PS-90涡轮扇发动机

PS-90涡轮扇发动机（ПС-90）是苏联为了改良苏联民航机性能而于1980年代开发的高旁通比涡轮扇发动机，在苏联解体前的1980年代末完成测评，原定1990年代量产，但苏联解体、俄罗斯联邦成立后一度缺乏民航机订单，因此改良为天然气管线加压站用的燃气涡轮发电机为该发动机产线续命，后引进美国普惠公司协助改良设计，提升性能。目前PS-90系列发动机为俄罗斯大型民航客机与战略运输机共用的涡轮扇发动机，也是俄乌战争后俄罗斯国内厂商供应中的主力大型机用发动机。

## 发展

PS-90发动机主要研制厂商为什韦措夫发动机设计局(第19设计局)，负责工程师为设计局总工程师帕维尔·索洛维耶夫。设计局内研发始于1979年，1982年，苏联为了解决当时客机用喷射发动机在油耗与整体操作成本上的精进，向国内发动机设计局提出新一代高旁通比发动机竞标，该发动机将会作为Il-96和Tu-204两款新型客机的动力，主力竞争者为库兹涅佐夫设计局的NK-64与什韦措夫发动机设计局的D-90，两者在设计稿上的性能差距不大，但是库兹涅佐夫设计局在1980年代承接数项苏联战略轰炸机用发动机研制计划，对民用发动机研制较为消极，且先前在Il-86用发动机改良的反应迟缓也让苏联官僚对NK-64的工程资源分配没有信心，最后这计划在1985年由大量承揽民航发动机订单的什韦措夫发动机设计局取得。

D-90发动机原型是以D30-KP发动机的压缩机核心为基础扩大旁通比发展，受制于在设计局设计能力与开发期程的局限，燃烧室设计仍继续沿用着1950年代普遍的罐环燃烧室结构，1983年，D-90在试伡台开始地面测试。1986年12月26日，D-90安装上Il-76LL测试机进行试飞，在研发期间设计局引进了最新的热力学成果，让发动机的设计推力从原先13,500公斤增长到16,000公斤，由于性能超越预期，1987年设计局向苏联政府申请使用当时过70岁的帕维尔·索洛维耶夫的姓名字首（Pavel Aleksandrovich Solovyov）作为发动机的代号，这个请求得到政府允诺，D-90发动机此后更名为PS-90A发动机。

PS-90A原型机在1988年陆续装上伊尔-96与图-204客机上，但评价则是呈现两种状况；Il-96的前身Il-86受发动机油耗问题所困，更换新发动机后续航距离增长至10,000公里级距，满足了汰换伊尔-62的最低设计目标。但Tu-204则因机身空重较重，原先采用三发动机设计，PS-90A初期型的最大动力增加虽然让飞机配置发动机减少一具，但需要以更耗油的转速模式输出带动飞机，导致Tu-204初期型续航力未达预期。

1991年，PS-90A通过苏联航空管理机构的测评，并在1992年3月获得适航认证，在准备进入量产阶段时苏联解体。虽然Il-96在苏联解体前后有少量量产，但产制数量与拨款都非常不稳定，与西方民航机用发动机相比性能更是有悬殊落差。1990年代苏联解体后，位于彼尔姆边疆区的一干陆上、空中发动机研制机构、生产工厂被整并为彼尔姆发动机公司。当时主管国有资产与前国营企业的俄罗斯苏维埃联邦社会主义共和国国家财产管理委员会(现俄罗斯联邦州财产管理机构)决定不继续投资在PS-90A发动机的后续改良。彼尔姆发动机公司为了求生，将量产中的喷射发动机改造为燃气涡轮发电厂使用的燃气涡轮主机；作为公司内当时单机动力输出最优秀的PS-90A也被公司看中其潜力。

1995年，推出彼尔姆发动机公司以PS-90A为基础改良的GTU-12P燃气涡轮发电机，输出功率12.4MW。这一款设计后改造为GPA-12R天然气加压装置运用到天然气田的压缩站上。虽然在1996年至2001年曾有5年没有PS-90发动机订单，但因为油田与天然气田管线压缩站的订单，使PS-90A的量产线得以获取资金续命。利用从原油行业赚取的资本，PS-90在1990年代改良研发出了PS-90A1，配备在Il-96-400T货机上，在2007年获得适航认证，但此款货机的性能与西方国家差距过大，因此没有获得俄罗斯航空公司青睐。

<image>

## 俄罗斯时代的继续进化

<image>

俄罗斯联邦政府虽然未提供经济奥援，但什韦措夫发动机设计局在与西方交流后开始引进西方标准与知识解决一些在PS-90A上的机械问题，并延长了大修间隔时间。

- PS-90A2

在1990年代，彼尔姆发动机对PS-90的前景仍有期待，使得在1990年代俄罗斯与西方国家关系转入缓和时，公司找上了美国厂商请求协助。1997年，普惠公司以彼尔姆发动机公司25.1%股份、什韦措夫发动机设计局25%股份的代价换去投资协助PS-90发动机升级。普惠投资协助兴建新的PS-90生产线，并将西方发动机使用的高温合金叶片材料技术转移给俄罗斯开发了ZhS-32单晶镍基耐热合金涡轮叶片，替换了原先运用的ZhS-26单晶镍基耐热合金叶片；此外转移的还包括高压涡轮叶片边缘穿孔技术，借由在每片涡轮叶片边缘开出200余处气孔与内部散热气道，增加叶片散热效率，涡轮叶片外喷涂二氧化锆陶瓷覆膜，经过对高压涡轮叶片重新设计、更换材料，加装全权数字发动机控制装置，升级版PS-90A的涡轮前温度增加了200摄氏度，达到摄氏1,570度左右。

