Текст
                    
Котельников В. Р., Хробыстова О. В., Зрелов В. А., Пономарёв В. А. ДВИГАТЕЛИ ГРАЖДАНСКИХ САМОЛЁТОВ РОССИИ издательство «Медиарост» 2020
УДК 621.431.75 ББК 39.5г К73 Котельников В. Р., Хробыстова О. В., Зрелов В. А., Пономарёв В. А. К73 Двигатели гражданских самолётов России / Под общ. ред. В. В. Горошникова. – Рыбинск : Медиарост, 2020. – 564 с. : илл. ISBN 978-5-906071-36-1 Научные редакторы: д. т. н. В. А. Зрелов, к. т. н. В. А. Пономарёв Во втором томе трилогии описана история отечественного авиадвигателестроения на примере базовых серийных двигателей, их основных модификаций и опытных двигателей для гражданских и военно-транспортных, а также учебно-тренировочных самолетов России. В доступной форме рассказано о предназначении двигателей, их устройстве, технических особенностях; приведены интересные факты и воспоминания участников событий, связанные с разработкой, испытаниями, освоением производства и эксплуатацией двигателей. Из этих подробностей складывается достоверная картина развития авиационной промышленности в части создания двигателей для гражданских, военно-транспортных и учебно-тренировочных самолетов, начиная с поршневых моторов и заканчивая газотурбинными двигателями пятого поколения. Издание адресовано широкому кругу читателей. УДК 621.431.75 ББК 39.5г ISBN 978-5-906071-36-1 © Издательство «Медиарост», 2020

П Р Е Д И С Л О В И Е Н А У Ч Н О Г О Р Е Д А К Т О Р А В 2017 году в издательстве «Медиа­ рост» вышла первая книга трилогии, посвященной истории отечественного авиадвигателестроения, – «Двигатели боевых самолётов России». Настоящая книга – её продолжение. Цель авторского коллектива осталась такой же: кратко рассказать историю создания базовых двигателей и их модификаций, но на этот раз – предназначенных для пассажирских, транспортных и военно-транспортных, учебных и спортивных самолетов; раскрыть причины, по которым было принято решение разработать изделия именно с такими параметрами; охарактеризовать концепции самолетов, их воплощение в опытных экземплярах; описать процесс испытаний, принятие на вооружение и начало пассажирских перевозок, а также эксплуатацию, экспортные поставки, модификации. Упоминаются опытные машины, на которые устанавливались опытные или серийные двигатели, их модификации. Гражданские самолеты появились позже военных. Клеман Адер делал свои «Авионы» на деньги военного министерства Франции. Братья Райт пытались с 1905 года продать свой «Флаер» прави- тельству какой-нибудь страны (министерству обороны США за огромную по тем временам сумму в 2 миллиона долларов). И только после трех лет бесплодных попыток возобновили летные эксперименты. Первый пассажирский рейс в СССР был выполнен в мае 1921 года на «Илье Муромце», который до того использовался как бомбардировщик. Такая конверсия была широко распространена после Первой мировой войны. Самолеты строились как военные и немедля применялись в качестве гражданских. Одновременно появился способ создания пассажирских на базе военных, в том числе боевых. Постепенно требования к поршневым моторам для военной и гражданской авиации стали отличаться, но практика использования моторов, предназначенных для военных машин, на гражданских была достаточно распространенной. С появлением газотурбинной авиационной техники ситуация поначалу повторилась. На реактивные лайнеры первого поколения ставили двигатели, созданные ранее для военных самолетов. Также стали строить пассажирские машины на базе боевых, но практика показала, что этот способ бесперспективен. Единственный
выигрыш – быстрота создания. Большая надежность не всегда обеспечивается. А меньшая коммерческая эффективность гарантируется. Пути пассажирской и боевой авиации разошлись навсегда. Требования к авиационным газотурбинным двигателям пассажирских и гражданских транспортных самолетов сильно отличаются от тех, которые предъявляются к двигателям военного назначения. Но уже с 50-х годов прошлого века начался поворот на сто восемьдесят градусов. На базе пассажирских стали делать военные самолеты. «Локхид» «Электра» и Ил-18 послужили основой базовых противолодочных Р-3А «Орион» и Ил-38. Из грузо-пассажирского широкофюзеляжного DC-10-30CF сделали заправщик КС-10А «Икстендер». Ближне-среднемагистральный В737NG стал противолодочным Р-8 «Посейдон». А модификация первого в мире реактивного пассажирского лайнера «Комета» 4С дала жизнь базовому противолодочному «Нимрод» MR. Mk.1. И это далеко не все случаи такой конверсии. Двигатели, созданные по гражданским требованиям, поднимают в небо военные машины. Круг замкнулся. Второй том трилогии об отечественных авиационных двигателях как раз и посвящен таким моторам, которые устанавливались на гражданские, военно-транспортные, учебные самолеты. Среди них можно выделить 31 базовый газотурбинный двигатель. На их основе создано еще 75 модификаций. В серии производилось не менее 65 вариантов авиационных газотурбинных двигателей. При работе над этой книгой мы приняли решение остановиться только на тех из них, что были установлены на летавшие самолеты или прошли государственные испытания / сертификацию. Таких двигателей было изготовлено более 160 тысяч экземпляров. Основное внимание уделено следующим этапам жизненного цикла двигателя: формированию концепции, проектированию, испытаниям, доводке и эксплуатации. Упоминаются различные события, связанные с самолетами, на которых установлены описываемые двигатели. Это спортивные достижения – мировые рекорды и выдающиеся перелеты. Как и первая книга, данное издание не является ни справочником, ни энциклопедией. Такая цель и не ставилась. Задача была другой: в популярном издании, рассчитанном на широкий круг читателей, на примере 18 типов поршневых моторов и 106 модификаций газотурбинных двигателей показать их место в развитии отечественной авиации, дать по возможности исчерпывающую и понятную картину результатов труда многочисленной армии конструкторов и производственников, благодаря которым отечественные двигатели для пассажирских, транспортных и военно-транспортных, учебных и спортивных самолетов создавались вполне на мировом уровне. В. А. Пономарёв, к. т. н., доцент кафедры авиационных двигателей Рыбинского государственного авиационного технического университета им. П. А. Соловьёва

ЧАСТЬ 1 ПОРШНЕВЫЕ МОТОРЫ
8 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Зарождение гражданской авиации (1) Авиация была развлечением, спортом, зрелищем, в годы Первой мировой войны стала грозным оружием. А когда отгремели последние залпы, аэропланы освоили новую профессию — превратились в перспективный вид транспорта. До самого конца Первой мировой войны никакой гражданской авиации ни в одной стране мира не существовало. Все аэропланы принадлежали разным армиям и флотам, которые усердно истреб­ ляли друг друга. Но вот боевые действия закончились. Большую часть заказов на самолеты и авиамоторы тут же аннулировали. Остались склады, забитые готовой продукцией, «расплодившиеся» за войну заводы, которые стали никому не нужны, конструкторские бюро, проекты которых умерли в зародыше. Вооруженные силы сокращались. Десятки тысяч демобилизованных летчиков и авиамехаников оказались на улице. (2) (1) Эрл Льюис Орвингтон (2) На подобном моноплане Э. Орвингтон перевозил письма Наиболее дальновидные руководители самолетостроительных компаний сразу стали искать пути выхода из кризисного для себя положения. Таким выходом могла стать переориентация авиации на гражданские перевозки пассажиров, почты и срочных грузов. Аэроплан мог доставить их быстрее курьерского поезда. Собственно, еще до начала Первой мировой делали попытки использовать самолеты в мирных целях. Начиная с 1911 года, в разных странах пробовали перевозить на них почту. Но всё это носило эпизодический характер. Например, в США в 1911 году летчик Э. Орвингтон на моноплане фирмы «Блерио» в течение двух недель каждый день перевозил письма с аэродрома, где проходил
Двигатели гражданских самолётов России авиационный слет, в Нью-Йорк и обратно. В Англии во время коронации Георга V организовали воздушную перевозку открыток из Виндзора в Лондон. Возить за деньги на аэропланах пассажиров впервые придумали в США в 1914 года. Две небольшие летающие лодки курсировали через залив Тампа во Флориде. Оба самолета везли по три пассажира, каждый из которых уплатил пять долларов (большие деньги по тем временам). Протяженность маршрута составляла 29 километров. После начала боевых действий в Мексике поток туристов превратился в жалкий ручеек, и линию закрыли. Во время Первой мировой войны авиацию стали использовать для перевозки людей и мелких грузов в военных целях. В 1914 году французы впервые доставили по воздуху в тыл немцев своего шпиона. Аэроплан пилотировал сержант Гобер. Позже совершили десятки полетов в тыл противника. Осенью 1916 года двух немецких диверсантов высадили под Ровно. Они подорвали небольшой мост и железнодорожное полотно в районе Ровно. После выполнения задания немцы через сутки вышли к условленной площадке, откуда самолет увез их обратно. В 1918 году подобную операцию провели французы, взорвавшие шлюзы на территории противника. Аэропланы пытались использовать и для перевозок небольших грузов. В 1915 году германские войска окружили крепость Осовец в Польше. Для связи с осажденным русским гарнизоном использовали самолеты. Однако они доставляли в крепость и обратно только почту и военные документы. Когда Осовец все-таки решили сдать, на двухместном самолете «Ньюпор» Х вывезли из окружения знамена всех воинских частей гарнизона, которые привязали к фюзеляжу снаружи с обоих бортов. Очень быстро после окончания Первой мировой войны практически по всему миру начали возникать компании, организовывавшие перевозку людей и почту по воздуху. Пионерами стали немцы. Капитулировав перед Антантой, они лишились права иметь ВВС. Взамен они начали развивать гражданскую авиацию. С февраля 1919 года «Дойче люфтреедерей» стала доставлять почту в Берлин, Лейпциг и Веймар. Изредка вместо груза летчики брали пассажиров. В том же году появились первые авиалинии в Великобритании, Бельгии и Нидерландах, в начале 1920-го – в Дании, Италии, Швеции, Швейцарии, Венгрии, Финляндии. В США к перевозке почты приступили еще раньше – в мае 1918 года. Но во всех этих случаях использовали бывшие военные аэропланы, с которых сняли вооружение. Обычно это были легкие бомбардировщики – одномоторные машины. Например, летали на бипланах «Де Хэвилленд» DH.9A и «Бреге» 14. Они имели полезную нагрузку порядка 300 кг. Если разделить на 80 кг – стандартный вес пассажира – получается три с половиной. Однако реально больше двух не получалось: самолеты проектировались для перевозки бомб. Они тяжелые, но компактные. Кроме того, в то время в Европе применялась только наружная подвеска 9 на балках бомбодержателей, а в России бомбы просто клали в заднюю кабину к летчику-наблюдателю, который сбрасывал их руками. Военному аэроплану объемистый фюзеляж не нужен, поэтому пассажиров сажать было просто некуда. Самолетостроители быстро это поняли и начали переделывать находившиеся в стадии проектирования бомбардировщики в пассажирские машины. При этом они получали новый фюзеляж гораздо большего сечения, внутри которого размещался довольно просторный салон. Такую операцию во Франции в январе 1919-го проделали с самолетом «Фарман» «Голиаф», а в Великобритании в апреле того же года – с «Виккерс» «Вими», получив «Вими коммершл». Компания «Де Хэвилленд» чуть позже вывела на аэродром DH.18, использовавший часть узлов от DH.9. Французский пассажирский самолет F.63 «Голиаф» с моторами «Юпитер», являвшийся переделкой бомбардировщика
10 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) Биплан «Де Хэвилленд» DH.34 с самого начала проектировался как пассажирский самолет. Образец его купили для «Добролёта», но военные решили, что им он нужнее. Несколько лет DH.34 эксплуатировался в учебном отряде 1-й тяжелой эскадрильи, но потом всё-таки попал в «Укрвоздухпуть» (1) (2) Английский пассажирский самолет «Вими коммершл» отличался от бомбардировщика «Вими» новым фюзеляжем. Данная машина была приобретена советским правительством для «Добролёта», но в гражданской авиации никогда не использовалась, а служила как военная учебная (2)
Двигатели гражданских самолётов России На смену этому первому поколению перелицованных «скороспелок» вскоре пришли уже настоящие пассажирские лайнеры, с самого начала строившиеся под требования гражданской авиации. Например, в Англии в марте 1922 года поднялся в воздух первый экземпляр большого одномоторного биплана «Де Хэвилленд» DH.34. Подобные машины перевозили до дюжины пассажиров. А в Германии еще летом 1919 года испытали очень передовой по тем временам цельнометаллический моноплан «Юнкерс» F.13, рассчитанный на перевозку четырех пассажиров с багажом при экипаже из двух человек. Но на всех этих самолетах использовались уже существующие моторы, при создании которых специфика гражданской авиатехники никоим образом не учитывалась. В нашей стране появление гражданской авиации несколько подзадержалось. Причиной стало то, что у нас не успела закончиться Первая мировая, как началась Гражданская. В годы Гражданской войны обе враждующие стороны эпизодически использовали имевшиеся у них аэропланы для транспортных целей. Но возможности их в этом отношении значительно ограничивались нехваткой техники, необходимой в первую очередь для разведки и бомбометания, а также малой грузоподъемностью самолетов того времени. Специальных транспортных машин не имелось. Использовали легкие бомбардировщики и разведчики, причем только одномоторные. Тяжелые четырехмоторные самолеты «Илья Муромец» реально имелись только у красных (одна эскадрилья), и их применяли исключительно для дальней разведки и бомбовых ударов. Перевозились срочная военная и государственная почта, курьеры с секретными документами, а также спешившие прибыть на место представители власти и командиры. Людей возили нечасто, поскольку многие попросту боялись подняться в воздух. Летчики доставляли также агитационные материалы (листовки и газеты), считавшиеся у красных особо важным грузом. Но даже в столь непростых условиях и красные, и белые пытались использовать преимущества, даваемые авиационным транспортом, в чисто военных целях. В первую очередь, с помощью аэропланов пытались снабжать небольшие окруженные противником подразделения. Учитывая почти полное отсутствие у обеих враждующих сторон средств ПВО, это выглядело вполне реальным. Первыми использовали свои аэропланы для переброски грузов внутрь кольца окружения красные летчики. В июне 1919 года на Восточном фронте белые казаки генерала Дутова осадили Уральск (на Южном Урале). Гарнизон упорно защищал город. Для помощи ему выделили 26-й, 30-й и 33-й авиаотряды, имевшие 14 аэропланов. Их разместили у станции Алтата, откуда до Уральска надо было пролететь 240 км. Продовольствие у гарнизона было. По воздуху перевозили патроны, гранаты, медикаменты, но самым ценным грузом у осажденных считался табак. Бойцы неоднократно выражали недовольство, когда вместо махорки очередной аэроплан привозил листовки, газеты или комиссара-­ агитатора. Регулярные полеты в Уральск быстро исчерпали запасы топлива, имевшиеся у отряда. Местные чекисты провели тотальные обыски, изъяв у населения все жидкости, способные гореть: бензин, керосин, спирт, эфир и даже самогон и одеколон. Из этого привыкшие к эксплуатации моторов на всяких суррогатах механики смогли получить вроде бы приемлемую для аэропланов смесь. Командир 6-го отряда Лабренц написал в рапорте: «Летчики заявляют, что на этой смеси летать почти невозможно». Но всё равно летали, поскольку больше ничего не имелось. Из-за плохого топлива произошло несколько вынужденных посадок на вражес­ кой территории, но летчики каждый раз успевали прочистить карбюратор и взлететь до появления казачьих разъездов. За 70 дней осады Уральска не потеряли ни одного самолета. Этому также способствовало то, что противник на этом участке 11 фронта не располагал ни зенитными орудиями, ни авиацией. 11 июля 1919 года 26-я дивизия красных под командованием В. И. Чапаева оттеснила белых на юг от Уральска, осада закончилась. Известен случай, когда аналогичную операцию по организации «воздушного моста» внутрь кольца окружения провели белые. В марте 1919 года в тылу красных восстали донские казаки, захватившие пять больших станиц. Восставшие испытывали острую нужду в военном снаряжении, в первую очередь, в боеприпасах. Посланцам казаков удалось пробраться в район Новочеркасска, удерживавшийся Донской армией белых. Оттуда на помощь восставшим решили направить самолеты. Пробный полет из Новочеркасска в станицу Вёшенскую совершил экипаж 2-го Донского авиаотряда в составе хорунжего В. Тарарина и летнаба сотника Богатырёва. Пролетев более 300 км, они через два с половиной часа сели в поле возле станицы. Следующий рейс был уже с грузом. Капитан Веселовский и поручик Бессонов доставили несколько пудов лекарств, деньги и свежие газеты. В мае летать стали ежедневно. Перевозили патроны, медикаменты и табак. Когда восставшие захватили у красных семь трехдюймовых пушек, летчики с каждым рейсом стали доставлять три-четыре снаряда для них. Это позволило казакам временно перейти в наступление и отвоевать новые территории, захватив в виде трофеев оружие и боеприпасы. Вскоре они соединились с основными силами белых. Ни одного самолета во время полетов в район восставших станиц авиация белых не потеряла. После окончания Гражданской войны на большей части территории России боевые самолеты начали периодически привлекать к перевозкам, имевшим не столько военное, сколько политическое значение. Обширность территории страны неизбежно вызывала нужду в быстром транспортном средстве, связывающем различные её районы с центром.
12 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Красвоенлёт А. К. Туманский с товарищами у самолета «Илья Муромец» Нарком почт и телеграфов (так он именовался официально) В. Довгалевский писал: «Можно с уверенностью сказать, что нигде ни в одной стране авиации не предначертана самими жизненными условиями такая блестящая будущность, как в нашем Союзе с его безбрежными пространствами, отдаленностью окраин, неразвитой железнодорожной сетью, плохими шоссейными и грунтовыми дорогами, естественными препятствиями в виде гор, озер и болот и периодически разражающимися стихиями». В 1921 году начала работать регулярная линия Москва – Харьков, на которой использовали еще способные летать устаревшие «Муромцы». Ее задачей являлась «перевозка срочной правительственной почты и лиц, командируемых по особо важным срочным делам». Два отряда бомбардировщиков базировались в Москве (под командованием А. К. Туманского) и Харькове (В. М. Ремезюка). Каждый обслуживал свой отрезок пути. Вылетевшие в один день с противоположных концов трассы машины встречались в Орле, где обменивались грузом и возвращались обратно. Первый рейс совершили 1 мая 1921 года. Вылетевший из Москвы самолет пилотировал Туманский. Он вез мешки с 24 кг секретной почты. В Орле этот «Муромец» встретился с другим, которым командовал А. В. Насонов. Планировалось делать до 20 рейсов в месяц, но из-за плохого технического состояния самолетов реально совершали не более четырех. В связи с час­ тыми поломками в конце лета оставили только участок Москва – Орёл. К 10 октября в общей сложности перевезли 60 пассажиров и 6500 кг груза. Полеты продолжались до мая 1922 года, когда дивизион «Муромцев» расформировали, а старые бомбардировщики пустили на слом. В Туркмении с июня 1922 года действовала линия Ташкент – Алма-Ата, тоже обслуживавшаяся военными самолетами. По ней доставляли почту для войск Туркестанского фронта. Работали три машины: один «Фарман» 30, один «Сопвич» и один трофейный немецкий «Альбатрос». Рейсы совершались один-два раза в неделю. Немного позже самолеты начали летать из Ташкента также в Пишпек. Но во всех этих случаях самолеты военного воздушного флота, по сути, подменяли еще не существовавшую в России гражданскую авиацию. Отставание в развитиии гражданской авиации стало также следствием развала экономики страны после двух революций и гражданской войны. Отечественная авиапромышленность не могла обеспе- Цельнометаллические монопланы «Дорнье» «Меркур» советскогерманского общества «Дерулюфт» на аэродроме в Кёнигсберге. 1927 чить даже потребности ВВС. На закупку техники за рубежом требовалась валюта, которой остро не хватало. Поэтому первой в России авиакомпанией стало совместное советско-германское общество «Дерулюфт». Самолеты у него поначалу были голландские, а летчики и механики – немецкие. Общество имело всего одну линию: Москва – Смоленск – Полоцк – Ковно (Каунас) – Кёнигсберг. 1 мая 1922 года самолет «Фоккер» ­F.III впервые пересек советскую границу. Линия сперва рассматривалась как чисто почтовая, но позднее по ней стали перевозить и пассажиров.
Двигатели гражданских самолётов России Голландский пассажирский самолет «Фоккер» F.V, эксплуатировавшийся авиакомпанией «Дерулюфт» Расписание первого рейса Москва – Нижний Новгород обществ «Авиакультура» и «Юнкерс». 1 августа 1922 В мае 1922 года возникло товарищество «Авиакультура». Оно поставило своей задачей организацию воздушного движения на трассе Москва – Нижний Новгород на период проведения там Всероссийской ярмарки. Общество арендовало у тегеранского отделения немецкой компании «Юнкерс люфтверкер» три самолета «Юнкерс» F.13 с летным и техническим составом. С 15 июня по 15 августа они совершили 85 рейсов. Перевозили пассажиров и свежие газеты. После закрытия ярмарки линию закрыли. 1 декабря 1922 года создали Инспекцию гражданского воздушного флота. Она, тем не менее, входила в структуру 13 РККВФ и подчинялась его командованию. 9 февраля 1923 года организовали Совет по гражданской авиации. В него входили представители РККВФ (позднее ВВС РККА), НКПС и НКИД. Позднее в совет включили и членов от авиапромышленности. Председателем совета обычно числился начальник Управления РККВФ, а реально им руководил один из его заместителей. В том же году начали создавать первые отечественные авиакомпании. 17 марта 1923 года возникло общество «Добролёт», 26 марта на Украине объявили о создании общества «Укрвоздухпуть» (оно же «Укрповитрошлях»), 28 марта – «Закавиа» в Закавказье. Все они являлись по статусу акционерными обществами. Пайщиками являлись банки, промышленные объединения, государственные учреждения. Акции распространялись и среди частных лиц – членов Общества друзей воздушного флота (ОДВФ). Значительные средства вложили в организацию гражданской авиации военные. Они входили в число основных совладельцев всех трех обществ. В «Добролёте» это было ­Управление
14 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Ю. В. Юнгмейстер РККВФ, в «Укрвоздухпути» – штаб Украинского военного округа, в «Закавиа» – командование Краснознаменной Кавказской армии (ККА). А. В. Шиуков Военные занимали многие важные руководящие должности в правлениях обществ. В правлении «Добролёта» им принадлежали два места из пяти. В «Укрвоздухпути» техническим директором числился В. Ю. Юнгмейстер, тогда начальник Воздушных сил Украинского военного округа. В «Закавиа» на посту директора-распорядителя находился А. В. Шиуков, командовавший авиацией ККА. Учитывая столь большое влияние военных на зарождавшуюся в СССР гражданскую авиацию, неудивительно, что первый перелет «Добролёта» по маршруту Петроград – Севастополь был совершен по заданию военного командования. Председатель правления «Добролёта» в 1924 году писал: «В создании мощных средств воздушной связи живейшим образом заинтересована наша промышленность – в первую очередь и главным образом наша государственная промышленность. В развитии авиации заинтересована также основная масса нашего населения – крестьянство. В нем заинтересованы все граждане. И в этих интересах промышленной и общей культуры, связанных с авиационным строительством, и заключается здоровый залог его успехов и процветания». В нашей стране была и другая специфика развития гражданской авиации. Она хорошо отражена словами В. Валя, написанными в 1923 году: «Аэроплан мог бы у нас доставлять в самые глухие места все декреты, все распоряжения Советской власти». Поскольку гражданских пилотов в СССР тогда никто еще не готовил, значительную часть летного и технического состава предоставила военная авиация. Летчики довольно охотно снимали военную форму, поскольку оклады в гражданских обществах были выше. Кроме того, там эффективно действовала премиальная система, поощрявшая экипажи за налетанные часы и пройденные километры. В гражданской авиации летали значительно больше, чем в военной, и прирост заработка оказался существенным. Но и требования к пилотам там предъявлялись более высокие, что ограничивало выбор. Чтобы побыстрее доукомплектовать штаты авиалиний, временно прибегли к найму летчиков и механиков в Германии по контрактам.
Двигатели гражданских самолётов России 15 Широко распространенный в нашей стране немецкий цельнометаллический моноплан «Юнкерс» F.13, называвшийся у нас Ю-13. Такие машины служили и в военной, и в гражданской авиации Широко распространенный в нашей стране немецкий цельнометаллический моноплан Юнкерс F.13, называвшийся у нас Ю-13. Такие машины служили и в военной, и в гражданской авиации Юнкерс Добролет Все имевшиеся самолеты были немецкими. «Добролёт» и «Закавиа» покупали их у фирмы «Юнкерс», украинцы отдавали предпочтение продукции «Дорнье». Самым распространенным типом являлся «Юнкерс» F.13 (в Советском Союзе назывался Ю-13), уже упоминавшийся цельнометаллический моноплан с мотором L2 (230 л. с.) или L5 (310 л. с.). Первый такой самолет прилетел в Москву в мае 1922 года для демонстрации потенциальным заказчикам. Машину одобрили и стали покупать в Германии и собирать на концессионном заводе «Юнкерс» в Филях. Часть Ю-13 приобреталась на деньги трудящихся. Так, в январе 1925 года на торжественном митинге на Центральном аэродроме в Москве гражданским летчикам передали два самолета в дар от Всероссийского союза сельхозкооперации. В военное время предусматривалась мобилизация техники гражданского воздушного флота вместе с экипажами и наземным персоналом в военную авиацию, в первую очередь, для перевозки срочных грузов и командного состава армии и флота. В частности, в уставе «Добролёта» говорилось: «В случае войны общество обязано по первому требованию правительства предоставить в его распоряжение с возможной скоростью все имущество флота, как-то самолеты со всеми принадлежностями, запчасти к ним и аэродромы с оборудованием, личный состав. Правительство пользуется ими по своему усмотрению для военных целей, пока в них может быть надобность, а затем сдает обратно обществу». Аналогичные положения были заложены в уставы всех остальных советских авиакомпаний, за исключением «Дерулюфта». Таким образом, гражданский воздушный флот в случае войны должен был выполнять функции военно-транспортной авиации. Импортные самолеты и двигатели обеспечивали «костяк» советской гражданской авиации до конца 20-х годов. При этом наверху отчетливо осознавали, что необходимо как можно быстрее заменить их отечественными. 27 декабря 1927 года Президиум Осоавиахима постановил: «В срочном порядке приступить к конструированию и строительству советских гражданских самолетов и советских моторов к ним». На это хотели направить средства, собранные с населения. Это формулировалось как «создание общественного гражданского самолето- и моторостроения».
16 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Пассажирский самолет АК-1 с двигателем «Сальмсон» R.9. Под названием «Латышский стрелок» эта машина приняла участие в перелете Москва – Пекин Безусловно, и ранее существовала заинтересованность в создании отечественных конструкций транспортных самолетов, которые заменили бы импортные и позволили сэкономить дефицитную валюту. В 1923 году трофейный немецкий разведчик «Шнейдер» на заводе «Авиаработник» по проекту Н. Е. Шварёва переделали в пассажирский. На месте задней огневой точки появилась закрытая кабина для двух пассажиров. Мотор оставался «родной» – «Бенц» в 220 л. с. Машину назвали «Синяя птица» и покрасили в синий цвет. Но испытания показали, что переделка привела к сильному сдвигу центровки назад и потере устойчивости; летать на «Синей птице» было попоросту опасно. Военные были заинтересованы в получении транспортного самолета для перевозки солдат и различных грузов. В том же 1923 году сообщалось о «проведении опытов» на московском заводе «Дукс» по созданию машины, способной перевозить десять пехотинцев с полным снаряжением. Только вот, похоже, «опыты» эти так ничем и не закончились. Создание первого в России пассажирского самолета АК-1 на самом деле тоже финансировали военные. Он был построен на заводе ГАЗ-5 в Москве и совершил пер- вый полет 8 марта 1924 года. Спроектировали АК-1 В. Л. Александров и В. В. Калинин. На нем смонтировали устаревший мотор Сальмсон R.9 в 160 л. с. Как ни странно, этот выбор был вполне оправдан для данного назначения: громоздкий и тяжелый двигатель, тем не менее, отличался экономичностью и имел большой для того времени ресурс. Самолет мог перевозить двух пассажиров при экипаже из двух человек. В июне того же года АК-1 передали «Добролёту». Машина летала на линии Москва – Казань, а в июне 1925 года участвовала в Большом Восточном перелете от Москвы до Пекина. После возвращения из Китая ее разобрали. Еще один самолет, построенный примерно в то же время, ГАЗ № 5 Е. Э. Гроппиуса, забраковали на стадии испытаний. Две машины, построенные в 1925 году в единственных экземплярах, попали в эксплуатацию. Это были ПМ-1 Н. Н. Поликарпова и СУВП Д. П. Григоровича. Первый оснащался немецким мотором «Майбах» в 260 л. с. и имел салон на пять пассажиров. Самолет успешно испытали и выпустили на линию Москва – Берлин, но на территории Германии из-за отказа двигателя летчик совершил вынужденную посадку. Поврежденный ПМ-1 восстанав- ливать не стали, решение о постройке серии из десяти экземпляров – отменили. Здесь причиной неудачи стал именно мотор – трофейный и к тому же устаревший. СУВП строился по заказу «Укрвоздухпути» в расчете на летчика и трех пассажиров. Для него в Англии приобрели трехцилиндровый двигатель «Бристоль» «Люцифер» в 100 л. с. Машина получилась посредственной; а в серию не запускалась еще и потому, что «Люциферов» купили мало – фунты стерлингов на дороге не валялись. Еще раньше А. Н. Туполев создал под тот же мотор свой моноплан АНТ-2. У него конструкция выполнялась не смешанной, как у СУВП, и не деревянной, как у ПМ-1, а цельнометаллической из сплава кольчугалюминий (аналога немецкого дюраля). Два пассажира размещались в закрытой кабине, пилота прикрывал только ветровой козырек. Видимо, из-за дефицитности английских моторов АНТ-2 тоже остался в единственном экземпляре. (2) Цельнометаллический пассажирский моноплан АНТ-2 с английским мотором «Бристоль» «Люцифер» (3) Пассажирский самолет ПМ-1 с немецким мотором «Майбах»
Двигатели гражданских самолётов России Таким образом, отечественных самолетов подобного назначения в стране фактически не имелось, а гражданскую авиацию развивать требовалось. Поэтому продолжались закупки немецких Ю-13, как германского производства, так и собранных на заводе «Юнкерс» в Филях. Но двигатели к ним в обоих случаях поставлялись из Дессау, в СССР их не делали. Советский Союз долгое время занимал второе место по импорту самолетов из Германии, а по ввозу авиамоторов – первое. 17 (2) (3)
18 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Самолёты – пассажирские, моторы – военные Для пассажирских перевозок понадобились особые самолеты. Моторы для них также имели специфические черты. Но в нашей стране, где приоритетом пользовались интересы военных, Гражданскому воздушному флоту приходилось довольствоваться «крошками со стола» ВВС. Советская авиапромышленность однозначно ориентировалась на перво­ очередное удовлетворение потребностей ВВС. Заказы от гражданских принимались по остаточному принципу, причем обычно тогда, когда ГВФ удавалось заручиться постановлением высоких государственных инстанций. Военные фактически полностью контролировали запуск самолетов и авиамоторов в серию. Постановление ЦИК от 13 июня 1924 года говорило: «Изготовление воздушных судов и авиационных моторов на территории Союза ССР разрешается лишь по чертежам, утвержденным Управлением Воздушных Сил Народного Комиссариата по военным и морским делам Союза ССР». ГВФ оставались лишь «объедки» со стола ВВС. Военные стали передавать в гражданскую авиацию устаревшие и не очень им нужные разоруженные боевые самолеты. Начали с бипланов Р-1 с моторами «Либерти» или М-5. Мизерная полезная нагрузка позволяла использовать их только для перевозки почты. Позже разоруженный вариант получил обозначение П-1. Стремясь избавиться от неудачных цельнометаллических разведчиков Р-3М5 (с двигателями М-5), ВВС предложили их гражданской авиации. Одну машину переделали в почтовую под названием П-3 (или ПС-3) в мастерских ЦАГИ. С 1929 года она курсировала по трассе Москва – Иркутск. Позже к ним добавились еще полтора десятка Р-3М5, с которых просто сняли пулеметы и бомбодержатели. На них возили почту и матрицы центральных газет, с которых их печатали типографии в крупных городах. Полезная нагрузка П-3 тоже не превышала 300 кг. С 1931 года в гражданскую авиацию стали поступать П-5 – разведчики Р-5 без вооружения. Эти бипланы с моторами М-17 перевозили уже 400 кг или двух пассажиров. К середине 30-х годов в ГВФ имелось уже более полусотни таких машин. Они летали даже за границу – на линии Ташкент – Кабул, а позже Алма-Ата – Ланчжоу. Широкое применение П-5 объяснялось вовсе не его высокой эффективностью. Наоборот, для гражданской авиации его считали малопригодным. Большой, тяжелый, бензина и масла «жрет» много, но груза перевозит мало, для размещения пассажиров подходит плохо. В 1934 году в докладе руководства ВО ГВФ написали: «П-5 очень неэкономичен, почти не приспособлен для гражданской работы». Коммерческая нагрузка составляла всего 9,64% к весу конструкции! С 1935 года гражданским летчикам стали передавать устаревшие двухмоторные бомбардировщики ТБ-1, которые в ГВФ (1) П-5 на аэродроме в горах Памира (1)
Двигатели гражданских самолётов России 19 (2) стали именовать Г-1. Вооружение снимали, проемы турелей зашивали листом. Иногда ликвидировали остекление штурманской кабины и накрывали крышей кабину пилотов. Летали Г-1 на колесах, лыжах или поплавках (поплавковый вариант назывался Г-1а). Эта машина, даже в изношенном состоянии, вполне могла увезти 600-800 кг груза. А вот людей в довольно тесном фюзеляже умещалось всего человек шесть, причем сидели они в скрюченном состоянии. Поэтому Г-1 в ГВФ имелось немного, и они в основном служили как грузовые на окраинах страны. (3) (2) Самолеты П-5 с моторами М-17 аэрофотосъемочного подразделения «Дальстроя» НКВД (3) Самолет Г-1 в Музее гражданской авиации в Ульяновске (4) Погрузка в самолет Г-1 гражданской авиации – разоруженный бомбардировщик ТБ-1 с двумя моторами М-17 (4)
20 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (2) Почти всё выше сказанное можно отнес­ ти к ПС-7, тоже двухмоторным, но размером поменьше. Под этим названием эксплуатировались «крейсера» Р-6 и КР-6 после «демилитаризации». Интересно, что поплавковый вариант ПС-7 именовался МП-6. На них использовались такие же двигатели М-17. Теми же моторами комплектовались летающие лодки МП-1, эксплуатировавшиеся в ГВФ с 1935 года. Это была пассажирская модификация боевого гидроплана МБР-2. В закрытой кабине размещались шесть человек или 540 кг груза; экипаж состоял из пилота и бортмеханика. Такие машины обслуживали линии вдоль рек и побережий морей. В гражданскую авиацию поступали также МП-1Т – переданные из ВВС МБР-2 со снятым вооружением и военным оборудованием. Передавая технику гражданской авиации или соглашаясь с выпуском заводами гражданских вариантов, военные категорически настаивали на том, чтобы проводимые переделки не лишали машину возможности обратной трансформации в боевой самолет. Вооружение с передаваемых машин складировалось и в случае войны должно было монтироваться обратно. Чтобы обойти это ограничение, требовалось разрешение на уровне Совнаркома. Руководство ГВФ при этом прекрасно сознавало, что это значительно (1) Единственный построенный пассажирский ПС-7 с двумя моторами М-17 (2) Мотор М-17 на самолете ПС-7 снижает ценность таких самолетов для гражданских нужд. «Ко всем гражданским самолетам предъявляются военные требования в смысле их пригодности для боевых и вспомогательных задач в военное время... Они в корне разнятся от того, что требуют общества воздушных сообщений», – писал журнал «Вестник воздушного флота» еще в апреле 1924 года. С моторами было еще хуже, чем с самолетами. Они плохо подходили для коммерческих перевозок из-за малого ресурса и низкой экономичности. Руководство ГВФ многократно призывало создать специальные двигатели для пассажирских машин, ставя в пример США, где в тот период гражданских самолетов строили намного больше, чем военных. Соответственно, на это ориентировались и американские моторостроители. В 1930 году велись переговоры о закупке у компании «Райт» моторов семейства J5, а также развертывании их производства в СССР, но денег на это не дали. Кроме того, двигателей постоянно не хватало. Поэтому снабженцы ГВФ принимали с заводов даже фактическую некондицию – моторы категории «Б». Они были работоспособны, но не проходили в рамки технических условий военной приемки по мощности, оборотам или расходу горючего и масла. Например, брали отвергнутые военными М-17 с несоблюдением размеров цилиндров. Ресурс у таких двигателей был примерно на четверть меньше, чем у кондиционных.
Двигатели гражданских самолётов России С 1936 года из ВВС стали передавать тяжелые бомбардировщики ТБ-3 – большие цельнометаллические монопланы. После «демилитаризации» их стали называть Г-2. Эти самолеты уже могли принять на борт до пяти тонн груза или два десятка человек. Люди, конечно, перевозились без всякого комфорта — на правах груза. Машины ранних серий комплектовались моторами М-17, позже Главному управлению ГВФ перепали более поздние модификации с двигателями М-34, М-34Р и М-34РНБ. И вот здесь имел место первый случай, когда удалось добиться хотя бы минимального сдвига в сторону требований гражданской авиации. Пробили разрешение снять с М-34РНБ привод­ ные центробежные нагнетатели (ПЦН). Именно они являлись главными источниками неприятностей, часто ломались. Низкий ресурс двигателя определялся именно требованием о переборке ПЦН. Убрав нагнетатель, ухудшили высотные характеристики, но они для грузовой или пассажирской машины – неглавное. Зато выиграли, уменьшив количество переборок мотора и увеличив налет часов на одну поломку. Другой двигатель из этого же семейства, М-34НБ применялся на самолете П-Зет, гражданском варианте легкого бомбардировщика Р-Зет. Он же монтировался на поздних модификациях летающей лодки МБР-2, поступавших в ГВФ с 1936 года как МП-1бис. На одной из таких машин П. Д. Осипенко в мае 1937 года поставила мировой рекорд высоты – 8864 м. Она же вместе с М. М. Расковой и В. Ф. Ломако в июле того же года совершила перелет с Чёрного моря на Белое. 21 Все боевые машины, даже Г-2, отличались малым внутренним объемом, не позволявшим более-менее приемлемо разместить людей, и узкими дверями и люками, препятствовавшими перевозке громоздких грузов и быстрой посадке-высадке пассажиров. Инженер Висман в своем докладе о работе гражданской авиации в 1934 году сказал: «ГВФ не могут удовлетворить корабли типа Г-2 или Р-6». (3) Знаменитый полярный лётчик М. В. Водопьянов у своего самолета АНТ-6А на острове Рудольфа перед полетом на Северный полюс. Май 1937 АНТ-6А – это специальный арктический вариант бомбардировщика ТБ-3 с четырьмя моторами М-34Р (3)
22 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Лётчик Б. Галицкий и радист П. Ухваренок у своего ПС-40 перед рейсом. 1940 (2) Скоростной почтовый самолет ПС-40 с моторами М-100А – разоруженный бомбардировщик СБ (3) ПС-41 — почтовая модификация СБ поздних серий с моторами М-103А
Двигатели гражданских самолётов России 23 (2) Практика передачи из ВВС боевых самолетов продолжалась и далее. С 1938 года для быстрой перевозки почты применяли двухмоторные скоростные бомбардировщики СБ. В гражданской авиации их именовали ПС-40 (старые машины с лобовыми радиаторами) и ­ПС-41 (более поздние с радиаторами в туннелях). Теоретически самолет мог увезти до 1000 кг, только такой груз негде было разместить в узком «обжатом» фюзеляже. ПС-40 обычно комплектовались моторами М-100, М-100А или М-103, на ПС-41 ставили М-103У или М-103А. Эксплуатация их обходилась очень дорого, руководство ГВФ пришло к выводу, что надо списать их при первой возможности. Вот только заменить оказалось нечем... (3)
24 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Самолет ПС-9 с двумя моторами М-17, открывший международную линию Москва – Прага. Август 1936 (2) В Иркутске ремонтный завод ГВФ изготовил небольшую серию самолетов ПС-4 (В-33), являвшихся копией немецкой машины «Юнкерс» W33. На них устанавливались импортные двигатели L5. Два ПС-4 использовали в экспедиции по спасению челюскинцев; долетел, правда, только один Именно подобные самолеты-эрзацы плюс маленькие У-2, описанные далее, составляли основную часть парка отечественной гражданской авиации весь период до Великой Отечественной войны. К ним добавлялись строившиеся именно как пассажирские машины АНТ-9 (ПС-9), К-4, К-5, «Сталь-2», «Сталь-3» и ЗиГ-1 (ПС-89). Но их было немного. Кроме того, на них использовали тот же набор моторов, производившихся для военных нужд, – в основном, М-17 и М-22. Но гражданской авиации требовалась не столько мощность и высотность, сколько экономичность и высокий ресурс. Во главу угла ставили минимальную стоимость перевозки одного пассажира или тонны груза на один километр. Приветствовалась также работа мотора на низкокачественном бензине (непременно отечественном) и минеральном масле, простота его эксплуатации и обслуживания. Этим требованиям военные двигатели не соответствовали. Там гнались за малым удельным весом, сохранением мощности на больших высотах, зачастую (2)
Двигатели гражданских самолётов России пренебрегая быстрым износом и большим расходом горючего и масла. Специфика почтовой авиации была ближе к идеологии военных, но также в существенной степени учитывала экономические показатели. В 30-х годах своей авиацией обзавелись различные ведомства. Свои самолеты появились у Наркомата здравоохранения, Наркомата земледелия, Наркомата лесного хозяйства, Главного управления геодезии и картографии и других. Они, как правило, приобретали небольшие одномоторные машины. Самыми крупными в их парке были бипланы П-5. Единственным исключением являлось Управление воздушной службы (впоследствии Управление Полярной авиации) Главсевморпути. У этой конторы насчитывалось немало двухмоторных и даже четырехмоторных самолетов. Полярники неоднократно пытались заказать для себя специальные двигатели, способные надежно работать при низких температурах, или хотя бы специальные модификации существующих. За эту работу в конце 1934 года попытался взяться моторный комитет общества АВИАВНИТО. Организованной там бригадой руководил инженер Оглоблин из ЦИАМ. Начали с доработки двигателя водяного охлаждения М-17. Его перевели на антифриз – этиленгликоль. Для этого потребовалось заменить все шланги и уплотнения, которые разъедала эта до- (5) 25 (3) Авария самолета К-4 с немецким мотором L5 (5) Авария самолета К-4 с немецким мотором L5 (4) Пассажирский самолет «Сталь-3» с мотором М-22 использовался на внутриобластных линиях (5) Авария самолета К-4 с немецким мотором L5 (3) (4) вольно агрессивная жидкость. Затем перешли к обеспечению надежного запуска в мороз и создали достаточно совершенную методику предпускового прогрева. (5) Простой и дешевый самолет К-5 с двигателем М-22 получился очень удачным и долго эксплуатировался в ГВФ и ВВС В 1935 году руководство ­АВИАВНИТО объявило о начале проектирования специального «мотора для Арктики». В январе следующего года организовали встречу всех заинтересованных сторон, на котором выработали основные требования к нему. В итоге вырисовался двигатель жидкостного охлаждения, обязательно с заливкой антифризом. Мотор должен был работать при температуре до 50 градусов мороза. На запуск отводилось не более получаса. Предусматривалась специальная зимняя смазка. Но вот далее, похоже, в АВИАВНИТО не ушли. Параллельно ставился вопрос о со­ здании «арктического» варианта мотора М-22. Но конструкторское бюро завода № 29 от этой работы уклонилось.
