Kraków 2017-01-30
Silnik turboodrzutowy AL-7 i jego wersja rozwojowa AL-21
Silnik AL-7. 1952 rok.
Ważnym silnikiem w CCCP był silnik AL-7 F-1, który w zespole Archipa M. Lulki nosił oznaczenie TRD-31. Silnik powstał z początkiem 50-lat, poprzez rozwój silnika AL-5, a zwłaszcza jego powiększenie. Silnik AL-7 został po raz pierwszy uruchomiony we wrześniu 1952 roku. Silnik AL-7 został wykorzystany do napędu samolotów Su-7, Su-9, Su-11, Tu-128.
Podczas testów naziemnych wielokrotnie występowało zjawisko pompażu. Pompaż to zaburzenia przepływu powietrza w silniku, powodujące przerwanie jego pracy. Po modernizacji konstruktorom wydawało się, że problem został rozwiązany. W dniu 24.04.1959 roku, w powietrze wzbił się samolot S-22-1, przyszły Su-7B. Podczas odpalania niekierowanych pocisków rakietowych problem pompażu powrócił. Tym razem był on spowodowany gazami wylotowymi rakiet. Aby temu zjawisku zapobiegać silnik AL-7 otrzymał instalację KS-1 automatycznie zmniejszającą obroty silnika w chwili użycia pocisków i po chwili również automatycznie przywracającą początkowe obroty silnika. Instalacja nie do końca rozwiązała problem pompażu i dlatego wprowadzono dodatkowe ograniczenia eksploatacyjne przy lotach z dużymi pociskami niekierowanymi S-24.
Pierwsza wersja silnika miała oznaczenie AL-7 F-100. Oznaczenie "100" mówiło o okresie międzyremontowym silnika, czyli remont po 100 godzinach pracy. Kolejne wersje otrzymały już oznaczenie AL-7 F-1, a resurs międzyremontowy wzrósł do 150 godzin, a następnie do 250 godzin. Jak na połowę 50-lat silnik AL-7 F-1 był stosunkowo nowoczesny. Niemal na początku produkcji seryjnej w silniku wprowadzono nowoczesne rozwiązanie w postaci ruchomego pierwszego stopnia kierownic w sprężarce oraz upustu powietrza za 7-stopniem sprężarki.
Pierwsze serie produkcyjne silnika AL-7 F-1 (TRD-31) miały maksymalny ciąg bez dopalania 66,64 kN (6 800 kG), maksymalny ciąg z dopalaniem 94,08 kN (9 600 kG). Kolejne wersje produkcyjne silnika AL-7 F-1 miały maksymalny ciąg bez dopalania 68,65 kN (7 000 kG), a maksymalny ciąg z dopalaniem 98,10 kN (10 000 kG).
Budowa silnika AL-7 F-1.
Silnik AL-7 jest dostosowany do lotów z prędkościami naddźwiękowymi. Silnik AL-7 F-1 jest jedno-wałowy, jedno-przepływowy z dopalaczem. Silnik rozpoczyna się czołowym chwytem powietrza. We wlocie powietrza jest 13-kierownic, które porządkują przepływ powietrza przed pierwszym stopniem sprężarki. W chwili wpadnięcia dużego ptaka do silnika, te kierownice rozetną ptaka na mniejsze fragmenty, co nie powinno spowodować zgaśnięcia silnika. Za kierownicami znajduje się sprężarka osiowa. Sprężarka ma 14-stopni. Między poszczególnymi stopniami sprężarki są wieńce kierownic. Pierwszy wieniec kierownic jest regulowany. Za piątym stopniem sprężarki jest upust powietrza, która zapobiega zjawisku pompażu. Spręż sprężarki wynosi 9,1:1. Komora jest pierścieniowo-dzbanowa. Wtrysk i zapłon paliwa odbywa się w dzbanie. Powietrze które opływa dzban chłodzi dzbany. Turbina jest 2-stopniowa. Maksymalna temperatura spalin za turbiną wynosi 685 stopni Celsjusza. Za turbiną jest komora dopalacza. Dopalacz zwiększa ciąg silnika o około 43 %. Silnik jest zakończony regulowaną dyszą wylotową. Regulacja odbywa się automatycznie przy pomocy układu hydrauliczno-mechanicznego.
Podstawowe dane silnika AL-7 F-1:
Silnik AL-7 F-1 ma maksymalny ciąg bez dopalania 68,65 kN (7 000 kG), a maksymalny ciąg z dopalaniem 98,10 kN (10 000 kG). Długość silnika 6,81 m. Masa silnika 2 395 kg. Spręż sprężarki wynosi 9,1:1. Minimalne zużycie paliwa wynosi 0,93 kg/kGxh. Zużycie paliwa przy włączonym dopalaczu wynosi 2,3 kg/kGxh.
Silnik AL-21.
