Самолетните двигатели в хале номер четири
- Детайли
- Категория: ТехнокулТУра ТехнокулТУра
- Публикувана на 01 Юли 2019 01 Юли 2019
Ако сте се разхождали из сградите на университета, сигурно са ви направили впечатление множеството най-различни двигатели в хале № 4 – автомобилни, корабни и др. Някои от тях са учебни, други пък отразяват постиженията на университетската конструкторска мисъл през 80-те години на XX век. Но има една група от шест двигателя, „пенсионирани“ неми свидетели на бурната история на една от най-бързо развиващите се области на научно-техническия прогрес – авиацията. За тях става дума в този очерк.
(В лаборатория 708 на катедра „КММ“ има още пет самолетни двигателя: „АИ-20К“, „ВК-1А“, „M 701C“, „РД-9Б“ и „ТА-6А“, за които ще излезе отделен очерк.)
От 1974 до 1984 г. в катедра „Двигатели с вътрешно горене“ се изучава дисциплината „Газотурбинни двигатели“ със значителен хорариум, включващ освен лекции и упражнения и разработка на курсов проект с надлъжен разрез на проектирания двигател. За осигуряването ѝ се използва материална база, състояща се от бутални, турбовитлови и турбореактивни самолетни двигатели. Всички те са осигурени от бивши възпитаници на катедрата, като буталните са доставени от структури на Селскостопанската авиация в България, а турбовитловите и турбореактивните – от Летищен комплекс–Варна. След доставката на буталните двигатели, в катедрата са направени необходимите разрези с цел използването на двигателите в учебния процес. Сега двигателите се намират в хале № 4 на катедра „ТТТ“, наследница на бившата „Двигатели с вътрешно горене“. След отпадането на гореспоменатата дисциплина, катедрата полага грижи за съхранението и поддържането им в добър вид. Целта на настоящия материал е да бъде осъзната тяхната историческа ценност като вероятно единствени екземпляри в България, които биха представлявали интерес както за специалисти, така и за любители. Конструкцията и системите на някои от тях и досега се използват в някои аспекти на учебния процес. С ръководителя на катедра „ТТТ“ доц. Здравко Иванов ги идентифицирахме, както следва:
Както се вижда, при реактивните двигатели мощността в таблицата е заместена с тяга в килонютони. Полезната мощност на реактивния двигател е равна на произведението на тягата му и скоростта на самолета. Оттук и парадоксалният на пръв поглед извод, че при нулева скорост тя е равна на нула! (Не и пълната мощност, която е равна на полупроизведението на квадрата на скоростта на изтичане на работното тяло и масовия му разход.) Но при максималната скорост например на „МиГ-15бис“ се получава полезна мощност 26 kN × 300 m/s = 7800 kW, а на „Ту-134“ – 66 kN × 244 m/s = 16100 kW, която е по-голяма от мощността и на най-мощния витлов двигател в света „НК-16“ (11800 kW). Именно свойството на реактивния двигател мощността му да се увеличава със скоростта на движение го прави незаменим за високоскоростния самолет.
Но нека се върнем към нашите двигатели. Най-старият от тях е осемцилиндровият немски Λ-образен двигател „As 10 C“ (на долната снимка). У нас са внасяни няколко различни модела самолети с този двигател. Характерно за него е „висящото“ разположение на цилиндрите, което улеснява достъпа до тях, понижава центъра на тежестта и прави възможно по-ниското разположение на фюзелажа спрямо оста на витлото:
На снимката се вижда, макар и частично, интересна конструктивна особеност на този двигател – мотовилката на единия от срещуположните цилиндри (Einzelpleuel) влиза в мотовилката на другия (Gabelpleuel).
Почти толкова стар е и съветският петцилиндров звездообразен двигател „М-11ФР“ (на снимката по-долу). Той се е произвеждал над 30 години в СССР, Полша и Китай, в огромни за самолетен двигател количества. Поставян е на легендарния съветски двуплощник „По-2“, внасян и у нас, на българския нископлощник „ЛАЗ-7М“ (познат още като „ЗАК-1“), многоцелевия „Як-12“, учебния „Як-18“ и много други самолети:
Предимства на звездообразния двигател са малката дължина на коляновия вал с едно-единствено коляно и равномерното охлаждане на цилиндрите. Недостатъци са лошата аеродинамика на тъпия „нос“ на самолетите с такъв двигател и оттам ниската им скорост, както и големият разход на масло (10% от разхода на бензин за „М-11“). Освен това, след дълъг престой маслото може да протече през буталните пръстени в долните цилиндри. Ако е протекло малко, двигателят пуши известно време след пускането си. Но ако е протекло много, се стига до хидравличен удар и разрушаване на двигателя! Затова преди пускане трябва да се завърти на ръка винтът и ако се върти трудно, да се отвият свещите на долните цилиндри, за да изтече събраното там масло, след което да се завият обратно. При много дълъг престой е добре маслото да се източи.