26 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы «Вечный» М-11Л перед государственными испытаниями. 1949 М-11 После Первой мировой войны возникла еще одна новая категория самолетов — учебные. Для них тоже нужны были специальные двигатели. В нашей стране первым таким мотором стал легендарный М-11. Первоначально никаких специальных учебных самолетов ни в одной стране мира не строили. Для подготовки пилотов использовали то, что имелось под рукой. Условие было всего одно – наличие двух мест, для обучаемого и инструктора. У нас в России военных летчиков начали учить в Гатчине на английских бипланах «Бристоль» «Бокскайт», являвшихся вариантом французского типа «Фарман» IV. Потом в ход пошли уже устаревшие военные аэропланы, непригодные для участия в боевых действиях. Основные данные Количество цилиндров М-11а М-11Б М-11В М-11Г М-11Д М-11К М-11Л М-11ФР-1 М-11ФР 5 5 5 5 5 5 5 5 5 Диаметр цилиндра, мм 125 125 125 125 125 125 125 125 125 Ход поршня, мм 140 140 140 140 140 140 140 140 140 Рабочий объем, л 8,6 8,6 8,6 8,6 8,6 8,6 8,6 8,6 8,6 Степень сжатия 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,5 5,5 Максимальная мощность л. с. 110 110 110 110 125 125 125 160 160 при об/мин 1650 1650 1650 1650 1760 1760 - 1900 1900 160 165 165 160 158 - 164 180 180 Вес сухого, кг С середины 1917 года в России строился небольшими сериями спроектированный специально для учебных целей биплан П-IV конструкции А. А. Пороховщикова. На нём имелось полноценное двойное управление, причем инструктор мог при необходимости отключить управление из кабины ученика. Позже появились варианты этой машины – П-VI и П-VIбис. Двигатели ставили те, что удавалось достать – от «Гнома» в 50 л. с. до «Анзани» в 120 л. с. Но в начале 20-х годов стало ясно, что выбранная Порохов-
Двигатели гражданских самолётов России 27 щиковым схема с многостоечным крылом и центральной гондолой, в которой размещались экипаж и двигатель с толкающим винтом, отрицательно сказывается на летных данных аэроплана. К концу Первой мировой войны в других странах тоже стали выпускать специальные модификации машин для учебных целей – без вооружения и с полноценным двойным управлением для обоих членов экипажа. Например, английская компания «Авро» с 1917 года собирала на основе некогда боевого биплана «Авро» 504 (сконструированного в 1913 году) подобный учебный вариант «Авро» 504К. Эти самолеты поставлялись белогвардейцам на севере и юге и частично стали трофеями Красной армии. Их передали в летные школы, где «аврушки» заслужили хорошую репутацию. Самолет послушно выполнял все маневры, отличался устойчивостью, «предупредительностью» и отличными взлетно-посадочными каче(1) Ротативный мотор М-2, являвшийся лицензионной копией французского двигателя «Рон» Jb, применялся на всех ранних советских вертолетах и автожирах (2) Учебные самолеты У-1 с моторами М-2 (1) (2)
28 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) ствами. После этого в Англии в 1922 году приобрели еще полтора десятка таких машин. Но для массовой подготовки красных летчиков требовалось строить подобные самолеты самостоятельно. За прототип взяли уже знакомую «аврушку». Она полностью изготовлялась из дерева, технология производства выглядела простой и дешевой. Советская копия именовалась У-1. В отличие от оригинала на ней ставили не мотор «Клерже» мощностью 130 л. с., а отечественный М-2. Это был девятицилиндровый двигатель воздушного охлаждения ротативного типа – коленчатый вал при работе оставался неподвижен, а вращались цилиндры. Он изготовлялся по документации французской фирмы «Рон» на заводе ГАЗ-2 «Мотор» в Москве. С 1918 года там делали вариант в 110 л. с. с чугунными поршнями, а с 1922-го – в 120 л. с. с алюминиевыми. Первоначально мотор предназначался для боевых самолетов, их монтировали на разведчиках «Сопвич» «Полуторастоечный» и истребителях «Ньюпор» XXVI русского изготовления. Бипланы У-1 с 1923 года собирали на заводах «Самолёт» в Москве и «Красный
Двигатели гражданских самолётов России 29 (1) Поплавковый учебный самолет МУ-1 Школы морских летчиков в Севастополе (2) Ученица Московской летной школы Авиахима готовится к запуску мотора М-2 на самолете У-1. 1931 (3) Авария курсанта Борисоглебской школы А. Жданова на самолете У-1. Сентябрь 1929 (2) (3) лётчик» в Петрограде. Самолеты советского производства были немного тяжелее английских. На «Красном лётчике» кроме У-1, комплектовавшихся колесами или лыжами, строили МУ-1 на поплавках. Последние имели оригинальную конструкцию, не соответствуя английскому «Авро» 504L. Поплавковые машины использовали не только как учебные, но и временно как корабельные разведчики на крейсерах и линкорах. У-1 и МУ-1 изготовляли до 1930-го, выпуск моторов М-2 для них прекратили в том же самом году. В школах и аэроклубах эти бипланы эксплуатировались до 1934 года. Вот какие впечатления от первого знакомства с У-1 остались у Героя Советского Союза Н. П. Каманина: «Двигатель «Рон» отчаянно загудел, завихрилась колючая снежная пыль, морозный ветер обжёг лицо, но мы ничего этого не замечали». Однако уже в начале 20-х годов пришли к выводу, что и «аврушка», и её двигатель устарели. М-2 отличался низкой экономичностью и невысокой надежностью. В частности, он часто страдал от обрывов
30 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы тяг приводов клапанов и отказов карбюратора. Кроме того, руководство советской военной авиации осознало, что требуется специально спроектированный учебный самолет – простой, дешевый, неприхотливый к качеству аэродромов и по характеристикам пилотирования обеспечивающий максимальную безопасность процесса обучения. На нем рассчитывали использовать мотор, именно для него созданный. Он должен был отличаться способностью работать на дешевом топливе и масле, высокой экономичностью, большим ресурсом и способностью работать и в жару, и в холод. А вот большая удельная мощность и высотные характеристики для учебных целей большого значения не имели. В конце 1923 года руководство красной авиации приняло решение об объявлении конкурса на лучшую конструкцию мотора для учебных самолетов номинальной мощностью 100 л. с. Характеристики будущего двигателя описывались в самом общем виде: воздушное охлаждение, низкая степень сжатия (для работы на низкокачественном бензине), минимальное использование импортных материалов и агрегатов. Конкретная компоновка не задавалась, мотор описывался лишь как «стационарный» (с неподвижным картером, не ротативный). В это время в стране было немного конструкторских коллективов, способных создать новый авиамотор. «Авиатрест» сделал ставку на Научный автомоторный институт (НАМИ), поручив работу ему. В духе того времени конкретные исполнители работы в институте не определялись, ведущего конструктора у двигателя, названного НАМИ-100, не было. Общее руководство осуществлял Н. Р. Бриллинг, в создании мотора также участвовали такие известные специалисты, как А. А. Микулин, А. Д. Чаромский и другие. Конструкторы избрали классическую схему пятицилиндрового звездообразного двигателя. Проект завершили к 1 февраля 1925 года. НАМИ не имел собственных мастерских, и пришлось искать завод, готовый изготовить опытные образцы. Лишь в июне удалось сделать заказ на заводе ГАЗ-9 в Запорожье. Там приступили к работе с 1 июля. Значительно позже по собственной инициативе включился в конкурс конструкторский отдел завода ГАЗ-4 «Мотор». Это был совсем небольшой коллектив, состоявший всего из восьми человек, из которых только два имели диплом инженера (одним из них был Ф. А. Цандер). Там в середине 1924 года сделали первые прикидки по мотору, названному М-100 (в некоторых документах он именовался также У-10). 27 сентября завод получил официальное задание от научного комитета УВВС и в тот же день представил руководству Авиатреста смету на проектирование и изготовление опытных образцов. Как и в НАМИ, официального руководителя работ по М-100 не существовало. Конструкторский отдел собственного начальника не имел и подчинялся напрямую главному инженеру завода А. Д. Швецову. Ряд документов говорит, что неформальным лидером коллектива конструкторов являлся Н. А. Окромешко. Но сам он был не конструктором, а металловедом. Конструкторы «Мотора» рассмотрели несколько вариантов компоновочных схем, в том числе такие непривычные, как установку четырех цилиндров параллельно попарно, с передачей шестернями на общий вал, и размещение четырех цилиндров крестообразно. Первый отклонили из-за чрезмерной сложности, второй – из-за неуравновешенности. В конечном итоге, как и в НАМИ, остановились на пятицилиндровом звездообразном моторе. В ходе проектирования постепенно отказались от конической камеры сгорания, а в декабре 1924 года перешли от кулачковой шайбы к индивидуальным распределительным валикам для каждого цилиндра. При этом привод оставался «нижнего» типа – валики находились внутри картера, а далее движение передавалось толкателями, тягами и качалками. Такой подход обещал более гибкое регулирование газораспределения. В январе 1925 года спроектировали механизм с параллельным движением клапанов. Хотели попробовать сделать алюминиевую муфту на гильзе цилиндра, но побоялись усложнения технологии производства. Проект М-100 закончили лишь на месяц позже, чем конкуренты свой НАМИ-100. К этому времени оба двигателя получили новые обозначения от УВВС: НАМИ-100 превратился в М-12, М-100 – в М-11. За спиной Швецова и Окромешко стоял самый мощный тогда авиамоторный завод страны. Это позволило не только наверстать отставание, но и обогнать конкурентов на стадии изготовления опытных образцов, к которой приступили в марте 1925 года. В мае в производстве находились уже два экземпляра. 4 ноября первый опытный образец М-11 приступил к стендовым испытаниям. Коленчатый вал и главный шатун у них опирались на немецкие шарикоподшипники, магнето кустарно переделали из предназначенного для шестицилиндрового двигателя. На испытаниях М-11 продемонстрировал мощность 112-115 л. с. Однако сильно грелись цилиндры, расход бензина и масла значительно превосходил расчетный. К концу марта 1926 года мотор наработал всего 8,5 часов. Сначала «полетело» магнето (кустарно переделанное из агрегата для шестицилиндрового двигателя), затем разрушилась мулинетка и повредила коленчатый вал. Однако на заводе сочли, что это вовсе не порочит новый двигатель, и приступили к изготовлению еще четырех его экземпляров. Они немного отличались друг от друга, но у всех главный шатун устанавливался на роликах. Магнето «Сименс» для этих моторов заказали в Германии. Первый опытный М-12 собрали лишь в марте 1926 года. Первый его запуск на станке состоялся 17 марта. Испытания показали многочисленные недостатки конструкции. 17 мая первый экземпляр М-12 отправили в Москву, в НАМИ. Там двига-
Двигатели гражданских самолётов России Мотор М-100 (М-11) на выкатном станке во дворе завода «Мотор» в Москве тель тоже некоторое время испытывали, а затем начали дорабатывать. В частности, создали вариант с заменой шариковых коренных подшипников на вкладыши скольжения. В августе один из образцов М-11 прошел официальные заводские испытания на ­ГАЗ-4. Этот экземпляр отличался прогрессивными отъемными головками цилиндров, закрепленными на резьбе, которые в то время только начинали применять в Америке. Двигатель М-12 доводили в НАМИ до сентября, затем провели еще один цикл испытаний и передали его в НИИ ВВС. С 15 декабря 1926 года он работал там на стенде. Мощность получили немного больше, чем у М-11 – до 124 л. с. Завершить испытания не удалось: на восьмом часу двигатель вышел из строя – оторвался задний противовес коленчатого вала. А вот М-11 в марте-апреле 1927 года прошел испытания в НИИ ВВС удовлетворительно. 31 Для дальнейших испытаний решили изготовить некоторое количество М-11 и М-12 на заводе ГАЗ-9 в Запорожье. В марте 1927 года туда переслали измененные чертежи М-12, а в июле – чертежи М-11. Двигатель НАМИ пользовался явным приоритетом и у Авиатреста, и у УВВС. Поэтому их заказали 30, а М-11 – только два, причем заказ на последние поступил лишь 6 сентября. Оба конструкторских коллектива продолжали совершенствовать свои моторы. Это задержало изготовление двигателей
32 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы в Запорожье, поскольку из Москвы поступали новые чертежи и изменения к ним. 10 октября прибыл новый комплект документации на М-12, а в ноябре привезли изменения к чертежам М-11. М-12 продолжал пользоваться приоритетом. В 1928 году Авиатрест планировал уже выпустить 80 моторов этого типа. Но неудачи с испытаниями М-12 вынудили подстраховаться, и УВВС заказало бывшему ГАЗ-9, переименованному в завод № 29, тридцать М-12 и десять М-11. Поскольку предполагалось, что предприятие будет серийно выпускать двигатели конструкции НАМИ, то основное внимание уделялось ему. Для изготовления этого мотора подготовили большое количество специальной оснастки и инструмента. М-11, наоборот, делали, как чисто экспериментальный, не разрабатывая серийной технологии, с минимумом затрат на оснастку. Как ни странно, это принесло обратный результат – качество изготовленных М-11 оказалось выше, процент бракованных деталей – меньше. К 1 апреля 1928 года завершили два усовершенствованных М-12. С 12 мая их начали испытывать. Первый М-11 начали собирать с 1 июня, закончив его к 3 июля; на нем стоял карбюратор от М-12. А 12 августа его поставили на стенд для испытаний. М-12 по-прежнему страдал многочисленными дефектами. Конструкторы продолжали вносить в него существенные изменения. Предложили разъемный коленчатый вал (с разъемом по конусу Морзе) в сочетании с разъемным главным шатуном. К 4 сентября в сборке находились еще шесть М-12 и два М-11. Двигатели обоих типов испытывались параллельно. К декабрю имелось три М-12 и два М-11, поставленных на сравнительные испытания. Конкурс выиграла конструкция завода «Мотор», показавшая себя более надежной. У двигателя НАМИ постоянно случались различные поломки. Так, 1 декабря на одном из экземпляров разрушился коленчатый вал. Надо сказать, что в доводке М-11 большую роль сыграли изменения, предложенные конструкторами из Запорожья. Фактически можно считать этот мотор плодом совместного труда. Работникам Запорожского завода уже в сентябре стало ясно, что двигатель «Мотора» имеет гораздо лучшие перспективы. Они, не дожидаясь команды сверху, начали подготовку к серийному выпуску М-11. В декабре комиссия по испытаниям доложила в Москву, что работы по М-12 постепенно сворачиваются. Зато М-11 после 100-часовых испытаний приняли на снабжение ВВС. При этом расчетной мощности 125 л. с. так и не достигли, ограничившись 110 л. с. 10 января 1929 года утвердили последний вариант чертежей М-12. Все предусмотренные в них изменения внесли в два опытных экземпляра, но это не смогло существенно повысить надежность. Правление Авиатреста распорядилось закрыть работу по М-12. Зато М-11 успешно внедрили в производство. Это сочли огромным успехом советской авиапромышленности. Дело в том, что за первую пятилетку спроектировали 40 авиационных моторов, 17 из них дошли до стадии опытных образцов (хотя не все были закончены), а вот до серийного выпуска добрался только один М-11. Он стал первым авиамотором оригинальной советской конструкции, запущенным в серию. Первую серию из десяти моторов завод № 29 сдал военной приемке в августе – сентябре 1929 года. Немного забегая вперед, Реввоенсовет уже в июне докладывал Политбюро ЦК ВКП(б): «Новый учебный мотор М-11, находящийся в серийной постройке, является вполне современным». В октябре последовала 2-я серия – тоже десять двигателей, в январе 1930 года – 3-я (еще столько же). Серийные моторы именовались М-11а (или М-11/А). От опытных они отличались литым маслосборниСоединение коленчатого вала на радиальных шлицах по шатунной шейке и установка главного шатуна на роликовых подшипниках, применявшиеся на М-11а
Двигатели гражданских самолётов России ком и еще рядом деталей. Это увеличило их вес до 160 кг с магнето «Сименс» EF-5 и до 165 кг со «Сцинтиллой»; у образцов он составлял 150 – 152 кг. Все эти серии являлись полуэкспериментальными. Например, на моторах 2-й серии встречались три типа крепления всасывающих патрубков, два типа коренных подшипников. Сначала применяли карбюраторы «Зенит» 42-DCJ-679, позже – «Клодель» (и те, и другие – французские). Оба типа магнето импортировали из Германии. Нельзя сказать, что двигатель «Мотора» был так уж хорош. По своим характеристикам он уступал М-12, другим вариантам проекта М-100, а также передовым моторам такого же класса, выпускавшимся за рубежом. У него на одну лошадиную силу приходилось 1,65 кг сухого веса, в то время как на западе выходили на рубеж 1,0 – 1,1 кг. Зато он практически полностью изготавливался из отечественных материалов, если не считать шарикоподшипников, магнето, карбюратора и еще кое-чего, ввозившегося по импорту. Новый двигатель оказался проще и дешевле в производстве, чем М-2. М-11 был нетребователен к качеству горючего и масла. В самом первом, еще временном, техническом описании указывалось, что мотор «может работать на любом топливе с октановым числом выше 45»! Уже много лет такое не льют даже в автомобили, а тогда на подобном горючем летали! Это тоже был большой плюс М-11 – из тонны нефти можно выгнать намного больше плохого бензина, чем хорошего. Применение индивидуальных распределительных валиков позволяло регулировать газораспределение в каждом цилиндре отдельно, компенсируя погрешности изготовления. С другой стороны, М-11 получился тяжелым и не очень экономичным, хотя превосходил в этом отношении М-2, в котором масло просто выбрасывалось с выхлопными газами. Бывший завод ГАЗ-2 «Мотор» (к тому времени вошедший в состав завода № 24) далее никакого отношения к совершенствованию М-11 не имел. Всю работу в этом направлении вели конструкторы завода № 29 во главе с А. С. Назаровым, занявшим пост начальника опытно-конструкторского отдела в июле 1930 года. Швецова за участие в проектировании мотора наградили золотыми часами, однако себе он авторство М-11 никогда не приписывал. Тем не менее в некоторых документах говорится о создании двигателя «группой Швецова». Мотор М-11 предназначался для нового учебного самолета У-2, созданного под руководством Н. Н. Поликарпова в Отделе сухопутных самолетов (ОСС). Первый его проект представили в Управление ВВС в начале 1927 года. Это был биплан деревянной конструкции, основной упор в нем сделали на высокую технологичность, удобство ремонта и малую стоимость. Он мог оснащаться любым звездообразным мотором мощностью около 100 л. с. Поликарпов рассматривал в этом качестве и М-11, и М-12, а перестраховываясь, также чехословацкий «Вальтер» NZ 90 (90 л. с.) и немецкий «Сименс» Sh 12 (100 л. с.). Последний был экономичнее обоих советских. Ознакомившись с результатами стендовых испытаний, Поликарпов всё-таки выбрал М-11 как основной и не ошибся. Но даже весьма невысокие требования к летным данным на испытаниях первый образец У-2 удовлетворить не смог. Особенно плохой оказалась скороподъемность. Определенный вклад здесь внес и двигатель, который, по рапорту, «работал неудовлетворительно». Поликарпов подготовил второй вариант, более сложный по конструкции, но оказавшийся весьма удачным. Его опытный образец поднял в воздух 7 января 1928 года М. М. Громов. Машина была очень устойчивой и иногда сама пыталась исправить ошибки неопытного пилота. При потере скорости при слишком большом угле атаки, биплан опускал нос и опять начинал разгоняться. У-2 очень трудно было загнать в штопор, зато выходил он из него безукоризненно. Всё это вызвало восторг у летчиков, испытывавших машину. Старый 33 У-1 был существенно сложнее и строже в пилотировании. Новый самолет обладал отличными взлетно-посадочными качествами, имел низкую посадочную скорость и мог эксплуатироваться с площадок небольших размеров. О моторе М-11 Громов потом писал: «Двигатель Аркадия Дмитриевича Швецова оказался на редкость надежным и выносливым (как это выяснилось впоследствии). Он был очень прост и удобен в эксплуатации, как на земле, так и в воздухе. Его мощность, вес, габариты, экономичность и прочие данные как нельзя лучше гармонировали с данными замечательного самолета Н. Н. Поликарпова». В том же году новый учебный биплан продемонстрировали на авиационной выставке в Берлине, а в следующем году запустили в производство на заводе «Красный лётчик» (к этому времени уже именовавшемся заводом № 23). Сначала собрали установочную серию из шести машин, а к середине 1929 года сделали 1-ю серию из 25 У-2. В марте 1930-го самолеты У-2, оснащенные моторами М-11а, выставили на войсковые испытания в летной школе в Борисоглебске. С этого момента начался победный марш поликарповского биплана, знакомого теперь каждому. Сначала ими насытили ВВС, где эти самолеты служили не только как учебные, но и для связи. Затем У-2 начали поставлять в гражданскую авиацию. Там широко использовали тот факт, что этой машине для взлета достаточно луга или сравнительно небольшой поляны. Неприхотливый У-2 вскоре стал основным типом самолета в местной авиации. Стоил биплан дешево и в случае поломки ремонтировался легко. На У-2 возили пассажиров, почту и небольшие грузы. Последние были самыми разнообразными: даже мальки рыб доставлялись в специальных баках. Для нужд сельского хозяйства создали вариант АП, который мог над полями рассыпать порошки или гранулы, или разбрызгивать жидкости, или даже осуществлять сев с воздуха. В случае войны такие машины
34 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы собирались свести в ночные химические эскадрильи. Самолеты У-2 поставлялись также в аэроклубы Осоавиахима. Десятки тысяч советских летчиков впервые поднялись в воздух именно на У-2. Вот как описывал свой первый самостоятельный полет дважды Герой Советского Союза Е. Я. Савицкий: «...из кабины командую: Зальем! – Есть зальем! - отвечает техник, проворачивая пропеллер, и я быстро-быстро подкачиваю альвейером топливо к мотору и кричу: – К запуску! – Есть к запуску! – От винта! – Есть от винта! - Техник сильно дергает лопасть – срывает компрессию – и тут же отбегает в сторону. Что-то защелкало. Мотор, попыхивая дымком, заработал, затрещал. Пропеллер завертелся, сливаясь в сверкающий круг...» Выпуск самолетов У-2 быстро нарастал: в 1930 году – 89 штук, в 1931-м – 283, в 1932-м – 942... Соответственно росло и производство моторов М-11. В 1930 году их изготовили 130, в 1931-м – 326, в ­1932-м – 1757. На 1 октября 1933 года в ВВС имелось 1904 двигателя этого типа; больше было только М-17. И это при том, что М-11 продолжал подвергаться резкой критике специалистов. Вот что писал инженер Гудзинский из ЦИАМ: «...эта машина не современная и не была современнной даже тогда, когда в «бою» за место в авиации оказалась победительницей». Считали, что М-11 – выбор неудачный, и «жизнь» его в советской авиации окажется недолгой. Даже начальник ГУАП Г. Н. Королёв говорил в одном из своих выступлений: «...мощность 100-110 л. с. и вес 165 кг свидетельствует о нашей отсталости. Эта отсталость особенно разительна при сравнении с заграничными легкими моторами». Но скептиков не слушали. Моторы нового выпуска существенно отличались от своих предшественников. На них пред- стояло избавиться от многих дефектов, выявленных в эксплуатации. У М-11а ресурс до первой переборки составлял всего 40 часов. Фиксировались перегрев масла, обрывы шпилек крепления цилиндров и патрубков, разрушение обоймы роликового подшипника на главном шатуне. Отмечались случаи разрушения клапанов, растрескивания картера, сбои магнето. Один из ниболее существенных недостатков проявлялся после длительной работы – ослаблялся стык головки с гильзой цилиндра. Еще в январе 1930 года в Запорожье разработали новую головку цилиндра с ребром жесткости внизу (она работала как стяжка против ослабления стыка) и фланец крепления цилиндра по образцу мотора «Юпитер». Но основной новинкой стал главный шатун на подшипнике скольжения вместо роликового, его начали монтировать примерно в то же самое время. Это избавляло от импорта роликов из Авария У-2 с мотором М-11а, пилотировавшегося инструктором Гусевым, во время войсковых испытаний в Борисоглебске. Лето 1930 Германии и обещало увеличение ресурса, но потребовало переделки коленчатого вала. Вал решили изменить кардинально, введя клеммовое соединение по задней щеке. Такое решение, простое и эффективное, заимствовали с того же «Юпитера». Ранее вал соединялся по кривошипной шейке на шлицах – он был гораздо более трудоемким в изготовлении. Все новые элементы испытывались на опытных образцах. В итоге появилась модификация М-11Б. На ней соединили подшипники скольжения, новые головки цилиндров, изменные поршни, более жесткую главную крышку картера, ролик
Двигатели гражданских самолётов России Мотор М-11Б в качестве учебного пособия. 1931 на коромысле клапанного механизма и новый маслонасос. А вот доработанный коленчатый вал ввели не сразу. Первые серии М-11Б, изготовленные в апреле-мае 1931 года, выпускались со старым валом, на который надевали переходную втулку, – на новый не успели вовремя прибыть заготовки. Несколько таких моторов в августе того же года проходило контрольные стендовые испытания в НИИ ВВС; оценка была «неудовлетворительно». Чуть лучше ранние М-11Б показали себя при пробной эксплуатации в Борисоглебске. «Полноценный» М-11Б с переделанным коленчатым валом с новым носком и маслоотражателем продемонстрировал на испытаниях в Запорожье ресурс (1) 35 в 300 часов. На серию такой показатель распространить не рискнули, ограничив его 150 часами. Но по сравнению с М-11а это дало прирост почти вчетверо! Полностью весь комплекс нововведений внедрили к январю 1933 года. В сочетании с советским карбюратором К-11 (на базе «Зенита») этот вариант получил обозначение М-11В. Максимальную мощность, 110 л. с. при 1600 об/мин, он мог подддерживать не более пяти минут; даже на номинальную мощность накладывалось ограничение по времени – не более 30 минут при 1450 об/мин непрерывно. Большую часть пути следовало использовать режим наименьшего расхода топлива – при ­1330–1400 об/мин. (1) Мотор М-11В – рисунок из технического описания (2) Мотор М-11В. Продольный разрез (2)
36 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (2) (1) Первые пассажиры У-2. 1940 (2) Серийный учебный самолет У-2 (3) В полете учебнотренировочные самолеты У-2
Двигатели гражданских самолётов России 37 (3)
38 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) Моторист А. П. Ковалев готовит к полету М-11В на биплане У-2. 1935 (2) (2) Передняя часть фюзеляжа биплана У-2 с мотором М-11В; часть панелей снята, чтобы обеспечить доступ к агрегатам двигателя (3) Подготовка к запуску мотора М-11В на амфибии Ш-2. 1933 (1) (3) Вот как в одном из руководств описывался запуск этого двигателя: «...нужно убедиться, выключено ли зажигание, сделать предварительную заливку горючего. Заливку производят с одновременным проворачиванием винта..., дают поздний угол опережения зажигания и приступают к запуску. Если мотор не запустился, выключают магнето, провертывают винт, ставят его в положение наилучшей компрессии и повторяют запуск мотора. В случае перезаливки мотора нужно открыть дроссель полностью и провернуть винт четыре-пять раз в сторону, обратную его вращению для продувки цилиндров». Действительно, далеко не всегда М-11В (как и другие модификации этого двигателя) заводился сразу. Низкое качество продукции в значительной мере объяснялось низкой квалификацией работников завода. Только четверть рабочих имела стаж больше года, 62% инженерного состава относились к категории «практики и выдвиженцы», то есть самоучки без дипломов. Годом позже появился М-11Г. Он отличался от типа В главным шатуном, измененным комплектом поршневых
Двигатели гражданских самолётов России (4) Построение курсантов и инструкторов Петрозаводского аэроклуба Осоавиахима. Видны самолеты У-2 и Ш-2. 1 мая 1934 (5) Подготовка амфибии Ш-2 к полету. В. Б. Шавров – слева. Дальний Восток. Конец 1940-х колец и наличием привода к синхронизатору. Последнее объяснялось попытками использовать мотор на учебно-боевых самолетах с установкой синхронного, стреляющего через диск ометания винта, пулемета. Все комплектующие у М-11Г уже были советскими – подшипники, карбюратор, свечи и магнето БС-5П. Последнее, правда, являлось копией немецкого, и «БС» расшифровывалось как «Большая Сцинтилла». Для типа Г уже остановили ограничение по октановому числу топлива – не менее 59. Хотя техническое описание разрешало «как крайний заменитель – автомобильный бензин». М-11Г стал самым массовым вариантом знаменитого мотора – их выпустили более 15 000. Ресурс у этой модификации довели сначала до 250, потом до 300 и 400 часов. Двигателей требовалось так много, потому что нарастало производство У-2, а потом появились и другие типы самолетов под этот тип мотора. А еще их ставили на аэросани, глиссеры и только зародившиеся аппараты на воздушной подушке. С 1932 года на Таганрогском заводе № 31 стали строить амфибии Ш-2, тоже комплектовавшиеся двигателями М-11. Это был деревянный биплан с совсем маленьким нижним крылом, к которому крепились поддерживающие поплавки. Первый вариант своей «авиетки-лодки» В. Б. Шавров создал по заданию Осоавиахима под чехословацкий мотор NZ 85 (максимальной мощностью 100 л. с.). Строили её прямо в квартире одного из участников работы, В. Л. Корвин-Кербера, а затем спустили вниз с балкона по частям на веревках. Позже эта машина получила название Ш-1. Её усовершенствованный вариант, Ш-2, делали уже под М-11 по 39 (4) (5)
40 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Современная реплика самолета Ш-2 на авиасалоне в Жуковском заказу инспекции ГВФ. Она совершила первый полет 11 ноября, взлетев на колесах с Комендантского аэродрома в Ленинграде. Пилотировал амфибию летчик Б. В. Глаголев. Однако при первой посадке на воду при сильном волнении три дня спустя лодка получила повреждения, но не затонула. Самолет отремонтировали, и весной 1931 года он успешно прошел испытания, организованные НИИ ГВФ. Амфибия Шаврова получилась очень простой и дешевой – даже дешевле, чем У-2. На машину, сначала именовавшуюся АШ-2 (а военные пользовались обозначением А-1), поступили заказы от ВВС и ГВФ. Впоследствии Ш-2 служили в ВВС для обучения пилотов гидроавиации (в Школе морских летчиков в Ейске), а также как связные в районах, где имелось много рек и озер. Эти машины имелись также у авиации пограничных войск и Осоавиахима. Для Наркомата здравоохранения выпускали санитарный Ш-2, рассчитанный на перевозку одного больного на носилках и сопровождающего медицинского работника. Но большинство амфибий поступило в гражданскую авиацию. Они эксплуатировались на Урале, в Сибири, Карелии и на Дальнем Востоке. Выпуск Ш-2 в Таганроге прекратили
Двигатели гражданских самолётов России 41 (2) (1) (1) Лётчик А. Филиппов проверяет мотор М-11В на самолете Я-6 перед вылетом, Кировская область (2) Самолеты Я-6 во время перелета Москва – Иркутск. Август 1934 (3) Редкостный аппарат – самолет ЛК-1 («Фанера-1») в конце 1934 года; массовым этот самолет так и не стал. Серийные амфибии комплектовались моторами М-11Б и М-11В, которые уже в ходе ремонта затем меняли на М-11Г. С 1934 года с двигателями М-11В серийно строили еще один самолет – ­АИР-6 (Я-6) конструкции А. С. Яковлева. Их собирали на заводах № 23 и № 47 в Ленинграде. Это был подкосный моноплан смешанной конструкции с неубирающимся шасси. Главной особенностью его являлась закрытая кабина, рассчитанная на пилота и двух пассажиров. АИР-6 был прост по конструкции, дешев в производстве (цена не превышала 10 000 рублей) и эксплуатации. Два самолета экспорти- ровали в Монголию. Но выпустили АИР-6 сравнительно немного – 128 машин, из них два десятка – в санитарном исполнении. Причина этого, видимо, заключалась в том, что самолетом не заинтересовались военные. Он эксплуатировался только в ГВФ, ведомственной авиации и Осоавиахиме. Еще два серийных самолета, комплектовавшихся М-11, значительно менее известны. Первый из них – ЛК-1, он же НИАИ-1 и «Фанера-2». Последнее название связано с тем, что в деревянной конструкции широко применялась фанера, в том числе из нее делали трубы и профили. Машина имела необычную схему летающего крыла, кабина для пилота и двух пассажиров располагалась в его средней утолщенной части, перед ней монтировался двигатель. Этот экзотический аппарат, спроектированный В. Ф. Рентелем и А. И. Лисичкиным, вы могли увидеть в старом фильме «Семеро смелых», где зимовщики используют именно ЛК-1. Опытный образец «Фанеры» поднял в воздух летом 1933 года летчик А. Я. Иванов. (3)
42 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы ЕКАТЕРИНА МАТВЕЕВНА МЕДНИКОВА Лётчица, мировая рекордсменка по скорости и дальности полетов на различных моделях самолетов Эта машина проходила испытания в НИИ ВВС и НИИ ГВФ. В Ленинграде построили два десятка ЛК-1, эксплуатировавшихся в гражданской авиации. Второй малоизвестный самолет – САМ-5бис конструкции А. С. Москалёва. Это был деревянный подкосный одномоторный моноплан с неубирающимся шасси. Он мог перевозить летчика и четырех пассажиров. Опытный образец САМ-5бис изготовили в 1934 году. В следующем году его опробовал в НИИ ВВС и одобрил известный испытатель П. М. Стефановский. В 1936 году летчик Н. Д. Фиксон и механик А. С. Бузунов совершили на этой машине ряд показательных перелетов. САМ-5бис серийно строили в мастерских Воронежского авиационного техникума, в том числе в санитарном исполнении. Всего их сделали около тридцати. Моторы М-11Г выпускали в Запорожье до начала 1937 года, когда сдали дюжину последних экземпляров. Еще в ­1934-м в связи с освоением на заводе № 29 новых двигателей по лицензии фирмы «ГномРон» производство М-11 решили передать на новый завод № 16 в Воронеже. Его возводили сначала как самолетостроительный, но позже отдали моторостроителям. Там с 1935 года, на еще недостроенном предприятии, выпускали М-11Г. А их требовалось всё больше. Как ни был хорош У-2 для первоначального обучения, он уже плохо подходил для подготовки будущих летчиков-истребителей. Появилось новое поколение истребителей-монопланов, сильно отличающихся по характеристикам пилотирования от старого биплана. Для этого создали другие машины. Первой из них стал одноместный УТ-1. С весны 1935 года в конструкторском бюро А. С. Яковлева начали работу над проектом самолета АИР-14. Получился изящный компактный моноплан смешанной конструкции с неубирающимся шасси и открытой кабиной. Мотор М-11В был закрыт узким капотом – кольцом Тауненда. В конце года на опытном образце машины совершил первый полет Ю. И. Пионтковский. Затем построили второй опытный экземпляр, который 14 мая 1936 года на Центральном аэродроме в Москве продемонстрировали наркомам К. Е. Ворошилову и Г. К. Орджоникидзе. Самолет был значительно быстроходнее У-2 (максимальная скорость доходила до 249 км/ч), мог выполнять весь комплекс фигур высшего пилотажа, а кроме того, прост, дешев и экономичен в эксплуатации. Журналисты назвали АИР-14 «аэроклубным истребителем». Но стоит и честно сказать, что стоил он дороже старого поликарповского биплана – 35 000 рублей, а в пилотировании был строже. Впрочем, последнее сочли скорее плюсом, чем минусом – так получалось ближе к очень строгому И-16. Государственные испытания в НИИ ВВС Самолеты УТ-1 перед показом на воздушном параде в Тушино. Август 1937 закончились заключением «признан пригодным для тренировки в истребительных частях ВВС». Предполагалось, что каждый истребительный полк получит по одному тренировочному моноплану. С 1937 года новая машина под названием УТ-1 выпускалась ленинградским заводом № 47. Серийные экземпляры комплектовались моторами М-11Г. Для яковлевского моноплана предусматривались колесное, лыжное и поплавковое шасси. На поплавках пять раз побивали мировые рекорды для самолетов данного класса, причем трижды это делали женщины, В. С. Гризодубова и Е. М. Медникова. Достижения Медниковой зафиксировали не только как женские, но и как абсолютные рекорды. С 1938 года «утят» стали собирать также на заводе № 3 комбината № 150. УТ-1 построили много, но в учебных заведениях ВВС они не прижились. В строевых частях предпочитали использовать «утят» как «лошадки» для командиров. Дважды Герой Советского Союза В. И. Ра-
Двигатели гражданских самолётов России ков писал в своих мемуарах, сравнивая УТ-1 с У-2: «Он был комфортабельнее, отличался более тщательной отделкой и по внешнему виду походил на миниатюрный истребитель. Для его подготовки к полету требовалось меньше времени, чем уходило на дорогу от штаба до ангара. Собственно, он был всегда готов, как легковой автомобиль летом: вода, бензин и масло залиты, чтобы выехать, там нужно только нажать на стартер, а тут крутить винт». Зато летчики-спортсмены Осоавиахима использовали УТ-1 очень успешно. Ни один воздушный праздник в те годы не обходился без каскада фигур высшего пилотажа, выполнявшихся на этой машине. Фактически это был первый отечественный специальный пилотажный самолет. До появления новых акробатических монопланов, созданных значительно позже под руководством А. С. Яковлева, в СССР не имелось машин, равных по пилотажным качествам верткому маневренному «утёнку». Значительное количество УТ-1 дожило до начала Великой Отечественной войны. В начале 1942 года в Моздоке около полусотни самолетов переделали в легкие штурмовики УТ-1б, вооруженные пулеметами и реактивными снарядами РС-82. Ими укомплектовали два полка ВВС Черноморского флота – 23-й и 46-й. Они участвовали в обороне Кавказа до октября 1942-го. Более удачно сложилась судьба двухместного УТ-2, создававшегося практически параллельно с УТ-1. Все началось с проекта АИР-10, выполненного в 1935 году. Этот моноплан смешанной конструкции был построен и дважды занимал призовые места в состязаниях легких самолетов, проводившихся в ­1935-м и 1936-м годах. АИР-10 испытывали в НИИ ВВС, где рекомендовали увеличить запас прочности и уменьшить посадочную скорость, предусмотрев закрылки. Ответом стали два варианта УТ-2 с разными моторами: отечественным М-11Е и французским «Рено» 4Р. Яковлев считал, что мощности М-11Г будет недостаточно. Поэтому он использовал Мотор М-11Е на самолете УТ-1 Учебный самолетмоноплан УТ-2 с мотором М-11Д 43
44 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Самолеты УТ-2 на аэродроме летной школы разработанный в Воронеже под руководством ­перешедшего туда в качестве главного конструктора А. С. Назарова М-11Е. Его форсировали по оборотам и степени сжатия, получив максимальную мощность 160 л. с. и номинальную 150 л. с. Такие двигатели смонтировали на нескольких УТ-1. Летчик Дымов выиграл на одной из этих машин Кубок ЦК ВЛКСМ. Другой «утенок» с М-11Е в октябре 1937 года прошел испытания в НИИ ВВС. Увеличение тяги обеспечило прирост скорости примерно в 15 км/ч, потолка – на 2000 м. Двигатель той же модификации попробовали и на УТ-2. Вариант самолета с М-11Е оказался лучше, чем с «рено» в 140 л. с. К сожалению, надежность мотора оказалась недостаточной. Кроме того, увеличение степени сжатия подняло требования к применяемому бензину – это тоже сочли недостатком. В результате выпустили лишь небольшую серию М-11Е. Серийное производство УТ-2 развернули сначала на двух заводах, потом еще на двух с М-11Г. В 1941 году самолет модернизировали, развернув консоли крыла немного назад и приподняв их концы, добились значиСамолет УТ-2М с мотором М-11Д. 1945 тельного улучшения устойчивости. Кроме того, конструкторы доработали хвостовое оперение и изменили элероны. Усовершенствованный УТ-2М прощал даже грубые ошибки курсантов и очень неохотно входил в штопор. Эти машины строили серийно до 1948 года, причем в годы войны – и на территории Китая, на заводе № 600 в Урумчи. М-11Г являлся для завода № 16 основным типом двигателя в 1937–1939 годах. В это время его модернизировали – изменили носок коленчатого вала и переднюю часть картера, закрыли клапаны коробками и ввели чехлы тяг. Соединение головки и гильзы цилиндра усилили кольцомконтр­гайкой. Уже к концу 1936 года выпуск моторов в Воронеже превысил прежние достижения Запорожья. Двигателей требовалось всё больше – расширялась сеть школ ВВС, развивались аэроклубы Осоавиахима, все больше самолетов шло в гражданскую и ведомственную авиацию. По-прежнему лидером по массовости являлся У-2, тысячами изготовлявшийся несколькими предприятиями. Росло количество его модификаций. В частности, в ГВФ нашел применение СП с тремя кабинами – для летчика и двух пассажиров. Для санитарной авиации делали С-1, рассчитанный на перевозку одного лежачего больного в отсеке за задней кабиной. В 1939 году в Воронеже опять взялись за модернизацию двигателя и выпустили первые опытные образцы М-11Д, форсированного по оборотам и снабженного усовершенствованным карбюратором К-11А. При номинальной мощности 115 л. с. максимальная дошла до 125 л. с., при этом вес держался почти в прежних пределах – 158 кг. Ресурс установили в 600 часов – в этом отношении М-11Д тогда являлся лучшим советским авиационным двигателем. При этом мотор сохранял возможность работы на дешевом горючем с минимальным октановым числом 59. В 1940 году в связи с освоением на заводе № 16 выпуска двигателей М-105, ставившихся на боевые самолеты, производство М-11 передали на завод № 154 там же, в Воронеже, первоначально считавшийся филиалом. Это был бывший завод «Триер», выпускавший когда-то именно
Двигатели гражданских самолётов России 45 (1) (2) (1) Продольный разрез мотора М-11Д (упрощенный вариант военного времени) триеры – зерноочистительные машины. Потом его загрузили выпуском дизелей для небольших судов и, наконец, сделали в июле 1940 года авиамоторным в качестве филиала завода № 16. Предприятие начало с выпуска М-11Д. В декабре 1940-го там появилось собственное конструкторское бюро под руководством М. В. Коссова. С 3 марта 1941 года завод приобрел самостоятельность, а бюро – официальный статус. Коссов начал проектирование модификации М-11Ф с максимальной мощностью 145 л. с. У него подняли степень сжатия (но не так сильно, как у М-11Е – до 5,45), расширили диффузор карбюратора, усилили ряд деталей клапанного механизма. Однако до начала войны изготовили лишь несколько образцов новой модификации. Зато быстро наращивали выпуск М-11Д. За первый квартал 1941 года их сделали 413, за второй – 736. Такими моторами комплектовали, например санитарные самолеты С-2: от более ранних С-1 они отличались также формой гаргрота над местом больного. В 1940 году на У-2 стали внедрять кабину Филатова – короб, монтировавшийся в задней части фюзеляжа; в нём умещались двое раненых. Машины с ней именовались С-3. Кабины изготавливали отдельно и монтировали на бипланах, выпущенных ранее. Затем началась война с Германией. Потребности ВВС в новых самолетах (2) Мотор М-11Д в упрощенном исполнении военных лет и двигателях для них резко возросли. За третий квартал и девять дней четвертого на заводе № 154 собрали 1123 мотора. Но потом помешало быстрое продвижение немцев – Воронеж оказался под угрозой. 12 октября на восток ушел первый эшелон с оборудованием. Путь предстоял дальний – в Среднюю Азию. Сначала предприятие намеревались эвакуировать в Ташкент, но потом отправили еще дальше – в Андижан. Станки стали монтировать в амбарах хлопкозавода № 2 – сараях из кирпича-сырца. Никто не думал, что там придется целыми днями работать людям – темно и душно. Кроме того, эвакуированным отдали здание тарной фабрики, но и там трудиться оказалось нелегко. Но выбирать
46 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (2) (1) Двигатель М-11Д на самолете У-2 из коллекции Музея ВВС России в Монино (2) Амбары для хранения хлопка, в которых разместили завод № 154 в Андижане было не из чего. 14 декабря закончили сборку первого двигателя, а всего в декабре завод № 154 выпустил 34 мотора, используя задел деталей, привезенных из Воронежа. В целом, производство за год по сравнению с 1940 годом упало примерно на треть. С февраля 1942 года начали сдавать двигатели, полностью изготовленные в Средней Азии. Нехватка оборудования, квалифицированных рабочих и неприспособленность производственных помещений привели к резкому удорожанию продукции. М-11Д, сделанный в Андижане, обходился в полтора раза дороже воронежского «собрата». А моторов требовалось всё больше: с осени 1941 года У-2 стал применяться на фронте не только как самолет связи, но и как легкий бомбардировщик. С ноября приступили к формированию полков легких ночных бомбардировщиков, большая часть из которых получила учебные машины, изъятые из школ и аэроклубов. Первоначально машины вооружали кустарно, но с начала 1942 года появились специальные У-2ЛНБ, строившиеся несколькими заводами. Они могли нести до 350 кг бомб и оснащались одним или двумя 7,62-мм пулеметами. Иногда вместо бомб использовали реактивные снаряды или «огненные мешки» (особые зажигательные боеприпасы). В последнем случае в фюзеляже устанавливалась вну-
Двигатели гражданских самолётов России тренняя кассета; этот вариант именовался ВОМ-1. Часть бомбардировщиков получила пламегасители и посадочные фары. Под этот стандарт дорабатывали и самолеты других модификаций. Делали и подобные У-2 с оборонительным вооружением, но без бомбодержателей; они предназначались для подразделений связи. Ни один самолет не мог сравниться с У-2 по неприхотливости в отношении посадочных площадок, и этим широко пользовались. Часто они летали в тыл врага, снабжая партизан и диверсионно-разведывательные группы. Для вывоза раненых с передовой активно использовали машины типов С-1, С-2 и С-3, к которым с лета 1941 года добавились с подкрыльными кассетами Г. И. Бакшаева (в каждой размещался один человек) и А. Я. Щербакова (на двух сидящих). С начала 1942 года строили У-2С на базе У-2СП, в нем два пассажира располагались сидя и один – лёжа. В годы войны У-2 разных модификаций строили четыре завода. Моторов М-11 на фронте постоянно не хватало. Летали очень интенсивно, двигатели быстро изнашивались. Самой типичной поломкой считали срез шпилек крепления коробки газораспределения. Причиной этого было снашивание буртика на картере. Народные умельцы научились бороться с этим, засовывая внутрь прокладку из фольги. Каждые 100 часов полагалось снимать мотор с самолета, отсоединять все 47 (2) (1) (1) Цилиндр, его головка и поршень на моторе М-11Д (3) Эвакуация раненых с передовой на самолете С-1 (2) Своеобразный привод механизма газораспределения – отличительная черта М-11 всех модификаций (3)
48 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) Мотор М-11Д на выставке, организованной Политехническим музеем в Москве (1) (2) Мотор М-11Ф цилиндры, производить притирку клапанов, проверку поршневых колец и очистку от нагара. Но это означало поставить У-2 на стоянку на день, а то и два. Вместо этого процедуру растягивали частями на три-четыре дня, работая по два-три часа в перерывах между полетами. Подобную операцию проделывали и с двигателями, еще не отработавшими 100 часов. Частичная переборка добавляла к ресурсу 100-200 часов. Особенный эффект это давало для новых М-11Д или прошедших всего один ремонт. Чтобы удовлетворить растущие запросы военных, НКАП превратил в авиамоторный Московский завод № 41, ранее изготовлявший оснастку и различные приспособления. С конца лета 1942 года там начали собирать М-11Д. На этом предприятии имелось свое конструкторское бюро, которым руководил И. А. Мужилов. Таким образом, возникла возможность появления двух параллельных ветвей эволюции М-11. На первом плане стояло наращивание серийного выпуска. Для этого в 1943 году М-11Д подвергли значительному упрощению с целью удешевления и ускорения производства – изменили конструкцию головок цилиндров, коленчатого вала, комплектацию агрегатами. Сняли пневмопуск; теперь двигатель опять заводили по старинке – механик, дергай за винт! Одновременно Коссов продолжал работу по М-11Ф. В 1942 году образцы этой модификации прошли 400-часовые заводские испытания. После этого М-11Ф выставили на государственные, но до намеченных 500 часов ресурса добраться не смогли – треснула головка одного из цилиндров. Но и 400 часов по тем временам – это было очень неплохо. На войне самолеты жили недолго, интенсивная экс- (2)
Двигатели гражданских самолётов России (3) плуатация и боевые повреждения быстро приводили их в негодность. С октября 1942 года М-11Ф внедрили в серийное производство. Их делали параллельно с М-11Д, но в существенно меньших количествах. Всего в Андижане собрали от 400 до 500 моторов типа Ф. Надежность серийных М-11Ф оставляла желать лучшего. В эксплуатации отмечали появление трещин на головках цилин- дров, обрывы носка коленчатого вала. Но заявленную мощность 145 л. с. мотор исправно выдавал, более того, в строевых частях ВВС его дополнительно форсировали по оборотам, меняя регулировку карбюратора. После того, как конструкторы усилили межклапанную перемычку головки, в 1943 году два М-11Ф прошли программу государственных испытаний, правда, с ресурсом всего в 200 часов. 49 НКАП же примерно в это время потребовал создать модификацию М-11ФБ с ресурсом 1000 часов! Двигатели М-11Ф использовали на транспортных самолетах Як-6, запущенных в серийное производство в конце 1942 года на трех заводах – в Чкалове, Долгопрудном и Шумерли. Эту машину первоначально проектировали как ночной ближний бомбардировщик НББ – двухмоторный деревянный свободнонесущий моноплан с закрытой кабиной и убирающимся шасси. Но испытания показали, что НББ не дает существенных выгод по сравнению с уже имеющимися У-2ЛНБ и Р-5. Позже его переделали в транспортный самолет, отказавшись от уборки шасси и вооружения. В фюзеляже размещались четыре пассажира и 130 кг груза, экипаж состоял из двух человек. Первый полет опытного образца в транспортном варианте состоялся 19 августа 1942 года. С начала 1943 года серийные Як-6 поступали в транспортные полки на фронте. В частности, их использовали при снабжении войск в окружении под Демянском. Но там их было немного – новую машину сочли неэффективной. (3) Легкий ночной бомбардировщик У-2ЛНБ (4) У-2, переделанный в «лимузин» с закрытой кабиной (4)
50 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Она была существенно дороже, чем У-2, сложнее в эксплуатации и требовала взлетно-посадочных площадок больших размеров. Зато много самолетов стали штабными и связными в частях ВВС. Командирам было куда комфортнее в закрытом салоне, чем в продуваемой ветром кабине У-2. Например, один Як-6 имел французский полк «Нормандия-Неман». Однако в целом машина вызывала много нареканий (в частности, и за счет М-11Ф), и в 1943 году ее производство прекратили. На другом двухмоторном транспортном самолете, Ще-2 конструкции А. Я. Щербакова, использовали проверенные М-11Д. Это был деревянный подкосный моноплан с двухкилевым оперением и неубирающимся шасси, использовавший отдельные узлы от самолетов У-2, Ил-2 и Ла-5. Ще-2 мог перевозить девять десантников с полным снаряжением или 1000 кг груза. Опытный ТС-1, ставший его прототипом, поднялся в воздух в феврале 1942 года. С лета 1944-го по лето ­1946-го на заводе в Чкалове собрали более 500 машин. Они применялись на фронте как грузовые и санитарные, в тылу – как учебные и даже поставлялись польским ВВС. Транспортный самолет Ще-2 с двумя моторами М-11Д Производство М-11Д продолжалось до 1947 года. За это время заменили бензонасос, магнето, усилили коленчатый вал и доработали картер. Литье головки цилиндра в земляные формы было вытеснено отливкой в кокиль – разъемную металлическую форму, использовавшуюся многократно. Это позволило ускорить и удешевить технологию, а также повысить плотность, а, стало быть, и прочность изделия. Кроме того, таким способом смогли уменьшить зазоры между ребрами, увеличив общую площадь оребрения. Хотя основные усилия заводов в Москве и Андижане сосредотачивались на наращивании выпуска М-11Д, конструкторы продолжали работу по наращиванию мощности двигателя. В 1943 году Коссов сочетал элементы конструкции опытного двигателя М-12 (200 л. с.) с цилиндро-поршневой группой от М-11Д и носком вала под винт изменяемого шага. Результатом стал мотор М-11ФР (первый с этим названием) с максимальной мощностью 160 л. с. Сменивший Коссова в качестве главы конструкторского бюро завода № 154 Е. В. Урмин сделал значительно дальше ушедшую от М-11Д модификацию М-11Я (позже переименованную тоже в М-12). Но она оказалась неудачна: на испытаниях выявились неудовлетворительная работа поршневой группы, разрушение подшипников шатунов и постоянные утечки масла. В Москве И. А. Мужилов начал с модернизации М-11Ф, оснастив его новой коробкой приводов. В мае 1943 года этот вариант, названный М-11М, успешно прошел 300-часовые совместные испытания, а в следующем году испытывался на двух опытных самолетах А. С. Яковлева. Но тип М был рассчитан на применение винта фиксированного шага, а представители ВВС считали, что это уже вчерашний день. В ответ Мужилов предложил им М-11ФМ. Партию из десяти таких двигателей изготовили в апреле 1944 года. На М-11ФМ предусмотрели регулятор под пропеллер изменяемого шага, а заодно изменили заднюю крышку картера, ввели карбюратор К-11ФМ, электрогенератор ГС-10-350 и компрессор АК-50, зажигание сделали экранированным. В мае 1944-го первый экземпляр на заводских испытаниях отработал 300 часов. В том же году он поднялся в воздух на опытном самолете Як-8. Весной 1946 года мощность двигателя довели до 200 л. с., но за счет увеличения сжатия до 6,2 и применения более качественного бензина; вес его дошел до 190 кг. Однако М-11ФМ в серию не запустили, изготовив всего несколько десятков экземпляров. В мае 1944 года конструкторское бюро из Андижана перевели в Москву и объединили с бюро завода № 41. Главным конструктором стал Е. В. Урмин. Конструкторы продолжили совершенствование М-11Ф. В результате в начале 1946 года появился М-11ФР-1 максимальной мощностью 160 л. с. В нём использовали элементы коссовского М-12 и серийного М-11Д. Модификация отличалась носком коленчатого вала
Двигатели гражданских самолётов России 51 Второй опытный образец учебного самолета Як-18; мотор М-11ФР-1 частично раскапотирован под винт изменяемого шага. М-11ФР-1 имел компрессор, экранированную систему зажигания, вакуум-насос, электрогенератор и пневмопуск. Последнее позволило, наконец, отказаться от привычного запуска мотора от руки. Степень сжатия была меньше, чем у М-11ФМ – 5,5; соответственно ниже были требования к качеству топлива. Вес тоже был «скромнее» – 180 кг. В сентябре 1946 года мотор прошел государственные испытания. Он серийно выпускался с середины 1947-го. К этому времени «у руля» опять оказался Мужилов, назначенный главным конструктором в апреле 1946 года. М-11ФР-1 осваивали практически параллельно три завода: № 41 в Москве, № 154, возвращенный после окончания войны из Андижана в Воронеж, и № 478, организованный в цехах эвакуированного в Сибирь Запорожского завода № 29. Но в Москве эти моторы делали недолго, выпустив всего 27 штук. В том же году это предприятие переориентировали на реактивную технику, и выпуск поршневых двигателей там прекратили. Мотор М-11ФР-1 использовали на новом самолете А. С. Яковлева. Як-14 представлял собой подкосный моноплан смешанной конструкции с верхним расположением крыла, неубирающимся шасси и закрытой кабиной. В последней размещался летчик и два-три пассажира. Государственные испытания в июне 1945 года машина проходила с двигателем М-11ФМ. С марта 1946 года Як-14 стали строить серийно на заводе № 464 в Долгопрудном под названием Як-10. Кроме основного варианта – самолета связи, делали также учебный с двойным управлением и санитарный. Но М-11ФМ имелось немного, и вместо него в том же 1946 году на Як-10 стали ставить М-11ФР-1. В октябре 1947 года сделали первый Як-12. Двигатель на нём остался тот же, но планер немного облегчили и уменьшили площадь крыла. Полезная нагрузка уменьшилась с 350 кг до 264 кг. Третьего пассажира не получалось взять даже в перегрузку. Зато это, и еще введение предкрылков, обеспечило существенное улучшение взлетно-посадочных качеств. Разбег на взлете ограничился 60 м, а пробег на посадке – 45 м (у Як-10 было соот-
52 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (2) (1) Мотор М-11ФР перед государственными испытаниями. 1947 ветственно 260 м и 125 м). Як-12 серийно выпускали в 1948–1950 годах. Часть этих самолетов собирали в сельскохозяйственном и санитарном вариантах. Як-10 и Як-12 эксплуатировались в ВВС как связные и в ГВФ на местных линиях. Первый опытный образец нового учебного самолета Як-18 тоже сначала летал с М-11ФМ. Заводские испытания его завершились 29 мая 1946 года. Второй экземпляр уже укомплектовали М-11ФР-1. Он и стал образцом для серийного производства, начатого в конце 1947 года на заводах в Ленинграде и Харькове, а в следующем году еще и в Семёновке (ныне Арсеньеве). Новые машины постепенно вытесняли из летных училищ УТ-2. В конце 1948 года на Як-18 внедрили моторы новой модификации М-11ФР. Этот вариант двигателя возник в Запорожье, где с 1947 года собирали М-11ФР-1. Но местных конструкторов во главе с А. Г. Ивченко присланные из Москвы чертежи не удовлетворили. Еще в 1946 году они предложили свой путь модернизации «старичка» М-11. Результатом стал М-11ФР. По сравнению с типом ФР-1 карбюратор К-11БФ заменили на К-13БП, изменили некоторые детали и узлы. В ком- (3) плектацию мотора вошли регулятор оборотов Р-2, электрогенератор, компрессор, вакуум-насос и пневмопуск. Максимальная мощность осталась прежней – 160 л. с. Первый образец М-11ФР изготовили в октябре 1946 года, а месяц спустя его выставили на государственные испытания. Но запорожцев сначала постигла неудача. Поршни трескались, выхлопные клапаны обрывались. Отмечались разрушения ко- (2) Головной серийный экземпляр Як-18 с двигателем М-11ФР-1, изготовленный в Харькове. Сентябрь 1947 (3) Будущий космонавт Ю. А. Гагарин возле Як-18 в аэроклубе ренных подшипников и привода бензонасоса. Доводка двигателя продолжалась до апреля 1947 года, когда рубеж государ-
Двигатели гражданских самолётов России ственных испытаний наконец-то преодолели. С четвертого квартала 1948 года М-11ФР запустили в серию вместо ФР-1. В следующем году этот тип стали собирать и в Воронеже. На серийных двигателях устанавливали карбюраторы К-11БП. Наращивание выпуска М-11ФР позволило делать Як-18 в массовых количествах. На них тогда учились все летчики ВВС. С 1953 года эти машины поступили в аэроклубы и учебные центры ДОСААФ. На таком самолете учился в аэроклубе будущий космонавт Ю. А. Гагарин. На различных воздушных праздниках демонстрировали на Як-18 одиночный и групповой пилотаж. Так, в 1949 году впервые в Тушино показали выполнение фигур в строю из 24 самолетов. На этой 53 (5) (4) машине установили 9 мировых и 14 всесоюзных рекордов. Например, в сентябре 1949 года А. И. Бодрягина побила рекорд скорости, достигнув 262,8 км/ч. За это достижение ФАИ удостоила летчицу медали Луи Блерио. (4) Снятие носка картера с двигателя М-11ФР (5) Капотирование мотора на Як-18 (6) Самолет Як-18 в Музее техники Вадима Задорожного (6)
54 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Подготовка Як-18 к полету
Двигатели гражданских самолётов России 55
56 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Послевоенный санитарный По-2 в полете
Двигатели гражданских самолётов России Производство М-11Д прекратили в СССР в 1947 году. Моторы этой модификации ставили на бипланы У-2, выпуск которых продолжался. Впрочем, это были уже не У-2, а По-2 – самолет переименовали в 1944 году в честь конструктора – Н. Н. Поликарпова. Военных эти машины уже не интересовали, и вся продукция поступала в ГВФ и ДОСААФ. В производстве находился По-2 – учебный и легкий транспортный, По-2А – сельскохозяйственный и По-2С – санитарный. Существовал также По-2Л с закрытой кабиной на двух пассажиров. Эти варианты собирали до конца 1949 года. По-2 разных моделей поставляли в Польшу, Чехословакию, Венгрию, Румынию и Болгарию. В сентябре 1947 года документацию на М-11Д передали Польше, где в 1948 году наладили выпуск этих двигателей. Там ими комплектовали местные модификации По-2, изготавливавшиеся в Мельце до 1955 года, – CSS-13 и S-13. Для продолжавших эксплуатироваться По-2 мотор М-11ФР был избыточно мощен. Для этих бипланов воронежцы предложили М-11К с максимальной мощностью 125 л. с. (ограниченной двумя минутами). За основу взяли М-11Д, по сравнению с которым несколько изменили коленчатый вал, переднюю крышку картера и цилиндры. Тип К выпускался в Воронеже серийно с января 1948 года; с третьей серии на моторах этой модификации ввели пневмопуск, позаимствованный от М-11ФР. Ресурс этого варианта определялся в 500 часов. Следующим шагом в этой линии стал М-11Л. Внесенные в него изменения в основном преследовали цель повышения надежности и увеличения ресурса до 600 часов. Нарастили площадь оребрения головок (хотя мощность не изменилась), ввели усиленные клапанные пружины. Ряд деталей взяли от М-11ФР. Зажигание сделали экранированным, в комплектацию включили электрогенератор. Заводские испытания М-11Л успешно прошли в 1948 году, а годом позже 57 Продольный разрез мотора М-11К его ресурс довели до 900 часов – ранее невиданной для советских моторостроителей цифры! Это вполне оправдывало запуск М-11Л в массовое производство. В 1950 году в Воронеже таких двигателей уже делали больше, чем ФР (соответственно, 1280 и 965 штук). Но уже годом позже из Москвы поступило распоряжение прекратить выпуск типа Л, оставив только ФР. Время легендарного По-2 уходило... И вообще, потребность в поршневых двигателях постепенно сокращалась. Завод № 478 снял М-11ФР с производства фактически еще в конце 1949 года, в начале следующего года там сдали три последних мотора. В Воронеже план урезали примерно вдвое. Однако до 1955 года это предприятие делало примерно по 1200–1300 М-11ФР в год. Далее выпуск стабильно снижался. При этом производство учебного самолета Як-18У (это вариант Як-18 с (трехколесным шасси) с этим двигателем продолжалось до осени 1957 года. Далее поставки только обеспечивали замену изношенных моторов. Последние 26 штук сдали в 1959 году.
