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Triebwerk

Triebwerk TW2-117A

Triebwerk TW2-117A Übersicht Die zwei Triebwerke und das HUG (hinten) Das Triebwerk besteht neben den oben dargestellten Baugruppen, die der Verbrennung des Kraftstoffes und der Umsetzung in eine Wellenleistung dienen, aus weiteren Komponenten zur Steuerung. Die Mi-8 enthält zwei vollkommen eigenständige Triebwerke, die jeweils aus allen Elemente, auch denen zur Steuerung, bestehen. Der Steuerung und Unterstützung der Triebwerksarbeit dienen:

  • Kraftstoffregelsystem
  • Hydrauliksystem
  • Schmierstoffsystem
  • Elektrosystem (Startergenerator, Zündanlage usw.),
    unter Elektroausrüstung beschrieben.

Verdichter, Turbinen, Brennkammer

Im Lufteinlauf des Triebwerkes befindet sich an erster Stelle derVorleitapparat.Seine statischen Schaufeln sind verstellbar, die Einstellung der Winkel der Schaufeln erfolgt in Abhängigkeit von der Verdichterdrehzahl über ein Hydraulikaggregat.

Schaufelzahlen des Verdichters im TW2-117A
Verdichterstufe12345678910
Schaufelzahl 21 23 33 45 49 53 57 55 55 57

Der Verdichter, der zur Druckerhöhung der zu den Brennkammern geleiteten Luft dient, ist als zehnstufiger Axialkompressor ausgeführt. Konstruktiv unterscheiden sich einzelne Abschnitte des Verdichters, da die Arten der Schaufelbefestigung auf dem Trommelrotor unterschiedlich ist. Die Schaufeln des Rotors haben veränderliche Profilsehnen und -dicken, in Abhängigkeit vom Abstand von der Trommel.

Triebwerksansicht von der Seite hintenTriebwerksansichtDie Anzahl der Schaufeln nimmt mit jeder Stufe zu, um den veränderten Druck- und Strömungsverhältnissen Rechnung zu tragen. Die Schaufeln sind aus rostfreiem Stahl gefertigt. Die ersten 3 Statorschaufelstufen des Ver­dichters verfügen ebenfalls über einen veränderlichen Einstellwinkel. Die Schaufeln werden analog dem Vorleit­apparat über ein Hydraulik­aggregat (s. unten) in Abhängigkeit von der Verdichterdrehzahl verstellt.

Die Brennkammer des Triebwerkes ist als Ringbrennkammer ausgeführt und befindet sich zwischen dem Verdichter und der Verdichterturbine. Eine solche Ausführung der Brennkammer ist notwendig, da die Turbine und der Verdichter auf einer gemeinsamen Welle sitzen müssen. Die Welle, die von der Verdichterturbine angetrieben wird, muss gewissermaßen durch die Brennkammer hindurch, um das Drehmoment auf den Verdichter übertragen zu können. Der erste Teil der Brennkammer ist der Diffusor. Dieser sorgt für stabile Luftgeschwindigkeiten, Drücke und Temperaturen vor dem Eintritt in das Flammrohr. Der Luftstrom wird geteilt: zum einen wird sie direkt in das Flammrohr geleitet, zum anderen strömt sie außen um das Flammrohr herum. Das Flammrohr ist der eigentliche Ort der Kraftstoffverbrennung. In das Flammrohr strömt die Luft primär durch 8 am vorderen Ende befindliche Drallrosen, welche die Luft verwirbeln. Im weiteren Verlauf des Flammrohres existieren Bohrungen in den Außenseiten, die Sekundärluft aus dem zuvor aufgeteilten Luftstrom zuführen und damit eine kontinuierliche Sauerstoffversorgung über die gesamte Brennzone ermöglichen. Das Flammrohr ist eine ringförmige Schweißkonstruktion, zur besseren Wärmebeständigkeit ist die Innenseite mit einer Emailleschicht überzogen.

Der Kraftstoff wird dem Flammrohr über Kraftstoffdüsen zugeleitet, die sich in den o.g. Drallrosen befinden. Die Kraftstoffdüsen sind zweistufig aufgebaut; damit können die unterschiedlichen Erfordernisse der Kraftstoffzufuhr während der unterschiedlichen Betriebsarten (Anlassen / Betrieb) erfüllt werden. Die erste Stufe wird in allen Betriebsarten mit Kraftstoff beschickt, während die zweite Düse nur oberhalb eines bestimmten Kraftstoffdruckes zugeschaltet wird (also nach dem Anlassen im normalen Betrieb). In den Kraftstoffdüsen wird der Kraftstoff in einer separaten Kammer verwirbelt. Damit wird insgesamt eine gute Zerstäubung des Kraftstoff-Luftgemisches in der Brennkammer erreicht.

