AI-25

autor textu: Ing. Marián Hocko, PhD.

ÚVOD

V polovici šesťdesiatych rokov v sovietskom dopravnom letectve postupne dosluhovali malé dopravné lietadlá s piestovými motormi Li-2, Il-12 a Il-14, ktoré bolo potrebné nahradiť novými dopravnými lietadlami tejto kategórie s progresívnymi dvojprúdovými pohonnými jednotkami. Konštrukčná kancelária ALEXANDRA SERGEJEVIČA  JAKOVLEVA tento problém vyriešila návrhom trojmotorového dopravného lietadla Jak-40 pre 27 až 32 cestujúcich a dvojčlennú posádku. Ako pohonné jednotky boli použité nové dvojprúdové letecké turbokompresorové motory AI-25 z konštrukčnej kancelárie ALEXANDRA GEORGIEVIČA IVČENKA. Motory boli umiestnené v zadnej časti lietadla. Prvý vzlet prototypu lietadla Jak-40 bol realizovaný 21. októbra 1966. Lietadlo dosahovalo cestovnú rýchlosť v = 550 km.h^-1 vo výške H = 7000 m pri maximálnom dolete 1700 km. Sériová výroba dopravného lietadla Jak-40 prebiehala v Saratovskom leteckom závode. Lietadlo dosiahlo aj exportný úspech. Bolo používané v leteckých spoločnostiach mnohých krajín sveta na východe ale aj na západe. Exportné varianty lietadla Jak-40EC boli vybavené západnými radionavigačnými prostriedkami. Pre transportné účely bol vyrobený nákladný variant lietadla Jak-40T s veľkými nákladovými dverami s rozmermi 1,6 x 1,5 m na ľavom boku lietadla pred krídlom. Posledné vyrábané lietadlá Jak-40 používali modernizovaný výkonnejší variant dvojprúdových motorov AI-25T so zvýšeným ťahom F_T = 17,15 kN a obracačom ťahu u stredného motora.

Dopravné lietadlá Jak-40 boli používané aj na linkách ČSA a v československom vojenskom letectve. V období od roku 1974 do roku 1992 bolo v ČSA používaných 17 lietadiel tohto typu. Pri delení majetku československej armády v roku 1992 bolo jediné zostávajúce lietadlo Jak-40 pridelené slovenskému vojenskému letectvu.

Dvojprúdové letecké turbokompresorové motory AI-25 boli robustnej, konzervatívnej konštrukcie s malým obtokovým pomerom m = 2. V dobe svojho vzniku dosahovali veľmi dobré výkonové a ekonomické charakteristiky. Špecifická spotreba paliva c_m = 0,082 kg.N^-1.h^-1 bola v prvej polovici šesťdesiatych rokov veľmi slušná. Pôvodný ťah motora AI-25 bol F_T = 14,7 kN. Ten sa u modernizovaných motorov AI-25T zvýšil až na hodnotu F_T = 17,15 kN. U tohto variantu motora bol použitý aj mušľový obracač ťahu. Pre pohon cvičného prúdového lietadla L-39 bol v Československu vyvinutý  výkonnejší variant motora AI-25W,  ktorý sa vyrábal len v malej sérii. Tieto motory boli u ďalších sérií lietadiel L-39 Albatros nahradené výkonnejším sovietskym variantom motora AI-25TL.

CHARAKTERISTIKA MOTORA AI-25

Motor AI-25 je dvojprúdový dvojhriadeľový letecký turbokompresorový motor s trojstupňovým axiálnym nízkotlakovým dúchadlom a osemstupňovým axiálnym vysokotlakovým kompresorom, prstencovou spaľovacou komorou, jednostupňovou chladenou vysokotlakovou plynovou turbínou, dvojstupňovou nechladenou nízkotlakovou plynovou turbínou a výstupnou sústavou s pevnou výstupnou dýzou. Na spúšťanie motora slúži generátor vzduchu AI-9 a vzduchová turbína SV-25.

Dvojprúdový letecký turbokompresorový motor AI-25 bol použitý u prvých sérií dopravných prúdových lietadiel Jak-40.

Motory AI-25 základní verze byly vyrobeny ve více než 6300 kusech, doposud u 109 zákazníků odsloužily přes 57 milionů hodin. Životnost motorů aktuální série 2E je 16000 hodin provozu.

