Несущий винт получает вращение от силовой установки через трансмиссию. От выбранной схемы зависят грузоподъемность машины, скорость полета, практический потолок и эксплуатационные расходы. Тип мотора определяют еще на этапе разработки воздушного судна с учетом его массы, назначения и условий применения. Для серийной вертолетной техники основными вариантами остаются поршневая и газотурбинная схемы.

Крутящий момент с выходного вала поступает на главный редуктор. Он уменьшает частоту вращения с нескольких тысяч оборотов до примерно 300-400 оборотов в минуту на втулке несущего винта. От трансмиссии также получают привод хвостовой винт, генератор, гидравлические насосы и другое оборудование. Между силовым агрегатом и коробкой передач устанавливают муфту свободного хода. При остановке мотора она разъединяет валы, после чего лопасти продолжают вращаться под действием набегающего потока. Такой режим авторотации позволяет выполнить посадку без тяги.

При сравнении силовых установок оценивают отношение мощности к массе, надежность, расход топлива и ресурс. Для легких машин важны доступная стоимость и простое обслуживание. Средним и тяжелым воздушным судам требуется больший запас мощности, особенно при эксплуатации в горах, жару или мороз.

Краткая история приводов

Первый практически пригодный вертолет с одним несущим винтом Sikorsky VS-300 поднялся в воздух в 1939 году. В 1942 году появился серийный R-4 с силовой установкой Warner мощностью 180 л.с. Конструкторы того периода использовали авиационные поршневые моторы, поскольку других компактных источников механической энергии с подходящим соотношением массы и отдачи практически не существовало.

Потенциал цилиндровой схемы оказался ограничен массой картера, цилиндров и системы охлаждения. Рост мощности приводил к увеличению веса всей конструкции. Перелом произошел после появления компактных газотурбинных установок, способных отдавать значительно больше энергии при сопоставимой массе. С 1960-х годов большинство средних и тяжелых машин оснащают ГТД, тогда как поршневая схема сохранилась преимущественно в легком классе.

Бензиновый привод с коленчатым валом

Устройство и применение

Легкий вертолет с поршневой силовой установкой чаще всего получает четырех- или шестицилиндровый оппозитный мотор с воздушным охлаждением. Установки Lycoming применяются на Robinson R22 и R44, Schweizer 300 и Enstrom 280. Их мощность составляет примерно от 124 до 260 л.с. На машинах Robinson вращение от коленчатого вала передается к трансмиссии через ременной привод и систему сцепления.

Основное топливо для таких моделей — авиационный бензин 100LL. Robinson R44 расходует около 55-60 литров в час и способен поддерживать крейсерскую скорость порядка 190 км/ч. Максимальная взлетная масса составляет примерно 1090 кг, а салон рассчитан на пилота и трех пассажиров.

Первые советские серийные винтокрылые машины также использовали бензиновые установки. На Ми-1 применялся девятицилиндровый АИ-26В мощностью 575 л.с., а Ми-4 получил четырнадцатицилиндровый АШ-82В на 1700 л.с.

Чем выигрывает такая компоновка

доступная стоимость воздушного судна по сравнению с газотурбинной машиной сопоставимого класса;
умеренные расходы на летный час благодаря относительно небольшому потреблению топлива;
возможность выполнять значительную часть сервисных операций непосредственно на аэродроме;
сравнительно простой запуск без обязательного применения сложного наземного оборудования.

Где она проигрывает

ограниченная мощность, которая уменьшает допустимую нагрузку и вместимость машины;
снижение отдачи по мере роста высоты из-за уменьшения плотности воздуха;
выраженные вибрации, увеличивающие нагрузку на конструкцию и влияющие на комфорт экипажа;
сравнительно небольшой межремонтный ресурс — для ряда установок Lycoming он находится около отметки 2000 часов.

Газотурбинная конструкция

Турбовальная силовая установка относится к газотурбинному типу. Основная энергия горячих газов в ней используется для вращения выходного вала, поэтому реактивная тяга играет второстепенную роль. Воздух проходит через компрессор, затем поступает в камеру сгорания и приводит во вращение турбинные ступени. Отдельная рабочая турбина передает мощность на трансмиссию и может конструктивно не иметь жесткой механической связи с компрессором.