Für das Anlassen des Triebwerkes ist eine besondere Vorrichtung erforderlich. Hier kommen zwei Anlasszündgeräte zum Einsatz. Im Prozess des Anlassens des Triebwerkes, welches durch die Anlassanlage gesteuert wird, wird das Anlasszündgerät separat mit einer kleineren Menge Kraftstoff versorgt. In einer Kammer des Gerätes wird dieser verwirbelt und mit Funken der Zündkerze entzündet. Das entzündete Gemisch wird erst anschließend in das Flammrohr geleitet und entzündet hier das Kraftstoff-Luftgemisch. Der Zündmechanismus einschließlich der Zündkerzen befindet sich damit nicht in der eigentlichen Brennzone. Die Düse des Anlasszündgerätes wird nach Abschluss des Anlassvorganges mit reiner Luft durchgeblasen. Damit wird der Kraftstoff vollständig ausgetrieben und eine Verkokung der Düse vermieden.

Die Verdichterturbine treibt den Verdichter sowie die daran befestigten Geräte (Startergenerator, Schmierstoffaggregate des Triebwerkes) an. Sie ist als zweistufige Axialturbine ausgeführt. Das aus der Brennkammer strömende heiße Abgas treibt die Turbine an. Um die Bedingungen für die mechanischen Teile des Rotors zu verbessern, werden die Turbinenteile mit Luft gekühlt; immerhin können vor der Verdichterturbine Werte bis fast 900°C erreicht werden. Dazu wird zum einen nach der 8.Verdichterstufe Luft abgeführt, die im Inneren der Welle zur Turbine bis dorthin geleitet wird, zum anderen wird nach der 10.Stufe Luft entnommen, die im Tunnelraum um die Welle herum bis zur ersten Turbinenstufe geleitet wird. Beide Luftströme kühlen die Welle und die Schaufeln der Verdichterturbine.

Die eigentliche Erzeugung der benötigten Arbeitsleistung obliegt der Losturbine (im westlichen Sprachgebrauch auch Freilaufturbine). Die Losturbine treibt in der Folge das Hauptgetriebe und damit Trag- und Heckschraube sowie weitere Komponenten an. Im Hauptgetriebe wird das Drehmoment beider Triebwerke zusammengeführt. Die Losturbine ist nur über eine gasdynamische Kopplung mit der Verdichterturbine verbunden; ausschließlich das nach der Verdichterturbine strömende Abgas treibt die Losturbine an. Auch die Losturbine ist als zweistufige Axialturbine ausgeführt. Die Turbine setzt die im Abgasstrom enthaltene Energie weitgehend in mechanische Energie um, welche mit einer Welle zum bereits erwähnten Hauptuntersetzungsgetriebe geleitet wird. Damit wird das Triebwerk zum Wellenleistungstriebwerk. Der Abgasstrom wird durch die Losturbine nahezu vollständig entspannt, es besteht nach der Losturbine nur noch ein geringer Druckunterschied zur Außenluft. Durch die Entspannung sinkt ebenfalls die Temperatur des Abgasstromes.

In der Welle zwischen Losturbine und Hauptuntersetzungsgetriebe befindet sich eine Sollbruchstelle, die bei mechanischen Problemen im Getriebe eine Trennung der Kraftübertragung an einer "ungefährlichen" Stelle vornimmt. Damit wird größerer mechanischer Schaden im Triebwerk verhindert./p>

Das Abgasrohr leitet die Luft schließlich seitlich aus dem Triebwerk und aus dem Hubschrauber heraus. Auch das Abgasrohr wird zweiwandig ausgeführt, damit zwischen den Wänden kühlende Luft strömen kann. In der Mi-8 werden mit dem Abgas keine weiteren Maßnahmen unternommen. Jedoch wurde hier bei weiterentwickelten Hubschraubern (Mi-17, Mi-24), deren Triebwerk TW3-117 nahezu identisch aufgebaut ist, die Möglichkeit des Anbaus von Diffusoren vorgesehen. Die Diffusoren werden außen am Abgasrohr angesetzt und vermischen im Innern das Abgas mit Frischluft, um die Temperatur deutlich zu senken. Ziel ist, mit der abgesenktem Temperatur die Infrarotabstrahlung zu senken und damit eine potentielle Zielquelle für infrarotgesteuerte Waffen zu vermeiden.

Beide Triebwerke des Hubschraubers sind identisch; nur das Abgasrohr wird entsprechend dem Einbauort als linkes bzw. rechtes an das Triebwerk geschraubt. Vom Hersteller werden Triebwerke mit einer ungeraden Seriennummer links eingebaut, mit geraden Seriennummern rechts. (Offensichtlich stammt daher auch die Zeigerbezeichnung am Anzeigegerät für die Verdichterturbinendrehzahl). Ein Wechsel von Triebwerken links/rechts wurde normalerweise nicht durchgeführt.

