Výkonný proudový motor stíhacích bombardérů 50. a 60. let 20. stol.

AL-7

OKB A. M. Ljulky, Rusko (vývoj)
MMPP Saljut, Rusko - Moskva (výroba)
závod Rybinsk, Rusko (výroba)

Vývoj proudových motorů druhé generace AL-7 začal v OKB A. M. Ljulky koncem roku 1952 ještě pod vývojovým označením TR-7. První návrh byl dokončen v březnu 1953, načež v červenci téhož roku byla koncepce schválena Vědecko-Technickou Radou. V lednu 1954 začalo testování, výsledky byly uspokojivé. V srpnu 1955 motor hladce prošel stohodinovými státními zkouškami a byl doporučen pro sériovou výrobu. Další práce byly svázány se zdokonalováním jednotlivých komponent motoru a s vývojem systému přídavného spalování. První motor AL-7F s forsážní komorou byl hotov v květnu 1955 a do roku 1957 podstoupil testy na letounech Suchoj, o dva roky později se dostal do sériové výroby. Státní stohodinové zkoušky následovaly o rok později.

Motor AL-7 byl první sovětský motor s nadzvukovým kompresorem, tj. vzduch na jeho lopatky přichází rychlostí, převyšující rychlost zvuku. Umožňuje to zvětšit množství vzduchu, procházejícího kompresorem a zvýšit stupeň stlačení. Takto je možné dosáhnout zmenšení hmotnosti a velikosti motoru. Nevýhodou je nižší účinnost (o 2-4%) kvůli rázovým vlnám, které způsobují ztráty na prvním stupni kompresoru. Doposud s takovýmto kompresorem nebyly zkušenosti, bylo nutné začít od začátku. Společně s institutem CIAM byl nejprve navržen malý pokusný 8-stup. kompresor TR-11 se stupněm stlačení 7. V roce 1952 byly v CIAM a CAGI prověřeny charakteristiky několika předběžných typů nadzvukových kompresorů. Přitom bylo dosaženo stlačení 10 (poprvé na světě). Vzhledem k dosavadním nulovým zkušenostem s podobnými motory bylo nutné konstrukci nadzvukového kompresoru neustále dolaďovat. Vysoká teplota ve spalovací komoře a její rychlý spád za prvním stupněm turbíny si vyžádal použití stabilizátoru plamene, který na vstupu turbíny udržuje optimální teplotu a spálení paliva je tak efektivnější.

Na řezu jsou vyznačena tři protipumpážní opatření - viz odstavec o kompresoru.

KONSTRUKCE AL-7F-1 (platí pro verzi AL-7F-1-150, -200 a -250)

Motor má běžné uspořádání jednohřídelového turbokompresorového motoru s třemi ložisky a skládá se z axiálního devítistupňového kompresoru, prstencové spalovací komory, dvoustupňové reakční plynové turbíny a výstupního systému opatřeného komorou přídavného spalování a stavitelnou hnací tryskou. Agregáty motoru jsou poháněny od hřídele motoru. Kroutící moment se přenáší do skříně náhonů, uložené ve spodní části motoru pod předním tělěsem kompresoru. Agregáty poháněné od hřídele motoru jsou namontovány na skříni náhonů. Při spouštění na zemi roztáčí motor turbospouštěč TS-20B, turboreakivní motor malých rozměrů.

Kompresor

Kompresor motoru je axiální, devítistupňový. První stupeň má delší lopatky a je nadzvukový. Znamená to, že relativní rychlost vzduchu oproti lopatkám (w₁) může přesáhnout místní rychlost zvuku. V mezilopatkovém prostoru tak vznikají rázové vlny, za kterými rychlost proudu klesá na podzvukovou a dochází k prudkému nárůstu tlaku. Ke snížení odporu jsou náběžné hrany lopatek prvního nadzvukového stupně zaostřeny. Maximální účinnost má kompresor v oblasti pracovních režimů motoru, pod oblastí maximálních otáček. Nárůst tlaku na každém jednotlivém stupni je v hodnotě 1,18 až 1,3. Motor má několik protipumpážních prvků. 1) Protipumpážní kanál nad prvním stupněm kompresoru, který při podzvukové práci snižuje efektivní výšku lopatek. 2) Natáčivé lopatky statoru prvního stupně udržují na dalším oběžném kole (rotor druhého stupně) úhel náběru a regulují průchozí průřez a rychlost proudu. Lopatky jsou stavitelné do polohy -15, -3 a +3°. Záporné hodnoty jsou pro malé otáčky, kdy se jejich nastavením zachovává u druhého stupně rotoru kompresoru úhel náběru proudu. Polohou +3° se zvětšuje průchozí průřez při vysokých otáčkách. 3) Odpouštěcí pasy za 4. a 5. stupněm kompresoru odpouštějí při nízkých otáčkách vzduch, který není schopen projít zadními stupni kompresoru bez zbrždění proudu. Tato tři protipumpážní opatření jsou vyznačena v průřezu motoru.