В качестве топлива применяется авиационный керосин Jet A-1 или ТС-1. Диапазон мощности очень широк. На легких машинах он начинается примерно от 300 л.с., а два Д-136 тяжелого Ми-26 развивают по 11400 л.с. каждый.

Примеры силовых установок среднего класса можно увидеть на российских и зарубежных моделях. Ми-8 оснащается ТВ3-117 или ВК-2500, Ка-32 — ТВ3-117ВМА, Airbus H125 — Safran Arriel 2D, Bell 407 — Rolls-Royce 250. Семейство Pratt & Whitney Canada PT6 используется, в частности, на Bell 212 и Bell 412.

Широкое распространение такая схема получила в 1950-х годах. Французский Alouette II с Turbomeca Artouste стал первым серийным вертолетом соответствующего типа. В 1957 году тяжелый Ми-6 получил две установки Д-25В мощностью по 5500 л.с. Позднее семейство ТВ3-117 стало основой для ВК-2500 с увеличенной отдачей и более совершенной системой управления.

В чем сила газовой турбины

высокое отношение мощности к собственной массе — установка массой около 150 кг способна развивать более 600 л.с.;
сохранение рабочих характеристик на значительной высоте и в широком температурном диапазоне;
меньший уровень вибраций по сравнению с цилиндровой конструкцией;
возможность применения двух независимых силовых установок для повышения отказоустойчивости;
ресурс современных моделей, который в зависимости от типа и программы обслуживания может достигать нескольких тысяч часов.

Ограничения газовой турбины

высокая стоимость самой установки и капитального ремонта;
заметное потребление керосина на малых режимах;
необходимость квалифицированного технического персонала и специализированной диагностики;
чувствительность воздухозаборника к пыли, песку и обледенению.

Сравнение классов по основным параметрам

Выбор силовой установки тесно связан с массой и назначением воздушного судна. Легкие модели массой примерно до 1300 кг часто оснащают бензиновыми моторами. В среднем и тяжелом классе преимущественно применяют ГТД. Газотурбинную схему также выбирают для эксплуатации на больших высотах и в условиях, где требуется значительный запас мощности.

практический потолок многих легких машин находится около 4000 метров, а у более мощной техники может превышать 6000 метров;
бензиновые модели используют авиационный бензин 100LL, газотурбинные — керосин;
цена нового воздушного судна с поршневой установкой может начинаться примерно от 300 тысяч долларов, тогда как турбинная техника обычно стоит от 1 миллиона долларов;
R44 расходует порядка 55-60 литров топлива в час, H125 — около 180 литров керосина, а Ми-8 — примерно 600-700 килограммов.

Многовинтовые компоновки и число узлов

Количество силовых установок и схема передачи мощности зависят от конструкции машины. На Ка-32 два соосных несущих винта получают вращение от общей трансмиссии, к которой подключены два ТВ3-117ВМА. У американского Chinook с продольной схемой две газотурбинные установки мощностью около 4800 л.с. каждая работают через объединяющую трансмиссию. Ми-26 оборудован двумя Д-136 по 11400 л.с. и способен перевозить груз массой до 20 тонн.

Двухмоторная схема повышает запас отказоустойчивости. При остановке одной силовой установки оставшаяся может кратковременно работать с повышенной нагрузкой, позволяя экипажу выбрать подходящее место для посадки или продолжить полет в пределах предусмотренных ограничений. Одномоторные машины при полной потере тяги используют авторотацию.

Управление, запуск и защита

Современные газотурбинные установки часто оснащаются цифровой системой FADEC. Электроника контролирует температуру газов, частоту вращения и подачу топлива, снимая с пилота часть операций по управлению режимами. На более ранней технике многие параметры приходилось отслеживать вручную, а превышение допустимой температуры могло быстро повредить горячую часть.

Для защиты от обледенения воздухозаборник газовой турбины может подогреваться воздухом, отбираемым от компрессора. На карбюраторных авиационных моторах применяется собственная система подогрева. При высокой влажности и температуре около 0 градусов на элементах впускного тракта способен образовываться лед, что приводит к снижению мощности.

