(
) / 2
C
V
−
 и определяется как отношение 

тяговой работы к эффективной работе:

уд
c

2
2

c
c
c

(
)
2
2

(
) / 2
1
/

R

e

R V
C
V V
V

l
C
V
C
V
C
V

−
η
=
=
=
=
−
+
+

Отметим, что оптимальные степени повы
шения давления в двигателе, соответствующие 
максимальным значениям le и ηR, совпадают.

3. Общий (или полный) КПД. В полете эффек
тивность преобразования химической энергии, 
вносимой топливом, в тяговую работу оценивается полным КПД двигателя:

уд

0

вн

e
R

R V

q
η =
= η η ,

который является критерием его экономичности. Оценивать и сравнивать экономичность 
двигателей по другому, наиболее широко используемому параметру — удельному расходу 
топлива можно только при одинаковых значениях скорости полета (или на стенде).

Удельный расход топлива показывает, сколь
ко топлива расходуется двигателем в единицу 
времени на заданной скорости полета для создания тяги, равной 1Н:

т

уд

0

3600
3600

u

G
V
C
R
H
=
=
η .

При работе двигателя на стенде V = 0 и 

η0 = 0. Поэтому в выражении для Суд получается неопределенность. В этом случае Суд можно 
определить иначе:

c

уд

с

3600
3600
3600
2
/(
)
2
u
e
R
u
e
u
e

C
V
C
H
H
V
C
V
H
=
=
=
η η
η
+
η

Для современных двигателей величина Суд

составляет 0,056 — 0,06 кг/(Н ч).

1.1.3. Коэффициенты полезного действия ТРД

1.2. Рабочий процесс и основные параметры ТРДД

Двухконтурным турбореактивным двига
телем (ТРДД) называют двигатель, в котором 
часть свободной энергии термодинамического цикла внутреннего (первого) контура 
передается компрессору (вентилятору) наружного (второго) контура. По сравнению 
с ТРД ТРДД выгодно отличается повышенной 
топливной экономичностью, большей тягой 
на дозвуковых скоростях полета, пониженным уровнем шума и другими показателями. 
На рис. 1.3 представлена схема ТРДД с раздельным истечением потоков из внутреннего 
и наружного контуров.

К основным параметрам ТРДД относят
ся:
— расход воздуха через двигатель

в
в1
в2
в1(1
)
G
G
G
G
m
Σ =
+
=
+
,

где m = Gв2 / Gв1 — степень двухконтурности;

— тяга двигателя

в1
уд1
уд2
       
(
)
R
R
R
G
R
mR
1
2
=
+
=
+
,

где Rуд1 =Сс1 — V, Rуд2 = Сс2 — V.

— удельная тяга

в1
уд1
уд2
уд1
уд2

уд

в
в1
в2

(
)

1

G
R
mR
R
mR
R
R
G
G
G
m
Σ

+
+
=
=
=
+
+

— удельный расход топлива

т

уд

уд

3600 q
С
R
=
,

поскольку 
т1
т1

т

в1
в2
1

G
q
q
G
G
m
=
=
+
+
,

тогда 
т1

уд

уд1
уд2

3600
q
С
R
mR
=
+
.