Двигатель для перспективного самолёта-штурмовика – турбореактивный двигатель Р-195

1.

Двигатель для перспективного самолёташтурмовика – турбореактивный двигатель Р-195

2.

Турбореактивный двигатель Р-195
Основание для выполнения разработки эскизно-технического проекта
Эскизно-технический проект турбореактивного двигателя Р-195 для перспективного самолёта-штурмовика выполнен
в соответствии с Техническим заданием ТЗ №89-9/3-157-14.
Состояние разработки двигателя Р-195
Акт №70/686101 государственных стендовых испытаний турбореактивного двигателя Р-195 утверждён
Главнокомандующим Военно-Воздушными силами СССР А. Ефимовым 23 декабря 1986 года.
Документация на двигатель Р-195
Подлинники документации переданы в 1987 году на ОАО «УМПО» в соответствии с
- Приказом Министра авиационной промышленности № 189 от 21.04.1987 года;
- Решением № Р-23-87 Министерства авиационной промышленности-Управления Заказчика от 18.09.1987 года;
-Решением № 1139 от 28.10.1987 года.
Состояние производства двигателя Р-195
Серийно производился на ОАО «УМПО» с 1987 года. Производство приостановлено в 1992 году.
Основные конструктивные особенности двигателя
Турбореактивный одноконтурный двухвальный двигатель с 8-ми ступенчатым компрессором, трубчато-кольцевой
камерой сгорания, двухступенчатой турбиной, нерегулируемым реактивным соплом с развитым центральным
телом, охлаждаемым забортным воздухом.
Установка двигателя на самолёты-штурмовики семейства Су-25 позволила:
— обеспечить спецхарактеристики;
— повысить тяговооружённость самолёта;
— обеспечить требуемую энерговооружённость самолёта;
— повысить эксплуатационную технологичность.
Эксплуатационные характеристики двигателя соответствуют
представленным в техническом отчёте 195ДВСХ-01.
Габаритный чертёж двигателя разработан на основе электронного габаритного макета двигателя.

3.

Турбореактивный двигатель Р-195
Параметр
Температура воздуха на входе, Т*1, К
Давление воздуха на входе, p*1, МПа
(кг/см2)
Частота вращения РНД, n1 % (об/мин)
Частота вращения РВД, n2 % (об/мин)
Расход воздуха, G1, кг/с
Степень повышения полного давления *К
Давление воздуха за компрессором, p*2,
МПа (кг/см2)
Температура воздуха за компрессором, Т*2,
К
Коэффициент полноты сгорания в КС, z
Температура газа перед турбиной, Т*3, К
Температура газа за турбиной, Т*4, К
Давление воздуха за турбиной, p*4, МПа
(кг/см2)
Тяга, Р, кН (кгс)
Удельный расход топлива, СУД, кг/(кН ч)
[кг/(кгс ч)]
Максимальный режим Взлётный режим («ЧР») Крейсерский режим
(«М») Н=0, М=0
Н=0, М=0
Н=0, М=0,6
288,15
288,15
308,9
0,1013 (1,033)
0,1013 (1,033)
0,1292 (1,318)
100,5 (11210)
99,8 (11340)
66,0
9,0
104 (11600)
102,1 (11600)
67,3
9,35
80,8 (9015)
88,1 (10010)
54,5
5,1
0,8512 (8,68)
0,8884 (9,06)
0,6129 (6,25)
609
626
538
0,985
1188
890
0,985
1250
928
0,980
900
668
0,2020 (2,06)
0,2099 (2,14)
0,1530 (1,56)
41,77 (4260)
44,42 (4530)
13,72 (1400)
89,23 (0,875)
92,29 (0,905)
132,57 (1,3)

4.

Оценка возможности увеличения
тяговых характеристик
50
На двигателе Р-195 на режиме «Максимал» возможно
увеличение тяги до 47,07 кН (4800 кгс) путём уменьшения
площади критического сечения сопла на 7 % от значения
данной площади для двигателя Р-195. Данное мероприятие
приводит к уменьшению запаса газодинамической
устойчивости, при высокой температуре газа на выходе из
камеры сгорания Т*3, что существенно повлияет на
ресурсные
показатели
и
надёжность
двигателя.
Ожидаемый ресурс двигателя Р-195 составит не более
1500 ч (из них на режиме «Максимал» не более 50 ч)
P, кН
45
1323 К
Норма ОТД
40
35
1 150
1 200
1 250
1 300
T*3, К 1 350
dКу, %
18
1 350
T*3, К
Р-195
Т*3max=1323 К
16
1 300
14
Норма ОТД Р-195
1 250
12
1 200
10
1 150
8
1 100
1 950
Не менее 15%,
норма ОТД Р-195
вариант
уменьшения Fкр
6
2 000
2 050
2 100
2 150
2 200
2 250
FКР, см2
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
Тяга, кН

5.

