Большое внимание при проектировании уделялось газодинамической устойчивости двигателя, особенно необходимой для обеспечения совместной работы подъемных и маршевых двигателей на взлете и при посадке. Не менее жестким было и требование к весовым характеристикам двигателя.
В результате тщательных расчетов для создания двигателя была выбрана схема ТРДФ с тринадцатиступенчатым осевым компрессором, регулируемым с помощью семи поворотных направляющих аппаратов.
Для обеспечения заданного удельного веса в конструкции широко применены титановые и новые жаропрочные сплавы. Значительной экономии веса удалось достичь конструктивными решениями узлов компрессора — были применены консольные лопатки с 8-й по 12-ю ступень, спаренные корпуса направляющих аппаратов последних ступеней компрессора. Также было выполнено объединение приводов моторных и самолетных агрегатов в один общий редуктор; еще произведено рациональное размещение агрегатов двигателя, позволившее намного сократить количество и протяженность коммуникаций. В ходе дальнейшей доводки удалось значительно снизить вес турбины в основном за счет применения рабочих и сопловых лопаток с большими удлинениями. Жесткие требования по весу были предъявлены и к разработчикам агрегатов — в первую очередь к агрегатам системы регулирования. С этой же целью на двигателе был применен воздушно-пороховой стартер, который разрабатывался ОКБ-43 главного конструктора Ю.И. Дмитриева.
Рабочее проектирование АЛ-21Ф и выпуск чертежей были закончены в первом квартале 1966 года. Параллельно с этим велась подготовка производства, заказ заготовок, проектирование и изготовление оснастки. Первый экземпляр двигателя был собран в сентябре 1966 года. Стендовые испытания двигателя 85–01 были начаты в Тураеве 17 сентября 1966 года.
Рассказывает Феодосий Александрович Ожигин, начальник экспериментального исследовательского отдела в Тураеве:
«Снятые при первых стендовых испытаниях характеристики оказались выше расчетных. Существенное превышение расходов воздуха над расчетным на 7–9 процентов значительно упрощало задачу доводки турбины, форсажной камеры и автоматики двигателя и открывало перспективу доводки двигателя на значительно лучшие параметры на бесфорсажных режимах. В 1967 году ОКБ отказалось от применения ВПС (воздушно-порохового стартера) и перешло на свой турбокомпрессорный стартер ТС-21 — модификация серийного ТС-20, созданного в ОКБ еще в 1953–1955 годах.
Эта замена была вызвана существенно худшими эксплуатационными свойствами ВПС, отсутствием полной автономности запуска и значительным проигрышем в весе.
К тому же применение турбостартера ТС-21 обеспечило одновременный запуск двух двигателей в любых условиях, а ВПС — только при пороховом запуске. И что еще очень важно, стоимость запуска от ТС-21 в несколько раз дешевле порохового запуска. Доводка двигателя на 100-часовой ресурс от начала проектирования (сентябрь 1965 г.) до проведения чистовых испытаний (март 1970 г.) заняла 4,5 года вместо трех лет. Это произошло из-за того, что серийные заводы не были подключены к выполнению Постановления Совета Министров СССР по двигателю АЛ-21Ф в связи с работами по другим изделиям.
Омский моторостроительный завод им. Баранова подключен был лишь спустя 2 года после начала работ над АЛ-21Ф. К тому же он оказался совершенно не подготовленным к производству двигателей такого типа и сумел освоить изготовление всех узлов лишь через три года после получения чертежей. Первый двигатель на ОМЗ имени Баранова — был собран только в ноябре 1970 года.
Всего «Сатурном» в кооперации с предприятием «Гранит» и ОМЗ им. Баранова было изготовлено 27 двигателей. Сборка двигателей задерживалась из-за загрузки производства «Сатурн» переборочными работами по двигателю АЛ-21Ф, выпускаемому серийно на ОМЗ им. Баранова. Проведение длительных, специальных и экспериментальных испытаний для проверки вводимых мероприятий по устранению дефектов откладывалось из-за занятости стендов сдаточными и контрольными испытаниями АЛ-21Ф, так как испытательная станция (ИС) ОМЗ им. Баранова к тому времени не была готова. В результате доводка двигателя в 1971 году не была закончена».
