PS-90渦輪扇發動機

PS-90渦輪扇發動機（ПС-90）是蘇聯為了改良蘇聯民航機性能而於1980年代開發的高旁通比渦輪扇發動機，在蘇聯解體前的1980年代末完成測評，原定1990年代量產，但蘇聯解體、俄羅斯聯邦成立後一度缺乏民航機訂單，因此改良為天然氣管線加壓站用的燃氣渦輪發電機為該發動機產線續命，後引進美國普惠公司協助改良設計，提升性能。目前PS-90系列發動機為俄羅斯大型民航客機與戰略運輸機共用的渦輪扇發動機，也是俄烏戰爭後俄羅斯國內廠商供應中的主力大型機用發動機。

## 發展

PS-90發動機主要研製廠商為什韋措夫發動機設計局(第19設計局)，負責工程師為設計局總工程師帕維爾·索洛維耶夫。設計局內研發始於1979年，1982年，蘇聯為了解決當時客機用噴射發動機在油耗與整體操作成本上的精進，向國內發動機設計局提出新一代高旁通比發動機競標，該發動機將會作為Il-96和Tu-204兩款新型客機的動力，主力競爭者為庫茲涅佐夫設計局的NK-64與什韋措夫發動機設計局的D-90，兩者在設計稿上的性能差距不大，但是庫茲涅佐夫設計局在1980年代承接數項蘇聯戰略轟炸機用發動機研製計劃，對民用發動機研製較為消極，且先前在Il-86用發動機改良的反應遲緩也讓蘇聯官僚對NK-64的工程資源分配沒有信心，最後這計劃在1985年由大量承攬民航發動機訂單的什韋措夫發動機設計局取得。

D-90發動機原型是以D30-KP發動機的壓縮機核心為基礎擴大旁通比發展，受制於在設計局設計能力與開發期程的侷限，燃燒室設計仍繼續沿用著1950年代普遍的罐環燃燒室結構，1983年，D-90在試俥台開始地面測試。1986年12月26日，D-90安裝上Il-76LL測試機進行試飛，在研發期間設計局引進了最新的熱力學成果，讓發動機的設計推力從原先13,500公斤增長到16,000公斤，由於性能超越預期，1987年設計局向蘇聯政府申請使用當時過70歲的帕維爾·索洛維耶夫的姓名字首（Pavel Aleksandrovich Solovyov）作為發動機的代號，這個請求得到政府允諾，D-90發動機此後更名為PS-90A發動機。

PS-90A原型機在1988年陸續裝上伊爾-96與圖-204客機上，但評價則是呈現兩種狀況；Il-96的前身Il-86受發動機油耗問題所困，更換新發動機後續航距離增長至10,000公里級距，滿足了汰換伊爾-62的最低設計目標。但Tu-204則因機身空重較重，原先採用三發動機設計，PS-90A初期型的最大動力增加雖然讓飛機配置發動機減少一具，但需要以更耗油的轉速模式輸出帶動飛機，導致Tu-204初期型續航力未達預期。

1991年，PS-90A通過蘇聯航空管理機構的測評，並在1992年3月獲得適航認證，在準備進入量產階段時蘇聯解體。雖然Il-96在蘇聯解體前後有少量量產，但產製數量與撥款都非常不穩定，與西方民航機用發動機相比性能更是有懸殊落差。1990年代蘇聯解體後，位於彼爾姆邊疆區的一干陸上、空中發動機研製機構、生產工廠被整併為彼爾姆發動機公司。當時主管國有資產與前國營企業的俄羅斯蘇維埃聯邦社會主義共和國國家財產管理委員會(現俄羅斯聯邦州財產管理機構)決定不繼續投資在PS-90A發動機的後續改良。彼爾姆發動機公司為了求生，將量產中的噴射發動機改造為燃氣渦輪發電廠使用的燃氣渦輪主機；作為公司內當時單機動力輸出最優秀的PS-90A也被公司看中其潛力。

1995年，推出彼爾姆發動機公司以PS-90A為基礎改良的GTU-12P燃氣渦輪發電機，輸出功率12.4MW。這一款設計後改造為GPA-12R天然氣加壓裝置運用到天然氣田的壓縮站上。雖然在1996年至2001年曾有5年沒有PS-90發動機訂單，但因為油田與天然氣田管線壓縮站的訂單，使PS-90A的量產線得以獲取資金續命。利用從原油行業賺取的資本，PS-90在1990年代改良研發出了PS-90A1，配備在Il-96-400T貨機上，在2007年獲得適航認證，但此款貨機的性能與西方國家差距過大，因此沒有獲得俄羅斯航空公司青睞。

## 俄羅斯時代的繼續進化

俄羅斯聯邦政府雖然未提供經濟奧援，但什韋措夫發動機設計局在與西方交流後開始引進西方標準與知識解決一些在PS-90A上的機械問題，並延長了大修間隔時間。

- PS-90A2

在1990年代，彼爾姆發動機對PS-90的前景仍有期待，使得在1990年代俄羅斯與西方國家關係轉入緩和時，公司找上了美國廠商請求協助。1997年，普惠公司以彼爾姆發動機公司25.1%股份、什韋措夫發動機設計局25%股份的代價換去投資協助PS-90發動機升級。普惠投資協助興建新的PS-90生產線，並將西方發動機使用的高溫合金葉片材料技術轉移給俄羅斯開發了ZhS-32單晶鎳基耐熱合金渦輪葉片，替換了原先運用的ZhS-26單晶鎳基耐熱合金葉片；此外轉移的還包括高壓渦輪葉片邊緣穿孔技術，藉由在每片渦輪葉片邊緣開出200餘處氣孔與內部散熱氣道，增加葉片散熱效率，渦輪葉片外噴塗二氧化鋯陶瓷覆膜，經過對高壓渦輪葉片重新設計、更換材料，加裝全權數字發動機控制裝置，升級版PS-90A的渦輪前溫度增加了200攝氏度，達到攝氏1,570度左右。