Оценка возможности увеличения
тяговых характеристик
Увеличение тяги данным путём потребует
разработки нового реактивного сопла с
уменьшенной площадью и
введения в
систему
автоматики
ограничителя
температуры
50
Р, кН
вариант
уменьшения Fкр
45
1 350
40
Р-195
1 300
35
0,00
СУД, кг/кН ч
М
0,50
Т*3 max=1323
Т*3, К
вариант
уменьшения Fкр
1,00
130
120
вариант
уменьшения Fкр
1 250
Р-195
110
Р-195
1 200
100
90
80
0,00
1 150
0,50
М
1,00
0,0
0,5
М
1,0

6.

Оценка возможности снижения
удельного расхода топлива
СУД, кг/кН ч
105
FКР
T*3=1388 К
=0,183 м2
Проведённое расчётное исследование показало,
что двигатель не располагает возможностями
снижения удельного расхода топлива.
Уменьшить удельный расход топлива возможно
только увеличением суммарной степени
повышения полного давления в компрессоре до
13,
что
потребует
полной
переделки
компрессора и двигателя в целом
100
FКР = 0,203 м2
T*3=1310 К
95
Режим "ЧР"
FКР=0,223 м2
90
Р-195 FКР=0,220 м2
Режим
"М"
85
35
40
45
50
P, кН 55
145
CУД,
кг/кН ч
100
CУД,
кг/кН ч
T*3=1300 К
140
95
135
Крейсерский
режим Р-195
130
90
Р-195 FКР=0,220 м2
125
FКР=0,223 м2
85
8
120
15
Р-195. Режим "М"
T*3=1188 К
FКР=0,183 м2
FКР=0,203 м2
10
Р-195. Режим "ЧР"
T*3=1250 К
20
P, кН
25
9
10
11
12
13
14
*KS15

7.

Оценка параметров и конструктивных
двигателя Р-195 при установке сопла
двигателя Р95Ш
Параметры сопла
Р95Ш
Р-195
Расход на входе на режиме ЧР, G4
66,57
68,58
Давление на входе р4*, МПа (кг/см2)
0,2406 (2,454)
0,2550 (2,600)
Температура на входе Т4*, К
880
940
Степень понижения давления газа на максимальном режиме πс
2,376
2,516
Максимальный диаметр по наружному контуру Dмах, мм
734,5
805
Длина, мм
920,5
1100 (с трубой)
Масса, кг
43,8
72
принято при расчете ВСХ
2226,0
2200,0
по чертежу
2239,6
2217,3
2276…2296
2276…2296
нет
130
Не предусмотрены
Предусмотрены
Эффективная площадь критического сечения mFкр.с, см2
Площадь критического сечения Fкр.с
, см2
Диаметр центрального тела dц.т., мм
Мероприятия обеспечению спецхарактеристик
Реактивное
сопло двигателя
Р95Ш
после стендовой отладки
Реактивное
сопло двигателя
Р-195

8.

Оценка параметров и конструктивных
двигателя Р-195 при установке сопла
двигателя Р95Ш
Параметр
Двигатель Р-195
с соплом Р95Ш
с соплом Р-195
Тяга P, кН (кгс)
41,09 (4190)
44,42 (4530)
Удельный расход топлива СУД, кг/(кН·ч) [кг/(кгс ч)]
91,06 (0,893)
92,29 (0,905)
Расход воздуха на входе в двигатель GВХ, кг/с
66,70
67,30
Частота вращения РНД n1,%
104,0
104,0
Частота вращения РВД n2,%
100,4
102,1
Степень повышения полного давления компрессоре *К
9,14
9,35
Температура газа в горле СА ТВД Т*Г, К
1200
1250
Изменение уровня
ИК-излучения в
диапазоне длин волн
λ=3,5-5,5 двигателей
(в относительном
виде, за 1 принят
уровень ИКизлучения двигателя
Р95Ш):
В связи с изменением условий
эксплуатации сопла двигателя Р95Ш в
составе
двигателя
Р-195
для
повышения
ресурса
работы
реактивного
сопла
необходима
конструктивная доработка сопла.
Индикатрисы
ИК-излучений
в диапазоне
длин волн
λ=3,5-5,5
двигателей:

9.

