Serce F-16, czyli silnik Pratt & Whitney F100-PW-229

Niezależnie, jak dobry będzie sam płatowiec, bez doskonałego silnika osiągi maszyny będą niedostateczne. Dopiero harmonijne połączenie tych dwóch elementów pozwala stworzyć samolot myśliwski z najwyższej półki. Sercem kupionych przez Polskę F-16 jest silnik Pratt & Whitney F100-PW-229 – pisze dr Krzysztof Kuska, specjalista w zakresie historii lotnictwa wojskowego.

Amerykański silnik Pratt & Whitney F100-PW-229 (w zasadzie winno się mówić o zespole napędowym, w którego skład wchodzi silnik oraz jego osprzęt zapewniający odpowiednią pracę) to jednostka sprawdzona i w różnych wersjach używana od ponad czterdziestu lat. Czy to znaczy, że jest przestarzała? Bynajmniej! Wiele elementów z najnowszego modelu jest stosowanych również w silnikach F119 napędzających myśliwce F-22 oraz w silniku F135 z wchodzących dopiero do linii najnowocześniejszych maszyn F-35 Lightning II. Dotychczas wyprodukowano ponad 7200 silników z rodziny F100, sprawdziły się one podczas przeszło 24 milionów godzin lotu.

Produkcja F100-PW-229 rozpoczęła się w 1989 roku, a do dziś zmontowano ich ponad 1200. Ważnym elementem założeń F100 jest modułowość i wynikająca z niej koncepcja obsługi. Cyfrowy systemem kontroli Digital Electronic Engine Control (DEEC), zmodernizowany systemem monitorowania w czasie rzeczywistym parametrów silnika, oraz opcja izolacji błędów, to wszystko umożliwia osiąganie wysokiej gotowości operacyjnej każdej jednostki napędowej. Wszystko to razem czyni z F100-PW-229 silnik uważany za najbezpieczniejszy w swojej klasie.

(fot. Piotr Łysakowski)

Podstawowe dane silnika F100-PW-229:
•  spręż: 31;
•  średnica: 1180 mm;
•  masa: 1681 kg;
•  ciąg: 7920 daN;
•  ciąg z dopalaniem: 12 940 daN;
•  konfiguracja zespołów wirnikowych: wentylator trzystopniowy, sprężarka dziesięciostopniowa, 2 turbiny wysokiego ciśnienia, 2 turbiny niskiego ciśnienia;
•  jednostkowe zużycie paliwa: zakres maksymalny 0,74 kg/daN*h;
•  jednostkowe zużycie paliwa: zakres z dopalaniem 2,05 kg/daN*h.

W najnowszym pakiecie F100-PW-229 Engine Enhancement Package (EEP) (modułowość pakietu pozwala na jego instalację we wcześniejszych wersjach F100-PW-229) udało się przedłużyć okres, w którym mierzony jest przebieg współczesnych silników lotniczych, z 4300 do 6000 cykli. Przez pojedynczy, pełny cykl pracy silnika rozumie się jego uruchomienie, przejście do zakresu maksymalnego (startowego) i wyłączenie. Dla samolotów pasażerskich można przyjąć, że jeden lot to właśnie jeden pełny cykl. Natomiast w przypadku maszyn wielozadaniowych, takich jak F-16, w wyniku charakterystyki poszczególnych lotów przyjmuje się, że w trakcie godziny takich cykli może być od kilku do nawet kilkunastu, jeśli np. pilot wykonuje intensywny pokaz dla publiczności. W przypadku przeciętnej misji bojowej będzie ich mniej.

Oczywiście pilot nie zajmuje się zapamiętywaniem, ile razy „dał gaz do dechy”. Odbywa się to automatycznie i jest sczytywane z rejestratorów pokładowych, a obliczenia opierają się na przygotowanym przez inżynierów wzorze. Dzięki temu technicy wiedzą, kiedy trzeba podjąć wynikające z instrukcji standardowe czynności związane z obsługą i wymienić element, którego maksymalny resurs właśnie się zbliża. Jest to ważne, ponieważ różne elementy mają różną żywotność i wymienia się je zgodnie z ustalonym harmonogramem. Dodatkowo, by ułatwić pracę technikom, zainstalowano różnokolorowe okablowanie elektryczne i szybko otwierane połączenia zaciskowe, zmniejszono drastycznie liczbę drobnych części demontowanych podczas przeglądu, wprowadzono pojedynczy przewód rurowy układu odladzania i elastyczne przewody. Wszystko to razem pozwoliło skrócić czas wymiany poszczególnych modułów silnika nawet o 55 proc.

Ważnym elementem całego układu jest również obudowa sprężarki, pozwalająca na wymianę łopatek wirników bez demontażu całego silnika. Łopaty sprężarki mogą uszkodzić się, gdy do silnika dostanie się ciało obce, np. ptak czy kamień zassany podczas startu.

(fot. Damian Figaj)

F100-PW-229 to dwuprzepływowy turbinowy silnik odrzutowy z mieszalnikiem i dopalaczem. Składa się z następujących modułów ułatwiających obsługę:
•  sprężarki niskiego ciśnienia;
•  wytwornicy gazów;
•  turbiny niskiego ciśnienia;
•  dyszy wylotowej i dopalaczy;
•  skrzynki napędu i agregatów.

Oprócz wymienionych występują elementy, które nie są modułami lub ich częściami, tzw. nonmodular parts. Przed silnikiem znajduje się charakterystyczny chwyt powietrza.

Dwuprzepływowość oznacza, iż mamy do czynienia z dwutorowym obiegiem powietrza. Jego część jest sprężana na kolejnych stopniach i ulega zapłonowi po wtryśnięciu paliwa, dalej napędza łopaty poszczególnych turbin i wylatuje przez dyszę wylotową. Na ostatnim etapie może również dojść do dopalania, czyli wtrysku dodatkowego paliwa, co pozwala na osiąganie znacznie większych prędkości, oczywiście kosztem drastycznego wzrostu zużycia paliwa. Pozostała części powietrza opływa silnik, co pozwala na jego chłodzenie i jednocześnie obniżenie poziomu hałasu. Nie jest to tak widoczne jak w przypadku silników pasażerskich, gdzie z przodu mamy ogromny wentylator przypominający obudowane śmigło.

Silniki firmy Pratt & Whitney od dziesiątków lat napędzają samoloty z rodziny F-16. Pewne problemy, które wystąpiły w trakcie eksploatacji, udało się rozwiązać i dziś to niezawodne jednostki. Na koniec warto wspomnieć o polskim akcencie – silniki F100-PW-229 dla polskich myśliwców były montowane w zakładach w Rzeszowie.

dr Krzysztof Kuska, historyk lotnictwa wojskowego. Współpracował z magazynami: „Airforces Monthly”, „Model Aircraft”, „Aeroplan” i „Lotnictwo"