Technische Daten

Leistungsparameter Triebwerk TW2-117A
  Startleistung Nennleistung Reiseleistung Leerlauf
Leistung [kW] Losturbine 1100 880 735 -
Drehzahl [%] der Verdichterturbine 98,5 96 94,5 64
Drehzahl [%]der Tragschraube 93-1 95+-2 95+-2 45+-10
Gastemperatur vor der Verdichterturbine ("t3") 850 790 750 600
Zulässige ununterbrochene Betriebsszeit 6 Minuten 60 Minuten unbegrenzt 30 Minuten
Zulässige Laufzeit während der Einsatzzeit 5% 40% unbegrenzt  
Mindestzeit zwischen wiederholtem Übergang auf Nenn-/Startleistung   5 Minuten    
Drehzahlen 100% [U/min]
Element U/min
Verdichterdrehzahl 21200
Losturbinendrehzahl
(=95,3% TS-Drehzahl)
12000
Technische Daten
Parameter Wert
Drehsinn der Rotoren (in Flugrichtung gesehen) links
Trockenmasse 332,5kg
Länge 2843mm
Breite mit allen Geräten 550mm
Höhe mit allen Geräten 748mm

Bei Ausfall eines Triebwerkes im Flug ist ein ununterbrochener Betrieb mit Startleistung des verbleibenden Triebwerkes für maximal eine Stunde zulässig. Nach Einsatz des Hauptgetriebes in diesem Betriebszustand muss das Hauptgetriebe gewechselt werden.

Kraftstoffregelsystem

Das Kraftstoffregelsystem ist für die Arbeit der Triebwerke erforderlich. Das Regelsystem ist zuständig für die Steuerung und Regelung der Leistungsstufen der Triebwerke.

  • Automatische Stabilisierung der Tragschraubendrehzahl im Bereich von 95+-2% bei stabilen Flugzuständen
  • Leistungssynchronisation der Triebwerke im Parallelbetrieb, so dass beide Verdichterdrehzahlen max.2% abweichen (n>=93%)
  • Schutz der Losturbine bei Unterbrechung des Kraftschlusses zwischen Triebwerk und Getriebe, indem automatisch das gefährdete Triebwerk abgestellt wird (zwischen 117 und 126% Drehzahl LT, je nach Baugruppe)
  • Verhinderung von instabilen Betriebszuständen des Verdichters beim Anlassen durch Luftablassventile, bis Drehzahl 53%
  • Verbesserung von Wirkungsgrad und Stabilitätsreserve des Verdichters. Dazu werden die Einstellwinkel der Schaufeln des Vorleitapparates und der 1. bis 3. Stufe des Verdichters um maximal 30° verändert. Der Einstellwinkel ist hierbei auch von der Temperatur anhängig.
  • Begrenzung der reduzierten Verdichterdrehzahl unter -27°C zur Vermeidung instabiler Betriebszustände des verdichters
  • Öffnen und Schließen der Enteisungsventile (Warmluft) nach Ansteuerung durch die Enteisungsanlage des Hubschraubers
  • Begrenzung der Temperatur vor der Verdichterturbine (t3) durch Drosselung des Massendurchsatzes an KS (die Funktion dieser Anlage ist unter Elektroausrüstung beschrieben)
  • Verhinderung des Flammenabrisses in der Brennkammer bei Leerlauf in der Luft durch die Gewährleistung eines minimalen Kraftstoffdurchsatzes
  • Leistungskompensation bei Höhenänderung des Hubschraubers
  • Abstellen des Triebwerkes durch die Unterbrechung des Kraftstoffdurchsatzes (Stopphahn)
  • Parallelbetrieb der Triebwerke in Form einer automatischen Regelung, sofern mit dem Gassteigungshebel gearbeitet wird (Bedingungen: HgTWS neutral, Drehgas voll)
  • Parallelbetrieb der beiden Triebwerke in Form der Handeinstellung mit Drehgas (HgTWS neutral) bei Störung oder Ausfall der automatischen Regelung
  • Einzelbedienung der Triebwerke mit dem Hebel zur getrennten Triebwerksteuerung (HgTWS)
  • Getrenntes Anlassen der Triebwerke nach einem festen Programm am Boden und in der Luft. In der Luft ist ein Anlassen nur erlaubt bei einer Verdichterdrehzahl von max.20% und nach einem Ausfall der KS-Förderpumpen oder Vereisung des Triebwerkes.

Jedes Triebwerk verfügt über ein eigenes Regelsystem, das vollständig alle Aufgaben für eben jenes Triebwerk übernimmt. Einen Berührungspunkt gibt es nur durch die Aggregate SO-40, die eine Leistungssynchronisierung zwischen beiden Triebwerken vornehmen. Das Kraftstoffregelsystem erfüllt seine Aufgaben ausschließlich durch die Nutzung des Kraftstoffes selbst als Hydraulikflüssigkeit. Dazu enthält jedes Triebwerk im Gesamtregler eine eigene durch den Verdichter angetriebene Hochdruck-Tauchkolbenpumpe, die den Kraftstoff im Extremfall sogar ohne Arbeit der (elektrisch) betriebenen Förderpumpen aus dem Entnahmebehälter beziehen kann. Für die Arbeit des Kraftstoffregelsystems ist keine elektrische Energie notwenig, wenn man vom Anlassvorgang absieht. Alle Vorgänge, die der Zuführung von Kraftstoff in die Brennkammern und deren Regelung dienen, werden durch Aggregate ausgeführt, die nur mit dem Kraftstoff selbst arbeiten. Das trifft ebenso auf die hydraulischen Aufgaben zur Einstellung der Einstellwinkel der Schaufeln im Vorleitapparat und den ersten 3 Stufen des Verdichters zu.

