Motor pro rychlé, vysokolétající letouny MiG-25. Vyvíjen byl v 60. letech.

R-15

AMNTK Sojuz (Tumansky), Rusko (vývoj)
OKB A.A.Mikulina, Rusko (vývoj)
MMPP Saljut, Rusko (výroba)

Jednohřídelový motor R-15 byl vyvinut speciálně pro let ve velké výšce a pří rychlosti převyšující M=2,5. Základní variantu motoru vyvinula OKB-300 S.K.Tumanskeho, na dalším vývoji se podílela spolu s OKB A.A.Mikulina. Nejprve se plánovalo použití na strategické jaderné okřídlené střele Tu-121 o doletu necelých 4000 km. Ta byla poprvé vypuštěna v srpnu 1959, v následujícím roce byl však projekt ukončen ve prospěch balistických střel. Speciálně pro tento typ prostředků byla vyvinuta pohonná jednotka 15K (značená též R-15K-300 nebo KR-15-300) s tahem na přídavném spalování 10000 kp. První sériově vyráběné motory začaly být montovány do "gigantických" dálkově řízených bezpilotních průzkumných letounů Tu-123 Jastreb (DBR-2). Ty vznikly úpravou střel Tu-121 v letech 1960-61, do výzbroje byly zavedeny 23.5.1964 a do roku 1972 jich bylo vyrobeno celkem 52 kusů. Co se týče termodynamických dějů, blížily se R-15 ke kategorii motorů náporových. Odpovídalo tomu i stlačení vzduchu za pětistupňovým kompresorem, které při statických podmínkách bylo už i na svou dobu opravdu nízké. Stlačení na kompresoru bylo kompenzováno náporovým stlačením při vysoké rychlosti a speciální neregulovatelnou tryskou, díky čemuž byl výkon ve velkých výškách a rychlostech kolem M=2.5 podstatně vyšší než u běžných motorů - blížil se ke 20ti tunám (téměř 200kN). S příliš dlouhou životností se nepočítalo a tak byl resurs (garantovaná doba bezporuchového provozu) stanoven jen na 50 hodin provozu. Ve spojitosti se střelou Tu-121 se někdy udává resurs dokonce jen 15 hodin, přičemž motor mohl pracovat nepřetržitě 3 hodiny na plné forsáží.

V roce 1957 byl na rýsovacích prknech navržen prototyp stíhacího letounu E-150. Plánovalo se využití upravených předchozích motorů, tentokrát s označením R-15-300(M). Na jejich dokončení se muselo čekat celých 18 měsíců a tak první prototyp E-150 vzlétnul až 8.7.1960. Na rozdíl od původního motoru musel R-15-300 pracovat v plném provozním rozsahu letounu, včetně vzletu, přistání a pozdvukových letů. Tento požadavek si vyžádal instalaci automaticky ovládaného odpouštěcího pásu za třetím stupněm kompresoru, trubkově-prstencové spalovací komory, nové (doposud největší v historii) komory přídavného spalování a trojpolohové výstupní trysky. Turbína zůstala jednostuoňová. Trubkově-prstencová spalovací komora pracovala s o 50°C vyšší teplotou a byla "doladěna" pro provoz ve větší výšce (není jisté, zda se tak nestalo až u motoru R-15B-300).

Druhý prototyp E-150 testoval od roku 1962 modernizované motory R-15M-300 se zlepšeným výškovým výkonem. Přímým následovníkem E-150 byl od 21.5.1961 létající E-152 také s jedním motorem R-15-300(M). (pozor, E-152A měl dva motory R-11F-300). V organizaci FAI byl letoun veden jako E-166, motor jako R-166. Životnost už ale začínala být problémem - resurs několik desítek hodin stačil nanejvýš pro pozemní zkoušky a pokusné lety, pro sériové stroje musí být motor vyladěný a mnohem spolehlivější. Tak jak tak, motory R-15-300 a jejich nejbližší modifikace nastřádaly počátkem 60. let na letounech E-150, E-152 a E-152M značné množství letových hodin včetně letů ve velkých výškách a při vysokých rychlostech. Stejným motorem poháněná ozbrojená varianta letounu E-150, typ E-151, zůstala jen v podobě makety.

