Silnik turbośmigłowy A. Iwczenko AI-20
  (Eksponowany element : sprężarka-komora spalania AI-20K - LMW-IPL-14)

Ogólny widok silnika AI-20. Źródło: Internet

Silnik turbośmigłowy AI-20 został opracowany w latach pięćdziesiątych XX wieku przez biuro projektowe prowadzone przez ukraińskiego konstruktora Aleksandra Iwczenko. (ur. 23 listopada 1903 w Tokmaku, zm. 1 lipca 1968 w Zaporożu). Silnik ten został zbudowany w dużych ilościach, służąc jako jednostka napędowa głównie samolotów transportowych Antonow An-12 i pasażerskich Iljuszyn Ił-18, jednakże zastosowano go także do napędu kilku innych typów samolotów, były to An-8, An-10, An-32, Be-12 oraz Ił-38.

Widok od przodu na sprężarkę i komorę spalania

AI-20 był pierwszym silnikiem biura A. Iwczenki opracowanym z wykorzystaniem technologii turbiny odrzutowej, przekazującej moc przez wał i przekładnię na śmigło. Opracowany został przez dział badawczy, mający swoją siedzibą na Zaporożu w Ukrainie. Początkowo biuro to zajmowało się wyłącznie konstrukcją gwiazdowych silników tłokowych  AI-14/W oraz AI-26/W. Nowa konstrukcja, AI-20 została pomyślana jako napęd dużych samolotów transportowych Iljuszyn Ił-18 i Antonow An-12. Bezpośrednim konkurentem napędu dla tych samolotów był silnik Kuzniecow NK-4. Nawiasem mówiąc, zespół konstrukcyjny Kuzniecowa miał w tym okresie pilniejsze zadanie – silnik turboodrzutowy NK-8 dla samolotu pasażerskiego Ił-62.

Widok z tyłu na przekrój komory spalania i sprężarki

Oba silniki zostały przetestowane na przedprodukcyjnych egzemplarzach Ił-18. W ramach prób i testów ostatecznie do napędu seryjnych samolotów wybrano właśnie AI-20. Zapewne jednym z argumentów był fakt katastrofy samolotu napędzanego konkurencyjnym silnikiem NK-4, spowodowanej jego awarią w locie. Innym istotnym argumentem była chęć napędzania  samolotów produkowanych w zakładach Antonowa na Ukrainie, silnikami także produkowanymi przez Ukraińców. Poza kwestią dumy narodu ukraińskiego (choć było to ówcześnie w ramach Związku Radzieckiego, uznawanego za jednolite państwo), był to także ważny element logistyczny, po prostu nie trzeba było dostarczać silników z innych, dalekich rejonów ZSRR.

Widok w zbliżeniu na dzbanowo-pierścieniową komorę spalania

Pierwsze egzemplarze produkcyjne Ił-18A były wyposażone w silniki NK-4, ale szybko zastąpiono je silnikami AI-20. Do napędu Ił-18B wykorzystano cztery silniki AI-20A serii 1, z których każdy generował moc startową 4000 KM (2985 kW) i moc ciągłą 2800 KM (2090 kW), wykorzystywaną podczas lotu z ekonomiczną prędkością przelotową. Produkowane później Ił-18B zostały wyposażone w AI-20A Serii 2, o takiej samej mocy, ale korzystających z ulepszeń technicznych, zaś starsze maszyny zostały później wyposażone w nowsze silniki Serii 2.

Zbliżenie na 10-stopniową sprężarkę. Nie była ona podzielona na sekcje niskiego i wysokiego ciśnienia.

AI-20 jest jedno-wałowym silnikiem turbośmigłowym z 10-stopniową sprężarką osiową i 3-stopniową turbiną oraz dzbanowo-pierścieniową komorą spalania. Wał napędowy silnika odrzutowego połączony jest z przekładnią planetarną, ta zaś moc przekazuje na cztero-łopatowe śmigło o zmiennym skoku o średnicy 4,5 m. Wystające siłowniki hydraulicznej regulacji skoku śmigieł zostały zakryte dużym, opływowym kołpakiem. Silniki zostały zainstalowane w gondolach nad skrzydłami lub pod nimi (zależnie od typu samolotu) i były wyposażone w zintegrowane gaśnice. Silnik ten był skonstruowany do pracy ze stałą prędkością obrotową, aby uzyskać jak najlepszą ekonomikę pracy.