Vereinfachtes Funktionsprinzip des KraftstoffregelsystemsDie Tauchkolbenpumpe erzeugt als einziges Bauteil des Triebwerkes einen Kraftstoffdruck. Die Dosiereinrichtung dient zur Reduktion und Regulierung des Kraftstoffflusses. Die Dosiereinrichtung besteht aus einer Dosiernadel mit veränderlichem Querschnitt, bei einer Aufwärtsbwegung verringert sich der Durchsatz zur Einspritzdüse, bei einer Abwärtsbewegung gelangt mehr Kraftstoff in die Brennkammer. Die Stellung des Kolbens in der Dosiereinrichtung wird durch den reduzierten Kraftstoffdruck selbst bestimmt, wobei ein Drosselpaket zur Dämpfung von zu schnellen Änderungen dient. Der Kolben nimmt seine Stellung entsprechend dem Gleichgewicht der Drücke über und unter dem Kolben ein und reguliert damit den Durchfluss zur Einspritzdüse. Der (steuernde) Druck der Dosiereinrichtung wird beeinflusst von verschiedenen Regeleinrichtungen. Diese Aggregate führen als Regelvorgang Kraftstoff in den Rückfluss ab und vermindern damit den Kraftstoffdurchfluss zur Einspritzdüse, indem die Dosiernadel nach oben bewegt wird und durch den sich verjüngenden Querschnitt nur weniger Kraftstoff passieren lässt.

Regelvorgänge werden im wesentlichen von 3 Geräten durchgeführt, und zwar in Abhängigkeit von:

  • der Drehzahl des Verdichters (Fliehkraftregler im Gesamtregler NR-40)
  • der Drehzahl der Losturbine/Tragschraube (Gerät RO-40)
  • der Leistung des eigenen und des anderen Triebwerkes (Leistungssynchronisation, Gerät SO-40)

Zwischen allen Parametern stellt sich beim Regelvorgang ein Gleichgewicht ein, mit dem die erforderliche Triebwerskleistung/ Drehzahl stabil gehalten wird.
Über der Dosiereinrichtung wird eine konstante Druckdifferenz gehalten. Während die Durchflussmenge durch die Dosiereinrichtung eingestellt wird, ist für den konstanten Druck das Differenzdruckventil erforderlich. Dieses stabilisiert eine Druckdifferenz zwischen dem Hochdruck der Pumpe und dem durch die Dosiereinrichtung reduzierten Kraftstoffdruck. Eine vorgespannte Membran verformt sich gemäß dem Druckverhältnis zwischen beiden und bewegt damit einen Kolben. Der Kolben öffnet mehr oder weniger stark den Weg zum Rücklauf. Damit wird der von der Pumpe kommenden Hochdruck reduziert. In der Dosiereinrichtung stellt sich ein neues Gleichgewicht ein, bei dem die erforderliche Kraftstoffmenge weiterhin zur Einspritzdüse gelangt. In Folge des vergrößerten Rücklaufes wird die Membran wieder in Richtung Verschließen der Düse ausgelenkt und vermindert so den Rückflauf aus der Pumpe.

Im Kraftstoffregelsystem sind folgende Baugruppen vorhanden:

  • Gesamtregler NR-40 mit Pumpe, Dosiereinrichtung, Minimaldruckventil, Minimaldruckventil, Stopphahn u.a.
  • RO-40 (Regelung in Abhängigkeit von der Tragschraubendrehzahl)
  • SO-40 (Leistungssynchronisation beider Triebwerke)
  • IM-40 (Blockierungsventil)
  • ID-100 Druckgeber zur Anzeige am HSF-Pult

Komponenten des KS-Regelsystems

Der Gesamtregler ist das Kernstück des Kraftstoffregelsystems, er beinhaltet die Hochdruckpumpe und den Fliehkraftregler. Das "Herz" des Kraftstoffsystems ist dieHochdruckpumpe, die den vom Entnahmebehälter kommenden Kraftstoff unter den notwendigen Druck setzt (Rot) und damit im weiteren Verlauf für das Einspritzen des Kraftstoffes in die Brennkammern sorgt. Die Pumpe ist als Tauchkolbenpumpe ausgeführt und wird über eine Zahnradbaugruppe direkt vom Verdichter des jeweiligen Triebwerkes angetrieben. Auf der Welle sitzt ebenfalls der Fliehkraftregler, der die Drehzahl des Verdichters über die Regelung der letzten Endes zu den Einspritzdüsen gelangenden Kraftstoffmenge reguliert. Die Fliehgewichte werden in Abhängigkeit von der Verdichterdrehzahl mehr oder weniger weit nach außen gedrückt und öffnet über ein Hebelsystem eine Öffnung, welche Kraftstoff aus der von mir mit "Steuerdruck" bezeichneten Leitung (Gelb) in den Rücklauf (Blau) abfließen lässt.

Die wichtigsten Baugruppen des Systems sind hier in einem Gehäuse mechanisch vereint. In der unten stehenden Abbildung sind diese wichtigsten Baugruppen aufgezeigt, einige wurden allerdings der Übersichtlichkeit wegen weggelassen.