Предложения по применению
альтернативных двигателей
Двигатель
Страна/Разработчик
Год разработки
Тяга, кН
Dmax, мм
Состояние в производстве
Trent RB.203
Великобритания/Роллс-Ройс
1965
43,31
1100
Не производится
AE3012
Великобритания/ Роллс-Ройс (Аллисон)
Нет данных
45,03
1225
Не производится
E - 300AF
Египет/ИГАО
Нет данных
45,13
1200
Не производится
RB.193-12
Великобритания/Роллс-Ройс/Ман
1968
45,22
940
Не производится
F404-GE-400D
США/Дженерал Электрик
1986
47,97
884
Не производится
XJ.99
Великобритания/Роллс-Ройс
Нет данных
44,49
Нет данных
Не производится
Двигатель
Страна/Разработчик
Год разработки
Тяга, кН
Dmax, мм
Состояние в производстве
Максимальный диаметр превышает габаритный размер двигателя Р-195
TF34-GE-100
США/ Дженерал Электрик
1968
41,20
1270
Не производится
TF34-GE-2
США/ Дженерал Электрик
1965
41,20
1270
Не производится
TF34-GE-400А
Дженерал Электрик
Нет данных
41,20
1270
Не производится
Spay Junior RB.183-2
Великобритания/
Роллс-Ройс
Нет данных
43,85
920
Не производится
(Mk.555-15)
Нет данных
44,15
1670
Не производится
1973
44,83
1640
Не производится
Великобритания,Франция/
M.45-S
M.45-SD-02 (RB.410D-8)
Роллс-Ройс/ Снекма
Великобритания,Франция/
Роллс-Ройс/ Снекма
Максимальный диаметр не превышает габаритный размер двигателя Р-195
J52-P- 8A (JT8B-3)
Канада/ Пратт Уитни оф Канада
Нет данных
41,40
762
Не производится
Р95Ш (изд. 95Ш)
Россия/ ОАО «НПП «Мотор»
1975
40,22
772
Не производится
Р-195 (изд. 195)
Россия/ОАО «НПП «Мотор»
1985
42,18
805
Не производится

10.

Предложения по применению
альтернативных двигателей
Вкачестве альтернативного варианта может быть рассмотрен проект двигателя Р-199Ш, разработки ОАО «НПП
«Мотор».
Двигатель пятого поколения Р-199Ш обеспечивает:
— соответствующие современным требованиям спецхарактеристики;
— удельные параметры, соответствующие двигателям пятого поколения;
— модульность конструкции;
— современные ресурсные показатели;
— эксплуатацию по техническому состоянию в соответствии с СУР-2.
Габаритно-стыковочные размеры и узлы подвески двигателя Р-199Ш соответствуют двигателю Р-195.

11.

Предложения по применению
альтернативных двигателей
Двигатель
Параметр
Р-195
Р-199Ш
Н=0, М=0, САУ
P, кН
(кгс)
CУД, кг/(кН ч) [кг/(кгс ч]
m
GВS , кг/с
*КS
Т*Г, К
44,42
(4530)
92,28 (0,905)
–
66,0
9,0
1250
H=200 м, М=0,6, ВХ=1
P, кН (кгс)
13,72 (1400)
CУД, кг/(кН ч) [кг/(кгс ч]
132,57 (1,3)
Конструктивные характеристики
Схема
3+5 1+1
DВХ, мм
678
DДВ, мм
805
2880 (до среза
LДВ, мм (от фланца входа до среза сопла)
центрального тела)
есть, включается при пуске
Наличие противопомпажной системы
спецснаряжения
49,03
(5000)
74,95 (0,735)
0,55
66,0
24,77
1641
13,72 (1400)
82,70 (0,811)
3+5 1+1
678
772
2288
есть
Реактивное сопло с мероприятиями по
обеспечению спецхарактеристик
есть
есть
Ресурс, часов
Межремонтный ресурс, часов
МДВ, кг
Удельный вес ДВ, кг/кН
2000
500
855
19,25
3000
500
700
14,28
Учитывая то, что двигатель Р-195 не
обладает реальными возможностями по
снижению удельного расхода топлива и
повышению
тяги
без
изменения
конструкции,
а двигатели данного
класса тяги в настоящее время не
производятся, предлагаемый вариант
двигателя
является
единственным
альтернативным вариантом. Двигатель
Р-199Ш
позволяет
улучшить
эксплуатационные
характеристики
самолёта
при
сохранении
существующих габаритных размеров
двигателя и узлов подвески.

12.

Предложения по применению
альтернативных двигателей
Сопоставление высотно-скоростных характеристик двигателей Р-195 и Р-199Ш

13.