Řez rotorem kompresoru

Spalovací komora

Přímoproudá prstencová spalovací komora s 18ti hořáky a virníky. Plamenec je ze žáruvzdorné oceli, po vnějším i vnitřním obvodě má několik řad otvorů pro vstup sekundárního vzduchu. V zadní části plamence jsou navařeny pišťaly, kterými vchází většina sekundárního vzduchu a ochlazuje spaliny na 900°C.

Spalovaci komora

Plynová turbína

Dvoustupňová, axiální, se stupněm expanze 4,93. První stupeň rotoru má 72, druhý 69 lopatek. U verze AL-7F-4 je první stupeň chlazený vzduchem.

Výstupní ústrojí

Přímoproudá forsážní komora rozděluje proud plynů na dva - malý a velký obvod (malá a velká forsážní komora). Do malého obvodu se přivádí 10% plynu. Forsážní komora je vybavena antivibračním zařízením. Prodlužovací roura převádí plyny z komory přídavného spalování do trysky. Je svařena ze žáruvzdorné ocelí, kvůli značnému tepelnému namáhání musí být chlazená vzduchem odebíraným z atmosféry. Celá roura je opatřena izolačními plášti. Regulovatelná výstupní tryska se skládá ze sady 24 svorek, ovládacího prstence a šesti pracovních válců. Svorky zapadají jedna do druhé, jsou pohyblivé a tím vytvářejí měnitelný kruhový průřez. Tryska je stavitelná se dvěma průřezy - pro forsáž a volnoběh 940⁺²_-3 (otevřená tryska, prstenec vepředu), v ostatních režimech 755 mm (zavřená tryska, prstenec vzadu).

Schéma ukazuje přední část komory přídavného spalování. Uprostřed je malá forsážní komora.
Na posledním snímku je velmi dobře patrný systém ovládání průřezu trysky.

VERZE MOTORU

AL-7 prototyp s kuželovou neregulovatelnou tryskou. Vyroben v roce 1953. Zabudován do letounu S-1 (prototyp Su-7). Se dvěma motory vzlétl v roce 1955 prototyp bombardéru Il-54. Motor byl údajně použit na dopravním letounu Tu-110, což byla čtyřmotorová verze Tu-104. Postaveny byly jen dva prototypy Tu-110. První dva prototypy dopravního letounu Il-62 měly také motory AL-7, protože plánované NK-8 ještě nebyly hotovy. Je ovšem možné, že se jednalo o jinou verzi AL-7, protože zdroje udávají tah 7500kg, což je více než měla základní verze AL-7.

AL-7F má už komoru přídavného spalování. Je to první verze vyráběná ve větších sériích. Teplota spalin ve forsážní komoře dosahovala 2000K (přes 1700°C), plyny z trysky vystupovaly rychlostí větší než 1000 m/s. 
Motor byl namontován do prototypu S-1, který však v roce 1957 havaroval právě na selhání motoru. Přestože to nebyl jediný případ, kdy se motor zastavil za letu, byl letoun S-1 s motorem AL-7F doporučen pro sériovou výrobu pod označením Su-7. Velké problémy s pumpáží (nestabilní práce motoru) si však vyžádaly úpravu motoru i samotného letounu.
Tento motor byl použit ve čtyřech prototypech dvoumotorového přepadového stíhače La-250. Jeho vývoj byl však v roce 1960 zastaven.
Motor AL-7F byl ve druhé polovině 50. let zabudován do prototypu tentokrát už nadzvukového bombardéru Il-54.
Dalším letounem byl Suchoj P-1 - projekt stíhacího letounu. Měl jej původně pohánět motor AL-9, ten ale nebyl dokončen. Jediný motor AL-7F by letounu neposkytnul dostatečný výkon ani perspektivu - byla dána přednost projektu T-5.
Jeden motor poháněl prototyp I-7U a z něj odvozený I-75.

AL-7F-1 je už velkosériově vyráběná verze. Výroba probíhala v letech 1959-1970. Motor vznikl za účelem snížení výskytu pumpáže, ovšem nikdy se jí plně nezbavil. Postupně se zvyšoval i resurs a tak vzniklo několik podverzí:

• AL-7F-1-50 s resursem 50 hodin měl již některá protipumpážní opatření. Testován byl nejdříve na pokusném letounu S-41, který byl vybaven pohyblivým kuželem na vstupu vzduchu a protipumpážními klapkami. Díky tomu byl omezen vznik pumpáže a forsážní tah mohl vzrůst nejdříve na 9200 kp a později až na 9600 kp. Jen pro upřesnění: S-41 vznikl v roce 1958 ze základní verze Su-7.
  Motory AL-7F1-50 byly montovány od 9. do 12. (poslední) série základní verze Su-7, vyráběné do roku 1959. V roce 1959 byl jeden Su-7 přestavěn na zkušební letoun S-23. 

