Silnik turboodrzutowy Klimow RD-500

(LMW-KI-3051)


Okres bezpośrednio po zakończeniu II wojny światowej charakteryzował się rozluźnieniem relacji międzypaństwowych a także wiarą w pozytywną zmianę warunków egzystencji mieszkańców Europy. Jednak wojna ta spowodowała nie tylko wyniszczenie urbanistyczne, lecz także upadek gospodarek wielu krajów. Tragiczna sytuacja ekonomiczna w tym okresie nie ominęła także Wielkiej Brytanii. Brak funduszy postawił na krawędzi bankructwa wiele firm, stąd decydowały się one swoje wysoko technologiczne, jak na ówczesne czasy opracowania, sprzedawać na wolnym rynku.

Zgodnie z ekonomicznymi ideami czasów pokoju, firma Rolls-Royce w 1946 roku wystawiła do sprzedaży odrzutowe silniki „Nene” oraz „Derwent V”. Konstrukcjami tymi zainteresowane było ZSRR, wysłano więc w grudniu 1946 roku do Wielkiej Brytanii delegację, w której składzie byli między innymi A.Mikojan, W.Klimow a także S.Kiszkin, zajmujący się technologią nowoczesnych metali. Mimo, iż relacje niedawnych wojennych sojuszników pogarszały się z miesiąca na miesiąc, radzieckiej delegacji pokazano niektóre zakłady lotnicze, m.in. Rolls-Royce, de Havilland, English Electric, Gloster czy Vickers-Armstrong. Raport z tej wizyty był dla władz ZSRR bardzo cennym dokumentem, określającym poziom rozwoju brytyjskiej techniki lotniczej a także ukazywał najnowsze zastosowane w niej rozwiązania konstrukcyjne.

Efektem tego raportu stała się decyzja władz ZSRR o pilnym zakupie partii silników „Derwent” i „Nene” bezpośrednio w Anglii lub w krajach, które już je posiadały (trzeba pamiętać, iż również USA nabyły tego typu silniki, licencyjny „Nene” jako J-42 posłużył m.in. do napędu Grumman F-9F „Panther”). Jednym z istotnych planów była chęć uruchomienia w ZSRR ich seryjnej produkcji, niezależnie od faktu, czy uzyskano by na te silniki licencje czy też nie. Umowa oficjalnego zakupu została zatwierdzona przez władze ZSRR w marcu 1947 roku. Pod koniec tego samego miesiąca pierwsze 10 sztuk silników „Derwent V” drogą morską dostarczono z Anglii do Związku Radzieckiego. Kolejna dostawa, tym razem 20 sztuk silników „Derwent V” oraz 15 sztuk „Nene” dotarła w listopadzie 1947 roku. Ostatecznie Związkowi Radzieckiemu nie udzielono praw licencji. Pozostało więc nielegalne skopiowanie. O tym fakcie członkowie zarządu firmy Rolls-Royce dowiedzieli się przypadkiem, gdy w 1958 roku ich przedstawiciel, W. Straight oglądał na wystawie w Pekinie egzemplarz samolotu MiG-15.

Znacznie wcześniej, bo już w dniu 15 lutego 1947 roku, w ZSRR podjęto tajną decyzję o skopiowaniu silników „Derwent V” i „Nene” a szczegółowej dokumentacji produkcyjnej poszukiwano za pomocą nieoficjalnych źródeł. Ostatecznie wszystkie potrzebne dokumenty uzyskano drogą wywiadowczą.

Pierwsze kopie silników zbudowano jesienią 1947 roku a przetestowano je pod koniec grudnia tego samego roku. Przeprowadzono badania porównawcze i standardowe zdawczo-odbiorcze, w ramach których stwierdzono, iż RD-45 (tak oznaczono skopiowany „Nene”) posiada ciąg maks. 2150 kG, oraz masę 820 kg, zaś RD-500 (czyli „Derwent V”) ciąg maksymalny 1620 kG, przy masie suchego silnika 595 kg (opanowanie technologii produkcji pozwoliło na zmniejszenie jego masy w egzemplarzach seryjnych do 581 kg). Konkluzją powyższych testów i badań było stwierdzenie zawarte w protokole, iż „oba produkty parametrami w pełni odpowiadają brytyjskim oryginałom”.

Silnik Rolls-Royce „Derwent V”, posiadał bardzo korzystny stosunek ciągu do masy własnej, co pozwalało na uzyskanie dużej prędkości wznoszenia oraz dobrej dynamiki lotu. Parametry te zachęcały do zastosowania go jako napędu dla ówczesnych samolotów myśliwskich. Konstrukcja składała się z odśrodkowej dwustronnej, jednostopniowej sprężarki, o sprężu sumarycznym 3,9:1, 10-ciu dzbanowych komór spalania oraz jednostopniowej turbiny. Paliwem była nafta lotnicza z uśrednionym zużyciem 104 kg/kN/h.