RO-40: Regelung in Abhängigkeit der Losturbinen-/Tragschraubendrehzahl
SO-40: Leistungssynchronisation beider TW
IM-40: Gastemperaturbegrener
Stopphahn
Dosiereinrichtung
Minimaldruckventil
Druckdifferenzventil
Gesamtregler groß Gesamtregler groß Gesamtregler groß

DosiereinrichtungFür die Einstellung des richtigen Kraftstoffdurchflusses dient die Dosiereinrichtung. Die Dosiereinrichtung reguliert den Kraftstoffdurchfluss zu den Einspritzdüsen mit der Stellung ihrer Dosiernadel, wie bereits weiter oben beschrieben. Die Dosiernadel hat einen veränderlichen Querschnitt, durch das Auf- bzw. Abgleiten der Nadel wird die Durchlassöffnung in ihrer Größe verändert und damit die Kraftstoffmenge zu den Einspritzdüsen hin verringert oder vergrößert. Die Stellung des Kolbens, der die Dosiernadel verschiebt, ist der Druck oberhalb des Kolbens verantwortlich. Der hier befindliche Kraftstoff wird ebenfalls aus der Hochdruckleitung bezogen, nur über ein Drosselpaket druckvermindert und zeitlich verzögert. Der Druck oberhalb des Kolbens, hier als Steuerdruck bezeichnet, ist die Grundlage für alle anderen Steuervorgänge, da hier sämtliche anderen (abregelnden) Aggregate eingreifen. Durch eine Verminderung des Steuerdrucks kann eine Verringerung des Kraftstoffdurchflusses zu den Einspritzdüsen und damit eine Leistungsverringerung erreicht werden.

Eine Besonderheit weist die Dosiereinrichtung im Zuge ihrer Funktion beim Anlassvorgang auf: Der Anlassvorgang beginnt mit stehendem Triebwerk. Dabei wird vom Startergenerator die gemeinsame Welle der Pumpe und des Fliehkraftreglers in Drehung versetzt und damit ein vorerst geringer Druck erzeugt. Der unter Druck stehende Kraftstoff (rot) gelangt bis zur Dosiereinrichtung. Im stehenden Triebwerk sitzt die Dosiernadel (37) durch die Feder (35) auf dem unteren (verstellbaren) Anschlag (36) auf. Das geöffnete Ventil (35) verbindet den Raum über dem Kolben mit dem Rücklauf. Beim Hochfahren des Triebwerkes wird der zunehmende Druck daus der Pumpe den Kolben schnell nach oben verschieben, da durch den geöffneten Rücklauf aus der oberen Kammer kein Widerstand besteht. Wird der Kolben letzendlich beim Hochfahren gegen den oberen Anschlag gedrückt, schließt sich das Ventil und bleibt in den weiteren Arbeitsregimen bis zum Abstellen des Triebwerkes auch geschlossen. Damit wird der Rücklauf durch den Kanal in der Dosiernadel verschlossen, und die Dosiereinrichtung nimmt ihren eigentlichen Arbeitszustand ein. Die Dosiernadel bestimmt in jedem Arbeitsregime die durchfließende Kraftstoffmenge, indem die Nadel mit ihrem wechselnden Querschnitt nach oben oder unten verschoben wird.

Differenzdruckventil

Das Differenzdruckventil wurde in seiner grundlegenen Arbeitsweise ebenfalls schon oben beschrieben. Der Einbau dieses Ventils ermöglicht eine konstante Druckdifferenz über der Dosiereinrichtung, indem gegebenenfalls Kraftstoff aus der Hochdruckleitung unmittelbar nach der Pumpe in den Rücklauf geleitet wird. Somit wird der notwendige Kraftaufwand zum Verstellen der Dosiernadel auf gleichbleibendem Niveau gehalten.

Minimaldruckventil

Das Minimaldruckventil gewährleistet den minimal erforderlichen Kraftstoffdruck für die sichere Arbeit der Brennkammern. Für die vollständige Verbrennung ist ein optimales Zersprühen des Kraftstoffes und damit ein mindestens erforderlicher Druck zu gewährleisten. Die Durchflussmenge und damit der Druck zu den Einspritzdüsen hängt von der Stellung der Dosiernadel ab, welche wiederum vom Steuerdruck oberhalb des Kolbens bestimmt wird. Eine Verminderung dieses Drucks führt also zu einer Leistungssenkung des Triebwerkes. Realisiert wird das mit weiterem Kraftstoffablass aus dieser Leitung durch:

  • Fliehkraftregler im Gesamtregler
  • Fliehkraftregler im RO-40 (TS-Drehzahl)
  • Regler SO-40 ( Leistungssynchronisation beider Triebwerke)
  • Regler IM-40 (Gastemperaturbegrenzung).