• AL-7F-1-100 s resursem 100 hodin už byl určen pro velkosériové stroje Su-7B (S-22), jejichž výroba probíhala mezi lety 1959 a 1963. Do výzbroje byl letoun oficiálně přijat 24.1.1961. Stejný motor poháněl i zkušební letoun S-25, který byl zkonstruován v roce 1960 z Su-7B.
  Technický detail: přídavné spalování se při akceleraci z volnoběhu zažehlo za 6-7 sekund.

• AL-7F-1-100U byl motor s upravenou konstrukcí kompresoru, která ještě více omezila vznik pumpáže. Pravděpodobně v roce 1962 byl zabudován do pokusného letounu S-41. Bezpečnost provozu se radikálně zlepšila. Je pravděpodobné, že poznatky z testování tohoto motoru byl použity u následujících verzí.

• AL-7F-1-150 s resursem 150 hodin měly první modernizované letouny Su-7BM (S-22M). Výroba letounu byla zahájena v roce 1963. Ve stejném roce a ze stejného letounu vznikl i zkušební letoun S-26. (je možné, tento motor měl jen první prototyp letounu Su-7BM a velkosériově vyráběné stroje měly již AL-7F1-200)

• AL-7F-1-200 s resursem jak jinak než 200 hodin byly montovány do pozdějších Su-7BM (konec výroby letounu v roce 1965). Měly je také exportní Su-7BMK (S-22MK, 1964-1970), dvoumístné Su-7U (U-22, 1965-1971) a exportní dvoumístné Su-7UMK (U-22MK, 1966-1970).
  Jeden Su-7U byl v roce 1969 přestavěn na létající laboratoř "100LDU" pro testování systému řízení bombardéru T-4.

• AL-7F-1-250 s resursem 250 hodin pravděpodobně poháněl Su-7BKL (S-22KL), vyráběný v letech 1965-1971.

• další AL-7F-1 bez udání podverze byly použity nebo alespoň plánovány na následujících letounech:
  Suchoj Su-17 - bylo vyrobeno jen několik kusů letounů této základní verze. Prototyp tohoto letounu byl Su-7IG (S-22I)
  T-3, T-40, T-43 a T-47 - prototypy letounů Su-9 a Su-11. Prototypy T-47 v roce 1960 dostaly motory AL-7F-2. Na některých prototypech byly dosaženy světové rekordy v rychlosti, stoupavosti a dostupu.
  Suchoj Su-9 - masově vyráběný stíhací letoun. Vyrobeno pravděpodobně přes 1000 kusů.
  Tu-98 měl být dvoumotorový nadzvukový bombardér, do výzbroje nezaveden. Raketový nosič "98A" (Tu-24) měl také mít  dva tyto motory, nebyl nikdy postaven. 

Na prvním snímku je dobře vidět protipumpážní kanál nad prvním oběžným kolem kompresoru (asi 20 cm za vstupem vzduchu) a také odpouštěcí pasy za 4. a 5. stupněm kompresoru, proud vzduchu z nich je veden pod plechovým krytem a vyúsťuje dobře viditelným otvorem do motorového prostoru letounu.

AL-7F-2 - modernizovaný. Liší se novým osmým a devátým stupněm turbíny, novým druhým stupněm turbíny a zvětšenou forsážní komorou. Vyráběn byl v letech 1960-1970. Motor poháněl záchytné stíhače Tu-128. Pro tyto letouny byly určeny motory sérií 0, 1, 2, 4, 6 a 7 lišící se garantovaným resursem. Ten u sedmé série činil 300 hodin. Motory se spouštěly turbostartérem TS-20B, používajícím benzín B-70. Palivo motoru je standardní - TS-1, T-1 nebo RT.
S použitím motoru AL-7F-2 se uvažovalo i u jednomotorového letounu T-58. Motor byl ale pro takovýto letoun příliš slabý a možnosti dalšího rozvoje byly nulové. Pro další vývoj (nakonec vedoucí k Su-15) byla vybrána dvoumotorová koncepce s motory R-21F-300.
Dalším letounem s tímto motorem byl ze Su-9 vzniknuvší Su-11 (prototyp nesl označení T-47). U tohoto letounu si zástavbu výkonnějšího motoru vyžádala instalace těžšího radiolokátoru a použití těžších protileteckých střel.
Raketový nosič "98B" (Tu-24) měl mít dva tyto motory, nebyl nikdy postaven. Úplně stejný osud měl i letoun "122" (ANT-122)

AL-7F-4 s vylepšeným přídavným spalováním byla experimentální verze z roku 1962. Společně s verzí AL-7F-4G byla testována na upraveném letounu Tu-128 2AL-7F-4G.

