Kraków 2017-01-12
Silniki turboodrzutowe we Francji
Niemal cała historia silników turbinowych we Francji związana jest z jedną nazwą – Snecma. Chociaż w obecnej chwili francuskie wyroby nie mają loga Snecma, ale Safran. Ale po kolei.
Snecma.
Firma Snecma powstał tuż po zakończeniu drugiej wojny światowej w 1945 roku. Obecnie wchodzi w skład wielkiego koncernu Safran, który zatrudnia ponad 12 000 pracowników. Siedzibą firmy Snecma jest miejscowość Courcouronnes we Francji, leżąca około 20 km na południe od Paryża. Firma Snecma początkowo zajmowała się produkcją samolotów i silników do nich. Później skupiła się na produkcji silników lotniczych, o przeznaczeniu wojskowym i cywilnym. Oprócz silników przepływowych budowała silniki rakietowe i satelity.
Nazwa Snecma jest akronimem Société nationale d'études et de construction de moteurs d'aviation, co w wolnym tłumaczeniu oznacza - Krajowa spółka zajmująca się projektowaniem i budową silników lotniczych. Tak było do dnia 27 kwietnia 2004 roku, kiedy to firma została wchłonięta przez korporację Safran.
W maju 1945 roku zakończyła się druga wojna światowa. W niemczech nastąpiła całkowita demilitaryzacja. Setki fachowców lotniczych zostało bez zajęcia. Większość z nich, aby utrzymać się w branży, wyemigrowała do Francji, Szwajcarii, Argentyny, Indii, a nawet do USA i CCCP. W samej Francji, zasłużona dla rozwoju lotnictwa firma Gnome & Rhone, została upaństwowiona tworząc firmę Snecma. Spora grupa inżynierów z zakładów BMW z niemczech znalazła tam zatrudnienie. Dzięki ich dużemu wkładowi pracy powstał pierwszy francuski silnik turboodrzutowy Atar. Warto w tym miejscu napisać, że na przełomie 40/50-lat społeczeństwo francuskie było złe na to, że rząd daje zatrudnienie wrogom, którym żyło się o wiele lepiej niż francuskim robotnikom, a wielu francuzów było wówczas bez pracy. Rząd francuski posunął się nawet do ochrony policyjnej niemców i zakładów Snecma. Francuzi do nazwy Snecma często dopisywali jeszcze jedno S – SSnecma. W Rzeczypospolitej doskonale wiemy co to było SS.
Początki silnika Atar sięgają dawnych zakładów firmy Dornier w Rickenbach we francuskiej strefie okupacyjnej w niemczech. Konstruktorem wiodącym był Herman Östrich. Bazą dla silniki Atar był silnik BMW 003. W kilka miesięcy później biuro projektowe otrzymało nazwę Atar (ATAR skrót od Atelier Technique Aéronautique Rickenbach- Warsztaty Techniczne Lotnicze Rickenbach). Po kolejnych kilku miesiącach biuro przeniesiono do Francji.
Snecma Atar 101. 1948 rok.
Projekt silnika Atar 101 został ukończony w październiku 1945 roku. W kwietniu 1946 roku dokumentacja techniczna była gotowa i przesłano ją do Francji do zakładów Snecma. Były problemy z wykonaniem poszczególnych podzespołów silnika. Pierwsze uruchomienie nastąpiło w 26 marca 1948 roku. Silniki Atar 101 były zastosowany dopiero w 1955 roku w samolotach myśliwsko-bombowych Dassault Super Mystère. Prace rozwojowo-wdrożeniowe silnika Atar 101 nie szły gładko. Konstruktorzy mieli problemy z drganiami, układem olejenia i usterkami komory spalania i turbiny. Początkowo turbina była jedno-stopniowa. Dopiero później zastosowano 2-stopniowa turbinę. Pierwsze egzemplarze prototypowe silnika Atar 101 osiągnęły ciąg 16,01 kN. Silnik stale był poprawiany i w październiku 1948 roku, osiągnięto 21,80 kN. W styczniu 1950 roku, w próbach badawczych było już kilkanaście silników, które łącznie przepracowały one już ponad 1 000 godzin. W połowie 1950 roku, osiągnięto ciąg 26,51 kN, co wciąż było słabym wynikiem. W zasadzie program można byłoby zamknąć, ale w grę wchodziła duma francuzów, a przede wszystkim konieczność posiadania własnego silnika turboodrzutowego, aby nie wiązać się licencją.
