Turbovrtulový motor M602

Ing. Vojtěch Horký
Psáno v roce 2001

Na konci 70. let byl Motorlet postaven před úkol vyvinout a vyrábět motor pro nové dvoumotorové dopravní letadlo, o kterém se začalo uvažovat v podniku LET Kunovice. Z počátku byla uvažována řada nejrůznějších konstrukčních schemat uspořádání motoru a dokonce varianta letadla se čtyřmi motory M601. Po dlouhých diskusích jako nejvýhodnější řešení bylo přijato rozhodnutí vyvinout tříhřídelový motor s dvoustupňovým odstředivým kompresorem, neboť jeho očekávané výkony a provozní vlastnosti nejlépe vyhovovaly letadlu, u něhož se předpokládal provoz z neupravených letišť, a na které byly požadovány minimální nároky na údržbu. Jak složitý úkol stál tehdy před vývojovými pracovišti, které participovaly na jeho vývoji, je patrné i z následujícího popisu motoru a historie jeho vývoje.

Uvedený popis a parametry motoru Walter M602 se vztahují na předsériové motory, které prošly provozními zkouškami u českého letectva. Vzletový výkon motoru 1360 kW a maximální trvalý výkon 1200 kW jsou udržovány až do teploty 23°C při tlaku okolní atmosféry 97,325 kPa. V případě vysazení jednoho motoru ze dvou motorů za letu je možno použít střední výjimečný režim s výkonem 1250 kW, popř. mimořádný zvýšený s výkonem 1500 kW při vysazení motoru při vzletu. Doba do generální opravy byla 1000 letových hodin.

Turbovrtulový motor Walter M602 je sestaven ze samostatných montážních celků – modulů, což umožňuje zavedení moderních metod kontroly a údržby v letovém provozu. Základním modulem je generátor plynů. K němu je ve směru proudu plynů připojen modul výkonové turbíny a výstupního systému. V přední části motoru je modul reduktoru, v horní části jsou uloženy přístroje a příslušenství. S vrtulovou jednotkou VJ8.518 tvoří motor pohonnou jednotku.

Modul generátoru se skládá z dvouhřídelového dvoustupňového odstředivého kompresoru s celkovým stlačením 12 a průtokem vzduchu 7,335 kg/s, spalovací komory a axiálních turbín středotlakého a vysokotlakého rotoru. Vzduchem chlazené rozváděcí a oběžné lopatky umožňují práci vysokotlaké turbíny při střední teplotě před turbínou do 1388 K. Prstencová protiproudá spalovací komora se 14 vysokotlakými palivovými tryskami je umístěna za vysokotlakým kompresorem vně obou stupňů generátorové turbíny.

Ve střední části motoru je instalována nádrž oleje s čerpadly oleje a přístroji mazacího systému. Nad nádrží je umístěna skříň pohonů, která je naháněna prostřednictvím šikmého náhonu a je opatřena náhony pro čerpadlo paliva, regulátor paliva, spouštěč a další přístroje. Na výstupní straně generátoru plynů je připojen modul dvoustupňové výkonové turbiny. Modul výstupního systému s výstupní tryskou navazuje na modul výkonové turbíny. Krouticí moment od výkonové turbíny je přenášen dvěma torzními hřídeli do reduktoru; modul předlohového reduktoru s vyoseným vrtulovým hřídelem je připojen k přední části generátoru plynů. Náhony na reduktoru pohání hydraulické čerpadlo, regulátor vrtule, pomocný náhon a přes přídavnou dvoustupňovou převodovku elektrický generátor.

Kombinovaný elektronickohydraulický regulační systém zajišťuje automatické spouštění, udržování režimu dle volby výkonu, řízení přechodových režimů a reversu. Současně chrání motor před překročením povolených otáček, teplot a krouticího momentu. Dále systém udržuje zvolené otáčky vrtule, volbu otáček vrtule v reversu a otáčkovou a fázovou synchronizaci vrtulí na letounu. Při vysazení motoru systém zajišťuje automatické zapraporování vrtule. Záložní způsob řízení umožňuje ruční řízení pohonné jednotky při závadě regulačního systému.