Jak-40

ZÁKLADNÉ  TECHNICKÉ  ÚDAJE  MOTORA  AI-25

KONŠTRUKCIA  MOTORA AI-25W

Kompresor

Kompresor motora AI-25 je axiálny, dvojprúdový, dvojhriadeľový, jedenásťstupňový, tvorený nízkotlakovou a vysokotlakovou časťou.

Vo vstupnej časti kompresora motora sa nachádza  25  dutých vstupných usmerňovacích lopatiek a aerodynamický kryt. Pre zabezpečenie ochrany pred vznikom námrazy sa do vstupných usmerňovacích lopatiek a do aerodynamického krytu motora privádza horúci vzduch z odmrazovacej sústavy motora. Vstupná časť motora je vyrobená z  titanových zliatin.

Nízkotlaková časť kompresora je axiálna, trojstupňová a jednohriadeľová.  Rotor dúchadla (nízkotlakového kompresora) je diskobubnovej konštrukcie. Prvý stupeň dúchadla je nadzvukový. Rotor dúchadla je uložený na prednom guličkovom ložisku a zadnom valčekovom ložisku.

Vysokotlaková časť kompresora je axiálna, osemstupňová a jednohriadeľová. Rotor vysokotlakového kompresora je diskobubnovej konštrukcie. Lopatky prvého stupeň vysokotlakového rotora sú nadzvukové. Hriadeľ rotora vysokotlakového kompresora je uložený na prednom guličkovom ložisku a zadnom valčekovom ložisku.

Ochranu kompresora motora pred vznikom nestabilnej práce zabezpečujú štyri odpúšťacie ventily vzduchu, z ktorých dva zabezpečujú odpúšťanie vzduchu za tretím stupňom a dva zabezpečujú odpúšťanie vzduchu za piatym stupňom vysokotlakového kompresora a natáčacie usmerňovacie lopatky vstupného usmerňovacieho ústrojenstva vysokotlakového kompresora motora. Odpúšťacie ventily vzduchu sú ovládané tlakom vzduchu za kompresorom motora v závislosti na hodnote otáčok vysokotlakového rotora motora.

Vstupné usmerňovacie lopatky vysokotlakového kompresora sú nastaviteľné v  rozsahu Δα_uú = ± 5°.

Všetky časti kompresora motora sú vyrobené z titanovej zliatiny OT41.

Skriňa pohonov

Skriňa pohonov motora AI-25 je vložená medzi nízkotlakový a vysokotlakový kompresor. Je základnou nosnou časťou motora, na ktorej sa nachádzajú hlavné upevňovacie uzly pre uchytenie motora do konštrukcie draka lietadla.

Skriňa pohonov zabezpečuje:

• rozdelenie vystupujúceho vzduchu  z nízkotlakového kompresora  medzi  vonkajší  a vnútorný prúd motora;
• upevnenie motorových a lietadlových agregátov;
• upevnenie telesa valčekového ložiska rotora nízkeho tlaku a telesa guličkového ložiska rotora vysokého tlaku;
• upevnenie predných montážnych čapov motora.

Skriňa pohonov je vyrobená odlievaním z horčíkovej zliatiny. Má tvar dvoch zrezaných kužeľov, ktoré sú medzi sebou spojené šiestimi nosnými rebrami. Vonkajší a vnútorný kužeľ vytvárajú vzduchový kanál, ktorý je rozdeľovacím prstencom rozdelený na vnútorný kanál prúdu plynu a vonkajší kanál prúdu vzduchu. Spodná časť vonkajšieho kužeľa vytvára teleso, ku ktorému sú pomocou prírub upevnené jednotlivé agregáty. K  prednej prírube vnútorného kužeľa je upevnené teleso predného  ložiska nízkotlakového kompresora. K zadnej prírube vnútorného kužeľa je upevnené teleso predného ložiska vysokotlakového kompresora.

Agregáty upevnené na skrini pohonov sú poháňané krútiacim momentom od rotora kompresora vysokého tlaku.

Na skrini pohonov je umiestnený vzduchový turbínový spúšťač SV25, palivový regulátor, vysielač otáčok DTE2, odlučovač vzduchu, hydraulické čerpadlo NP72M, olejový agregát, palivové čerpadlo a generátor elektrického prúdu.

Spaľovacia komora

Spaľovacia komora motora AI-25 je prstencového typu. Tvorí ju teleso spaľovacej komory, plamenec, delený plášť, plášť druhého prúdu, 12 palivových dýz, 2 zapaľovače, difúzor a rúrky.

Difúzor slúži na zníženie rýchlosti vzduchu, ktorý je privádzaný do spaľovacej komory z vysokotlakového kompresora.