Dzięki pomocy Brytyjczyków pozyskano ich unikalny stop Nimonic, z którego wykonano łopatki turbiny. Wprowadzono także inne modyfikacje. Zamontowano więcej łopatek kierowniczych. Tak postał silnik Atar 101B. W lutym 1951 roku, silnik Atar 101B przeszedł test 150 godzinny utrzymując ciąg 23,58 kN. Po tym teście silnik dopuszczono do lotów, jako napęd samolotu Dassault Ouragan, którego pierwszy lot z silnikiem Atar 101B odbył się w dniu 5 grudnia 1951 roku.
Prace nad silnikiem nie ustawały. Powstała wersja Atar 101C, która otrzymała lepszą sprężarkę i przeprojektowaną komorę spalania. Silnik osiągnął ciąg 27,58 kN. Powstawały kolejne modyfikacje silnika. W modelu Atar 101D zamontowano dopalacz.
Silnik Atar 101 jest napędem samolotu Dassault Mystere II. Pierwsze testy wykonano w sierpniu 1954 roku, ale produkcja wielkoseryjna samolotu nie ruszyła. Pierwszym francuskim samolotem seryjnym z francuskim silnikiem Atar 101 był Dassault Super Mystere. Ale i tak w tym przypadku oblot samolotu nastąpił z utyciem silnika Rolls Royce Avon w dniu 2 marca 1955 roku.
Pierwsza użytkowa i w miarę poprawna wersja silnika otrzymała oznaczenie Snecma Atar 101G-2. Ma ona ciąg 33,3 kN bez dopalania i 44,1 kN z dopalaniem. Produkcja seryjna silnika ruszyła dopiero w 1957 roku.
Dane silnika Atar 101: Silnik Atar 101 jest zbudowany w układzie jedno-wałowy, jedno-przepływowy z 7-stopniową sprężarką osiową oraz 1-stopniową turbiną i dopalaczem. Sprężarka posiada łopatki wykonane ze stopu aluminium, które są przymocowane do aluminiowych dysków. Komora spalania składa się w 20 puszek płomieniowych wykonanych ze stali rozmieszczonych w układzie dwóch pierścieni. Wczesne wersje silnika Atar 101 miały długość 2,85 m, średnicę 0,9 m, masę 850 kg. Wersje kolejne mają długość 3,68 m, masę 940 kg. Wersje z dopalaczem mają długość 5,23 m, masę 925-1 240 kg.
Snecma Atar 08, 09. 1955 rok.
Silnik Atar 101 nie odniósł wielkiego sukcesu. Konkurenci: Brytyjczycy, Amerykanie, a nawet Rosjanie, w połowie 50-lat byli daleko w przedzie. W dodatku nie było chętnych na zakup silnika za granicą.
Francuzi zdecydowali o radykalnej przebudowę silnika. Rozpoczęto program Atar 08. Gabarytowo nowy silnik nieznacznie zyskał. Sprężarka z 7-stopniowej urosła do 9-stopniowej. Kompresja wzrosła do 5,5:1. Diametralnie przebudowano turbinę, zwiększając jej średnicę. Wprowadzono nowe stopy, w tym stopy magnezowe. Silnik Atar 08B-3, pierwszy produkowany seryjnie miał ciąg 41,81 kN. Masa silnika 1 456 kg. Silnik Atar 8/9 nadal jest silnikiem jedno-wałowym, jedno-przepływowym.