Požadavky na výkony motoru upřesnil podnik LET Kunovice na počátku roku 1981 a v květnu pak byl v Motorletu sestaven definitivní pracovní cyklus budoucího M602 a dle něho se začaly rozpracovávat detailní návrhy motoru i jeho jednotlivých částí. Současně se spolupracujícími pracovišti se upřesňovala zadání vývoje částí a systémů: s VZLÚ vývoj obou stupňů odstředivého kompresoru a spolupráce na regulačním systému, s Fakultou strojní ČVUT návrh vstupního kanálu, s Jihostrojem a Mesitem vývoj přístrojů a regulace, s Avií pak vývoj vrtulové jednotky. Kromě toho na výrobě spolupracovala řada dalších podniků a výzkumných pracovišť. Tento vývoj přinášel řadu nových úkolů, jako je návrh dvouhřídelového dvoustupňového odstředivého kompresoru včetně řešení spolupráce obou stupňů, vývoj dynamicky složité třírotorové soustavy, vnitřně chlazených lopatek turbín, moderního regulačního systému atd.

Jako první se začala připravovat generátorová část motoru. Generátor č. G1 byl zavěšen na zkušebnu dne 8.1.1985 a poprvé úspěšně spuštěn dne 25.1.1985. Dále pokračovala příprava generátoru G2 (první běh 10.6.1985) a G3 (předán do VZLÚ v listopadu 1985), jenž byl určen především pro vývoj kompresoru, a to jak termodynamický tak pevnostní. Souběžně pokračoval ve VZLÚ i vývoj izolovaných stupňů. Po prvních generátorech byly vyrobeny díly i pro kompletní motor M602, jehož první prototyp A01 byl namontován na dynamometr dne 14.1.1986 a poprvé spuštěn dne 25.2.1986. Mimo zkoušky motorů a generátorů se vývoj prováděl i na zkušebně spalovacích komor, samostatně se získávaly důležité informace na horkém tunelu VZLÚ při zkouškách vzduchem chlazené vysokotlaké turbiny.

Do konce roku 1986 byly vyrobeny prototypové motory č. A03 až A06. V následujícím roce pak byly vyrobeny další prototypové motory do čísla A10. Motor A07 dokončil dne 26.6.1987 dlouhodobou 100 h zkoušku a v listopadu byl odeslán do LETu první motor – A09. V roce 1988 vývoj dále pokračoval zkouškami generátorů, motorů na dynamometru i vrtulových zkušebnách, a navíc se do zkoušek zapojila i letová zkušebna VZLÚ s letovou laboratoří IL-18, kam byl předán dne 11.2.1988 motor A10. Zálet létající laboratoře se uskutečnil 6.7.1988 a první lety byly určeny pro zkoušky spouštění a měření letových charakteristik. V témže roce byly první motory M602 (A08 a A09) zastavěny do prototypu L-610 č.X01 a dne 28.12.1988 byl proveden první zálet letadla L-610. V roce 1988 byly předány do LET Kunovice i motory A16 a A17 pro prototyp X03 a byla odjeta podniková 150 h zkouška s motorem A07.

V roce 1989 pokračovaly další vývojové zkoušky včetně letů létající laboratoře (zálet s motorem A20 dne 8.12.1989) a výroba dalších prototypů až do čísla A24. V tomto roce již byly instalovány motory M602 na prototypech letadel X01, X03 a X05. Letadlo X01 se také zúčastnilo aerosalonu v Paříži.

Rok 1990 přinesl změny na místech vedoucích pracovníků vývoje Motorletu. Hlavním konstruktérem po Ing. Vladimíru Pospíšilovi se stal Ing. Josef Kubeš a vedoucím vývojové konstrukce byl místo Jiřího Fišery jmenován Ing. Vladimír Martínek. Začátkem roku byly vyrobeny první předsériové motory, které byly označeny 16001 a 16002. Pokračovaly i zkoušky na prototypových motorech a generátorech. Byly provedeny zkoušky při zvýšeném krouticím momentu, se znečistěným palivem, zkoušky hašení, cyklovací zkoušky atd. V tomto roce byly vyrobeny další předsériové motory 16003 a 16004, na prototypu X01 byly instalovány poprvé motory 16002 a 16004.

