Самолетните двигатели в лаборатория 708М
- Детайли
- Категория: ТехнокулТУра ТехнокулТУра
- Публикувана на 28 Август 2019 28 Август 2019
Ако си мислите, че познавате потайностите на нашия университет, но не сте били в лаборатория 708 М на катедра „ККММ“, значи се лъжете. Там освен всичко друго има работно колело на корабна парна турбина, напомнящо за темите на дипломните работи на първите завършили през 1968 г. специалност „КММ“ инженери и… 5 газотурбинни самолетни двигателя. Два от тях са специални разрязани версии за учебни цели и се вижда вътрешното им устройство. Точно за тези 5 двигателя става дума в този очерк.
(В хале № 4 на катедра „ТТТ“ има други шест самолетни двигателя: „АИ-20М “, „As 10 C“, „АШ-62ИР“, „Д-30“, „Lis-2“ и „М-11ФР“, за които вече излезе очерк.)
През 70-те години на XX век в катедра „Корабни енергетични машини и механизми“ („КЕММ“) са доставени от варненското летище пет газотурбинни самолетни двигателя. Те са разположени в лаборатория 708М на катедра „ККММ“ (наследница на „КЕММ“), която се използва в учебния процес. Катедрата се грижи за съхранението им. Подобно на очерка за хале №4, целта на този очерк е осъзнаването на историческата им ценност като единствени екземпляри в Източна България, интересни и за специалисти, и за любители:
Единственият турбовитлов двигател тук е „АИ-20К“ – по-стар вариант на „АИ-20М“ в хале №4 (вж. предния очерк). За разлика от другите, при пускане този двигател се развърта не с 1 стартер-генератор, а с 2. След края на пусковия цикъл на двигателя те преминават в генераторен режим. (Разрези с подробни обяснения по отделните части на този двигател са дадени на сайта на авиационния музей в Солнок.) От номера на серията и от сочещия нагоре, а не надолу конус в соплото, следва, че тоя двигател не е за „Ан-12“, а за „Ил-18В“. С такъв самолет през 1964 г. е изпълнен първият презокеански полет в историята на българската авиация. Нашите „БулЕр“ и ТАБСО (от 1968 г. „Балкан“) имаха 19 бр. „Ил-18“. По-късно някои са превърнати в товарни. Един от тях още лети в ОАЕ. Друг е заснет през 1998 г. да вози 60000 пиленца от Будапеща до Алжир: чуйте звука на метри от работещите мотори през отворената врата! („Балкан“ е отслабена и през 2002 г. закрита. Заменя я „България Ер“, купена през 2006 г. от ТИМ. Тя има 9 самолета и само тя има редовни пътнически полети, а от 6те летища в Северна България само от Варна останаха редовни полети до София!):
Другият наш „стар познайник“ е „ВК-1А“ (този е съветско, а не полско производство), с тази разлика, че това е двигател в разрез. Виждат се двустранният центробежен компресор, направляващият му апарат, вътрешността на една от 9те горивни камери, турбината, валовете на компресора и турбината, соплото и др.:
В нашите ВВС имаше следните самолети с този двигател: 14 разузнавателни самолета „Ил-28Р“, 1 учебен „Ил-28У“, 36 „МиГ-15бис“ (от тях 12 разузнавателни „МиГ-15Рбис“) и общо около 150 изтребителя „МиГ-17“ (без „МиГ-17Ф“ и „МиГ-17ПФ“, които са с „ВК-1Ф“ с форсажна камера), по различно време и в различни модификации. Някои от учебните „МиГ-15УТИ“ също са били с „ВК-1А“, но няма данни колко…
Третият двигател („M 700C-500“) е подобен, но по-малък, със 7, а не 9 горивни камери. Той е за учебно-тренировъчния самолет (УТС) „L-29“ („Делфин“) – първия сериен чешки реактивен самолет. В нашите ВВС имаше 109 „L-29“ от 1964 до 2002 г. През 1978 г. колектив начело с водещия дисциплината „Газотурбинни двигатели“ доц. Румен Йосифов от катедра „КЕММ“ създава математически модел на този двигател:
На стр. 192 в книгата „Учебно-тренировочный самолет Л-29“ този двигател е даден в подробен разрез:
Наличието на няколко тръбни горивни камери улеснява ремонта, защото всяка от тях може да се свали за ремонт, без да се разглобява целият двигател. Те добре се съчетават с центробежния компресор на ранните типове турбореактивни двигатели. Недостатъкът е неравномерността на температурите, наляганията и скоростите на газовия поток в отделните камери. Това постоянно поражда претоварвания на работните лопатки с променлив знак, което, разбира се, се отразява отрицателно на надеждността и оттам на ресурса им. В по-новите конструкции двигатели се използват тръбно-пръстеновидни или изцяло пръстеновидни камери. (При всички случаи нагнетяваният от компресора въздух се използва освен за окисляване при горенето и за охлаждане на горивната камера, защото иначе тя би се нажежавала до бяло и не би служила особено дълго.)