58 (1) ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы
Двигатели гражданских самолётов России (1) Мотор М-11ФР в Музее техники Вадима Задорожного в Архангельском под Москвой (2) Раскапотированный двигатель М-11ФР на самолете Як-18У 59 (2) (3) Як-18 на аэродроме Боровое под Минском В начале 50-х годов документацию на М-11ФР передали Китаю. Один из китайских заводов выпускал их около десяти лет. Эти моторы устанавливались на учебных самолетах CJ-5, строившихся в Нанчане с 1954 по 1958 год. Это была китайская копия Як-18. М-11 стал мотором-долгожителем. Он находился в серийном производстве в СССР 30 лет, за этот период сделали около 75 000 экземпляров! Вот вам и «посредственный» двигатель... (3)
60 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Аркадий Сергеевич Назаров (1899–1987) Аркадий Сергеевич Назаров родился 9 марта 1899 года в селе Нижняя Оторма в Тамбовской губернии. Его отец служил на винокуренном заводе. После окончания трех классов сельской школы мальчика отвезли в Моршанск и отдали в реальное училище, которое он закончил с золотой медалью. В 1918 году Назаров поступил в МВТУ, но из-за финансовых проблем учебу пришлось бросить и вернуться домой. В апреле 1919-го он вступил добровольцем в Красную армию. Служил пулеметчиком, а затем попал в 31-й авиаотряд. (1) Осенью 1920 года Назарова откомандировали на учебу в Московский авиатехникум, который потом превратился в Институт инженеров Красного воздушного флота, а затем в Военно-воздушную академию. На старших курсах параллельно с учебой он руководил Комитетом по легкомоторной авиации ОДВФ. После окончания академии в 1925 году молодой инженер работал в летной школе в Каче, а затем был переведен в Управление ВВС. Там он занимался контролем за выполнением заказов и ходом опытно-конструкторских работ по новым двигателям. Восполняя нехватку инженеров в оборонных отраслях промышленности, наркомат по военным и морским делам согласился откомандировать туда своих специалистов. В их число вошел и Назаров. Он попал во Всесоюзное авиастроительное объединение (ВАО), где стал сначала старшим инженером, а затем начальником подотдела моторного отдела. 6 июля 1930 года Назарова назначили начальником опытно-конструкторского отдела при заводе № 29 в Запорожье, потом преобразованного в конструкторское бюро. Там он принял активное участие в доводке и совершенствовании моторов М-11 и М-22. На базе последнего под его руководством проектировали и построили двигатель М-22У, позже переименованный в М-58. В июне 1936 года работы по нему прекратили в связи с успешным освоением производства М-25 – американского «Циклона». В это время у Назарова возник серьезный конфликт с подчиненными и его перевели на должность главного конструктора завода № 16 в Воронеже. Но проработал он там недолго: в ходе «большой чистки» конструктора объявили «вредителем». На лесоповал Назаров, однако, не попал. Применение его знаниям чекисты нашли в тюремном конструкторском бюро на заводе № 82 в Тушино, которым руководил Ф. Я. Тулупов. Коллегами по работе за решеткой стали А. Д. Чаромский, Б. С. Стечкин и В. П. Глушко. В Тушино разработали дизель М-30, серийно выпускавшийся с 1941 года; после модернизации он стал называться АЧ-30Б. Осенью 1941-го вместе со всей «шарагой» Назаров отправился в эвакуацию в Казань. В организациях Спецтехотдела НКВД (потом МВД) он пребывал до освобождения в 1947 году. Потом Назаров работал в разных местах до 1970 года. Реабилитировали его только в 1956-м. Умер конструктор в Москве в 1987 году. Единственной его наградой за все годы упорного труда был орден Красной Звезды. (2) (1) М-58МН на самолете УТИ-3 (двухместном И-16) (2) М-58Н на самолете УТИ-3 (двухместном И-16)
Двигатели гражданских самолётов России Анатолий Алексеевич Бессонов (1892–1983) Родился в 1892 году в небольшом городке Зайсан в Томской губернии. Для получения высшего образования он поступил в Политехнический институт в Санкт-Петербурге. Там Бессонов учился на механическом отделении, а затем выбрал машиностроительную специализацию, а конкретно – тепловую группу, в которую попал вместе с известным впоследствии авиаконструктором Н. Н. Поликарповым. Диплом был защищен в 1915 году, когда Петербург уже стал Петроградом. В 1922 году молодой инженер поступил на московский авиамоторный завод ГАЗ-2 «Икар». На этом предприятии он принял участие в освоении производства двигателя М-5, представлявшего собой советский вариант американского «Либерти». Этот авиамотор потом несколько лет являлся самым массовым в нашей стране и выпускался до 1930 года. В 1923-1924 годах Бессонов по заданию Управления ВВС спроектировал небольшой двигатель АБ-20 мощностью 20 л. с., обозначенный военными М-7. Это был двухцилиндроввый двухтактный мотор с оконно-щелевым газораспределением. Изготовление его опытного образца начали в мае 1924 года, 11 ноября продемонстрировали комиссии УВВС, а затем поставили на стендовые испытания, шедшие до середины 1925 года. Больше 15 л. с. получить реально не смогли. В серию М-7 не запустили, а опытный образец сдали в Военно-Воздушную академию как учебное пособие. С 1925 года Бессонов руководил конструированием 18-цилиндрового W-образ- ного двигателя, использовавшего блоки, выполненные по типу американского мотора Кертис D.12. На его основе потом создали однорядный 6-цилиндровый и V-образный 12-цилиндровый варианты. Военные заинтересовались только 18-цилиндровым и присвоили ему обозначение М-14. Но в декабре 1925 года Авиатрест из-за сокращения финансирования вычеркнул его из плана. Однако ГАЗ-2 продолжил работы на свои средства. Результатом стали двигатели V12 и W18. На самом деле второй сделали первым — он испытывался с мая 1928 года, а 12-цилиндровый — с октября того же года. Позже они стали основой для моторов М-27 (830 л. с.) и М-19 (605 л. с.). Они были построены и испытаны, но в серийное производство не запускались. К этому времени Бессонов стал начальником конструкторского отдела объединенного завода № 24. Параллельно он занимался звездообразными двигателями М-15 и М-26. Но в серийное производство их запустили уже без конструктора, арестованного в декабре 1929 года. Как и многие инженеры старой школы, он попал в тюрьму по «делу Промпартии». Чекисты быстро нашли, куда пристроить талантливого специалиста. Уже с января 1930 года он работал в особом техническом отделе Экономического управления ОГПУ. Эта «шарага», конструкторское бюро из инженеров-заключенных, размещалась на том же самом заводе № 24. Там Бессонов участвовал в создании семейства Х-образных двигателей ФЭД («Феликс Эдмундович Дзержинский» – вполне чекистское название). Соавторами его являлись Л. Б. Эдельштейн, М. Г. Бортников и С. С. Баландин. В проекте использовали узлы и детали от М-27. 18 марта 1931 года Бессонов получил приговор. Суда не было – документы просто пропустили через коллегию ОГПУ. А 30 апреля конструктора досрочно освободили; именно в это время мотор ФЭД-3 выставили на испытания в НИИ ВВС, где он выдал 1170 л. с. вместо 1050 л. с. по проекту. После освобождения Бессонов несколько лет работал на заводе № 24, перейдя в 1934 году на работу в ЦИАМ. Там 61 он с 1935 года занимал пост главного конструктора. В 1935-1936 годах под его руководством создавался и доводился мотор ММ-1 (300 л. с.), имевший новую для нашей страны схему — перевернутый рядный воздушного охлаждения. Был спроектирован и более мощный ММ-2 (450 л. с.). Но после приобретения лицензии от фирмы «Рено» интерес к подобным отечественным конструкциям пропал. С 1939 года Бессонов возглавлял в ЦИАМ работу по огромному 36-цилиндровому мотору М-300, имевшему схему «звезды блоков» и редуктор, расчитанный на использование коаксиальных винтов противовращения. На этом «чудовище» в полторы тонны весом рассчитывали дойти до мощности 3500 л. с. Один из двух опытных образцов М-300 начали испытывать в 1941 году, но остановились из-за поломки шатуна. Работу прекратили изза эвакуации в октябре 1941-го. В начале следующего года двигатель официально исключили из плана института. Далее Бессонов вплоть до ухода на пенсию занимался научной работой. Скончался он в Москве в 1983 году. Труд конструктора был отмечен орденом Красной звезды и несколькими медалями.
62 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Гражданские случайно М-15 и М-26 Не избалованная вниманием промышленности, советская гражданская авиация готова была брать любые моторы, которые ей предлагали. Вот так её руководство согласилось взять М-15 и М-26, от которых отказались ВВС. Мотор М-15 Моторы М-15 и М-26 попали в гражданскую авиацию фактически случайно. Всё началось в 1926 года, когда Управление ВВС РККА выдало задание на разработку девятицилиндрового мотора воздушного охлаждения М-15, предназначавшегося для истребителей. Требовали максимальную мощность 600 л. с. при номинальной 500 л. с. при весе сухого 420 кг. За прототип хотели взять американский двигатель «Пратт-Уитни» «Хорнет». М-15 начали проектировать в октябре 1926 года на московском заводе ГАЗ-2 «Икар». Работой руководили А. А. Бессонов и А. П. Островский. Они выбрали классическую схему звездообразной «девятки». Копией «Хорнета» М-15 не стал: в нем было немало оригинальных конструкторских решений. В частности, все прицепные шатуны сделали одной длины при одинаковых радиусах проушин главного шатуна. Одинаковую величину хода поршня во всех цилиндрах при этом обеспечили разной высотой установки фланца цилиндра относительно картера. От «Хорнета» в основном заимствовали конструкцию цилиндра и его головки. Работе препятствовали несколько реорганизаций, прошедших в последующее время. Сначала создание ГАЗ-2 «Икар» и ГАЗ-4 «Мотор» слили в одно предприятие, сперва получившее необычное название «Объединенный завод № 2 и № 4», а в марте 1927 года ставшее заводом № 24. При нём создали опытный моторный отдел, за который сразу завязалась борьба между дирекцией предприятия и руководством Авиатреста: первая считала, что отдел должен обслуживать нужды завода, а второе –
Двигатели гражданских самолётов России Основные данные М-15 М-26 Количество цилиндров 9 7 Компоновка звездообразный звездообразный Охлаждение воздушное воздушное Нагнетатель односкоростной ПЦН односкоростной ПЦН Редуктор нет нет Диаметр цилиндра, мм 150 150 Ход поршня, мм 170 170 27,02 21,0 5,4 5,4 л. с. 550 300 при об/мин 1800 1800 450 315 Рабочий объем, л Степень сжатия 63 Продольный разрез мотора М-15 Максимальная мощность Вес сухого, кг всего Авиатреста. Несмотря на противостояние, работа конструкторов продолжалась. 2 марта Бессонов выступил с сообщением о конструкции М-15 на заседании техсовета Авиатреста. В августе 1927 года первоначальный вариант проекта завершили и с сентября приступили к изготовлению двух опытных образцов мотора. К этому времени конструкторы подготовили второй вариант проекта, названный 2М-15 (он же «М-15 облегченный»). В нем двигатель облегчили, одновременно усилив головки цилиндров и изменив конструкцию клапанов. Рассчитывали получить максимально 650 л. с. 14 сентября 1927 года этот проект был утвержден научным комитетом при Управлении ВВС. На заводе приступили к его окончательной доработке. Первый образец требовалось выпустить на испытания 1 апреля 1928 года, но в срок не уложились, мотор удалось завершить только в июле. Результаты запусков не удовлетворили конструкторов. Мощность получилась меньше расчетной, в то же время вес двигателя превышал записанный в задании. Поэтому третий опытный образец начали изготавливать по чертежам 2М-15, введя для улучшения высотных характеристик односкоростной ПЦН по образцу английского мотора «Юпитер» VII. Нагнетатель проектировали, имея лишь несколько картинок из иностранных журналов. Третий экземпляр закончили в августе 1929 года и в том же месяце приступили к стендовым испытаниям. На проектные показатели так и не вышли: максимальную мощность получили 550 л. с, номинальную – 450 л. с. Это при том, что степень сжатия фактически оказалась 5,5 – 5,7 при расчетном значении 5,4. Зато по весу уложились, «согнав» его до 419,5 кг. Надо сказать, 2М-15 получился существенно тяжелее «Хорнета» и куда более «прожорливым». На заводе его сравнивали с лицензионным «Хорнетом» германской сборки, специально привезенным для этой цели. Еще до завершения полных заводских испытаний один 2М-15 установили на третий опытный образец истребителя-биплана И-5 (ВТ-13 «Подарок XVI партсъезду»). Эта машина получилась самой тяжелой из трех. По летным данным она выигрывала у первого экземпляра, но уступала второму (на обоих стояли «Юпитеры», только разных модификаций). Работники завода № 24 упирали на то, что конструкция мотора полностью отечественная, оригинальная, что очень выгодно из пропагандистских соображений. После эффектной демонстрации истребителя на Центральном аэродроме нарком по военным и морским делам К. Е. Ворошилов согласился на запуск двигателя в серию, несмотря на то, что мотор еще не проходил государственных испытаний. В некоторых документах написано, что Ворошилов подписал проект приказа прямо на летном поле. Впрочем, в то время к этому относились спокойнее, и зачастую на госиспытания выставлялся серийный двигатель, причем даже не из первых серий. Сам же «Подарок» вскоре потерпел аварию из-за отказа нагнетателя в полете. После ремонта его испытывали до середины июня 1931 года. 1 апреля 1930 года появился приказ, снимавший с завода № 24 заказ на моторы М-17 и заменявший его заказом на 2М-15. 1 июня 2М-15 официально приняли на вооружение ВВС РККА как М-15.
64 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы В результате серийное производство М-15 еще начали до проведения гос­ испытаний. Он стал первым серийным советским мотором с ПЦН. Делать их собирались в огромных количествах. В первоначальный проект плана на 1932 год, написанный в аппарате ВАО, заложили 600 экземпляров, затем сверху поправили – 650! Затем всё-таки сдвинулись в направлении к реальности и согластились на 400. Первые серии отличались весьма низкой надежностью, и военная приемка их не пропускала. За десять дней февраля в ходе заводских испытаний вышли из строя восемь двигателей. В первую очередь разрушался нагнетатель. Причиной было то, что его крыльчатка, похоже, вообще не балансировалась. Заводские инженеры вместо этого делали ставку на более точное изготовление деталей. Детали подгоняли при монтаже, что делало моторы невзаимозаменяемыми. Военпред забраковал всю серию Б. Приемка двигателей военными пошла только с июня. М-15 четырежды выставляли на госиспытания. Два раза пытались провести через них опытные образцы: 21 июля и 20 декабря 1930 года. В последнем случае через пять часов треснул один из цилиндров, затем нашли трещину еще и в кулачковой шайбе, а на 15-м часу сломался коленчатый вал. Затем на стенд ставили уже серийные двигатели: 17 января и 21 сентября 1931 года. Во всех случаях мотор получил неудовлетворительную оценку из-за поломок привода ПЦН и крыльчатки нагнетателя. В конце июля 1930 года шестой двигатель опытной серии А смонтировали на доработанном серийном И-5. Уже при пробных запусках выявилась тряска на некоторых режимах оборотов, всё вокруг забрызгало маслом. Этот самолет совершил всего один полет, закончившийся аварией. Но мотор оказался ни при чем – прекратилась подача бензина; потом в магистрали нашли кусочек мешковины. Истребитель увезли на ремонт и вернули с серийным М-15. Он работал лучше, но расход масла оставался неприемлемо велик. К этому времени в М-15 внесли целый ряд изменений. На серии Б укоротили коленчатый вал, усилили крепления головок цилиндров, усилили шестерни привода нагнетателя. На серии В появились новые клапанные пружины, цельные тяги клапанных рычагов и усиленные гайки крепления цилиндров. Все это постоянно поднимало вес. На серии Г он дошел уже до 450 кг. Вопреки мнению Ворошилова, командование ВВС отнеслось к М-15 отрицательно. Не дойдя до параметров задания, этот мотор во многом уступал М-22, советской лицензионной копии французского «Юпитера». Последний выигрывал в максимальной и номинальной мощности (соответственно, 570 л. с. и 480 л. с.), экономичности и надежности. В заключении НИИ ВВС говорилось: «В тактическом отношении М-22 стоит выше М-15... При наличии меньшего веса на 25 кг по мощности имеет несомненное превосходство...» Общий вывод гласил: «М-15 в конструктивном отношении полностью недоработан». А уж заявленный заводом ресурс в 25 часов до замены подшипников нагнетателя вообще не лез ни в какие ворота! ГУАП упорно пыталось «протолкнуть» явно неудачный мотор. Серийный М-15 установили еще на один И-5, 25 ноября 1931 года доставленный в НИИ ВВС. В первом же полете летчик Калиншин при наборе высоты столкнулся с сильной тряской. Не лучше оказался и второй, после чего самолет вернули заводу-изготовителю. Ни на один серийный военный самолет двигатели М-15 не устанавливали. Все бипланы И-5 комплектовались М-22. Не прошло и предложение заменить ими импортные «Юпитеры» на истребителях И-4. Управление ВВС от своего заказа отказалось, предложив моторы гражданской авиации. Ее руководство охотно согласилось принять «подарок». Сначала М-15 проходили на заводе приемку ВВС, а потом отправлялись на склады ГВФ. Такая система оказалась не очень удачной. 10 октября 1931 года начальнику ВО ГВФ А. З. Гольцману докладывали: «Моторы поступают... с завода в крайне небрежном виде, характеризующем халатное отношение к сборке». К этому времени успели получить около 180 М-15. В результате с ноября появилась своя гражданская приемка. На 1 февраля 1932 года были готовы 146 М-15, в заделе имелись еще 117 незавершенных. Однако сразу встал вопрос – а как использовать неожиданно «свалившиеся» от военных двигатели. Ни одного гражданского самолета под них не проектировали. Решили приспособить под М-15 машины, исходно создававшиеся под М-22. Последних в ГВФ постоянно не хватало, поскольку их монтировали на истребителях И-5 и И-Зет, а также использовали как запасные на истребителях И-4 и летающих лодках КР-1. Позже они пошли также на первые серии знаменитого И-16 и автожиры А-7-3А. В качестве кандидата для переделки выбрали пассажирский самолет К-5. Этот моноплан смешанной конструкции спроектировали в Харьковском отделе опытного самолетостроения «Укрвоздухпути» под руководством К. А. Калинина. Он был рассчитан на перевозку шести пассажиров. Первый опытный образец, поднявшийся в воздух в ноябре 1929 года, укомплектовали французским «Юпитером», второй – американским «Хорнетом» в 525 л. с. Серию хотели запустить с М-22, но тут подвернулись М-15. Первую машину, считавшуюся эталонной, переоборудовали летом 1931 года. В июле летчик Т. В. Суонио и механик И. П. Мазурук (тот самый, впоследствии известный полярный летчик) за десять дней совершили на ней перелет Харьков – Москва – Самара – Оренбург – Кустанай – Павлодар – Семипалатинск – Алма-Ата.
Двигатели гражданских самолётов России Пассажирский самолет К-5 с мотором М-15 27 июля самолет приземлился в точке назначения. Серьезных неполадок не было. Написали: «Произведенное испытание показывает, что самолет К-5 и мотор М-15 вполне возможно внести в эксплуатацию...» Харьковский авиазавод начал выпускать серийные К-5 с М-15, которые поступили в линейные управления ГВФ. Некоторое количество их попало в ВВС, где К-5 включили в транспортные и санитарные отряды. Два самолета с М-15 даже отправили на экспорт в китайскую провинцию Синцзян. В эксплуатации сразу столкнулись с низкой надежностью моторов М-15. Например, из-за вибрации разрушались наружные трубки маслосистемы; их заменяли гибкими шлангами. Выяснилось, что М-15 требует большего давления бензина на входе, чем М-22, что вынудило доработать топливную систему. Осенью 1931 года летчик Московского управления Ф. Б. Фарих с механиком Стринкевичем на К-5 совершил перелеты Харьков – Москва, Москва – Архангельск – Усть-Цильма – Архангельск – Москва. При этом двигатель отработал в воздухе около 70 часов, что для М-15 являлось явным исключением. Обычно отказы происходили уже после 15–20 часов. В большинстве случаев это заканчивалось вынужденной 65 посадкой. Журнал «Гражданская авиация» писал: «Попытки эксплуатировать в 1931 году мотор М-15 приводили к многочисленным авариям и поломкам этого мотора, из-за чего происходили вынужденные посадки и срывы рейсов. Среди летно-подъемного состава и других работников воздушных линий сложилось мнение о полной непригодности этого мотора к эксплуатации». К зиме еще выявились проблемы с переохлаждением двигателя и ненадежным запуском. Запускали, правда, тогда бесхит­ ростно: на конец лопасти винта надевали обрезанный валенок, к которому привязывали веревку и кусок резинового шнура от амортизатора. Человек восемь-десять дергали, и если везло, то мотор заводился. 8 декабря 1931 года ВО ГВФ прекратило приемку моторов М-15 и самолетов К-5 с ними. Более того, двигатели начали возвращать заводу № 24. Руководство предприятия отбивалось от них, как могло. Моторы просто привозили в кузовах грузовиков и вываливали на заводском дворе. Директор завода со своими жалобами дошел до Совнаркома, клятвенно обещая произвести все необходимые доработки. Ему поверили, а параллельно задействовали и свои силы. Для устра- Авария самолета К-5 из-за отказа двигателя М-15
66 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) Мотоустановка самолета К-5, в которой выхлопные газы двигателя используются для обогрева пассажирского салона (1) (2) Зимнее капотирование мотора М-15 на самолете К-5 (2) нения выявленных дефектов задействовали специалистов Московского управления, Харьковского завода, НИИ ГВФ и конструкторского бюро Калинина. Они доработали маслосистему самолета и разработали варианты летнего и зимнего капотирования двигателя. Это несколько улучшило ситуацию. В мае 1932 года улучшенный вариант К-5 прошел испытания; по его образцу стали строить последующие машины. Вместе с тем 1 января 1932 года объявили конкурс среди экипажей на наибольший налет. В качестве первой премии предложили выдать по легковому автомобилю Форд А летчику и бортмеханику. Некоторое время в лидерах ходил уже упоминавшийся Фарих, 11 марта его наградили «фордом», а механику выписали месячный оклад. В Северном управлении пилот Фительберг и механик Алексеев за январь – апрель 1933 года без вынужденных посадок налетали 12 100 км. Но «рекордсменом» стал летчик Чистяков из Среднеазиатского управления, у которого М-15 отработал до переборки 115 часов 45 минут. Один К-5 под названием «Огонёк» вошел в состав агитэскадрильи им. Горького. В мае 1933 года летчик В. В. Осипов совершил на нем перелет по маршруту Москва – Харьков – Ростов – Харьков – Москва. В июне того же года другой самолет перелетел Кавказский хребет, соединив Москву и Тбилиси. Однако подобные результаты требовали огромной работы летного и технического состава. Даже небольшой и по меркам того времени назначенный ресурс в 50 часов обычно моторы не вырабатывали. Перестраховываясь, руководство гражданской авиации стало переводить К-5 на трассы в степных районах – там вынужденные посадки реже приводили к сильным повреждениям. Уже в 1933 года пришли к мысли, что М-15 с эксплуатации надо снимать. Производство М-22 возросло, и военные готовы были поделиться ими с гражданской авиацией. С ноября 1932 года харьковский завод перешел на выпуск нового варианта К-5 с М-22. Позже все самолеты этого типа переделали под М-17 с водяным охлаждением. Ненадежные М-15 стали никому не нужны, их сборку прекратили. Всего изготовили 406 двигателей этого типа. В начале 1931 года планировалось создание усовершенствованной модификации М-15а, форсированной до номинальной мощности 500 л. с. Её сначала хотели поручить заводу № 24, а затем ЦИАМ, но обе организации упорно отказывались от этой работы. В итоге даже проект этого варианта не был разработан. Мотор М-15 в запаснике Музея ВВС России в Монино
Двигатели гражданских самолётов России Подобную судьбу имел унифицированный с М-15 мотор М-26. Он сохранял все основные элементы его конструкции, но имел не девять, а семь цилиндров. Этот двигатель проектировался с сентября 1928 года по февраль 1929-го. Первоначально он именовался «переходный по М15», позже появилось название КИМ («Коммунистический Интернационал Молодежи»). Опытные образцы М-26 проходили заводские испытания в 1930 году. Проблемы были те же, что и у М-15 – низкая надежность и чрезмерно большой расход бензина и масла. По проекту максимальная мощность составляла 350 л.с. при номинальной 300 л. с. Реально получили соответственно 300 л. с. и 270 л. с. Попытка пройти государственные испытания в июне 1930 года провалилась. Тем не менее мотор запустили в серию тем же приказом, что и М-15. В отличие от «девятки», «семерке» всё-таки удалось пройти рубеж госиспытаний с одним из первых серийных двигателей в феврале 1931 года. И опять сразу замахивались на массовый выпуск – в план заложили сразу 600 экземпляров, затем 700 и лишь потом сообразили, что хорошо бы потянуть хотя бы 400. При этом откровенно писали, что для своей мощности М-26 неоправданно тяжел и велик по размерам. К 27 марта 1931 года на заводе № 24 собрали 15 моторов М-26 серии «А». Первоначально военные рассчитывали на использование этих двигателей в некоторых проектах боевых самолетов. Позже они от этого отказались, переадресовав все М-26 в гражданскую авиацию. К началу ноября туда направили около 60 моторов, которым установили ресурс в 50 часов. Там их решили использовать в первую очередь на самолетах АНТ-9. Этот трехмоторный цельнометаллический моноплан был спроектирован в ЦАГИ под руководством А. Н. Туполева. Первый образец его оснащался французскими двигателями «Титан» в 230 л. с. и поднялся в воздух в мае 1929 года. Серийные машины, выпускавшиеся с лета следующего года на заводе № 22 в Филях, комплектова- 67 Мотор М-26 Пассажирский самолет АНТ-9 с моторами М-26 на заводском аэродроме в Таганроге. 1932 лись более мощными американскими Райт J6-7 по 320 л. с. Такие самолеты поступали в общество «Добролёт», советско-германскую авиакомпанию «Дерулюфт» и ВВС. Но «райты» приобретали за валюту, которой постоянно не хватало. Еще в марте 1930 года «Добролёт» обратился к Авиатресту с запросом на проектирование модификации АНТ-9 с М-26. В ЦАГИ ответили согласием. По расчетам, вес машины возрастал, но увеличение тяги всё равно могло улучшить летные данные. В мае 1931 года серийный АНТ-9 переделали под три М-26. Моторы оказались тяжелее, чем сообщил завод № 24, подняв вес самолета в целом, а мощность получилась меньше, чем обещали. После первых же полетов поняли, что «прожорливому» М-26 масла хватает всего на три часа работы и увеличили его запас почти вдвое (с 90 до 160 л). Максимальная скорость упала до 180 км/ч, с «райтами» она составляла 205 км/ч. До зимы вели доводку мотоустановки, а затем выставили самолет на испытания в НИИ ГВФ. Там на нем летал Г. С. Смирнов. В ходе доработки на АНТ-9 установили дополнительные маслорадиаторы и заменили выхлопные коллекторы (старые вибрировали). В пользу М-26 говорили два обстоятельства: доступность и низкая цена. С конца 1931 года АНТ-9 с ними строили серийно на заводе № 22, а в следующем году – также на заводе № 31 в Таганроге.
68 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы В эксплуатации М-26 показали себя ненамного лучше, чем М-15. Они тоже были «прожорливы» и ненадежны. При перегреве быстро падало давление масла, что могло привести к заклиниванию частей двигателя. При повышении температуры летчикам рекомендовали убрать обороты и дать мотору охладиться, переложив нагрузку на два других. Но это срабатывало только тогда, когда перегревался один М-26. Если температура масла лезла вверх сразу у двух двигателей, ситуация резко ухудшалась, так как тяжелый АНТ-9, в отличие от К-5, планировал отвратительно, быстро теряя высоту. Приземлиться же на одном моторе без аварии практически не представлялось возможным. Да и на трех двигателях приземление нельзя было назвать простым, потому что на режиме менее 500 об/мин работа М-26 становилась неустойчивой. Это вынуждало подходить к площадке по очень пологой траектории и увеличивало пробег после касания грунта. Зимой эксплуатацию самолетов пришлось временно прекратить. При температуре ниже нуля моторы переохлаждались, температура масла опасно падала. Срочно пришлось монтировать на двигателях лобовые щиты и прикрывать обтекателями цилиндры. Военные принимать самолеты с М-26 отказались. В гражданской авиации сначала пошли тем же путем, что и с К-5 с двигателями М-15. Начали дорабатывать капотирование, маслосистему, выискивали наиболее выгодные режимы полета. В Московском управлении сформировали «сквозную бригаду» специалистов, которой выделили один самолет. Они заменили винты на более легкие и меньшего диаметра, при этом максимальная скорость поднялась до 190 км/ч. Как и на М-15, наружные масляные трубки, лопавшиеся от тряски, поменяли на шланги. Первый доработанный АНТ-9 выпустили на линию Москва – Казань, второй – Москва – Харьков. Экипажам предложили премии за длительную работу моторов без поломок, как и для К-5. (1) М-26 на «Сталь-2» с зимним вариантом капотирования (2) Двигатель М-26 на самолете «Сталь-2» с летним вариантом капотирования (1) (2) Но всё это мало помогло. Ни один мотор не дотягивал до ресурса в 50 часов, установленного заводом-изготовителем. Если у АНТ-9 с «райтами» одна вынужденная посадка приходилась на 126 часов налета, то с М-26 – всего на девять! Такие показатели делали перевозку пассажиров просто опасной. В июле 1932 года АНТ-9 с М-26 решили перевести на эксплутацию в степные районы и начали из центральной части России перегонять в Казахстан и Среднюю Азию. В конце того же года их выпуск прекратили на обоих заводах. В 1933 году от эксплуатации этих машин вообще отказались. Их законсервировали, а позже доработали под пару М-17. Двигатели М-26 эксплуатировали также на самолетах «Сталь-2». Это были одномоторные подкосные монопланы с каркасом из нержавеющей стали, спроектированные в Отделе опытного самолетостроения ГВФ
Двигатели гражданских самолётов России под руководством А. И. Путилова. Материал этот стоил недешево, технология обработки тоже была достаточно хлопотной, но конструкция получилась легкой, и полагали, что она прослужит долго в любой климатической зоне. Периодически менять собирались только полотняную обтяжку. Сначала появился самолет «Сталь-2», совершивший первый полет 11 октября 1931 года. Машина имела закрытую кабину, в которой размещались пилот и четыре пассажира. На опытном образце был смонтирован американский мотор «Уирлуинд» в 300 л. с. Серию стали выпускать на заводе № 81 с июня 1933 года с двигателями М-26. С ними самолет развивал скорость до 205 км/ч и имел дальность полета 550 км. На «Сталь-2» выявились уже известные дефекты М-26: перерасход масла, переохлаждение его зимой и перегрев летом. Поэтому на машинах выпуска 1934 года смонтировали маслорадиатор (раньше масло охлаждалось прямо в баке), установили маслобак увеличенного объема, изменили схему маслопроводов, ввели подогрев карбюратора. На зиму стали ставить щитки перед цилиндрами и утеплять агрегаты маслосистемы. Но вот способа противодействовать быстрому замасливанию свечей зажигания не нашли; их просто постоянно вывинчивали и чистили. Выпуск моторов М-26 прекратили еще в конце 1932 года. Всего изготовили 445 экземпляров. Никому не нужные двигатели М-15 и М-26 пошли в металлолом. Общие затраты на их создание и производство, которые пришлось списать в убытки, потянули более чем на восемь с половиной миллионов рублей. М-26 в экспозиции Музея ВВС России в Монино 69
70 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Первые гражданские – семейство МГ МГ-31 Гражданским лётчикам всётаки очень хотелось получить двигатели, сделанные специально для них. И руководство ГВФ сделало первую попытку... Как уже говорилось, гражданскую авиацию не удовлетворяли поставлявшиеся ей промышленностью устаревшие военные машины со снятым вооружением. Да и их не хватало. Например, в 1932 году в ГВФ поступил лишь 31% от планового количества самолетов. Не очень подходили и авиамоторы, спроектированные для военных нужд. Основные данные Количество цилиндров Компоновка МГ-31 МГ-31Ф 9 9 звездообразный звездообразный Охлаждение воздушное воздушное Нагнетатель односкоростной ПЦН односкоростной ПЦН Редуктор нет нет Диаметр цилиндра, мм 125 125 Ход поршня, мм Рабочий объем, л Степень сжатия 140 140 15,45 15,45 5,0 5,0 Максимальная мощность л. с. Мотор МГ-31Ф выпуска 1938 года при об/мин Вес сухого, кг 310 350 - 1870 247 255
Двигатели гражданских самолётов России 71 (1) (2) (1) Мотор 3М-11, он же М-50 – самый маленький член семейства, унифицированного с М-11 (2) Пятицилиндровый мотор М-51 должен был заменить М-11 В январе 1931 года руководство гражданской авиации обратилось к ВАО с просьбой спроектировать для её нужд звездообразный мотор с пятью или семью цилиндрами мощностью 165 л. с. При этом степень сжатия предполагалось ограничивать 5,0, чтобы использовать дешевый бензин. Представители ЦИАМ считали такую затею бесперспективной, так как подобный двигатель далее вряд ли удастся форсировать более чем до 225 л. с. Но другие идею сочли интересной. В частности, за ее реализацию выразил готовность взяться завод № 29 в Запорожье, предложив сделать «семерку» в 175 л. с. 10 января на совещании в ВАО решили построить семейство моторов на базе уже освоенного М-11, отличавшегося простотой и неприхотливостью. Двигатели разной мощности хотели получить, меняя количество цилиндров. Первоначально в семейство должны были войти М-51 (пятицилиндровый, модернизированный М-11, 145 л. с.), М-48 (семицилиндровый, 210 л. с.) и М-49 (девятицилиндровый 310 л. с.). Чуть позже к ним добавили 3М-11 (он же М-50, трех- цилиндровый, 65 л. с.). Проектирование вел опытно-конструкторский отдел завода № 29 под руководством А. С. Назарова. Фактически работу по двигателям малой мощности вела группа М. В. Коссова. Начали с М-51. Он имел иной механизм газораспределения (с одной кулачковой шайбой вместо отдельных валиков), шлицевой носок вала и был форсирован по оборотам по отношению к М-11. Эту черту потом унаследовали все моторы семейства. Коленчатый вал устанавливался на роли- ковые подшипники. Высотные характеристики улучшались наличием ПЦН. Опытный образец изготовили в феврале 1932 года. и с марта начали его обкатку, а затем испытания. В мае – июне М-51 уже поставили на госиспытания (правда, пока с цилиндрами от М-11). В октябре он уже прошел госиспытания со своими собственными цилиндрами. В июне 1933 года М-51 испытали в полете на самолете У-2. На тот же год планировалось разворачивание серийного производства.
72 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы В конце 1932 года изготовили опытный образец М-48, в это же время проходили госиспытания М-50 (3М-11). Самый мощный мотор семейства, М-49, в то время находился на заводских испытаниях. Работы по унифицированному семейству Мотор М-48 в основном прекратили в 1934 году. Дальше всего ушли с М-48, который в 1934 году демонстрировали на выставке в Париже, как достижение советской промышленности. В следующем году мотор испытывался в воздухе на опытном учебном самолете У-3. Работы свернули в связи с передачей выпуска базового М-11 на завод № 16 в Воронеже. Отчаявшись добиться понимания от ГУАП, руководство ГВФ решило строить для себя самолеты и моторы самостоятельно. Для этого оно организовало конструкторские коллективы и начало строить заводы. В частности, в Тушино возник авиамоторный завод № 82. Еще в 1932–1933 годах группу специалистов, занимавшихся моторами малой мощности, перевели из Запорожья в Москву в состав отдела бензиновых двигателей НИИ авиадвигателей ГВФ (НИИ АД ГВФ), выделенного из НИИ ГВФ. Его разместили в здании Дирижаблестроительного учебного комбината в подмосковном поселке Тушино (ныне в черте города). Начальником отдела стал М. А. Коссов. В отделе работали молодые инженеры И. А. Жуков, И. Ф. Кайдаш, М. Гарнец, Е. Н. Гранкин и другие. Туда с завода № 29 передали документацию по М-48, М-49 и М-51. На их основе в Тушино спроектировали серию двигателей, сохранивших многие детали и узлы М-11, но отличавшихся применением наддува и нового привода газораспределения. Переход к традиционной кулачковой шайбе снижал вес и уменьшал инерционность механизма, облегчая форсирование по оборотам. М-51 превратился в МГ-11, М-48 – в МГ-21, М-49 – в МГ-31. Три мотора имели до 90% взаимозаменяемых деталей. Буквы «МГ» расшифровывались как «мотор гражданский». Это обозначение получали все двигатели, проектировавшиеся в НИИ АД. Это были первые отечественные двигатели, создававшиеся специально для самолетов ГВФ с учетом специфических требований. Поскольку использовалась документация из Запорожья, которую лишь дорабатывали, проектирование шло быстро. Проект МГ-11 в первом варианте завершили в 1933 году. От М-11 он отличался приводом газораспределения, конструкцией клапанов и головок цилиндров, наличием односкоростного нагнетателя. Степень сжатия 5,0 позволяла использо-
Двигатели гражданских самолётов России 73 (1) вать дешевый бензин. Расчетная мощность была больше, чем у М-51 – номинальная 150 л. с., максимальная – 180 л. с. при весе 175 кг. Опытные образцы МГ-11 делали на заводе № 82 в Тушино. Они проходили стендовые и летные испытания. Всего изготовили 13 таких моторов, отличавшихся друг от друга. Первые из них именовались просто МГ-11 и весили 175 кг, потом в 1936 году появился МГ-11А с небольшими отличиями по деталям и МГ-11Ф, на котором рассчитывали получить максимально 210 л. с. при номинальной мощности 165 л. с. На некоторых двигателях устанавливались карбюраторы «Зенит» DCL 42 вместо стандартного К-11. Постепенно конструкторы уходили всё дальше от М-11, хотя старались обеспечить унификацию узлов и деталей между своими моторами. Следующим шагом в 1938 году стал МГ-11Н (МГ-11ФН), считавшийся высотным. На нём подняли наддув, увеличив диаметр крыльчатки (1) Чертеж мотора МГ-11 (вид сбоку) (2) (2) Мотор МГ-11 выпуска 1936 и изменив передаточное число мультипликатора, степень сжатия довели до 6,0, использовали цилиндры от МГ-31 (раньше стояли цилиндры от М-11). Поменяли свечи зажигания, доработали маслосистему и увеличили величину подъема клапанов, для которых предусмотрели стальные седла вместо бронзовых. Вес дошел до 195 кг, но все эти мероприятия так и не позволили выйти на расчетную мощность. В 1935 году МГ-11 смонтировали на биплане У-2, позже разные варианты испытывали на самолетах УТ-2, УТИ-6 (НВ-6) и САМ-5-2бис. В 1939 году на последнем летчик Б. К. Кондратьев достиг высоты сначала 8400 м, а затем 8900 м (по другим данным – 8760 м), поставив рекорд для многоместных легких самолетов.
74 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Двигатель МГ-11А на биплане У-2 (2) Самолет У-2, на котором проводили летные испытания МГ-11А. 1938 (3) Опытный образец МГ-21. Вариант 1936 года (2)
Двигатели гражданских самолётов России 75 (3) Мотор МГ-21 Опытный образец МГ-21, вариант 1936 г.
