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.
ZÁKLADNÍ TECHNICKÉ ÚDAJE RŮZNÝCH VERZÍ MOTORŮ AL-7
Pravděpodobné
hodnoty výkonu hlavních verzí
Typ |
AL-7 |
AL-7PB |
AL-7F |
AL-7F-1 |
AL-7F-2 |
AL-7F-4 |
Tah - maximální |
6500 |
6800 |
6500-6800 |
6800 |
cca 7000 |
|
- s příd. spalováním |
- |
- |
9000 |
9200-9600 |
10100 |
10700 |
Další
technické údaje z různých zdrojů (přesnost nezaručena,
pokusím se získat věrohodnější podklady)
Typ
|
|
AL-7PB |
AL-7F |
AL-7F-1 |
AL-7F-1 |
AL-7F-2 |
AL-7F-2 |
AL-7F-4 |
Zdroj |
|
bývalý
www.airwar.ru |
bývalý
www.airwar.ru |
manuál |
aviaros |
aviaros |
monografie
Tu-128 |
|
Délka |
mm |
3310 |
|
6810±15 |
6630 |
6650 |
|
6810 |
Max průměr |
mm |
1062 |
|
1250+5-8 |
1250 |
1300 |
|
1300 |
Hmotnost motoru |
kg |
|
|
2393±2% 1) |
2010 |
2100 |
2454 |
|
Suchá hmotnost 4) |
kg |
1746 |
|
2010 |
|
|
2103 |
2119 |
Průtok vzduchu |
kg/s |
114 |
|
114 |
114 |
115 |
|
117,5 |
Celkové stlačení za
VTK |
- |
9,5 (9,1) |
9,5 |
9,1 |
9,1 |
9,3 |
|
9,38 |
Tah - maximální |
kp |
6830 |
6850-7250 |
6900 2) |
6800 |
7500 |
6900 |
|
- s příd.
spalováním |
kp |
- |
9800-10000 |
9800 3) |
9600 |
10100 |
10100 |
10700 |
SFC - maximální tah |
g/N/h |
99 (88) |
99 |
97,7 |
93 |
91 |
98 |
|
- s příd.
spalováním |
g/N/h |
- |
|
230 |
204 |
204 |
229 |
|
Teplota plynů před turbínou |
°C |
860 |
860 |
|
930 |
930 |
|
990 |
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
Tabulka je přepsána z manuálu, nicméně je zde rozpor ve výkonech. V porovnání s jinými zdroji, ale
třeba i se zápisky pilotů z výcviku se ukazuje, že například plný forsážní tah nemusí být 96kN (cca 9800 kp),
jak je v tabulce uvedeno, ale 9600 kp. Podobně je to s ostatními hodnotami tahu. Hodnoty v manuálech by měly
být přesné, v tomto případě je ale dost možné, že se manuál mýlí.
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
Komentáře k této stránce
Není možné vkládat odkazy začínající http://, použijte h**p://.
Všechny položky formuláře jsou povinné. Nevhodné příspěvky budou bez varování mazány.
Poslední aktualizace: 26.6.2004; 2.7.2007; 20.12.2007