W 60-latach, podczas wojny w Wietnamie, rosjanie zdobyli kilka egzemplarzy amerykańskiego silnika General Electric J79-GE. Tak jak silnik AL-7 amerykański silnik jest jedno-wałowy i jednoprzepływowy, ale ma kilka rozwiązań, które czynią go lepszym od silnika rosyjskiego. Silnik General Electric J79-GE jest wykonany ze stopów metali żarowytrzymałych, których w CCCP nie było. Poza tym nie ma tylko jednego stopnia ruchomych kierownic, ale kilka stopni. To rozwiązanie pozwala na latanie z prędkością naddźwiękową przy zminimalizowaniu ryzyka wystąpienia pompażu. Rosjanie skopiowali to rozwiązanie i powstał silnik AL-21. Nowe stopy pozwoliły na znaczne obniżenie masy silnika. W porównaniu do poprzednika silnik AL-21 został specjalnie przystosowany do lotów na małych wysokościach.
Pierwsze uruchomienie silnika AL-21 na hamowni nastąpiło w 1966 roku. Silnik przyjęto do eksploatacji w 1969 rok. Silnik jest używany w samolotach MiG-23 (niektóre wersje), MiG-27 (niektóre wersje), Su-17, Su-20, Su-22, Su-24. Samoloty Su-22 w zależności od życzenia zamawiającego wyposażono w silnik AL-21 lub R-29. Wszystkie Polskie samoloty Su-22 wyposażono w silniki AL-21, te same które napędzały samoloty Su-20. Od 90-lat XX wieku, silniki AL-21 są remontowane w Polsce we Warszawie.
Warto w tym miejscu zaznaczyć, że na Zachodzie już dawno rozwijano konstrukcje dwu-przepływowe i dwu-wałowe. W CCCP nadal trwano przy prostych silnikach. Wychodzono z założenia, że nie występuje deficyt paliwa, co było prawdą i liczy się tylko wysoki ciąg silnika. Z drugiej strony proste konstrukcje silników były łatwiejsze w produkcji i eksploatacji, co nie było bez znaczenia. Jednak efektem takiego rozumowania był mały zasięg statków powietrznych, co wpływało na duże ograniczenie w wykonywaniu zadań. Wiele załóg koncentrowało się podczas lotu na ilości pozostałego paliwa, a nie na dobrym wykonaniu powierzonego zadania.
Budowa silnika AL-21.
Silnik AL-21 jest dostosowany do lotów z prędkością naddźwiękowa. Wlot powietrza do silnika zaopatrzono w stożek bardziej ostry niż w silniku AL-7 F-1. We wlocie powietrza jest 8-kierownic, które porządkują przepływ powietrza przed sprężarką. Przed pierwszym stopniem sprężarki jest pierwszy stopień ruchomego wieńca kierownic. Silnik AL-21 ma jedenaście stopni ruchomych wieńców kierownic. Pozostałe stopnie są nieruchome. Ruch kierownic jest realizowany przez układ hydrauliczno-mechaniczny. Sprężarka osiowa ma 14-stopni. Za siódmym stopniem umieszczono upust powietrza przy nadmiernym ciśnieniu, aby zapobiec zjawisku pompażu. Obudowa sprężarki jest wykonana z pierścieni, które są łączone śrubami. Komora spalania jest pierścieniowa. W komorze spalania znajduje się 12 wtryskiwaczy paliwa. Turbina jest 3-stopniowa. Wyposażona jest w układ chłodzenia. Silnik wyposażono w dopalacz. Dopalacz jest chłodzony powietrzem pobieranym przez 4 chwyty umieszczone na kadłubie w tylnej części. Silnik jest zakończony regulowaną dyszą wylotową gazów, o lepszej konstrukcji niż w silniku AL-7. Regulacja odbywa się układem hydrauliczno-mechanicznym.
Silnik AL-21 jest smarowany w układzie zamkniętym. Silnik ma instalację BPS-89P, która przeciwdziała wyłączaniu się silnika w powietrzu. Uruchamianie silnika odbywa się poprzez rozrusznik turbinowy TS-21 (rozpędzany rozrusznikiem elektrycznym).
Podstawowe dane silnika AL-21:
Ciąg maksymalny bez dopalania wynosi 78 kN (7 953 kG). Ciąg maksymalny z dopalaniem wynosi 111,5 kN (11 369 kG). Masa silnika wynosi 1 720 kg.
Paliwo nafta T-1, TS-1, RT. Olej IPM-10 lub syntetyczny WNII-50. Jednostkowe zużycie paliwa 0,9 – 1,2 kg/daNxh, z dopalaniem 1,5 – 2,0 kg/daNxh. Na 1 000 kg paliwa silnik zużywa 18 000 kg powietrza. Resurs silnika wynosi 900 – 1500 godzin w zależności od serii produkcyjnej. Okres między-remontowy 350 – 450 godzin, kiedy wymianie wymagają niektóre podzespoły żarowytrzymałe.
Opracował Karol Placha Hetman