Другият звездообразен двигател („АШ-62ИР“ – на снимката по-долу) е деветцилиндров, с много по-големи мощност и ресурс и произхожда от двигателя „SGR-1820-F3“ на американската фирма „Curtiss-Wright“, за чието производство е закупен лиценз. Поставянето на центробежен компресор и други усъвършенствания увеличават мощността му с 40%. Произвеждан е в СССР в течение на 58 години, а също в Полша и Китай. В България са внасяни два модела самолети с такъв двигател – най-големият едросериен двуплощник в света „Ан-2“ (един от които още е в летателна годност!) и двудвигателният военнотранспортен самолет „Ли-2“ (лицензно копие на американския „DC-3“, на което са заменени оригиналните двигатели).
След Втората световна война нуждата от все по-високи скорости води до изместване на буталните самолетни двигатели от газотурбинните. Вторите три двигателя в нашата колекция са представители точно на това семейство. Турбовитловият „АИ-20М“ е единият от тях. Той е много по-икономичен и с много по-голям ресурс и специфична мощност от буталните двигатели и позволява поставяне в аеродинамична гондола:
У нас транспортните самолети „Ан-12“ с този двигател се експлоатираха до 2007 г. (годината на влизане в ЕС), когато фактически ни забраниха да използваме тези изключително икономични и евтини за експлоатация машини. Това доведе до неизбежната им разпродажба (вж. http://aeropress-bg.com/articles/89 ). Така приключи експлоатацията на този двигател у нас – половин век след началото на производството му!
Високите обороти на този турбовитлов двигател налагат да има редуктор (на снимката вдясно) с малко предавателно число – 0,08732. Т. е. максималните обороти на витлото са 12300 × 0,08732 = 1074 об./мин. Изглеждат ниски, но трябва да се има предвид, че диаметърът на витлото му „АВ-68И“ е 4,5 m, а на витлото „В-509А-Д7“ (сменено по-късно с „АВ-2“) на „Ан-2“ е само 3,6 m и предавателното число на редуктора му е 11:16, което прави 2350 × 11 : 16 = 1616 об./мин. Формата на лопатите на двете витла също е различна.
Какво ограничава оборотите на витлото? Скоростта на краищата му не бива да достига тази на звука. Така например за витлото на „По-2“ с диаметър 2,4 m тази скорост е 2,4 × 1900 × π : 60 = 239 m/s; за това на „Ан-2“ – 3,6 × 1616 × π : 60 = 305 m/s, а за това на „Ан-12“ – 4,5 × 1074 × π : 60 = 253 m/s. (Скоростта на звука при +20°C е 343,1, при 0°C – 331,5, а при −20°C – 318,8 m/s.) Но какво ще стане, ако все пак я достигне?!
Такъв самолет е имало! Неговото витло се въртяло толкова бързо, че периферната скорост на лопатите му надвишавала тази на звука. Това бил американският експериментален самолет от 1955 г. „XF-84H“ с прякор „Thunderscreech“. Шумът от витлото му докарвал летищния персонал буквално до припадък! Въпреки че бил най-бързият витлов самолет в света (достигал скорост цели 1080 км/ч = 300 m/s – почти тази на звука), той не бил пуснат в серийно производство. Не само поради шума, а и поради много други проблеми…
На снимката по-горе е показан полският турбореактивен двигател „Lis-2“ (Lis = licencyjny silnik, лицензен двигател), който е лицензно копие на съветския „ВК-1А“. Интересна е историята на разработването му. През 40-те години на XX век най-големи успехи в реактивното двигателостроене постига известната английска фирма „Rolls-Royce“. На 17ти юни 1946 г. Министерският съвет на СССР решава да бъдат закупени от нея двигателите „Derwent V“ и „Nene“. Главните конструктори Артём Микоян и Владимир Климов и професорът по авиационно материалознание Сергей Кишкин отиват в Англия да договорят покупката. Англичаните дълго се колебаят да продадат ли двигателите на бившия си съюзник и днешен съперник или не. Легендата гласи, че Микоян се обзаложил с един от ръководителите на „Rolls-Royce“, че ако го победи на билярд, той ще се съгласи на продажбата. Микоян бил прекрасен играч на билярд и спечелил облога. Дали е било така или не, не се знае, но накрая министър-председателят Clement Attlee разрешава сделката – 9 месеца след като предшественикът му Winston Churchill произнася прочутата си реч в американския град Fulton (Missouri), с която започва т. нар. „Студена война“. Така СССР получава възможност да копира най-добрите реактивни двигатели за времето си, за което някои хора в Англия и до днес съжаляват!
