Турбовинтовой ТВ7-117С, созданный на базе вертолетного двигателя, используется на самолетах местных авиалиний, их грузовых вариантах и военно-транспортных воздушных машинах. Как и все отечественные разработки рубежа тысячелетий, имеет непростую историю. Из-за политических и экономических событий последнего десятилетия интерес к этому двигателю возрос.
В конце 1980-х годов воздушные перевозки на местных и средних линиях Союза пользовались большой популярностью, их объем уверенно рос. Работавшие на этих рейсах самолеты, например турбовинтовой Ан-24, уже не вполне справлялись с пассажиропотоком. К тому же это были машины «в возрасте», и из-за выработки ресурса их парк стал сокращаться. ОКБ С. В. Ильюшина выступило с предложением создать им на замену более вместительный, 60–70-местный самолет с большей крейсерской скоростью и экономичностью – Ил-114. В это время аналогичными проектами занимались многие зарубежные компании. Для Ил-114 нужен был турбовинтовой двигатель нового поколения.
Выбор остановили на ТВ7-117, разработать который поручили Ленинградскому НПО им. В. Я. Климова под руководством генерального конструктора А. А. Саркисова. В министерстве гражданской авиации поддержали инициативу ОКБ Ильюшина. И хотя предприятие было сильно загружено – здесь делали дальнемагистральный Ил-96-300, проектировать Ил-114 начали параллельно. В 1986 году работа получила официальный статус: вышло постановление Совета министров, в котором содержались весьма оптимистичные планы. Самолет должен был выйти на линии в 1991 году, причем построить планировалось 1500 экземпляров, чтобы заменить не только Ан-24, но и турбореактивные Як-40 и Ту-134.
В техническом задании на Ил-114 оговаривались такие особенности, которых у зарубежных машин того же класса не было. Главное отличие – возможность эксплуатироваться с относительно коротких грунтовых взлетно-посадочных полос и работать автономно в малооборудованных аэропортах, каких в небольших советских городках было предостаточно. То есть предусматривалась способность самолета обходиться без наземных источников питания, используя вспомогательную силовую установку для получения воздуха и электроэнергии, и без других аэродромных средств (в том числе иметь встроенный трап). Всё это расширяло географию использования Ил-114. Кроме того, самолет должен был иметь неплохую грузоподъемность и дальность для своего класса: с 60 пассажирами – 1000 км, а с коммерческой нагрузкой 1,5 тонны – 4800 км. Такие характеристики позволяли применять его в том числе в районах Арктики и Антарктики, где авиация остается единственным видом транспорта. Были намерения построить на базе Ил-114 патрульную модификацию, океанский разведчик рыбы, самолет ледовой разведки. Соответственно, требования к двигателю тоже были специфическими.
Из воспоминаний Генриха Васильевича Новожилова: «В процессе выбора двигателя для этого самолета я дважды летал в Ленинград к С. П. Изотову. Он в то время уже сильно болел и приезжал на предприятие из больницы. Каждая из таких встреч длилась по несколько часов, за которые нам удавалось обсудить с ним множество технических и организационных вопросов. В итоге на заводе имени В. Я. Климова начались работы по созданию двигателя TB7-117» Генеральный конструктор А. А. Саркисов / Коровин В. Н. – М., 2016
Двигатель, подготовленный для Ил-114, получил название ТВ7-117С. Он выполнен модульным (редуктор, верхняя и нижняя коробки приводов, центральный привод, осевой компрессор, турбокомпрессор, свободная турбина, выходное устройство). Модули можно заменять в условиях аэропорта, дополнительная балансировка при этом не требуется. Редуктор расположен в передней части двигателя, имеет схему замкнутой планетарной передачи. В него входит планетарная ступень с тремя шестернями-саттелитами, ступень перебора с пятью промежуточными зубчатыми колесами, вал воздушного винта и механизм измерителя крутящего момента. Входной корпус, литой из титанового сплава, образует канал подвода воздуха в компрессор. Передняя опора компрессора упругая, типа «беличье колесо», с радиально-упорным шариковым подшипником.
Компрессор – однокаскадный, осецентробежный. Корпус задней опоры компрессора отлит из титана. Роликовый подшипник имеет демпфер. Входной направляющий аппарат и направляющие аппараты первых двух ступеней – поворотные. Есть клапан перепуска воздуха. Центробежная ступень компрессора состоит из входного направляющего аппарата, центробежного колеса, корпуса, паяно-сварных лопаточного диффузора и спрямляющего аппарата. Модульную сборку обеспечивают косые шайбы.
Камера сгорания – кольцевая, противоточная. Расположена между спрямляющим аппаратом компрессора и корпусом опор. Розжиг обеспечивают две свечи зажигания. Во фронтовом устройстве жаровой трубы установлены восемнадцать лопаточных двухконтурных воздушных завихрителей, каждый из которых обеспечивает качественный распыл топлива.