Преди да разгледаме последните 2 двигателя, нека полетим с „L-29“ над Кавказ (това не е симулатор!):
Имаме бръснещ полет със стръмни завои в снижение, „бъчви“ (превъртания на 360°) и др. висш пилотаж с УТС „L-29“, който има ниска тяговъоръженост (съотношение на тягата на двигателя към средното полетно тегло) от 0,25, но издържа претоварванe от 8g! (Колко издържат хората в него е съвсем друг въпрос...)
Интересно е, че на конкурса за единен УТС на страните от Варшавския договор през 1961 г. „L-29“ побеждава полския „TS-11“ и съветския „Як-30“, който при същата тяга е много по-лек, евтин и икономичен и има най-добри летателни качества от трите. Защо? Вж. по-долу. В Полша все пак решават да използват като основен УТС за своите ВВС „TS-11“. Той прилича на „ЛАЗ-14“ на споменатия в предния очерк проф. Цветан Лазаров, не видял бял свят поради закриването на самолетното ни производство, но е 3 пъти по-тежък.
В руската „Википедия“ твърдят, че „Як-30“ е загубил конкурса, защото не може да носи оръжие. Но в немската като причина е дадена сложната поддръжка на „Як-30“ и пише, че той може да носи неуправляеми ракети или 2 бомби по 100 кг (тази снимка потвърждава това). Предполага се, че чешкият президент Новотни е убедил съветския „първи“ Хрущёв, който не обичал любимеца на Сталин, авиоконструктора Яковлев, да нареди „победител“ да бъде „L-29“. (Всякаква прилика с един друг „конкурс“ за самолети е случайна…)
На снимката по-долу е даден четвъртият двигател – съветският турбореактивен „РД-9Б“. Старото му име е „АМ-9Б“ на името на главния му конструктор Александр Микулин (съветските двигатели най-често се именуват с инициалите на главния им конструктор). Интересна е съдбата на този човек. През 1914 г. започва да следва инженерство. Поради бедност не успява да се дипломира, но е изобретател по душа. Все пак завършва конструкторската школа на Николай Брилинг в НАМИ (Научноизследователски автомобилен и автомоторен институт). Работи като конструктор-двигателист в автомобилостроенето и самолетостроенето. По-ранните му двигатели се доказват в практиката и му спечелват уважението и покровителството на самия Сталин, който нарежда да му се прекара пряка телефонна връзка с Микулин. На 55-годишна възраст все пак му връчват диплома за завършване на Военновъздушната академия „Жуковский“ като признание на научния му принос. Става лауреат на 4 Сталински премии и много други награди. Но след смъртта на Сталин през 1953 г. изпада в немилост и след още две години е уволнен. На негово място е назначен Сергей Туманский, а двигателят „АМ-9Б“ е преименуван на „РД-9Б“. Освен в СССР той се произвежда по лиценз и в Чехословакия, а в Китай чак до 2012 г., цели 58 години след началото на производството му в Съветския съюз:
Това е наистина забележителен двигател по много причини. Първо, той е 100% съветска конструкция, състояща се от 2521 части (вкл. от магнезиеви сплави) и създадена от нулата, без да се основава на немски или английски образци. Второ, както се вижда от снимката, тя е съвсем различна от тази на предишните разгледани тук двигатели – деветстепенен осев компресор със свръхзвукова първа степен вместо центробежен едностепенен, тръбно-пръстеновидна горивна камера с 10 тръби вместо 9 тръбни камери, двустепенна вместо едностепенна турбина, маслен агрегат и т. н. (Смазването е толкова добро, че и след 60 години тежкият ротор на нашия двигател леко се върти на ръка! Въпреки това, „РД-9Б“ има малък междуремонтен ресурс – само 100 часа; на усъвършенстваното му китайско копие „WP-6A III“ е 300 часа.) И трето, самолетът „МиГ-19“, в който го поставят, е първият съветски сериен свръхзвуков изтребител. Първите „МиГ-19“ постъпват във ВВС на СССР през март 1955 г., 6 месеца след приемането на въоръжение на първия американски – „F-100“. Но „F-100“ е с 1 двигател, а „МиГ-19“ има 2 един до друг, много по-лек е и има по-висока тяговъоръженост (0,86 срещу 0,55). Това му позволява да достига по-висок „таван“ на полета (18 срещу 15 км) и скорост на набиране на височина (210 срещу 100 m/s). Нашите ВВС първи след съветските се сдобиват с „МиГ-19“. Имахме на въоръжение общо 92 от тях в различни модификации от 1957 до 1978 г. С трите си 30-мм автоматични оръдия това е най-тежковъоръженият с огнестрелно оръжие самолет в историята на авиацията ни. (Освен това може да носи 2 бомби по 250 кг или 2 блока за изстрелване на по 8 ракети под крилата си.)