Большую роль играет главный редуктор, работающий под высокой нагрузкой. Магнитные датчики и пробки позволяют обнаружить металлические частицы в масле до возникновения серьезной неисправности. На одномоторных машинах силовой блок обычно располагают ближе к трансмиссии, а в двухмоторной схеме каждый источник мощности подключается к ней через собственный канал передачи вращения.

Зимний запуск и наземная подготовка

Низкая температура усложняет запуск и обслуживание воздушного судна. Масло становится более вязким, емкость аккумуляторных батарей снижается, меняются свойства топлива. При сильном морозе применяют наземный подогрев и защитные чехлы для отдельных систем. Газотурбинную установку раскручивает стартер-генератор от бортовой батареи либо внешнего источника питания. На Ми-8 запуск основных силовых блоков обеспечивает вспомогательная установка АИ-9В.

Поршневую машину перед взлетом прогревают на небольших оборотах до достижения необходимых температур. После этого контролируют давление масла и работу магнето — двух независимых систем зажигания, обеспечивающих резервирование.

Горючее и заправка

Авиационный бензин 100LL содержит тетраэтилсвинец, поэтому производители топлива и авиационной техники развивают варианты без свинцовых присадок. Керосин имеет более высокую температуру вспышки и отличается другими требованиями к хранению. Перед полетом из отстойников топливной системы отбирают пробу, проверяя отсутствие воды и механических загрязнений. Попадание примесей способно нарушить подачу топлива и вызвать остановку силовой установки.

Авторотация на практике

Аварийное снижение без тяги входит в программу подготовки пилотов. Во время тренировки инструктор имитирует отказ на безопасной высоте, после чего курсант уменьшает общий шаг. Набегающий поток продолжает вращать несущий винт, а накопленная в лопастях энергия используется на заключительном этапе для уменьшения вертикальной скорости.

Характеристики авторотации зависят от конструкции машины. У легких моделей с небольшим моментом инерции несущей системы реакция пилота должна быть быстрой. Более тяжелые лопасти дольше сохраняют запас кинетической энергии.

Шум и комфорт на борту

Цилиндровый мотор создает выраженные низкочастотные вибрации и пульсирующий звук. Например, в салоне R44 для комфортного общения обычно используют авиационные гарнитуры с шумоподавлением.

Газотурбинная установка формирует более высокочастотный звук и передает на конструкцию меньше вибраций. На продолжительных перелетах это влияет на комфорт пассажиров и экипажа, поэтому для деловой авиации данный фактор может иметь заметное значение при выборе модели.

Диагностика между полетами

В рамках технического обслуживания специалисты контролируют состояние компрессора, масла и трансмиссии. Для осмотра внутренних элементов применяется эндоскоп, а лабораторный анализ смазочных материалов позволяет выявлять повышенное содержание металлов.

Рост концентрации железа, меди и других продуктов износа способен указывать на проблемы с подшипниками или зубчатыми передачами задолго до полного отказа. Плановая диагностика дает возможность заменить компонент в предусмотренный срок и избежать незапланированного простоя.

Работа в жару и на высоте

Чем выше температура и высота над уровнем моря, тем ниже плотность воздуха. Несущему винту приходится работать в более разреженной среде, поэтому доступный запас мощности приобретает особое значение. В авиации сочетание этих факторов часто называют условиями «жарко и высоко».

Газотурбинные силовые установки лучше подходят для подобных режимов, поэтому их широко применяют в горной авиации и поисково-спасательных операциях.

Для первоначального обучения часто выбирают более легкие поршневые машины. Они быстрее реагируют на управляющие воздействия и позволяют снизить стоимость одного часа подготовки. После базового курса пилоты могут переходить на более сложную турбинную технику.

Срок службы и переборки

Ресурс авиационной силовой установки измеряют в часах наработки. Для отдельных компонентов устанавливают межремонтные и назначенные сроки. Например, многие модели Lycoming после примерно 2000 часов проходят капитальное обслуживание с дефектацией и заменой изношенных деталей.

Для Safran Arriel 2D применяется обслуживание с учетом фактического состояния и установленных производителем нормативов. Интервалы между отдельными видами работ могут достигать нескольких тысяч часов.

Фактический срок службы зависит от режимов эксплуатации, качества топлива и окружающей среды. Частые циклы запуска, работа в запыленной местности и превышение температурных ограничений увеличивают износ. Регламентная промывка проточной части, замена масла и контроль рабочих параметров помогают использовать установленный ресурс полностью.

