Motor AI25 pro letadlo L-39

Ing.Jiří Rada
Psáno v roce 2009

Po bitvě je každý generálem. Ale dělat po bitvě rozbory není na škodu, ať už pro poučení, nebo třeba i jen jako zajímavost.

Hned po uvedení letadla L-29 Delfín do sériové výroby přišel Ing. Vlček s návrhem dalšího, modernějšího letadla L-39 Albatros. V jeho studii se zřetelně ukázalo to, co jsme uváděli jako hlavní nedostatek motoru M701 – neměl perspektivu do budoucnosti. Tím nechci říci, že volba radiálního kompresoru pro motor letadla L-29 Delfín byla chybná. Pro daný stav letišť v SSSR to bylo jediné správné řešení. Ale vývoj letecké techniky šel velmi rychle kupředu a letiště se v SSSR během deseti let velmi změnila. Pro nově navrhované L-39 nepřicházelo použití motoru s radiálním kompresorem vůbec v úvahu a nikoho u nás i v SSSR to ani nenapadlo.

Vývoj techniky šel ještě rychleji, než jsme očekávali. V době studie L-39 bylo již všem jasné, že letadlo nejen že musí mít motor s axiálním kompresorem, ale že musí mít dokonce další, nově vzniklý a  složitější typ motoru, motor dvouproudový. Zahájili jsme v Motorletu studii takového motoru. Ale ani jsme ji ještě nedokončili a projevila se spokojenost zákazníka s kvalitou letadla L-29 a s naším přístupem k řešení problémů. Přesto, že byl s L-29 zcela spokojen, měl zájem i o jeho modernizaci, tj. o letadlo L-39.  K naší studii dvouproudového motoru v konzultaci uvedl, že vyvíjet nový motor by bylo zbytečné, že je možné pro L-39 použít motor AI25 letadla JAK40.

JAK40 bylo třímotorové letadlo asi pro 30 cestujících. Bylo to úspěšné letadlo v tom smyslu, že se Sovětskému svazu podařilo jich několik prodat i na západ, konkrétně do Itálie, a snad i do několika dalších států. Ale tím jeho úspěšnost končila. JAK40 se v provozu ukázal jako méně hospodárný. Domnívám se, že to bylo způsobeno hlavně tím, že pro nízké rychlosti letadla JAK40 měl motor AI25 příliš malý obtokový poměr. Také snad i tím, že tři motory pro tak malé letadlo byl zbytečný přepych.

Schéma  motoru AI25W

Pro posouzení možnosti použití AI25 v L-39 se odjelo přímo do motorového závodu v Záporoží. Při konzultaci bylo zjištěno, že motor potřebuje úpravy. Plyny z motorů vystupovaly u letadla JAK40 přímo do atmosféry, pro zástavbu do trupu L-39 bylo nutné sloučit teplý a studený proud motoru směšovačem. Motor AI25 konstruovaný pro dopravní letadlo JAK 40 byl pevnostně spočítán na malé přetížení a malé úhlové násobky, proto všechny jeho díly bylo nutné znovu pevnostně přepočítat. Motor AI25 byl vyvinut a vyzkoušen jen pro provoz do výšky 6 km a za letu jej bylo možné spustit jen při příliš velké rychlosti. Olejový systém motoru nebyl akrobatický, nedovoloval let na zádech. Motor byl startován vzduchovým startérem, stlačený vzduch pro všechny tři motory letadla JAK40 dodával jediný objemný agregát AI9. Výsledkem konzultace bylo, že všechny úpravy byly prohlášeny za řešitelné.

S odstupem času je možno posoudit, že téměř všechny úpravy skutečně řešitelné byly. Konstrukce směšovače byl menší problém, než se čekalo, směšovač zůstal proto beze změny ve stavu prvního návrhu. Po pevnostním přepočtu na větší násobky a větší úhlové přetížení bylo několik dílů zesíleno, obtíže v tomto směru nevznikly. Olejový systém byl bez jakýchkoli problémů rekonstruován, obtíže při zkouškách také nevznikly. Zvýšení schopnosti provozu ve větších výškách a startování za letu také nebyl problém.

Výjimkou ve snadnosti úprav bylo startování na zemi. Jediný velký agregát AI9 společný pro všechny tři motory bylo pro JAK40 skvělé řešení. Agregát dával velký výkon, jeho velké rozměry u dopravního letadla nevadily, navíc byl používán k vytápění a klimatizaci kabiny. Pro letadlo L-39 však nebyl pro velké rozměry použitelný. Tato podstatná komplikace byla proto u L-39 řešena přechodným použitím dynamostarteru z motoru M07 letadla MIG19, jako definitivní řešení byl objednán francouzský agregát Microturbo Saphire.