R-15 byl jako jediný dostupný motor odpovídajících charakteristik vybrán pro pohon letounu E-155, prototypu MiGu-25. Po pravdě: nebyl to zcela jediný motor těchto výkonů. Rybinská kancelář pod vedením P.A.Kolesova v té době  zkonstruovala a testovala ještě silnější motory RD17-16. Ovšem byla postavena jen hrstka exemplářů a motor byl určen jen a pouze pro nadzvukový bombardér M-52, který nakonec nikdy nevzlétnul. Ljulka také pracoval na motoru stejné tahové třídy, projekt byl však zatím jen na rýsovacím prkně.

Pro použití na letounech E-155 byla vyvinuta verze R-15B-300 (Izdělije 15B), která měla oproti původním 15K z bezpilotních letounů a R-15-300 z pokusných letounů řadu konstrukčních změn. Během krátké doby konstruktéři provedli výměnu původního jednoduchého hydromechanického systému řízení přívodu paliva, optimalizovaného pro držení motoru na konstantním tahu, za plně regulovatelný elektronický systém (prvně na sovětském bojovém letadle) typu RRD-15B s rezervním mechanickým systémem. Práce na elektronické regulaci vedl S. Čěkunov. Problém původního hydromechanického řízení se projevil už u letounů E-150 a E-152, kde se průtok paliva často měnil a to v širokém rozsahu 150 - 15000 kg/h. Na tak rozdílné průtoky nebyl původní systém stavěný. U E-155 byla vyžadována přesnost regulace otáček 0,2%, krom toho musel být systém svázán s regulátorem nasávacích otvorů letounu. 

Jako palivo se používá speciální kerosin T-6 (T - Toplivo) s vysokým bodem varu. Náhradou může být palivo T-7P a RT (Reaktivnoje Toplivo). Každý motor je vybaven vlastním detektorem ohně s ionizačními senzory a hasícím přístrojem, jehož médiem je chlorfluorocarbon (CFC). Otáčky při maximálním výkonu byly 7000 /min.

Koncová hrana motoru má úctyhodný průměr téměř 150 cm.

Konečný R-15B-300 a především jeho elektronický systém řízení byl nejprve v letech 1963-64 intenzivně testován pod létající laboratoří Tu-16LL. Výsledky však neposkytly všechny potřebné informace, jelikož letové podmínky poskytnuté letounem Tu-16 se ani zdaleka neblížily podmínkám, pro které byl motor optimalizován. První R-15B-300 měly životnost jen 25 hodin! E-155 vzlétnul poprvé v březnu 1964, v letech 1965-75 bylo na letounech tohoto typu ustanoveno 21 světových rekordů. V záznamech FAI byl letoun veden jako E-266 a motory jako R-266, to vše pro zmatení "západního" nepřítele. Motory prvních sériových MiG-25 (od 1969) měly životnost stanovenu na 150 hodin, v dalších sériích byla zvýšena až na 750 hodin provozu. Nepřerušovaná doba provozu s přídavným spalováním byla z počátku stanovena na 3 minuty. Byla však zvýšena na 8 a později na 40 minut. Trysky jsou v zadní části z aerodynamických důvodů natočeny nepatrně k sobě a jsou u sebe natolik blízko, že se jejich profily prolínají, takže z každé trysky musely být odstraněny 3 segmenty a nahrazeny na trup letounu napojeným oddělujícím blokem. Vzhledem k značnému zahřívání povrchu motorů musely mít letouny kvalitní tepelné stínění. Motory se používaly na starších letounech MiG-25 a ukázaly se být dostatečně spolehlivými i při ostrých klimatických podmínkách od chladného Ruska až po horký Egypt. Konstruktéři letounu MiG-25 nakonec dostali Leninovu Cenu, za pohonnou jednotku R-15B-300 ji dostal Fedor Šuchov.