W ZSRR skopiowaniem silnika Rolls-Royce „Derwent V” zajęło się OKB Klimowa, gdzie otrzymał on oznaczenie RD-500. Brytyjską dokumentację dostosowano do radzieckich materiałów i dostępnych technologii produkcyjnych. Największym i nie pokonanym w całym okresie produkcji problemem był brak oryginalnego żarowytrzymałego stopu Nimonic-80 (został on opracowany w 1940 roku, w Wiggin Works w Hereford w Anglii, specjalnie dla silników konstrukcji Franka Whittle’a). Nimonic-80 był stopem charakteryzującym się niskim stopniem odkształcania pod wpływem szerokiej wartości zmiennych temperatur i obciążeń dynamicznych. Skład stopu Nimonic-80 szacunkowo zawierał około 50 procent niklu oraz 20 procent chromu zaś pozostałą część stanowiły domieszki aluminium i tytanu oraz innych metali. Rosjanie opracowali i zastosowali stop oznaczony KhN80T (w pisowni ros. XN-80T), który miał gorsze parametry od Nimonic-80 a poprzez to znacznie szybciej ulegał odkształceniom w większym zakresie.

RD-500 nie był silnikiem w pełni udanym. Uproszczenie układu paliwowego w stosunku do „Derwent V” spowodowało nierównomierne spalanie zaś brak właściwej jakości metali, objawił się pękaniem komór spalania. Inżynierowie ZSRR dokonali jeszcze jednej ważnej zmiany w konstrukcji silnika. Mianowicie zastosowano dziewięć nieco powiększonych komór spalania, zamiast dziesięciu mniejszych, jakie były w oryginale. We wrześniu 1948 roku, po pokonaniu problemów z wytrzymałością, silnik przeszedł pomyślnie państwowe testy wielogodzinnej pracy ciągłej. Na tej podstawie RD-500 dopuszczono do eksploatacji z resursem miedzy naprawczym 100 godzin.

Niestety, mimo pozytywnego przejścia próby wytrzymałości, występowały w ZSRR spore trudności w produkcji elementów wymagających dużej precyzji. W tym kontekście głównym problemem były odlewy łopatek turbiny, z których około 30 procent wykazywało wady i nie nadawało się do montażu. Natomiast już w trakcie eksploatacji, łopatki wykonane ze stopu KhN80T (XN-80T) nadmiernie wydłużały się, powodując uszkodzenia turbiny. Z tych powodów seryjne silniki RD-500 często nie wytrzymywały bez napraw 100 godzin pracy ciągłej, deklarowanych przez instrukcje fabryczne.

Występowały także duże problemy z organizacją produkcji silników RD-500. Początkowo dla wykonania jednego egzemplarza potrzebowano aż 20000 roboczo-godzin. Współczynnik ten obniżył się do 7900 roboczo-godzin w listopadzie 1947 roku. Natomiast w marcu 1949 roku, osiągnięto 4700 roboczo-godzin na wyprodukowanie jednego egzemplarza, jednak przyspieszenie produkcji spowodowało pogorszenie jakości wykonania. Fabryka Nr 500 w 1948 roku zbudowała 97 silników, a rok później aż 462. Duże zapotrzebowanie sprawiło, iż produkcję zlecono także fabryce Nr 16 w Kazaniu, gdzie w 1949 roku, zbudowano blisko 300 sztuk RD-500. Łącznie zbudowano 859 sztuk silników. Produkcję silników Klimow RD-500 zakończono w 1950 roku, przechodząc do wytwarzania mocniejszych i doskonalszych RD-45 (Rolls-Royce „Nene”) a nieco później ich modyfikacji oznaczonej WK-1. Silnik RD-500 skopiowano także w Chinach i produkowano pod oznaczeniem PF-1A.

Silnik Klimow RD-500 został wykorzystany do napędu wielu konstrukcji. W Polsce najbardziej znany jest z zastosowania w samolocie myśliwskim Jak-23, których w latach 1951-1954 w jednostkach liniowych użytkowano 100 sztuk. Samoloty te służyły także w jednostkach szkolnych, gdzie przetrwały do 1959 roku, kiedy ostatecznie wycofano je z użytku i skasowano.

Dane techniczne: „Derwent V” / RD-500

- długość - 2,25 m / 2,34 m
- średnica - 1,09 m / 1.09 m
- masę - 567 kg / 581 kg
- ciąg - 17,8 kN (1815 kG) / 15,9 kN (1620 kG)
- zużycie paliwa - 104 kg/kN/h / 140 kg/kN/h

Pomiary długości i średnicy (na rozpiętości mocowań) silnika RD-500 wykonano z natury.

Foto i tekst : Jarosław Sobociński

***