Silniki turbośmigłowe w Polsce.
W Polsce z silnikami turbośmigłowym zetknięto się 60-latach, kiedy do PLL LOT trafiły samoloty Ił-18 (1961 rok) z silnikami Iwczeniko AI-20 oraz samoloty An-24 (1966 rok) z silnikami Iwczenko AI-24. Te same silniki były w wojskowych An-12 (Iwczenko AI-20, 1966 rok) oraz w An-26 (Iwczeniko AI-24, 1972 rok). Silniki te nie były w Polsce produkowane.
Silnik PZL-10 S. 1984 rok.
W Polsce duże zmiany zaszły wraz z licencyjną produkcją samolotów Antonow An-28 (PZL M-28).
Z początkiem 60-tych lat w biurze konstrukcyjnym Oleg K. Antonow w CCCP w Kijowie przystąpiono do pracy nad niewielkim samolotem transportowym, o własnościach krótkiego startu i lądowania. Samolot otrzymał oznaczenie An-14. Niestety samolot mimo posiadanych zalet okazał się konstrukcją zbyt małą. Należy sądzić, że prace prowadzono jako badawcze, a nie miały one na celu stworzenia samolotu użytkowego. Dlatego zażądano maszyny o dwukrotnie większej pojemności. Tak zrodził się An-14 M, który pierwszy lot wykonał we wrześniu 1969 roku, lecz maszyna wymagała kolejnych prac. Zespół napędowy okazał się zbyt słaby. W 1975 roku, na prototypie zamontowano mocniejsze silniki. Ten zmodyfikowany samolot otrzymał nowe oznaczenie An-28 i został oblatany w 1975 roku. Jak widzimy z powyższego opisu prace nad tą konstrukcją bardzo się wlokły. Przemysł CCCP obciążony ponad miarę produkcją wojskową, nie był w stanie odpowiednio zająć się projektami dla celów cywilnych. W 1978 roku, rozpoczęły się rozmowy pomiędzy Polską, a CCCP na temat umieszczenie produkcji tego typu samolotu w Polsce. Polski przemysł lotniczy podjął to wyzwanie, głównie dlatego, że był odbiorca na wyroby gotowe.
Trzeba zaznaczyć, że prototyp An-28 był dopiero na początku prac badawczo-rozwojowych. Co oznaczało wykonanie tego etapu prac w Polsce. Taka sytuacja miała oczywiści swoje dobre i złe strony, o czym przekonaliśmy się po latach. Konstruktorem samolotu, który nadzorował prace nad An-28 w Polsce był Dimitr Kiwa. Dzięki jego wypowiedziom wiemy, że w 1979 roku zakończono próby państwowe tej konstrukcji w CCCP i przystąpiono do przekazywania stronie Polskiej dokumentacji technicznej. Polskim konstruktorem prowadzącym został inż Kazimierz Kolisz. Do pracowników zaangażowanych w produkcję samolot należy zaliczyć; Wacław Kiepiela, Ryszard Flaum, Czesław Cyculenko, Stanisław Soluch, Sławomir Biliński, Henryk Zal, Andrzej Bakot, Henryk Moraoz, Mark Rzepecki, Mirosław Kasza, i wielu innych. (dane za Skrzydlatą Polską z 1986 roku).
Oficjalnie w dniu 22 lipca 1984 roku pierwszy egzemplarz zbudowany w WSK PZL-Mielec wykonał pierwszy lot.
Jednocześnie z produkcją samolotów w PZL Mielec w zakładzie PZL WSK Rzeszów przystąpiono do produkcji silników turbośmigłowych. Ponieważ do tej pory jedynymi turbinowymi silnikami produkowanymi w Polsce był silniki Lis-1, Lis-2, Lis-5, SO-1, SO-3, konieczne okazało się pozyskanie nowych technologii. Należą do nich; precyzyjne odlewanie łopatek roboczych i łopatek kierujących silnika. Walcowanie łopatek roboczych. Powierzchniowe utwardzanie piór łopatek roboczych metodą wibracji. Spawanie automatyczne w osłonie argonowej. Spawanie wiązką elektronów.