AL-7FK je motor krátké životnosti pro křídlaté střely Ch-20 a Ch-20M. Odlišuje se konvergentní tryskou, jiným regulátorem otáček, rozšířeným věncem turbíny a lopatkami ze slitiny EI-867. Vyráběl se od roku 1958

AL-7PB měl kompresor z nerezavějící oceli a místo forsážní komory jen pevnou neregulovatelnou trysku. Vyráběn od roku 1961.
Poháněl hydroplány Be-10 (Berijev M-10G) a dopomohl jim k dosažení několika rekordů. K sériové výrobě letounu však nedošlo. Motor (možná verze AL-7P) též poháněl prototyp Tu-110, čtyřmotorovou variantu letounu Tu-104.

Sériová výroba byla ukončena v roce 1974.

Su-7	Su-9	Su-11
Be-10	Ch-20	Tu-128
La-250	Tu-110	Il-54

ZÁKLADNÍ TECHNICKÉ ÚDAJE RŮZNÝCH VERZÍ MOTORŮ AL-7

Pravděpodobné hodnoty výkonu hlavních verzí

Další technické údaje z různých zdrojů (přesnost nezaručena, pokusím se získat věrohodnější podklady)

1 kp tahu = 9,80665N tahu
1) - suchá hmotnost s agregáty
2) - tato hodnota z manuálu je možná chybná, správná hodnota bude patrně 6800 kp
3) - tato hodnota z manuálu je možná chybná, správná hodnota bude patrně 9600 kp
4) - hodnoty z jiného zdroje, brát s rezervou

Zdroje se co se týče tahu motoru značně rozcházejí. Uvedený tah 6500 kp u AL-7 je vztažen k úplně první variantě motoru. Některé zdroje udávají tah bezforsážní verze motoru (např pro prototyp letounu Il-62) blížící se až k 7500 kp. Pokud tak výkonný motor AL-7 vůbec existoval, musela to už být nějaká jiná verze.
Forsážní výkon AL-7F bude pravděpodobně někde u 9000 kg, stejně tak výkon maximální bude v hodnotách mezi výkonem AL-7 a AL-7F-1
AL-7F-1-50 - forsážní tah vzrostl v průběhu vývoje z 9200 až na 9600 kp. Je možné, že se u pozdějších sérií AL-7F-1 ještě o něco málo zvýšil a přiblížil až těsně pod hranici 10000 kp.
Maximální tah AL-7F-2 je udáván v rozmezí 6800-7500 kp. Vzhledem k tomu, že tato verze měla oproti předchozí zvýšený výkon, je dost pravděpodobné, že se výkon bude pohybovat někde až za hranicí 7000 kp.
U AL-7PB zdroje uvádějí tah v rozmezí 6500-7000 kp. Vzhledem k tomu, že to není verze z počátečního stádia vývoje této řady motorů, je pravděpodobné, že tah bude stejně jako u AL-7F-1 kolem 6800 kp.

REŽIMY MOTORU AL-7F-1

Poznámky:

• Při rozběhu motoru je povoleno maximální zvýšení teploty T₄ na 710°C po dobu 5 min (H=0-6km)
• Za 100% jsou vzaty maximální otáčky 8500 ot/min.
• Přípustná doba nepřetržitého chodu při max. režimu s forsáží na zemi maximálně 15 sekund, za letu ve výškách do 8 km maximálně 15 minut a nad 8 km maximálně 20 minut.
• Přípustná doba nepřetržitého chodu při maximálním režimu ve výškách do 8 km max. 15 min., nad 8 km max. 20 minut.
• Přípustná doba nepřetržitého chodu při nominálním a cestovním režimu není omezena v rozmězí resursu
• Přípustná doba nepřetržitého chodu při volnoběhu maximálně 10 minut
• Doba přechodu z volnoběhu na maximální režim je 15 až 19 sekund, z maximálního režimu na volnoběh 5 až 6 sekund.
• Doba spouštění (od stistknutí spouštěcího tlačítka až do dosažení otáček volnoběhu) maximálně 60 sekund.
• Doba dosažení forsáže po zapnutí forsáže při maximálním režimu je maximálně 10 sekund.
• Doběh motoru po vypnutí z volnoběhu až do úplného zastavení motoru je minimálně 65 sekund.

AL-7F-1-100 © Antonín Boudný


Letecká fakulta Technické univerzity v Košicích, Letecké muzeum v Košicích, květen 2008

Poslední aktualizace: 26.6.2004; 2.7.2007; 20.12.2007