Предложения по модернизации
системы автоматического
регулирования
Разработка новой САР, на базе электронного цифрового регулятора, представляется технически и
экономически нецелесообразной. Двигатель имеет простую схему и, как следствие, простые программы
регулирования.
Достоинствами существующей пневмогидравлической системы автоматического регулирования также является
высокая степень доводки, надёжность и устойчивость к электромагнитным возмущениям.
Предложения по модернизации:
1. Заменить устанавливаемые на двигатель Р-195 датчики частоты вращения типа ДТЭ-5 на датчики
частоты вращения типа ДЧВ-2500 для увеличения надёжности работы системы измерения частоты за счёт
отсутствия в датчике движущихся механических частей и повысить точность измерения.
Установка датчиков частоты вращения типа ДЧВ-2500 потребует доработки коробки агрегатов и насоса
откачки масла из передней опоры двигателя.
Для применения двигателей Р-195 с датчиками типа ДЧВ-2500 на перспективном самолёте-штурмовике
необходимо доработать многофункциональный индикатор, обеспечить вход сигнала и его запись на бортовые
устройства регистрации, а также разработать цифровый пульт проверки электроавтоматики взамен БИ37-587У
(возможно с функциями программно-аппаратного комплекса диагностики и контроля (ПАК ДК-95Ш(195))).
2. Установить на двигатель Р-195 датчики измерения давления и температуры на входе, давления воздуха
за компрессором и датчики вибрации для применения в составе комплекса диагностики на базе КАРАТ-Б-25,
аналогичного ПАК ДК-95Ш (195) с целью управления остаточным ресурсом изделия при эксплуатации по СУР-2.
.

14.

Турбореактивный двигатель Р-195
Показатели надёжности двигателя Р-195 за период 2009-2013 г.
Суммарная наработка парка двигателей Р195 с 2009 по 2013 г
1229
1553
36
2009
29
2010
3111
4000
3066
1319
2000
40
2011
68
0
Суммарная наработка, ч
64
Количество двигателей, шт
2012
2013
Количество двигателей, шт
2009
36
2010
29
2011
40
2012
68
2013
64
Суммарная наработка, ч
1229
1553
1319
3111
3066
Год
Обозначение
показателя
надежности
2009
2010
2011
2012
2013
Наработка на отказ двигателя в полете,
выявленный экипажем или бортовой
регистрирующей аппаратурой
ТоП, ч
Нет отказов
Нет отказов
Нет отказов
Нет отказов
Нет отказов
Наработка на суммарную неисправность
ТС , ч
Нет отказов
Наработка на полный отказ двигателя
Наработка на досрочный съем двигателя
с летательного аппарата с изъятием с
эксплуатации
ТВП, ч
Нет отказов
1553 (выше нормы
в 4 раза)
Нет отказов
3066 (выше нормы
в 8 раз)
Нет отказов
ТДСД,ч
Нет отказов
Нет отказов
3111 (выше нормы
в 8 раз)
Нет отказов
3111
(выше нормы в 1,5
раза)
Наименование показателя
надежности
Нет отказов
Нет отказов
Нет отказов
Двигатели Р-195 отличаются исключительно высокой надёжностью.
3066 (выше нормы
в 1,5 раза)

15.

Анализ возможности увеличения
назначенного ресурса двигателя
Р-195 до 3000 часов
Двигатель Р-195 имеет следующие ресурсные показатели:
– назначенный ресурс двигателя 2000 часов;
– гарантийный ресурс двигателя 500 часов (из них суммарное время наработки на максимальном и
чрезвычайном режимах не более 62,5 часов);
– ресурс при эксплуатации по техническому состоянию 1000 часов (из них суммарное время
наработки на максимальном и чрезвычайном режимах не более 75 часов, на чрезвычайном режиме не более 15
часов);
– межремонтный ресурс 500 часов.
2 двигателя прошли стендовые испытания на ресурс 3000 часов и 2000 часов для подтверждения
назначенного ресурса 2000 часов в соответствии действующей на момент испытаний нормативной
документацией.
Для установления назначенного ресурса 3000 часов в соответствии с действующей на сегодня
нормативной документацией необходимо провести проверочные расчёты ДСЕ двигателя на полный
назначенный ресурс 3000 часов, в том числе с учётом выполнения ряда конструктивных изменений (рабочие
лопатки и диски 1-2 ступеней компрессора, рабочие лопатки и диск турбины первой ступени и др.) для
обеспечения высокой надёжности двигателя.
Для подтверждения назначенного ресурса 3000 часов следует провести испытания не менее двух
двигателей с наработкой в ходе испытаний для каждого двигателя не менее 7500 часов.

