REPÜLŐMÚZEUM  SZOLNOK

Közlekedési Múzeum AI-20

Transport Museum AI-20

AI-20A típusú légcsavaros gázturbinás hajtómű metszete.

Cross-section of an AI-20A type turbo-prop engine.

 

Szöveg/Text: Zainkó Géza

Fordítás/Translation: Dr. Moys Péter

Fotók/Photoes: HS, aki köszöni a fenti urak munkáját.

 

Az AV-68I 04A típusú, négyágú, hidraulikusan állítható, 4,5 m átmérőjű légcsavarral felszerelt hajtómű metszetét, egy pótlólagos villanymotor felszerelésével működtetni is lehet. A lassan forgó alkatrészek jól szemléltetik a hajtómű felépítését, működését. Az 1960-as években a MALÉV Il-18-as repülőgépeinek légcsavarkúpjai különböző színűekre voltak festve, zölddel néhány évig a HA-MOG rendelkezett.

The cross-section of the AI-20 type gas turbine engine equipped with an AV-681 04 series 4.5 meters (14.76 feet) diameter airscrew could be seen on the move with the help of a connected electromotor. The slowly rotating parts well demonstrate the construction and operation of the engine. In the sixties the propeller domes of Il-18 type airplanes of MALÉV – Hungarian Airlines were painted different colors, for few years HA-MOG has got the green color.

A légcsavaragy egy bordázott homlokfelületű tárcsával és 16 db csavarral csatlakozott a légcsavartengelyhez. A légcsavartollak belépő élei, a tövekben gumiba ágyazott elektromos fűtőbetétekkel voltak ellátva a jegesedés megelőzése érdekében. A fűtőbetéteket fém védőpikkelyekkel borították.

The propeller boss was connected with the shaft by a splined head-surface plate and fastened with 16 screws. The airscrew blades’ leading edges at the hilt were fitted with electric heater coils in rubber-bed for preventing icing. The heating units were covered with metal protective scales edge tipping.

Ezen a képen jól látszik a kétfokozatú, bolygókerekes fordulatszám csökkentő áttétel, mely a forgórész fordulatát 11:45 szeresére, 1075 f/percre csökkenti, hogy a légcsavar optimális körülmények között tudjon dolgozni. A bolygóművet az elfordulás ellen az áttételházban hidraulikus munkahengerekkel rögzítették, mely egyébként így a teljesítmény mérésére is alkalmas volt. Ez volt az IKM rendszer, melynek szivattyúja az áttételház alsó részén volt elhelyezve. Az áttételház öntvényben, felül kialakított, három csatorna vezette a nyomás alatt áramló hajtómű olajat a légcsavaragyba, amely a lapátok állásszögének változtatásához és a kenéshez volt szükséges.

On this picture can be seen well, the two stage planetary gear reductor, which reduced the rotor’s rotation speed to its 11.45 partage, i.e. 1075 rpm, allowing the propeller operating under optimal conditions. The planetary gear in the accessory gearbox was fastened with hydraulic actuators to prevent turning round, which this way became suitable also for gauging the output power. This was called as IKM[1] system, its pump was on the bottom of the accessory gearbox. In the gearbox casting, three channels were molded for leading the flow of oil under pressure into the propeller boss, necessary for shifting of the blades’ incidence and also for lubricating.

[1] IKM: Russian abbrev.

A segédszervek meghajtásházának felső része. Itt található jobb és baloldalon a két indító-motor generátor, közöttük a RD 68 típusú regulátor, mely a légcsavar fordulatszámát és a lapátok állítását vezérelte. Legfelül a centrifugál olajkiválasztó található és az előrenyúló berendezés a légcsavarrögzítő elektro-mechanizmus. Ez a vitorlába állított légcsavart rögzítette, hogy repülésközben ne forogjon, jobbára csak a korai változatoknál használták.

The upper half of the accessory gearbox. Here you can find on the right and left side the two starter generators, and between this two, the RD 68 type regulator, which governed the speed (rpm) of the propeller and shifting of the blades. On top upper can be found the centrifugal oil separator and the protruding device is the electro mechanical blade locker. This one locked the blades in feathered position, allowing no rotation in flight. This was used mostly by the early type variants.

