Авиация и космонавтика 2011 10

Стоит несколько подробнее остановиться на истории становления этого этапного двигателя, ставшего "сердцем" различных модификаций Су-17 до самого конца их серийного выпуска. Еще в августе 1965 году в ОКБ А. М. Люльки начались работы над двигателем третьего поколения, призванного стать достойной заменой надежного, но неэкономичного АЛ-7Ф-1. Вскоре подоспело и Постановление Совмина СССР о создании нового двигателя, получившего индекс АЛ-21 Ф и прежде всего предназначавшегося для оснащения тяжелого штурмовика Т-58М (будущего Су-24).

Создание двигателя поручалось московскому ОКБ опытного завода № 165 А.М. Люльки и заводу «Салют». Тактико-технические требования к силовой установке задавались Минобороны СССР. Согласно задания, двигатель АЛ-21 Ф должен был развивать тягу на максимале с форсажом 8900 кг, иметь удельный расход на этом режиме на уровне не более 1,8 кг/кгс-час и на крейсерском режиме на малой высоте не более 1,13 кг/кгс-час, а также обладать ресурсом не менее 500 час (100 час на испытаниях). Срок предъявления АЛ-21 Ф на государственные стендовые испытания назначался на 1-й квартал 1969 года. При разработке требований к перспективному двигателю для ударных самолетов ВВС особо оговаривали условия как по экономичности, определяющей дальность полета у земли, так и по возможности сверхзвукового "броска" — не менее 5 минут полета на сверхзвуке на малой высоте и 20–25 минут на большой.

Анализ различных схем двигателей, проведенный мотористами совместно с самолетчиками, показал, что для ударной машины при этих условиях наивыгоднейшим будет одноконтурный одновальный ТРДФ с высоконапорным регулируемым компрессором. Популярная в отечественном двигателестроении схема высоконапорного двигателя с двухкаскадным устройством компрессора, включавшего ступени низкого и высокого давления, была сочтена менее эффективной. Такая конструкция отличалась независимостью работы каскадов низкого и высокого давления, кинематически не связанных между собой и приводимых в движение от соответствующих ступеней турбины низкого и высокого давления, для чего имела два соосных вала. По этой причине иногда даже говорили о наличии у двухкаскадного двигателя двух компрессоров и двух турбин (как с точки зрения "механики" оно и было). Взаимная работа ступеней компрессора достигалась "саморегулированием" за счет их газодинамической связи. Двухконтурная схема выглядела относительно простой и была хорошо отработана, обеспечивая удовлетворительные запасы устойчивости при сжатии воздуха в осевом компрессоре, однако конструкторам ОКБ А.М. Люльки более перспективным представлялось устройство с непосредственным регулированием компрессора сообразно режиму и внешним условиям работы двигателя. Такое решение было более сложным в реализации, но управление процессом в напорной части сулило повышение коэффициента полезного действия, улучшение данных по тяге и экономичности и расширение диапазона устойчивой работы двигателя (двухвальная схема все же страдала склонностью к неустойчивости на переходных режимах, что сказывалось на приемистости при необходимости быстрой смены оборотов, включении и выключении форсажа и пр.) В конечном счете, успех зависел не только от выбора "правильной" схемы, но, прежде всего, — от тщательности проработки конструктивных решений и отработанности самого изделия на этапе его доводки.

Летчикиспытатель ОКБ Е.С. Соловьев

Новшеством стала высокоразвитая механизация компрессора с поворотными лопатками направляющих аппаратов первых и последних ступеней. Лопатки поворачивались гидравликой автоматически, соответственно программе, с учетом условий полета и оборотов двигателя. Управление направляющими аппаратами за счет рационального изменения углов набегания воздушного потока на рабочие лопатки обеспечивало устойчивую и экономичную работу двигателя в широком диапазоне режимов полета. В результате дальнейших работ для нового "сердца" была выбрана схема с 13-ступенчатым осевым компрессором, регулируемым с помощью семи поворотных направляющих аппаратов. В конструкции потребовалось широко применить титановые и новые жаропрочные сплавы, внедрив также такое новшество, как консольные лопатки с 8-й по 12-ю ступеней компрессора. Приводы моторных и самолетных агрегатов объединялись в один общий редуктор, количество и протяженность различных трубопроводов и коммуникаций на двигателе были сокращены. Жесткие требования по весу ТРДФ потребовали создания максимально облегченных агрегатов, с этой же целью в первом варианте двигателя для его запуска предусматривалось применить воздушно-пороховой стартер. Такое решение, предложенное по образу и подобию использовавшегося в некоторых зарубежных двигателях (в том числе и гражданского назначения), считалось перспективным и эффективным, позволяя обойтись без отдельного агрегата запуска, обычно электрического или воздушного со внешним источником, со своим сложным механизмом раскрутки ротора двигателя. Пиростартер обеспечивал запуск за счет подачи на турбину газов от специальной пороховой шашки, которые выступали в роли заменителя "штатного" газового потока на время запуска, раскручивая ротор до выхода на режим. Устройство привлекало простотой и нетребовательностью в подготовке, требуя лишь снаряжения агрегата сменной пороховой шашкой.

Рабочее проектирование нового двигателя было закончено зимой 1966 года, а первые экземпляры ТРДФ АЛ-21 Ф были собраны в сентябре того же года. 17 сентября 1966 года опытный двигатель подал свой "голос". Снятые при первых испытаниях характеристики оказались выше расчетных, а заложенные в конструкцию резервы открывали перспективу доводки двигателя на значительно лучшие параметры его работы на основном бесфорсажном режиме. Уже в 1967 году конструкторы отказались от воздушно-порохового стартера как неудовлетворительным образом сказывающегося на ресурсных характеристиках и эксплуатационных качествах. Кажущиеся простота и удобство, как это бывает, сопровождались чересчур весомыми недостатками — раскрутка ротора двигателя от порохового стартера производилась за счет подачи на турбину продуктов горения пороховой шашки, горячих и едких газов, что вело к повышенному температурному и коррозионному износу лопаток и других узлов, тем более пагубному, что агрегаты не успевали прогреться и запуск сопровождался настоящим термическим ударом для деталей и конструкционных материалов. К тому же в узлах и проточной части образовывался нагар, требовавший чистки (к аналогичному выводу пришли и за рубежом, отказавшись от модного одно время решения). Взамен перешли на "классический" турбокомпрессорный стартер ТС-21, являвшийся улучшенной модификацией серийного ТС-20, созданного в ОКБ еще в 1953–1955 годах и устанавливавшегося в нескольких модификациях на двигатель АЛ-7Ф-1. Одним из основных отличий нового агрегата стало то, что в качестве пускового топлива он использовал керосин из топливной системы самолета, а не бензин Б-70, как предшественник ТС-20, для которого требовался отдельный бачок с горючим.