76 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Подобный путь прошел семицилиндровый МГ-21, проектировавшийся с 1933 года. На нём хотели получить максимальную мощность 220 л. с. Двигатель оснащался карбюратором К-17 от мотора М-17 и имел тот же нагнетатель, что и МГ11, но с увеличенными оборотами за счет изменения передаточного числа привода. Единственный опытный образец МГ-21 изготовили в 1934 году, в 1934-1935 годах он проходил стендовые испытания и доводку. 13 августа 1935 года мотор успешно прошел государственные испытания. В 1936-м изготовили два экземпляра усовершенствованного МГ-21А, рассчитанного уже на 250 л. с. Летные испытания проводились на самолете КАИ-2 в 1937 году. Самой удачной оказалась «девятка» МГ-31. Это был самый мощный построенный двигатель семейства. Его также проектировали с 1933 году. Первые образцы собрали на заводе № 82 в 1934-м. На ранних моторах ставился импортный карбюратор «Зенит» 60DCL. В том же году провели заводские испытания. В декабре 1934 года МГ-31 впервые выставили на госиспытания, но на 31-м часу вырвалось седло клапана. Неудача постигла и второй экземпляр. В феврале проводились повторные госиспытания, но двигатель опять не справился с программой – начали отворачиваться головки цилиндров. В результате в конструкцию внесли около 70 изменений. При этом двигатель всё дальше уходил от М-11. Доработанные образцы опять поставили на заводской стенд. Один мотор успешно отработал 130 часов, другой – 180. Лишь в сентябре 1935 года МГ-31 успешно прошел госиспытания. На 88-м часу сломались шестерни в механизме газораспределения. Выяснилось, что их изготовили из стали не той марки. Это сочли уважительной причиной. При сухом Мотор МГ-31 весе 247 кг мотор развил максимальную мощность 318 л. с. В проекте были заложены 320 л. с., и их действительно получили на заводских испытаниях. Тем самым «закрыли» одну из позиций плана НИИ ГВФ, которой предусматривалось получить на МГ-31 300 л. с. Номинальная мощность соответствовала расчетной – 270 л. с. С 1936 года этот двигатель серийно изготовлялся заводом № 82 (в то время уже Опытным заводом НИИ ГВФ). На серийных экземплярах ставили отечественные карбюраторы К-17 с расточенными жикле- рами. МГ-31 стал единственным мотором семейства МГ, выпускавшимся в сравнительно больших количествах и применявшимся в гражданской авиации. Все моторы выпуска 1936 года относились к 1-й серии. Их сравнивали с иностранными звездообразными двигателями подобного класса – американским R-975E и чехословацким «Вальтер» «Бора» С. Оба они превосходили конструкцию Коссова по удельной мощности, но имели больший диаметр.
Двигатели гражданских самолётов России 77 (1) (1) Пассажирский самолет «Сталь-2» с мотором МГ-31 (2) (2) Мотор МГ-31 на самолете «Сталь-2» В январе – феврале 1937 года двигатель успешно опробовали на самолете «Сталь-2», на котором ранее применяли М-26 и М-22. Мастерские ГВФ начали переоборудовать эти машины под двигатели Коссова. Специалисты НИИ ГВФ считали, что пара МГ-31 станет оптимальной мотоустановкой для самолета местных линий на четыре – шесть пассажиров. С конца 1937 года МГ-31 сменил в цехах усовершенствованный МГ-31Ф. Его опытный образец прошел государственные испытания в апреле того же года. На нём удлинили юбки поршней, изменили набор поршневых колец и доработали уплотнение носка коленчатого вала. Максимальную мощность сначала запланировали в 335 л. с., номинальную – 300 л. с. при весе 250 кг. На испытаниях получили соответственно 331 л. с. и 302 л. с. Вес был превышен на 450 г, что сочли несущественным. Мотору поставили оценку «удовлетворительно» и разрешили запуск в серию. Для серийного варианта уже заявили максимальную мощность 350 л. с. при прежней номинальной 300 л. с. На 2-й серии, внешне
78 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы отличавшейся большей площадью оребрения цилиндров, вес возрос до 260 кг. На 3-й серии, изготовлявшейся в 1938–1939 годах, ввели ряд изменений: тяги приводов клапанов закрыли чехлами, переделали клапанные коробки, доработали подогрев карбюратора. На моторе предусмотрели регулятор Р-2 для работы с винтом изменяемого шага. Дефлекторы способствовали улучшению теплового режима, удалось сбить температуру в наиболее опасных местах на ­40-45 градусов. Всё это привело к росту веса до 288 кг и некоторому увеличению диаметра двигателя – примерно на 150 мм. Один из двигателей выпуска 1938 года прошел государственные испытания. Неизвестно, был ли изготовлен МГ-31А, рассчитанный на 400 л. с. Зато в опытных образцах точно существовал МГ-31Н – развитие типа Ф со степенью сжатия 6,0, увеличенным диаметром крыльчатки, большим передаточным отношением привода нагнетателя. Степень сжатия подняли, изменив положение поршневого пальца. Этот вариант считался высотным. Конструкторы двигались по тому же пути, что и совершенствуя МГ-11. Кроме того, ввели новую зад­ нюю крышку, поскольку в набор агрегатов включили вакуум-помпу и синхронизатор. Этот тип испытывался на стенде с декабря 1937 года по август 1938-го, но расчетной мощности 450 л. с. не достигли. Мотор МГ-31Ф на опытном самолете СХ-1 Практически параллельно вели работу по МГ-31Ф2. У него тоже подняли степень сжатия, расточили диффузоры карбюратора, облагородили форму смесепроводов, доработали маслосистему. Два мотора этой модификации работали на стенде в апреле – августе 1938 года. Один из них довольно быстро вышел из строя – обнаружили утечку масла и разрушение крыльчатки нагнетателя. Но МГ-31Н и МГ-31Ф2 остались лишь в нескольких опытных образцах. Все работы по дальнейшему совершенство-
Двигатели гражданских самолётов России 79 Закончил Киевский политехнический институт в 1930 году и быстро зарекомендовал себя как способный конструктор. После окончания института он работал на заводе № 29 в Запорожье, где занимался доводкой мотора М-11, а затем созданием семейства двигателей на его базе. С 1932 года перешел в отдел бензиновых двигателей НИИ АД ГВФ в Тушино, взаимодействовавший с заводом № 82, и стал его начальником. Там под его руководством разработали звездообразные моторы воздушного охлаждения МГ-11, МГ-21, МГ-31 и МГ-50. Два первых из них изготовлялись лишь в опытных образцах, МГ-31 запустили в серийное производство, МГ-50 остался лишь на бумаге. Но конструктор не ограничивался звездообразной схемой. С 1933 года в его отделе работали над четырехцилиндровым рядным инвертным (головками цилиндров вниз) мотором МГ-40. Он должен был стать советским аналогом двигателя «Де Хэвил­ленд» «Джипси минор», взятого за прототип. Английский мотор был куплен и подвергнут изучению в СССР. МГ-40 сохранил некоторые его конструкторские решения, но не являлся копией. В частности, Коссов применил навертные головки цилиндров. Позднее создатели МГ-40 испытали также влияние конструкций фирмы «Рено». ­МГ-40 являлся единственным двигателем Коссова, не использовавшим детали и узлы М-11. Он был построен и прошел наземные и летные испытания, однако в серию его не передавали. Во второй половине 1938 года завод № 82 передали НКВД. В системе ГВФ оставили только ремонтные предприятия, а заводы, выпускавшие самолеты и моторы, перешли к наркомату оборонной промышленности. Коссов вместе с группой конструкторов переехал в Воронеж, на завод № 16, получивший задание освоить производство МГ-31. Там он не только работал над его доработкой, но также участвовал в адаптации моторов фирмы «Рено» к производству в СССР. В 1940 году завод № 16 перевели на выпуск двигателей М-105, а М-11 передали на новый завод № 154 в том же городе. Коссов перебрался туда, став там главным конструктором. В том же году он приступил к работе над проектом мотора М-32, являвшегося дальнейшим развитием МГ-31Ф. Он имел авиацион- ный, аэросанный и танковый варианты. В 1941 году начали изготовлять детали опытного образца, но работу прервала начавшаяся война с Германией. В октябре вместе с предприятием конструкторское бюро эвакуировалось в Андижан. В Средней Азии в 1942 году Коссов создал пятицилиндровый двигатель М-12, являвшийся дальнейшим развитием ­МГ-11, а в 1943-м – М-13, представлявший собой комбинацию узлов М-11Д, М-11ФМ и МГ-31Ф. Оба этих мотора были изготовлены в опытных образцах и проходили заводские испытания. В 1943 году М-12 испытывался в воздухе на самолете У-2. В мае 1944 года большую часть конструкторского коллектива с завода № 154 перевели в Москву на завод № 41. Главным конструктором ОКБ-41 стал Е. В. Урмин. Несогласный с ним в отношении концепции двигателей Коссов в 1945 году перешел в ОКБ-300 (им руководил А. А. Микулин), где участвовал в создании первых турбореактивных двигателей. В 1949 году он перебрался в НАМИ и возглавил там подразделение, занимавшееся газотурбинными двигателями для автомобилей. Там разработали первые советские автомобильные ГТД НАМИ-053 и НАМИ-053А. Они испытывались на автобусе ЗИЛ-127Г и грузовике КрАЗ-214Г. Коссов преподавал в Военно-воздушной академии и МАДИ, затем работал в Институте машиноведения Академии наук СССР. В последние годы он активно занимался исследованиями по истории авиационного двигателестроения в Советском Союзе. ванию мотора прекратили одновременно с остановкой серийного производства. Последнее остановили в связи с передачей предприятия в ведение НКВД в августе 1938 года. На нем разместили «шарагу» – конструкторское бюро из заключенных, занимавшееся дизелями. В Тушино успели выпустить 129 моторов МГ-31 и МГ-31Ф. Они устанавливались на самолетах «Сталь-2» и многочисленных опытных машинах. В эксплуатации мотор показал себя достаточно надежным. Подразделения ГВФ не очень страдали от его посредственной экономичности, но весьма ценили способность работать на бензине Б-70 без всяких добавок и дешевом минеральном масле. По постановлению от июля 1939 года выпуск МГ-31 должен был освоить завод № 16 в Воронеже. Туда же перебрался М. А. Коссов с некоторыми своими сотрудниками. К концу года предполагался выпуск первой серии из десяти моторов, но практически ни одного в Воронеже не собрали. После окончания войны предлагали восстановить производство МГ-31 на каком-либо предприятии, но затем от этой идеи отказались. Михаил Александрович Коссов (1908–1992) Моторы МГ-31Ф эксплуатировались до конца 1946 года. Осоавиахим по примеру ГВФ также хотел организовать свои предприятия по изготовлению легких самолетов и моторов малой мощности для них, но эта идея не была реализована.
80 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Воронежские «Рено» МВ-6 Рядные моторы воздушного охлаждения в нашей стране не делали, хотя они имели немало достоинств. Передовую конструкцию решили заимствовать за рубежом. В 30-х годах на западе получили распространение рядные перевернутые (головками цилиндров вниз) моторы воздушного охлаждения. В большинстве они относились к группе двигателей малой мощности и применялись на учебных, спортивных и небольших пассажирских машинах. Наиболее мощные из них подОсновные данные ходили также для ближних разведчиков и легких истребителей. По сравнению со звездообразными двигателями такая компоновка обеспечивала лучшую аэродинамику самолета. В Советском Союзе тоже работали над подобными конструкциями. В ЦИАМ с 1935 года под руководством А. А. Бессонова готовили шестицилиндровый ММ-1, а на его базе – восьмицилиндровый ММ-2 (перевернутый V-образный). В НИИ АД ГВФ М. А. Коссов с 1933 года работал над четырехцилиндровым МГ-40. Но все эти двигатели оставались очень далеки от желаемого состояния. Положение собирались исправить покупкой лицензий за границей. МВ-6 Количество цилиндров - Компоновка рядный перевернутый Охлаждение воздушное Нагнетатель нет Редуктор нет Диаметр цилиндра, мм 120 Ход поршня, мм 140 Рабочий объем, л 9,5 Степень сжатия 6,2 Максимальная мощность л. с. 270 при об/мин Вес сухого, кг 35 Мотор МВ-6 Решили приобрести права на унифицированное семейство моторов, имевших 4, 6 и 12 цилиндров. Такие тогда делали «Де Хэвилленд» в Англии (под маркой «Джипси»), «Рено» во Франции и «Вальтер» в Чехословакии. 11 января 1936 года И. В. Сталин отдал распоряжение начальнику ВВС РККА Я. И. Алкснису и начальнику ГУАП М. М. Кагановичу подготовить проект постановления Совета труда и обороны о приобретении лицензий на перевернутые двигатели воздушного охлаждения. Требуемый документ был представлен 17 января. В том же месяце комиссия во главе с И. Э. Марьямовым, директором завода № 24, отправилась «по Европам» –
Двигатели гражданских самолётов России в Париж, Лондон и Прагу. Поскольку опыта проектирования мотоустановок с подобными двигателями в СССР не имелось, то комиссии предложили «попутно» приобрести один-два самолета. В апреле уже окончательно решили выбрать «Рено», хотя начальник Управления материально-технического снабжения комбриг Б. И. Базенков настоятельно предлагал договориться с американцами. По-видимому, основным аргументом за договор с французами являлась увязка одновременной закупки лицензий на двигатели и самолеты. «Рено» производила моторы, а дочерняя компания «Кодрон» монтировала их на своих самолетах. 27 апреля начальник ГУАП М. М. Каганович написал письмо Сталину, в котором предложил заключить договор с французской фирмой, для чего в мае отправить в Париж делегацию. На закупки он просил выделить 400 000 долларов. Дали больше – полмиллиона, причем не «деревянными», а в золотом исчислении. Делегация поехала и стала интенсивно торговаться, пытаясь сбить цену и уложиться в выделенную сумму. К началу осени позиции сторон, наконец, сблизились. Постановление Совета труда и обороны, разрешающее заключить договор, вышло 29 сентября. 16 октября 1936 года советские представители подписали договор с французской компанией «Рено» и ее дочерней фирмой «Кодрон». Советский Союз получил лицензию на выпуск семи типов самолетов и шести типов двигателей. Предусматривалась передача чертежей, спецификаций, технологических описаний, образцов самолетов и моторов, а также закупка партий наиболее сложных деталей двигателей и агрегатов к ним. Советские инженеры должны были пройти стажировку на заводах «Рено». Четыре типа двигателей выпускались во Франции серийно – один четырехцилиндровый, два шестицилиндровых (с наддувом и без него) и один 12-цилиндровый. Еще два мотора являлись опытными образцами: 12-цилиндровый с редуктором и шестицилиндровый дизель. Для всех предусматривалась передача чертежей, спецификаций, технологических описаний, образцов, а также закупка агрегатов и наиболее сложных деталей двигателей. Лицензии оценили в 125 000 долларов. Из них четверть выплачивалась после получения комплекта документации, 15% – после испытаний шестицилиндрового мотора, 20% – после испытаний 12-цилиндрового, 20% – после приемки первых 20 двигателей, сделанных в СССР (но не позже 16 месяцев после начала действия договора) и, наконец, 20% – через 45 дней после окончания срока договора (его заключили на три года). «Рено» обязывалась оказывать техническую помощь вплоть до 1939 года, сообщая об изменениях, вносимых в серийную продукцию. Как образцы, во Франции приобрели 20 моторов разных типов; четыре «четверки», десять «шестерок» (четыре без нагнетателя, а остальные с ПЦН двух разных 81 типов) и шесть 12-цилиндровых. По одной штуке каждого типа французы должны были отгрузить в декабре 1936 года, а остальные – в феврале следующего года. Все они «потянули» на 77 000 долларов. Еще за 50 000 купили полтора десятка двигателей «россыпью» – в виде комплектов деталей. Весь договор с приобретением комплектующих для первых серий моторов уложился в 441 000 долларов. Комиссия гордо сообщила, что в лимит уложилась. Из приобретенных лицензий отобрали три типа: предстояло запустить в производство четырехцилиндровый «Рено» 4Р, шестицилиндровый «Рено» 6Q «Бенгали» с нагнетателем и 12-цилиндровый «Рено» 12О без редуктора, в значительной мере унифицированные между собой. Они получили в СССР обозначения МВ-4, МВ-6 и МВ-12 соответственно количеству цилиндров. Что значит буква «В» в обозначении – неизвестно. Скорее всего – «воздушный» (воздушного охлаждения). Рядный перевернутый мотор МВ-4
82 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Освоение французских моторов первоначально хотели поручить заводу № 24 в Москве. Затем их решили разделить: четырехцилиндровый делать в Воронеже, а два мотора побольше – в Москве. Соответственно модернизацией их должно было заниматься конструкторское бюро завода № 24, которое тогда возглавлял В. Н. Добрынин. Позднее всю ответственность за лицензию на «Рено» передали заводу № 16. Конструкторское бюро завода № 16 во главе с С. Д. Колосовым осуществляло приведение французской документации к советским стандартам, пересчет деталей и узлов по отечественным нормам прочности, разрабатывало технологию их изготовления применительно к имевшемуся оборудованию, материалам и агрегатам. В середине февраля 1937 года в Париж для приемки документации выехала группа инженеров. Документация, образцы моторов и закупленные детали и агрегаты прибывали постепенно в течение 1937-1938 годов. Последними поступили чертежи самого мощного двигателя – 12О. Сам он к этому времени уже был снят с производства во Франции, поэтому французы во второй половине 1939 года продали СССР образец усовершенствованного мотора «Рено» 12R03. Двигатели, которые собирались делать в Воронеже, не являлись точными копиями французских. МВ-4 и МВ-6 унифицировали по диаметру цилиндров и ходу поршня (их размеры взяли от 4Р). Рабочий объем шестицилиндрового мотора при этом увеличился, а степень сжатия у него немного уменьшилась. Зато на обоих типах использовали коленчатые валы с укороченными мотылевыми шейками и шатуны по образцу 6Q. От него же заимствовали свечи и кронштейны крепления капота. Кое-что упростили. Например, на МВ-6 срезали демпеферы колебаний клапанных пружин и заменили индивидуальную проводку зажигания коллекторной. Первые партии серийных двигателей в Воронеже должны были выпустить уже в 1938 году. На этот год предприятию (1) (1) Поперечный разрез двигателя МВ-4; мотор МВ-6 был с ним унифицирован и отличался, в основном, количеством цилиндров (2) Самолет УТ-2 с МВ-4 на государственных испытаниях. Июнь 1939 (3) Раскапотированный мотор МВ-4, установленный на учебном самолете УТ-2 вместо штатного М-11Г установили план: 100 МВ-6, 45 МВ-4 и десять ­МВ-12. Но реальные темпы освоения новой продукции оказались намного ниже. Быстрее всего шла работа по МВ-6. Начали со сборки из французских частей, но с отдельными советскими деталями. Один такой двигатель испытывали на заводском стенде в мае – июле 1938 года. В июле приступили к сборке первых трех МВ-6 из частей воронежского изготовления. Правда, полностью избавиться от импорта не удалось. Использовали французское корпусное литье, всасывающие коллекторы, бензонасосы, компрессоры. Из Франции поставлялись также магнето и свечи зажигания. Первый такой МВ-6 поставили на испытательный станок в сентябре 1938 года. Более трех месяцев на нём бились с прогаром клапанов и поршней. В декабре подачу смеси от заднего торца двигателя заменили подводом сбоку, примерно посередине длины мотора. Но это не избавило от дальнейших поломок. Лишь к концу февраля 1939 года. один из МВ-6 наработал 100 часов, а в апреле успешно прошел программу госиспытаний. Доработки привели к тому, что мощность понизилась, зато вес возрос более чем на 20 кг. МВ-4 немного отставал от «старшего брата». В июле 1938 года в работе находилась
Двигатели гражданских самолётов России первая партия из пяти моторов, делавшаяся по временной технологии. К 1 октября один из них полностью укомплектовали. На МВ-4 тоже использовали французское литье, а также подшипники, магнето и карбюратор. Зато госиспытания этот двигатель прошел раньше, в ноябре-декабре 1938 года, причем с советским карбюратором КВ-4. Результат сочли успешным, хотя получили максимальную мощность 146 л. с. вместо ожидавшихся 150 л. с. А вот летные испытания этого мотора на самолете УТ-2 прошли плохо. Опробовали два разных двигателя на двух самолетах. Неприятные «симптомы» были примерно одинаковы: перегрев, тряска и выкрашивание вкладышей подшипников. МВ-4 оказался капризен и при температуре ниже 15 градусов запускался плохо. Позже то же выявили на МВ-6. 83 (2) (3)
84 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (2) (1) Опытный экземпляр учебного самолета УТ-2 с мотором МВ-6 (2) МВ-4 с пиросамопуском ГС-16 на стенде Лишь к марту 1939 года завод № 16 был готов к крупносерийному производству МВ-4 и МВ-6. К сентябрю выпустили 160 МВ-4, к середине декабря – более 180. Однако эти моторы оседали на складе изза отсутствия карбюраторов. К концу года собрали 200 МВ-4 и несколько меньше МВ-6. Все детали в них уже были советскими, только МВ-6 продолжали комплектоваться французскими магнето. Сдача МВ-4 тормозилась отсутствием карбюраторов, поставка которых задерживалась заводом-изготовителем. В дальнейшем предполагалась широкая программа модернизации французских двигателей. Их хотели оснастить двухскоростными ПЦН, турбонаддувом, редукторами. Особое внимание уделялось мотору МВ-12, который предназначался для
Двигатели гражданских самолётов России легких истребителей. На нем хотели смонтировать синхронизатор и пушку. Предлагалось также создание 24-цилиндрового двигателя на основе спаренного МВ-12. Фактически же МВ-12 в производстве в СССР освоен не был. Лишь велась сборка их из французских деталей. Проектировали два усовершенствованных варианта этого двигателя, МВ-12Р (впоследствии переименованный в М-12Р) и МВ-12Ф. Но никаких данных о постройке их опытных образцов нет. МВ-4 в ходе серийного производства усовершенствовали незначительно. В основном боролись с ненадежным запуском на холоде. Даже при вполне приемлемой для России тепрературе в пять градусов тепла завести французский мотор оказалось почти невозможно. На модификации МВ-4А, появившейся в 1940 году, ввели пиротехнический самопуск ГС-16, измененную заднюю крышку и современную схему смазки через коленчатый вал. Испытания на УТ-2 в октябре показали, что уровень вибраций снизился, а запуск стал надежнее. Аналогично дорабатывали МВ-6. Со второй половины 1939 года серийно выпускали МВ-6А с увеличенной площадью оребрения головок и ГС-16. К этому времени оба типа довели до более или менее приемлемого состояния. Уровень вибраций снизился, запуск в мороз обеспечили применением ГС-16. Правда, мотористы побаивались последних, поскольку ставили их на двигатель во взведенном состоянии. Остался перегрев в жару, но это скорее было проблемой самолетостроителей, еще не освоивших капотирование моторов подобной схемы. (3) Мотор МВ-4 в экспозиции Музея ВВС России; он опять установлен клапанными коробками вверх 85 (3)
86 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы
Двигатели гражданских самолётов России 87 Мотор МВ-6А на учебно-тренировочном бомбардировщике УТ-3М
88 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Двигатель МВ-6 (2) Самый мощный мотор семейства — МВ-12; у нас такие не изготавливали, а только собирали из французских деталей Сначала двигателей семейства МВ собирались выпускать очень много. Одних только МВ-12 хотели делать до 4000 в год. Во-первых, французские моторы планировали ставить на самолеты «Кодрон». Среди них было несколько учебно-тренировочных машин и две легких пассажирских – одномоторный «Симун» и двухмоторный «Гелан». Во-вторых, отечественные конструкторы подготовили немало проектов и опытных образцов. Один только А. С. Яковлев предложил до десятка учебных самолетов с МВ-4 и МВ-6. В качестве альтернативы «Гелану» он выставил свой Я-19 с двумя (2)
Двигатели гражданских самолётов России 89 Мотор МВ-6 в Музее ВВС России; он опять смонтирован «вверх ногами» МВ-6. Этот же двигатель стоял на самолете связи ОКА-38 – советском варианте немецкого «Шторха», подготовленном О. К. Антоновым. С МВ-12 проектировали скоростной разведчик САМ-12 и сверхоригинальный истребитель ССИ-3. Последний не имел шасси и стартовал с фермы под крылом бомбардировщика ТБ-3, на нее же и возвращался после выполнения задания. Но реально ни один из самолетов «Кодрон» в серию не запустили. Большинство других проектов остановилось, в лучшем случае, дойдя до стадии опытного образца. Надвигалась война, и упор делали на двигатели для боевых самолетов. Всё остальное отодвигали на второй план. В конце 1939 года завод № 16 получил задание на выпуск моторов М-105. Производство МВ-4 и МВ-6 свернули, но практически их сборка из имеющегося задела продолжалась. В 1940 году изготовили шесть МВ-4 и девять МВ-6, восемь последних – в 1941-м. Из всего семейства решили оставить только МВ-6. Этот мотор с весны 1941 года начали осваивать на заводе № 154. С соседнего предприятия туда перево­ зили необходимый инструмент, оснастку и задел деталей и узлов. Но приступить к сборке до начала войны не успели. Всего изготовили 75 комплектных МВ-4 и 100 МВ-6 и МВ-6А. Реально МВ-6 и МВ-6А использовали только на одном серийном самолете – учебно-тренировочном бомбардировщике УТ-3, созданном под руководством А. С. Яковлева. Это был двухмоторный моноплан смешанной конструкции. Эти машины строили на двух заводах в 1939–1941 годах. Сдали 12 экземпляров и еще полтора десятка незаконченных пустили на слом после начала войны. УТ-3 эксплуатировались в различных учебных заведениях, готовивших летчиков, штурманов и стрелков-радистов для бомбардировочной авиации. В эксплуатации французские двигатели оказались весьма капризны. В частности, большие проблемы были связаны с трудным запуском. На войсковых испытаниях в Заволжье жарким летом МВ-6 постоянно перегревались. Запасы неиспользованных моторов МВ-4 осенью 1941 года вместе с заводом № 16 эвакуировали в Казань. Дальнейшая их судьба неизвестна. Скорее всего, двигатели пустили в лом. Завод № 154 после эвакуации в Среднюю Азию моторами МВ-6 не занимался. Задание по его освоению формально было отменено НКАП в августе 1942 года.
90 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Русский «Циклон» АШ-62ИР Основные данные МВ-6 Количество цилиндров 9 Компоновка звездообразный Охлаждение воздушное Нагнетатель односкоростной ПЦН Редуктор есть Диаметр цилиндра, мм 155,5 Ход поршня, мм 175,5 Рабочий объем, л 29,8 Степень сжатия 6,4 Максимальная мощность л. с. 1000 при об/мин 2200 Вес сухого, кг Мотор АШ-62ИР (рисунок из технического описания) АШ-62ИР – самый известный и самый массовый мотор конструкции А. Д. Швецова. Эта звездообразная «девятка» воздушного охлаждения находилась в производстве более 60 лет. А история ее началась так... М-62 (так он первоначально именовался) являлся результатом совершенствования двигателя М-25. Последний, в свою очередь, представлял собой копию американского мотора «Райт» SR-1820-F3 «Циклон», лицензию на который приобрели в апреле 1933 года. Серийное производство развернули на заводе № 19 в Перми. Там очень гордились тем, что их 560 М-25 – полное подобие оригинала, соответствующее по весу, мощности и расходу масла и бензина. Для советской промышленности это было уникальным явлением – наши копии иностранных моторов всегда получались тяжелее и «прожорливее». Это при том, что за счет перехода с дюймов на миллиметры диаметр цилиндра и ход немного уменьшились, соответственно стал меньше рабочий объем – 29,68 л против 29,8 л. Степень сжатия у американцев была 6,45, у нас – 6,4. Дальнейшим совершенствованием «Циклона» в Советском Союзе занимался А. Д. Швецов. В плане опытных работ на 1937 год предлагалось оснастить М-25 двухскоростным нагнетателем. Это позволило бы улучшить высотные харак-
Двигатели гражданских самолётов России (1) Продольный разрез мотора АШ-62ИР (2) Почтовый самолет ПС-43 с мотором М-62ИР в полете. 1940 (1) теристики двигателя – тогда считали, что современная воздушная война будет вестись на больших высотах. Но такого нагнетателя, снабженного переключателем скоростей, в СССР не имелось. Американцы их уже делали. С ноября 1936 года из США начали получать документацию по «Циклонам» следующего поколения – серии G. К апрелю следующего года прибыло все, кроме чертежей двухскоростного нагнетателя, запрещенного к вывозу американским военным министерством. Стали делать нагнетатель сами, используя отрывочную информацию по мотору модификации G103. Результатом явилось создание мотора М-25К. Первые его образцы изготовили на базе М-25В с новыми головками цилиндров (с увеличенным оребрением), установленными на резьбе пилообразного профиля, и советским двухскоростным ПЦН. Они 91 испытывались с марта 1937 года. Позднее отличия дополнились цельной кулачковой шайбой (без алюминиевой ступицы), усиленным поршнем с удлиненной юбкой, измененным главным шатуном, коленвалом на двух роликовых подшипниках, модернизированным картером и усовершенствованным механизмом газораспределения. В январе 1938 года М-62 выставили на государственные испытания, но в их ходе разрушились привод нагнетателя и головка одного из цилиндров. Повторные испытания прошли успешно. М-62 серийно выпускался с марта 1939 года на заводе № 19 в Молотове (ныне Пермь), немного позже – на заводе № 24 в Москве. Из-за многочисленных дефектов производство дважды приостанавливалось – в октябре и декабре 1939 года. До ноября М-62 изготовлялся с импортными подшипниками. С июля 1940-го ввели втулку главного шатуна с боковыми уплотнениями по американскому образцу (применявшимися на моторах серии G). В результате мотор допустили к эксплуатации лишь после совместных испытаний в декабре 1940 года, на которых он показал номинальную мощность 860 л. с. и максимальную 1040 л. с. М-62 исходно предназначался для истребителей. Отсюда и повышенное внимание к высотности, и отсутствие понижающего редуктора. Эти двигатели ставили на бипланы И-153 и часть монопланов И-16 последних модификаций. (2)
92 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Параллельно с обычными М-62 в Молотове в небольшом количестве собирали редукторные М-62Р (первоначально назывался М-25КР). Планетарные редукторы для них целиком ввозили из США. Максимальная мощность у этого варианта была немного меньше – 975 л. с., зато вес возрос до 573 кг (против 520 кг). Он также имел иную конструкцию кулачковой шайбы и другой привод к регулятору оборотов. После приобретения в США лицензий на несколько типов военных и гражданских самолетов потребовался двигатель, способный заменить применявшиеся на них «Циклоны». Вполне естественным казалось оттолкнуться от его советского аналога. Но за основу взяли не М-25, а усовершенствованный М-62, впитавший часть новинок семейства G. Однако все три типа закупленных американских машин предназначались для работы на малых и средних высотах и не отличались большими скоростями. Двухскоростной нагнетатель им не требовался, зато редуктор точно бы пригодился. Отказ от переключения скоростей должен был еще и повысить надежность, поскольку именно этот узел чаще всего ломался. В ответ Швецов разработал модификацию М-62ИР с редуктором (с отношением 11/16) и односкоростным ПЦН. Вместо пневмопуска, применявшегося на М-62Р, ввели электроинерционный стартер. Опытные образцы впервые поставили на стенд весной 1938 года. Государственные испытания М-62ИР на стенде успешно завершили 11 мая. На них мотор работал с редуктором от американского SGR-1820-G3, под который пришлось делать носок коленчатого вала с дюймовыми размерами. В целом по своим характеристикам М-62ИР практически соответствовал американскому SGR-1820-G2, тоже укомплектованному односкоростным нагнетателем. Экземпляры установочной серии имели взлетную мощность 1000 л. с. и номинальную 840 л. с. на номинальной высоте 1550 м; G2 давал 850 л. с. на 1770 м. Это явилось следствием того, что у советского мотора передаточное отношение привода к нагнетателю – 7,0, а у американцев – 7,14. М-62ИР был тяжелее SGR-1820-G2 на 10 кг (двигатели установочной серии весили 535 кг). Наш аналог получился чуть меньше по диметру (на 5 мм) и на 10 мм длиннее. Расход горючего соответствовал «райту» – не более 300 г/л. с. ч. В это время уже развернули производство моторов этого типа на заводах № 19 в Перми и № 24 в Москве. М-62ИР собирались монтировать на трех типах Мотор М-62ИР на штурмовике БШ-1; эти машины в разоруженном виде передали в гражданскую авиацию как ПС-43
Двигатели гражданских самолётов России (1) самолетов. Первый – пассажирский «Дуглас» ­DC-3, двухмоторный цельнометаллический моноплан, в то время один из лучших пассажирских лайнеров мира. Его выпуск под названием ПС-84 осваивал завод № 84 в подмосковных Химках. Второй – штурмовик и легкий бомбардировщик «Валти» V-11G, тоже цельнометалличес­кий моноплан, но одномоторный. Его как БШ-1 делал завод № 1 в Москве. Наконец, третий – летающая лодка «Консолидейтед» 28-2, более известная под английским именем «Каталина». Ее продали СССР в грузо-почтовом варианте, но, собрав пару самолетов из американских деталей, Таганрогский завод № 31 перешел на сборку морских разведчиков-бомбардировщиков ГСТ с оригинальным комплектом вооружения, не идентичным лодкам американского флота. Модель 28-2 в США специально для советских заказчиков переделали с моторов фирмы «Пратт-Уитни» на ­«Циклоны». Все эти самолеты планировали строить в больших количествах. Но на практике все оказалось по-другому. Штурмовик «Валти» уже уступал по своим данным новым советским машинам, в частности, Р-10. После испытаний одного из первых серийных экземпляров в НИИ ВВС, проходивших в начале 1939 года, военные принимать эти самолеты отказались. Еще в декабре 1938-го. Комитет обороны (1) Летающая лодка ГСТ на испытаниях в Севастополе. 1939 (2) Второй опытный образец пассажирского самолета АНТ-35 (АНТ-35бис) с моторами М-62ИР эксплуатировался на международной линии Москва – Стокгольм распорядился передать 30 БШ-1 без вооружения в ГВФ. Там их переименовали в ПС-43 и собирались использовать для перевозки почты. Первый самолет поступил в гражданскую авиацию в апреле 1939 года. В итоге в подразделения ГВФ поступили практически все построенные машины, выпуск которых прекратили в том же году. По документам НКАП всего собрали 50 БШ-1, другие источники 93 говорят о 38. Возможно, 50 – это все изготовленные планеры, а 38 – полностью укомплектованные и сданные самолеты. На самом деле значительная часть ПС-43 долго стояла в «железном ряду» на краю Центрального аэродрома, ожидая ­двигатели. Примерно то же произошло и с летающими лодками фирмы «Консолидейтед» (у нас именовались ГСТ – как военные и МП-7 – как пассажирские). Они оказались слишком сложны для нашей промышленности. Исчерпав запас купленных в США крупногабаритных отливок и поковок, завод в Таганроге в 1940 году прекратил их сборку, выпустив всего 27 машин. Первые экземпляры комплектовались американскими «Циклонами», затем стали ставить М-62Р, с 1940 года – М-62ИР. Постепенно в эксплуатации все лодки получили последние. Остался единственный тип самолета, который оснащался моторами М-62ИР, – ПС-84. Первую машину в Химках собрали из импортных узлов в ноябре 1938 года; моторы на ней тоже стояли американские. М-62ИР начали монтировать на серийных самолетах с конца 1939-го. Вообще-то существовала и четвертая серийная машина, комплектовавшаяся двигателями этого типа и полностью сконструированная в СССР. Это был АНТ-35 – двухмоторный пассажирский самолет, цельнометаллический моноплан. В мае (2)
94 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Посадка пассажиров в самолет ПС-35 (так переименовали АНТ-35 после ареста А. Н. Туполева). 1940 1934 года общество АВИАВНИТО объявило конкурс на создание скоростного пассажирского самолета на 5–12 мест. От него требовали очень большой по тем временам скорости – 420-450 км/ч. А. Н. Туполев решил сделать машину, перевозящую десять пассажиров, на основе скоростного бомбардировщика СБ. От него хотели взять крыло, оперение и шасси, соединив их с новым фюзеляжем. Мотоустановку скопировали с третьего опытного образца СБ (завершенного как тяжелый истребитель ДИ-8), на котором монтировались двигатели М-85. Но уже на втором экземпляре ­АНТ-35 их заменили на «Циклоны». С ними же выпустили две первых серийных машины, сданные в 1938 году. В том же году завод № 22 изготовил еще четыре самолета, называвшихся уже ПС-35 (поскольку Туполева объявили «врагом народа»). Но они долго стояли, ожидая дефицитные моторы М-62ИР – один сдали в 1939 году и три – годом позже. В погоне за скоростью фюзеляж сделали очень «обжатым», по проходу в салоне люди могли пройти лишь согнувшись. Но и при этом получили не более 372 км/ч. ПС-35 значительно уступал DC-3 по экономичности и комфорту, поэтому после освоения производства ПС-84 изготовлять их прекратили. Первые двигатели М-62ИР, относившиеся к установочной серии, имели американские редукторы, поэтому носок коленчатого вала и переднюю часть картера у них приходилось выполнять по дюймовому стандарту. В феврале 1938 года из США доставили 150 редукторов G2R. Они применялись на установочной и 1-й сериях завода № 19. Но внутри моторы этих серий значительно отличались. Для 1-й серии многие детали и агрегаты взяли с более позднего двигателя М-63 – усиленные коленчатый вал и главный шатун, цилиндры с утолщенной стенкой, втулки под удлиненные свечи ­ВГ-12 или ВГ-27, игольчатые подшипники рычагов клапанов выпуска вместо конических роликовых. Маслонасос МФ-9П и магнето МНМ-25 заменили на МШ-8 и БСМ-9. А вот на моторах московского выпуска все эти новинки так и не появились – в 1940 году производство М-62ИР там свернули. Дальше длительное время эти двигатели изготовляли только в Молотове. Ранние М-62ИР не отличались высокой надежностью, их часто приходилось менять. Обычно моторы не выдавали номинальную мощность и перегревались. Опасаясь последнего, летчики уменьшали наддув, что приводило к дополнительному падению мощности. В декабре 1939 года на 2-й серии ввели редукторы советского изготовления, но часть продукции имела в них американские сателлиты – хотели израсходовать ранее приобретенные запасы. В ходе производства этой серии постепенно внедрили главный шатун с боковыми маслоуплотнениями и удлиненной кривошипной головкой, подпружиненную шестерню газораспределения, заднюю крышку картера из магниевого сплава, а в начале 1941 года – коленчатый вал с маятниками на обеих щеках. При этом отставание от американских конструкторов, продолжавших совершенствовать «Циклон» (у них уже выпускались двигатели поколения G200), оценивалось в полтора-два года. Однако американцы имели возможность использовать более качественный неэтилированный бензин с октановым числом 100. К этому времени выпуск М-62ИР значительно возрос. За 1940 год собрали 184 мотора, за 1941-й – 981. Практически все изготовленные двигатели шли на самолеты ПС-84, применение которых в ВВС и гражданской авиации все расширялось. К лету 1941 года они летали на 12-ти авиалиниях.
Двигатели гражданских самолётов России 95 (1) Надежность М-62ИР оставляла желать лучшего. Подчас это сопровождалось весьма неприятными последствиями. Так, 25 мая 1941 года экипаж летчика Гармаша выполнял рейс Ашхабад – Москва. Восточнее Красноводска отказал правый мотор, затем начал греться левый. Пришлось садиться на высохшее озеро. В конце пробега колеса увязли и ПС-84 скапотировал. Никто из членов экипажа и пассажиров серьезно не пострадал, а вот машина угодила в ремонт. Чаще всего встречались разрушения масляных уплотнений валика нагнетателя и их суфлера. Иногда отказывали высотные корректоры, увязывавшие подачу топлива в карбюратор с плотностью воздуха. (1) Заправка одного из первых собранных в СССР ПС-84 (2) Разгрузка самолета ПС-84 Северной особой авиагруппы ГВФ в блокадном Ленинграде После начала Великой Отечественной войны ПС-84 вошли в состав авиагрупп и эскадрилий, приданных фронтам и фло- там. Тогда это был единственный в нашей стране современный транспортный самолет. ПС-84 перебрасывали к ­передовой (2)
96 (1) ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) Мотоустановка Ли-2 военного времени ­ оеприпасы, продовольствие, горючее б и медикаменты, эвакуировали раненых. Они участвовали в перевозке на фронт в район Орла 5-го воздушно-десантного корпуса, «воздушном мосте» в блокированный Ленинград. В августе 1941 года на левом борту самолета появился большой люк для загрузки крупногабаритных упаковок, с сентября ПС-84 стали вооружать пулеметами. В январе – феврале 1942 года эти машины высаживали воздушные десанты в Подмосковье. Для компенсации потерь завод № 84, перебравшийся в Ташкент, строил всё новые транспортники. С июня 1942 года ПС-84, переименованные в Ли-2 в честь главного инженера завода № 84 Б. П. Лисунова, применялись и как ночные бомбардировщики. Этими самолетами стали вооружать многие полки Авиации дальнего действия (АДД). Завод № 19 находился в тылу, его не эвакуировали. Но на нем тоже сказался вывоз предприятий на восток. Производство некоторых комплектующих временно прекратилось, на новом месте восстанавливалось постепенно. Это привело к снижению количества сданных моторов М-62ИР в конце 1941 года и в начале 1942-го. Но уже с весны темпы начали расти: апрель – 88 моторов, май – 196, июнь – 220, июль – 232! Последняя цифра точь-в-точь соответствовала спущенному плану. Можно было собрать и больше, но параллельно предприятие делало двигатели М-82, которым придавалось гораздо большее значение. (2) (2) Мотоустановка ПС-84 с пламегасителями ГАМ-10
Двигатели гражданских самолётов России 97 (3) (3) Ли-2 в варианте ночного бомбардировщика. Декабрь 1943 (4) Инженер Шкуров осматривает мотор М-62ИР на самолете ПС-84, Московская авиагруппа особого назначения (МАГОН) ГВФ. 1942 В 1942 году выпуск обычных М-62 прекратили, все усилия сосредоточили на производстве модификации ИР. На складах стали сосредотачивать ранее изготовленные М-62 и М-63; их отправляли в Пермь, где отсортировывали детали, пригодные для сборки М-62ИР. До 1945 года таким образом «распотрошили» около 1200 двигателей. Реально моторы в строевых полках вырабатывали в среднем на 110 часов больше предписанного ресурса. Двигатель постепенно совершенствовался. На 3-й серии редуктор стал полностью метрическим – запас американских сателлитов кончился. На 4-й серии, изготовлявшейся с конца 1942 года, не предусматривалась установка синхронизаторов, с лета 1943-го ставили графитированные поршни, с августа того же года внесли изменения в систему зажигания (улучшили экранирование и ввели свечи АС-130). В США выпуск моторов SGR-1820-G2 прекратили в 1942 году, а у нас М-62ИР делали и делали. Небольшая 5-я серия предназначалась для экспериментов с флюгерными винтами. На 6-й серии ввели так называемое деформационное сужение гильзы. Это означает, что изготовляется она не цилиндрической, зато становится таковой при рабочей температуре. Зазоры при этом выдерживаются точнее, а износ уменьшается. (4)
98 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Сборка двигателя АШ-62ИР на заводе в Рыбинске С 1944 года к выпуску М-62ИР подключили завод № 36 в Рыбинске. Его организовали в опустевших цехах завода № 19, вывезенного осенью 1941 года в Уфу. За год там собра- ли 343 двигателя. Это позволило нарастить сборку в Молотове моторов М-82ФН. Все годы войны поддерживался суммарный итог примерно в 1500 моторов в год. (2) Грузовой Ли-2Т, выпуск которого наладили в конце войны В апреле 1944 года двигатель переименовали в АШ-62ИР. В поощрение за заслуги А. Д. Швецова удостоили права именовать свои конструкции своими инициалами; ранее это заслужил только А. А. Микулин. После войны выпуск DC-3 и его военно-транспортного варианта С-47 в США прекратили. У нас производство Ли-2 продолжалось. С 1944 года возобновили сборку пассажирских Ли-2П на 19 мест, с апреля 1945-го бомбардировщики делать перестали, а вместо них пошла серия грузовых Ли-2Т без вооружения. С июля 1946 года выпуск последних освоил и завод № 126 в Комсомольске-на-Амуре. Вместе два предприятия выпускали около 400 самолетов в год. Они поставлялись и гражданской авиации, и ВВС, а также отправлялись на экспорт в страны Восточной Европы.
Двигатели гражданских самолётов России (2) Продолжалось и производство АШ-62ИР. На 7-й серии в 1946 году усовершенствовали клапанный механизм, доработав его по образцу мотора АШ-82ФН. В это время серийный двигатель весил 560 кг и комплектовался только электрогенератором ГС-1000 (остальные варианты отбросили) и стартером РИМ-24ИР. Номинальная мощность установилась на уровне 820 л. с. После войны появился еще один самолет, для которого выбрали двигатель АШ-62ИР. Это знаменитый Ан-2, сконструированный под руководством О. К. Антонова. Над его создателем смеялись – делать биплан в эпоху монопланов! Но Антонов оказался прав, и его самолет до сих пор можно увидеть в небе. А. С. Яковлев писал: «Ан-2 – это безотказный и незаменимый воздушный труженик... Такие самолеты не имеют возраста». Машина, первоначально названная СХА («сельскохозяйственный Антонова»), представляла собой большой одномоторный цельнометаллический биплан с неубирающимся шасси. Предлагались два варианта мотоустановки – с АШ-62ИР и АШ-21; выбрали первый. СХА поднял в небо 31 августа 1947 года летчик П. Н. Володин. Серийное производство биплана под названием Ан-2 вели на заводе № 473 в Киеве с 1950 года. Делали пассажирские, транспортно-десантные, поисково-спасательные, санитарные и сельскохозяйственные машины. Некоторое количество самолетов собрали с поплавковым шасси под обозначением Ан-2В. В небольшом 99 количестве строили также Ан-6 (ЗА-ТК) – высотный метеоразведчик («зондировщик атмосферы»), для которого выпускали специальный вариант АШ-62ИР с турбонагнетателем ТК-19, позаимствованным с двигателя АШ-73ТК. Бипланы Ан-2 экспортировались более чем в 50 государств: страны Европы, Азии, Африки, Латинской Америки. Если перечислять все страны, получится уж очень длинный список. Выпуск АШ-62ИР в Молотове завершили в 1947 году. Взамен планом по его производству в 1949 году загрузили завод № 478 в Запорожье, размещенный на площадке завода № 29, который был эвакуирован в Омск и там и оставлен. К концу года, опередив план, там успели сдать 26 моторов. В Запорожье ­АШ-62ИР собирали до конца 1953 года. К этому времени потребность в двигателях этого типа несколько уменьшилась. 1 апреля 1953 года вышло постановление Совета министров СССР о снятии Ли-2 с производства в Ташкенте. В Комсомольске выпуск этих машин прекратили еще в первом квартале 1950 года. Ли-2Т послевоенного производства, замаскированный под ночной бомбардировщик, стоит у Музея Великой Отечественной войны на Поклонной горе в Москве
100 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы
Двигатели гражданских самолётов России 101 Посадка пассажиров в Ли-2. Конец 1940-х Однако возникла еще одна задача. В гражданской авиации и ВВС после окончания войны продолжали эксплуатировать транспортные самолеты С-47, поставленные из США по ленд-лизу. Стоявшие на них двигатели фирмы «Пратт-Уитни» уже выработали свой ресурс. Подавляющее количество запасных моторов, доставленных из США, осело на складах у военных. А в ГВФ их почти не осталось, и много самолетов вынужденно простаивало на земле. На 20 ноября 1946 года в гражданской авиации имелось 257 С-47, исправные моторы же наличествовали только на 165. Валюту на закупку двигателей в США правительство выделить отказалось. Выход нашли в переделке С-47 под мотоустановки от Ли-2 с АШ-62ИР. Проект разработали на авиарембазе АРБ-400 Н. Т. Машовец и Э. М. Липский. В июне 1947 года опытный образец успешно прошел государственные испытания. С ноября в разных местах переделывали С-47 под моторы АШ-62ИР. По постановлению правительства с 1950 года завод № 86 в Таганроге серийно выпускал комплекты для доработки американских машин. «Гибрид» назывался ТС-62 и существовал в пассажирском и грузовом варианте. Из-за уменьшения тяги летные данные самолета ухудшились, но всё равно оставались лучше, чем у ­Ли-2. Однако расход горючего по сравнению с оригинальными американскими моторами увеличился на 40%. Такие машины эксплуатировались до середины 60-х годов. С 1952 года производство АШ-62ИР стал осваивать завод № 154 в Воронеже. До конца года там собрали 303 экземпляра. Вскоре воронежское предприятие стало «монополистом» в изготовлении моторов данного типа. Но в 1956 году по советской документации их стали делать в Чучжоу, в Китае, как HS5. Это понадобилось для развертывания в этой стране производства Ан-2, именовавшегося
102 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) Ли-2 Полярной авиации с лыжным шасси на ледовом аэродроме в Арктике, советская высокоширотная экспедиция. 1954 (1) (2) Замена правого мотора АШ-62ИР на Ли-2 в Иркутске. 1957 (2) там Y-5. Антоновские бипланы до 1968 года делали в Нанчане, до 1970-го – в Харбине и до 1986-го – в Шицзячжуане. В 1960 году Ан-2 стал также собирать завод PZL в Мельце (Польша). Там, в Калише, наладили и изготовление моторов для них, обозначавшихся Asz-62IR. В Советском Союзе выпуск Ан-2 прекратили в 1961 году. Двигатели АШ-62ИР далее делали только для замены изношенных на сохранявшихся в эксплуатации самолетах Ли-2 и Ан-2. Годовой выпуск постепенно уменьшался, дойдя в 1964 году до 313 двигателей. Никаких существенных изменений в конструкцию АШ-62ИР в этот период не вносили. Качественный скачок произошел в конце 1964 года, когда из цехов начали выходить моторы 15-й серии. На ней ввели плавающее стальное седло клапана выпуска. Постепенно внедрили заглушки крепления поршневых пальцев вместо колец, измененный главный шатун, бронзовые втулки пальцев противовесов коленвала (по типу АШ-82Т), измененную схему смазки редуктора, масляную центрифугу и карбюратор АКМ-62ИРА. Всё это довело межремонтный ресурс до 600 часов, хотя и увеличило вес двигателя до 567 кг. 15-я серия стала самой массовой для типа ИР. На её основе создали специальную модификацию АШ-62М, предназначенную для сельскохозяйственных самолетов. Она отличалась коробкой приводов КПМ, позволявшим отбирать мощность для разбрасывающих и распыляющих устройств, и мощным электрогенератором ВГ-7500. АШ-62М при необходимости легко переделывался обратно в АШ-62ИР. Именно такие моторы стояли на двух опытных образцах Ан-2М, построенных в 1964 году. Сначала предполагали, что это будет чисто сельскохозяйственный вариант, но реально завод № 464 в Долгопрудном до 1971 году делал и транспортные (с АШ-62ИР), и сельскохозяйственные (с АШ-62М) машины. В Воронеже двигатели для них собирали до конца 1974 года. Межремонтный ресурс АШ-62ИР постепенно довели до 1000 часов. Ставили задачу увеличить его до 1500 часов. В 1971 года завод доработал 20 моторов и отправил их для эксплуатационных испытаний на Ли-2. На 25 декабря 1974 года восемь наработали по 1500 часов, девятый – 1400 часов. Но поступило распоряжение производство АШ-62ИР на заводе, уже называвшемся Воронежским механическим, прекратить, а всю документацию по увеличению ресурса передать полякам. На этом выпуск легендарного мотора в нашей стране прекратили; всего их собрали более 40 000. Ли-2 находились в эксплуатации в СССР до второй половины 70-х годов. У военных они участвовали в войне в Корее в начале 50-х и во вторжении в Венгрию в 1956 году. Последней войной, в которой их использовали, стала вьетнамская. В гражданской авиации эти неприхотливые машины постепенно оттеснили на окраины страны, где они работали с плохо оборудованных площадок. Ли-2 много летали в Арктике, а потом в 1955 году попали и в Антарктиду.