V roce 1991 pokračoval vývojový program zkouškami na létající labortatoři s motorem A23 s upraveným nízkotlakým kompresorem a difuzorem. Na generátoru G3 byly změřeny charakteristiky nízkotlakého kompresoru. Generátor G14 byl připravován pro zkoušky v CIAM na zkoušky v námrazových podmínkách a pohlcování prachu.V tomto roce byly vyrobeny motory 1690005 až 169009 a 1691010 (byl zaveden nový systém označování předsériových motorů). Byla začata příprava motoru 1689002 ke státní 150 h vytrvalostní zkoušce.

Na počátku roku 1992 bylo v LETu rozhodnuto omezit program vývoje letadla L-610 s motory M602. V té době byly v provozu na prototypu X01 motory 1690007 a 1690008, na X03 motory A08 a A09 a na X05 motory 1690005 a 1690006. Na generátoru G03 pokračovaly zkoušky dvoustupňového odstředivého kompresoru a byly dokončeny úspěšně zkoušky generátoru G14 v CIAM, které prokázaly vhodnost koncepce motoru s odstředivými kompresory. Pokračoval také program zkoušek v LL zkouškami s motorem A08. V roce 1992 byly vyrobeny motory 1691011 až 1691014. Na konci roku byly na prototypu X01 motory 1690007 a 1690008, na X03 motory A09 a A12 a na X05 1690004 a 1691009.

Rok 1993 znamenal významné omezení vývoje i v Motorletu. V únoru představenstvo rozhodlo o dokončení rozpracovaných motorů a jejich postupném zakonzervování vzhledem k nevyjasněným odbytovým možnostem. Byly však zahájeny provozní zkoušky prototypu X05 s motory 1690004 a 1691009 (později 1691011 a 1691013) u českého letectva.. V dílech byly připraveny motory 1693015 a 1693016, připravovaný motor pro státní zkoušku 1689002 byl uložen a zakonzervován. V roce 1994 se letadlo X05 (motory 1689003 a 1691013) účastnilo výstavy ILA 94, v listopadu bylo předváděno na letištích ve Smolensku a Moskvě. K datu 31.12.1994 byly ukončeny provozní zkoušky u českého letectva.

Počátkem roku 1995 bylo letadlo X05 předvedeno parlamentní komisi a účastnilo se i leteckého dne v Hradci Králové. V tomto roce bylo provedeno i několik letových zkoušek s elektronicky ovládaným odpouštěcím ventilem pro řešení nestabilního chování kompresorů ve větších výškách. Letadlo X05 mělo instalované motory 1689003 a 1691011 (s řízeným ventilem). V únoru 1996 vydala armáda České republiky rozhodnutí, že nebude kupovat L-610 s motory M602 ani s motory General Electric CT-7. Na počátku roku 1998 byly prototypy letadel L-610 č. X01 a X05 uskladněny v LETu Kunovice.

Ačkoliv vývoj motoru M602 nebyl dokončen certifikací a během vývoje se vyskytla řada problémů, které nebyly plně vyřešeny, je nutno ocenit výsledky, kterých bylo dosaženo v dosti složitých podmínkách českého leteckého průmyslu při vývoji tak náročného stroje, jakým motor M602 bezesporu byl. I přes nedokončenou realizaci tohoto vývoje lze motor Walter M602 pokládat za sice poslední a nedopsanou, ale velkou kapitolu českého výrobce letadlových motorů.

Projektované parametry motoru Walter M602

Vzletový výkon 1360 kW
Maximální trvalý výkon 1200 kW
Specifická spotřeba paliva za letu (H=7200 m, V=400 km/hod) 0,330 kg/kW/hod
Maximální reverzní výkon (0,65 vzletového výkonu) 884 kW
Hmotnost plně ustrojeného motoru 570 kg
Přepokládaná životnost motoru 4000 hodin
Přepokládaná doba do revize 1000 hodin

Smontovaný turbovrtulový motor Walter M602

Doplněk k historii vývoje turbovrtulových motorů M601 a M602

Z předchozích statí tohoto sborníku o motorech M601 a M602 je zřejmé, že vlastní vývoj jednotlivých motorů byl možný jen s kvalifikovaným týmem specialistů řady oborů. Všechna jejich jména a zásluhy na vyřešení složitých problémů v průběhu tří desetiletí vyčerpávajícím způsobem ani popsat nejde. Následující stručný přehled je proto jen pokusem o uvedení hlavních jmen a jejich odborné úlohy přibližně v letech 1960 až 1995.