Jednocześnie opracowywano wersję z dopalaczem, która miała oznaczenie Atar 09. Silnik ten w styczniu 1957 roku osiągnął ciąg z dopalaniem 54,71 kN (12 300 lbf), by po kilku tygodniach mieć już ciąg 58,72 kN (13 200 lbf). Początkowo regulowana dysza wylotowa składała się z dwóch ruchomych połówek. Później wprowadzono 18-płatków, co znacznie poprawiło pracę wylotu. W 1959 roku, opracowano nowy rozrusznik silnika w postaci mikro-turbiny, która sprężonym powietrzem rozkręca obroty silnika. Kolejna wersja miała ciąg 42 kN (4 282 kG), a z dopalaniem 58,9 kN (6 006 kG). W silniku Atar 09 / Atar 9 tylną sekcję silnika wykonano z tytanu, co umożliwiło ciągłą pracę dopalacza przy prędkości Ma 2.
Wreszcie prace nad silnikami Atar 8 i 9 zakończyły się sukcesem. Silniki napędzały kilka konstrukcji bojowych samolotów produkcji francuskiej: Etendard, Super Etendard, Mirage III, Mirage 5, Mirage 50, Mirage F1, Mirage IV.
Dane silnika Atar 9: Silnik jedno-przepływowy, jedno-wałowy, otrzymał 9-stopniowa sprężarkę osiową. Kompresja sprężarki 5,2:1. Komorę spalania. 2-stopniowa turbinę. Dopalacz. Długość 5,90 m, średnica 1,00 m, masa 1 456 kg. Ciąg 42,00 kN bez dopalania i 58,90 kN z dopalaniem. Przepływ powietrza przez silnik 68 kg/s. zużycie paliwa 103 kg/(kN·h) bez dopalania i 207 kg/(kN·h) z dopalaniem. Silnik jest uruchamiany przy pomocy sprężonego powietrza, wytwarzanego przez rozrusznik (mikro-turbinę) umieszczony w stożku przed wlotem powietrza.
W 1961 roku, koncern Snecma i Bristol Siddeley stworzyły wspólne przedsięwzięcie joint venture celem budowy silnika dla pasażerskiego, komercyjnego samolotu Concorde. Tak powstał silnik Rolls-Royce / Snecma Olympus 593, opisany w osobnym rozdziale.
Snecma Atar M53. 1973 rok.
W związku z programami myśliwców Mirage 2000 oraz Mirage 4000 zaistniała konieczność opracowania nowocześniejszego silnika. Celem było opracowanie silnika turboodrzutowego zdolnego do operowania z prędkościami rządu Ma 2,5, czego silnik Atar 9 nie zapewniał. Początkowo silnik oznaczono Super Atar 9K50, aby ostatecznie otrzymał oznaczenie Atar M53.
Silnik Atar M53 konstrukcyjnie opiera się na silniku Atar 9, w którym powstał zimny przepływ. Silnik nadal pozostał jedno-wałowy. Pierwsze trzy-stopnie sprężarki osiowej powiększono i pracują one zarówno dla obiegu gorącego jak i zimnego. Pierwsze uruchomienie silnika Atar M53 nastąpiło z początkiem 1973 roku. Testy w locie, na latającej hamowni w postaci samolotu Caravelle rozpoczęto w lipcu 1973 roku, by w ostatnim etapie zamontować silnik w samolocie Mirage F.1 (1974r.).
Silnik Atar M53 został opracowany w taki sposób, aby być wydajniejszy od najnowszych wersji silnika Atar 9, ale jednocześnie, aby był tańszy w budowie od silnika Snecma TF-306, który był pozyskany z USA. Mimo układu jednej-szpuli silnik toleruje gwałtowne zmiany położenia manetki gazu, co we francuskim żargonie określano jako „beztroskie obchodzenie się gazem podczas lotu”. Silnik posiada modułowa budowę.