Neúspěšný projekt letounu T-37 byl založen také kolem těchto motorů. Ve stádiu projektu zůstal také dvoumotorový přepadový stíhač Tu-128 2R-15B-300 i čtyřmotorový nadzvukový bombardér Tu-125.

Zástavba motorů a rozmístění palivových nádrží o kapacitě 15ti tun speciálního kerosinu v letounu MiG-25.

Motory R-15B-300 však vždy omezovaly výkony letounů MiG-25, hlavně dolet a dlouhodobou cestovní rychlost. Při letu nad M=2,8 měly tendenci nekontrolovatelně zvýšit otáčky a přehřívaly se. Podle vyprávění zkušebních pilotů překračovaly letouny MiG-25 manuálem povolenou rychlost M=2,83 velmi ochotně a taky se tak často stávalo. Dosáhnout rychlosti kolem M=3 údajně nebyl větší problém. V některých materiálech se lze dokonce dočíst, že svéhu času operovaly egyptské MiG-25 nad Izraelským územím při rychlosti M=3,2, motory po těchto letech prý byly vyměněny. Lze se jen dohadovat, zda údaj o rychlosti M=3,2 je založen na pravdě. Brzy po zavedení MiGu-25 do služby byly požadovány výkonnější a ekonomičtější pohonné jednotky. Bylo toho možné dosáhnout i ne tak drastickou změnou stávajících motorů.

Nový R-15BF2-300 (Izdělije 65M) designérů Šuchova a Rotmistrova měl navíc jeden stupeň kompresoru a bylo použito nových materiálů, dovolujících zvýšit teplotu ve spalovací komoře a na turbíně. Při zachování vnějších rozměrů se zvýšil stupeň stlačení ze 4,75 na 4,95 a klesla spotřeba paliva. Tah narostl přibližně o čtvrtinu a umožnil by lety rychlostí až 3500 km/h. Motory byly od roku 1973 zkoušeny na dvou letounech E-155M (MiG-25M), které dosáhly několika rekordů ve stoupavosti a výšce letu. Přestože se prokázalo zlepšení výkonů letounu a motory byly plně zaměnitelné s předchozími verzemi, přes 10 let zavedená sériová výroba R-15 by se zbytečně zkomplikovala. Hlavně ale SSSR začal v té době měnit priority a extrémní rychlost už nebyla tak důležitá jako dříve. Krom toho Koliesovy motory D-30F6 pro plánovaný MiG-31 poskytovaly podobné výkonnostní kvality, ale měly výrazně nižší spotřebu.

Poslední sériově vyráběnou verzí byla R-15BD-300 s modifikovaným příslušenstvím (skříň náhonů atd.), životností stanovenou na 1000 hodin a s výkonem 'stejným' jako jeho předchůdce (viz poznámka za tabulkou TTD). Motor začal být od konce 70. let montován do nových sérií MiGů-25, konkrétně to byly nejméně tyto verze: PD, BM a konverze starších letounů na verzi PDS a RBF. Starší MiGy-25, u kterých skončila doba životnosti R-15B-300 už dostávaly nové motory R-15BD-300. Pozdější série R-15BD-300 měly tah nepatrně vyšší.

Měla vzniknout ještě jedna verze motoru, a sice R-15BV-300 (V - Vysotnyj) se zvýšeným výkonem ve velkých výškách. Motor by umožnil let nebývalou rychlostí M=3.5 (přes 3700 km/h). V polovině 60. let se s ním uvažovalo v souvislosti s přepadovým stíhačem E-155PA (MiG-25PA). Projekt ale nebyl nijak dál rozvíjen.

MiG-25	E-150
Tu-123	E-152

Schématický řez motorem R-15B-300 a průběhy teploty, stlačení a rychlosti plynů.