A kép alsó részén látható a jobb SzTG-12TMO-1000 típusú egyenáramú indító-motor generátor. Ez a berendezés a másik oldalon lévővel együtt indította be a hajtóművet, mégpedig úgy, hogy a forgórészt, mintegy 30 másodperc alatt kb 4000 fordulat/perces fordulatszámra pörgette fel. Ennél a fordulatszámnál már a turbinán is keletkezett elegendő forgatóerő ahhoz, hogy a hajtómű életre keljen. A motorok indítás közben folyamatosan egyre növekvő feszültséget kaptak egészen 60 V-ig és egyenként, akár 450 Amper áramot is felvehettek. Az indítási program végén a motorok automatikusan lekapcsolódtak a tápláló villamos hálózatról és átkapcsolódtak indító üzemről generátor üzemre. Ezután már a hajtómű forgórésze által meghajtott generátorok már villamos energiát termeltek.

On the bottom of the picture is to be seen the STG-12TMO-1000 type DC starter generator. This equipment together with the one on the opposite side, started up the engine, namely so, that within thirty seconds accelerated the engine to 4000 rpm. At this rotational speed, also on the turbine arose tangential force adequate for reviving the engine. The motors while starting received continuously raising voltage up to 60V and individually might pick up 450 Amperes current. At the end of the starting run, the motors automatically switched off from the feeder electric circuit connection and changed over from starter mode of operation to generator mode. The generators driven by the rotating engine hereupon generated electric energy.

A meghajtásház két oldalán, középen alakították ki a hajtómű mellső felfüggesztő csomópontjait. A meghajtásházban alakították ki azt a hat, olajfűtésű bordákkal elválasztott, körgyűrű alakú csatornát, melyen keresztül áramlott be a levegő a kompresszorba. A hajtóművek csővezetékeit különböző színekkel jelölték. Az olajrendszer barna, a tüzelőanyag rendszer sárga, a tűzoltó rendszer piros, a szellőző rendszer pedig fekete színű volt.

On both sides of the accessory gearbox in the middle were developed the two fore fastening locks of the engine. In the accessory gearbox were formed those six ring shaped air ducts separated from each others with oil heated ribs, where the air stream flew into the compressor. The pipelines of the engines were marked with different colors. The oil system was brown; the fuel system yellow, the fire extinguisher red and the ventilating system was black.

A meghajtásház alsó részén, középen helyezkedett el a 888-as típusú nagynyomású tüzelőanyag szivattyú. Mögötte, a kép bal oldalán látható, a kompresszor ház alá függesztett KTA-5F típusú tüzelőanyag szabályozó berendezés. A kép jobb felső részén az egyik mellső bekötő csomópont látható. Alatta egy sötétebb, melyhez a SzGO-12-es típusú váltóáramú generátor csatlakozott és tőle lefelé az NP-25-ös hidraulika szivattyú meghajtása található. Hidraulika szivattyúk az Il-18-as típuson csak a két belső hajtóművön voltak. A hajtómű indításakor fellépő káros „pompázs” jelenség[1] kiküszöbölésére a felpörgés során a kompresszor V. és VIII. fokozatai mögül folyamatos levegőelvezetés történt négy szelepen keresztül az atmoszférába. Ezekből lehet látni kettőt, a kép baloldalán középen. A pompázs-szelepeket a tüzelőanyag szabályzó vezérelte. A VIII.-nál lévő szelep az alapjárat elérése előtt bezárt, a másik még nyitva maradt, mely csak az egyensúlyi fordulatszám, a 12300 f/p elérése előtt zárt be.