Opracowano dwie podstawowe wersje silnika dla samolotów bojowych typu Mirage 2000: Atar M53-5 o ciągu 54,00 kN bez dopalania i 86,30 kN z dopalaniem. Atar M53-P2 również dla samolotu Mirage 2000 o ciągu 64,70 kN bez dopalania i 95,10 kN z dopalaniem.
Dane silnika Atar M53-P2: Jedno-wałowy, dwu-przepływowy, długość 5,07 m, średnica 0,79 m, masa 1 515 kg, jedna turbina, dwa przepływy. Sprężarka osiowa, 3-stopnie niskiego ciśnienia, 5 stopni wysokiego ciśnienia, pierścieniowa komora spalania, 2-stopniowa turbina, dopalacz. Ciąg 64,70 kN bez dopalania i 95,10 kN z dopalaniem. Kompresja sprężarki 9,8:1. Stosunek przepływu zimnego do gorącego wynosi 0,36:1. Zużycie paliwa 0.90 (kg/daN.h) bez dopalania i 2.10 (kg/daN.h) z dopalaniem. Stosunek ciągu do masy wynosi 6,5:1.
Snecma Atar M88. 1983 rok.
Podobnie jak w przypadku silnika Atar M53, także silnik był projektowany specjalnie dla przyszłego samolotu, który początkowo był oznaczony jako Dassault ACX (Avion de Combat eXpérimental), a który się zmaterializował w postaci samolotu Dassault Rafale. Program silnika oznaczono Atar M88. Prace ruszyły w 1983 roku, z zamiarem przekazania do prób w locie w 1986 roku. Tak się jednak nie stało i prototyp ACX poleciał napędzany silnikami General Electric F404.
Według założeń silnik Atar M88 miał mieć ciąg 73 kN bez dopalania i 105 kN z dopalaniem. Prace nad silnikiem się przeciągały. Z uwagi na to, że samolot miał ostatecznie otrzymać układ dwusilnikowy, dlatego zmniejszono ciąg pojedynczego silnika. Dopiero w 1990 roku lewy silnik prototypu Dassault Rafale został zastąpiony silnikiem Atar M88. Rozpad bloku Wschodniego spowodował zmniejszenie finansowania programu, przez co okres badawczo-rozwojowy silnika uległ dalszemu wydłużeniu. Najnowsza wersja silnika ma oznaczenie Atar M88-4E i jest w ofercie firmy Safran od 2012 roku.
Dane silnika Snecma-Safran Atar M88: układ dwu-wałowy, dwu-przepływowy, długość bez dopalacza 3,54 m, średnica 0,696 m, masa 897 kg. Silnik skład się z 3-stopniowej sprężarki niskiego ciśnienia, 6-stopniowej sprężarki, pierścieniowej komory spalania, 1-stopień turbiny wysokiego ciśnienia, 1-stopień turbiny niskiego ciśnienia, dopalacz. Ciąg 50,00 kN bez dopalania i 75,00 kN z dopalaniem. Kompresja sprężarki wynosi 24,5:1. Stosunek przepływu zimnego do gorącego wynosi 0,3:1. Przepływ powietrza przez silnik wynosi 65 kg/s. Temperatura przed turbina wynosi 1 577 stopni C. Zużycie paliwa wynosi 0.80 kg/daN·h bez dopalania i 1.75 kg/daN·h z dopalaniem. Stosunek ciągu do masy wynosi 5,7:1 bez dopalania i 8,5:1 z dopalaniem. Są to bardzo dobre wyniki.
Firma Safran S.A. powstała w 2005 roku poprzez połączenie firm lotniczych, budowy silników lotniczych, silników rakietowych i innych firm przemysłu obronnego. Największymi były Snecma i Sagem. Siedziba Safran S.A. znajduje się w Paryżu.
Opracował Karol Placha Hetman