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:


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

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:


AL-7F-1-100 © Antonín Boudný


Letecká fakulta Technické univerzity v Košicích, Letecké muzeum v Košicích, květen 2008
Komentáře k této stránce

Warning: mysql_query() [function.mysql-query]: Access denied for user ''@'localhost' (using password: NO) in /data/www/leteckemotory.cz/www.leteckemotory.cz/article_comments.php on line 210

Warning: mysql_query() [function.mysql-query]: A link to the server could not be established in /data/www/leteckemotory.cz/www.leteckemotory.cz/article_comments.php on line 210
jméno    kontrolní výpočet 2 + 1 =           
Není možné vkládat odkazy začínající http://, použijte h**p://.
Všechny položky formuláře jsou povinné. Nevhodné příspěvky budou bez varování mazány.



Přístupů od 24. 4. 2002