Schwierigkeiten in der Arbeit des Triebwerkes treten auf, wenn ein minimal erforderlicher Druck nicht mehr gehalten werden kann. Ursache dafür ist i.A. eine Verringerung der erforderlichen Leistung mit gleichzeitigem Anstieg der Drehzahl der Tragschraube und infolge der verringerten Last, gegebenenfalls auch der Verdicherturbine. Solche Fälle treten z.B. bei der Autorotation auf, wenn für den Flugzustand selbst eigentlich keine Triebwerksleistung mehr erforderlich ist, oder beim zu schnellen Abbremsen des Hubschraubers (starkes Ziehen des Steuerknüppels nach hinten mit gleichzeitiger Absenkung des Gassteigungshebels). Die Triebwerksleistung wird nun auf Grund der Bedienelemente-Vorgabe (GSH) und der tatsächlichen Drehzahl der hochtourenden Losturbine herabgeregelt (RO-40, s.u.). Der Kraftstoffdruck sinkt dann u.U. bis auf ein Niveau, mit dem die erforderliche Einpritzung in die Brennkammern nicht mehr sichergestellt werden kann. Das Minimaldruckventil stellt nun sicher, dass unterhalb eines bestimmten Krafstoffdruckes in der Leitung zur Einspritzdüse kein Kraftstoff aus der Dosiereinrichtung ("Steuerdruck") mehr zum Rücklauf gelangen kann, der Weg des KS zum RO-40, zum Fliehkraftregler, zum SO-40 und zum IM-40 wird versperrt. Ein Schieber verschließt diesen Durchgang (in der Grafik von unten nach oben) bei zu geringem Kraftstoffdruck von rechts. In diesem Falle ist ein weiteres Abregeln des Triebwerkes nicht mehr möglich, allerdings ist bei dem dann vorherrschenden niedrigen Steuerdruck oberhalb der Dosiernadel auch eine schnelle Leistungssteigerung nicht machbar. Der Druck oberhalb des Kolbens muss sich erst wieder aufbauen, bis dahin kann der Kraftstoffdurchfluss zu den Einspritzdüsen auf Grund der Stellung der Dosiernadel nur langsam steigen. Durch die Konstruktion des Systems ergibt sich eine relativ starke Reaktionsträgheit des Triebwerkes auf eine Leistungsanforderung, wie sie sich z.B. beim Abfangen aus einem starken Sinkflug mit gedrosselter TW-Leistung ergibt.

Fliehkraftregler RO-40Der RO-40 ist wie der Gesamtregler ein Fliehkraftregler. Allerdings wird er nicht durch den Verdichter, sondern durch die Losturbine angetrieben und realisiert damit ein Regelverhalten in Abhängigkeit von der Tragschraubendrehzahl. Bei Überschreiten der Drehzahl der Tragschraube öffnet ein Hebel, der über Fliehgewichte gehoben wird, eine Düse. Über die Düse wird zusätzlich Kraftstoff aus der Steuerdruckleitung in den Rücklauf geleitet, so dass der Steuerdruck sinkt und damit die Triebwerksleistung gesenkt wird.

In den Mi-8 sind mindestens drei Bauformen des RO-40 verwendet worden: der RO-40WA gewährleistet neben der Abregelung einen Schutz der Losturbine vor Übertouren, indem er bei 117% TS-Drehzahl das Triebwerk automatisch abstellt. Der RO-40M nimmt dies bei 126% vor. Die ursprüngliche Variante RO-40WR hat einen solchen Schutzmechanismus nicht.

Der RO-40 kann erst ab einer bestimmten Tragschraubendrehzahl in den Regelprozess des Systems eingreifen. Bei geringen Drehzahlen, wie sie im Leerlauf am Boden auftreten, regelt der RO-40 den Kraftstoffdruck nicht ab. Die Grenze des Regelvorganges beginnt bei 89(?)%.

Leistungssynchronisator SO-40Der Regler SO-40 nimmt eine Leistungssynchronisation zwischen beiden Triebwerken vor. Eine solche Synchronisation ist notwendig, da eine genau identische Ausführung beider Triebwerke und Regelverhalten aller mechanischen Komponenten, wie dem RO-40, bei der Fertigung des TW2-117 nicht möglich ist. Die gleiche Leistungsabgabe beider Triebwerke ist jedoch erforderlich, um eine optimale Leistungsabgabe an das Hauptgetriebe und damit die Tragschraube zu gewährleisten und nicht einzelne Bestandteile mehr zu belasten als die des anderen Triebwerkes.
Dem SO-40 werden als Vergleichsparameter die Luftdrücke nach den 10.Verdichterstufen beider Triebwerke zugeführt. Eine Membrane trennt beide Luftströme und biegt sich bei unterschiedlichen Drücken in die entsprechende Richtung. Über ein Hebelsystem wird bei einem zu hohen Leistungsanteil des eigenen Triebwerkes Kraftstoff aus der Steuerdruckleitung in den Rücklauf abgelassen, was zu einer Leistungsverminderung des Triebwerkes führt. Parallel dazu verschiebt sich im anderen Triebwerk die Membran in die andere Richtung, was zum Bewegen des Ventilhebels in Richtung "Verminderung des Rücklaufes" führt. Damit wird an dieser Stelle kein zusätzlicher Kraftstoff in den Rücklauf abgeleitet. Ist das Ventil zum Rücklauf vollständig geschlossen, kann hier allerdings keine weitere Leistungssteigerung vorgenommen werden, da der Druck nicht weiter erhöht wird. Die Regelmechanismen greifen nur über den Ablass ein.

