Авиация и космонавтика 2011 06

Необходимо отметить, что явление самовыключения в полёте двигателя АЛ-5 при давлении топлива перед форсунками составлявшем около 16 кг/см² было выявлено и на самолёте Ла-190, который проходил заводские лётные испытания на аэродроме ГК НИИ ВВС.

В связи с новыми обстоятельствами для продолжения полётов главный конструктор А.М. Люлька установил следующие ограничения, которые требовалось неукоснительно выполнять при эксплуатации АЛ-5:

— сброс оборотов в полёте от режима максимально допустимых до минимальных производить плавным перемещением сектора газа за время не менее 15… 17 секунд на высотах до 5000 м;

— минимально допустимое давление топлива перед форсунками в полёте должно быть не менее 20…22 кг/см² до высоты 10000 м;

— при снижении самолёта на посадку с высоты 300…500 м разрешалось переводить двигатель на режим малого газа плавным перемещением рычага управления.

Уже 19 июня лётчик-испытатель Г.А. Седов совершил второй полёт до высоты 4000 м, соблюдая указанные ограничения. Полёт, занявший 20 минут, прошёл без замечаний, при этом максимальная скорость была доведена до отметки 750 км/ч по прибору. На следующий день Г.А. Седов на летающей лаборатории Пе-8 на высоте 4000 м и скорости 300 км/ч по прибору проверил работу АЛ-5 при мгновенном перемещении сектора газа с 6600 об/мин до 2500 об/мин. При этом двигатель работал нормально, а минимальное давление топлива перед форсунками составляло 12 кг/см².

Истребитель Ла-190 с двигателем АЛ-5

Анализ причин самовыключения двигателя АЛ-5 при полёте со скоростью более 500 км/ч показал, что перемещение сектора газа с максимальных оборотов в сторону их снижения приводит к резкому обеднению смеси (увеличению коэффициента избытка воздуха) в камере сгорания, превышающему границу устойчивого горения. В свою очередь резкое обеднение смеси в камере сгорания происходило из-за регулятора, стремившегося снизить обороты двигателя в соответствии с новым положением сектора газа, путём уменьшения подачи топлива. В тоже время снижению оборотов препятствовала скорость набегающего потока, изменение которой зависело от времени изменения скорости полёта. Так как регулятор не имел ограничителя снижения давления топлива, то он продолжал уменьшать подачу топлива, причём в большей степени, чем это было необходимо для роботы двигателя на оборотах, соответствующих новому положению сектора газа. А так как граница устойчивого горения в камере сгорания была недостаточно высокой, то горение прекращалось ещё при довольно высоком давлении топлива (12… 14 кг/см 2), то есть при коэффициентах избытка воздуха, находящихся в диапазоне =30…35.

На основании проведённого анализа в ОКБ-165 разработали и представили военному представительству план мероприятий по устранению явления самовыключения двигателя АЛ-5 в полёте, который предусматривал проведение работ по двум направлениям:

— повышение границы устойчивого горения в камере сгорания при обеднении смеси;

— введение в конструкцию регулятора оборотов элемента, ограничивающего падение давления топлива перед форсунками в полёте до минимально допустимого предела, при котором обеднение смеси не выходит за границу устойчивого горения.

Из-за выявившихся проблем в работе силовой установки от выполнения программы заводских испытаний И-350 пришлось отойти и сосредоточить всю работу на исследовании работы двигателя. Кроме этого по решению главного конструктора А.И. Микояна в опытном производстве ОКБ-155 с 21 июня 1951 г. были прекращены работы по изготовлению второго лётного экземпляра истребителя И-350 до окончания доводки двигателя АЛ-5. К этому времени готовность агрегатов машины "М-2" составляла 90 %.

В соответствии с вышеупомянутым планом уже 22 июня на стендовые испытания поставили двигатель № ЗА-165-15 с новым вариантом горелок камеры сгорания. У горелок, получивших обозначение ЭБ- 3408, изменили конструкцию корпуса и завихрителя, что позволило изменить скоростное поле перед горелками и количество воздуха в зоне воспламенителя. За счёт этих изменений предполагалось повысить устойчивость горения. Предварительные испытания горелки в ЦИАМ показали, что граничный коэффициент равнялся 90 против ранее существовавшего значения 30…35.