On the bottom of the accessory gearbox was fitted into its place the “888” type high-pressure fuel supply pump. Behind it, as it may be seen on left of the picture, was the KTA-5F type fuel control unit, suspended below the compressor case. On the upper right edge of the picture is shown one of the fore fastening locks. Below this, is shown a dark hole, where the SGO-12 type AC generator was connected, downwards from it the transmission of the NP-25 type hydraulic pump can be find. On the Il-18 airplane hydraulic pumps were connected to the two inner engines (Nr.2 and Nr. 3.) only. On starting up the engines for preventing the harmful „turbine stall” effect at the acceleration of the engines, from stages V. and VIII. of the compressor, continuous air flow was bled through four surge bleed valves into overboard. The turbine speed control surge valves were controllable by the fuel control unit. The valve at stage VIII. closed before reaching idle speed, the other remained yet open, and it was closed only before reaching 12.300 rpm, free-running speed.

[1] A pompázs jelenség a kompresszor rendellenes működése során jön létre.

A hajtómű levegőellátását a hangsebesség alatti, X fokozatú axiálkompresszor biztosította. A forgórész un. „dobrotor” kialakítású volt. Egy kompresszor fokozat egy álló lapátkoszorúból és egy forgó lapátsorból állt. A kompresszor lapátok a dobba „fecskefarok” illesztéssel voltak beerősítve. Forgórész lapátok és a kompresszorház közötti minimális rés biztosítására a ház belsejére speciális alumínium-azbeszt-grafit bevonatot vittek fel. A folyamatosan szűkülő térben, csavarvonalban áramló levegő a tüzelőtér-házba jutott. A kompresszor X. fokozatától két csővezetéken vezették el a repülőgép hermetikus kabinjának fűtéséhez, a túlnyomásának fenntartásához és a hajtóműgondolák szívótorkainak és a kompresszor első fokozat előtt lévő un. „VNA” lapátok jégtelenítéséhez a meleg levegőt. Normál esetben, összességében, óránként 1800 m3 jutott el a különböző helyekre.

The air flow supply of the engine was ensured by a ten-stage subsonic axial compressor. The rotor (revolving part) was a so-called drum type rotor. One compressor stage consists of a stator blade-ring and a rotating blade row. The compressor blades were inserted into the drum with dovetail joint. To ensure a minimum slot between the rotating blades and the compressor case the latter was coated with a special aluminum-asbestos-graphitic. In the continuous narrowing throat spiraling flow of air got into the combustion chamber. From compressor stage X. the hot air flow was diverted through two manifolds for heating and pressurizing the cabin of the airplane and heating the air intake of the engine’s nacelle and for deicing of the so-called “VNA-blades” in front of compressor stage Nr. I. Normally, approximately 1800 m³/h hot air flow were passed to the different places.

 

A teherviselő tüzelőtér-házban helyezkedett el a gyűrűs, 10 fejjel, és 10 üzemi tüzelőanyag fúvókával ellátott magas hőálló anyagból hegesztett, résekkel ellátott gyűrűs tüzelőtér. A hajtómű indításához külön gyújtóegységet alkalmaztak 2-es és a 9-es pozícióban lévő tüzelőtér fejben, ez a képen nem látszik, mert pont ez a rész lett kivágva. Az egységhez tartózó indító fúvókán keresztül bejuttatott, porlasztott kerozin, az itt lévő egy-egy indítógyertya 15 másodperces folyamatos elektromos kisülése mellett meggyulladt, majd a már égő tüzelőanyag a fő tüzelőanyag fúvókákon bejutó tüzelőanyagot is meggyújtotta. Ezután a gyújtó egység kikapcsolódott.

 In the load bearing combustion case was set in place the slotted annular combustor, welded from heat resistant material and equipped with 10 burners and 10 jet nozzles. For starting up the engine particular ignition exciters were used, placed in position Nr 2 and Nr. 9 in the combustion head. This cannot be seen in the picture, because this very part was cut out. The kerosene vapor injected through the primary fuel nozzle, ignited by the 15 seconds continuous discharge of each igniter in the burners, and then the burning fuel ignited the fuel inflowing through the main fuel flow nozzles. With this the ignition exciter was cut off.

A kép jobb oldalán a hajtómű jobb hátsó felfüggesztő csomópontja látszik. Előtte a „A” és a „K” változatú hajtóművekre jellemző kétkörös tüzelőanyag rendszer csővezetéke. A kép bal felső részén a tüzelőtér egyik égőfeje és az ezekhez csatlakozó FK-20-as, centrifugális, kétcsatornás tüzelőanyag fúvóka látszik.