StopphahnDer Stopphahn mit dem direkt beeinflussten Absperrventil ist für die schnelle Trennung bzw. Zuschaltung des Kraftstoffflusses zu den Einspritzdüsen. Durch dessen Platzierung im Gesamtsystem wird eine unmittelbare Auswirkung auf das Triebwerk sichergestellt, da im Falle einer Abschaltung nicht mehr der gesamte im System vorhandene Kraftstoff bis in die Brennkammern geführt wird.

Abgastemperatur- Begrenzer IM-40Das Gerät IM-40 dient der Begrenzung der maximalen Abgastemperatur, sie ist Bestandteil der Gastemperaturbegrenzungsanlage URT-27. Sie begrenzt die Temperatur vor der Verdichterturbine zur Vermeidung einer thermischen Überlastung des Triebwerkes auf 880+-5°C.
Die Anlage besteht aus 17 Thermogebern je Triebwerk, welche identisch mit den Gebern zur Anzeige der Anzeige der Triebwerkstemperatur sind. Das elektromagnetisches Ventil im IM-40 wird über einen Verstärker betrieben. Der Elektromagnet zieht, vom Verstärker angesteuert, den Ventilkolben nach links und öffnet damit den Kraftstoffweg in den Rücklauf. Die Triebwerksleistung wird herabgesetzt, was in Folge zu einer Verminderung der Abgastemperatur führt. Die Ansteuerung durch das URT-27 erfolgt mit Rechteckimpulsen, so dass der Kraftstoff kurzperiodisch abgeführt wird. Mit steigender Abgastemperatur nimmt die Zeitdauer der Impulse zu. Ist die Impulslänge zu groß, nimmt die Effektivität des Kraftstoffreglers im Triebwerk soweit ab, dass eine sichere Arbeit des Triebwerkes nicht mehr gewährleistet werden kann. In einem solchen Fall, was etwa 980°C entspricht, gibt der Verstärker ein Dauersignal aus. Nach ca.1s wird das Kraftstoffventil vom Stromkreis getrennt und das gelbe Leuchtfeld "Ausfall linke / rechte URT" am rechten Seitenpult leuchtet auf. Die Kraftstoffregulierung ist nun ausgeschaltet, der HSF muss die Leistungsstufe von Hand regulieren (Absenken der TW-Leistung). Die Anlage ist ebenfalls in der Elektrischen Ausrüstung des Hubschraubers beschrieben.

Hydrauliksystem des Triebwerkes

Das Hydrauliksystem erfüllt folgende Aufgaben:

  • Verstellen der Schaufeln des Vorleitapparates und der 1. bis 3. Stufe in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verdichters und der Lufttemperatur am Eintritt nach einem vorgegebenen Programm
  • Beim Anlassen des Triebwerkes drehzahlabhängige Ausgabe von Signalen zum Abschalten des Anlasssystems, zum Einschalten des Generators, zum Abschalten des Starters sowie zum Einschalten des Enteisungssystems.
  • Schließen der Abblaseklappen bei vorgegebenen Drehzahlen
  • Ausgabe eines Signaldrucks zum IM-40 in Abhängigkeit von den Verdichterdrehzahlen
  • Ausgabe eines Kommandodrucks an die Reglerpumpe NR-40.
Bestandteile sind:
  • Tauchkolbenpumpe PN-40
  • Kommandogerät KA-40
  • 2 Stelleinrichtungen (Vorleitgitter, 1..3.Stufe) = Hydraulikmechanismus
  • 2 Luftablassventile
  • Enteisungsventil

Hydraulik-Komponenten zur Druckerzeugung und Steuerung

Die Tauchkolbenpumpe PN-40 ähnelt in ihrem Aufbau der Pumpe des NR-40, sie wird ebenfalls durch den Verdichter angetrieben und erzeugt einen Kraftstoffdruck zur Steuerung. Der Druck wird durch ein federbelastetes, einstellbares Ventil stabilisiert.

Kernstück des Hydrauliksystems ist das Kommandogerät KA-40.
Das Kommandogerät beinhaltet einen Fliehkraftregler, der einen konstanten Kraftstoff-(Steuer-) Druck an seinem Ausgang zur Verfügung stellt.

Kontaktblock

Der Kontaktblock als Bestandteil des Kommandogerätes dient der Abgabe elektrischer Signale, welche zum Abschalten der Starters sowie zum Einschalten des Enteisungssystems genutzt werden. Die Schaltung der Signale erfolgt dabei in Abhängigkeit vom Druck und damit von der bereits erreichten Verdichterdrehzahl. Der Kontaktblock besteht aus zwei Membranen. Die Membrane 1 wird vom Rücklaufdruck beaufschlagt, der gegen eine Feder arbeitet. Über einen Kolben ist sie mit einer 2. Membrane verbunden, die vom reduzierten Kraftstoffdruck (als p3 bezeichnet) nach dem Fliehkraftregler beaufschlagt wird. Genutzt werden die Membrandeformationen zur Betätigung von Mikroschaltern, die damit in Abhängigkeit vom KS-Druck weitere Prozesse (ab)schalten. Damit kommt dem KA-40 besondere Bedeutung beim Anlassvorgang zu. Beim anfänglichen Druckanstieg bewegt sich die Membran 1 nach rechts und gibt den linken Mikroschalter frei, welcher damit den Spannungsregler ein- und den Anlasskraftstoff ausschaltet. Weiterer Druckanstieg von p3 schaltet bei einem bestimmten Druck (und damit einer definierten Drehzahl) und gibt das Signal zum Abschalten des Starters und hebt die Blockierung des Enteisungssystems während des Anlassens auf.

