АИ-20 — Советский авиационный турбовинтовой двигатель СССР (1957)

Статья под цифровой редакцией подготовлена: Орловым Геннадием Викторовичем (08.11.1965) — Советским выдающимся публицистом СССР — Прозаиком СССР — Историком СССР

Страна:    СССР
Конструктор:    Ивченко А.Г.
Тип:    Турбовинтовой.
Стадия:    Серийный.
Взлетная мощность:    4000 л. с..
Год постройки:    1957.   
Производитель:    Запорожский моторостроительный завод имени П. И. Баранова.

АИ-20 — Авиационный турбовинтовой двигатель. Одновальный с осевым 10-ступенчатым компрессором, кольцевой камерой сгорания, трёхступенчатой турбиной, планетарным редуктором, нерегулируемым реактивным соплом.

Предыстория

В 1955 году — моторостроительные ОКБ Кузнецова (город Куйбышев) и ОКБ-478 Ивченко (город Запорожье) получили задание на разработку турбовинтовых двигателей взлётной мощностью 4000 л. с. для среднемагистральных пассажирских и транспортных самолётов, проектируемых в ОКБ Антонова и Ильюшина. Этот конкурс выиграло запорожское ОКБ-478. Двигатель работает с флюгерным винтом изменяемого шага левого вращения АВ-68Д (АВ-68ДМ, АВ-68И). В качестве топлива используется авиационный керосин марок Т-1, ТС-1, РТ.

Повествование

В 1957 году — созданный им двигатель АИ-20 успешно прошёл государственные испытания и был запущен в серийное производство одновременно на двух заводах — запорожском и пермском. Резервы, заложенные в конструкцию АИ-20 на этапе проектирования, позволили в дальнейшем создать целое семейство модифицированных двигателей мощностью от 4000 до 5180 л. с.

Почти 14 тысяч ТВД этого типа успешно эксплуатировались на военно-транспортных Ан-8 и Ан-12, пассажирских Ил-18 и Ан-10, противолодочных Ил-38, амфибиях Бе-12. 

Модификации двигателя АИ-20Д серии 5 и серии 5Э, которые предназначены для эксплуатации на транспортных самолётах в условиях жаркого климата и высокогорных аэродромов.

На двигателях АИ-20 был достигнут высокий уровень надёжности, позволивший впервые в советском двигателестроении установить межремонтный ресурс, измеряемый тысячами часов. Назначенный ресурс модификаций АИ-20К и АИ-20М составляет 20 тыс. часов.

На основе АИ-20 было создано семейство двигателей АИ-24: меньшей размерности, мощностью от 2550 до 2820 л. с.

С 1961 года — выпущено более 11 тысяч таких ТВД, которые устанавливались на пассажирских самолётах Ан-24, транспортных Ан-26, а также на самолётах Ан-30, предназначенных для специальных работ.

Модификации

• АИ-20 — базовый мощностью 4000 л. с. Устанавливался на Ан-10, Ан-12.
• АИ-20Д — форсированный до 5180 л. с. Разработан в 1956 году. Устанавливался на Ан-8, Ан-32, Бе-12.
• АИ-20ДК — доработанный для гидросамолёта Бе-12ФС. Устанавливался на Ан-32.
• АИ-20ДМЭ (ДМН) — модификация используется в качестве силовой установки в передвижной автоматизированной газотурбинной электростанции ПАЭС-2500.
• АИ-20К — для самолёта Ил-18В. Выпускался в 1963—1965 годах.
• АИ-20М — форсированный до 4250 л. с. Устанавливался на Ан-12БК, Ан-32, Ил-18Д, Ил-38.

Описание конструкции

Двигатель АИ-20 состоит из следующих основных узлов:

• планетарного редуктора
• лобового картера
• осевого 10-ступенчатого компрессора
• кольцевой камеры сгорания
• трёхступенчатой осевой турбины
• нерегулируемого реактивного сопла
• агрегатов, обслуживающих работу двигателя и самолёта.

Редуктор

Редуктор, размещенный в передней части двигателя, предназначен для уменьшения оборотов ротора двигателя и передачи избыточной мощности газовой турбины на вращение вала синхронного генератора. 
Редуктор состоит из планетарной ступени, ступени перебора, выводного вала и механизма измерителя крутящего момента, смонтированных в отлитом из магниевого сплава картере редуктора. 
Привод ротора двигателя к механизму редуктора осуществляется ведущим валом-рессорой.

Лобовой картер

Служит для силовой связи компрессора с редуктором двигателя. К фланцам, расположенным на наружной поверхности картера, крепятся агрегаты основных систем двигателя и цапфы крепления двигателя к подмоторной раме электростанции.

