Авиация и космонавтика 2011 10

Очередным этапом в создании АЛ-21 Ф стало требование об увеличении тяги двигателя без существенных изменений его габаритов, а только за счет повышения параметров самого двигателя. Рост аппетитов заказчика имел свое обоснование: нетрудно заметить, что по первоначальному заданию для нового двигателя достаточной считалась тяга даже меньшая, чем у предшественника АЛ-7Ф-1. Просчета здесь не было — двигатель поначалу предназначался для использования в "спарке" силовой установки будущего Су-24, обеспечивавшей достаточные характеристики. На одномоторных машинах ощутимой была недостаточность тяги нового двигателя, что и повлекло требования "добавить газку". Эта инициатива исходила прежде всего от микояновцев, рассматривавших АЛ-21 Ф в качестве резервной силовой установки для своего истребителя МиГ-23. В конечном счете, микояновское ОКБ остановилось на более привычном для него изделии двигателистов С.К. Туманского, однако вышло так, что запросы микояновцев сыграли в пользу конкурентной фирмы — наработки по теме АЛ-21Ф нашли самое конструктивное применение у суховцев. К этому времени мотористы ОКБ А.М. Люльки уже заканчивали проектирование и изготовление улучшенного АЛ-21 Ф-2. Но и он не позволял достичь требуемых характеристик. В связи с этим работы по нему были вскоре прекращены и с середины 1969 года на чертежных досках конструкторов стали прорисовываться контуры более перспективного АЛ-21 Ф-3.

На этой модификации установкой дополнительной (так называемой "нулевой") ступени на входе в компрессор добились значительного увеличения расхода воздуха на входе. Регулировка компрессора осуществлялась поворотом входного направляющего аппарата, а также передней и задней групп лопаток направляющих аппаратов, общим числом в десять механизированных ступеней — пять передних и пять задних (неподвижными оставались только средние ряды). Управление компрессором позволяло обеспечить устойчивую и экономичную работу двигателя в различных режимах и условиях полета за счет достижения согласованной работы ступеней и бессрывного обтекания лопаток путем их рационального поворота относительно набегающего потока воздуха (можно сказать, "подстройки" к оптимальным условиям работы каждой ступени компрессора). Согласованная работа регулируемых ступеней повышала устойчивость работы компрессора, предотвращая вероятность помпажа и забросов температуры (особенно на переходных режимах при резких дачах управления двигателем).

Надмоторная часть статора компрессора покрывалась специальным "мягким" слоем, защищавшим торцы рабочих лопаток от износа, поддерживая минимальные радиальные зазоры. Большинство деталей компрессора, включая средний корпус, диски ротора, лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки ступеней с 0-й по 11-ю выполнялись из титановых сплавов (кроме трех последних ступеней, с 12-й по 14-ю, которые первоначально также выполнялись из титана, но в ходе серийного выпуска были заменены на стальные). Степень сжатия воздуха в компрессоре удалось поднять с 12,7 у базового АЛ- 21 Ф до значения 14,6 (у предшественника АЛ-7Ф-1 этот параметр составлял только 9,1). Кроме того, в отличие от предыдущего образца, ступени компрессора были выполнены малонагруженными — степень повышения давления в одной ступени, в среднем, составляла 1,17, а не 1,22, как у АЛ-7Ф-1, что в сочетании с пониженными значениями скорости воздушного потока во всех ступенях обеспечило снижение механических нагрузок на лопатки.

Рабочий процесс в камере сгорания характеризовался высокой полнотой сгорания топлива и устойчивостью горения. От других отечественных двигателей своего класса АЛ-21 Ф-3 выгодно отличался не только лучшей экономичностью, но и меньшей дымностью, что обеспечивало вполне очевидные тактические выгоды, способствуя меньшей заметности самолета. До рекордной величины возросли допустимые температуры газов перед турбиной (параметр, определяющий эффективность термодинамического цикла): если у АП-7Ф-1 это значение составляло 1200 К, то у АЛ-21 Ф-3 допустимые температуры довели до 1370 К (впоследствии за счет технологических улучшений — до 1385 К). Форсажная камера и эжекторное реактивное сопло также имели охлаждение стенок, что повышало их ресурс. Ввиду высоких рабочих температур потребовалось внедрение новых жаростойких конструкционных материалов, ввели также охлаждение рабочих лопаток первой ступени и сопловых лопаток первой и второй ступени турбины на форсажном режиме воздухом, отбираемым от компрессора двигателя (на крейсерских режимах, когда температуры были более "щадящими", с целью повышения экономичности охлаждение отключалось). Всережимное сопло отличалось регулировкой: в закрытом положении на "максимале" оно сужалось, а на форсаже открывалось, расширяясь и образуя контур сверхзвукового сопла Лаваля.