Weiterer Bestandteil des Kommandogerätes ist der Zweistellungsgeber. Dieser gibt hydraulische Signale an den Mechanismus der Luftabblaseklappen, sofern ein bestimmter Kraftstoffdruck p3 im Laufe des Anlassprozesses erreicht wird. Der Zweistellungsgeber ist ein Ventilkolben, bei dem der Druck p3 gegen den Rücklaufdruck und eine Feder arbeitet. In Abhängigkeit vom erreichten p3 verschiebt sich der Kolben über bestimmten Öffnungen im Gehäuse und gibt damit Steuerkanäle frei bzw. verschließt sie.

Neben den Abblaseklappen werden auch die Schaufeln des Vorleitapparates sowie der 1. bis 3. Verdichterstufe (Statoren) in iihrem Einstellwinkel verstellt.

Der Mechanismus zum Verstellen der Blätter wird mit einem Kommandodruck angesteuert, zu diesem Zwecke gibt es den Kommandodruckgeber. Der Geber realisiert ein hydraulisches Signal in Abhängigkeit von der Drehzahl (= Druck p3) und von der Temperatur.

Der Temperaturgeber arbeitet mit einem Schieber, der durch einen temperaturempfindlichen Bimetallstreifen verschoben wird. Der Druck am Ausgang des Temperaturgebers gelangt dann in den Kommandodruckgeber, wo er mit dem Druck p3 summiert wird.

Hydraulik-Komponenten: Stellglieder

Zum Verstellen der Schaufeln ist an beiden Seiten des Verdichtergehäuses jeweils einHydraulikmechanismus angebaut. Jeder Mechanismus besitzt einen antreibenden und drei angetriebene Hebel, sie werden durch eine Zugstange miteinander verbunden. Diese Servoeinrichtung wird mit einem Betriebsdruck von 2750kPa betrieben und durch das Kommandogerät angesteuert (welches mit einem Druck von 500 ...1000kPa arbeitet). Es werden die Schaufeln des Vorleitapparates sowie die Statorschaufeln der 1. bis 3. Verdichterstufe in ihrem Winkel eingestellt. Im Triebwerk sind zwei Luftabblaseklappen integriert. Mit ihnen wird die verdichtete Luft abgelassen, ohne weitere Arbeit zu verrichten. Damit wird eine verbesserte Wirkung des Anlassens gewährleistet, indem beim Hochfahren der Drehzahl des Verdichters die erforderliche Leistung des Startergenerators kleiner gehalten wird. 
Beim beginnenden Anlassen des Triebwerkes und damit der Erzeugung von Druck im Kraftstoffsystem wird vom KA-40 ein hydraulisches Signal zum Öffnen der Abblaseklappen gegeben. Durch das Einwirken eines Druckes werden die Klappen geöffnet. Die Abblaseklappen bleiben vom Beginn des Anlassens bis zu einer Drehzahl des Verdichters von 53+-3% geöffnet. Die Steuerung des Schließens erfolgt dann über den Kontaktblock.

RIO-3 im Triebwerkseinlauf (radioaktive Quelle entfernt)

Das Enteisungsventil übernimmt die Zufuhr von Warmluft aus dem Raum zwischen Gehäuse und Flammrohr zu den zu enteisenden Bauteilen. Dabei wird die Heißluft in das Gehäuse der ersten Verdichterlagerung geleitet und das gesamte Eintrittsteil beheizt. Das Enteisungsventil ist elektromagnetisch gesteuert und erhält seinen Schaltimpuls aus der Einteisungsanlage, die ihrerseits auf das Vereisungssignal des Gebers RIO-3 im rechten Triebwerkseinlauf reagiert (Enteisungsanlage). Der Elektromagnet verschiebt auf das Signal einen Kolbenschieber und öffnet damit einen Kraftstoffkanal (p3) zum eigentlichen Ventil. Dieses wird durch den nun anliegenden Kraftstoffdruck so bewegt, dass die Warmluftleitung nicht mehr versperrt wird. Im geschlossenen Zustand, wenn kein Strom am Magneten anliegt, beaufschlagt der Kraftstoff den Kolben von der anderen Seite und drückt damit das Ventil in Richtung Verschluss der Heißluftleitung.
Die Enteisungsanlage wird über das linke Bedienpult kontrolliert und bedient. Eine ausführliche Beschreibung ist unter Enteisungsanlage zu finden.

Bilderteil Triebwerk aus A 187/1/117

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