Od roku 1958 vedl útvary vývoje motorů, tj. konstrukce, výroby prototypů a zkušeben Ing. Vladimír Pospíšil. Na motorech M601 i M602 pracovaly týmy vedoucího konstrukce Jiřího Fišery, vedoucího oddělení výpočtů Ing. Jana Klouda, později Ing. Zbyňka Pospíšila, vedoucího zkušeben Ing. Josefa Marka, později Ing. Josefa Krči a Ing. Josefa Hruboně. Technologii výroby připravovaly týmy Ing. Dalibora Dvořáka a Ing. Jiřího Kesla.

Konstrukci motoru M601 vedl Ing. Václav Kačírek. Skupinu kompresorů vedl Emil Peltzer, termodynamické problémy řešila skupina Ing. Josefa Donáta CSc., pevnostní analýzy zpracovávali  Ing. Smetana a Ing. Koucký. Konstrukci turbin zajišťovala skupina Aloise Lepšíka, později Ing. Vladimíra Martínka. Termodynamické výpočty turbin řešila skupina Ing. Zdeňka Maška CSc, pevnostní analýzy zpracovával Ing. Jaroslav Dubský a Ing. Novák. Konstrukci spalovací komory řešila skupina Ing. Jaroslava Malíka a Ing. Mojmíra Horáka, termodynamické podklady zpracovával Ing. Václav Vnuk. Regulaci motoru řešil Ing. Jiří Barvitius. Reduktor měl ve skupině Ing. Schmied  a Ivan Petr, výpočtově zabezpečoval Ing. František Vachata. Skupinu konstrukce skříně pohonů vedl Josef Čihula. Dynamické problémy motoru řešil Ing. Jan Souček. Zástavbu motoru do letounů řešila skupina Tomáše Daňhela. V tomto složení  byl realizován vývoj variant motoru M601 A,B,D,E,Z.

Příslušenství motoru a přístroje vyvíjely a vyráběly podniky Jihostroj Velešín, Mesit Uherské Hradiště, Jihlavan Jihlava, MEZ Brno, Jiskra Tábor a Mikrotechna Modřany, plechové díly Moravia Mariánské údolí, reduktor a skříň pohonů Česká zbrojovka Uherský Brod. Letové zkoušky v Letové zkušebně VZLÚ na létající laboratoři IL 14, později JAK 40 a letadlech L-410 prováděl tým Ing. Miloslava Caňko. Na zkouškách motoru a jeho částí pracovaly i další týmy VZLÚ, hlavně zkušeben pod vedením Ing. Nerudy CSc. a pevnostní analýzy Ing. Statečného CSc. Nelze opomenout významnou pomoc specialisty sovětského výzkumného ústavu leteckých motorů CIAM jménem Kasjaněnko, který po řadu měsíců řešil společně se specialisty Motorletu dynamické problémy a zvyšování životnosti turbinových lopatek.

V letech 1980 až 1995 proběhl vývoj a výroba prvních motorů M602 ve spolupráci s dalšími podniky a výzkumnými ústavy.

Vedoucím vývojové konstrukce byl Jiří Fišera, od roku 1990 Ing. Vladimír Martínek. Vedoucím konstruktérem typu byl Ing. Jaroslav Malík, později Ing. Vladimír Soukup. Konstrukční skupinu kompresoru vedl Ing. Josef Maršálek, skupinu turbín Ing. Martínek, později Ing. Jiří Vítek, skupinu spalovací komory Ing. Mojmír Horák, později Karel Langr. Na regulaci motoru spolupracoval s Jihostrojem Velešín Ing. Jiří Barvitius. Dynamické problémy motoru řešil Ing. Jan Souček. Skupinu reduktoru vedl Ing. Schmied, později Ivan Petr. Za skříň pohonů po konstrukční stránce odpovídal Josef Čihula. Zástavbu motoru do letounu L610 řešil Tomáš Daňhel.