V prednej časti telesa spaľovacej komory sú privarené štyri rebrá, z ktorých dve slúžia pre odber vzduchu. V strednej časti telesa spaľovacej komory sú privarené dve rebrá, v ktorých sú umiestnené zapaľovače. V spodnej časti telesa spaľovacej komory je privarený zberač odpadového paliva.

Plamenec má v prednej časti 12 hlavíc, v ktorých sú umiestnené jednokanálové palivové dýzy odstredivého typu. Zapaľovanie spaľovacej komory pri spúšťaní motora zabezpečujú 2 zapaľovače, v ktorých sú umiestnené odstredivé palivové dýzy a  nízkonapäťové sviečky SPN4ZT. Jednotlivé časti plamenca sú vyrobené zváraním zo žiaruvzdorného oceľového plechu.

Plynová turbína

Plynová turbína motora AI-25 je axiálna, dvojhriadeľová, trojstupňová, reakčného typu.

Vysokotlaková plynová turbína je jednostupňová. Zabezpečuje pohon vysokotlakového kompresora a agregátov motora. Usmerňovacie lopatky vysokotlakovej plynovej turbíny sú duté, chladené sekundárnym prúdom vzduchu, ktorý je privádzaný z priestoru spaľovacej komory. Rotor vysokotlakovej plynovej turbíny motora je diskovej konštrukcie, uložený na prednom guličkovom ložisku, ktoré je spoločné aj pre rotor vysokotlakového kompresora, a na zadnom valčekovom ložisku. 134 rotorových lopatiek je upevnených do stromčekových zámkov po dvojiciach do korunovej časti disku. V  axiálnom smere sú lopatky poistené plechovými poistkami.

Nízkotlaková plynová turbína je dvojstupňová, nechladená. Slúži na pohon nízkotlakového kompresora. Rotor nízkotlakovej plynovej turbíny je diskovej konštrukcie, uložený na prednom valčekovom ložisku a zadnom valčekovom ložisku. 83 usmerňovacích lopatiek druhého stupňa a 79 usmerňovacích lopatiek tretieho stupňa nízkotlakovej turbíny má plnú konštrukciu.

Teleso zadného ložiska vytvára jeden celok s difúzorom vnútorného prúdu. Teleso zadného ložiska sa skladá z telesa ložiska, ku ktorému je privarených šesť dutých radiálnych rebier. V strednej časti je k rebrám privarený plášť nosnej sústavy a prstenec vonkajšieho plášťa prvého prúdu, na ktorom sú štyri príruby pre termočlánky. Duté rebrá sú využité na vedenie potrubí olejovej sústavy a odvzdušnenia.

Výstupná sústava

Výstupná sústava motora AI-25 zabezpečuje samostatnú expanziu vonkajšieho prúdu vzduchu a vnútorného prúdu plynu vo výstupných dýzach motora do atmosféry.

Nosnou časťou výstupnej sústavy motora je skriňa zadného uloženia. Plášť difúzora vonkajšieho prúdu je mierne kužeľového tvaru, vyrobený z ľahkej zliatiny. K zadnej prírube plášťa difúzora vonkajšieho prúdu je upevnená pevná výstupná dýza. Výstupná dýza vnútorného prúdu je pevná a zabezpečuje výstup prúdu plynu do atmosféry.

SÚSTAVY MOTORA AI-25

Olejová sústava

Olejová sústava motora AI-25 je cirkulačná, uzatvorená, tlaková, priamo odvzdušnená do atmosféry.

Olejovú sústavu motora tvorí olejová nádrž, olejový agregát, odstredivý odlučovač, palivoolejový agregát a odstredivý odvzdušňovač.

Olejová nádrž s objemom 10 l zabezpečuje zásobu oleja pre spoľahlivú činnosť olejovej sústavy motora vo všetkých režimoch letu. Pracovný tlak oleja v tlakovej vetve p_o = 0,2 až 0,45 MPa zabezpečuje zubové tlakové čerpadlo, ktoré je súčasťou olejového agregátu. V konštrukcii olejového agregátu sa nachádzajú dve sekcie zubových odsávacích čerpadiel, redukčný ventil, obtokový ventil, olejový čistič a spätný ventil.

Odstredivý odlučovač vzduchu zabezpečuje oddelenie vzduchu od oleja zo zmesi oleja a vzduchu z odsávacieho čerpadla skrine pohonov.