Двигатели гражданских самолётов России (1) 103 (1) Экипаж лётчика К. Морозова из Северного территориального управления у своего Ли-2. 1956 (2) Ли-2П на аэродроме в Кургане. Начало 1970-х (3) Техническое обслуживание мотоустановки Ли-2 одного из полков ВВС. Винница, 1965 Вариант АШ-62ИР с максимальной мощностью 1100 л. с. и ресурсом 1200 часов стали делать в Калише. Такие двигатели экспортировали в Канаду для самолетов DHC-3. Поляки сделали свою сельскохозяйственную модификацию с более мощным гидронасосом, монтировавшуюся на самолетах М-14 «Крук» и М-18 «Дромадер». Последним в этом семействе стал двигатель К9, форсированный по оборотам до 1170 л. с. В Китае же HS5 изготовляли как минимум еще лет десять. Когда прекратили выпуск там – неизвестно. (2) (3)
104 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (2) (3) (1) Высотный Ан-2В (Ан-4), на двигателе которого смонтирован турбонагнетатель ТК-19 (2) Военный Ан-2 на аэродроме. 1950-е (3) Посадка парашютистов в самолет Ан-2 Ан-2 относится к числу самолетов-долгожителей. На 1 января 2007 года только в российском реестре значились 1650 машин этого типа. К этому надо добавить бывшие советские республики и более дальние страны. Ан-2 поставлялся в страны Европы, Азии, Африки и Латинской Америки. Только до момента прекращения серийного производства экспортировали примерно 230 самолетов. Позже эту технику многократно перепродавали. Например, в 2009 году Московский авиаремонтный завод отправил на Кубу партию Ан-2СХ. Антоновские бипланы использовали во время восстания в Венгрии в 1956 году, в инцидентах на советско-китайской границе, в ходе боевых действий во Вьетнаме, Лаосе, Камбодже, Афганистане, Юго­
Двигатели гражданских самолётов России 105 (4) славии и Никарагуа. Во время конфликта в Нагорном Карабахе Ан-2 применяли и армяне, и азербайджанцы. С 1954 году эти самолеты активно летали в Арктике, обслуживая дрейфующие станции «Северный полюс», а в 1955 году первая советская экспедиция привезла их в Антарктиду. С годами в строю остается всё меньше Ан-2, но во многих странах мира, включая Россию, эксплуатация их еще не запрещена. Для машин китайского производства об этом и речь не идет... (4) Ан-2СХ на работах по опрыскиванию садов в Молдавии. 1956 (5) (5) Осмотр мотора АШ-62ИР на Ан-2 одного из аэроклубов ДОСААФ
106 (1) ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы
Двигатели гражданских самолётов России 107 (2) (3) (1) Мотоустановка самолета Ан-2 (2) Самолет Ан-2 на авиасалоне в Жуковском (3) Замена винта на Ан-2 ДОСААФ Белоруссии, аэродром Боровая под Минском. Июнь 2011
108 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Из военных – в гражданские АШ-82Т Основные данные Количество цилиндров Компоновка АШ-82-212 АШ-82Т 14 14 двухрядный двухрядный звездообразный звездообразный Охлаждение воздушное воздушное Нагнетатель двухскоростной ПЦН односкоростной ПЦН Редуктор есть есть Диаметр цилиндра, мм 155,5 155,5 Ход поршня, мм 155 155 Рабочий объем, л 41,2 41,2 Степень сжатия 7,0 6,9 л. с. 1850 1900 при об/мин 2500 2600 900 1020 Максимальная мощность Вес сухого, кг Двигатель АШ-82Т Мотор М-82 (АШ-82) создавался для военной авиации, его ставили на истребители и бомбардировщики. Позже его приспособили для военно-транспортных и пассажирских машин, а затем выпустили полноценный гражданский вариант – АШ-82Т. В план опытного строительства на 1938–1939 годы внесли «14-цилиндровый мотор на базе М-23». Позднее его обозначили М-25Д14, а затем М-80. Эту двухрядную «звезду» воздушного охлаждения создавали в конструкторском бюро А. Д. Швецова при заводе № 19 в Молотове. Первый экземпляр М-80 собрали в августе 1938 года, а 18 августа его начали испытывать на стенде. Рассчитывали получить максимальную мощность 1500 л. с., но дошли только до 1400 л. с. Дальнейшим развитием этого типа стал М-81 с двухскоростным нагнетателем, использовавший некоторые детали и узлы от М-63. С ним реально вышли на рубеж 1600 л. с. С 1939 года у Швецова приступили к проектированию М-82, отличавшегося укороченным ходом поршня, стальной крыльчаткой ПЦН и удлиненным носком картера. В нем использовали многие новинки, появившиеся на моторах М-62 и М-63. Степень сжатия уменьшили с 7,2 до 7,0. Нагнетатель по-прежнему выполнялся двухскоростным. Ведущим конструктором этого двигателя был И. П. Эвич. Проект завершили к началу 1940 года. Первые испытания образцов М-82 проводились весной того же года, после этого на заводе № 19 выпустили установочную серию. 22 мая 1941 года успешно завершились госиспытания, подтвердившие ресурс
Двигатели гражданских самолётов России в 50 часов. Швецов обещал в кратчайшие сроки увеличить это время вдвое. Еще до их окончания, 13 мая, вышел приказ НКАП о начале серийного производства. Первый серийный вариант именовался М-82-111, он оснащался понижающим редуктором с отношением 11/16 и беспоплавковым карбюратором АК-82БП. Номинальная высотная мощность равнялась 1540 л. с., максимальная – 1700 л. с., вес – 850 кг (с дефлекторами). С 1942 года на моторе изменили направляющий аппарат ПЦН. Эти двигатели устанавливались на истребителях Ла-5, бомбардировщиках Су-2 и Ту-2, позже также на четырехмоторных ТБ-7 (Пе-8). Для бомбардировщиков делали вариант 212 с редуктором с отношением 9/16, более выгодным для меньших скоростей полета. В 1942 году запустили усовершенствованный М-82А-111. Мощность у него осталась той же, но повысилась надежность и, соответственно, вырос ресурс. Вес двигателя при этом возрос до 870 кг. Позже в серию внедрили М-82Ф, вариант с большей площадью оребрения головок цилиндров, усовершенствованной передачей к ПЦН, новыми всасывающими патрубками и изменениями в маслосистеме. Паспортная мощность опять не изменилась (хотя на стенде получили 1760 л. с.), но мотор уже не имел ограничений по времени форсирования. Тип Ф выпускался в Молотове с декабря 1942 года в вариантах М-82Ф-111 и М-82Ф-212 с разными редукторами и способом запуска (с электроинерционным стартером и пневмопуском). Самой известной модификацией стал М-82ФН, первоначально именовавшийся М-82ФНВ. На нем отказались от карбюратора и применили непосредственный впрыск топлива в цилиндры насосом НБ-3У. Одновременно увеличили наддув, еще больше развили оребрение головок, изменили клапаны, усилили поршни и переделали привод к нагнетателю. Опытные образцы М-82ФНВ испытывались в конце 1942 года. В октябре вышли на рубеж ресурса в 100 часов. Максимальная мощность у типа ФН равнялась 1850 л. с., но и вес подтянулся до 900 кг. С января 1943 года этот двигатель выпускался в Молотове серийно в модификациях АШ-82ФН-111 и АШ-82ФН-212. В том же году начали производство на заводе № 29 в Омске, до конца года собрали 75 штук. Варианты Ф и ФН сначала строились параллельно, поскольку насосов НБ-3У не хватало. Но с апреля 1944 года из цехов выходили только М-82ФН; собственно это были уже АШ-82ФН – название изменили с 1 апреля. Такие моторы монтировали на истребителях Ла-5 и Ла-7, бомбардировщиках Ту-2. На последних ставили двигатели типа 212 – с меньшими оборотами выходного вала редуктора. Сразу после окончания войны производство АШ-82ФН упало почти впятеро, но с 1947 года опять стало расти, хотя и не достигло прежнего уровня. Причиной 109 Мотор М-82ФН (АШ-82ФН) стал запуск в серию новых поршневых истребителей Ла-9 и Ла-11. Продолжался и выпуск двухмоторных бомбардировщиков Ту-2. Вот для них в конструкторском бюро завода № 29 под руководством В. С. Нитченко в феврале 1944 года спроектировали третий тип редуктора, отличавшийся гораздо большей надежностью. Он имел конические, а не цилиндрические сателлиты. Корпус редуктора отливался из алюминия, а не из магниевого сплава. Коэффициент понижения оборотов равнялся 0,56. В марте опытный образец успешно опробовали, а с июля новый редуктор стали монтировать на серийных моторах. Укомплектованные им двигатели именовались АШ-82ФН-312. Их ставили и на новые бомбардировщики, и заменяли ими
110 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Продольный разрез редуктора третьего типа, применявшегося на моторах АШ-82ФН-312 старые на ранее выпущенных машинах. Из всех типов авиамоторов, выпускавшихся в нашей стране, АШ-82ФН-312 был наиболее близок к тем требованиям, которые предъявляла гражданская авиация. Но изготовлялся он недолго, через пару лет в производстве остались только типы 112 и 212. Ранее уже говорилось о значительных простоях эксплуатировавшихся в ГВФ американских транспортных самолетов С-47 из-за отсутствия запасных моторов. 3 октября 1945 года начальник ГУ ГВФ маршал авиации Ф. А. Астахов предложил попробовать установить АШ-82ФН на этих машинах. Проектирование осуществляли в ОКБ-30 под руководством А. П. Голубкова. Предполагалось, что увеличение тяги улучшит все летные данные. Доработали два С-47, но испытания принесли сплош- ные разочарования. Скорость не увеличилась, а упала. В результате выбрали ранее упомянутый вариант с моторами АШ-62ИР. Два переделанных самолета, названных ТС-82, отправили летать в Таджикистан. По подобным причинам произвели замену двигателей на летающих лодках PBN-1 «Номад» (у нас их называли «Каталина», как более ранние модели), принадлежавших Управлению полярной авиации ГУСМП. На них смонтировали фактически комплектную мотоустановку от бомбардировщика Ту-2. Проект выполнили в 1947 году, работы вели с конца 1948-го. Всего в вариант, названный КМ-2, переделали 15 самолетов. Скорость и потолок у них выросли, но дальность полета упала из-за большей «прожорливости» советских двигателей. Зато АШ-82ФН-212 нашел применение на транспортных самолетах Ил-12, выпускавшихся в больших количествах. Эту машину начали проектировать в конструкторском бюро С. В. Ильюшина в середине войны. Сначала лайнер предполагался четырехмоторным и с гермокабиной для полетов на больших высотах. В 1944 году от герметизации фюзеляжа отказались, а вместо четырех двигателей М-88Б на крыле разместили два дизеля АЧ-31. В таком виде опытный образец в первый раз поднялся в воздух в августе 1945-го. Но АЧ-31, как и другие советские авиационные дизели, был весьма ненадежен. Вскоре всю дизельную программу закрыли. Ильюшин решил использовать АШ-82ФН. Пришлось существенно перерабатывать проект. С новыми моторами летные данные существенно падали, но
Двигатели гражданских самолётов России 111 (1) Летающая лодка КМ-2 с моторами АШ-82ФН на испытаниях. Сентябрь 1948 (2) Одна из мотоустановок самолета КМ-2; двигатель АШ-82ФН частично раскапотирован (1) (2)
112 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы ничего другого советские моторостроители тогда предложить не могли. Переделка опытного образца самолета заняла четыре месяца. 9 января 1946 года доработанный Ил-12 опять приступил к заводским испытаниям. В первом полете за штурвалами сидели братья Владимир и Константин Коккинаки. В июле того же года самолет выставили на государственные испытания в НИИ ГВФ в пассажирском варианте на 27 мест. Новый лайнер существенно превосходил Ли-2 по крейсерской скорости – на 100 км/ч. Испытатели сочли, что взлетный вес можно увеличить еще примерно на тонну. Это стало главными аргументами для развертывания серийного производства на заводе № 30 в Москве. В начале 1947 года первые пять Ил-12 передали на эксплуатационные испытания в ГВФ. 1 мая несколько машин пролетели над Красной площадью. Летом того же года начали облетывать грузовой Ил12Т с большой грузовой дверью и сходный (1) с ним транспортно-десантный Ил-12Д, вооруженный одним крупнокалиберным пулеметом УБТ. На нем предусматрива- лось и бомбовое вооружение; бомбы размещались на наружных балках и во внутренних кассетах. Это были первые отечественные транспортные самолеты, позволявшие перевозить внутри фюзеляжа автомобиль (хотя и небольшой – «Виллис» или ГАЗ-67Б). В ходе эксплуатации у самолета выявили немало «младенческих болезней». Одна из них была связана с малым ресурсом двигателей. АШ-82ФН, устанавливавшиеся на Ил-12, имели стандартный ресурс в 100 часов. Эта цифра устраивала ВВС для истребителя, который на фронте вообще обычно долго не живет. Но этого хватало всего на 20 дней интенсивных полетов транспортного самолета. (1) Двигатель АШ-82ФН-212 послевоенного выпуска (2) (2) Вид сзади на коробку агрегатов мотора АШ-82ФН-212, закрепленного на мотораме самолета Ил-12 (3) Самолет Ил-12 в полете
Двигатели гражданских самолётов России 113 (3)
114 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) В результате уже к сентябрю 1947 года значительная часть Ил-12 «встала на прикол» в ожидании замены моторов. Наглядно проявились противоречия, связанные с применением на гражданском лайнере двигателя, который был создан для военных. Руководство ГВФ настаивало, что условия эксплуатации на истребителе и пассажирском самолете разные. На первом он в каждом вылете работал примерно час на режиме 0,8 от максимальной мощности, да еще с эпизодическим форсированием во время воздушного боя. На втором – взлет на максимальных оборотах (если машина загружена), это где-то полторы минуты, а потом пять-шесть часов на режиме минимального расхода топлива (0,4 – 0,5 максимальной мощности). Имитируя такую циклограмму на стенде, добились работы АШ-82ФН в течение 300 часов. Но изменить назначенный ресурс можно было только через постановление правительства. Чтобы хотя бы на время решить проблему, начальник ГУ ГВФ Ф. А. Астахов своим приказом продлил ресурс до 150 часов. Всю ответственность маршал взял на себя. На заседании партактива ГВФ он сказал: «Мотор должен работать 100 часов, Астахов приказал 150 часов работать, если мотор разбился, то он, сукин сын, и виноват». (1) Транспортный самолет Ил-12 с двумя моторами АШ-82ФН-212. Июль 1977 (2) Частично раскапотированный двигатель АШ-82ФН-212 на самолете Ил-12 (2)
Двигатели гражданских самолётов России (3) (3) Моторист-сборщик Е. Е. Аверин собирает АШ-82ФН в мастерских ГВФ. 1954 Но это дало лишь небольшую передышку. Астахов уговорил министра авиационной промышленности А. И. Шахурина сочинить совместное письмо в Совет ми- (4) (4) Ил-12 Полярной авиации, участвовавший в высокоширотной экспедиции. 1954 нистров, в котором сообщали о результатах испытаний двигателя. Просить ресурс в 300 часов не рискнули – написали 200. Ответ был таков: 200 часов разрешаем, но только на моторах, выпущенных после 20 сентября 1947 года. Быстрый выход из строя АШ-82ФН на Ил-12 объяснялся еще и недостаточным освоением их как на самолетостроительном заводе, так и в эксплуатации. Так, машины прибывали с неправильной регулировкой системы впрыска. За час моторы потребляли от 400 до 700 кг бензина, а после того, как над ними «поколдовали» опытные мотористы, добились расхода 315 — 340 кг. В конце 40-х годов Ил-12 считался флагманом «Аэрофлота». Их показывали на выставках, выпускали на международные линии. Два десятка машин поставили в Польшу, Чехословакию и Китай. 115 Китайцам передавали и военные Ил-12Д. Но этот самолет по летным данным лишь подошел к уровню американского С-47, созданного в 1941 году, превосходя лишь в грузоподъемности. Экономичность его не входила ни в какие рамки. В целом Ил-12 был более востребован военно-транспортной, нежели гражданской авиацией. Там проблемы с ресурсом моторов выглядели менее острыми. Выпуск Ил-12 прекратили в 1949 году, построив 663 самолета, включая 20 экспортных Ил-12Б. В Молотове выпуск АШ-82ФН стали сворачивать с того же года, а в начале следующего сдали последние четыре мотора. В Омске пик производства пришелся на 1951 год – 2570 штук, потом тоже наступил спад. Сняли с производства Ла-9 и Ту-2, затем Ла-11. Завод обеспечивал только замену двигателей на самолетах в воинских частях. Моторы для Ил-12 комплектовались регуляторами оборотов Р-40, позволявшими использовать флюгерные винты. В морозы двигатель мог запускаться горючим газом от передвижного газогенератора.
116 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Надежность мотора постепенно повышалась рядом мелких изменений; ресурс довели до 300 часов. Здесь сказался еще и отказ от переключения скоростей нагнетателя, до этого создававшего немало проблем. Механизм второй скорости сохранялся, но не использовался. Выпуск АШ-82ФН окончательно завершили в 1953 году. Но ему на смену пришел новый вариант, специально создававшийся именно для транспортных самолетов – АШ-82Т. Над ним у Швецова начали работать в 1949 году. За основу взяли конструкцию АШ-82ФН послевоенного выпуска, заимствовав часть деталей и узлов от мотора АШ-83, выпущенного малой серией. Как и на АШ-62ИР, двухскоростной нагнетатель заменили односкоростным. Собственно, вариант с односкоростным Продольный разрез мотора АШ-82Т приводом ПЦН закладывался в проект М-82 с самого начала. Позже для штурмовика Ил-2 сделали с односкоростным нагнетателем двигатель М-82ИР, который испытывался в воздухе в 1942 году, однако, в серию не запускался. Степень сжатия на типе Т уменьшили до 6,9, зато нарастили наддув и обороты. Редуктор по конструкции походил на использовавшийся на АШ-82-212, но понижал обороты в соотношении 31/54, то есть рассчитывался на меньшую скорость полета. Для сравнительно тихоходного транспортника это было выгоднее. Непосредственный впрыск горючего в цилиндры обеспечивался насосом НВ-82. Ввели стальные плавающие седла клапанов. Регулятор оборотов Р-50 позволял работать с флюгируемым винтом-автоматом. Запуск осуществлялся электроинерционным стартером СКД-9В. В комплектацию включили мощный электрогенератор ГСР-6000А. В результате получили номинальную мощность 1530 л. с. и взлетную 1900 л. с. (которую разрешалось держать не более пяти минут). Удалось добиться существенного сдвига в показателях экономичности: на крейсерском режиме часовой расход топлива по сравнению с АШ-82ФН снизили на 15%. На взлётном режиме, например, он составлял 325-350 г/л. с. в час. Но бензин АШ-82Т потреблял только самый качественный в нашей стране – Б-95/130. С самого начала предполагалось, что межремонтный ресурс составит 400 часов, а вскоре удастся подтянуться до 500.
Двигатели гражданских самолётов России 117 (1) (2) (1) Препарированный в учебных целях мотор АШ-82Т в Самарском аэрокосмическом университете. 2001 Новые двигатели собирались применить на новом пассажирском самолете Ил-14, являвшемся результатом глубокой модернизации Ил-12. Он сначала проектировался под два 18-цилиндровых ­АШ-73, но по постановлению правительства от 10 июня 1950 года их заменили парой только что появившихся АШ-82Т. Опытные образцы его прошли испытания на стенде и постепенно дорабатывались с учетом их результатов. Первый экземпляр Ил-14 сначала летал с АШ-82ФН, а с 20 сентября 1950 года – с АШ-82Т из опытной серии. Эти моторы имели стальные картеры; позже из Молотова привезли новые – с алюминиевыми. На втором образце Ил-14, поднявшемся в воздух 1 октября, АШ-82Т монтировались с самого начала. Серийное производство в Молотове развернули в 1953 года, выпустив всего 29 моторов – 16% плана. Причиной объявили недоработанность цилиндро-поршневой группы. Серийный АШ-82Т весил 1020 кг и имел картер из стальных и алюминиевых частей. В том же году двигатель смог пройти государственные испытания. Государственные испытания Ил-14П («пассажирского») проходили существенно раньше, со 2 декабря 1951 года в НИИ ВВС. Командиром самолета был А. С. Рычков. В облете участвовали и летчики НИИ ГВФ. На машине стояли опытные АШ-82Т со стальными картерами. Самолет испыта- (2) Ил-14 гражданской авиации на аэродроме (3) Мотоустановка второго опытного образца самолета Ил-14 (Ил-14П) с двигателем АШ-82Т. 1952 ния, завершившиеся в августе 1952 года, успешно выдержал, и его рекомендовали к серийному производству. А вот испытания в НИИ ГВФ в августе – октябре он провалил. Там летчик А. И. Восканов сказал, что Ил-14 лишь приближается к требованиям гражданской авиации. Но после доработки машина в декабре была одобрена и там. (3)
118 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Пассажирский самолет Ил-14П на авиасалоне в Жуковском (2) Советский пассажирский самолет Ил-14П в аэропорту Пекина Серийное производство лайнера вели на заводе № 84 в Ташкенте с марта 1954 года по конец 1958-го. Кроме обычных пассажирских Ил-14П и Ил-14М строили Ил-14С с роскошным салоном (для больших начальников) и грузовые Ил-14Т. Это был единственный тип самолета, на котором монтировались моторы АШ-82Т. Он служил больше в гражданской, нежели в военной авиации. Такие машины экспортировались во многие страны. Несколько лет Ил-14 являлся лучшим пассажирским самолетом в стране, его выпустили на основные внутрисоюзные и международные линии. Эти машины стали вытеснять Ил-12 и Ли-2 на окраины. С 1956 года новые самолеты появились и в Полярной авиации. С 1955-го Ил-14 стали поставлять на экспорт. Они работали во многих странах Европы. Азии и Африки. (2)
Двигатели гражданских самолётов России В эксплуатации фиксировали течи соединений, наличие стружки в масле (верный признак износа вкладышей подшипников) и выброс масла из грибка суфлера. У первых серий межремонтный ресурс определялся в 200 часов, потом его подняли до 400 часов, а потом – 500 часов. Швецов никогда не рвался заниматься реактивной тематикой, заявляя, что на его век поршневых моторов хватит. Так и получилось – АШ-82Т стал его последним двигателем. Швецов умер в марте 1953 года. Сменивший его на посту главного конструктора П. А. Соловьёв некоторое время еще занимался доработкой типа Т, но с 1954 года перешел на проектирование ТРД. С 1954 года выпуск АШ-82Т в Молотове стали сокращать. Последние 16 двигателей там сдали в первом квартале 1955 года. Всю ответственность за модификацию Т, включая дальнейшую доводку, возложили на омский завод. Там в августе 1956-го организовали для этого филиал ОКБ-19. Возглавил его В. А. Глушенков. Пика производства в Омске достигли в 1957 году – 2514 штук. Надежность АШ-82Т оценивалась выше, чем у АШ-82ФН, но отказы мотоустановки все равно являлись причиной многих аварий и катастроф. До 1961 года из-за этого имели место 80 вынужденных посадок, 33 полета на одном моторе и девять пожаров. Случай пожара двигателя в 1957 году произошел даже с военным Ил-14, перевозившим Н. С. Хрущёва. Летчик Н. И. Цыбин включил огнетушитель, выключил мотор и зафлюгировал винт. Не желая рисковать, пилот совершил посадку на аэродроме близ Джанкоя. Расследование показало, что от вибрации лопнула медная трубка бензинопровода и топливо хлынуло на горячий двигатель. После этого трубки заменили на гибкие шланги-дюриты. Были и более печальные случаи. 29 сентября 1960 года при посадке в Бресте отказал один двигатель, пилоты не справились с управлением. Ил-14 врезался в будку радиостанции, один из членов экипажа погиб. 30 декабря того же года другой самолет, вынужденно летя на одном моторе, врезался в склон сопки Юрчик северо-западнее Петропавловска-Камчатского. Чаще всего в аварийных АШ-82Т находили задиры и прогары поршней, разрушение гильз второго и пятого цилиндров. 119 Техническое обслуживание АШ-82Т на самолете Ил-14 проводят братья В. и Н. Николаевы. Норильск, 1958
120 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Мотоустановка самолета Ил-14 с двигателем АШ-82Т (2) (2) Военно-транспортный самолет Ил-14 афганских ВВС В начале 60-х годов выпуск в Омске удерживался на уровне 300-350 моторов в год. Поздние серии имели максимальную мощность 1950 л. с. С 1966 года пошло плановое сокращение выпуска, но позже он опять немного вырос: 1968 год – 321, 1969-й – 263, 1970-й – 274. Парк ­Ил-14 постепенно сокращался, с основных линий его «выдавили» новые машины с турбореактивными и турбовинтовыми двигателями. Требовалось лишь обеспечить самолеты моторами на замену. Глушенков постепенно переводил всех своих сотрудников на работу по малоразмерным ГТД, АШ-82Т становился для них второстепенным. С 1963 года Омский завод начал выпускать газотурбинные ВСУ. Завод, систематически перевыполняя план по АШ-82Т, при этом жаловался министерству на неритмичную поставку агрегатов. В цехах, где делали поршневые моторы (они уже не являлись основной продукцией), сохранялось много старого изношенного оборудования, выпущенного в 40-х и даже 30-х годах. В середине 60-х предприятие выпускало АШ-82Т 7-й серии. Первоначально для них установили ресурс в 800 часов. Это справедливо считали недостаточным. В ходе опытной летной эксплуатации 20 моторов наработали более 1200 часов, четыре из них перешли рубеж 1400 часов. Даже по мировым меркам это было очень хорошо. Конструкторы считали, что смогут получить даже 1700–2000 часов, доработав цилиндры и поршни. Кроме того, в 1965 году взялись за более тщательную очистку масла. Важным шагом стала разработка центрального масляного очистителя, включавшего центрифугу и систему фильтров. Это был отдельный агрегат, монтировавшийся не на моторе. Испытания показали, что его работа весьма эффективна. Дальнейшего увеличения надежности пытались достичь совершенствованием технологии и использованием более современных материалов. В 1969 году внедрили гильзы и поршневые пальцы, изготовленные из стали, подвергнутой электропереплаву. Проводили эксперименты с вибронагартовкой поршней. Параллельно опробовали поршни с внутренним оребрением и поршни из нового сплава АК-4-П. Последние на испытаниях проявили себя неудачно. В 1970 году внедрили упрощенную конструкцию картера, сделав его неразъемным в средней части. Картер стал более жестким, в него входило на 87 деталей меньше, вес снизился на 3 кг. Проект такой доработки выполнили еще в 1965-м, годом позже изготовили и испытали опытные образцы. Параллельно повышалось качество: в 1970 году количество моторов, снятых в ходе контрольных испытаний, уменьшилось на треть. В 1971 году внедрили вибронагартовку поршней – это избавило от остаточных напряжений, возникавших от применявшейся ранее накатки. Все изменения совокупно дали огромный рывок в продлении ресурса. В 1970 годы его довели до 1500 часов, а общий ресурс (до списания) – в 4700 часов (то есть предусмотрели две переборки). В конце 1972 года общий ресурс для моторов 7-й серии увеличили до 6000 часов (три переборки). Это проверили на стенде в ГосНИИ ГА, а затем в ходе летных испытаний на
Двигатели гражданских самолётов России Мотоустановка самолета Ил-14 с двигателем АШ-82Т. Двигатель М-82Т – чехословацкая копия советского АШ-82Т Ил-14. Совместным решением МАП и МГА от 31 октября 1973 года общий ресурс для двигателей 7-й серии подняли до 7000 часов. В марте 1973-го Глушенков со своей должности ушел. Временно главным конструктором назначили Л. Ушеренко, а в ноябре 1973 г. его сменил В. С. Пащенко. Конструкторы ставили задачу на 8-й серии АШ-82Т добиться межремонтного ресурса в 2000 часов при общем 8000 часов, а затем и 10 000 часов. Но с 1973 года план выпуска моторов уже не выполнялся, от завода требовали нарастить производство ТРД АЛ-21Ф-3 и ЖРД 8Д419, считавшихся гораздо более важными. На это уходили все силы и средства. Поршневые двигатели стали считаться второстепенными, это сказывалось и на снабжении. 121 Например, постоянно не хватало подшипников. В 1974 году поставили вопрос о снятии АШ-82Т с производства, чтобы освободить производственные мощности для другой продукции. После этого существенных изменений в конструкцию уже не вносили, ограничившись заменой гибких шлангов на более современные образцы. Сборку АШ-82Т прекратили к концу 1975 года, сдав за год 301 двигатель при плане 300. При этом использовали весь имевшийся задел деталей и узлов. АШ-82Т выпускались не только в Советском Союзе. С 1954 года под обозначением М-82Т их изготавливали в Чехословакии на заводе им. Димитрова (более известном как «Авиа») в Летнянах. Они предназначались для самолетов Ил-14, строившихся в этой стране по лицензии как Av-14. Такие машины экспортировались за рубеж, в том числе в СССР. В Китае на предприятии в Донгане в 1962–1980 годах выпускали HS8, китайский вариант АШ-82Т с максимальной мощностью 1850 л. с. Их использовали как запасные для Ил-14, а также переделывали под них бомбардировщики Ту-2, укомплектовывая винтами АВ-50 от Ил-14. В советских ВВС самолеты этого типа начали сдавать с 1967 года. Последний полет гражданского Ил-14 собственно в Советском Союзе состоялся в 1988 году. В Антарктиде они еще недолго эксплуатировались – заслуженный самолет поднялся в воздух в марте 1990 года. На этой машине стояли два последних (найденных на складах) мотора первой категории.
122 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы «АШ» без Швецова АШ-21 Учебные самолеты постепенно разделились на машины первоначального обучения и предназначенные для следующего, более сложного, этапа подготовки. Для последних потребовался новый, более мощный двигатель. В конце Великой Отечественной войны руководство ВВС пришло к мнению, что нужны новые учебно-тренировочные машины с моторами мощностью 500–700 л. с. Их рассчитывали использовать как переходные с самолетов первоначального обучения на боевые. Подходящих двигателей Основные данные АШ-21 Количество цилиндров 7 Компоновка звездообразный Охлаждение воздушное Нагнетатель односкоростной ПЦН Редуктор есть Диаметр цилиндра, мм 155,5 Ход поршня, мм 155 Рабочий объем, л 20,6 Степень сжатия 6,4 Максимальная мощность л. с. 700 при об/мин 2300 Вес сухого, кг 497 Мотор АШ-21 выпуска 1947 года в стране не имелось. В конструкторском бюро при заводе № 29, возглавлявшемся тогда В. С. Нитченко, возникла идея сделать «половинку» от выпускавшегося тогда в Омске АШ-82ФН. В 1944 году там взялись за его проектирование. В однорядной «семерке» использовали большое количество деталей от 14-цилиндрового «старшего брата» и родственного АШ-62ИР. Одноколенный коленчатый вал разбирался на две части и снабжался демпфером-маятником на задней щеке. Втулку главного шатуна выполнили с гиперболической расточкой и боковыми уплотнениями для улучшения смазки. Картер в основном изготовлялся из алюминия, но для задней крышки использовали более легкий магниевый сплав. Степень сжатия понизили до 6,4, что давало возможность пользоваться широко распространенным бензином 4Б-70 (с октановым числом 89). Учебной машине большая высотность была ни к чему, поэтому привод нагнетателя сделали односкоростным. Номинальная высота определялась в 1700 м. А вот непосредственный впрыск высокого давления оставили, хотя обсуждалась возможность вернуться к менее слож-
Двигатели гражданских самолётов России ному и более дешевому карбюратору. Но агрегат впрыска использовали новый, семиплунжерный НВ-21. Собственно, и здесь была «половинка» от агрегата с АШ-82ФН. Двигатель имел планетарный редуктор с привычным отношением 11/16. Запуск обеспечивался пневмопуском, как на боевых самолетах. Регулятор оборотов Р-7Е позволял использовать флюгируемый винт-автомат. Предусматривалась установка синхронизатора, допускавшего монтаж неподвижного пулемета, стрелявшего через диск ометания пропеллера. Мотор назвали АШ-21, хотя Швецов к нему руку не прикладывал. Видимо сказалось то, что конструкторское бюро в Омске до июня 1946 года считалось филиалом швецовского ОКБ-19, а также большая степень унификации с АШ-82ФН и АШ-62ИР. Проект завершили в августе ­1944-го, в апреле следующего года опытный образец АШ-21 приступил к заводским испытаниям. Министерство авиационной промышленности распорядилось к 10 июля выставить его на государственные испытания. В этот срок не уложились, реально мотор прошел их в октябре–ноябре, отработав положенные 100 часов. Он развивал взлетную мощность 700 л. с., которую можно было держать не более 30 секунд. Номинальная мощность у земли равнялась 570 л. с., на номинальной высоте – 615 л. с. Испытания завершились с оценкой «удовлетворительно», АШ-21 рекомендовали в серию. Серийное производство на заводе № 29 в Омске начали в 1946 году. За первый год изготовили 114 двигателей, им назначили ресурс в 100 часов. После повторных государственных испытаний в сентябре 1947 года на 2-й серии его довели до 200 часов; при этом изменили носок картера, главный шатун, усилили шестерню газораспределения и внесли мелкие изменения в головках цилиндров. На седла выхлопных клапанов наплавили нихром. Кроме того, заменили бензиновый и 123 (1) масляный насосы. С 3-й серии ресурс установили в 300 часов. Одновременно предусмотрели использование флюгерного пропеллера. Вес при этом неуклонно рос, хотя и не сильно: сначала его определяли в 490 кг, затем 495 кг и 497 кг. Моторы АШ-21 использовались на двух типах серийных самолетов – Як-11 и УТБ. Разработку первого из них начали в бюро А. С. Яковлева в марте 1945 года на основе истребителя Як-3, поэтому машина сначала именовалась Як-3УТИ или Як-УТИ. Заданием предлагались три типа двигателей, из которых реализовали только АШ-21. Як-УТИ представлял собой одномоторный двухместный моноплан смешанной конструкции. Шасси выполнили убирающимся, кабину – полностью закрытой. Машина вооружалась синхронным пулеметом УБТ и бомбодержателями, что позволяло отрабатывать на нем элементы боевой подготовки.Его первый опытный образец с мотором АШ-21 (еще опытным) взлетел 18 октября 1945 года. В ноябре– декабре его выпустили на государственные испытания, которые самолет успешно прошел. (1) Учебно-тренировочный самолет Як-11 с мотором АШ-21 (2) Схема регулирования охлаждения мотора АШ-21 на самолете Як-11: 1 – жалюзи; 2 – дефлекторы; 3 – боковые створки капота (2)
124 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Як-11 в ныне не существующем музее конструкторского бюро им. А. С. Яковлева Запуск машины в серию под названием Як-11 отложили до проведения госиспытаний АШ-21 и приступили к производству на заводе в Саратове в конце 1946 года Со следующего года они поступили в различные авиационные училища и в полки для тренировки летчиков-истребителей. В том же году машины без вооружения получили аэроклубы Осоавиахима (позже (2) переименованного в ДОСААФ). Летчики-спортсмены установили на Як-11 пять мировых рекордов. В 1949 году производство из Саратова перенесли в Ленинград, где сборку вели до 1955 года. Всего в СССР построили около 3500 экземпляров. Кроме этого, Як-11 в 1953–1956 годах выпускали на заводе «Авиа» в ­Праге, (2) Линейка самолетов Як-11 одного из летных училищ ВВС в Чехословакии, как С-11. В начале 1953 года в эту страну отправили чертежи и прочую документацию на мотор АШ-21, который выпускали на заводе им. Димитрова как М-21. Чехословацкие двигатели были немного легче – 495 кг. Самолеты как советского, так и чехословацкого производства активно поставлялись на экспорт. Они служили в двух десятках государств. Северокорейские летчики использовали их в начале 50-х годов как легкие ночные бомбардировщики. В 1962 году египтяне применили С-11 как штурмовики в Йемене. В советских ВВС Як-11 сняли с вооружения в 1962 году. В ДОСААФ массовое списание этих машин пошло с 1960-го. В Австрии они летали до 1965-го, в Египте – до конца 70-х годов. Двухмоторный учебно-тренировочный бомбардировщик УТБ существовал в гораздо меньшем количестве, чем Як-11. По сути, он представлял собой упрощенную и удешевленную модификацию известного самолета Ту-2. Поскольку конструкторское бюро А. Н. Туполева было загружено проектированием тяжелого бомбарди-
Двигатели гражданских самолётов России 125 (3) ровщика Б-4 (в серии названного Ту-4), переделку поручили П. О. Сухому. Моторы АШ-82ФН заменили на АШ-21, сняли часть вооружения, уменьшили запас горючего и бомбовую нагрузку. Первую доработанную машину поднял в воздух Н. Д. Фиксон 14 июня 1946 года. В июле – сентябре она успешно прошла государственные испытания в НИИ ВВС. А в мае 1947-го из цеха завода № 381 уже вывели головной серийный экземпляр. Все УТБ переделывались из Ту-2 ранних серий, сдававшихся строевыми полками ВВС. Выпуск прекратили в 1949 году. Всего изготовили 201 самолет. Они использовались в авиационных училищах в СССР, а также поставлялись в Польшу и Китай. (3) Учебно-тренировочный бомбардировщик УТБ. Октябрь 1946 (4) Левая мотоустановка УТБ с частично раскапотированным двигателем АШ-21 (4)
126 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (2) (1) Инструктор Ф. Н. Филимонов возле УТБ в Омском авиационном училище. Начало 1950-х (2) Завод № 29 в Омске. 1944 (3) Мотор АШ-21 в запаснике Музея ВВС России в Монино В 1948 году к выпуску АШ-21 хотели подключить завод № 478 в Запорожье, но в сентябре пришел новый приказ министерства – работу свернуть. В ходе серийного производства АШ-21, как вы уже поняли, менялся мало. Его выпуск прекратили в 1955 году, в котором сдали военной приемке 447 двигателей. Общий итог в Омске составил 7636 штук.
Двигатели гражданских самолётов России (3) 127
128 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы Семьдесят лет в воздухе М-14 АИ-14Р С подходом немецких войск к Запо­ рожью завод № 29 эвакуировали на восток. В его уцелевших цехах немцы организовали ремонтные мастерские, где чинили доставлявшиеся с фронта авиамоторы. Когда советские войска освободили Запорожье, завод № 29, так же как другие, вывезенные в Сибирь и на Урал, решили не возвращать на прежнее место, а создать там новое предприятие. Так появился завод № 478. На нем начали вести ремонт моторов М-88Б, а затем освоили сборку АШ-82ФН из привозных узлов. Основные данные Количество цилиндров Компоновка После завершения Великой Отечественной войны советским ВВС понадобились новые учебные, связные и санитарные самолеты. Для них готовили целую гамму моторов, из которых быстро выделился М-14 (АИ-14). Он изготовлялся в массовом количестве во многих модификациях и прослужил более 70 лет на военных и гражданских машинах. АИ-14Р АИ-14РФ М-14П 9 9 19 звездообразный звездообразный звездообразный Охлаждение воздушное Нагнетатель односкоростной ПЦН воздушное воздушное односкоростной односкоростной ПЦН ПЦН Редуктор есть есть есть Диаметр цилиндра, мм 105 105 105 Ход поршня, мм 130 130 130 10,16 10,16 10,16 5,9 5,9 5,9 л. с. 260 300 360 при об/мин 2350 2350 - 192 192 214 Рабочий объем, л Степень сжатия Максимальная мощность Вес сухого, кг
Двигатели гражданских самолётов России 129 Моторы М-10, М-12 и М-14 5 мая 1945 года при заводе образовали конструкторское бюро, которое возглавил А. Г. Ивченко. С 1 июля 1946 года оно приобрело самостоятельный статус и стало именоваться ОКБ-478. С 1947 года там началась разработка семейства двигателей для легких самолетов. На этот раз моторы имели полностью оригинальную конструкцию, хотя сохраняли некоторую преемственность по отношению к М-26Гр (в серии – АИ-26В), над которым ОКБ-478 работало ранее. Семейство состояло из трех звездообразных двигателей воздушного охлаждения: М-10 (пятицилиндрового), М-12 (семицилиндрового) и М-14 (девятицилиндрового). За М-14 взялись в последнюю очередь, в 1948 году. Все они имели один и тот же диаметр цилиндров, но разный ход поршня и разную степень сжатия. Самый маленький М-10 не оснащался ни редуктором, ни нагнетателем. М-12 и М-14 получили нагнетатель, но без редуктора. М-10 и М-12 в 1947–1948 годах прошли стендовые и летные испытания, но не были запущены в серию, хотя их применение предполагалось техническими заданиями на несколько легких самолетов. Зато судьба М-14 сложилась куда удачнее. Эта довольно компактная «девятка» имела односкоростной ПЦН. Степень сжатия 5,9 позволяла использовать достаточно дешевый бензин Б-70. В июле 1948 года двигатель прошел заводские испытания, но по приказу МАП работы вдруг прекратили. Тем не менее один из опытных образцов нового мотора передали в ОКБ-115 А. С. Яковлева. Его смонтировали на самолете, называвшемся Як-12 М-14, вместо М-11ФР-1. Эта машина проходила заводские испытания в ноябре 1948 года. В документах об испытаниях номинальная мощность указана как 225 л. с., максимальная – 256 л. с. «Пересадка сердца» дала просто удивительный выигрыш в летных данных. Скорость возросла на 32–38 км/ч, скороподъемность у земли увеличилась в полтора раза. Разбег на взлете сократился почти вдвое. Объяснялось это просто – взлетная мощность поднялась в 1,75 раза, примерно так же, как и номинальная. На государственных испытаниях в НИИ ВВС в декабре 1948-го – январе 1949 года результаты получились похуже, но, опять же, продемонстрировали значительный рост показателей. Однако испытатели пришли к выводу, что на Як-12 выгоднее было бы применить двигатель с понижающим редуктором. А такого варианта М-14 еще не существовало. В декабре 1948 года министерство «сменило гнев на милость» и распорядилось продолжить работу по новому мотору. В том же месяце он успешно прошел государственные испытания в первоначальном варианте, без редуктора. Редукторную модификацию, М-14Р, начали проектировать в феврале 1950 года. Предварительный проект завершили в марте. Кроме применения планетарного редуктора с отношением 0,787, конструкция отличалась применением литья из магниевых сплавов и противовесом-маятником для гашения крутильных колебаний на задней щеке коленвала. Доводка мото- Прыжок парашютиста с самолета Як-12
130 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Закапотированный мотор АИ-14Р на самолете Як-12 (2) Препарированный для учебных целей мотор АИ-14Р в аэрокосмическом университете в Самаре ра и испытания на стенде осуществлялись до октября. Попытка дойти до 200 часов закончилась неудачей – произошла поломка крепления маятника. В ­нояб­ре – декабре доработанный М-14Р прошел государственные испытания с рекомендацией к запуску в серию. Номинальная мощность мотора равнялась 220 л. с., максимальная – 260 л. с. Регулятор Р-2 позволял использовать винт изменяемого шага. Запуск – сжатым воздухом. Весил двигатель 192 кг (без генератора, вакуум-насоса и компрессора). В полной комплектации добавлялись компрессор АК-50М и генератор ГСК1500М. Это увеличивало вес до 197 кг. Еще раньше, в сентябре 1950 года, Яковлев передал на заводские испытания ­Як-12Р с М-14Р из опытной серии. В октябре эту машину выставили на госиспытания в НИИ ВВС. Сначала все шло хорошо, но 22 ноября мотор отказал в воздухе. Летчику удалось сесть, из Запорожья привезли новый двигатель и смонтировали на самолете. Полеты возобновили, но из-за ряда дефектов Як-12Р поставили «неуд». Чуть позже испытывался второй опытный образец машины, но и его забраковали. Основной проблемой являлся перегрев двигателя. Но это – не вина М-14Р, а недоработка самолетостроителей. После того, как поставили более мощный маслорадиатор и изменили капотирование, ситуация улучшилась. Як-12Р рекомендовали к серийному производству. Выпуск М-14Р должны были развернуть в сентябре 1950 года на заводе № 154 в Воронеже. Но из-за постоянной корректировки документации конструкторами и недопоставки специального инструмента моторы пошли из цехов только к зиме. До конца года успели сдать всего 14 двигателей. Однако и их сочли некондиционными и подлежащими переделке. На следующий год дело пошло веселей – собрали 438 экземпляров. А потом – резкая остановка; за весь 1952 год не числится ни одного изготовленного М-14Р. Почему? Их некуда было девать! (2)
Двигатели гражданских самолётов России (3) (3) АИ-14Р с двухлопастным винтом в Самаре (4) (4) Самолет Як-12А с мотором АИ-14Р Як-12Р с 1951 года делали на заводе № 464, намеревались запустить его в серию еще и в Казани. Но в сентябре поступил приказ: производство остановить. Яковлев написал в своих мемуарах, что причиной стало недовольство И. В. Сталина. Вождь посмотрел на Як-12Р на воздушном празднике в августе 1951 года, и он ему понравился. Сталин распорядился, чтобы такая машина доставляла почту к нему на дачу. Но площадка там оказалась столь мала, что сесть смог только вертолет. Кроме того, на Як-12Р примерно в это же время угодили в аварию два генерала, отправившихся на нем поохотиться. Перегруженный добычей самолет разбился на взлете. Гнев вождя вызвал распоряжение перестать строить яковлевский моноплан. Так это или не так – судить трудно, но приказ МАП – это факт. Производство Як-12Р возобновили уже после смерти Сталина – в сентябре 1953 года на заводе в Ленинграде. Соответственно, для них понадобились и моторы. В Воронеже опять начали собирать М-14Р; до конца года сдали уже 125 штук, в 1954-м – 676. Это был уже не М-14Р, двигатель переименовали в АИ-14Р в честь создателя. В 1955 году ресурс АИ-14Р 3-й серии довели до 300 часов. 131 Самолет Як-12А в сельскохозяйственном варианте Як-12Р строили до 1955 года, затем его сменил Як-12М, еще позже – Як-12А. Существовали связной (пилот и два пассажира, у Як-12А – три), санитарный (для перевозки одного больного и сопровождающего медработника) и сельскохозяйственный варианты исполнения. А вот двигатель оставался одним и тем же до самого снятия этой машины с производства в СССР в 1959 году Як-12 использовался в ВВС как самолет связи, в гражданской авиации – для перевозки пассажиров, почты и мелких грузов на местных линиях, в ДОСААФ – для буксировки планеров.