Úprava motoru AI25 s dynamostarterem byla nazvána AI25W, prototypy motoru byly vyrobeny přestavbou motorů AI25 dodaných ze Záporoží. Pozemní zkoušky motoru proběhly celkem hladce. Vážnější problém zahrozil při zástavbě motoru do letadla. Při startování motoru někdy prošlehl plamen až do výstupu plynů z letadla. Vstupní kanály letadla jsou obtížný aerodynamický problém. Musejí dodat do motoru dostatečné, po průřezu dobře rozložené množství vzduchu při všech rychlostech a ve všech výškách letu. Start na zemi proto vyžaduje poměrně velký vstupní průřez kanálů, který ale snižuje výkony letadla při větších rychlostech. Mám s odstupem času dojem, že je

Motor AI25 TL

vhodné použití slova, že tento problém při zkouškách prototypů jenom zahrozil. Nevyskytl se v takové míře, aby byl nějak radikálně řešen. Po celkem běžném průběhu pozemních a letových zkoušek byla zahájena sériová výroba L-39 nultou sérií letadel a motorů.

Motorlet vyrobil asi 7 nebo 8 motorů AI25W přestavbou motorů AI25 dodaných ze Záporoží. Byly zastavěny do asi pěti letadel L-39. V této sérii se slabina motoru ve startování projevila katastrofálně. Nižší výkon dynamostarteru způsoboval při startech motoru AI25W nižší roztočení motoru startérem. Nižší roztočení motoru a horší rozprášení paliva jednoproudovými (simplexními) palivovými tryskami se při nepříznivých atmosférických podmínkách spojily s nižším průtokem vzduchu vstupními kanály letadla. Všechno dohromady způsobilo časté vyšší teploty startů. A ty způsobily havárie oběžných lopatek turbíny. AI25 a AI25W měly litou oběžnou lopatku turbiny, která byla bandážovaná, takže byla v podstatě bezpečná proti lomům vzniklým kmitáním. Byla však téměř filigránská, měla tětivu jen asi 12 mm, odtokovou hranu měla tenkou méně než milimetr.

V letadle JAK40 při předimenzovaném startování a šetrnějším provozu to všechno vyhovovalo. U letadla L-39 s motorem AI25W při méně výkonném startování a mnohem náročnějším provozu vyvolaly časté teplejší starty lomy lopatky turbíny vzniklé nízkocyklovou únavou z tepelného namáhání tah – tlak. Když z pěti letadel nulté série havarovala lopatka turbíny už u třetího letadla, byla se zástupci vojenské správy učiněna téměř gentlemanská dohoda: Když se z toho nebude dělat velká aféra, tak se zbývající letadla a motory nulté série někam v tichosti odklidí. Což se také stalo.

Letadlo L-39 Albatros

V průběhu zkoušek a provozu nulté série byla dojednána koupě licence startovacího vzduchového agregátu Microturbo Saphire a zavedena jeho sériová výroba ve Velké Bíteši. Při zajišťování další sériové výroby AI25W se v Motorletu jevila nedostatečná kapacita výroby lopatek axiálního kompresoru, navíc se objevil další požadavek výroby motorů M601 pro malé dopravní letadlo L-410 vyráběné v Kunovicích. Situace byla řešena tím, že v Motorletu byla zavedena výroba motorů M601 a dodávky motorů pro letadlo L-39 převzalo Záporoží. K tomu jsme naopak my dodali do Záporoží dokumentaci motoru AI25W. Rád jsem slyšel, že záporožský hlavní konstruktér Lotarev se pochvalně vyjádřil o její kvalitě. V Záporoží byly na AI25W zavedeny další úpravy. Z nich nejpodstatnější bylo nahrazení filigránské oběžné lopatky prvního stupně turbíny modernější chlazenou lopatkou. Upravený modernizovaný motor byl pak pro další série letadla L-39 dodáván ze Záporoží pod názvem AI25TL. Z jeho provozu přišlo do Motorletu minimum informací, slyšel jsem něco o „titanové nemoci“. Nezdá se však, že by došlo k nějakým rozsáhlejším závadám.

Po dokončení vývoje motoru AI25W jsme v tehdejší vědecko-výzkumné základně Motorletu vypracovali studii motoru Walter-Titan. Měl zvyšovat tah a snižovat spotřebu. Hlavní změnou byla úprava nízkotlakého kompresoru. Pro nízkotlaký kompresor byl navržen pouze jeden stupeň společný pro studený i teplý proud a tři „půlstupně“ stlačující pouze teplý proud. Tím byl zvýšen obtokový poměr a zvýšeno stlačení  teplého proudu, což pro rychlosti letadla L-39 způsobilo zvýšení tahu a snížení spotřeby motoru. Po rozhodnutí, že motory pro L-39 bude dodávat Záporoží, jsme s výkresy AI25W předali do Záporoží i studii motoru Walter-Titan.

Po určité době sériové výroby AI25TL oznámil záporožský závod dokončení vývoje výkonnějšího motoru pro L-39, který byl nazván DV2. Ústřední orgány tehdejší ČSSR rozhodly, že tento motor bude vyráběn v nově vybudovaném motorovém závodu v Povážské Bystrici.
Další vývoj letadla L-39 a jeho motorů probíhal pak již zcela mimo pracovní náplň Motorletu.

Jen pro informaci čtenářů:
Počty vyrobených cvičných letadel L-29 a L-39:
Letadla L-29 Delfín 3665 kusů
Letadla L-39  Albatros 2882 kusů