Palivoolejový agregát slúži na chladenie oleja a ohrievanie paliva pred vstupom do palivového čističa. K výmene tepla medzi teplým olejom a studeným palivom dochádza v rúrkovom výmenníku. Teplota oleja na výstupe z motora je maximálne t_o = 125°C.

Odstredivý odvzdušňovač zabezpečuje oddelenie oleja z olejových pár a priame odvzdušnenie olejovej sústavy do atmosféry.

Používaný typ oleja v olejovej sústave je MK8P.

Palivová sústava

Palivová sústava motora AI-25 zabezpečuje potrebnú regulovanú dodávku paliva do spaľovacej komory v závislosti na zvolenom režime činnosti motora a podmienkach letu.

Palivovú sústavu motora tvorí nízkotlaková palivová sústava, vysokotlaková palivová sústava, automatická palivoregulačná sústava, núdzová palivová sústava a spúšťacia palivová sústava.

Palivová sústava sa skladá z bloku čerpadiel a palivového regulátora. Blok čerpadiel zabezpečuje dodávku tlakového paliva do motora AI-25. Palivové čerpadlo je dvojstupňové. Prvý stupeň je tvorený odstredivým palivovým čerpadlom, druhý stupeň tvorí zubové palivové čerpadlo. Maximálny tlak paliva na výstupe z agregátu je udržiavaný ventilom maximálneho tlaku paliva na hodnote p = 8,5 MPa.

Palivový regulátor zabezpečuje regulovanú dodávku paliva do spaľovacej komory na všetkých režimoch činnosti motora. Súčasťou regulátora je spúšťací automat, zabezpečujúci regulovanú dodávku paliva v závislosti na atmosférickom tlaku vzduchu do spúšťacích palivových dýz v zapaľovačoch spaľovacej komory pri spúšťaní motora.

V palivovom regulátore sa nachádza ventily, ktoré zabezpečujú ovládanie štyroch odpúšťacích ventilov vzduchu v závislosti na otáčkach rotora vysokého tlaku. Pri otáčkach n₂ = 73 až 76 % sa uzatvárajú odpúšťacie ventily vzduchu za 5. stupňom vysokotlakového kompresora. Pri otáčkach n₂ = 82,5 až 85,5 % sa uzatvárajú odpúšťacie ventily vzduchu za 3. stupňom vysokotlakového kompresora.

Regulovanú dodávku paliva do spaľovacej komory pri spúšťaní motora zabezpečuje ventil minimálneho množstva paliva, spúšťací automat a hlavná dávkovacia ihla.

Na rovnovážnych režimoch je dodávka paliva do spaľovacej komory regulovaná pri teplotách t_1c < 15°C v závislosti na tlaku vzduchu „p₁“ regulátorom tlakového spádu. Pri teplotách t_1c > 15°C je dodávka paliva do spaľovacej komory regulovaná regulátorom otáčok, ktorý mení polohu hlavnej dávkovacej ihly.

Dodávku paliva pri akcelerácii motora reguluje akceleračný automat v závislosti na priepustnosti škrtiacich blokov. Regulátor otáčok je pri akcelerácii motora vyradený z činnosti.

Pri poruche palivoregulačnej sústavy je možné zabezpečovať dodávku paliva do spaľovacej komory núdzovou palivovou sústavou, ktorá sa uvádza do činnosti tlačidlom v kabíne lietadla. Dodávka paliva sa v tomto prípade ovláda ručne dávkovacou ihlou núdzovej palivovej sústavy.

Zastavenie motora  AI-25  vykonáva pilot prestavením páky ovládania motora do polohy STOP. Núdzové zastavenie motora sa vykonáva prepínačom v kabíne lietadla, čím sa uvádza do činnosti elektromagnetický ventil havarijného zastavenia motora.

Odpadová sústava

Odpadová sústava motora AI-25 zabezpečuje zber a odvod odpadového paliva a odpadového oleja z palivovej a olejovej sústavy motora mimo lietadlo.

Odpadová sústava sa skladá z odpadovej nádrže,  sústavy potrubí a ejekčného nástavca. Odpadové kvapaliny sú z jednotlivých zberačov odvádzané do odpadovej nádrže. Obsah odpadovej nádrže sa odsáva podtlakom v ejekčnom nástavci, ktorý vyúsťuje v priestore výstupnej dýzy motora, kde sa odpadové kvapaliny spaľujú.

Odmrazovacia sústava

Odmrazovacia sústava motora AI-25 zabezpečuje ochranu vstupnej časti motora pred vznikom námrazy.