此外，普惠並協助什韋措夫發動機設計局重新設計燃燒室，環型燃燒室替換了設計老舊的罐環型燃燒室提升燃燒效率，燃燒室同樣導入噴塗陶瓷覆膜提升耐熱強度，俄羅斯工程師則重新設計發動機的齒輪，並在發動機外罩加入吸音材料內襯，降低運轉噪音。普惠公司介入改良後的升級型稱為PS-90A2，最大動力增加到18,000公斤，維護成本較初代降低40%。發動機主要零附件壽命，冷段區間的壽命為20,000次飛行循環，熱段區間為10,000次飛行循環。同時因為大量導入西方零件與安全規範標準，PS-90A2在2010年1月獲得適航認證，也是俄羅斯發動機中第一款獲得ETOPS-180認證的噴射發動機，以及滿足2008年ICAO噴射發動機排放標準規範的發動機。

與PS-90A1相比，PS-90A2因為引進更多複雜但是效能提升的材料與加工方式，製造價格會高出A1的20%，但維修成本會比A1降低37%，可靠率增加50%以上。

不過，普惠答應轉移技術的配套條件是搭配該發動機出口的客機要接受美國國務院的出口管制，此一條件限制了後續配備PS-90A2發動機的客機外銷。因PS-90A2而拒絕輸出的訂單便包括俄羅斯外銷伊朗的Tu-204S。

除了配備民航機之外，俄羅斯在重建國內供應鏈全面自產Il-76運輸機的過程中，也選擇將PS-90發動機更換原先使用的D-30渦輪扇發動機，這款移植到Il-76的PS-90稱為PS-90A-76，由於發動機艙的尺寸限制，發動機動力下調為14,500公斤，但仍比D-30大幅提升性能表現。該型發動機在2003年完成測試，陸續在翻修與新造的Il-76上裝機服役，更換PS-90的版本稱為Il-76MD-90A，2014年量產，為目前俄羅斯空軍的主力運輸機。除了Il-76外，一部份當時服役的俄羅斯客機使用的老式發動機有受到超過國際民航組織汙染排放的規範限制，因此俄羅斯曾企圖將PS-90改裝至Tu-154、雅克-42等舊型客機上。

- PS-90A3

由於PS-90A2上零件科技管制妨礙到俄羅斯國家利益，使得俄羅斯有計劃性的執行對西方國家零件的自主替代，也就是PS-90A3。這款發動機的設計與PS-90A2完全相通，但零件大量採用國產品替換，性能維持與PS-90A2相等。2009年該型號首次亮相，2011年通過俄羅斯適航規範（NLGS-3）認證。

在PS-90A3後，什韋措夫設計局以PS-90的技術積累開發下一代發動機，代號PS-12。而該發動機被俄國寄望有更大發展空間，並以PD-14渦輪扇發動機的名稱繼續發展。

雖然俄羅斯將民航發動機的未來投注在PD-14家族，但是從2014年俄國入侵克里米亞、2022年俄烏戰爭爆發後，俄羅斯民航遭到西方世界全面封鎖，俄羅斯為了維持國內民航能量，斥資繼續推進國產客機項目，因此增購了更多PS-90系列發動機，並配備在陸續復產的大型窄體客機與寬體客機上。

## 設計

PS-90渦輪扇發動機的結構包括了直徑1.9公尺的首級風扇、15級軸流壓縮機(2級低壓、13級高壓)，2級高壓渦輪、4級低壓渦輪，採用雙轉子驅動軸，配備發動機數位化全權控制裝置與模組化設計，設計推力在14.5公噸至16公噸此一區間。若單看發動機淨重性能出色，但由於蘇聯對發動機重量的定義是不含齒輪箱等必要配件，當發動機全部配件安裝後PS-90的推重比超過4，超越普惠JT3D，但不及JT9D，與西方世界對比則是1960年代美國第一世代渦扇發動機的性能。

發動機型號｜PS-90A(E)｜PS-90A(E)1｜PS-90A(E)76｜PS-90A2｜PS-90A3

緊急模式推力（公斤力）｜17500｜16000｜17500

起飛推力（公斤力）｜16000｜17400｜14500｜16000

巡航推力（公斤力，飛行高度11,000公尺，速度0.8馬赫)｜3500

巡航推力油耗（飛行高度11,000公尺，速度0.8馬赫)／單位公斤推力／小時｜0,595｜0,604｜0,595｜0,6

發動機總壓縮比｜35,5｜38｜29｜33,5

發動機旁通比｜4.5 至 5.4

發動機空氣流量｜504

發動機渦輪前溫度（克耳文）｜1640｜1840

發動機長度｜4964

發動機直徑｜1900

發動機乾重（公斤）｜2950｜2950｜2950｜3000

發動機全備重量（公斤）｜4160｜4250｜4160｜4230

最大飛行高度（公尺）｜13100｜13000

最大起飛極限高度（公尺）｜3500

發動機啟動與運轉外部溫度｜−47…+45

自機翼拆卸大修的運轉循環次數｜1255｜643｜2601 (11000小時)｜7500小時

## 推力同級距產品

- 美國：普惠JT9D
- 英國：勞斯萊斯RB211
- 中共：渦扇-20

## 外部連結

- 俄羅斯聯合發動機製造集團官網介紹的PS-90 - PS-90A-76 - PS-90A1 - PS-90A2 - PS-90A3
- United Engine Corporation PS-90