Výpočtové návrhy a analýzy zpracovávalo Teoretické oddělení Ing. Jana Klouda, později Ing. Zbyňka Pospíšila. V tomto oddělení termodynamickou skupinu vedl Ing. Miloš Nejepínský, později Ing. Josef Kubeš, skupinu pevnostní Ing. Jaroslav Dubský, později Ing. Václav Bejček.  V termodynamické skupině vedl výpočty kompresoru Ing. Josef Donát CSc, výpočty turbín Ing. Zdeněk Mašek CSc. Problémy spalovací komory řešil Ing. Václav Vnuk. Výpočty charakteristik motoru a vyhodnocování letových zkoušek prováděli Ing. Zbyněk Pospíšil a Ing. Pavel Hečl. V pevnostní skupině zpracovával výpočty částí kompresoru Ing. Karel Koucký, části turbín Ing. Jaroslav Dubský a Ing. Vladimír Novák, skříňové systémy  Ing. Václav Bejček.

Návrh dvoustupňového odstředivého kompresoru  zpracoval tým VZLÚ pod vedením Ing. Václava Vaňka CSc. Elektronický systém regulace motoru byl navržen v Jihostroji Velešín pod vedením Ing. Vohaňky ve spolupráci s vývojáři Mesitu Uherské Hradiště pod vedením Ing. Šohajka a Mikrotechny Modřany  pod vedením Ing. Šlehofra. Spouštěcí systém motoru byl vyvinut a vyráběn v První Brněnské Velká Bíteš, kde tento úkol řešil tým Ing. Katolického CSc. Příslušenství motoru bylo vyráběno v  PAL Kroměříž a Jiskra Tábor, plechové díly v Moravia Mariánské Údolí. Reduktor se vyráběl v České zbrojovce Uherský Brod. Na optimalizaci aerodynamického návrhu vstupu vzduchu do motoru pracoval tým prof. Jerie z ČVUT Praha.

Letové zkoušky motoru v létající laboratoři IL-18 a 3 prototypech L-610 X01, X03, X05 v oddělení letové zkušebny VZLÚ vedl Ing. Miloslav Caňko. Vedoucím zkušebním pilotem programu L-610 byl Ing. Emil Přádný za VZLÚ a Stanislav Sklenář za LET Kunovice.

Technologické problémy výroby motoru řešili týmy vedoucího technologie Ing. Karla Janíčka, později Ing. Jiřího Kesla, Ing. Františka Denka a Ing. Michala Jandy. Vývojovou technologii vedl Ing. Václav Javůrek, skupiny Ing. Miroslav Severa, Ing. Pavel Koch a František Beran.

Po celou dobu vývoje M602 byla vykonávána kontrolní a poradenská činnost komisemi složenými z expertů sovětských výzkumných leteckých ústavů a  leteckého úřadu za účelem přípravy certifikace motoru v bývalém SSSR. S rozpadem Sovětského Svazu  převzal tuto činnost letecký úřad Ruské Federace. Vedoucím komise byl prof. Sirotin později prof. Ponomarjov.

Na počátku roku 1990 se stal vedoucím vývojových útvarů Ing. Josef Kubeš. Vedení vývojové konstrukce převzal Ing. Vladimír Martínek, vedoucím pevnostního oddělení byl jmenován Ing. Jaroslav Dubský, po jeho odchodu do důchodu Ing. Václav Bejček. Termodynamické oddělení řídil  Ing. Vojtěch Horký, který rovněž připravoval certifikační podklady pro letecké úřady. Byl dokončen vývoj variant motoru M601 T pro polský letoun Orlik a M601 F pro letoun L420. Motor M601 byl dále rozpracován do řady odvozených variant podle určení na typ letounu. Tyto varianty se podařilo certifikovat prakticky pro použití ve všech zemích světa.

S nástupem nového vedení společnosti v roce 1995 řízení vývoje přebírá Ing. Oldřich Matoušek CSc. Vývoj motorů řady M601 byl omezen pouze na řešení zástaveb do letounů, systému oprav a provozu, vývoj motoru M602 byl zastaven.

20.1.2011 Ing.  Josef Kubeš