Odmrazovacia sústava motora využíva horúci vzduch, ktorý je odoberaný za vysokotlakovým kompresorom motora. Horúci vzduch je vedený do vstupných usmerňovacích lopatiek, aerodynamického krytu a k sonde celkového tlaku vzduchu na vstupe do motora p_1c. Odmrazovaciu sústavu motora ovláda pilot ručne prepínačom v kabíne lietadla. Množstvo odoberaného vzduchu od kompresora motora riadi termostatický regulátor v závislosti na teplote vzduchu. Prívod vzduchu do odmrazovacej sústavy motora otvára uzatváracia klapka, ovládaná elektromechanizmom MPK14MTV8. Zapnutie odmrazovacej sústavy motora je sprevádzané poklesom tlaku vzduchu za kompresorom motora o 7 %, poklesom ťahu a zvýšením teploty výstupných plynov.

Spúšťacia sústava

Spúšťacia sústava motora AI-25 zabezpečuje spúšťanie motora na zemi a počas letu a jeho prechod na voľnobežné otáčky.

Spúšťaciu sústavu motora tvorí spúšťacia skrinka, generátor vzduchu AI-9 a vzduchový spúšťač SV-25.

Generátor vzduchu AI-9 je malý prúdový motor s predimenzovaným radiálnym kompresorom, protiprúdovou prstencovou spaľovacou komorou a jednostupňovou plynovou turbínou, ktorý slúži ako zdroj stlačeného vzduchu pre vzduchový spúšťač SV25. Generátor vzduchu AI-9 má vlastnú spúšťaciu sústavu, olejovú sústavu, palivoregulačnú sústavu a vzduchovú sústavu.

Generátor vzduchu AI-9 je samostatný agregát, ktorý sa dodáva nezávisle od motora AI-25.

Vzduchový spúšťač SV-25 je malý turbínový motor, zabezpečujúci premenu tlakovej energie vzduchu na mechanickú energiu, ktorá sa pri spúšťaní vo forme krútiaceho momentu využíva na roztočenie vysokotlakového rotora motora AI-25. Výkon vzduchového spúšťača SV25 je P_sp. = 22 kW, ktorý dosahuje pri prietoku vzduchu Q_v,sp = 0,35 kg.s^-1 s  tlakom p_sp.=0,285 MPa. Maximálne otáčky vzduchového spúšťača sú  n_sp. = 46 000 min.^-1.

Vzduchový spúšťač SV-25 sa skladá z telesa spúšťača so vstupným uzatváracím ventilom, vzduchovej turbíny, planétového reduktora, vysielača limitných otáčok a z elektromagnetického ventilu s obmedzovačom tlaku vzduchu.

Vzduchový spúšťač SV-25 sa uvádza do činnosti až po spustení generátora vzduchu AI-9. Po zapnutí tlačidla v kabíne lietadla sa privádza od generátora vzduchu stlačený vzduch cez otvorený vstupný uzatvárací ventil vzduchového spúšťača na vzduchovú turbínu, ktorá sa roztáča a cez skriňu pohonov motora AI-25 roztáča rotor vysokého tlaku. Vypnutie vzduchového spúšťača SV-25 zabezpečuje mikrovypínač v palivovom regulátore motora pri dosiahnutí otáčok n₂ = 41,5 až 44,5 % alebo spúšťacia skrinka po 45 sekundách od okamžiku činnosti vzduchového spúšťača SV-25.

Vzduchový spúšťač SV-25 je súčasťou motora AI-25.

Kontrolné a signalizačné prístroje motora

Činnosť motora AI-25 v kabíne lietadla Jak-40 pilot kontroluje pomocou dvojručičkového ukazovateľa otáčok ITE-2, ukazovateľa teploty plynu za plynovou turbínou ITG-1, trojručičkového ukazovateľa tlaku paliva pred palivovými dýzami, tlaku oleja na vstupe do motora a teploty oleja na výstupe z motora a ukazovateľa vibrácií IV-300L.

Signalizáciu nebezpečných režimov činnosti motora AI-25 zabezpečuje signalizačné tablo MINIMÁLNY TLAK OLEJA, PALIVOVÝ ČISTIČ, 700°C, 730°C, TURBOŠTARTÉR, POŽIAR, NESPÚŠŤAJ, NÁMRAZA.

Některé zdroje použitých informací a obrázků:

• http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Motorlet_M701_turbojet.jpg
• http://www.turbinesbygateway.com/forsale.html
• http://www.turbinesbygateway.com
• a další internetové zdroje

Poslední aktualizace: 7.10.2007