Разбира се, възниква и въпросът за усвояването на необходимите за производството технологии. По това време в Съветския съюз няма технология за производството на температурно-устойчивата сплав „Nimonic-80“ за направа на лопатките на турбините, усвоена в Англия още през 1941 г. Не е известен дори съставът ѝ. Налага се да откраднат малко стружки от английския завод, който предстои да посетят, и да ги предадат за анализ в Москва. Как? При посещението Климов, предварително обул обувки с меки подметки, незабелязано тъпче по стружките около струговете, обработили интересуващите го части!☺
Всъщност двигателят „ВК-1“ не е просто по-съвършен вариант на английския „Nene“. Работата по него започва още преди решението за покупка на двигателите на „Rolls-Royce“ и продължава успоредно с копирането на „Nene“. Така се получават два двигателя – „РД-45“ (точно копие на „Nene“) и „ВК-1“, в който има и оригинални съветски решения, но се копират и онези английски от „Nene“, които са по-добри.
СССР предава техническа документация за производството на „ВК-1А“ на Полша, ЧССР и Китай. С полското му лицензно копие „Lis-2“ са оборудвани и самолетите „Lim-2“, полско лицензно копие на съветските „МиГ-15бис“, които постъпват в България през 50-те години на XX век. Същият двигател се поставя и на малко по-новия изтребител „МиГ-17“, а „ВК-1Ф“ (с форсажна камера) – на „МиГ-17Ф“. Висш пилотаж на него може да се види в изпълнение на тексаския летец Randy Ball на http://fighterjets.com . Интересно е, че двата му реставрирани „МиГ-17Ф“ и „МиГ-17ПФ“ също са произведени в Полша. И като става дума за „МиГ-17“ – това е единственият реактивен самолет, с който е прелетяно под мост! Това прави в гр. Новосибирск на 4ти юни 1965 г. 30-годишният гвардейски капитан Валентин Привалов. И за това дори не е наказан!
По-горе е показан последният и най-нов от шестте ни двигателя – турбовентилаторният „Д-30“ I серия (без реверс). Единственият самолет у нас с този двигател е пътническият „Ту-134“. Турбовентилаторният двигател се нарича още турбореактивен двуконтурен двигател (ТРДД). В него има два „контура“ за преминаване на въздуха, нагнетяван от „вентилатора“ на входа му – външен и вътрешен. Само вътрешният контур минава през т. н. „газогенератор“ (т. е. през компресора, горивната камера, турбината и соплото). Съотношението между разхода на въздух през външния и през вътрешния контур се нарича степен на двуконтурност. Ако тя е поне 2, се смята за висока и съответно и КПД е по-висок. В нашия двигател тя е 1,0 и има смесване на потоците на двата контура. А в перспективния двигател „ПД-14“ (без смесване) за пътническия самолет „МС-21“ тя е 8,5 при специфичен разход 54 kg/kNh – с над 31% по-нисък от този на „Д-30“!
На базата на първия „Д-30“ е създадено цяло семейство двигатели, включително и „Д-30Ф6“, използван в свръхзвуковия изтребител-прехващач „МиГ-31“ – уникален самолет, с чиито скорост и височина на полета можел да се мери единствено американският стратегически разузнавателен самолет „SR-71“ („Blackbird“). До появата на „МиГ-31“ последният бил неуязвим, но след това вече не можел да му се изплъзне. Така на 6ти октомври 1986 г. един „SR-71“ насмалко да бъде свален от „МиГ-31“, ако пилотът му не се бил отказал. Но през 1998 г. „SR-71“ е снет от въоръжение поради изключително високи експлоатационни разходи, докато „МиГ-31“ още се използва и дори е част от новия руски хиперзвуков комплекс „Кинжал“.
ТРДД се наричат още турбовентилаторни по името на „вентилатора“ на входа им (наречен „първа степен на компресора“ в документацията на „Д-30“). Първият му ред лопатки се вижда на горната снимка на двигателя, където студентът го разглежда с интерес. Да се надяваме, че този интерес ще се запази и че макар в специалност „ТТТ“ (бивша „ДВГ“) самолетните двигатели днес да не се изучават, нашите шест неми свидетеля на историята на авиацията ще продължат да привличат любознателните студенти към тази още млада, но вече завоювала трайно място в ежедневието ни област на науката и техниката. И нека частта от хале №4, показана на снимката долу, да продължи да изпълнява образователно-научните си функции и да представя част от историята на авиационното двигателостроене. Освен културно-историческото наследство следва да опазваме и историко-техническото наследство. За да знаем накъде отиваме, трябва да знаем къде сме били. Пък кой знае – някой наш студент един ден може да стане новият проф. Цветан Лазаров! (Това е най-продуктивният конструктор на български самолети и учен в областта на авиацията, работил у нас.)
Авторът Лъчезар Георгиев (катедра „КНТ“) се интересува от авиация и ракетнокосмическа техника още от VII клас, когато подготвя реферат за реактивните двигатели по статиите в „Детская энциклопедия“ (I издание, том V) със собствени рисунки и го представя в часа по физика в училище „Димитър Кондов“.
Текст: Лъчезар Георгиев; снимки (без последните 2): Сергей Белчев; консултант: Здравко Иванов