132 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (1) Учебный самолет Як-18А с мотором АИ-14Р (2) (2) Третий опытный образец легкого многоцелевого транспортного самолета Ан-14 «Пчёлка» с двумя моторами АИ-14РФ В конце 1955 года А. С. Яковлев доработал под АИ-14Р еще один свой самолет – учебный Як-18. К последнему до этого предъявляли претензии в отношении недостаточной тяговооруженности. Как и в случае с Як-12, замена мотора привела к улучшению взлетно-посадочных качеств, повышению скорости и ско- роподъемности. Доработанный Як-18А поднялся в воздух в октябре 1956 года. Первую партию серийных самолетов сдали в июле 1957-го. Потребность в моторах опять выросла, что отразилось на плане, спускаемом воронежскому заводу. Пик производства пришелся там на 1958 год – 1904 двигателя. Далее выпуск постепенно уменьшался. За создание поршневых двигателей А. Г. Ивченко в 1948 году получил Сталинскую премию, но с 1953 года начал заниматься турбовинтовой техникой. Больше ни одного поршневого мотора в Запорожье не создали. Зато на базе опытно-конструкторского отдела завода № 154 в 1960 году создали конструкторское бюро, которое возглавил И. М. Веденеев. В 1962-ом этот коллектив получил статус филиала конструкторского бюро Ивченко, которому передали всю ответственность за дальнейшее совершенствование АИ-14. Там подготовили проект, а затем изготовили и испытали усовершенствованный мотор АИ-14РА, отличавшийся измененным приводом агрегатов и мелкими усовершенствованиями. На стенде он показал номинальную мощность 217 л. с. и максимальную 256 л. с.при весе 200 кг.
Двигатели гражданских самолётов России 133 (1) (1) Двигатель М-14П (рисунок из технического описания) (2) Двигатель М-14Х — экспортный вариант М-14П Но в отчетности завода о выпуске серийной продукции таких двигателей нет, там фигурирует только АИ-14Р. Однако возможно, что усовершенствования модели РА внедрили на поздних сериях типа Р. Зато форсированный по оборотам до максимальной мощности 300 л. с. АИ-14РФ запустили в производство в 1964-м. В том году сделали первые 50 таких двигателей. С 1965 года на заводе в Арсеньеве приступили к серийному выпуску самолетов Ан-14 «Пчёлка». Это был двухмоторный цельнометаллический моноплан, созданный в конструкторском бюро О. К. Антонова. Он мог при экипаже из одного летчика перевезти семь-девять пассажиров или 720 кг груза. На серийных экземплярах монтировались двигатели АИ-14РФ. С 1966 года такие машины эксплуатировались в ВВС и гражданской авиации; они также экспортировались в страны Варшавского договора. В 1966 году АИ-14РФ также использовали на одноместных пилотажных самолетах (2) Як-18ПМ. На таких машинах в том же году советская команда взяла все 24 медали на IV чемпионате мира по высшему пилотажу в Москве. Самолеты, строившиеся на заводе в Арсеньеве в 1971–1972 годах, снабжались уже двигателями АИ-14РФП, специально приспособленными для акробатических полетов. Они имел измененную маслосистему, позволявшую довольно долго работать в перевернутом положении. С 1967 году серийный АИ-14РФ стал опять именоваться М-14. Конструкторское бюро в Воронеже, ОКБ-154-2 (ныне называющееся «ОКБ моторостроения») в 1966 году обрело самостоятельность. Но основной тематикой для него стали не поршневые авиамоторы, а редукторы для вертолетов. Тем не менее бюро продолжило модернизацию АИ-14, опять переименованного в М-14. Там создали новую массовую модификацию М-14П. Работу над ней начали по приказу МАП от 5 августа 1971 года. За основу взяли вертолетный двигатель М-14В26. Естественно, вертолетную специфику – такую, как вентилятор охлаждения с его приводом – убрали. Попутно постарались исправить некоторые недостатки М-14В26, выявленные в эксплуатации: внесли изменения в клапанный механизм, приводы газораспределения, масляного и бензинового насосов. Подняв обороты, добились максимальной мощности 360 л. с. при весе 214 кг.
134 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (2) (1) Частично раскапотированный мотор М-14П на самолете Як-18Т Эти работы завершались уже под руководством А. Г. Баканова, сменившего Веденееева в 1973 году. В мае – августе 1974 года на стенде опытные образцы М-14П отработали 50 часов. В том же году приступили к летным испытаниям мотора на самолетах Як-18Т и Як-50, а во втором полугодии тип П внедрили в серию. Параллельно с ним некоторое время продолжали собирать М-14 (АИ-14РФ). Мотор М-14П применялся на самолетах Як-18Т, Як-50, Як-52 и Су-26. Первый из них представлял собой нового члена семейства, открытого Як-18. От предшественников в нем осталось немного. Машина получила практически новый фюзеляж – цельнометаллический полумонокок. Теперь спереди сидели два пилота с двойным управлением, сзади – два пассажира. Это значительно расширило возможности применения самолета. Як-18Т мог использоваться как учебный и легкий пассажирский или почтовый. Опытный образец этой машины оснащался АИ-14РФ, а на серии, строившейся в Смоленске с 1974 года, (2) Многоцелевой самолет Як-18Т с мотором М-14П внедрили М-14П. Именно на машине этого типа в 1975 году. провели государственные летные испытания двигателя. Як-50 являлся одноместным монопланом, предназначенным исключительно для воздушной акробатики. За основу взяли пилотажный Як-18ПС, выпущенный всего в трех экземплярах, но машина получила современную цельнометал- лическую конструкцию и существенно уменьшилась в размерах. Запаса топлива хватало всего на 35 минут! «Открутил» свою программу над летным полем и сразу на посадку... Як-50 серийно строили в Арсеньеве с 1976 года. В августе того же года советские летчики на этих машинах одержали победы на VIII чемпионате мира по высшему пилотажу в Киеве. (3) Пилотажный самолет Як-50 с двигателем М-14П (3)
Двигатели гражданских самолётов России (4) Учебный самолет Як-52 с мотором М-14П (5) Раскапотированный двигатель М-14П на учебном самолете Як-52. Аэродром Боровое (Беларусь). 2012 Як-52 опирался на конструкцию Як-50, но был двухместным и оснащался шасси с носовой стойкой. И назначение у него другое – учебно-тренировочный самолет. Разработали его в конструкторском бюро Яковлева, но серийный выпуск с 1979 года организовали в Румынии на заводе «Аэростар». Там его делали до 1995 года. (5) (5) Учебный самолет Як-52 в окраске времён войны со звездой Героя Советсткого Союза и 15 звездочками за сбитые самолёты противника. Двигатель М-14П раскапотирован 135 (4)
136 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы (1) (2) (1) Мотор М-14ПФ (2) Пилотажный самолет Як-55 с мотором М-14П Последним пилотажным самолетом этого конструкторского бюро стал Як-55, поднявшийся в воздух в мае 1981 года. Он не являлся развитием предыдущих типов, а был совершенно новой машиной, существенно более компактной, предназначенной для модного тогда стиля выполнения фигур в ограниченном пространстве. Цельнометаллический моноплан получил новое крыло более толстого профиля и неубирающееся шасси. А вот мотор остался прежний – М-14П, поскольку ничего другого отечественная промышленность предложить не могла. Як-55 обладал выдающейся маневренностью. Он с успехом дебютировал на первенстве мира в 1984 году. Серийное производство развернули на заводе в Арсеньеве в ­1985-м. До 1993 года построили более двухсот Як55 и немного отличавшихся Як-55М. Су-26 тоже был новым специализированным пилотажным самолетом, который проектировался в бюро им. П. О. Сухого с 1982 года. В этом компактном моноплане использовали передовые композитные материалы, что сделало его очень легким. Это, в свою очередь, обеспечило Су-26 выдающуюся тяговооруженность. Первый полет состоялся 30 июня 1984 года. Машина строилась небольшими сериями. Она и не могла быть массовой, поскольку предназначалась для спортивной элиты. Летные качества у самолета получились выдающимися. На XIII чемпионате мира по высшему пилотажу в Англии наши спортсмены завоевали 16 медалей и командное первенство. С самого начала для мотора М-14П установили ресурс в 500 часов. При этом на заводе перестраховались, реально там рассчитывали на 750 часов. Чтобы подтвердить эту цифру, в 1975 году организовали эксплуатационные испытания в Сасовском училище ГВФ. В них участвовали восемь Як-18Т. А в будущем рассчитывали получить межремонтный ресурс в 1000 часов при общем – 5000 часов. Для этого предусматривали ввести новую кулачковую шайбу, доработанные шестерни ее привода, седла выхлопных клапанов с наплавкой, головки цилиндров с иным оребрением, пружинную муфту нагнетателя и усилить средний картер. В перспективе М-14П должен был стать базой для унифицированного семейства моторов. Но эти замыслы не реализовали. Поршневые двигатели давно уже не пользовались приоритетом. С середины 70-х годов М-14 являлся единственным поршневым авиамотором, строившимся в Советском Союзе. Военные давно перешли на обучение курсантов сразу на реактивных самолетах. «Пчёлку» перестали строить еще в 1972 году. Остались лишь учебные Як-18Т для ГВФ и самолеты для ДОСААФ. И тех, и других требовалось немного. Поэтому выпуск М-14П сильно уменьшился. В год делали 100-200 моторов, не более. Для завода № 154, с 1971 года именовавшегося Воронежским механическим, поршневая тематика уже давно перестала быть основной продукцией. Его даже передали другому министерству. Проводить серьезную модернизацию двигателя в подобных условиях казалось бессмысленным. ОКБ моторостроения подготовило несколько модификаций, остановившихся на стадии опытных образцов – М-14ПМ, М-14ПМ1, М-14ПТ, М-14ПА, М-14ПР, М-14ПС для использования с тянущим и толкающим винтами, с различной комплектацией агрегатами. Из них стоит отме-
Двигатели гражданских самолётов России тить М-14ПФ с мощностью 400 л. с. и М-14Н с непосредственным впрыском топлива. После развала СССР и реставрации капитализма в России сначала ожидали расцвета малой авиации, которая должна была обеспечить потребности новой буржуазии. Но все получилось наоборот. Авиационный спорт в стране практически зачах, выпуск учебных и пилотажных машин постепенно свернули. Остался Пилотажный самолет Су-26 с двигателем М-14П только Як-18Т. Его производство прекратили в 1982 году, но в 1993-м восстановили для нужд училищ ГВФ. В 2002-м опять остановились и опять возобновили сборку в 2007–2008 годах. На этом всё и заглохло. М-14П в небольшом количестве делали для внутренних нужд и на экспорт. За границу шел М-14Х, вариант с валом редуктора с гладким фланцем и системой удаления конденсата. Максимальная мощность равнялась тем же 360 л. с., вес – 214 кг. Всего в Воронеже изготовили более 20 000 АИ-14 и М-14. М-14 различных модификаций выпускались не только в России, но и в Польше, Чехословакии, Румынии и Китае. В Поль- 137 ше с 1955 года выпускали по советской лицензии самолеты Як-12М, а с конца 1958-го – Як-12А. Моторы для них поставлялись из СССР. Позже их сменила оригинальная польская модификация этой машины, PZL-101 «Гаврон», которую строили до 1968 года. Вот для нее запустили в производство на заводе в Калише двигатель AI-14RA, соответствующий советскому АИ-14РА. На его основе сделали два усовершенствованных варианта: AI-14RDP с пневмопуском и AI-14RD с электростартером. Максимальная мощность у обоих равнялась 276 л. с. Кроме «Гаврона» эти моторы ставили также на самолеты PZL-104 «Вилга».
138 ЧАСТЬ 1. Поршневые моторы С 1963 года выпуск АИ-14Р освоили в Китае. Эти моторы ставили на учебные самолеты CJ-6, представлявшие собой дальнейшее развитие Як-18А, но конструктивно более близкие к Як-52. С 1965 года стали собирать HS6А – китайские копии АИ-14РФ. Всего в Китае изготовили более 5000 двигателей этого семейства. М-14П делали также в Румынии. Мотор АИ-14Р (вид со стороны агрегатов) Польские двигатели экспортировались в Чехословакию, где с 1975 года под них переделывали самолеты L-60 «Бригадир». Два варианта, отличавшиеся капотированием мотора, именовались L-60S (1975 год) и L-60SF (1983 год). В Чехословакии на базе АИ-14РФ в 1965 году подготовили свой вариант для сельскохозяйственного самолета Z-37 «Шмелак», именовавшийся М-462RF. Он получил новые редуктор, нагнетатель и усиленный коленчатый вал. Этот мотор развивал максимальную мощность 315 л. с. (по другим данным – 325 л. с.) и весил 227 кг. Серийное производство вели на заводе «Авиа» в Праге; до 1980 года собрали около 1500 экземпляров. В Воронеже в 1975 году для «Шмелака» спроектировали двигатель на базе М-14П, у которого через коробку привода агрегатов отбирали 20 л. с. на привод сельскохозяйственного оборудования. Возможно, именно он позже фигурировал в проспектах как М-14СХ. Этот вариант комплектовался дополнительным генератором и электростартером и весил 221 кг. Но данных о его запуске в серийное производство нет. Продольный разрез мотора АИ-14Р С развитием в нашей стране легких летательных аппаратов потребовался двигатель менее мощный, чем М-14П. Это попытались сделать на его же основе. В результате в середине 90-х годов появился мотор М-3 в 105 л. с., получивший три цилиндра и много других деталей от М-14П. Их использование должно было существенно упростить и удешевить
Двигатели гражданских самолётов России 139 Мотор М-462RF – чехословацкий вариант советского АИ-14РФ, отличавшийся по конструкции редуктора и нагнетателя производство и обслуживание. М-3 выпускался серийно, но не нашел широкого применения. Среди его недостатков отмечали высокий уровень вибраций и плохой запуск, особенно зимой. Фактически только один самолет СЛ-90, выпущенный малой серией, оснащался М-3. Их установили также на ряд любительских аппаратов, но эксплуатировали сравнительно недолго. К 2000 году летать с ними перестали. Остававшиеся М-3 разукомплектовали, использовав на запасные части к М-14. Как в ОКБМ, так и на Воронежском механическом заводе несколько раз пытались модернизировать М-14 и возродить серийное производство. Ближе всего к этому подошли в ходе создания нового унифицированного семейства двигателей. В него входили девятицилиндровый М9 (в материалах завода обозначение писалось именно так, без традиционного тире), семицилиндровый М7 и пятицилиндровый М5. Они имели унифицированную цилиндро-поршневую группу, а также значительное количество общих деталей в механизме газораспределения и общие агрегаты. Семейство начали мотором М9, представляющим собой дальнейшее развитие конструкции М-14П. Однако М9 не являлся его модификацией, поскольку более двух третей деталей спроектировано заново. По сравнению с М-14П основные узлы усилены, мотор форсирован по оборотам. Предполагалось, что межремонтный ресурс двигателей нового семейства увеличится вдвое по сравнению с М-14П и достигнет 1000 часов. М9 и М7 впервые были публично продемонстрированы на выставке «Авиадвигатель-2002» в Москве. В мае 2002 года модификация М9Ф находилась на доводочных испытаниях, опытный образец М7 был изготовлен и подготовлен к стендовым испытаниям, первый опытный образец М5 находился в стадии изготовления. Однако, сделали лишь небольшое количество М9Ф и М9ФС (со впрыском топлива низкого давления). Настоящее серийное производство так и не разворачивали. Нет сведений и о развертывании выпуска двигателя ПД-400, который тоже можно считать результатом эволюции М-14. Таким образом, можно считать М-14П последним массовым отечественным поршневым мотором для самолетов.

ЧАСТЬ 2 ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
142 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей «Сердце» первого реактивного лайнера СССР АМ-3 (РД-3М) В начале 1950-х годов на пассажирских авиалиниях СССР турбореактивных самолетов еще не было. Сначала, как водится, новые скорости и высоты пришли в военную авиацию. О первом серийном ТРД отечественной разработки – АМ-3 – мы подробно писали в книге «Двигатели боевых самолётов России» [135]. Он предназначался для дальнего бомбардировщика Ту-16. Уже потом, когда главного конструктора А. М. Микулина отстранили от руководства, а двигатель переименовали в РД-3, он дал жизнь первому в нашей стране пассажирскому реактивному самолету Ту-104. Параметры и выходные данные двигателя АМ-3 РД-3М РД-3М-500 - - 10 600 Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс 8700 9650 9650 Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) 1,00 1,0 1,0 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 150 164 164 Тяга статическая на чрезвычайном режиме (ЧР) (Нп = 0, Мп = 0), кгс Степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 6,2 6,4 6,42 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K 1130 1130 1130 Масса двигателя, кг 3100 3106 3106 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,356 0,322 0,322 Диаметр входа в компрессор, м 1,2 1,2 1,2 Удельная лобовая тяга, кгс/м 7692 8532 9372 (ЧР) Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/c)/м2 132,6 145,0 145,0 2 Но в этом Советский Союз не стал первопроходцем. Раньше, чем Ту-104, бороздить небесные дали начал английский реактивный лайнер de Havilland DH.106 Comet («Комета»), прототип которого поднялся в воздух в 1949 году. Сначала его «карьера» складывалась идеально: несколько лет успешных испытаний, в 1952 году – начало коммерческих рейсов, в следующем – первый трансатлантический перелет в Канаду с двумя посадками. Из Лондона до Токио «Комета» добиралась за 36 часов вместо 85, которые требовались поршневым самолетам! Всё это воспринималось как триумф британской авиации.
Двигатели гражданских самолётов России (1) Лайнер de Havilland DH.106 Comet (1) (2) Компоновочная схема самолета de Havilland DH.106 Comet Однако звездный час «Кометы» длился недолго. «Но вскоре произошло несколько загадочных катастроф, унесших почти 100 человеческих жизней: без видимых причин самолет почти мгновенно разрушался в воздухе. Впервые это произошло 2 мая 1953 года вскоре после вылета из Калькутты. Тогда всё списали на сильную грозу, в которую попала "Комета". Но затем дважды, 10 января и 8 апреля 1954 года, самолеты разлетались на куски над Средиземным морем при самых благоприятных погодных условиях» [250]. Полеты и поставки «Кометы» запретили, обломки самолета перевезли в Фарнборо, где лучшие умы авиационной науки Британии выясняли, что же привело к трагедии. 143 (3) Гидроиспытания лайнера de Havilland DH.106 Comet …Институту было поручено установить причину катастроф. В то время, за исключением истории каждого рейса до момента катастрофы и того, что две последние катастрофы произошли над морем, почти ничего не было известно. Работа ученых из Фарнборо над соединением воедино обломков «Кометы», находившейся в течение нескольких недель на глубине более 30 м под водой, была такой же захватывающей, как детективный роман. Необыкновенная изобретательность, проявленная при этом исследовании, может послужить материалом для целой книги... За шесть недель был построен огромный резервуар, который наполнили водой и поместили в нем целый фюзеляж самолета «Комета». Давление воды создавало такую же нагрузку на него, как и давление сжатого воздуха, подаваемого в кабину во время полета на больших высотах. Чтобы имитировать работу конструкции самолета в полете, консоли крыла, выступающие с обеих сторон резервуара, подверглись принудительной вибрации в течение многих тысяч часов. Приблизительно через 3000 часов (срок, соответствующий почти двум годам летной службы самолета) произошла поломка, давшая ключ к разгадке катастроф самолетов типа «Комета». Пауэлл Г. П. Испытательный полет. – М., 1959 (2) (3)
144 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Королева Елизавета II у борта «Кометы». 1953 (2) Дальний бомбардировщик Ту-16 Как только Ту-16 был готов, Туполев тут же решил делать на его базе пассажирский авиалайнер, хотя тогда таких терминов и в помине не было. В то время в мире еще не существовало реактивных пассажирских самолетов, за исключением английского самолета «Комета». Однако в 1954 году «Комета» потерпела ряд последовательных катастроф, причем экипажи и пассажиры погибли. После этого «Кометы» тут же были сняты с эксплуатации. Началась их длительная доводка. Когда модернизированные самолеты вновь вышли на линии, на них не было продано ни одного билета – публика не верила в надежность реактивных машин. Начинание оказалось под угрозой. Тогда английская королева, чтобы спасти престиж своей авиации, совершила на «Комете» полет. И лишь после этой демонстрации началась ее эксплуатация. Стало ясно, что виной всему было усталостное разрушение металлической обшивки фюзеляжа. На винтовых самолетах с таким явлением не сталкивались, потому что они летают на меньшей высоте. С повышением высоты атмосфера становится более разрежённой, и нагрузки от внутреннего давления конструкции намного сильнее. Следующие модификации «Кометы» были серьезно переделаны. Опыт, полу- ченный столь дорогой ценой, реализовался потом в разработках пассажирских реактивных самолетов всех авиационных держав. В СССР решили пойти проторённой дорогой, создав пассажирский самолет путем переделки военного, уже проверенного в эксплуатации. Этот метод был тогда традиционным для ОКБ А. Н. Туполева. Да и во всём мире начиная с 1920-х годов большинство гражданских перевозок совершалось на переоборудованных модификациях военных машин. Американский Boeing-247 появился на базе бомбардировщика В-9, Douglas DC-7 был продолжением проекта военно-транспортного С-74, британский Avro Tudor разработан на основе бомбардировщика Avro Lincoln и т. д. У такого подхода было много плюсов. Во-первых, самолет получалось создать гораздо быстрее, чем если бы его делали с нуля. Во-вторых, это выходило намного дешевле. Новая машина должна была стать надежной и безопасной, ведь использовались уже отработанные конструкторские решения, опробованные системы и агрегаты. Технические риски сводились к минимуму. Организовать серийное производство и обучить летчиков тоже было менее затратно. Но использование этого метода негативно сказывалось на себестоимости Лазарев Л. Л. Коснувшись неба. – М., 1984 (2)
Двигатели гражданских самолётов России перевозок. Требования к экономичности в гражданском флоте намного более строгие, удовлетворить их перестроенные военные самолеты не могли. (3) Когда Туполев обсуждал с Архангельским свою пассажирскую машину, он сказал: — Реактивный пассажирский самолет — штука для нас новая. И учитывать нам придется всё. В первую очередь экономику. — А экономика начнется с экономичности двигателей, — ответил Архангельский, — микулинские же моторы АМ-3 очень прожорливые. Расход горючего у Ильюшина и у Антонова будет меньше. — Верно, меньше. Но ведь если считать, то надо считать всё, а не только топливо. В первую очередь время. А оно очень больших денег стоит. — Как время? — Очень просто. Ведь, к примеру, наш самолет за два часа долетит до Адлера, доставит сотню курортников и через час обратно в Москву сотню заберет. Выходит, что за день он двести человек перевезет, а может, и четыреста. Или — до Баку 2 часа 40 минут. А рейсовый Ил-12 целый день с несколькими посадками летит. Или возьмем Сибирь. Скажем, до Иркутска сколько посадок надо сделать, чуть ли не сутки лететь. А тут с одной промежуточной посадкой, например, в Омске, за 6–7 часов ты там. В 1953 году А. Н. Туполев выступил с докладом в ЦК КПСС. Ему удалось доказать руководству, что даже при высоком расходе топлива реактивный пассажирский лайнер будет экономически эффективен благодаря высокой крейсерской скорости (в три раза большей, чем у основных перевозчиков «Аэрофлота» того времени, Ли-2 и Ил-12), грузоподъемности и пассажировместимости. Кроме того, конструкторы планировали значительно увеличить ресурс самолетов. К тому времени в ОКБ А. Н. Туполева уже начали выпускать рабочие чертежи реактивного пассажирского самолета – сначала под обозначением Ту-2АМ-3-200, в котором прочитывалось название двигателя – АМ-3. На момент создания АМ-3 был самым мощным в мире. Его компрессор – дозвуковой, состоит из восьми высоконапорных ступеней. Входной направляющий аппарат – неподвижный, в случае опасности обледенения обогревается воздухом. Необычно то, что передний корпус компрессора не полностью литой, а сборный, состоит из литых магниевых деталей. Турбостартер установлен в коке и закрыт обтекателем, который вместе с накладными спицами тоже обогревается горячим воздухом, подаваемым противообледенительной системой. (3) А. А. Архангельский и А. Н. Туполев (4) Двигатель АМ-3 145 Александр Александрович Микулин (1895–1985) Генеральный конструктор авиационных двигателей, академик АН СССР, четырежды лауреат Государственной премии СССР, генерал-майор-инженер, Герой Социалистического Труда, доктор технических наук, один из основателей конструкторской школы ОКБ-300 (ныне АМНТК «Союз», Москва). Под руководством А. А. Микулина был разработан двигатель АМ-3, с которым поднялся в небо первый в нашей стране реактивный пассажирский самолёт. Подробнее о жизни и деятельности Александра Александровича читайте в книге «Двигатели боевых самолётов России» [135]. Лазарев Л. Л. Коснувшись неба. — М., 1984 (4)
146 (1) ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) Передний корпус компрессора двигателя АМ-3 (2) Задний корпус компрессора и средняя опора двигателя АМ-3. Вид на жаровые трубы, камеры сгорания и спрямляющий аппарат компрессора (2) (3) Жаровая труба камеры сгорания, корпус вала турбины, вал турбины в вырезах кожухов трансмиссии, первый диск турбины и его штифтовое соединение с валом турбины двигателя АМ-3 (4) Компрессор двигателя АМ-3 (3)
Двигатели гражданских самолётов России 147 (4)
148 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Сергей Константинович Туманский (1901–1973) Генеральный конструктор авиационных двигателей, академик АН СССР, лауреат Государственной и Ленинской премий, Герой Социалистического Труда. При его непосредственном участии был создан двигатель РД-3М (АМ-3М) для первого советского пассажирского реактивного самолета Ту-104. Среди разработок для гражданской авиации коллектива под его руководством наиболее известен двигатель РУ19-300 – впервые в СССР создававшийся специально для учебно-тренировочного самолета. Подробнее о жизни и деятельности Сергея Константиновича читайте в книге «Двигатели боевых самолётов России» [135]. Средний корпус компрессора выполнен с разъемами, которые сделаны для того, чтобы облегчить сборку и разборку при ремонте. Горизонтальные разъемы сочетаются здесь с вертикальными – это компенсирует возникающую неравномерность жесткости. Передний отсек корпуса – из магния, а задний – из алюминиевого сплава. Ротор компрессора – барабанно-дискового типа. Каждый диск, кроме шестого, представляет собой полотно с ободом и развитой от него барабанной частью. Соединяются диски посадкой с натягом и фиксируются запрессованными штифтами, которые передают крутящий момент. Благодаря этому барабанные участки можно расположить на большом радиусе и в конечном счете получить прочный, очень жесткий и относительно легкий ротор. Правда, у него есть и недостатки – сложность в разборке при ремонте (штифты приходится высверливать). Такой способ соединения применен впервые в мире и затем будет использоваться на многих отечественных двигателях. Лопатки первых шести ступеней изготавливаются из алюминиевого сплава, что было характерно для того времени. Они крепятся к дискам традиционными замками типа «ласточкин хвост». А вот стальные лопатки двух последних ступеней устанавливаются в более сложные и прочные пазы типа «ёлочка». Для обеспечения беспомпажной работы компрессора впервые в мире предусмотрен перепуск воздуха за третьей ступенью с помощью ленты перепуска. Турбина двухступенчатая, её сопловые аппараты и рабочие лопатки не охлаждаются. Выходное устройство представляет собой обычное нерегулируемое сужающееся сопло, легкое и простое по конструкции. Турбостартер С-300М двигателя РД-3М Только в июне 1954 года вышло постановление Совета министров о создании самолета Ту-16П (уже потом он получил наименование Ту-104, и с тех пор обозначения всех пассажирских машин марки «Ту» заканчиваются цифрой 4). Техзадание гласило, что он должен перевозить 50 пассажиров на расстояние 3200– 3500 километров, развивать максимальную скорость 950–1000 км/ч при длине разбега не больше 1650 м. Всего лишь через три месяца после распоряжения правительства был готов эскизный проект самолета. Еще через три месяца комиссия утвердила макет, и уже в июне 1955 года Ту-104 отправился в первый полет (командир экипажа – Ю. Т. Алашеев). Программа развивалась просто поразительными темпами. Еще до окончания госиспытаний на Харьковском авиазаводе начали производить серийные машины, причем одновременно со строительством самого сборочного цеха. Когда первый серийный экземпляр самолета был почти готов, рабочие еще доделывали крышу здания.
Двигатели гражданских самолётов России 149 (1) ЮРИЙ ТИМОФЕЕВИЧ АЛАШЕЕВ Лётчик-испытатель, Герой Советского Союза (посмертно). Совершил первый полет на опытном Ту-104, установил ряд мировых рекордов на Ту-104А и Ту-104Б При всей спешке к испытаниям подошли основательно, особенно (после происшествий с «Кометой») к вопросам усталостной прочности. «В ЦАГИ был создан стенд для натурных испытаний на прочность при многократных нагружениях. На нём воспроизводились практически все режимы – взлет, набор высоты, крейсерский полет в спокойной и турбулентной атмосфере, посадка. Для проверки прочностного ресурса герметизированного фюзеляжа соорудили гидробассейн, в котором с помощью накачиваемой внутрь самолета воды проверяли способность металлической оболочки сопротивляться перепадам давления» [250]. Государственные испытания Ту-104 прошел с оценкой «удовлетворительно». Для него оказались нужны взлетно-посадочные полосы длиной не меньше 2500 м, а в южных районах с жарким климатом – и вовсе как минимум трехкилометровые! «Не дотянула» до необходимой практическая дальность самолета: 3000 км вместо 3200–3500. Не удалось обеспечить важное требование безопасности: Ту-104 со взлетным весом 71 500 кг не мог продолжать полет в случае отказа одного двигателя после отрыва от полосы. Взлетную массу, при которой самолет способен подняться в воздух с одним двигателем, не определили. Кроме того, Ту-104 имел относительно малую коммерческую нагрузку – 5200 кг, то есть всего 7,28% от взлетной массы. Зато его крейсерская скорость (850 км/ч) была самой высокой среди гражданских самолетов того времени. Это давало выигрыш в производительности и экономию времени в пути. Позже многие характеристики самолета улучшились, в основном благодаря более мощным двигателям АМ-3М (РД-3М) с не- (1) Самолет Ту-104. 1955 (2) Схема двигателя АМ-3М (РД-3М) сколько сниженным расходом топлива. И всё равно по ряду показателей Ту-104 уступал зарубежным современникам. (2)
150 (1) ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России 151 (2) На аэродром я приехал часа за три до вылета – не терпелось поскорее встретиться с самолетом, о котором в ту пору говорил весь свет. Я увидел и узнал его издалека, как только распахнулись двери аэровокзала, ведущие на летное поле. Ту-104 возвышался над всеми машинами, занимавшими просторную бетонированную площадку. Он казался единственным взрослым среди толпы малышей... <…> Я долго со всех сторон обхаживал самолет. В корневой части крыльев, у самого фюзеляжа машины были установлены два могучих реактивных двигателя. Вместо привычных винтов впереди капотов зияли открытые тоннели, через них к двигателям поступает воздух. Тоннели были велики, в них мог бы вполне забраться человек. За час работы сквозь воздушные тоннели прокачивается миллион кубических метров воздуха. Представь себе куб, каждая сторона которого равняется двадцатипятиэтажному дому, – вот столько воздуха пролетает за час сквозь двигатели. Если бы конструкторы самолета захотели заменить реактивные двигатели обычными поршневыми моторами, им пришлось бы разместить на самолете не меньше тридцати авиамоторов. По приблизительным подсчетам, такое «машинное отделение» весило бы тонн сорок! ... <…> Да есть ли вообще на свете сила, способная противостоять силе создателя реактивных крыльев?.. Маркуша А. М. «Вам – взлёт!» Книга о профессии летчика. – М., 1974 (1) Первый советский реактивный пассажирский самолет ТУ-104. Иркутск. 1957 (2) Купе в Ту-104 От своего военного «родителя», Ту-16, он отличался новым, герметичным фюзеляжем большего диаметра, рассчитанным на перевозку 50 пассажиров с багажом. До этого в СССР еще не эксплуатировались самолеты с герметизированными фюзеляжами такого объема. Между пассажирским салоном и кабиной экипажа на всякий случай установили аварийную гермоперегородку, чтобы при разгерметизации салона летчики не потеряли способность посадить самолет. Впервые предусмотрели кислородную систему с автоматически выпадающими масками. Крыло опустили вниз, переконструировали мотогондолы. Компоновка кабины экипажа, отъемные части крыла, хвостовое оперение, двигательные отсеки остались такими же, как на серийных Ту-16. Комфорт для пассажиров попытались создать эффектной внутренней отделкой салона. По задумке интерьер должен был напоминать домашнюю обстановку. На полу – натуральные ковровые покрытия, на окнах – шторы, на столиках – статуэтки и пепельницы. Во время испытаний Ту-104 совершил несколько дальних перелетов. В марте 1956 года он выполнил рейс в Лондон. Англичане были потрясены – по воспоминаниям очевидцев, советский турбореактивный лайнер произвел на них такое впечатление, как будто это был инопланетный корабль. 15 сентября того же года началась регулярная эксплуатация Ту-104. Первой его авиалинией был маршрут Москва – Омск – Иркутск. Меньше чем через месяц самолет вышел на международные рейсы. Реактивный «первенец» «Аэрофлота» перевозил пассажиров в Прагу, Рим, Берлин, Париж, Амстердам и другие города. Открылась новая эпоха в мировой гражданской авиации. Ту-104 летал по планете, демонстрируя возможности, которые тогда казались фантастическими. В январе 1957 года он доставил в Индию министра обороны СССР Г. К. Жукова. В сентябре того же года советский реактивный пассажирский самолет впервые пересек Атлантический океан, совершив перелет по маршруту Москва – Англия – Исландия – США (НьюЙорк) и обратно. 18 тысяч километров пути заняли 24 часа 36 минут летного времени.
152 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Но вот в последних числах августа государственный департамент США сообщил, что разрешён прилёт двух советских реактивных самолётов Ту-104 в Соединенные Штаты в период с 3 по 17 сентября 1957 года. Представитель государственного департамента при этом указал, что это будут первые советские пассажирские самолёты, которые приземлятся в США, и что от Ньюфаундленда курс самолётов будут прокладывать американские штурманы. <…> Гроза! Прогноз погоды некстати оправдывается. Мощные кучевые облака поднимаются всё выше, усеянный ярко искрящимися огоньками звёзд Ту-104 несется вверх, подальше от грозы. Постепенно забираемся на высоту более десяти тысяч метров. Мы в стратосфере. Под нами пылает сплошное море огней — так сильны разряды молний. Наши лидировщики впервые очутились на такой высоте. Они предупреждали нас о грозе, не предполагая, что советский реактивный самолёт, легко поднявшись в стратосферу, может оставить грозовые облака далеко под собой. Когда стрелка указателя высоты дошла до цифры свыше десяти тысяч метров, капитан Ренеджер спросил у Бугаева: — А ещё выше можете? — Выше? Конечно, можем, пожалуйста! — Нет, нет, не надо! — замахал руками американец, поспешно останавливая Бугаева, который уже взялся за рычаги секторов газа. <…> …14 сентября 1957 года во Внукове снова стартовал Ту-104. На этот раз он уже шёл по проторённой воздушной дороге Москва — Нью-Йорк и в тот же день доставил на аэродром Макгайр делегацию СССР на XII сессию Генеральной Ассамблеи ООН… Михайлов П. М. 10 000 часов в воздухе. – М., 1964 Ту-104 вызывал настоящий фурор и бурю восторгов. Как среди пассажиров, которые стремились попасть именно на его рейсы, так и среди профессиональных летчиков, пора- Первый опытный Ту-104 женных новыми скоростями, высотой полета и самим духом новой реактивной эры. В 1957 году за создание Ту-104 А. Н. Туполев, некоторые его заместители и ведущие специалисты завода были удостоены Ленинской премии. Больше 400 сотрудников самолетостроительного КБ и опытного завода получили правительственные награды. Ту-104 стяжал себе лавры и за рубежом. На Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 году он был удостоен золотой медали. Ту-104 несколько лет был единственным пассажирским реактивным самолетом планеты, находящимся в эксплуатации (в то время, когда полеты на «Комете» были временно запрещены). Он стал основным лайнером «Аэрофлота» на магистральных линиях. В 1960 году на долю Ту-104 приходилась треть пассажирских авиационных перевозок в СССР. В Турции население мало знало об успехах и достижениях Советского Союза: информация о нашей стране тамошней печатью и радио подавалась по рецептам сторонников «холодной войны». Неудивительно, что появление нашего Ту-104 в этой стране вызвало сенсацию. И специалисты, и рядовые экскурсанты буквально засыпали экипаж бесчисленными вопросами. Особенно недоверчиво публика отнеслась к сообщению, что скорость самолёта доходит до тысячи километров в час и что для обратного рейса из Анкары в Москву не требуется заправки самолёта горючим. Впрочем, турки вскоре воочию убедились, что это не выдумка. Что же касается скорости, то её взялся проверить командующий турецкой военной авиацией. Он послал два своих истребителя «сопровождать» гостя. Экипаж Ту-104, увеличив число оборотов турбин, перевел самолёт на максимальный крейсерский режим: стрелка указателя скорости подходила к предельным цифрам. Турецкий «эскорт» быстро сдал и еле заметными точками мелькал в белом хвосте-шлейфе, оставляемом нашим самолётом. Ещё несколько мгновений — и «сопровождающие» совсем исчезли в синеватой дымке горизонта. Михайлов П. 10 000 часов в воздухе. – М., 1964
Двигатели гражданских самолётов России 153 (1) ПАВЕЛ МИХАЙЛОВИЧ МИХАЙЛОВ Заслуженный пилот СССР, Герой Советского Союза. Участвовал в пробном беспосадочном перелете Ту-104А по маршруту Москва – Англия – Исландия – США Пока шло серийное производство, самолет постоянно модернизировали. Совершенствовали и двигатель. Последние его модификации, РД-3М-500 и РД-3М500А, разработанные в Казанском ОКБ-16 под руководством П. Ф. Зубца, имели увеличенный до 500 часов ресурс и чрезвычайный режим, на котором взлетная тяга в течение 6 минут могла держаться на уровне 10 500 кгс. На РД-3М-500 последних выпусков лопатки второй ступени турбины для снижения вибрационных напряжений были снабжены проволочным бандажом. В 1957 году был начат выпуск самолета Ту-104А. В отличие от первой серийной модели, он имел 70, а не 50 пассажирских мест. Этого достигли, сняв гермопере- городку и уменьшив расстояние между креслами. Вместо хвостового топливного бака установили дополнительные баки в консолях крыла. В дальнейшем пожертвовали комфортом, еще больше сдвинув кресла и увеличив пассажировместимость до 100. 70-местные самолеты летали только на заграничных маршрутах. (1) Самолет Ту-104А в полёте (2) Двигатель РД-3М-500 (3) Трубчато-кольцевая камера сгорания двигателя РД-3М-500 (3) (2)
154 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей ВАЛЕНТИН ФЁДОРОВИЧ КОВАЛЁВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Установил 16 мировых рекордов в качестве командира экипажа на разных модификациях Ту-104 Ту-104А выпускался до 1959 года, затем его сменил Ту-104Б – вариант на 100 пассажиров с удлиненным на 1,21 метра фюзеляжем. На первых экземплярах этой модели из-за роста взлетной массы ухудшились взлетно-посадочные характеристики. Тогда на самолет установили закрылки увеличенной площади и модификацию РД-3М-500. Себестоимость перевозок снизилась на 30%. Позже появились и 115-местные Ту-104Б. Разрабатывался 116-местный туристский Ту-104В, но он не дошел до серии. 1 августа 1959 года Ту-104Б пролетел 1000 км с грузом в 15 тонн со средней скоростью 1015,866 км/ч. Спустя три дня он поднял груз массой 25 тонн на высоту 12 799 м. На опытной модификации Ту-104Е попытались улучшить летные данные, прежде всего дальность полета. Для этого предлагалось использовать следующую модификацию РД-3М – двигатель М16-15. Он был форсирован по тяге до 11 300 кгс и отличался значительно меньшим (на 15%) удельным расходом топлива. Для этого конструкторы под руководством П. Ф. Зубца добавили еще одну, девятую ступень компрессора. Запуск стал осуществляться от двух электрических стартеров-генераторов вместо турбостартера. Первоначально двигатель имел ресурс всего в 100 часов, но затем его довели до 300 часов. На Ту-104Е доработали воздухозаборники, установили топливные баки-кессоны в отъемных частях крыла и усилили его механизацию. Всё это позволяло увеличить массу топлива на 4–5 тонн, а значит, и дальность: при коммерческой нагрузке 7–8 тонн – до 3600–3800 км. Но для Ту-104Е не нашлось свободных производственных мощностей, и от его серийного выпуска отказались. Построили всего два экземпляра. На одном из них был установлен последний для «сто четвертых» мировой рекорд. 2 июня 1960 года экипаж В. Ф. Ковалёва пролетел по замкнутому маршруту расстояние 2000 км с грузом 15 т со средней скоростью 959,94 км/ч. Были и другие модификации Ту-104. Например, салонный Ту-104Г, транспортно-санитарные Ту-104АТС, Ту-104БТС, штурманские Ту-104Ш, летающие лаборатории Ту-104ЛЛ для отработки радиотехнического оборудования, ракет «воздух – воздух» и других исследований, специальный вариант Ту-104АК для имитации условий невесомости. На борту Ту-104АК проходила подготовка космонавтов, в том числе Алексея Леонова. На основе гражданского реактивного «пионера», как это и предусматривалось изначально, разработали военно-транспортный. Он получил название Ту-107. Из пассажирской кабины сделали негерметичный грузоотсек с люком и трапом На разных модификациях Ту-104 экипажи командиров Ю. Т. Алашеева и В. Ф. Ковалёва установили 26 мировых рекордов скорости и грузоподъемности. Первый из этих рекордов был зафиксирован 6 сентября 1957 года: Ту-104А поднял груз массой 20 тонн на высоту 11 221 м. Через пять дней самолет преодолел 2000 км с тем же грузом со средней скоростью 897,498 км/ч. (1) Среднемагистральный пассажирский самолет Ту-104Б (1)
Двигатели гражданских самолётов России (2) (2) Тренировка космонавтов на борту Ту-104АК в условиях, имитирующих невесомость Безоблачная эйфория по поводу «реактивного прорыва» вскоре сменилась настороженностью и разочарованием. Выяснилось, что самолет отнюдь не безупречен: тяжел в управлении, склонен к раскачке, подвержен отказам систем и оборудования. А самое опасное происходило с ним на еще не изученных высотах, которые были недоступны поршневым машинам. В 11–12 километрах от земли под воздействием мощных турбулентных потоков Ту-104 выходил на критические углы атаки, резко набирал высоту, а затем сваливался в неуправляемое пикирование. В 1958 году это дважды привело к катастрофам, в которых погибли 164 человека. в хвостовой части фюзеляжа. Самолет мог брать на борт до 10 000 кг или до 100 солдат. Предполагалось, что при необходимости пассажирские Ту-104, находящиеся в эксплуатации, можно будет быстро переделать в военно-транспортные. Для этого планировали построить запас сменных хвостовых частей фюзеляжа. Ту-107 проходил заводские, государственные и войсковые испытания. Но на вооружение его не приняли. Во-первых, из-за особенностей компоновки и высоких скоростей самолет не подходил для парашютного десантирования. Во-вторых, военных не устраивала его требовательность к аэродромам и малая дальность полета. (3) В 1965 году Ту-107 участвовал в установлении 13 мировых рекордов по парашютному спорту. Групповой прыжок был выполнен с высоты 14 400 метров. 155 ГАРОЛЬД ДМИТРИЕВИЧ КУЗНЕЦОВ Советский лётчик, командир экипажа Ту-104А, потерпевшего катастрофу 17 октября 1958 года …«Дед» Туполев (Андрей Николаевич) после очередной катастрофы самолета Ту-104 под Казанью из-за недостаточной продольной управляемости самолета, не разобравшись, обвинил пилотов гражданской авиации в «неумении правильно летать». И каких пилотов. Лучших из лучших, в том числе и Гарольда Кузнецова, который задолго до катастрофы бил тревогу именно по этому конструктивному недостатку самолета и предлагал конкретные рекомендации по его устранению. А попав в катастрофическую ситуацию, сохранил самообладание и до самого столкновения с землей докладывал о поведении самолета. Что, кстати, и помогло определить причину этих падений самолета с эшелонов. Увеличить площадь горизонтального оперения, что улучшило управляемость и устойчивость самолета в продольном канале. У «деда», к его чести, хватило мужества извиниться за свое опрометчивое и несправедливое высказывание. Правда, только в узком кругу. Герасимов В. Т. Тайны авиакатастроф. Книга первая. – М., 2009 (3) Военно-транспортный самолет Ту-107 (4) (4) Выезд авиадесантной самоходной артиллерийской установки АСУ-57 из самолета Ту-107 Благодаря сведениям, которые, погибая, передал Г. Д. Кузнецов, в конструкцию самолета и руководство по эксплуатации внесли целый ряд изменений. Но происшествия по другим причинам продолжались.
156 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Со своего места встал командир летного отряда самолетов Ту-104 Грузинского управления ГА Тенгиз Купатадзе. Они первыми начали эксплуатировать этот далеко не простой в пилотировании реактивный лайнер. «Что вы, товарищ генерал, на этот ЭУП [электрический указатель поворота] молитесь, как на Карла Маркса. Попробуйте попилотировать по нему наш "жеребец"». Именно так называли летчики самолет Ту-104 за его сложный и необузданный характер. <…> Самолет имел хилую механизацию крыла. Реверсивные устройства… на нём отсутствовали. Поэтому взлетнопосадочные характеристики самолета оставляли желать много лучшего. И задача остановить самолет на пробеге после посадки с небольшим перелетом, или попутным ветром, или на скользкую полосу превращалась в немалую проблему. Вынужденно установленный в хвостовой части контейнер с тормозным парашютом был скорее данью ВВСовской моде, а не настоящим тормозным устройством из-за его низкой эффективности. Но, как говорится, «с паршивой овцы хоть шерсти клок». И парашют действительно выручал, когда счет шел на метры пробега. На взлете другая проблема. Из-за ограниченного количества взлетнопосадочных полос длиною свыше 2500 метров отрыв самолета происходил, как говорится, «с последней плиты». Особенно в жаркую погоду. Конечно, ни о каком благополучном прерванном взлете на скорости, даже близкой к скорости принятия решения, и говорить не приходилось. Да и норм летной годности таких тогда не было. А для того, чтобы сажать такую махину на «первую» плиту и уходить с «последней», надо было обладать не только чисто летным мастерством, но и определенным мужеством. Поэтому так смело вели себя эти ребята пред грозными очами генерал-полковника. Кадр из фильма «Еще раз про любовь», который был снят по пьесе Э. Радзинского «104 страницы про любовь». Прототипом главного героя пьесы был лётчик Гарольд Кузнецов Несколько катастроф Ту-104 были связаны с неисправностями двигателей. Так, в 1961 году в Свердловске во время набора высоты у самолета отказал левый двигатель, началась сильная вибрация фюзеляжа. Один из членов экипажа по ошибке выключил другой двигатель, и лайнер стал стремительно снижаться. Пилоты приняли решение совершить посадку на покрытый льдом водоем, но самолет выкатился на берег и врезался в дом отдыха, где погибли двое отдыхающих. На борту было 5 погибших и 31 раненый. Причиной отказа двигателя стал обрыв лопатки турбины из-за усталостной трещины по первому пазу замка лопатки. В 1979 году Ту-104 сняли с эксплуатации на пассажирских линиях. Он проигрывал отечественным и зарубежным самолетам 1970-х в экономичности. Двигатели АМ-3, которые Герасимов В. Т. Тайны авиакатастроф. Книга первая. – М., 2009 Кадр из фильма «Старик Хоттабыч» задумывались именно для военных машин, имели слишком большой расход топлива и уровень шума. Последние годы своей летной жизни, до 1981-го, Ту-104 служил в ВВС. Ту-104 был настоящей звездой советской культуры. Его регулярно снимали в кино, изображали на открытках, плакатах… Ему, например, посвящен эпизод детского фильма «Старик Хоттабыч». «– Сколь быстра и удобна эта воздушная колесница! Вот только шумит немножко! – Ничего не поделаешь! Это гудение реактивных двигателей!..»