16.

Перечень ЭРИ, агрегатов и материалов
иностранного производства
Наименование агрегата
Насос
двигательный
Обозначение
агрегата
ДЦН-96
центробежный
Топливоподкачивающий насос
Предприятие-изготовитель
ОАО «Днепропетровский агрегатный завод»
49052, Украина,
ДЦН44С-ДТ
г. Днепропетровск, ул. Щепкина, 53
Анализ технической документации агрегатов свидетельствует о возможности освоения производства
агрегатов в условиях опытного завода ОАО «НПП «Мотор» с привлечением литейного производства
ОАО «УМПО».
Предприятие обладает необходимой лицензией на право разработки, производства и ремонта
топливных насосов (код ЕКПС 2915).
Приобретения дополнительного станочного оборудования не требуется. Требуется модернизация
лабораторной установки для испытаний насосов. По предварительной оценке годовая программа
выпуска агрегатов каждого наименования составит порядка 60 шт.

17.

Оценка возможности применения
привод-генератора ГП-38
Исходные данные для оценки получены исходящим письмом К22/529 от 27.01.2014 ОАО «ОКБ Сухого». В письме
указано, что исходные данные получены в результате испытаний и предварительной проработки привод-генератора
ГП-38.
Привод-генератор ГП-38 предполагается установить вместо используемого на серийном двигателе Р-195 приводгенератора переменного тока ПГЛ40-СМ.
Предварительная проработка показала необходимость доработки коробки агрегатов, а также уточнения габаритных
размеров привод-генератора.
Параметр
Длина, мм
Габаритные размеры в поперечном сечении, мм
Масса, кг
Частота вращения, об/мин
ПГЛ40-СМ
ГП-38
478,5
407
225±2 на 212±2
Ø 186
25
23
18352
18352 или 18984 или 19189
ОАО «ОКБ Сухого» письмом №
К22/2979 от 10 апреля 2014 (наш
входящий 1284 от 11.04.2014)
уведомило наше предприятие, что
работы по применению приводагенератора ГП-38 на перспективном
самолёте-штурмовике временно
прекращены и об их возобновлении
будет сообщено дополнительно.

18.

Предложения по модернизации
противопомпажной системы ЭСВС
По опыту эксплуатации системы ЭСВС (ДВС, ПВС) на самолётах Су-25СМ ложные срабатывания
системы происходили по причине:
– поступления в ПВС ложной информации о величине колебаний давления за компрессором, связанной
с нарушениями в линии соединения ПВС с датчиком ДВС;
– выдачи ложных сигналов «Срыв» преобразователем ПВС при его работе на самолёте в условиях
повышенной влажности и попадания влаги.
Для исключения указанных причин ложных срабатываний системы ЭСВС на перспективном самолётештурмовике предлагается:
– убрать из КПА двигателя Р-195 жгут проводов к датчику ДВС;
– соединение датчика ДВС с преобразователем ПВС, устанавливаемым на объекте, выполнять единым
объектовым жгутом проводов (без дополнительных стыковок) для исключения ложных сигналов, связанных с
возможными дефектами пайки проводов в соединителях;
– преобразователь ПВС устанавливать на самолёте в месте, защищённом от попадания влаги.

19.

Заключение
Учитывая то, что, двигатель Р-195 не обладает реальными возможностями по
снижению удельного расхода топлива и повышению тяги без изменения конструкции, кроме
того он не удовлетворяет требованиям «Нормативов технического уровня авиационных
газотурбинных двигателей», разработанным ЦИАМ, для двигателей 5 поколения по
следующим показателям:
– по удельному расходу топлива на крейсерском режиме на 38 %;
– по удельной массе на 90 %;
– по назначенному ресурсу на 50 %,
небольшую потребность в двигателях для ПСШ в период до 2020 года (примерно 20
двигателей в соответствии с исх. № К9/11781 от 19.12.2013 ОКБ Сухого),
а также что, двигатель Р-199Ш позволяет улучшить эксплуатационные характеристики
самолёта при сохранении существующих габаритных размеров двигателя и узлов подвески
предлагается:
использовать двигатель Р-195 как двигатель первого этапа для ПСШ
и ОКБ Сухого проработать возможность применения двигателя Р-199Ш – как
двигателя второго этапа.

20.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
ОАО «НПП «Мотор»
450039, Россия, г.Уфа
ул. Сельская - Богородская, д. 2
тел: (347) 238-86-65,
факс: (347) 238-16-00
E-mail: [email protected]