Во внутренних полостях картера расположены приводы к агрегатам, передняя опора ротора компрессора и входной направляющий аппарат.

Компрессор

Компрессор – осевой дозвуковой десятиступенчатый, предназаначен для всасывания, сжатия и подачи воздуха в камеру сгорания. Ротор компрессора барабанно-дисковой конструкции, состоит из десяти отдельных дисков, несущих на своих венцах рабочие лопатки. Диски, задний вал и рабочие лопатки ротора компрессора изготавливаются из высококачественной нержавеющей стали. Корпус компрессора сварной конструкции с разъемом по горизонтальной плоскости. К заднему фланцу корпуса компрессора крепится узел камеры сгорания. Беспомпажный выход компрессора на рабочие обороты и работа его на пониженных числах оборотов осуществляются перепуском части воздуха в атмосферу через специальные клапаны. Лабиринтные уплотнения между ротором и статором устраняют непроизводительные утечки воздуха, повышая кпд компрессора.

Постоянное число оборотов ротора компрессора на рабочих режимах, умеренные окружные скорости и конструктивные особенности обеспечивают высокую надежность работы компрессора в течение всего ресурса.

Узел камеры сгорания

Узел камеры сгорания является силовым узлом двигателя, воспринимающим вес турбины, силы и моменты, возникающие в камере сгорания и турбине при работе двигателя. Он состоит из корпуса, камеры сгорания, рабочих топливных форсунок (горелок), воспламенителей, топливного коллектора и ряда мелких узлов. Корпус камеры сгорания сварной конструкции из нержавеющей стали. Камера сгорания - кольцевого типа из листового жаропрочного материала с десятью головками, приваренными к лобовому кольцу. Конструкция камеры сгорания обеспечивает воспламенение и быструю переброску пламени при запуске. Хорошо организованный процесс горения, в сочетании с эффективной системой подслойного охлаждения стенок, обеспечивают устойчивую работу камеры сгорания на всех режимах, а также равномерное поле температур на входе в турбину и высокую э ксплуатационную надежность камеры.

Турбина

Осевая, реактивная, предназначена для преобразования тепловой энергии горячих газов в механическую работу вращения ротора двигателя, приводит во вращение компрессор, агрегаты двигателя и передает избыточную мощность на вал генератора. 
Ротор турбины консольного типа, состоит из трех рабочих колес и вала, соединенных между собой болтами. Рабочие лопатки турбины двигателей выполнены бандажированными и установлены попарно в елочных пазах дисков. Изготовление дисков, лопаток и других теплонапряженных деталей из жаропрочных и жаростойких материалов и эффективное охлаждение этих деталей воздухом, отбираемым за компрессором, обеспечивают надежную работу турбины.

Высокий коэффициент полезного действия турбины достигается применением лабиринтных уплотнений, которые сводят к минимуму утечку газов через радиальные зазоры между ротором и статором.

Система смазки и Суфлирования двигателя

Смазка двигателя осуществляется по замкнутой схеме, в которой нагнетаемое и откачиваемое масла непрерывно циркулируют по замкнутому кольцу. Масло из маслобака поступает в масляную систему по мере необходимости возмещения расходуемого масла во время работы двигателя. Все внутренние полости двигателя суфлируются для нормальной работы масляной системы и уплотнений. 
Автоматически выводит ротор двигателя на обороты холостого хода. Раскрутка ротора осуществляется двумя стартер-генераторами. Для устойчивой работы компрессора, в период запуска, производится перепуска воздуха в атмосферу. Число оборотов и соответствующий расход топлива, при этом, регулируются командно- топливным агрегатом.

Система противообледенения

Специальный агрегат подает сигнал о возникновении обледенения на входе в двигатель. С помощью электромеханизма, через систему тяг, включается подача горячего воздуха на обогрев входного направляющего аппарата компрессора и других деталей, расположенных во входном тракте двигателя. 
Внутренние полости ребер лобового картера постоянно обогреваются циркулирующим горячим маслом.

Подвеска двигателя к  раме электростанции

Осуществляется с помощью четырех цапф, две из которых установлены на лобовом картере в горизонтальной плоскости, а две другие - на фланце стыка корпусов компрессора и камеры сгорания под углом 7° к горизонтальной оси.

Техническая характеристика турбовинтового двигателя марки «АИ-20»

Материалы

Орлов Г.В. «АИ-20 — Советский авиационный турбовинтовой двигатель СССР (1957)» — (повествование 28.09.2022).

Источник

https://ussr-cccp.moy.su/index/dvigateli_sssr/0-13

https://ru.wikipedia.org/wiki/АИ-20