Турбина компрессора – двухступенчатая. Сопловой аппарат первой ступени охлаждается конвективно-пленочным способом с применением дефлектора во второй полости, а его лопатки спаяны в единый кольцевой венец. Сопловой аппарат второй ступени и рабочие лопатки обеих ступеней охлаждаются конвективным способом.
Свободная турбина тоже двухступенчатая. Её ротор – консольный, двухопорный. Рабочие лопатки обеих ступеней – неохлаждаемые; выполнены с бандажными полками и удлиненными «ёлочными» хвостовиками. Статор состоит из двух цельнолитых сопловых аппаратов, заключенных в корпус. Их лопатки неохлаждаемые. Уплотнения над бандажными полками рабочих лопаток свободной турбины изготовлены в виде сотовых вставок. В полость между двойными стенками наружного корпуса подводится охлаждающий воздух.
Корпус опор – цельносварной. В нём установлены подшипники задних опор роторов турбокомпрессора и свободной турбины – роликовый и шариковый. В двигателе широко используются графитовые уплотнения.
Для контроля параметров установлены датчики, которые измеряют параметры двигателя, преобразуют их в электрические сигналы и выдают в бортовую систему контроля и диагностики. Она обрабатывает сигналы, поступающие от датчиков по комплексу программ, и выводит информацию на бортовые средства индикации и регистрации. Двигатель ТВ7-117С работает с шестилопастным реверсивно-флюгерным винтом диаметром 3,6 метра.
Из воспоминаний Владимира Станиславовича Петрова, главного специалиста дирекции программ ГТД и СУ ОАО «Климов»: – Двигатель TB7-117 получился, но трудности в его доводке были, они заключались в том, что сюда по схемному решению перекочевали все накопившиеся дефекты вертолетного TB3-117. В итоге проблемы, решенные на этом двигателе, снова заявили о себе дефектами на ТВ7-117, созданном на основе идеи модульной конструкции и с межвальным подшипником. Один из них – износ лопаток коксом, образующимся в камере сгорания. Этим почти невесомым пеплом металл передней кромки лопатки начисто стачивало через двадцать часов работы двигателя. Установить это удалось разборкой машины прямо на стенде. За разборку я получил выговор от генерального конструктора, но иначе пагубную роль кокса было не установить – при перевозке он рассыпался подчистую, и следы «преступления» исчезали... Мы изменили подачу воздуха, и это прекратило образование кокса. Долго боролись и с проблемой вибрации на TB7-117, которая «вылезала» на каждом десятом образце. Причин было много, но основная – сбивка соосности в определенном режиме работы, предопределенная трехопорной схемой. Генеральный конструктор А. А. Саркисов / Коровин В. Н. – М., 2016
По своей экономичности двигатель превзошел многие зарубежные аналоги. Она обеспечивается высокими параметрами термодинамического цикла и высокой эффективностью узлов: КПД компрессора – более 81%, турбины – более 88%, свободной турбины – 92%, полнота сгорания топлива – 0,99. Производить ТВ7-117С начали на Московском машиностроительном предприятии им. В. В. Чернышёва.
К сожалению, «жизненный путь» этих двигателей, как и многих других авиационных разработок переломных 90-х, был нелегким. Опытный самолет Ил-114 с двумя двигателями ТВ7-117С на крыле совершил первый полет 29 марта 1990 года (командир экипажа – В. С. Белоусов). Началась планомерная доводка самолета и двигателя. На этапе испытаний, как это часто бывает, возникали и нештатные ситуации.
Из воспоминаний Владимира Станиславовича Петрова: – В процессе опытной эксплуатации двигателя на самолете был случай, когда разрушились практически все лопатки силовой турбины ТВ7-117. Летчик этого не понял, уяснив лишь, что при одинаково стоящих РУДах двигатели выдают разную мощность. Целый час пилот «экспериментировал» с оборотами, пытаясь уравнять мощность правого и левого двигателей. Кончилось тем, что перед самой посадкой на табло появился сигнал «стружка в масле» и аварийный двигатель был остановлен. На земле посмотрели двигатель и только покачали головами, а ведь машина работала даже в таком виде целый час! В конце концов, разобрались и с этим дефектом, переделав опору и ряд других элементов конструкции. Генеральный конструктор А. А. Саркисов / Коровин В. Н. – М., 2016
Один из испытательных полетов закончился трагедией. 5 июля 1993 года Ил-114 взлетел с аэродрома Раменское с нарастающими углами крена и атаки. Дело было в том, что сразу после отрыва от земли винт второго двигателя самозафлюгировался из-за сбоя в электронном блоке управления. В итоге самолет вышел на срывной режим, столкнулся с землей и загорелся. Погибли 7 из 9 членов экипажа. После катастрофы финансирование программы, и так довольно скудное, сократилось еще больше. Проект Ил-114 рисковал превратиться в долгострой.