После завершения 25-часовых стендовых испытаний АЛ-5 № ЗА- 165-15 без разборки был отправлен в ЛИИ для установки на Пе-8 № 42310. В полёте на летающей лаборатории двигатель работал устойчиво на высотах до 9500 м при давлении топлива перед форсунками 7… 11 кг/см². На высотах до 8000 м при скорости полёта до 300 км/ч по прибору при резкой уборке сектора газа за 0,5 секунды с максимального режима до давления топлива 4,2…4,9 кг/см² двигатель не самовыключался. Кроме этого в последний день июня на 25-часовые стендовые испытания поставили двигатель № 3 А-165-03 с новыми горелками, которые должны были обеспечить устойчивое горение в камере сгорания при больших значениях коэффициента, чем горелки двигателя № ЗА-165-15.

Тем временем контрольные испытания прошёл двигатель АЛ-5 № ЗА-165-20 с первым вариантом горелок камеры сгорания, и 28 июня его отправили в ОКБ-155 для установки на самолёт И-350. Через два дня прошёл контрольные испытания с такими же горелками и двигатель АЛ-5 No ЗА-165-16 предназначенный для Ла-190, и 2 июля его отправили в ОКБ-301. По указанию А.М. Люлька с целью повышения устойчивости горения но рабочие форсунки обоих двигателей после отправки их с завода № 165 также установили колпачки, перекрывавшие кольцевой зазор между горелкой и форсункой.

Пока в опытном производстве ОКБ-155 меняли двигатель на истребителе И-350, на заводе № 165 и в ЛИИ продолжались испытания двигателей № ЗА-165-03 и № ЗА- 165-15. Причём последний был дополнительно оснащён специальным клапаном с целью сохранения в полёте минимального давления топлива перед форсунками. Кроме того, для комплексной оценки всех усовершенствований направленных на устранение явления самовыключения в ОКБ-165 начали готовить двигатель АЛ-5 № ЗА-165-18 для проведения длительных 100-часовых стендовых испытаний.

На стендовых испытаниях двигатель № ЗА-165-03 со вторым вариантом горелок работал хорошо, а установленный на нём новый смеситель с большим количеством отверстий позволил на 2 % снизить удельный расход топлива. Кроме того, проведённые в ЦИАМ испытания показали, что такой смеситель также способствовал повышению устойчивости горения. Однако разборка двигателя выявила смещение зоны высоких температур ближе к горелкам, что привело к прогару смесителей. А это в свою очередь требовало проведение дальнейшей доводки.

С целью доработки регулятора оборотов в ОКБ-165 помимо упоминавшегося выше клапана минимального давления, который показал неудовлетворительные результаты, разработали ещё два варианта клапанов: клапан слива и клапан замедлителя. Но на испытаниях последний также показал неудовлетворительные результаты. В связи с этим для повышения стабильности регулирования подачи топлива но двигатели, предназначенные для самолётов И-350 и Ла-190, были установлены только клапаны слива.

В отличие от АЛ-5 № ЗА-165-03 двигателю № ЗА-165-15 не повезло. 16 июля Пе-8 № 42310 при посадке потерпел аварию из-за лопнувшей покрышки левого колеса. Самолёт занесло, и он выехал с взлётно-посадочной полосы на мягкий грунт, что привело к поломке шасси. При ударе о грунт машина загорелась, и её спасти не удалось. В результате пожара у двигателя АЛ-5 обгорели коммуникации и имелись прогары от внешнего воздействия пламени, в связи с чем его отправили на завод № 165 для разборки и дефектации.

После установки двигателя АЛ-5 № ЗА-165-20 на истребителе И-350 лётчик-испытатель Г.А. Седов выполнил на нём ещё два полёта, 17 и 19 июля. Они показали, что клапан слива ОП8049-00, обеспечивая минимальные заданные давления топлива перед форсунками, наряду с большей устойчивостью горения в камере сгорания позволил устранить дефект самовыключения АЛ-5 в полёте. После этого на двигателе установили новый клапан слива, который позволил улучшить характеристики регулирования.