W 1984 roku, rozpoczęto produkcję silnika turbośmigłowego TWD-10 B, który stanowi napęd samolotu An-28. Silnik ten stał się bazą dla silnika PZL-10 W, wyposażony w wolną turbinę, który razem z przekładnią W-3 stał się napędem śmigłowca PZL W-3 Sokół.
Silnik rosyjski TWD-10 B musiał być dostawany do polskich surowców, maszyn i stosowanych technologii. Tak powstał silnik PZL-10 S.
Silnik PZL-10 S składa się z: 6-stopniowej sprężarki osiowej i jednego-stopnia promieniowego (odśrodkowego). Komora spalania pierścieniowa z dwoma aparatami (świecami) zapłonowymi i wirującym wtryskiwaczem. Turbina 2-stopniowa. Za dwu-stopniową turbiną umieszczona jest pojedyncza-turbina, tak zwana wolna turbina. Jedno-stopniowa turbina osiowa napędza śmigło przez reduktor szybkobieżny, wał pośredniczący i wysunięty do przodu reduktor planetarny śmigła. Skrzynkę napędów agregatów samolotu – przez reduktor szybkobieżny. Z reduktora śmigła napędzane są ponadto regulator prędkości obrotowej śmigła i regulator prędkości obrotowej turbiny napędowej. Połączenie między turbiną głównej szpuli i turbiny napędowej jest tylko gazodynamiczne. Śmigło 3-łopatowe firmy Dowty o średnicy 2,8 m. Z końcem 90-lat do silników PZL-10 S zaczęto montować śmigła 5-łopatowe firmy Hartzell. Taki napęd został zastosowany w wielu Polskich wojskowych M-28 Bryza.
Podstawowe dane silnika; Moc startowa na wale śmigła 705 kW (960 KM). Moc nominalna na wale śmigła 574 kW (780 KM). Wymiary silnika: długość 2,06 m, wysokość 0,90 m, szerokość 0,555 m. Masa 230 kg. Prędkość obrotowa głównej szpuli 31 537 obr/min. Prędkość obrotowa wolnej turbiny 24 445 obr/min. Prędkość obrotowa śmigła 1 826 obr/min.
Silnik Pratt & Whitney Canada PT6A-65B.
Po przemianach społeczno-gospodarczych rozpoczętych w 1989 roku, stało się jasne, że eksport na rynki zachodnie samolotów PZL M-28 z silnikami państwa moskiewskiego TWD-10 B, a nawet z jego polskimi odpowiednikami PZL-10 S nie będzie możliwy. Głównie z uwagi na zbyt duże zużycie paliwa. Dlatego podjęto program wyposażenia samolotu w silniki firmy Pratt & Whitney Canada. Nie było to trudne, gdyż współpraca Polsko-Kanadyjska trwała już od 70-lat XX wieku.
Silniki rodziny Pratt & Whitney Canada PT6 są jednymi z najpopularniejszych silników turbośmigłowych na świecie. Silniki PT6 zdobyły uznanie dzięki niezawodności. Okresy między remontowe wynoszą 3 600 lub 9 000 godzin, a części gorących silnika 1 800 – 2 000 godzin. Silniki dysponują mocą od 500 KM do 1 600 KM. Występują także warianty silników dla śmigłowców.
W firmie Pratt & Whitney Canada prace nad silnikami turbośmigłowymi rozpoczęto w 1956 roku, przewidując konieczność zastąpienia silników tłokowych silnikami o dużo korzystniejszym stosunku mocy do masy. Na ten cel wyasygnowano stosunkowo niewielki budżet, wynoszący 100 000 $. Program rozwijał się bardzo wolno. Dopiero w 1958 roku powstał projekt silnika o mocy 450 KM. W lutym 1960 roku uruchomiono pierwszy prototyp. Próby w locie rozpoczęto w maju 1961 roku. Produkcję seryjną rozpoczęto w 1963 roku. Do 2010 roku zbudowano ponad 40 000 silników PT6.