KONSTRUKCE MOTORU R-15B-300

R-15B-300 je jednoproudový jednohřídelový motor s pětistupňovým kompresorem, trubkově-prstencovou spalovací komorou, jednostupňovou turbínou, forsážní komorou a výstupní tryskou. Turbína je nejvíce zatěžovanou součástí motou a i přes přítomnost chladícího systému je díky turbíně výrazně omezena doba činnosti motoru na vysokém výkonu. Hlavním letovým režimem letounu MiG-25 je let na dlouhou vzdálenost s částečnou forsáží. Toto si vyžádalo taková konstrukční opatření, aby mohl být režim částečné forsáže dlouhodobě provozován se zachováním stabilního spalování a přijatelné spotřeby. Systém řízení chodu motoru automaticky udržuje zadaný režim práce motoru v závislosti na poloze přípusti motory v kabině letounu, teploty okolního vzduchu rychlosti letu. Hlavní systém je elektronický (RRD-15BM), záložní je hydromechanický (agregát 10370ND).

Výstupní ústrojí

Tryska motoru R-15B-300 sestává ze vzájemně mechanicky svázané vnitřní a vnější pohyblivé části. Plocha kritického průřezu je regulována vnitřní částí.

Automatickou regulaci výstupního ústrojí zajišťuje systém řízení režimu motoru a je závislá na režimu práce motoru a čísle M. Výstupní tryska má tři fixní polohy, pokud je motor vybaven všerežimovou tryskou, je možná plynulá změna mezi těmito polohami.

• poloha I s vnitřním průměrem 945 mm. Na motorech bez všerežimové trysky použita při škrceném (otáčky nad cca 68 - 75%) a maximálním režimu (I. maximální). Na motorech se všerežimovou tryskou poloha použita pouze při maximálním režimu do rychlosti letu M=1.5. V této poloze tryska pracuje s podkritickým spádem tlaku, při kterém rychlost plynu ve zužující se části trysky roste a tlak klesá až na úroveň tlaku atmosférického.
• poloha II s vnitřním průměrem 1100 mm. Poloha odpovídá volnoběhu (na motoru se všerežimovou tryskou při stlačené přední podvozkové noze), režimu "první forsáž" (M < 1.5) a bezforsážnímu režimu "druhý maximální" (M>=1.5 při procesu odbržďování letounu po vypnutí forsáže). Při forsážním režimu je na trysce nadkritický spád tlaku. Profil trysky je v této poloze konvergentní-divergentní (Lavalova tryska).
• poloha III s vnitřním průměrem 1170 mm a průměrem výstupní části 1640 mm. Poloha použita při forsážním režimu za letu při rychlosti M > 1.5, tzv. "druhá forsáž" a nebo při nepracujícím motoru. Dochází k velkému nadkritickému propadu tlaku.

Krom vypsaných režimů je poloha II a III použita k usnadnění spouštění motoru, rychlejší akceleraci na maximální režim, udržení stability práce kompresoru, při snižování otáček v momentu překročení jejich maximální povolené hodnoty, použita je také ke stabilizaci práce motoru při snížení nebo zvýšení otáček motoru pilotem na bezforsážních režimech.

Na bezforsážních režimech u motorů bez všerežimové trysky jsou tři režimy: na zastaveném motoru poloha III, na volnoběhu (nízký tah) poloha II, na otáčkách 68-75% se přechází v polohu I. Doba přechodu mezi jednotlivými polohami trysky je 2 - 4 sekund.

Na bezforsážních režimech motoru vybaveného všerežimovou trysku je krom fixních třech poloh (III - vypnutý motor, II - volnoběh na zemi, I - maximál) ve škrceném režimu motoru proměnlivá poloha mezi polohou I a II. Plné odkrytí trysky (poloha II) je při nízkém tahu (volnoběh) a při stlačené přední podvozkové noze. Při nestlačené přední podvozkové noze a při volnoběhu je poloha trysky proměnlivá. Systém plynulé regulace umožňuje plynulou změnu tahu v závislosti na otáčkách motoru, což je důležité pro jemnou regulaci tahu např. během přistání.

VÝKONOVÉ CHARAKTERISTIKY MOTORU R-15B-300

Poslední aktualizace: 29. 6. 2004 | 1. 12. 2007 | 5. 5. 2008