Двигатели гражданских самолётов России 157 Ту-104Б впервые приземлился в аэропорту Шереметьево. 1959 Серийно Ту-104 и его модификации производились на Харьковском, Омском и Казанском авиазаводах. Всего было выпущено 198 самолетов. За всё время они выполнили около 600 тысяч полетов и перевезли более 100 миллионов пассажиров. Значение этого самолета нельзя приуменьшить. Он действительно совершил революцию в развитии отечественного гражданского флота и повлиял на мировую историю авиации. Его появление повлекло за собой повсеместную реконструкцию аэропортов нашей страны. Строились новые аэровокзалы, бетонные взлетно-посадочные полосы, начала использоваться спецтехника (заправ- щики, тягачи, багажные машины и т. д.), внедрялись системы оформления билетов, регистрации багажа, формировались стандарты обслуживания пассажиров на борту. Летные экипажи, технический персонал и авиадиспетчеры обучались особенностям обслуживания самолетов с ТРД. Ту-104 с двигателями РД-3М открыли дорогу реактивным лайнерам будущего.
158 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Ту-104А на постаменте в Рыбинске
Двигатели гражданских самолётов России 159
160 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Француженка и солдат НК-4 и АИ-20 В середине 1950-х годов в нашей стране остро ощущалась потребность в быстрых, вместительных, массовых пассажирских самолетах. Тем более что возможности для этого после создания газотурбинных двигателей стали вполне реальными. Лайнер Ту-104 открыл собой новый этап в истории советской гражданской авиации, но в одиночку он, конечно, не мог справиться со всеми воздушнотранспортными нуждами «шестой части Земли». Вопервых, его турбореактивные двигатели, способные придать самолету высокую скорость, еще не могли обеспечить нужную экономичность. А руководство СССР ставило задачу, чтобы авиабилеты стали столь же доступными по цене, как билеты на поезд. Во-вторых, Ту-104 был крайне требователен к состоянию аэродромов, ему нужна была длинная – не менее 2500 метров – взлетно-посадочная полоса. Большинство аэропортов страны в 1950-е годы принять его не могли. Нужны были менее «капризные» и более экономичные крылатые машины, способные удовлетворить стремительно растущие запросы в авиаперевозках. Самыми подходящими для таких самолетов стали турбовинтовые двигатели. НК-4 АИ-20 Их история в СССР началась сразу после войны. На опытном заводе в Куйбышеве (ныне Самара) трудились депортированные немцы, в том числе конструкторы фирм «Юнкерс» и «БМВ». Их опыт по созданию турбореактивного Jumo-012 и турбовинтовых Jumo-022, BMW-028 использовали потом при разработке турбовинтового ТВ-022. Под руководством Н. Д. Кузнецова этот двигатель усовершенствовали и сделали вариант ТВ-2 мощностью 6000 э. л. с., который считался весьма перспективным. Для освоения газотурбинной тематики развивать этот двигатель поручили сразу нескольким КБ: коллектив Н. Д. Кузнецова занимался форсированным вариантом ТВ-2Ф для бомбардировщика Ту-95, ОКБ А. Д. Швецова – модификацией ТВ-2М для пикирующего бомбардировщика-торпедоносца Ту-91, а Запорожское ОКБ под руководством А. Г. Ивченко – версией ТВ-2Т для первого в СССР транспортного самолета Ан-8 с газотурбинными двигателями.
Двигатели гражданских самолётов России Турбовинтовые двигатели оценивают либо по величине мощности на валу винтов, либо по мощности реактивного выхлопа, либо по их сумме – эквивалентной мощности, которая выражается в эквивалентных лошадиных силах (э. л. с.). Николай Дмитриевич Кузнецов (1911–1995) Генеральный конструктор авиационных двигателей, генераллейтенант инженерно-авиационной службы, доктор технических наук, профессор, действительный член Академии наук СССР и РАН, лауреат Ленинской премии, дважды Герой Социалистического Труда, основатель конструкторской школы завода № 2 (ныне Самарский научно-технический комплекс имени Н. Д. Кузнецова). За 45 лет под руководством Николая Дмитриевича и при его участии создано более 50 типов авиационных, ракетных двигателей, конвертированных двигателей для приводов газоперекачивающих агрегатов и электрогенераторов. Для гражданских самолетов коллектив Н. Д. Кузнецова создал турбовинтовые НК-12М, модификации которых устанавливались на дальнемагистральных Ту-114, ­ Ту-116 и транспортном ­ Ан-22 «Антей»; двухконтурные турбореактивные НК-8 для дальнемагистрального Ил-62 и среднемагистрального ­ Ту-154; НК-86 для «первого советского аэробуса» Ил-86; НК-144 для сверхзвукового Ту-144 и другие двигатели. Подробнее о Николае Дмитриевиче Кузнецове читайте в первой части трилогии – книге «Двигатели боевых самолётов России». Первый полет Ан-8 с двумя ТВ-2Т совершил в 1956 году (командир экипажа – Я. И. Верников). И хотя в следующем году самолет продемонстрировали на авиационном празднике в Тушино, было уже ясно, что с этой силовой установкой будущего у него нет. Двигатель ТВ-2Т был «сырым» и плохо поддавался доводке. Он имел низкую газодинамическую устойчивость на высотах более 6000 метров и никуда не годный ресурс: через 5–10 часов 161 ЯКОВ ИЛЬИЧ ВЕРНИКОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Впервые поднял в небо опытные самолеты Ан-8, Ан-10, Ан-12 работы прогорали лопатки турбины. После изготовления опытной партии из семи двигателей их производство прекратили, а поскольку заменить их на тот момент было нечем, самолет с заводских испытаний сняли. Опытный Ан-8 с двигателями ТВ-2Т на первых рулежках Параметры и выходные данные двигателя ТВ-2 ТВ-2Т НК-4 НК-4А АИ-20 Мощность эквивалентная на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), э. л. с. 5000 6250 4000 4000 4250 Удельный расход топлива на взлётном режиме, эффективный (Нп = 0, Мп = 0), кг/(э. л. с.*ч) 0,257 0,255 0,245 0,245 0,259 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 26,5 - 18 18 20 Степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 5 - 7,88 7,9 7,3 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), К - - 1170 1250 1160 Условия полета на крейсерском режиме, Hп, км, Мп - - Мощность эквивалентная на крейсерском режиме, э. л. с. 3000 - 2150 2380 - Удельный расход топлива на крейсерском режиме, эффективный, кг/ (э. л. с.*ч) 0,198 - 0,21 0,207 - Масса двигателя, кг 1700 - 970 870 Удельная масса, кг/э. л. с. 0,34 - 8; 0,56 8; 0,56 5,18; 0,478 0,2425 0,2175 1080 0,254118
162 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1) Двигатель ТВ-2 (2) Чертеж задней опоры компрессора двигателя АИ-20 Тем временем в 1955 году Запорожское ОКБ получило новое задание: разработать собственный турбовинтовой двигатель мощностью 4000 э. л. с. То же самое поручение дали и более опытному в этой тематике Куйбышевскому ОКБ. Двигатели предполагалось установить на транспортные самолеты ОКБ О. К. Антонова и С. В. Ильюшина – Ан-10 «Украина» и Ил-18 «Москва». Это не было официальным конкурсом – такая практика еще не сложилась. Однако двигателисты оказались вовлечены в негласное соревнование, которое зашло на редкость далеко. Вернувшись с заседания правительства, где обсуждалось развитие советской гражданской авиации, Н. Д. Кузнецов собрал свой коллектив и рассказал о новом направлении работы. «Свой рассказ он закончил сакраментальной фразой: "Я привез вам белый хлеб"» [104]. Его ОКБ начало разработку двигателя НК-4, характеристики которого должны были получиться превосходными. КБ второго конструктора [Н. Д. Кузнецова] свой двигатель проектировало с учетом самых последних достижений техники. Был применен сверхзвуковой компрессор с сокращенным количеством ступеней… Всё это обещало малый вес и говорило о таланте и технической смелости главного конструктора. К тому же КБ имело больший опыт, у него учились другие коллективы, в том числе и запорожский. Но Ивченко всё это не смутило. – Мы не будем гнаться за новинками, – сказал он, когда решалось будущее АИ-20. – Мы возьмем дозвуковой компрессор. <...> Пусть наш двигатель окажется тяжелее, зато он будет простым в эксплуатации и надежным, как солдат. <...> Ивченко откровенно сказал конструкторам: или КБ овладеет реактивной техникой и останется в авиации, или его закроют. Может, Александр Георгиевич и сгущал краски; но выиграть соревнование у опытного, уже известного КБ для запорожцев значило многое. Моисеев В. А. Союз крылатых. – К., 1989 В ОКБ А. Г. Ивченко тем временем приступили к созданию двигателя АИ-20. В простоте и надежности, в использовании только проверенных решений заключалась концепция запорожского АИ-20. А. Г. Ивченко выбрал опробованные на практике дозвуковые ступени компрессора с большим запасом газодинамической устойчивости, чтобы минимизировать технический риск. Окружную скорость на периферии лопатки первой ступени приняли равной 288 м/с (у ТВ-2, на основе которого проектировался АИ-20, было 254 м/с), а среднюю степень повышения полного давления в одной ступени 10-ступенчатого компрессора – 1,22 (у ТВ-2 в 14-ступенчатом компрессоре – 1,14). Сохраняли силовую схему ТВ-2. Жаровую трубу кольцевой камеры сгорания делали такой же, как на ТВ-2, но в уменьшенных размерах. Одинаковыми у ТВ-2 и нового двигателя стали крепления дисков турбины между собой и к валу. Куйбышевские конструкторы заложили в НК-4 более высокие параметры. Окружную скорость на периферии сверхзвуковой лопатки первой ступени компрессора задали в 370 м/с. Средняя степень повышения полного давления в одной ступени шестиступенчатого компрессора достигла 1,405.
Двигатели гражданских самолётов России Александр Георгиевич Ивченко (1903–1968) Александр Георгиевич родился 10 (23) ноября 1903 года в городке Большой Токмак бывшей Таврической губернии. Отец работал литейщиком на заводе «Фукс и Кляйнер» (позже – Дизелестроительный завод им. С. М. Кирова), мать занималась воспитанием детей, которых в семье было 11. Об авиации и конструкторском деле Александр в детстве не мечтал. В 17 лет тоже устроился на завод. Как профсоюзного активиста, его направили на учебу в Харьковский механико-машиностроительный институт: сначала на рабфак, а потом – на факультет по специальности «двигатели внутреннего сгорания». После окончания института Александру Георгиевичу предлагали продолжить учебу в Москве, но он выбрал работу на Запорожском моторостроительном заводе № 29 (ныне АО «Мотор Сич»). Сначала был инженером по сборке и испытаниям, затем перешел в отдел главного конструктора. В 1938 году стал ведущим конструктором по доводке мотора М-88 и по его более мощной модификации М-89. После того как М-89 успешно прошел госиспытания, Александра Георгиевича назначили заместителем начальника серийного конструкторского бюро. Во время Великой Отечественной войны завод эвакуировали в Сибирь – Омск. Здесь Ивченко стал начальником серийного конструкторского бюро, а затем заместителем главного конструктора. Многое сделал для внедрения в серию мотора АШ-82ФН. Война еще продолжалась, а в городе Запорожье, освобожденном от немцев, началось восстановление разрушенного завода. Кроме того, правительство приняло решение организовать здесь опытноконструкторское бюро № 478 во главе с А. Г. Ивченко. Это ОКБ должно было заниматься в основном «мирной тематикой» – авиадвигателями малой и средней мощности для отечественной гражданской авиации. В 1946 году Александр Георгиевич стал главным конструктором завода № 478, а в 1963 году – генеральным конструктором Государственного союзного ОКБ № 478 (сейчас это ГП «Ивченко-Прогресс»). Уже в 1946 году коллектив создал свой первый двигатель – вертолетный АИ-26гр. Это был первый в мире поршневой двигатель воздушного охлаждения, специально предназначенный для вертолетов. За 23 года ОКБ под руководством А. Г. Ивченко разработало и внедрило в серию целый ряд поршневых и газотурбинных двигателей для самолетов и вертолетов, первый в СССР двухконтурный турбореактивный двигатель малой тяги (АИ-25 для пассажирского Як-40), пусковые двигатели и изделия наземного назначения, самое известное 163 из которых – бензопила «Дружба». Турбовинтовые авиадвигатели ОКБ-478 поднимали в небо пассажирские, военно-транспортные, противопожарные самолеты Ан-10, Ан-12, Ан-24, Ил-18, Бе-12 и другие. За создание пассажирского Ил-18 с двигателями АИ-20 Александр Георгиевич получил Ленинскую премию. Кроме того, он был награжден Сталинской премией третьей степени, тремя орденами Трудового Красного Знамени, двумя орденами Ленина и орденом Красной Звезды, был дважды Героем Социалистического труда, академиком АН УССР, доктором технических наук. Александр Георгиевич – отец пятерых дочерей. Находил он время и для хобби: увлекался рыбалкой и даже писал очерки на эту тему, которые публиковали в журнале «Рыболов-спортсмен» под псевдонимом Олесь Вудкарь. Олег Константинович Антонов вспоминал: «Под немного грубоватой манерой обращения скрывалась своеобразная душевная мягкость, боязнь оказать давление проявлением слишком глубокого, исчерпывающего понимания вопроса... Помню, как-то раз, когда одно очень нужное решение затягивалось, в ответ на мои заверения о том, что вопрос скоро будет решен положительно, я получил краткую телеграмму: "Доки сонце зiиде, роса oчi виiсть тчк Iвченко". Роса очи не выела. Очередной мощный и надежный двигатель получил путевку в жизнь» [162]. Умер А. Г. Ивченко в возрасте 65 лет.
164 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Когда проекты обоих двигателей были готовы, их представили на утверждение в Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) имени П. И. Баранова. Сотрудник ОКБ А. Г. Ивченко вспоминал: «В перерыве члены научно-технического совета обменивались мнениями, и я услышал, как один из команды Кузнецова сказал: "Проект НК-4 – "это изящная француженка", АИ-20 – это "украинская баба". Как всегда, выручил Ивченко, который быстро нашел достойный ответ: "Посмотрим, как поведет себя "француженка" зимой, а "украинская баба" русской зимы не боится!" В результате было принято решение: построить оба двигателя, а по итогам испытаний определить, какой из них запустить в серию» [104]. Запорожский коллектив взялся за создание АИ-20 с водушевлением, которое исходило прежде всего от А. Г. Ивченко. Работали в очень жестком графике, по 16–18 часов в сутки без выходных. Тем не менее конкурентам удалось подготовить опытные экземпляры двигателя быстрее. «Задание на разработку НК-4 было получено еще 27 сентября 1955 года, и двигатель удалось сделать в рекордно короткий срок, всего за 96 дней. Правда, многое в проекте затем пришлось менять, включая переделку роторов, поскольку второпях направление вращения компрессора и турбины оказалось заложенным противоположным. Для снижения возникавших биений ротора потребовалось вводить дополнительную третью опору. Тем не менее уже к 17 апреля 1956 года НК-4 прошел первые испытания, показав обнадеживающие результаты» [153]. В. Н. Орлов, сотрудник ОКБ Н. Д. Кузнецова, так рассказывает о проблемах с ротором: «Первоначально была применена двухопорная схема установки ротора, которая при доводке двигателя НК-4 настолько плохо себя зарекомендовала, что от неё пришлось отказаться и поставить за компрессором третью опору – роликовый радиальный подшипник. <…> При повторном запуске наблюдались большие вибрации двигателя, и подшипники выходили из строя. Наши знания по расчету гибких валов и понимание того, что же способствует повышенной вибрации двигателя, в 1956 году находились еще на очень низком уровне, опыт пришел позже. В эпопее по отработке двухопорной схемы ОКБ потеряло почти девять месяцев, и только после установки третьей опоры за компрессором началась нормальная доводка изделия» [181]. В ОКБ А. Г. Ивченко много усилий и времени ушло на то, чтобы выполнить все узлы двигателя с увеличенным запасом прочности, выбрать материалы, обеспечивавшие надежность конструкции, проанализировать и устранить слабые места. В 1956 году первый опытный экземпляр АИ-20 был построен и передан на стендовые испытания. А в следующем году оба двигателя успешно прошли государственные испытания, и на заводах началась подготовка к их серийному производству. Ситуация была довольно странная: в стране налаживали выпуск сразу двух турбовинтовых двигателей одинаковой мощности и одного предназначения. АИ-20 был запущен в серию на двух заводах: в Запорожье и в Перми. НК-4 начали производить в Куйбышеве на заводе им. М. В. Фрунзе. Соревнование двигателей продолжилось во время летных испытаний. Вначале для них подготовили летающую лабораторию на основе Ту-4. «Внешний левый двигатель этого самолета заменили на НК-4, а правый – на АИ-20 [причем с одной стороны двигатели были установлены сверху крыла, как предполагалось на Ил-18, а с другой – снизу, как планировалось на Ан-10. – Прим. ред.], после чего лаборатория получила в ЛИИ прозвище "кривая – косая" <…> Работа на этой машине оказалась весьма не простой, по воспоминаниям участников – настоящим цирком» [104]. (1) Зачем стране тратить деньги на два однотипных двигателя, удивился Кузнецов. Надо сравнить НК-4 и АИ-20, выбрать лучший и ставить его в серию. В министерстве ответа на этот вопрос он не нашел. Тогда во время ответственного совещания в Кремле написал в президиум записку, в которой просил Н. С. Хрущёва принять его по этому делу. Через пару дней ему позвонили и пригласили на прием. В кабинете Хрущёва он застал и министра Дементьева... <…> Кузнецов изложил суть вопроса. Хрущёв сначала удивился. – Зачем вы заказали два однотипных мотора? — спросил он у Дементьева. – Для того, чтобы выбрать лучший, — ответил тот. – Но я говорю не о моторах, — вмешался Кузнецов, — речь идет о подготовке к серийному производству сразу на двух заводах. Технология изготовления моторов разная. – А мы хотим, — ответил Дементьев, — чтобы было понадежнее. Хрущёв, казалось, удовлетворился этим ответом, и никаких результатов демарш Кузнецова не дал. Лазарев Л. Л. Сотворение мотора. – М., 1990
Двигатели гражданских самолётов России 165 Первыми подняли в небо самолет двигатели НК-4. Это был полет Ан-10 7 марта 1957 года (командир экипажа – Я. И. Верников). АИ-20 получился на 110 кг тяжелее, чем НК-4, и имел несколько худшие удельные характеристики. Однако по показателям ресурса он оставил соперника далеко позади себя: 200 часов против 50! Более передовой НК-4 содержал в себе много технических новинок, которые еще не были достаточно изучены и проверены, что отразилось на надежности двигателя. АИ-20 показал себя как более безотказный и простой в эксплуатации. В 1957 году АИ-20 был принят для установки и на Ан-10, и на Ан-12. Дольше всего двигатели НК-4 не уступали место конкурентам на самолетах Ил-18. «…Как говорят, однажды Сергей Владимирович Ильюшин заявил, что запорожские двигатели на свою машину Ил-18 не допустит. Может, так и было в действительности, а возможно, Каждый из двигателей демонстрировал и достоинства, и недостатки, обрел и своих сторонников, и противников в антоновском КБ. Тогда Олег Константинович решил установить куйбышевское изделие на пассажирском самолете Ан-10, а запорожское – на военно-транспортном Ан-12, а затем сравнить результаты испытаний и начала эксплуатации. (2) (1) Опытный Aн-10 «Украина» с двигателями НК-4 (2) Я. И. Верников и О. К. Антонов (3) Гондолы двигателей НК-4 (3)
166 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Техник обслуживает двигатель АИ-20 на самолете Ан-10 (2) Прототип Ил-18 с двигателями НК-4 это ­высказывание относится к числу тех многочисленных легенд и полулегенд, которыми столь живописно сопровождаются всякие значительные события в авиации. Как бы там ни было на самом деле, но на первых самолетах Ил-18 стояли двигатели другого конструктора» [162]. Защищая свой двигатель, Н. Д. Кузнецов приводил весомые доводы: Ил-18, оснащенный НК-4, получался на 700 кг легче, чем с АИ-20, и на 4–5% экономичнее. Шум в кабине при установке АИ-20 оказывался выше. Были и другие аргументы. Однако вскоре один из самолетов Ил-18, состоявший на службе в авиационной вой­ (2) сковой части, потерпел катастрофу из-за отказа силовой установки. Причиной оказалась неверная технология изготовления стопорных колец. Их обломки вызвали недопустимый дисбаланс, а затем повышенную вибрацию ротора компрессора, которая привела к разрушению двигателя. После этого была собрана коллегия по вопросу замены НК-4 на самолетах С. В. Ильюшина. «Кузнецов был в мрачном настроении, так как понимал, что шансы НК-4 выжить в такой обстановке практически минимальные. Однако… решил отстаивать свой мотор до последнего и очень обстоятельно готовился к выступлению. Он решил дать анализ конструкции двигателей и что от них можно получить в дальнейшем» [142]. За двигатель Н. Д. Кузнецова вступился академик В. Я. Климов, отметив, что у НК-4 есть будущее, а АИ-20, наверное, можно было сделать еще лет десять тому назад. Однако это не помогло. Соперничество завершилось победой АИ-20 и прекращением производства НК-4, которых, между прочим, изготовили уже 222 экземпляра. Многие считают, что на исход дела повлияли политические силы. «Только через несколько лет мы… из разговора с одним крупным чиновником ВПК М. М. Малашкиным узнали, в чем дело, – пишет В. Н. Орлов. – "Вы не знаете всей подоплеки этого дела, – сообщил Малашкин. – А она в том, что Ивченко и секретарь ЦК КПСС по оборонной промышленности А. И. Кириченко – друзья с юношеских лет. Ваши двигатели НК-4 и АИ-20 вышли в одно время, и, конечно, Кириченко предпочел дать путевку в жизнь
Двигатели гражданских самолётов России 167 (3) двигателю своего друга. Если бы вы сумели на год опередить Ивченко, всё могло быть по-другому"» [181]. НК-4 – однороторный турбовинтовой двигатель, состоящий из планетарного однорядного редуктора, осевого шестиступенчатого компрессора, прямоточной кольцевой камеры сгорания, трехступенчатой турбины и реактивного сопла. В редукторе применена планетарная передача с двухвенечными сателлитами. Сдвоенные сателлиты позволяют получить большее передаточное отношение, чем одинарные при приемлемом диаметральном габарите. Неподвижный входной направляющий аппарат компрессора обогревается в условиях обледенения горячим воздухом. Корпус компрессора имеет разъем в вертикальной плоскости, что увеличивает его жесткость. К внутренним поверх- (3) Турбовинтовой двигатель НК-4 (4) Двигатель НК-4. Вид слева (4)
168 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) (2) ностям обеих половин корпуса приварены шпангоуты, которые придают корпусу дополнительную жесткость и используются для центровки направляющих аппаратов и рабочих колец. Для обеспечения беспомпажной работы на малых оборотах двигателя на корпусе установлены две клапанные коробки с двумя клапанами перепуска на каждой. К спрямляющему аппарату, который сделан силовым, крепится корпус среднего, роликового подшипника. Рабочие лопатки первых четырех ступеней компрессора выполнены околозвуковыми со сверхзвуковой профилировкой, две остальные имеют дозвуковую профилировку. От перемещения вдоль оси лопатки зафиксированы осевыми штифтами. Основные детали компрессора изготовлены из сталей разных марок. В передней части жаровой трубы расположены двенадцать головок с топливными форсунками и лопаточными завихрителями. Ротор турбины – дисковой конструкции. Над рабочими лопатками установлены металлокерамические вставки, которые обеспечивают надежную работу турбины при минимальных радиальных зазорах между концами лопаток и корпусом турбины. На кольцевых выступах двух первых дисков нарезаны гребешки лабиринтных уплотнений. Статор турбины имеет внешнее охлаждение, для чего под защитный кожух подается воздух из самолетного воздухозаборника. Лабиринтные уплотнения разделяют полости с различным статическим давлением и служат для предотвращения утечки газов или воздуха из полости высокого давления. Действие лабиринтов основано на том, что газы из областей повышенного давления переходят по узким щелям через камеры сравнительно больших размеров. При переходе сквозь каждую щель давление уменьшается, а скорость истечения возрастает; в камере за щелью скорость теряется за счет вихреобразования. Давление воздуха при этом падает. (1) Компрессор НК-4 (2) Жаровая труба кольцевой камеры сгорания НК-4 (3) Ротор турбины НК-4 (3)
Двигатели гражданских самолётов России 169 (4) (5) (4) Турбина и задняя опора двигателя НК-4 (5) Задняя опора компрессора, кольцевая камера сгорания, передний вал и первая ступень турбины НК-4 (6) (6) Турбовинтовой двигатель НК-4
170 (1) ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России (1) Участок сборки двигателей АИ-20 (2) Лобовой картер двигателя АИ-20А. Вид спереди 171 (3) (3) Турбовинтовой двигатель АИ-20К с воздушным винтом АВ-68И. Вид справа (2) Запорожский двигатель в серии обозначался АИ-20А. Он выполнен по однороторной схеме, состоит из планетарного редуктора, лобового картера, осевого десятиступенчатого компрессора, кольцевой камеры сгорания, трехступенчатой осевой турбины, нерегулируемого реактивного сопла и системы агрегатов. Редуктор расположен в передней части двигателя, имеет кинематическую схему замкнутой планетарной передачи. В него входит планетарная ступень с шестью шестернями-саттелитами, ступень перебора с шестью промежуточными зубчатыми колесами, вал воздушного винта и механизм измерителя крутящего момента. Все они монтировались в картере редуктора. Конструкция редуктора включает в себя механизм датчика автоматического флюгирования винта по отрицательной тяге. Лобовой картер, установленный между редуктором и компрессором, предназначен для размещения агрегатов двигателя и приводов к агрегатам. Он состоит из наружного и внутреннего конусов, соединенных между собой шестью пустотелыми стойками обтекаемого профиля, образующими шесть каналов, по которым воздух поступает в компрессор. Они обогреваются горячим маслом. В конце воздушного тракта лобового картера устанавливается входной направляющий аппарат компрессора. Его полые лопатки при угрозе обледенения обогреваются горячим воздухом, отбираемым из-за компрессора. Компрессор состоит из ротора барабанно-дискового типа с рабочими лопатками и корпуса с направляющими аппаратами и рабочими кольцами. Ротор балансируется снятием металла в соответствующих местах. Его конструкция подобна ротору ТРД АМ-3. Параметры и выходные данные двигателя АИ-20А АИ-20Д АИ-20К АИ-20М АИ-20ДМ Мощность эквивалентная на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), э. л. с. 4000 5180 4000 42500 5180 Удельный расход топлива на взлётном режиме эффективный (Нп = 0, Мп = 0), кг/(э. л. с.*ч) 0,259 0,2 0,27 0,243 0,227 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 20,9 20,4 - 20,7 - Степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 7,32 7,75 7,32 7,92 8,14 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), К 1160 1200 1160 1173 1200 Мощность эквивалентная на крейсерском режиме (Нп = 5,18, Мп = 0,478), э. л. с. 2300 2990 2490 2700 2725 Удельный расход топлива на крейсерском режиме, эффективный (Нп = 5,18 км, Мп = 0,478), кг/ (э. л. с.*ч) 0,21 0,196 0,21 0,197 0,199 Масса двигателя, кг 1080 1040 1080 1040 1040 Удельная масса, кг/э. л. с. 0,27 0,2008 0,27 0,2447 0,2008
172 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) (3) (1) Компрессор АИ-20. Виден продольный разъём корпуса, клапаны перепуска воздуха, рабочие лопатки, гребешки лабиринтов на роторе (2) (2) Камера сгорания и турбина АИ-20. Видны целые и срезанные стойки диффузора, кольцевая жаровая труба, рабочие лопатки первой ступени турбины (3) Задняя опора компрессора и турбины двигателя АИ-20А Корпус компрессора – сварной конструкции, с продольным разъемом в горизонтальной плоскости. Направляющие аппараты – разъемные. Поверхности рабочих и лабиринтных колец имеют легкосрабатываемые покрытия для уменьшения радиальных зазоров, что увеличивает КПД компрессора. На корпусе расположены агрегаты, в том числе четыре клапана перепуска воздуха. Наружный корпус камеры сгорания – разъемный, а внутренняя коническая балка образует тоннель вала турбины. Между собой они соединяются десятью приваренными полыми стойками. В передней части жаровой трубы расположены десять головок с топливными форсунками и стабилизаторами. В зону смешения воздух подается патрубками. В верхней части корпуса камеры сгорания крепятся воспламенители. Турбина – реактивная, неохлаждаемая. На среднем диске имеется дефлектор (приспособление для управления скоростью и направлением потока воздуха), присоединенный пушечным замком. Лабиринтные кольца прикреплены болтами к внутренним кольцам сопловых аппаратов.
Двигатели гражданских самолётов России Наружный и внутренний кожухи реактивного сопла соединены шестью радиальными стойками. Конус стекателя выполнен отъемным. Сопло крепится к сопловому аппарату третьей ступени турбины. Двигатель изготовлен из сталей и жаропрочных сплавов различных марок. Уплотнения масляных полостей только лабиринтные. АИ-20 оборудован системами автоматизированного запуска, противообледенения, следящего упора для защиты по отрицательной тяге, автоматического флюгирования воздушного винта и др. Винт серийного АИ-20А – флюгерный, четырехлопастной, изменяемого шага, левого вращения, диаметром 4,5 метра. Главное достоинство двигателя АИ-20 – резервы надежности, заложенные при конструировании. Они дали возможность создать целое семейство модификаций с повышенной мощностью (от 4000 до 5180 э. л. с. на взлётном режиме) и ресурсом, превзошедшим мировые достижения. Так, в модификации АИ-20Д обошлись без серьезных конструктивных изменений, но увеличили мощность на 30%. Для этого подняли температуру газа перед турбиной. АИ-20Д устанавливался на военно-транспортном самолете Ан-8 173 (4) и на летающей лодке Бе-12. Его винты разных серий имеют диаметр 5 м. В версии АИ-20К в полной мере раскрылся ресурсный потенциал двигателя. Любопытно, что, стремясь заинтересовать моторостроителей в повышении ресурса, А. Г. Ивченко использовал не только силу убеждения. Он предложил систему надбавки к отпускной цене двигателя, пропорциональной повышению срока его службы. Завод оказался материально заинтере- (4) Двигатель АИ-20К. Вид слева (5) Двигатель АИ-20Д сованным в увеличении ресурса. Чем больше рос ресурс, тем больше появлялось средств на совершенствование техпроцессов и премирование сотрудников. АИ-20К стояли на модификации ­Ан-10А, на военно-транспортных ­­Ан-12АП/БП, пассажирских ­Ил-18А/Б/В/Е. (5)
174 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Двигатели уже давно эксплуатировались, а в КБ их всё доводили и доводили, неуклонно увеличивая ресурс. Впечатление это производило сильное. Идет, к примеру, конференция, и её участники знают, что ресурс АИ-20 установлен в семьсот пятьдесят часов. Но вот выступает Ивченко и вдруг заявляет, что двигатель уже наработал шесть тысяч часов и вскоре именно таким и будет его ресурс. Зал зашумел. Уж больно отважным было заявление конструктора. «Но потом, – рассказывал один из участников конференции, – когда мы устанавливали ресурс в тысячу часов, затем в две, три, четыре, пять и шесть тысяч, я всегда вспоминал ту конференцию». <…> Выступая на одном из семинаров, Ивченко показал на диаграмму: «Экономический эффект составляет миллиарды рублей». Но он любил образные сравнения, наглядные. И добавил: «Если бы все потребности Аэрофлота 1964 года удовлетворялись двигателями с ресурсом двести часов, с которым он запускался в 1957 году в серийное производство, то понадобилось бы для их изготовления десять таких заводов, как наш. При достигнутом же ресурсе с задачей справляется всего-навсего один завод». Моисеев В. А. Союз крылатых. – К., 1989 Впервые в мире гарантийный ресурс двигателя в 1959 году достиг 6000 часов, а назначенный постепенно довели до рекордных 20 000 часов. Поначалу АИ-20К выпускались на двух заводах: Запорожском и Пермском, с 1965 года необходимость задействовать предприятие в Перми отпала. До столь же впечатляющего ресурса был доведен двигатель АИ-20М. Он отличался улучшенной экономичностью (на крейсерском режиме удельный расход топлива снизили на 6%) и увеличенной по сравнению с базовым АИ-20 мощностью – 4250 э. л. с. Схема двигателя АИ-20М Благодаря запасу мощности двигатель сохраняет свои возможности на взлете с аэродромов, расположенных высоко над уровнем моря, при высоких температурах окружающего воздуха. Кроме того, АИ-20М стал легче предыдущей модели на 40 кг. Устанавливается он на пассажирском Ил-18Д, военно-транспортном Ан-12 и модификациях Ан-12А/Б/БК/П, самолете радиотехнической разведки Ил-20, воздушном командном пункте Ил-22, противолодочном патрульном Ил-38.
Двигатели гражданских самолётов России 175 (2) …АИ-20М явились настоящим достижением тогдашнего двигателестроения. Прежние мотоустановки неоднократно становились объектом серьезных нареканий, а то и причиной происшествий, требуя присмотра и хлопот техсостава. Судить об их уровне можно, в частности, по тому, что предыдущие АИ-20К в среде экипажей и техников звались «каковскими» с ударением на первом слоге и вполне определенными лексическими ассоциациями. В числе конструктивных новаций АИ-20М получил улучшенный компрессор… камеры сгорания были переделаны для более эффективного распределения воздуха в зонах горения и оснащены новыми одноконтурными рабочими форсунками, внедрена принципиально новая бандажированная турбина, в конструкции которой использовались вновь созданные жаропрочные материалы. Комплекс переделок позволил значительно улучшить практически все характеристики двигателя. (3) Марковский В., Приходченко И. Крылья ВДВ СССР. Военно-транспортный самолет Ан-12. – М., 2014. (1) Турбина двигателя АИ-20М компрессор АИ-20М (1) Турбовинтовой двигатель АИ-20М I серии (2) Камера сгорания двигателя АИ-20М I серии (3) Компрессор двигателя АИ-20М I серии
176 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1) Турбина двигателя АИ-20М I серии (2) Шлицевое соединение валов компрессора и турбины двигателя АИ-20М I серии (3) Елочные пазы в дисках турбины двигателя АИ-20М I серии (3) Вариант АИ-20ДМ унаследовал повышенную мощность (5180 э. л. с.) от двигателя АИ-20Д и экономичность от АИ-20М. Он был подготовлен для работы при высокой температуре окружающего воздуха и на высокогорье. Использовался на военно-транспортном самолете Ан-32 для стран с жарким и горным климатом. Для него применили винт диаметром 4,7 м. За создание двигателя АИ-20 специалисты ОКБ-478 и Запорожского моторостроительного завода были награждены орденом Ленина, А. Г. Ивченко получил Ленинскую премию. Семейство АИ-20 стало очень востребованным. Сразу три авиаконструктора – О. К. Антонов, С. В. Ильюшин, Г. М. Бериев – использовали эти двигатели на нескольких своих самолетах. «Пионером» среди всех советских лайнеров, оснащенных турбовинтовыми двигателями, был Ан-10. Но свою карьеру он закончил тоже первым. Ан-10 – среднемагистральный пассажирский самолет, который мог эксплуатироваться на грунтовых аэродромах с длиной летной полосы от 1000 м. Сначала конструкторы хотели использовать два двигателя, но потом остановились на четырехдвигательной схеме высокоплана. Такое расположение силовой установки на крыле защищало лопасти винта и воздухозаборники от повреждения предметами
Двигатели гражданских самолётов России (4) Замена воздушного винта на двигателе АИ-20 самолета Ан-10 177 (5) Самолеты Ан-10 и Ан-10А ждут посадки пассажиров и частицами земли со взлетно-посадочных полос без твердого покрытия. Характерная особенность Ан-10 – непривычно большой диаметр фюзеляжа, из-за чего самолет называли «пузатым». Постановление правительства о создании пассажирского самолета – будущего Ан-10 – и одновременно близкого ему по конструкции военно-транспортного Ан-12 вышло 30 ноября 1955 года. Прежде всего О. К. Антонов изучил схожий опыт других самолетостроителей. За помощью к А. Н. Туполеву он обратился напрямую. Тот не отказал и передал киевлянам документацию по Ту-16 и Ту-104. В итоге Ан-10 построили за рекордно короткое время – 1 год и 2 месяца. На первом опытном Ан-10 стояли двигатели НК-4. Они часто подводили и требовали доработок. Второй опытный экземпляр самолета, он же первый серийный, был оснащен запорожскими АИ-20. Его поднял в небо экипаж под управлением И. Е. Давыдова 5 сентября 1957 года – через полгода после первого полета с куйбышевскими двигателями. Во время летных и эксплуатационных испытаний АИ-20 тоже вел себя неидеально, случались его отказы. В нескольких полетах экипажу удавалось совершить безаварийную посадку на трех работающих двигателях. Но не всегда. «В 1958 году вторая серийная машина… была разбита в первом же полете. Экипаж А. В. Ларионова столкнулся с весьма непростой ситуацией. На самолете произошел отказ крайнего левого двигателя, и одновременно автоматика снизила мощность крайнего правого (так пытались бороться с разворачивающим моментом, от чего вскоре отказались). Затем начали сдавать внутренние двигатели. Можно было увеличить мощность крайнего правого АИ-20, но, очевидно, экипажу не хватило (4) (5) опыта... Пришлось выполнять вынужденную посадку в поле возле небольшой речушки. Она получилась очень грубой, самолет разрушился, погиб бортинженер, а второй пилот и бортрадист получили серьезные травмы» [104]. Но в июне 1959 года государственные испытания успешно завершились, Ан-10 рекомендовали к серийному производству. Тогда еще не было единых норм летной годности, многие обязательные на сегодня проверки самолетов не проводились. «Например, Ан-10 вышел на линии без проведения полетов в условиях высоких и низких температур наружного воздуха, а исследование его поведения при естественном обледенении проводилось очень упрощенно. Вскоре за приобретение драгоценного опыта пришлось заплатить самую высокую цену» [Там же]. Тем же летом Ан-10 начал работать на трассах «Аэрофлота».
178 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) Самолет Ан-10 за границей Это был один из первых отечественных самолетов, который активно рекламировали в советских СМИ. Ан-10 отправляли в уникальные полеты, которые стали для него дополнительными испытаниями, и приглашали участвовать в них журналистов. Так, лайнер выполнил длительный полет на минимальных скоростях, скоростные перелеты, полеты на предельную дальность и даже полет с тремя неработающими двигателями. Вот, например, как вспоминает испытания Ан-10А фотокорреспондент Николай Селюченко: «<…> Группа летчиков-испытателей во главе с Героем Советского Союза Юрием Курлиным пошла на сумасшедший рекорд. Хотя это было, по сути, просто испытание самолета на "выживаемость". Журналистов и представителей кинохроники посадили в другой самолет, летевший чуть выше на расстоянии 200–300 метров. Взлетали из Гостомеля. Ан-10 ради чистоты эксперимента был загружен тяжелыми болванками... Полет проходил на высоте 5000 метров. Сначала Курлин остановил в воздухе один мотор, потом второй, идя на двух правых. Но наиболее потрясающие минуты были, когда в полете работал один из четырех – самый крайний двигатель. Самолет при этом шел нормальным курсом, хотя мне до сих пор это кажется фантастикой! И всё это была реальность, которую я запечатлел в нескольких кадрах. На них четко видно три неработающих винта». Даже сегодня, полвека спустя, далеко не каждый мотор способен удержать в воздухе огромный самолет с полной загрузкой. ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ КУРЛИН Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Установил 4 мировых рекорда высоты на Ан-32 АЛЕКСАНДР ФЁДОРОВИЧ МИТРОНИН Лётчик-испытатель. В 1961 году на самолете Ан-10А установил мировой рекорд скорости полета на замкнутом маршруте. Погиб в 1964 году при испытаниях Ан-8РУ – при взлете с имитацией отказа двигателя Хорошо показал себя Ан-10 в Арктике: с 1960 года он использовался для доставки людей и грузов на дрейфующие полярные станции. В начале 1961 года на «десятке» собирались установить рекорд скорости, но первая попытка не удалась. Через несколько месяцев на замкнутом 500-километровом маршруте Ан-10А развил скорость 730,616 км/ч и стал мировым рекордсменом (командир экипажа – А. Ф. Митронин). Известность за пределами Союза Ан-10 получил еще раньше: в 1958 году на всемирной выставке в Брюсселе самолет был удостоен диплома и Большой золотой медали. В «Аэрофлоте» Ан-10 выполнил то, для чего создавался: обеспечил недорогие массовые авиаперевозки. Он был одним из самых рентабельных и нетребовательных к аэродромам пассажирских самолетов. Его принимали 42 аэропорта (его современника, Ил-18, – только 33). «Самолет мог сесть на более-менее подходящее поле и принять пассажиров. Бывали случаи, когда билеты продавали прямо в его салоне, и Ан-10 улетал сразу по заполнении пассажирами. Кстати, цена авиабилета приравнивалась к цене железнодорожного билета в купейном вагоне. Например, чтобы проехать в купе фирменного поезда "Харьков – Москва", надо было заплатить 13 руб. 60 коп., а за полет на Ан-10 – 14 руб.» [104]. Энергия, рожденная для полета / Под общ. ред. В. А. Богуслаева. – К., 2014 (1)
Двигатели гражданских самолётов России (2) 179 (2) На выставке рядом с Ан-10 спортивный Як-18 и многоцелевой самолет короткого взлета и посадки Ан-14 «Пчёлка» К 1971 году Ан-10 с двигателями АИ-20 перевез 35 миллионов пассажиров и миллион тонн грузов, став советским рекордсменом по воздушному пассажирообороту. Самолет имел несколько модификаций. Основная – Ан-10А с увеличенным числом пассажирских кресел: 100 вместо 85. Эта модель оснащалась сначала двигателями АИ-20А, затем АИ-20К. Был вариант АИ-10Б на 132 пассажира. Несколько машин переделали в транспортно-санитарный АН-10ТС, еще часть – в грузовой Ан-10АС. Увы, с самого начала эксплуатации самолет преследовали тяжелые летные происшествия, причины которых на том этапе развития науки и технологий удавалось найти не сразу, а тем более предот- вратить. В 1959-м и 1960 годах разбились два Ан-10 в аэропорту Львова, оба – из-за несовершенства противообледенительной системы стабилизатора. «Для Антонова эти трагедии стали тяжелейшим потрясением. Переживаниями он делился со своим другом хирургом Н. М. Амосовым: "Нет, не буду строить больших пассажирских самолетов, – говорил он. – Я не переживу одновременную гибель многих людей... После катастрофы Ан-10 я не раз просыпался ночью в холодном поту и дрожащей рукой снимал трубку – неужели авария с моим самолетом?"» [Там же]. Роковой в судьбе Ан-10 стала катастрофа 1972 года под Харьковом, в которой погибли 122 человека. Самолет буквально рассыпался на части в воздухе. Один из участников расследования вспоминает, что от министерства авиапрома поступило секретное указание продвигать версию взрыва, но уже первые выводы комиссии напрочь опровергли такую вероятность. Выяснилось, что причиной трагедии стали усталостные трещины в элементах конструкции самолета. При осмотре других экземпляров Ан-10 подобные трещины обнаружили почти на всех машинах. В результате госкомиссия постановила прекратить эксплуатацию Ан-10 в «Аэрофлоте» с 1973 года. А парк этих самолетов был немаленький – на Воронежском заводе изготовили 104 экземпляра. Отношение к самолету Ан-10 с двигателями АИ-20 всегда было противоречивым: он то купался в похвалах, то внушал к себе всеобщую неприязнь и страх. Но его роль в истории советского авиастроения неоспорима. Он ознаменовал собой переход к новой философии создания и эксплуатации пассажирских самолетов. «Десятка» принесла на авиалинии малой и средней протяженности новый уровень культуры организации перевозок и сама же пала жертвой уже отживших методов эксплуатации. Ведь эту машину, особенно в начальный период, нещадно гоняли по грунтовым и галечным аэродромам, допускали руления по грунту с повышенными скоростями, заставляли совершать гораздо большее количество взлетов и посадок, чем предусматривалось при ее создании. Вероятно, никто даже не задумывался, что этого делать нельзя, ибо именно так поступали со всеми самолетами предыдущих поколений. Заярин В., Совенко А. Народный лайнер Антонова // Авиация и время. – 2007. – № 2
180 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Двигатели семейства АИ-20, наконец, дали путевку в небо и транспортному самолету Ан-8, который ранее потерпел неудачу на испытаниях с ТВ-2Т. Первый полет Ан-8, с двумя модернизированными АИ-20Д в мотогондолах на крыле, состоялся 30 октября 1957 года (экипаж Н. С. Гаврицкого). Сначала мощность двигателя рассчитывали довести до 5500 э. л. с., но, несмотря на долгие доработки, этого достичь не удалось. Поэтому приняли решение передать самолет в эксплуатацию с ограничением мощности АИ-20Д до 5180 э. л. с. Взлетную массу самолета определили в 38 тонн (с ­ТВ-2Т она составляла 42 тонны). В 1959 году Ан-8 прошёл госиспытания. Осваивали первый транспортный самолет СССР сложно. Только за первые три года эксплуатации было потеряно пять самолетов, три – из-за дефектов силовой установки. Рекордов и громких достижений на счету Ан-8 не было. Однако он эксплуатировался почти пятьдесят лет и был скромной «рабочей лошадкой». В настоящее время использовать Ан-8 над территорией России Самолет Ан-8 с двигателями АИ-20Д Трагикомичный случай имел место в феврале 1962 года недалеко от аэродрома Кречевицы. На 20-й минуте после взлета отказал один двигатель, а через полчаса и второй. Экипаж, не мешкая, выбросился на парашютах. Между тем самолет спланировал и «спокойно» приземлился. Правда, при этом он подломился, все-таки посадка была неуправляемая. Якубович Н. Все самолеты Антонова. – М., 2001 запрещено. Всего на Ташкентском авиазаводе в 1958–1961 годах было изготовлено 149 экземпляров, а затем в производстве его сменил Ан-12. Тяжелый транспортный Ан-12 – это «брат» пассажирского Ан-10, создававшийся с ним параллельно. Судьба «двенадцатого» сложилась гораздо благополучнее, чем у его «родственника». Внешне Ан-12 представлял собой увеличенный в размерах «транспортник» Ан-8 с четырьмя двигателями вместо двух, расположенными в мотогондолах под крылом. Поначалу шли споры, так ли необходима новая машина того же назначения, ведь «восьмерка» дешевле в производстве. Но решение в пользу Ан-12 полностью оправдалось – в итоге он стал самым массовым отечественным самолетом в своем классе (1205 экземпляров). Он намного превзошел Ан-8 по грузоподъемности, мог перевозить больше видов военной техники. В числе достоинств Ан-12 – способность взлетать с грунтовых аэродромов и совершать полет на больших высотах. От пассажирского Ан-10 транспортный вариант поначалу отличался только хвостовой частью фюзеляжа и оборудованием, их унификация достигала 86%. Силовую установку взяли без изменений. Причем первые две машины тоже выпустили с двигателями Н. Д. Кузнецова. Благодаря тому, что самолеты были очень близки, Ан-12 обошелся без опытных образцов, первый построенный и стал серийным. Летные испытания стартовали 16 декабря 1957 года (командир экипажа – Я. И. Верников). С годами, совершенствуясь, Ан-12 избавлялся от неизбежных недостатков «универсальной машины» и всё больше отдалялся от пассажирского сородича. В 1959 году Ан-12 прошел государственные испытания и начал поступать в войска. Освоение машины тоже было непростым. В первый год в результате катастроф, связанных с дефектами техники, потеряли два самолета. На некоторое время полеты на Ан-12 приостановили до устранения серьезных недостатков. В 1965 году Ан-12 был представлен мировой общественности на авиасалоне в Ле-Бурже, а в феврале следующего года рейсом этого самолета открылась первая международная грузовая трасса «Аэрофлота»: Москва – Рига – Париж. Через три года была налажена вторая регулярная авиалиния: Владивосток – Амстердам. В 1977 году начались первые для СССР контейнерные перевозки – и тоже с использованием ­Ан-12. В 1980-е годы эти воздушные грузовики работали на более чем 70 линиях «Аэрофлота» в европейской части страны, на стройках Севера, Сибири и Дальнего Востока. По специальным заказам выполняли полеты в Америку, Австралию, Японию.