此外，普惠并协助什韦措夫发动机设计局重新设计燃烧室，环型燃烧室替换了设计老旧的罐环型燃烧室提升燃烧效率，燃烧室同样导入喷涂陶瓷覆膜提升耐热强度，俄罗斯工程师则重新设计发动机的齿轮，并在发动机外罩加入吸音材料内衬，降低运转噪音。普惠公司介入改良后的升级型称为PS-90A2，最大动力增加到18,000公斤，维护成本较初代降低40%。发动机主要零附件寿命，冷段区间的寿命为20,000次飞行循环，热段区间为10,000次飞行循环。同时因为大量导入西方零件与安全规范标准，PS-90A2在2010年1月获得适航认证，也是俄罗斯发动机中第一款获得ETOPS-180认证的喷射发动机，以及满足2008年ICAO喷射发动机排放标准规范的发动机。

与PS-90A1相比，PS-90A2因为引进更多复杂但是效能提升的材料与加工方式，制造价格会高出A1的20%，但维修成本会比A1降低37%，可靠率增加50%以上。

不过，普惠答应转移技术的配套条件是搭配该发动机出口的客机要接受美国国务院的出口管制，此一条件限制了后续配备PS-90A2发动机的客机外销。因PS-90A2而拒绝输出的订单便包括俄罗斯外销伊朗的Tu-204S。

除了配备民航机之外，俄罗斯在重建国内供应链全面自产Il-76运输机的过程中，也选择将PS-90发动机更换原先使用的D-30涡轮扇发动机，这款移植到Il-76的PS-90称为PS-90A-76，由于发动机舱的尺寸限制，发动机动力下调为14,500公斤，但仍比D-30大幅提升性能表现。该型发动机在2003年完成测试，陆续在翻修与新造的Il-76上装机服役，更换PS-90的版本称为Il-76MD-90A，2014年量产，为目前俄罗斯空军的主力运输机。除了Il-76外，一部分当时服役的俄罗斯客机使用的老式发动机有受到超过国际民航组织污染排放的规范限制，因此俄罗斯曾企图将PS-90改装至Tu-154、雅克-42等旧型客机上。

- PS-90A3

由于PS-90A2上零件科技管制妨碍到俄罗斯国家利益，使得俄罗斯有计划性的执行对西方国家零件的自主替代，也就是PS-90A3。这款发动机的设计与PS-90A2完全相通，但零件大量采用国产品替换，性能维持与PS-90A2相等。2009年该型号首次亮相，2011年通过俄罗斯适航规范（NLGS-3）认证。

在PS-90A3后，什韦措夫设计局以PS-90的技术积累开发下一代发动机，代号PS-12。而该发动机被俄国寄望有更大发展空间，并以PD-14涡轮扇发动机的名称继续发展。

虽然俄罗斯将民航发动机的未来投注在PD-14家族，但是从2014年俄国入侵克里米亚、2022年俄乌战争爆发后，俄罗斯民航遭到西方世界全面封锁，俄罗斯为了维持国内民航能量，斥资继续推进国产客机项目，因此增购了更多PS-90系列发动机，并配备在陆续复产的大型窄体客机与宽体客机上。

## 设计

PS-90涡轮扇发动机的结构包括了直径1.9米的首级风扇、15级轴流压缩机(2级低压、13级高压)，2级高压涡轮、4级低压涡轮，采用双转子驱动轴，配备发动机数字化全权控制装置与模组化设计，设计推力在14.5公吨至16公吨此一区间。若单看发动机净重性能出色，但由于苏联对发动机重量的定义是不含齿轮箱等必要配件，当发动机全部配件安装后PS-90的推重比超过4，超越普惠JT3D，但不及JT9D，与西方世界对比则是1960年代美国第一世代涡扇发动机的性能。

发动机型号｜PS-90A(E)｜PS-90A(E)1｜PS-90A(E)76｜PS-90A2｜PS-90A3

紧急模式推力（公斤力）｜17500｜16000｜17500

起飞推力（公斤力）｜16000｜17400｜14500｜16000

巡航推力（公斤力，飞行高度11,000米，速度0.8马赫)｜3500

巡航推力油耗（飞行高度11,000米，速度0.8马赫)／单位公斤推力／小时｜0,595｜0,604｜0,595｜0,6

发动机总压缩比｜35,5｜38｜29｜33,5

发动机旁通比｜4.5 至 5.4

发动机空气流量｜504

发动机涡轮前温度（克耳文）｜1640｜1840

发动机长度｜4964

发动机直径｜1900

发动机干重（公斤）｜2950｜2950｜2950｜3000

发动机全备重量（公斤）｜4160｜4250｜4160｜4230

最大飞行高度（米）｜13100｜13000

最大起飞极限高度（米）｜3500

发动机启动与运转外部温度｜−47…+45

自机翼拆卸大修的运转循环次数｜1255｜643｜2601 (11000小时)｜7500小时

## 推力同级距产品

- 美国：普惠JT9D
- 英国：劳斯莱斯RB211
- 中共：涡扇-20

## 外部链接

- 俄罗斯联合发动机制造集团官网介绍的PS-90 - PS-90A-76 - PS-90A1 - PS-90A2 - PS-90A3
- United Engine Corporation PS-90