W silniku PT6 wykorzystano technologię głównej szpuli z dodatkową tak zwaną wolną turbiną. Przepływ powietrza przez silnik jest od tyłu silnika do przodu. Silnik zbudowany jest z dwóch głównych sekcji, dzięki którym silnik można łatwo rozdzielić i remontować. Powietrze do silnika wpada z tyłu po wykonaniu zwrotu o 180 stopni w stosunku do kierunku lotu. Tutaj znajduje się sprężarka z 3-stopniami (lub w zależności od wersji 4-stopniami) osiowymi i jednym-stopniem promieniowym. Sprężone powietrza trafia do pierścieniowej komory spalania gdzie następuje kolejny zwrot o 180 stopni. Część powietrza wpada do wkładu płomieniowego, a pozostała część jest wykorzystywania do chłodzenia wkładu. Po raz kolejny następuje zwrot o 180 stopni. Gazy spalinowe są już bliżej wału głównego. Teraz gazy trafiają na jedno-stopniowa turbinę, która napędza sprężarkę. Główna szpula ma prędkość obrotową 45 000 obr/min. Teraz spaliny trafiają na wolną turbinę, która ma 30 000 obr/min i poprzez wał i reduktor napędza śmigło. Wolna turbina jest jedno-stopniowa lub w mocniejszych wersjach 2-stopniowa. Śmigło obraca się z prędkością od 1 900 obr/min do 2 200 obr/min. Spaliny uchodzą przez dwa boczne kolektory po raz kolejny zmieniając kierunek o 180 stopni. W reduktorze główna przekładnia jest typu planetarnego. Niektóre samoloty zasilane silnikami PT6 mają umieszczone silniki tyłem do przodu co powoduje, że śmigło jest typu pchającego.
Niejako samorzutnie narzuca się porównanie silnika PT6 z silnikiem PZL-10 S. Silnik PT6 ma znacznie bardziej zwartą konstrukcję, przez co ma mniejszą masę. Pomimo mniejszej sprężarce osiąga większe prędkości obrotowe. W komorze spalania jest wyższa temperatura. Nie ma długiego wału, który musi przenieść moment obrotowy z tyłu silnika do przodu.
W samolocie PZL M-28 zamontowano wersję PT6A-65B. Był to 1996 rok i w nowe silniki wyposażono dwa samoloty PZL M-28 o rejestracjach SP-DDF oraz SP-DFB. Zamontowano także 5-łopatowe śmigła firmy Hartzell. Każdy silnik ma moc 1 100 KM.
Pratt & Whitney Canada PT6A-25C.
Nie tylko samolot PZL M-28 Bryza jest wyposażony w silniki PT6 firmy Pratt & Whitney Canada. Również silniki tej firmy trafiły jako napęd dla samolotu szkolno-treningowego PZL-130 TC-II Orlik. Tutaj zastosowano silnik PT6A-25C o mocy 750 KM.
Jeszcze jeden Polski samolot miał do napędu użyty silnik PT6. Był to rolniczy samolot PZL-Okęcie PZL-106 Turbo-Kruk. Zastosowano w nim wersję silnika Pratt & Whitney Canada PT6A-34AG o mocy 750 KM.
Walter M601.
W 60-latach w Czechosłowacji przystąpiono do budowy niewielkiego samolotu transportu regionalnego. Tak narodził się samolot Let L-410 Turbolet. Dla tego samolotu przemysł czechosłowacki, zwłaszcza firma Walter Aircraft Engines, opracowała własny silnik turbośmigłowy, który oznaczono M601. Pierwsze jego uruchomienie nastąpiło w 1967 roku.