Както бе вече споменато, „МиГ-19“ има два двигателя „РД-9Б“, разположени един до друг. Тъй като въздухозаборникът на самолета не осигурява достатъчно въздух за едновременен старт и на двата двигателя, процедурата изисква да се провери откъде духа вятърът. Ако духа отляво, първо се пуска десният двигател и обратно. Но изобретателните техници намерили начин за едновременно пускане и на двата двигателя. Как? Първо се включвала горивната помпа, получавайки локва гориво в горивната камера. После се пускал стартерът и въртенето на компресора създавало въздушен поток в двигателя, издухвайки това гориво към соплото, в което някой от техниците хвърлял горящ парцал. В повечето случаи „РД-9Б“ веднага заработвал!
Информацията от горния абзац е от стр. 116 на книгата „Первые сверхзвуковые истребители МиГ-17 и МиГ-19“ на Николай Якубович (всъщност, макар „МиГ-17“ да достига скоростта на звука, той се счита за „околозвуков“). Но в процедурата за пуск на двигателите на стр. 8 и 9 от Инструкцията за експлоатация и техническо обслужване на „МиГ-19“ липсва каквото и било споменаване на вятър освен препоръка при ветровито време самолетът да се разполага с носа към посоката, откъдето духа вятърът. Нещо повече, на стр. 28 в английския превод на по-късната инструкция за експлоатация на „МиГ-19С“ пише, че първо се пуска десният двигател, а след това левият и пак не се споменава посоката на вятъра. Противоречията показват, че на научнопопулярната литература не трябва да се вярва твърде много. А на стр. 88 в гореспоменатата инструкция за „МиГ-19“ е дадена тази фигура, показваща разположението на двигателите във фюзелажа му:
По-долу е показан и последният от петте двигателя: спомагателният газотурбинен двигател „ТА-6А“. Този е от „Ту-154“, но същия го има и в бомбардировача „Ту-22М“ и още произвеждания товарен „Ил-76“. За разлика от маршевите двигатели, той осигурява на самолета не тяга, а сгъстен въздух и електроенергия. Част от нагнетявания от компресора му въздух се използва за пускане на маршевите двигатели и за кондициониране (поддържане на нормално налягане) в салона на самолета при издигането му на голяма височина. Към вала му чрез редуктор е съединен трифазен променливотоков генератор с честота 400 Hz ±5%, междуфазно напрежение 208 V и мощност 40 kW, както и постояннотоков генератор на напрежение 27 V ±10% с мощност 12 kW. Руският термин за този тип двигател е „вспомогательная силовая установка“ (ВСУ), а английският – „auxiliary power unit“ (APU). На български се среща „спомагателна силова установка“ (ССУ) като превод от руски. В реактивния или турбовитлов самолет има едно-единствено гориво – авиационен керосин. Енергията за всички бордови системи идва от него с помощта на ССУ. Тя е разположена най-често в края на „опашката“ на самолета и работи само докато не са пуснати маршевите двигатели. След това те поемат и нейните функции. Честотата на въртене на „ТА-6А“ се поддържа от специален регулатор независимо от натоварването на двигателя. От нея, имайки предвид предавателното отношение на редуктора и броя на двойките полюси на генератора, се получават 23950 об./мин. × 17 : 69 × 59 : 58 × 4 : 60 = 400,164 Hz:
Честотата 400 Hz е стандартна (ГОСТ Р 54073-2017, MIL-STD-704F CHG-1) за бордовата мрежа на кораби, подводници, самолети, космически апарати, танкове и др. При нея теглото и размерите на трансформаторите на електронната апаратура са много по-малки, отколкото при тази на електрическата мрежа в населените места, която е едва 50 или 60 Hz заради ограничения в генераторите. Що се отнася до постоянното напрежение от 27 (28) V, то е равно на напрежението на никел-кадмиев акумулатор с 20 клетки, например „20НКБН-25-У3“, който се използва в повечето съветски самолети. (В някои по-нови самолети се използват литиево-йонни батерии с напрежение 28V, напр. „450VH1“ в „A350“.) Пусковият ток на авиационния двигател е няколкостотин ампера; затова напрежението на бордовата мрежа е двойно по-високо от това на днешните автомобили и четворно по-високо от това на по-старите автомобили с 6-волтов акумулатор. (В горепосочените по-нови версии на руския и американския стандарт се предвижда и постояннотокова мрежа с напрежение 270±10 V. Това напрежение се използва от импулсните захранващи блокове на цифровата апаратура в по-новите летателни апарати и липсва в по-старите ССУ като нашата. Десет пъти по-високо напрежение означава √10 пъти по-тънки кабели, т.е. по-ниски цена и тегло, защото например в един „A380“ има над 530 км кабели; захранващите му кабели са направени от алуминий вместо мед за намаляване на теглото им.)