On the right of this picture the right aft mount of the engine is shown. In front of it, there is the twin fuel manifold system typical of the “A” and “K” version AI-20 engines. On the top left can be seen one head of the burner cans, and the connecting FK-20 type centrifugal, dual channel fuel nozzle.

A tüzelőtér házba belépő levegő egy része az égőfejek résein, furatain beáramlott a tüzelőtér belsejében és az égési zónában az oda nagynyomással beporlasztott kerozinnal keveredve meggyulladva égett el, mintegy 1500-1800 C°-on. A folyamatos égés következtében külön gyújtásra már nem volt szükség.

 One part of the upstream of ram air got into the combustion chamber via the pins and slots of the burners and, mixing with the kerosene vapor sprayed into there under high pressure burned on some 1500-1800 grade Celsius (2700-3300oF). As a result of the continuous burning of the fuel, there was no need for ignition under normal running conditions. 

A tüzelőtér házba belépő levegő nagyobb része hátra felé áramlott és a tüzelőtér hátsó nyílásain, az égési zóna után belépve keveredett a forró égéstermékekkel, csökkentve annak hőmérsékletét, hogy a turbina hőterhelése a megengedett maximális érték alatt maradjon.

 The major half of upstream of the ram air was flowing rearwards via the rear cut outs of the combustion chamber, and at the combustor discharge mixing with the hot combustion gases reduced its temperature to keep the heat load of the turbine below the permissible maximum temperature.

A tüzelőtérből kiáramló, a kezdeti térfogatának többszörösére táguló forró gázok hőenergiája, mozgási energiává alakult át és meghajtották a háromfokozatú turbinát. Az állórészt a belső és külső gyűrűbe hegesztett lapátok alkották. A járókerekek turbinalapátjai a tárcsákba „fenyőfa” illesztéssel és lemezbiztosítással voltak szerelve, mert így a lapáttövekben egyen feszültség ébredt. A turbina tárcsák és lapátok hűtését a hajtómű tetején lévő légfelvevő nyíláson beáramló környezeti levegővel oldották meg, de a tüzelőtér házból megcsapolt levegőt is használták. A kompresszor és a turbina által alkotott forgórész három helyen volt csapágyazva.

The heat energy of the combustion gases discharging from the combustor and expanding to multiple of its original volume when transformed into kinetic energy, drove the three stage turbine. The stator assembly was composed of the turbine disc vanes welded into the inner and outer ring. The stator assembly was composed of the nozzles welded into the inner and outer liner.

The turbine blades were fitted into the discs with fir tree roots and locking plates, because this way the blade roots were stress compensated. The cooling of the blades and discs was resolved by the ram air stream entering through the air inlets, however also the bleed air from the combustor case were utilized for the purpose. The rotor, composed of the compressor and the turbine, was supported by three bearings.

A turbinából kilépő gázok a hangsebesség alatti, nem szabályozható, 0,225 m2-es keresztmetszetű fúvócsövön keresztül hagyták el a hajtóművet, ahol négy kiáramló gázhőmérő adó volt elhelyezve. A forgórészt egy áramvonalazó kúp zárta le. A gázok, az IL-18-as típusnál a szárny felett elhelyezett, különböző hosszúságú, a hajtóművön lévő fúvócsőhöz rugalmasan csatlakozó, azonos keresztmetszetű gázelvezető csövön léptek ki a szabadba és mozgási energiájuk révén még mintegy 200 kp tolóerőt is biztosítottak.

The gas downstream of the turbine is discharged through the subsonic non-controllable exhaust pipe with an area of 0,225 m² (2.42 sq. ft.), where four EGT (Exhaust Gas Temperature) probes were placed. The rotor was ending with a fairing cone. On the Il-18 type airplane the exhaust gases of the engines were discharged into the atmosphere through exhaust pipes located above the wing with variable length (depending on engine installation), which had an equal cross-section with the engine exhaust section and were connected to them. The kinetic energy of the exhaust gases provided some 200kp thrust.