Когда начали заниматься новым двигателем, начальником перспективного отдела был заместитель главного конструктора Александр Васильевич Воронцов. Конструкторскую группу в нем возглавлял Константин Васильевич Кулешов, во главе расчетчиков был Юрий Николаевич Бытев. Габаритами двигателя под руководством Валентина Митрофановича Копылова занимался молодой специалист Павел Гусев.
Двигатель предназначался для истребителя-бомбардировщика с изменяемой в полете стреловидностью крыла Су-17. Но пока шло проектирование АЛ-21, на первые Су-17 ставили АЛ-7Ф.
В это время во Вьетнаме шла война. На одном из сбитых американских самолетов F-111, нещадно бомбивших вьетнамскую землю и ее многострадальное население, был обнаружен в хорошем состоянии двигатель фирмы «Дженерал Электрик» — Л-79. Его доставили в Москву в ОКБ Люльки. Руководство МАЛ предложило люльковцам скопировать Л-79. Архип Михайлович отказался категорически: «Мы это уже проходили. В конце войны нам предлагали скопировать трофейный ЮМО-004. Но наш первый ТРД был лучше немецкого. У ЮМО тяга оказалась меньше, а удельный вес и удельный расход топлива значительно больше, чем у нашего. Думаю, что и наш двигатель третьего поколения будет что надо». Но все-таки «американца» разобрали, рассортировали по узлам, сделали описание. Технологически он был очень хорошо отработан. Интерес представляли некоторые агрегаты, удачно скомпонованные и тщательно обработанные. Технология изготовления на высоком уровне, ведь станочное оборудование у американцев было более современное.
Проектирование АЛ-21 продолжилось с учетом некоторого опыта «Дженерал Электрик». В конце 1966 года были изготовлены первые экземпляры АЛ-21 Ф для самолета Су-17. Его тяга на стенде составляла 8900 кгс. Уже в 1969 году АЛ-21Ф был форсирован по тяге на 23–30 %. Форсирования достигли увеличением расхода воздуха, повышением давления и температуры газа перед турбиной. Для этого во все узлы были введены значительные изменения.
Работы по совершенствованию двигателя продолжались.
* * *
Игорь Емельянович Уваров — ведущий конструктор отдела компрессоров
«После защиты диплома в МАИ в 1957 году, — вспоминает Игорь Емельянович Уваров, — я попал в престижное КБ генерального конструктора А.М. Люльки. Когда в пер-вый раз пришел на работу, нас, молодых специалистов принял сам Архип Михайлович, спросил о наших пожеланиях и представил нас нашим будущим начальникам. В бригаде компрессоров, где начальником был М.А. Дубинин, приняли меня радушно, помогали постигать азы своего непростого дела. Кроме работы, удавалось заниматься и спортом. В 1957 году я в составе спортивной делегации участвовал во Всемирном форуме молодежи и студентов. Первые мои шаги как конструктора были связаны с работой над компрессором двигателя 2-го поколения АЛ-7, первого серийного двигателя нашего предприятия, который применялся на самолетах фирм Сухого, Микояна, Ильюшина, Туполева. Затем была работа над космической тематикой, в составе отдела турбин пришлось заниматься пусковыми турбинами, работающими на пороховых зарядах. В середине 60-х годов я вернулся в бригаду компрессоров для работы над компрессором двигателя третьего поколения АЛ-21Ф, возглавив небольшую группу конструкторов. Мы проектировали и доводили опоры, силовые корпуса, поворотные аппараты, механизм перепуска воздуха. Много пришлось заниматься дефектами и ездить в командировки, чаще всего на фирму Николая Дмитриевича Кузнецова в Самару, а также вместе с первым замом Люльки Юрием Николаевичем Бытевым к заказчикам. Работа с дефектами и в дальнейшем составляла значительную долю в моей работе».