Ако акумулаторът на един автомобил се изтощи или се повреди стартерът, двигателят все пак може да се запали с тикане или спускане по нанадолнище, а при по-старите модели и с манивела. Как стоят нещата при самолетите? При тези отпреди 1920 г. с ротационен двигател „Gnome et Rhône“ (звездообразен двигател, въртящ се около неподвижен колянов вал), запалването става с въртене на витлото. По-новите с електрически или въздушен стартер имат нужда от външно захранване (при изтощени акумулатори) или въздух под налягане (при повреда на ССУ). Захранване може да осигури пусков агрегат („Ground Power Unit“), а въздух – например „УВЗ-4,8“ („Установка Воздушного Запуска“, „Air Start Unit“), оборудвана с... „ТА-6А“!
На стр. 35 в Ръководството за техническа експлоатация на „ТА-6А“ има подробен разрез на тази ССУ:
Вижте / чуйте „ТА-6А“ в действие (2019 г., нощ на професиите, техникум „Лайош Кошут“, Будапеща):
Освен в самолети и вертолети, ССУ има и в някои танкове, бойни машини, локомотиви, автомобили, в космическите совалки „STS“ и „Буран“ и др. От друга страна, някои по-стари реактивни самолети нямат ССУ – например „Ту-104“, „Boeing-707“, „DC-8“ и дори свръхзвуковият „Concorde“. Дaже много по-новите турбовитлови „ATR-42“ и „ATR-72“ нямат. Техният двигател има отделни турбини и валове за компресора и за витлото. На десния двигател има спирачка на вала за витлото. Когато тя е задействана, то не се върти, но компресорът и динамото работят (т. н. „Hotel mode“). Има също така ССУ, които създават и немалка тяга, като например „РУ-19А-300“. Този двигател е разработен като маршеви за гореспоменатия УТС „Як-30“. Но по-късно го вграждат в гондолата на десния двигател на „Ан-24РВ“, „Ан-26“ и „Ан-30“ в качеството на ССУ и спомагателен източник на тяга за повишаване на товароподемността при високи температури, когато тягата на двигателите спадала. Така че тези самолети всъщност имат един двигател отляво и два различни двигателя отдясно! За регулиране на тягата на тази ССУ има отделен лост в пилотската кабина и той се използва само при разбег, излитане и набиране на височина. В останалите режими ССУ нормално не работи (освен при отказ на маршеви двигател) и тягата на самолета остава симетрична, което е важно при кацането.
Такъв е светът на авиацията – пълен с най-различни оригинални инженерни решения! А газотурбинните двигатели, които работят с почти всяко гориво без вибрации и триещи се части, не изискват охлаждане и са по-леки, по-малки и по-прости от буталните, се използват не само във въздушния и водния, но и в сухопътния транспорт, напр. в танкове „Т-80“ и „M1“ и в един от най-бързите мотоциклети в света, „420RR“. Единственият сериен газотурбинен лек автомобил е „Chrysler Turbine Car“. По неясни причини той не е влязъл в масово производство и 46 от 55те произведени коли са изгорени въпреки многото желаещи да ги купят!
Авторът Лъчезар Георгиев (катедра „КНТ“) смята, че освен сухопътния и водния транспорт трябва да изучаваме и въздушния, съгласно Класификатора на областите на висше образование и професионалните направления, шифър 5.5 („Транспорт, корабоплаване и авиация“). Например ТУ–София подготвя кадри за гражданската авиация по специалността „Авиационна техника и технологии“. Все пак варненското летище е третото, а бургаското (до което сме най-близкият технически университет!) – второто по големина у нас. Пък кой знае – някой ден освен да създаваме свои автожири може и да възродим родното самолетостроене...
Текст и снимки: Лъчезар Георгиев; консултант: Здравко Иванов