Капитальный ремонт остается существенной статьей расходов. Восстановление или замена поршневой установки может стоить десятки тысяч долларов. Обслуживание газотурбинной техники обычно обходится дороже, хотя межремонтные интервалы у нее могут быть больше.

Новые направления

Авиационная отрасль развивает гибридные и электрические силовые схемы. Главным ограничением полностью электрических летательных аппаратов пока остается удельная масса аккумуляторов, влияющая на продолжительность и дальность полета.

В серийном вертолетостроении газовая турбина сохраняет позиции в среднем и тяжелом классе, а поршневая схема широко применяется на легких машинах. Отдельное направление связано с беспилотными аппаратами вертикального взлета. Компактные модели используют электромоторы, а для продолжительных миссий могут применяться бензиновые или малогабаритные газотурбинные решения.

Частые ошибки при выборе типа привода

покупка дорогой турбинной машины для редких коротких полетов, при которых высокая стоимость часа эксплуатации не оправдана;
выбор маломощной модели для постоянной работы в горах или в условиях высокой температуры;
оценка только цены воздушного судна без учета будущего обслуживания, ремонта и запасных частей;
отсутствие предварительной оценки места базирования и доступности необходимого топлива;
покупка подержанной техники без проверки истории наработки силовой установки и основных компонентов.

Вопросы и ответы

Почему на легких бортах не ставят турбины?

Малогабаритный ГТД обычно обходится дороже поршневого аналога сопоставимой мощности. Кроме того, на небольших режимах его расход топлива выше. Для четырехместной машины такая схема часто проигрывает по стоимости покупки и эксплуатации.

Можно ли переоборудовать модель с цилиндрами под турбину?

Простая замена силовой установки невозможна. Потребуются изменения трансмиссии, силового набора и других систем, а также подтверждение соответствия измененной конструкции авиационным требованиям. На практике рациональнее приобрести серийную модель с нужной схемой.

Как узнать остаток до переборки?

Наработка фиксируется в бортовой документации и формулярах компонентов. При покупке подержанной машины проверяют записи о часах работы, выполненных ремонтах и заменах. Серийные номера установленных узлов сверяют с документами, чтобы подтвердить их историю.

Как подобрать винтокрыл по типу привода

Для первоначального обучения, патрулирования и коротких перелетов с небольшой загрузкой часто подходят поршневые модели. Они доступнее при покупке и требуют меньших эксплуатационных расходов.

Для бизнес-перевозок, работы в горах, санитарных миссий и грузовых задач чаще выбирают газотурбинную технику. Такие машины способны перевозить большую нагрузку, развивают более высокую скорость и лучше сохраняют эксплуатационные характеристики в сложных условиях.

При выборе учитывают годовой налет. Если воздушное судно используется редко, более доступная поршневая схема способна оказаться экономически рациональнее. При интенсивной эксплуатации необходимо сравнивать затраты за весь срок владения, включая топливо, регламентные работы, капитальный ремонт и простой техники.

Условия базирования также влияют на итоговое решение. Для бензиновой модели требуется стабильное снабжение авиационным бензином, а газотурбинной технике необходим керосин и соответствующая сервисная инфраструктура. При работе в удаленных регионах поставки топлива, расходных материалов и запасных частей планируют заранее.

Помощь в выборе и эксплуатации воздушного судна

Подбор типа силовой установки необходимо связывать с задачами, маршрутами, годовым налетом и условиями базирования конкретного воздушного судна. Вертолетная компания «УРАЛХЕЛИКОМ» оказывает комплексные услуги по приобретению, доставке, регистрации, эксплуатации и техническому обслуживанию зарубежных вертолетов в России и странах СНГ.

Специалисты сопровождают клиента от выбора подходящей модели и комплектации до организации и обеспечения полетов. При подготовке проекта учитываются назначение воздушного судна, условия эксплуатации и требования заказчика.

Получить дополнительную информацию можно по телефонам +7 (343) 375-15-76 и +7 (343) 374-25-39. Электронные адреса: uralhelicom@yandex.ru и uralhelicom@uralhelicom.com.