 
Przekrój sprężarki i komory spalania w widoku z góry

Jednym z dużych problemów z pierwszymi seryjnymi silnikami była ich niewystarczająca trwałość, z resursami wynoszącymi średnio 600 do 750 godzin. Problem został ostatecznie rozwiązany w wersji AI-20K, z resursem zwiększonym do 2000 godzin. Kolejnym problemem, który nigdy nie został całkowicie rozwiązany, był wytwarzany hałas, co w przypadku zastosowania w samolocie komunikacyjnym było bardzo istotne. Zgodnie z opiniami użytkowników, hałas w samolocie był na granicy akceptowalności przez przewożonych pasażerów. Ostatecznie silnik AI-20 był wielokrotnie modernizowany, miedzy innymi także w sferze maksymalnego możliwego wyciszenia jego pracy. W procesie produkcji silników, cały czas pracowano nad zwiększeniem ich niezawodności. Wczesne serie, produkowane do 1964 roku miały jeszcze krótkie resursy miedzy-naprawcze, od 200-400 godzin na pierwszych egzemplarzach i do 600-750 na nieco późniejszych. W kolejnych latach  resurs wzrósł do 2000 godzin, następnie do 8000 godzin pracy, ostatecznie osiągając całkowitą żywotność do 22000 godzin dla serii AI-20D-5M. Produkcja seryjna silników AI-20 była prowadzona od 1958 roku na Zaporożu w Ukrainie oraz w Permie, w Związku Radzieckim. Silnik był również produkowany na licencji w Chinach pod nazwą WJ-6 . Wyprodukowano około 14 000 wszystkich egzemplarzy AI-20 i jego odmian licencyjnych.

Samolot Iliuszyn Ił-18E (SP-LSF) napędzany silnikami AI-20K. Źródło: Internet

 Samolot Antonow An-12 napędzany silnikami AI-20K. Źródło: Internet

Wersje silnika:

- AI-20A Seria 1  : Pierwsza wersja produkcyjna o mocy 4000 KM (2985  kW).
Resurs między-naprawczy wynosił jedynie 200 do 400 godzin

- AI-20A Seria 2  : ulepszona wersja, o mocy jak w Serii 1, ale z  dopracowaną technologią produkcji i lepszymi jakościowo materiałami wykonania. Resurs między-naprawczy określono na 600 do 750 godzin

- AI-20K  :  znacznie ulepszona wersja, w której praktycznie pokonano problemy z niezawodnością. Resurs wydłużono do 2000 godzin. Ta odmiana stała się standardową wersją, produkowaną w największych ilościach

- AI-20M  : kolejna ulepszona odmiana. Zwiększono moc startową z 4000 KM do 4250 KM (3169 kW), poprawiając osiągi w warunkach upałów i na lotniskach umieszczonych na dużych wysokościach geograficznych, a także pozwalając zwiększyć masę startową samolotu. Powiększono również moc trwałą. Ponadto AI-20M odznaczał się lepszą niezawodnością, był lżejszy i zużywał mniej paliwa.

- AI-20D  : wersja ta uzyskała znaczną poprawę mocy, a także jeszcze niższe zużycie paliwa. AI-20D jest czasami określany jako AI-20 Seria 4 . Osiągnięto maksymalną szczytową moc 5180 KM

- AI-20D seria 5 : ta wersja jest bezpośrednio pochodną poprzedniej, 4 serii. Większość parametrów pozostaje bez zmian, jednak duży nacisk położono na kolejną poprawę niezawodności i żywotności silnika. Okresy między-remontowe i całkowita żywotność silnika zostały wydłużone odpowiednio do 6000 godzin i 20 000 godzin

- Seria AI-20D-5M lub AI-20DM  : jest to najnowsza opracowana wersja tego silnika. Jest on zasadniczo identyczny z AI-20D serii 5, jedyną różnicą jest wytwarzana moc. Silnik ma obniżoną moc startową do 4750  KM, co pozwala mu wydłużyć okresy między-remontowe do 8000 godzin i zwiększyć żywotność całkowitą do 22 000 godzin.

Lubuskie Muzeum Wojskowe nie posiada w swoich zbiorach całego silnika AI-20, lecz jego część zawierającą sprężarkę oraz dzbanowo-pierścieniową komorę spalania, ukazane w przekroju - i w tej formie jest to unikat w polskich muzeach.

Wymiary:
- długość: 3,10 m
- wysokość:1,18 m
- średnica na wlocie: 0,84 m
- masa: 1 040 kg
- przepływ powietrza przez silnik - 21 kg/s
- temperatura przed turbiną - 900 stopni C.

Tekst i fotografie (poza opisanymi inaczej) – Jarosław Sobociński

***