Изготавливать Ил-114 изначально собирались в узбекской Фергане, в филиале ТАПОиЧ. Но в конце 1980-х годов там обострились межнациональные конфликты, и подготовку к серийному производству начали в Ташкенте.
На первых порах планы были смелыми: выпускать около 120 таких самолетов в год. Но уже в 1991 году на весь отечественный авиапром было выделено в три раза меньше средств, чем в 1990-м. В ОКБ С. В. Ильюшина деньги в первую очередь вкладывали в создание Ил-96-300, так как этот проект ближе подошел к этапу сертификации. Ил-114 финансировали по остаточному принципу.
Ценой огромных усилий к 1997 году всё-таки построили 10 машин, провели все необходимые испытания и получили сертификат типа АР МАК на самолет и на двигатель. После этого Ил-114 совершил показательный перелет по городам России. Некоторые авиакомпании сделали предварительные заказы, но позже не подтвердили их из-за охватившего страну финансового кризиса. Уровень жизни населения, а вместе с ним и рынок местных авиаперевозок, стремительно падал.
Коммерческая эксплуатация Ил-114 с двигателями ТВ7-117С началась в Узбекистане 27 августа 1998 года рейсом Ташкент – Самарканд – Ташкент. Основная версия самолета рассчитана на перевозку 64 пассажиров на расстояние до 1000 километров с крейсерской скоростью 500 км/ч. Много внимания конструкторы уделили снижению уровня шума, как в кабине, так и на окружающей местности. Например, воздушные винты снабдили системой синхронизации вращения по частоте и фазам. Зазор между концами лопастей и фюзеляжем увеличили, двигатели разнесли по размаху крыла.
Механизация крыла и хвостовое оперение сделаны так, чтобы обеспечить безопасность взлета при отказе одного из двигателей и возможность эксплуатировать самолет на взлетно-посадочных полосах длиной менее 1600 метров. На основе пассажирского с этими же двигателями был создан грузовой вариант Ил-114Т, который задумывался как замена для Ан-26. Он способен перевозить грузы массой до 7 тонн в контейнерах и грузовых поддонах на малые и средние расстояния.
Мотогондолы этого самолета сделали более короткими, чем у базовой модели. Планировалось, что это позволит уменьшить вес и улучшить летные характеристики. Но это решение оказалось неудачным и больше не применялось. Впервые Ил-114Т поднялся в небо в сентябре 1996 года. Построили всего два экземпляра этой модификации. Двигатель ТВ7-117С постепенно совершенствовался. Уже в серии 2 в конструкции компрессора появилось закрытое центробежное колесо, благодаря которому взлетная мощность выросла на 10%. Кроме того, был введен чрезвычайный режим и уменьшен удельный расход топлива. Двигатели снабдили новой цифровой системой автоматического регулирования и контроля типа FADEC БАРК-65. Винт получил лопасти улучшенной аэродинамики.
В 2002 году была сертифицирована следующая модификация – ТВ7-117СМ, тоже оснащенная новейшей системой автоматического управления. Другие изменения были направлены на повышение надежности, упрощение технического обслуживания и ремонта. Эти двигатели устанавливались на летающей лаборатории Ил-114ЛЛ и модификации Ил-114-300, которая пока не дошла до этапа эксплуатации. Конкуренцию ей составила версия Ил-114-100 с канадскими двигателями Pratt & Whitney Canada.
После 2014 года программа Ил-114-300 обрела второе дыхание. У авиакомпаний накопились нарекания к зарубежным региональным самолетам, которые не всегда справляются с работой в суровых климатических условиях и на плохо оборудованных аэродромах. Поэтому производство Ил-114 решили возобновить, причем организовать его в России, на базе РСК «МиГ». Николай Таликов, главный конструктор ПАО «Ил», оценил потребность страны в этих самолетах в 500 машин и сообщил, что в серию они будут запущены к 2023 году. На них уже будет стоять современная модификация ТВ7-117СТ.
Разработчики дали двигателю ТВ7-117СТ название «Богатырь». Он отличается еще большей мощностью (3000 л. с. на взлётном режиме и 3600 л. с. на чрезвычайном) и меньшим удельным расходом топлива (в среднем он на 15% лучше, чем у зарубежных аналогов). Благодаря возможностям двигателя самолеты с ним смогут взлетать с полос длиной до 1300 метров. ТВ7-117СТ применяется с новым винтом большей производительности, который позволяет улучшить лобовую тягу. И винт, и двигатель имеют единую систему автоматического управления, которую разработали в компании «ОДК-Климов». Это повышает эффективность силовой установки. В сентябре 2016 года начались стендовые испытания ТВ7-117СТ, а через год он поднялся в воздух в составе летающей лаборатории Ил-76ЛЛ.