Turbośmigłowy silnik Walter M601 został opracowany na identycznej zasadzie pracy, jak silnik PT6, czyli przepływ powietrza przez silnik jest realizowany przeciwnie do kierunku lotu. Ta konstukcja pozwala na stosowanie krótszych wałów, w wolna turbina, która napędza śmigło jest umieszczona blisko śmigła.
Silnik Walter M601 trafił jako napęd do około 20 konstrukcji, w tym samolotów PZL-106 Kruk i PZL-130 Orlik. Opracowano kilkanaście odmian silnika Walter M601. Do napędu PZL-130 TC-I używano silników M601E lub M601T (specjalnie do akrobacji).
Podstawowe dane silnika Walter M601: długość 1,675 m, średnica 0,59 m, masa 197 kg. Silnik składa się z: 2-stopniowa sprężarka osiowa plus pojedyncza sprężarka odśrodkowa, pierścieniowa komora spalania, jedno-stopniowa turbina napędu sprężarki, jedno-stopniowa wolna turbina. Moc maksymalna 544 kW, moc nominalna 490 kW. Temperatura przed turbiną 690 stopni C. Zużycie paliwa 377 g/kW·h.
Pratt & Whitney Canada PW100.
W 1991 roku w PLL LOT zaczęły służyć samoloty ATR-72/42. Od 2003 roku Polskie Wojsko otrzymało pierwsze samoloty transportowe CASA C-295M. Od 2012 roku w EuroLot zaczęły służyć samoloty Bombardier DHC 8 Dash 8-400Q. Co łączy te samoloty? Wszystkie mają napęd w postaci silników Pratt & Whitney Canada typu PW100.
Silniki Pratt & Whitney Canada typu PW100 to rodzina silników turbośmigłowych o mocach od 1 500 kW (2 039,43 KM) do 3 700 kW (5 030,60 KM). Pierwsze uruchomienie silnika PW100 nastąpiło w 1982 roku, natomiast w 1984 roku silnik otrzymał certyfikat i wszedł do użytkowania.
Silnik PW100 został zbudowany w rzadko spotykanym układzie trój-wałowym. Składa się z dwóch szpul i wolnej turbiny. Powietrze wpadające do silnika najpierw trafia do sprężarki promieniowej pierwszej szpuli. Następnie przechodzi do sprężarki promieniowej drugiej szpuli. Z kolei trafia do pierścieniowej komory spalania o zawróconym przepływie. Po kolejnym zwrocie o 180 stopni trafia na jedno-stopniową turbinę wysokiego ciśnienia, następnie na jedno-stopniową turbinę niskiego ciśnienia, a w końcu na dwu-stopniową wolną turbinę, która poprzez współosiowy, wewnętrzny wał przekazuje moment obrotowy do reduktora i na śmigło. Silnik pracuje na nafcie lotniczej.
Układ ten ma swoje zalety i wady. Do zalet należy zaliczyć możliwość pracy silnika jako APU z zatrzymanym śmigłem. Daje to wymierne korzyści w masie konstrukcji samolotu. Silnik dzięki dwóm sprężarkom promieniowym jest stosunkowo krótki oraz ma niewielką masę. Do wad zalicza się skomplikowanie konstrukcji silnika i trudności w remontach i przeglądach.
Silnik ma prawie 40 wersji, z których część jest już wycofana z produkcji. Pierwsza wersja PW115 była produkowana seryjnie dla samolotu Embraer 120 Brasilia. Ostatnia wersja PW127M została opracowana w 2007 roku dla samolotów Bombardier DHC 8 Dash 8-400Q. Najpopularniejsza jest wersja PW127 i jej odmiany. W ciągu ponad 30 lat produkcji, główne zmiany szyły w kierunku wydłużenia resursu i podniesienia niezawodności pracy. Silniki były i są wykorzystywane w blisko 20 konstrukcjach lotniczych, wojskowych i cywilnych.
Opracował Karol Placha Hetman