«Богатырь» полностью изготавливается из российских комплектующих. Производить его планируют в широкой кооперации предприятий ОДК. В первую очередь ТВ7-117СТ пойдет на военно-транспортный самолет Ил-112В, а уже потом им будет оснащаться пассажирский Ил-114-300. Ил-112В предназначен для транспортировки и десантирования легких образцов вооружения и военной техники, грузов и личного состава. Возможно его коммерческое использование в качестве небольшого «воздушного грузовика». Этот самолет должен заменить основную «рабочую лошадку» легкой военно-транспортной авиации России – Ан-26, возраст которого перевалил за 50 лет.
Интересно, что новый «Ил» мог появиться целых 25 лет назад. Его проектирование началось в первой половине 1990-х по собственной инициативе ОКБ им. Ильюшина. Запустить в серию базовый вариант Ил-112 планировали аж в 1994 году, но средств на это не хватило.
Вторая попытка пришлась на 2000 год, но опять же из-за недостатка финансирования работы приостановили. Через четыре года удалось подготовить эскизный проект и макет самолета, их представили Министерству обороны. Проект одобрили, его учли в государственных планах. Но в 2011 году Ил-112 снова постигла неудача. Программу его создания заморозили, сборку первого экземпляра прекратили.
Возможными причинами были затягивание сроков, причем как по самолету, так и по двигателю, и необходимость дальнейших больших вложений. Минобороны отдало тогда предпочтение грузовым Ан-140. Но в 2014 году Украина разорвала сотрудничество с Россией в авиастроении. Техническое обслуживание самолетов «Ан» российских Воздушно-космических сил превратилось в проблему. Острая потребность в новом легком военном «транспортнике» отечественного производства заставила вернуться к проекту Ил-112.
Производство организовали на ПАО «ВАСО». Опытные образцы сразу решили изготавливать на серийной оснастке, чтобы быстрее наладить серийный выпуск. Планировалось, что в 2017 году Ил-112В с двумя двигателями ТВ7-117СТ, установленными на высоко расположенном крыле, отправится в свой первый испытательный полет. Но это случилось только 30 марта 2019 года (командир экипажа – Н. Д. Куимов).
По основным характеристикам Ил-112В и Ан-26 довольно близки, но всё же это машины разных поколений. Благодаря экономичности двигателей топливная эффективность нового «Ила» в 2,4 раза выше. Он способен использоваться на относительно коротких взлетно-посадочных полосах с грунтовым покрытием. Строится самолет только из отечественных комплектующих.
Основной недостаток Ил-112В в том, что он получился перетяжелённым. Избыточная масса пока не позволяет получить требуемую грузоподъемность. В интервью изданию «Аргументы недели» Николай Таликов сказал: «Да, мы перетяжелили самолёт. Тут есть объективные причины – в авиационной промышленности прошла смена поколений конструкторов. Пополнение шло слабенькое, технические вузы потеряли популярность. <…> Как говорил сам Сергей Владимирович Ильюшин, самая трудная задача – создание коллектива и его сохранение. В настоящего специалиста "молодой" превращается через пять лет. Таковых маловато, но мы стараемся воспитывать новых сотрудников в ильюшинском духе, чтобы люди въехали в работу, и, самое главное, удержать их на фирме». Вообще, доводка, то есть устранение проблем, которые выявились во время испытаний, – это нормальный этап создания самолета. Чтобы снизить массу Ил-112В, разработали план мероприятий, среди которых перекомпоновка конструкции, внедрение композиционных материалов и другие.
Семейство ТВ7-117 очень разнообразно. Кроме турбовинтовых самолетных, оно включает в себя и турбовальные двигатели для вертолетов (ТВ7-117В и ТВ7-117ВК), и приводы морских силовых установок для высокоскоростных катеров (ТВ7-117К), и модификации промышленного назначения – для энергоустановок (ТВ7-117Е).
Одна из интересных разработок – проект ТВ7-117СФ для криоплана Ту-136. Этот двигатель должен был работать на сжиженном газе.
«У двигателей семейства ТВ7-117 – сложная судьба, которая во многом отражает новейшую историю отечественного авиационного двигателестроения, – отметил… исполнительный директор АО «Климов» Александр Ватагин. – Первые самолетные модификации проектировались в годы отраслевого кризиса, практически на одном энтузиазме разработчиков. Сегодня, когда созданы благоприятные условия для развития отечественной науки, технологий и производства, мы можем с еще большей отдачей использовать наш опыт».
Если планам разработчиков, производителей и руководителей отрасли больше ничего не помешает, в 2025 году ОДК изготовит до 100 двигателей семейства ТВ7-117.