Двигатели гражданских самолётов России 181 (1) Мне рассказывали о случае, который произошел в Индии. Необходимо было доставить тяжелый трактор для дорожных работ. Аэродром в месте посадки располагался на высоте четырех тысяч метров, был окружен горами, и американские специалисты признали его непригодным для своего «Геркулеса» (самолет одного класса с Ан-12). Решили использовать советскую машину. В полет отправился экипаж Юрия Владимировича Курлина. Летчикам предстояло перевалить Гималайские горы высотою до шести тысяч метров. Когда подошли к пункту назначения, Курлин стал буквально ввинчивать машину в каменный колодец, она почти проваливалась вниз. Посадку экипаж осуществил блестяще. <…> Самолет первым из машин своего класса совершил посадку на дрейфующую льдину, встал на лыжи, побывал в самых отдаленных точках ледовых континентов и прочно занял свое место в полярных широтах. Моисеев В. А. Союз крылатых. – К., 1989 В 1961 году Ан-12 вместе с Ил-18 (оба с двигателями семейства АИ-20) совершили перелет в Антарктиду протяженностью 26 423 км. Маршрут проходил через четыре континента и два океана. Ан-12 оказался очень ценным для советской армии, в том числе для ВДВ. Он обеспечивал десантирование людей (до 60 человек) и грузов, а также бронированной самоходной техники, стоявшей на вооружении десантников. Эти самолеты применялись в большинстве военных конфликтов второй половины ХХ века. Особенно масштабно – в Афганистане. Там Ан-12 получил печально известное имя «Чёрный тюльпан». (2) (1) Ан-12 на ледовом аэродроме (2) Военно-транспортный самолет Ан-12 в Афганистане
182 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) Когда летом 1957 г. ОКБ Антонова еще раз посетил Хрущёв, ему показали Ан-10, и он, осмотрев самолет со всех сторон, обратился к своей свите: «А мне говорили, что самолет пузатый и некрасивый. Мне он нравится. А я тоже пузатый, и, по-вашему, значит, я тоже некрасивый?» Ситуацию разрядил присутствовавший на встрече Ивченко, по телосложению также довольно внушительный: «Никита Сергеевич, у моряков принято всё, что выше колен, считать грудью!» Хрущёву шутка понравилась. Все облегченно вздохнули, и осмотр продолжился. Заярин В., Совенко А. Народный лайнер Антонова // Авиация и время. – 2007.
Двигатели гражданских самолётов России 183 (2) (3) (1) Ан-10А заходит на посадку. 1968 (2) Самолет Ан-10А с хвостовым оперением первоначальной конфигурации: на концах стабилизатора установлены вертикальные шайбы (3) Ан-10А в США
184 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей В 1991–1992 годах на самолетах Ан-12 с двигателями семейства АИ-20 было установлено 39 мировых рекордов высоты и скорости полета. Немало в истории Ан-12 было и летных происшествий. Только за первые пять лет эксплуатации случилось 10 аварий и катастроф, 30% из них – из-за отказов техники, в том числе двигателей. 12 августа 1993 года произошла катастрофа Ан-12 в Волгограде. На самолете отказали сначала три двигателя, а в 19 км от запасного аэродрома и последний. Чтобы не допустить жертв на земле, командир экипажа А. Н. Епанешников направил машину в сторону от жилого района, в лес. За этот подвиг ему было посмертно присвоено звание Героя России. По мере совершенствования самолета и двигателей количество летных происшествий из-за конструктивно-производственных недостатков снижалось. Тем более что потенциал для модернизации Ан-12 был заложен внушительный. Главный инженер ВВС указывал, что значительной доли повреждений АИ-20 можно было избежать, поскольку недопустимо большое их число приходится снимать с эксплуатации из-за «перегрева при запуске, допускаемого вследствие недоученности и неосмотрительности экипажей, а также из-за удара воздушным винтом о препятствие». <…> В 1988 году по вине личного состава на самолетах ВТА пришлось досрочно заменять 17 турбовинтовых авиадвигателей… (в одном из случаев после столкновения с препятствием летчик в объяснительной писал: «Во время выруливания я увидел быстро двигавшийся навстречу столб»). Марковский В., Приходченко И. Крылья ВДВ СССР. Военно-транспортный самолет Ан-12. – М., 2014 АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ ЕПАНЕШНИКОВ Военный лётчик, Герой Российской Федерации (посмертно). Погиб в катастрофе Ан-12 Создавая новые варианты Ан-12, конструкторы стремились устранить «детские болезни» базовых моделей, увеличить дальность полета, автономность эксплуатации и решить специальные задачи заказчика. Первые серийные модификации – Ан-12А и Ан-12Б. Они имели дополнительный запас горючего и увеличенную грузоподъемность. На базе Ан-12Б выросло целое семейство самолетов различного назначения. Вариант Ан-12БП снабдили дополнительными подпольными топливными баками, вслед за ним так же переделали несколько Ан-12 и Ан-12А, в названии которых тоже появилась буква «П». Ан-12БК («Комплекс») отличался обновленным оборудованием и наличием турбогенератора, который обеспечивал запуск двигателей на высотах до 3000 м. Самолеты радиоэлектронного противодействия Ан-12Б-И, Ан-12БК-ИС оснащались средствами радиотехнической защиты. Ан-12БШ / БКШ – это учебно-штурманские варианты. Модификация Ан-12ТП использовалась для полетов в Антарктиду. Ан-12ПП – постановщик помех групповой защиты. Ан-12ПС – авиационно-морской поисково-спасательный комплекс, способен доставлять в нужную акваторию спецкатер с командой спасателей. Ан-12Т – топ­ ливовоз. Целый ряд вариантов Ан-12 представлял собой летающие лаборатории: для изучения антенных систем и радиосвязи, лазерного облучения, атмосферных процессов и воздействия на них, проверки катапультных кресел и многого другого. И мы перечислили еще не все варианты Ан-12. СССР поставлял эти самолеты в 14 стран мира: Индию, Ирак, Египет, Югославию, Алжир, Гвинею, Гану, Кубу, Китай, Йемен и другие (всего было экспортировано 183 экземпляра). Китайцы на основе Ан-12БП сделали свою копию – Y-8, которую строили серийно в разных модификациях. Двигатель АИ-20 в китайском исполнении назывался WJ6. Самолет Ан-12Б
Двигатели гражданских самолётов России 185 (1) Наверное, начиная с середины 60-х годов ни одно крупное событие в истории страны и даже всего человечества не обошлось без Ан-12. От освоения необжитых районов и оказания помощи при стихийных бедствиях до прямого участия в вооруженных конфликтах и государственных переворотах – вот диапазон применения машины, которая наряду с С-130 [«Геркулес». – Прим. ред.] фирмы «Локхид» долгие годы оставалась основным транспортным самолетом планеты. Совенко А., Заярин В. Ан-12. Потрет в зрелом возрасте / Авиация и время. – 1995. – № 1 Ан-12 производился до 1971 года сразу на трех советских заводах: в Иркутске, Воронеже и в Ташкенте. (2) За создание Ан-12 группе сотрудников ОКБ О. К. Антонова была присуждена Ленинская премия. (1) Самолет Ан-12БП на взлете (2) Самолет Ан-12БК
186 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Пассажирский турбовинтовой первенец С. В. Ильюшина – Ил-18 – в итоге тоже выпускался с двигателями АИ-20. Это самолет такого же класса, что и Ан-10. Предполагалось, что Ан-10 будет работать на воздушных линиях областного и республиканского значения, а Ил-18 – на более протяженных маршрутах по всей стране. В отличие от своих отечественных аналогов, Ил-18 сразу проектировался в расчете на гражданское применение. По схеме это был низкоплан с четырьмя двигателями, расположенными в мотогондолах на крыле. Разработка Ил-18 началась в ОКБ С. В. Ильюшина в 1954 году. Уже через три года, 4 июля 1957-го, будущий лайнер совершил первый полет (летчики-испытатели В. К. Коккинаки и Э. И. Кузнецов). На самолете стояли двигатели НК-4. Очень скоро Ил-18 запустили в серию на заводе № 30 в Москве. Серийная модель (Ил-18А) отличалась от опытной машины перекомпоновкой пассажирских салонов (в самых шумных зонах, рядом с винтами, разместили гардероб и буфет), усилением теплозвукоизоляции и увеличением пассажирских мест с 75 до 89. 30 сентября 1959 года поднялся в воздух Ил-18Б с двигателями АИ-20. Полезная нагрузка этого самолета выросла с 12 до 14 тонн. Как показали испытания машин с двигателями АИ-20 и НК-4, их летные данные Самолеты Ил-62 и Ил-18В на стоянках несколько отличались, но в целом обе превзошли требования технического задания по всем показателям, кроме длины пробега и разбега. Для освоения новых самолетов в «Аэрофлот» передали 34 экземпляра Ил-18, причем 24 из них были оснащены НК-4. Только за 1958 год на Ил-18А с НК-4 произошло четыре пожара в силовой установке. В начале 1959 года эксплуатация самолетов Ил-18А была прекращена, позже все эти машины переделали в Ил-18Б с АИ-20.
Двигатели гражданских самолётов России Но некоторые специалисты продолжали настаивать на том, что правильнее доводить двигатели НК-4. «Была предпринята попытка "реанимировать" эти двигатели: в ноябре 1959 г. начались заводские испытания второго опытного самолета Ил-18 с двигателями НК-4А с ресурсом 500 ч и с воздуш- ными винтами диаметром 4,5 м. Но время уже было потеряно: серийный завод № 24 им. М. В. Фрунзе, выпускавший НК-4, переориентировали на выпуск ракетных двигателей, а все производственные мощности Запорожского моторостроительного завода были загружены выпуском АИ-20…» [122]. 187 (3) (1) (1) Сборка самолета Ил-18 (2) Обслуживание двигателя АИ-20 на самолете Ил-18 (3) Первый Ил-18 в Ереване 20 апреля 1959 года Ил-18 выполнил свои первые регулярные рейсы по маршруту Москва – Адлер и Москва – Алма-Ата. Вскоре он вышел и на международные авиалинии, начав с трассы Москва – София. В следующем году пять машин Ил-18 отправились с гуманитарной миссией в Конго, во время которой за три месяца перевезли больше 2000 пассажиров и 207 тонн грузов. Ил-18 имели самую низкую в «Аэрофлоте» себестоимость перевозок. Во многом это заслуга экономичных двигателей АИ-20. (2) В 1958–1969 годах на самолетах Ил-18 установили больше 20 рекордов дальности, скорости и высоты полета. Достижения максимальной скорости полета по прямой – 727,84 км/ч (экипаж Б. М. Константинова) и высоты полета – 13 513 м (экипаж Л. М. Улановой) были перекрыты только через несколько лет на американском самолете Orion Р-3. До сих пор не превышен мировой рекорд высоты с грузом 20 тонн для самолетов с турбовинтовыми двигателями – 12 118 м (экипаж В. К. Коккинаки).
188 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей ВЛАДИМИР КОНСТАНТИНОВИЧ КОККИНАКИ Заслуженный лётчик-испытатель СССР, дважды Герой Советского Союза. Впервые поднял в небо самолеты Ил-18, Ил-18А, Ил18Б, Ил-18В, Ил-18И. Установил 13 мировых рекордов скорости и грузоподъемности на Ил-18 ЛЮБОВЬ МИХАЙЛОВНА УЛАНОВА Советская лётчица. Установила ряд мировых рекордов дальности, высоты и скорости на самолете Ил-18 Ил-18 совершали уникальные перелеты в Антарктику и Арктику, в том числе на расстояние более 52 000 километров (в обе стороны). В 1980 году самолет Ил-18Д проложил новый маршрут в Антарктиду – через Ближний Восток, Африку и Индийский океан. 15 992 километра преодолели за 26 летных часов. Эта трасса стала почти вдвое короче пути через Индию и Австралию, по которой летали в начале 1960-х. В 1958 году на всемирной выставке в Брюсселе Ил-18 был удостоен Гранпри и золотой медали. А в 1960 году А. Г. Ивченко, С. В. Ильюшин и другие конструкторы получили за создание Ил-18 Ленинскую премию. «Её денежную часть разделили между 11 лауреатами, и жена Ивченко Прасковья Михайловна шутя сетовала: "На Сталинскую премию дом построили, а Ленинской едва на банкет хватило..."» [104]. Ил-18 тоже не смог избежать летных происшествий. Первая его катастрофа с пассажирами на борту (гражданами пяти стран) произошла в 1960 году в Киевской области. Был такой случай трагический – сенсационная катастрофа с Ил-18, где погибла семья президента одной из африканских стран. <…> И благодаря этому расследованию я нажил себе врагов, потому что сказал правду на этой правительственной комиссии. Все начали ловчить, стараясь отвести удар от своего ведомства. Но было мне ясно, в чём причина, и я это сказал. А причина была такова. Сдали государственные испытания того самолета и выбрали высоту горизонтального полета 9 километров. А потом в процессе эксплуатации они перешли на высоту в 11 километров, как и вся Европа. А на этой высоте двигатели они даже в ЦИАМе в барокамере не отработали. И когда попробовали лететь на этой высоте, то камера прогорела. Двигатели были запорожские, конструктора Ивченко. И вот все те, кто принимал эту машину, на меня все озлились. Дыра прогорела! В мотогондоле пожар, перегрелись узлы крепления, и двигатель отвалился. А кроме того, когда он отвалился, обломился еще кусок крыла. Картина была ужасная. Генеральный конструктор П. А. Соловьёв. О времени и о себе. – Рыбинск, 2009. Последней для отечественных пассажирских Ил-18 стала катастрофа 2001 года на границе Тверской и Ярославской областей, в которой погибли 18 пассажиров и 9 членов экипажа. Точную причину случившего установить не удалось, скорее всего, действовало сочетание факторов, связанных с техническим состоянием самолета. После этой трагедии авиакомпаниям запретили перевозки пассажиров на Ил-18. В Воздушно-космических силах несколько экземпляров самолета эксплуатируется до сих пор. Ил-18 тоже стал основателем многочисленного семейства. Ил-18 в Антарктиде
Двигатели гражданских самолётов России На модификации Ил-18В установили автоматическую систему флюгирования винтов, которая работала практически от взлета самолета до его захода на посадку. При отказе всех систем автофлюгирования (чего так и не случилось за всю эксплуатацию Ил-18) Ил-18В мог продолжить полет с авторотирующим воздушным винтом. На этой модели самолета предприняты дополнительные противопожарные меры: горячие части двигателей и выхлопных труб отделили от крыла дополнительными перегородками, установили более чувствительные сигнализаторы пожара и мощную систему пожаротушения. Мотогондолы в полете интенсивно продувались холодным воздухом. Самым явным для пассажиров отличием Ил-18В была перекомпоновка салона, которую выполнили для дальнейшего снижения в нём шума. На модификации Ил-18Е увеличили до 120 число пассажирских мест и установили новые, более комфортабельные кресла. Ил-18 имел около 10 «салонных» версий для перевозок высокопоставленных государственных деятелей, в том числе (1) Н. С. Хрущёва и Л. И. Брежнева. Один из этих самолетов доставил Ю. А. Гагарина в Москву после его полета в космос. Последняя пассажирская модификация – Ил-18Д с увеличенной за счет дополнительных топливных баков дальностью полета. Двигатели АИ-20К заменили на более мощные и экономичные АИ-20М. Много было вариантов Ил-18 других назначений: транспортно-санитарный Ил-18Т, грузовые Ил-18Гр и Ил-18ГрМ, учебно-штурманский Ил-18УШ, океанский (1) Юрий Гагарин на трапе Ил-18 189 (2) Среднемагистральный самолет Ил-18 разведчик рыбы Ил-18ДОРР и промысловый Ил-18Д «Помор», ретранслятор Ил-18РТ для обеспечения разных видов радиосвязи, летающая лаборатория Ил-18ЛЛ, метеолаборатория Ил-18Д «Циклон» и другие. Всего было выпущено 564 экземпляра Ил-18. Более 100 из них поставлены авиакомпаниям 17 стран: Польши, Венгрии, ГДР, Румынии, Кубы и т. д. На основе Ил-18Д разработали несколько специальных военных самолетов: Ил-20, Ил-22, Ил-24Н и другие. Все они оснащаются двигателями АИ-20М. Среди своих ровесников – представителей первого поколения самолетов с газотурбинными двигателями – Ил-18 оказался истинным долгожителем: со времени его первого полета прошло уже более 60 лет. (2)
190 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей
Среднемагистральный самолёт Ил-18
192 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) Ил-20 предназначается для комплексной разведки во время приграничных (прифронтовых) полетов без пересечения государственной границы (линии фронта). Это первый отечественный самолет такого типа. На московском заводе «Знамя Труда» выпустили около 20 Ил-20. Его модернизированный вариант Ил-20М эксплуатируется по сей день. Ил-22 стал первым в СССР серийным воздушным командным пунктом, он также до сих пор состоит на вооружении Воздушно-космических сил и Военно-морского флота России. Ил-24Н – самолет ледовой разведки. С его помощью можно получать информацию о ледовом покрове для обеспечения мореплавания. Возможности Ил-24Н так и не были полностью востребованы. На базе пассажирского Ил-18В создали тяжелый противолодочный самолет Ил-38 с двигателями АИ-20М серии 6И. В исходном и модернизированном вариантах он используется в авиации ВМФ России. (1) Самолет радиоэлектронной и аэрофоторазведки Ил-20 (2) Воздушный командный пункт самолет Ил-22М (3) Модернизированный противолодочный самолет Ил-38H «Радий Папковский» (2) (3) Еще один самолетостроитель, выбравший двигатели АИ-20, – Г. М. Бериев. Для его противолодочного самолета-амфибии Бе-12, за которым закрепилось название «Чайка» из-за характерной формы крыла, была важна дальность и продолжительность полета при скорости до 550 км/ч. Турбовинтовые двигатели, установленные в гондолах в местах перегиба крыла, по два на каждой машине, могли обеспечить эти характеристики. Сначала техзаданием тоже рекомендовались НК-4, но в итоге остановились на АИ-20Д. Впервые они подняли самолет в воздух 18 октября 1960 года (летчик-испытатель Г. И. ­Бурьянов). Через пять лет государственные испытания были пройдены, и с 1966 года Бе-12 начали использовать в Военно-морском флоте (официально приняты на вооружение в 1968-м). Выпускались на Таганрогском авиационном заводе в 1963–1973 годах, всего построено 140 экземпляров.
Двигатели гражданских самолётов России 193 (4) ГЕОРГИЙ ИВАНОВИЧ БУРЬЯНОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР. Совершил первый полет на самолетеамфибии Бе-12 На Бе-12 с двигателями АИ-20Д было установлено 42 мировых рекорда по разным показателям: высоты, дальности по замкнутому маршруту, скорости с грузом и без груза, времени подъема и т. д. Например, в 1964 году самолетамфибия достиг максимальной высоты 12 185 метров (командир экипажа М. И. Михайлов). (4) Поисковоспасательный самолетамфибия Бе-12ПС с двигателями АИ-20Д Казалось бы: отходит эпоха ТВД, новое поколение оттесняет их на второй и даже третий план и АИ-20 должен уйти в историю... Но у этого «солдатского» мотора оказалась такая выносливость и живучесть, что на своем третьем десятке лет он начал новую жизнь еще на одном самолете Олега Константиновича Антонова. (5) Двигатель АИ-20 на крыле самолета Бе-12 Моисеев В. А. Союз крылатых. – К., 1989 (5) У этого самолета тоже есть несколько модификаций. Серийные Бе-12Н оснастили новой поисково-прицельной системой. Бе-12П – это противопожарный вариант. На нём установили баки большой емкости, систему забора и сброса воды. При глиссировании по водной поверхности со скоростью 120 км/ч на полную заправку водой уходило до 50 секунд, и она могла быть сброшена на очаги пожара, находящиеся в радиусе до 100 км от водоема. Более современная противопожарная версия – Бе-12П-200. Она могла набирать полные баки воды за 15–20 секунд. Двигатели АИ-20Д позволяли использовать самолет при температуре окружающего воздуха до +45 °С. Небольшой серией строился поисково-спасательный вариант – Бе-12ПС. Еще один интересный самолет с двигателями семейства АИ-20 – транспортный Ан-32 для высокогорных аэродромов. Сначала его проектировали в расчете на другие запорожские двигатели (АИ-24), но их мощности не хватило. Для Ан-32 подошла модификация АИ-20ДМ. Два двигателя расположили над центропланом крыла. Первая опытная машина поднялась в воздух 9 июля 1976 года (экипаж В. А. Ткаченко), а первая серийная – через шесть лет. Самолет мог использоваться в экстремальных условиях, при температуре воздуха до +45 °С, и был достаточно грузоподъемным в своем классе (6700 кг).
194 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей ПЁТР КОНСТАНТИНОВИЧ КИРИЧУК Лётчик-испытатель. Установил 4 мировых рекорда на Ан-32 Осенью 1985 года на Ан-32 установили 14 мировых рекордов высоты полета без груза – 12 010 метров – и с грузом разного веса. Командирами экипажей были Ю. В. Курлин, В. А. Ткаченко и П. К. Киричук. Ан-32 – единственный советский самолет, созданный специально на экспорт и при этом не принятый на вооружение в СССР. С самого начала серийного производства (1983 год) его стала закупать Индия, которая в итоге приобрела 118 «Серебряных коней» (так поэтично их называли индийцы). Затем были поставки в Бангладеш, Перу, Кубу, Замбию, на острова Зеленого Мыса и в другие страны. До распада СССР на Киевском авиазаводе выпустили 195 экземпляров Ан-32. Ан-32 тоже имел несколько модификаций: Ан-32Б с более современным оборудованием, дальний Ан-32Д, противопожарный Ан-32П и другие. Число изготовленных двигателей семейства АИ-20 впечатляет: более 27 тысяч экземпляров. До 2017 года они налетали в общей сложности 103,3 миллиона часов – то есть, образно говоря, провели в небе больше 11 тысячелетий! АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ ТКАЧЕНКО Лётчик-испытатель. Установил 6 мировых рекордов на Ан-32 По сведениям из открытых источников, катастрофы Ан-32 из-за отказа двигателей происходили редко. Летные происшествия чаще всего были следствием безжалостной, плохо контролируемой эксплуатации, перегрузов, небезопасности аэродромов и т. п. Самой масштабной трагедией в его истории, да и в истории отечественной гражданской авиации вообще, стал случай, произошедший в 1996 году в столице Заира (ныне Демократическая Республика Конго). Перегруженный российский Ан-32Б не смог подняться в воздух и врезался в рынок рядом со взлетно-посадочной полосой. По разным данным, погибло от 273 до 350 человек. Эксплуатация Ан-32 в разных уголках мира продолжается и сейчас. Транспортный самолет Ан-32 Двигатель АИ-20
Двигатели гражданских самолётов России 195 Пассажирские, военно-транспортные, противолодочные, противопожарные и другие самолеты с двигателями АИ-20 продолжают эксплуатироваться. Они побывали на всех континентах нашей планеты, на обоих полюсах Земли и на экваторе. Представители второго поколения авиационной газотурбинной техники, они пережили многих «более молодых» преемников. И хотя сейчас эти самолеты кажутся несовременными, именно в них были заложены и отработаны основные черты крылатых машин будущего.
196 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Первый газотурбинный на местных линиях АИ-24 АИ-24ВТ Параметры и выходные данные двигателя В конце 1950-х годов возникла потребность в турбовинтовом двигателе меньшей мощности, чем АИ-20. Его нужно было создать для самолета, который заменил бы поршневые машины на местных авиалиниях. Тандем коллективов А. Г. Ивченко и О. К. Антонова уже хорошо себя зарекомендовал, и именно им в 1957 году дали задание разработать самолет и двигатель с одинаковыми индексами – 24. АИ-24 АИ-24Т АИ-24ВТ Мощность эквивалентная на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), э. л. с. 2550 2820 2820 Удельный расход топлива на взлётном режиме, эффективный (Нп = 0, Мп = 0), кг/(э. л. с.*ч) 0,267 0,255 0,255 Расход воздуха на взлётном режиме (Hп = 0, Mп = 0), кг/с 14 - 14,4 Степень повышения полного давления в компрессоре (Hп = 0, Mп = 0) 6,4 7,65 7,65 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Hп = 0, Mп = 0), K 1070 1070 1070 6; 0,44 - 6; 0,32 Мощность эквивалентная на крейсерском режиме, э. л. с. 1500 1650 1650 Удельный расход топлива на крейсерском режиме, эффективный, кг/ (э. л. с.*ч) 0,237 0,235 0,239 600 600 Условия полета на крейсерском режиме, Hп, км, Мп Масса двигателя, кг Удельная масса, кг/э. л. с. 0,2353 0,2128 600 0,2128
Двигатели гражданских самолётов России За основу АИ-24 взяли доведенный АИ-20 и применили метод моделирования двигателя-прототипа. «Младший брат» унаследовал простоту конструкции, надежность в эксплуатации и большой ресурс. 6 октября 1961 года закончились госиспытания двигателя АИ-24, он был запущен в серию на Запорожском моторостроительном заводе. АИ-24 выполнен по той же схеме, что и его прототип. Чтобы получить нужную мощность, приняли коэффицент моделирования по расходу воздуха 0,67. Несколько меньшие параметры термодинамического цикла обеспечили эквивалентную мощность 64% от таковой у АИ-20А. По конструкции двигатели почти идентичны, отличия продиктованы в основном меньшим размером АИ-24 и накопленным опытом. Так, планетарная ступень редуктора имеет три, а не шесть шестерен-саттелитов, зубчатых колес на ступени перебора стало на одно меньше. Наружный и внутренний конусы лобового картера соединяются не шестью, а четырьмя пустотелыми стойками, которые образуют четыре канала для поступления 197 (1) воздуха в компрессор. Ротор компрессора балансируется не снятием металла в соответствующих местах, а более технологичным способом – с помощью балансировочных винтов и болтов. Рабочих лопаток на дисках всех ступеней на 34,4% больше, чем на АИ-20А. Корпус (1) Двигатель АИ-24 в авиамузее г. Хермескайль (2) Схема двигателя АИ-24 компрессора имеет продольный разъём не в горизонтальной, а в вертикальной плоскости. (2)
198 (1) ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) Редуктор двигателя АИ-24 (2) Турбина двигателя АИ-24 (2) Между собой наружный корпус камеры сгорания и коническая балка соединяются не десятью, а восемью стойками. Уменьшилось число головок с завихрителями в жаровой трубе – с 10 до 8. Вал турбины и три рабочих колеса соединены между собой не шпильками, а анкерными болтами. Дефлекторы прикреплены здесь к первым двум дискам, а не только к среднему. На кольцевых выступах дисков нарезаны гребешки лабиринтных уплотнений. Между собой роторы турбины и компрессора стянуты специальным болтом улучшенной конструкции. Наружный и внутренний кожухи реактивного сопла соединены не шестью, а тремя стойками. Винт АИ-24 под названием АВ-72/72Т – меньшего диаметра, чем у АИ-20, – 3,9 метра. Благодаря тому, что прототип был уже проверенным в эксплуатации, АИ-24 не доставил больших проблем в доводке. В процессе серийного производства совершенствовали конструкцию камеры сгорания, улучшали системы смазки и воздушного охлаждения, внедряли современные уплотнения. Всё это было направлено на повышение надежности двигателя. Так, гарантийный ресурс АИ-24 серии 2 составил 4500 часов, назначенный – 15 000 часов. А когда впоследствии перешли на эксплуатацию по техническому состоянию, ресурс достиг впечатляющей и сегодня цифры – 22 000 часов. Модификация АИ-24 серии 2 производилась с 1964 года. Устанавливалась на самолетах Ан-24А/Б/В/Т/РВ.
Двигатели гражданских самолётов России 199 ГЕОРГИЙ ИВАНОВИЧ ЛЫСЕНКО Заслуженный лётчикиспытатель СССР. Впервые поднял в небо самолет Ан-24 WJ5 – китайский аналог двигателя АИ-24А Со временем потребовались более мощные варианты этого двигателя. Так появились АИ-24Т и АИ-24ВТ, в которых увеличили степень повышения полного давления в компрессоре с 6,4 до 7,65 и получили эквивалентную мощность в 70,5% от таковой у АИ-20А. Температура газа перед турбиной и сухой вес двигателя не изменились, а удельный расход топлива снизился. АИ-24Т имеет систему впрыска воды на входе для дополнительного охлаждения и улучшения характеристик. Изготавливается с 1966 года для самолетов Ан-24А/В/Т. Высотная модификация АИ-24ВТ способна успешно работать в условиях жаркого климата и высокогорных аэродромов. Выпускается с 1971 года, применяется на самолетах Ан-26 и Ан-30. Кроме того, на базе АИ-24 разработан двигатель АИ-24П для экраноплана СМ-6. В Китае производили лицензионную копию «двадцать четвертого» под названием WJ5, на основе которой там создали целое семейство двигателей для самолетов и вертолетов. Ан-24 строился как относительно небольшой (поначалу 32–40-местный) и нетребовательный к аэродромам самолет. Первый полет Ан-24 с двумя двигателями АИ-24, установленными в гондолах под центропланом крыла, состоялся 20 октября 1959 года (летчик-испытатель Г. И. Лысенко) – меньше чем через два года после того, как было дано правительственное задание на его разработку. А в 1962 году рейсом Киев – Херсон начались трудовые будни Ан-24 в «Аэрофлоте». Ан-24 – первый прототип с регистрационным номером СССР-Л1960 и собственным именем «Жар-птица». 1959
200 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Через пять лет самолет был продемонстрирован на авиасалоне в Ле-Бурже. Еще через пять Ан-24 перевез своего 70-миллионного пассажира. За это время он практически вытеснил с межобластных авиалиний своих поршневых предшественников. А. Н. Туполев в свое время назвал Ан-24 самым совершенным образцом для машин этого класса (Ан-8, например, он окрестил «хорошим сараем»). Лётчицы М. Л. Попович и Г. Г. Корчуганова на Ан-24 установили 71 мировой рекорд, в том числе достигли потолка в 11 050 метров. Были в истории Ан-24 и скорбные страницы. Так, в июле 2011 года на Ан-24, совершавшем регулярный рейс Томск – Сургут, загорелся левый двигатель. Средства пожаротушения не помогли, и экипаж произвел экстренную посадку на реку Обь. От удара о подводную песчаную косу самолет разрушился. Из 37 находившихся на борту человек семеро погибли. Вероятной причиной пожара комиссия назвала разгерметизацию системы суфлирования из-за разрушения центробежного суфлера. Одна из пассажирок другого Ан-24 вошла в российское издание Книги рекордов Гиннесса как человек, которому удалось выжить после падения без парашюта с высоты 5200 метров. Самолет, на котором Лариса Савицкая, студентка пединститута, возвращалась с мужем из свадебного путешествия, столкнулся в воздухе с военным Ту-16К и разрушился. Погибли 37 человек, находившихся на борту, – все, кроме неё одной. Ан-24 тоже стал родоначальником собственного «генеалогического древа». Он имеет около 40 модификаций. Первая серийная версия называлась Ан-24А. Она вмещала 44 пассажира. Потом появился Ан-24Б с увеличенной взлетной массой, рассчитанный уже на (1) ГАЛИНА ГАВРИЛОВНА КОРЧУГАНОВА Абсолютная чемпионка мира по высшему пилотажу, заслуженный мастер спорта СССР. Вместе с лётчицей М. Л. Попович установила 71 мировой рекорд на самолете Ан-24 48–52 пассажирских места. Он стал самым массовым вариантом. В экспортной версии его знали как Ан-24В. Когда самолету стало недоставать мощности, в его правой мотогондоле установили турбореактивный двигатель-ускоритель РУ19А-300, так получились грузовой Ан-24РТ и пассажирский Ан-24РВ. Некоторые модификации могли вести ледовую разведку и исследования Арктики (Ан-24ЛР «Торос»), помогать в изучении природных ресурсов Земли и Мирового океана (Ан-24 «Нить»), в тушении лесных пожаров (Ан-24ЛП), в поисково-спасательных операциях (Ан-24ПС/ПРТ). (1) Самолет Ан-24Б с двигателями АИ-24 (2) Самолет Ан-24 в аэропорту Спилве, Рига. 1967–1973 (2)
Двигатели гражданских самолётов России 201 (5) Грузовой самолет Ан-24РВ в аэропорту Магадана (3) Осмотр двигателя АИ-24 (4) Демонстрация военно-транспортного Ан-24РТ. 1969 (5) Естественно, были варианты и для армии. Серийно строился военно-транспортный Ан-24Т. Вместо пассажирского салона в нём оборудовали грузовую кабину с усиленным фанерным полом и складывающимися сиденья­ми. Здесь можно было ­перевозить мелкие грузы общим весом до 4000 кг, сидячих и носилочных раненых. Позже этот самолет тоже снабдили разгонным турбореактивным двигателем и назвали Ан-24РТ. Существовали учебно-штурманский Ан-24УШ и штабной Ан-24ШГ, самолет радиоразведки и радиоконтроля Ан-24Р, радиационный разведчик Ан-24РР и другие. Самолет Ан-24 в аэропорту Спилве. 1967–1973 (3) Самолет Ан-24 в аэропорту Спилве. 1967–1973 (4)
202 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Большинство самолетов Ан-24 производились на Киевском авиационном заводе. Модификацию Ан-24Б строили также на Улан-Удэнском авиационном заводе, Ан-24Т – в Иркутске. Всего за 15 лет производства выпустили 1335 экземпляров. Немалая часть из них была поставлена на экспорт в 38 стран мира, среди которых Гвинея, ГДР, Камбоджа, КНДР, Куба, Мали, Объединенная Арабская Республика и многие другие. По числу проданных за рубеж самолетов Ан-24 был лидером в СССР. И сейчас, спустя более чем полвека со времени появления, Ан-24 служат в военно-воздушных силах разных стран и работают в гражданских авиакомпаниях, в том числе и в России. (1), (2) Пассажирский самолет Ан-24РВ с двигателями АИ-24 второй серии и вспомогательной силовой установкой РУ19А-300 (1) (2)
Двигатели гражданских самолётов России ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ КЕТОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР. Был командиром экипажа в первом полете Ан-26 Потребности в грузовых перевозках на средние расстояния возрастали, и в 1964 году в ОКБ О. К. Антонова подготовили проект нового военно-транспортного самолета – Ан-26. В своей основе это был тот же Ан-24Т, но со многими устраненными недостатками и увеличенной взлетной массой. Двигатели заменили на модификацию АИ-24ВТ. Переконструировали носовую и хвостовую части фюзеляжа. В итоге ощутимо выросли транспортные возможности самолета, примерно в 1,5 раза увеличилась практическая дальность полета. Отношение к самолету складывалось далеко не однозначное. В начале биографии он пережил опалу со стороны тогдашнего Главкома ВВС П. С. Кутахова. Как истинный истребитель, маршал вообще недолюбливал транспортную авиацию, а к Ан-26 относился с особой предвзятостью, считая его неполноценным ВТС. Вторило своему начальнику и его ближайшее окружение. Однако летному и техническому составу самолет нравился. Машина оказалась приятной в пилотировании, устойчивой, часто прощала даже грубые ошибки летчиков. Как и другие антоновские самолеты, Ан-26 отличался хорошими эксплуатационными и взлетнопосадочными характеристиками, неприхотливостью, высокой надежностью и прочностью конструкции. Высочайшую оценку заслужили двигатели АИ-24ВТ, отказы которых происходили чрезвычайно редко, но если всё же один из них выходил из строя, то самолет мог продолжать полет... Заярин В. Неприхотливый трудяга / Авиация и время. – 2002. – № 2 Ан-26 впервые поднялся в воздух 21 мая 1969 года (командир экипажа – Ю. Н. Кетов). Уже через две недели самолет продемонстрировали на авиасалоне в Ле-Бурже. 203 В следующем году Ан-26 начал свою службу в Военно-воздушных силах СССР (хотя официально был принят на вооружение только через пять лет, в 1975-м). Ан-26 «пришелся ко двору» и в гражданской авиации. Сначала эти самолеты поступили в авиатранспортные подразделения предприятий МАП, затем – в управления «Аэрофлота». С годами Ан-26 всё больше завоевывали доверие как надежные самолеты: их суммарный налет на один отказ, повлекший за собой последствия, составлял более 5000 часов – хороший показатель в то время (у Ан-12 – 2700 часов). Ан-26 могли взлетать даже с замерзших рек с метровой толщиной льда. К тому же, они были рентабельными самолетами. «Особенно выгодным Ан-26 стал для северных и дальневосточных предприятий ГА. Там нередко груз приходилось доставлять только в одну сторону, и чтобы не гонять обратно пустые самолеты, на них стали возить пассажиров. Не избалованные комфортом жители окраин Советского Союза охотно покупали билеты на такие рейсы» [100]. Довелось «двадцать шестым» побывать и на Северном полюсе. Эти самолеты обслуживали экспедиции, работавшие на Северной Земле и Новосибирских островах. После успешной посадки на Ан-26 с имитацией отказа обоих двигателей. Лётчик-испытатель Ю. В. Курлин – четвертый справа. Аэродром ГК НИИ ВВС Чкаловский. 1975
204 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ БУТАКОВ Заслуженный военный лётчик РФ. Вместе с Л. А. Козловым установил мировые рекорды на Ан-26. В 1991 году на самолете Ан-26 с двигателями АИ-24ВТ установили три мировых рекорда (лётчики-испытатели Л. А. Козлов и А. С. Бутаков). Серьезные летные происшествия с участием Ан-26 в большинстве своем случались из-за неграмотной эксплуатации самолета и других проявлений человеческого фактора. Однако были и катастрофы из-за отказов техники. (1) Самолет Ан-30М «Метеозащита» с двигателями АИ-24ВТ (1) (2) Двигатель АИ-24 в Музее истории авиационного авиационного двигателестроения и ремонта имени А. В. Игнатьева На основе Ан-26 тоже разработали множество модификаций. Вот некоторые из них: гражданский самолет для контейнерных перевозок Ан-26Б, учебно-штурманский Ан-26Ш, радиотехнический Ан-26РТ, медицинский Ан-26М для перевозки тяжелораненых, лесопожарный Ан-26П, несколько летающих лабораторий для разных исследований и другие. На Киевском авиационном заводе в 1968–1985 годах построено 1368 экземпляров Ан-26. Около 420 из них были поставлены на экспорт в 27 стран мира пяти континентов: Польшу, Чехословакию, ГДР, Ливию, Анголу, Мозамбик, на Острова Зеленого мыса, Мадагаскар, в Эфиопию, Перу, на Кубу, в Никарагуа, Бангладеш, Лаос, Китай, Монголию, Афганистан, Вьетнам, Сирию и др. Еще один «продолжатель» Ан-24 с двигателями АИ-24ВТ – аэрофотосъемочный самолет Ан-30. Он был разработан совместно ОКБ О. К. Антонова и ОКБ-49 (будущий Таганрогский авиационный научно-технический комплекс (ТАНТК) им. Г. М. Бериева). Ан-30 имел несколько модификаций. Среди них – Ан-30М «Метеозащита», способный регулировать погоду. «Например, при защите целых районов от радиоактивных осадков после Чернобыльской катастрофы самолет "Метеозащита" вызывал искусственное выпадение зараженного дождя вдали от населенных пунктов. Самолет неоднократно спасал крупные населенные пункты от снежных заносов, обеспечивал солнечную погоду во время проведения праздников, фестивалей» [286]. Вариант Ан-30Б продолжает использоваться как военный фоторазведчик. На Киевском авиазаводе в 1972– 1978 годах было построено 124 Ан-30, большая часть из которых поступила в подразделения МАП. 23 экземпляра были экспортированы в 8 зарубежных стран. О. К. Антонов считал, что «двигатели АИ-20 и АИ-24 по надежности и ресурсу являются непревзойденными образцами мирового двигателестроения». Всего с ними был построен 5271 самолет, из них с АИ-24 – 2829. До 2017 года изготовлено больше 12 тысяч АИ-24, которые к этому времени налетали 95,4 миллиона часов.
Двигатели гражданских самолётов России (2) 205
206 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России 207 Самолёт Ан-30
208 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Последние турбовинтовые исполины НК-12М НК-12М О непревзойденном турбовинтовом НК-12, созданном под руководством Н. Д. Кузнецова для стратегического бомбардировщика Ту-95, мы писали в книге «Двигатели боевых самолётов России» [135]. Двигатели этого семейства оставили яркий след и в гражданской авиации, подняв в небо легендарные Ту-114, Ан-22 «Антей» и менее известный Ту-116. Параметры и выходные данные двигателя НК-12МВ НК-12МА 15 000 15 000 Удельный расход топлива на взлётном режиме, эффективный (Нп = 0, Мп = 0), кг/(э. л. с.*ч) 0,21 0,207 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп= 0), кг/с 55,8 55,8 Степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 9,3 9,3 Мощность эквивалентная на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), э. л. с. Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K Условия полета на крейсерском режиме, Hп, км, Мп 1250 1250 11; 0,68 10; 0,56 Мощность эквивалентная на крейсерском режиме, э. л. с. 6500 8080 Удельный расход топлива на крейсерском режиме, эффективный, кг/ (э. л. с.*ч) 0,158 0,166 Масса двигателя, кг Удельная масса, кг/э. л. с. 3065 3170 0,2043 0,2113 Дальнемагистральный Ту-114 появился вслед за пассажирским реактивным «первенцем» Ту-104 средней дальности. Постановление о создании Ту-114 вышло 12 августа 1955 года. Он задумывался как первый самолет «Аэрофлота» с газотурбинными двигателями, способный перелететь Атлантический океан. Мощный, надежный и экономичный лайнер нужно было, как всегда, сделать быстро. Но пассажирские межконтинентальные самолеты в СССР никто до этого не разрабатывал. Проектирование с нуля принесло бы массу проблем и заняло бы слишком много времени. И в ОКБ А. Н. Туполева
Двигатели гражданских самолётов России снова решили взять за основу военный самолет – тот самый бомбардировщик Ту-95 с двигателями НК-12, который уже мог преодолевать расстояния больше 12 000 км. В мирный лайнер он превращался примерно так же, как и бомбардировщик Ту-16 в Ту-104. Крыло переместили вниз, чтобы его силовые элементы не пересекали пассажирский салон. Перепроектировали фюзеляж, увеличив его диаметр с 3,2 до 4,2 м для большей пассажировместимости. Внесли и другие изменения. Силовая установка, конструкция крыла, основные опоры шасси, хвостовое оперение остались теми же. Поначалу самолет и название имел соответствующее – Ту-95П. АЛЕКСЕЙ ПЕТРОВИЧ ЯКИМОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Поднял в небо опытный самолет Ту-114 209 Следующие три года шла интенсивная доводка. Изменения коснулись и силовой установки: в это время появилась более современная и надежная модификация НК-12МВ, которая серийно производилась на заводе № 24 имени М. В. Фрунзе в Куйбышеве с 1958 года. (1) Выкатка Ту-114 из сборочного цеха (2) Опытный Ту-114 на заводских испытаниях (1) Казалось бы – увеличь диаметр фюзеляжа, прорежь иллюминаторы, расставь кресла – и лайнер готов. Однако сколько же проблем поставил новый самолет перед конструкторами, создававшими машину, не имевшую равных в мире в такой «весовой категории»! <…> До туполевцев никто не знал, как будут чувствовать себя в тех или иных условиях 170 человек в узкой трубе длиной 54 метра [Приведена длина самолета. Длина пассажирской кабины – 40,5 м. – Прим. ред.] на высоте 11 километров. Чрезвычайно сложной была также проблема прочности и долговечности герметизированного фюзеляжа. Непросто давалось и шумоглушение в салоне, если учесть грандиозную мощь двигателей НК-12МВ конструкции Н. Д. Кузнецова. Вульфов А. «Змей Горыныч» // Авиация и космонавтика. – 1999. – № 9 Благодаря широкому использованию в Ту-114 уже отработанных конструкций, систем и оборудования самолет построили быстро – за два года. 15 ноября 1957-го опытный экземпляр с четырьмя двигателями НК-12М, расположенными на крыле, совершил первый полет (командир экипажа – А. П. Якимов). (2)
210 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) Двигатель НК-12МВ (1) (2) Конструкция компрессора двигателя НК-12М (3) Дифференциальный редуктор двигателя НК-12М (4) Картер редуктора с приводами двигателя НК-12М (5) Втулки винтов двигателя НК-12М Двигатель НК-12МВ состоит из планетарного однорядного редуктора, осевого дозвукового 14-ступенчатого компрессора, камеры сгорания кольцевого типа, 5-ступенчатой турбины, задней опоры, которая одновременно выполняет роль нерегулируемого реактивного сопла, коробок приводов двигательных и самолетных агрегатов. Редуктор передает избыточную мощность турбины на два соосных воздушных винта противоположного вращения. Лопатки входного направляющего аппарата компрессора – поворотные. При угрозе обледенения они обогреваются воздухом. Стальной ротор компрессора – двухопорный, барабанно-дисковой конструкции. На корпусе компрессора сделан осевой горизонтальный разъём, который облегчает сборку и монтаж, но при этом имеет неравномерную жесткость по окружности. К корпусу приварены десять кольцевых коробчатых ребер, два из которых используются для отбора воздуха на наддув кабины и для системы противообледенения. Пять клапанов перепуска воздуха на корпусе обеспечивают нормальную работу компрессора на нерасчетных режимах. Фронтовое устройство жаровой трубы имеет 12 головок, в каждой из которых расположены лопаточные завихрители. В их втулки монтируются двухканальные топливные форсунки. На корпусе камеры сгорания установлены два воспламенителя, а для быстрого переброса пламени по всей кольцевой полости добавлены две дополнительные пусковые форсунки. Рабочие лопатки турбины соединяются с дисками с помощью замка «ёлочного» типа, который, начиная еще с двигателя ТВ-2, стал традиционным в турбинах ГТД. От осевых перемещений лопатки контрятся пластинчатыми замками. Воздух для охлаждения дисков подводится по трубкам, расположенным в шести местах по окружности первых четырех дисков. (2)
Двигатели гражданских самолётов России (3) 211 (4) (5)
212 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Камера сгорания турбостартера двигателя НК-12М (2) Камера сгорания двигателя НК-12М (2) (3) Задняя опора компрессора и шлицевое соединение вала компрессора и вала ротора турбины двигателя НК-12М (3)
Двигатели гражданских самолётов России (4) Задняя опора турбины двигателя НК-12М (5) Передний подшипник турбины, первый сопловой аппарат и первое рабочее колесо турбины двигателя НК-12М 213 (6) Турбина двигателя НК-12М. Первые две ступени (5) (4) (6)
214 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей 1 (1) Над рабочими лопатками установлены металлокерамические вставки. Они обеспечивают минимальные радиальные зазоры, которые увеличивают КПД турбины. В статоре на рабочих режимах зазоры регулируются воздушным охлаждением. Сопло образовано внутренним и наружным кожухами сварной конструкции, которые соединены между собой шестью пустотелыми стойками. Они одним концом приварены к манжетам на внутреннем кожухе, а другим свободно входят в воротники на наружном кожухе, что дает возможность расширяться при нагреве всем элементам сопла. Двигатель НК-12МВ работает с соосным винтом диаметром 5,6 метра, созданным в подмосковном ОКБ-150 (Ступино). На этой модификации применили систему автоматического всережимного ­флюгирования. (2) Турбовинтовой двигатель НК-12МВ
Двигатели гражданских самолётов России 215 (1) Гидравлическая схема двигателя НК-12МВ: 1. перепуск воздуха из компрессора; 2. отбор воздуха для самолетных нужд; 3. подвод воздуха от самолетного воздухозаборника для охлаждения статора турбины 3 3 (2)
216 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (2) Уже на этапе испытаний Ту-114 начали показывать миру, совершая на нём уникальные перелеты внутри страны и за рубежом. 19 мая 1959 года самолет выполнил рейс Москва – Хабаровск – Москва. На воздушный путь длиной 13 500 километров он затратил 18 часов 50 минут. На борту находились пассажиры – в основном авиационные специалисты и журналисты. Надежность самолета оказалась столь высокой, что в 1959 году на нём были также осуществлены беспрецедентные акции, по-моему, не имеющие аналогов в истории мировой авиации: на самолете, эксплуатационные испытания которого еще не были закончены, перевезли правительство СССР во главе с Н. С. Хрущёвым в Вашингтон. Пропагандистская мощь Ту-114 затмила даже эффект Ту-104. Невиданные габариты, могучий низкий голос соосных винтов, грандиозный размах крыльев, высоченная носовая стойка шасси и вообще выраженная внешняя мощь поражали всякое воображение. Вульфов А. «Змей Горыныч» // Авиация и космонавтика. – 1999. – № 9 Первые 11 лет своей жизни Ту-114 гордо нес звание самого большого (по взлетной массе) пассажирского самолета планеты. Это, однако, доставляло немало проблем: в аэропортах, принимавших советского великана, не всегда находили подходящие по высоте трапы и тягачи. Пассажирам, в том числе высокопоставленным лицам, приходилось выбираться по приставным лестницам, которые для верности привязывали веревками. В 1960 году закончились государственные испытания Ту-114, а в следующем – эксплуатационные. 24 апреля 1961 года начались регулярные пассажирские перевозки на линии Москва – Хабаровск. «Ажиотаж и зарубежной, и советской прессы вокруг Ту-114 понятен. Беспосадочный полет на большие расстояния тогда, в 50-х годах, воспринимался как настоящее чудо. После поршневых "Дугласов" и Ил-12, перемещавшихся чуть быстрее курьерского поезда с дюжиной промежуточных посадок, 9 часов на Ту-114 до Хабаровска являли собой что-то космическое» [67]. Затем Ту-114 стал работать на маршрутах до Ташкента, Алма-Аты, Иркутска и других городов. Уникальные способности Ту-114 были подтверждены 32 мировыми рекордами. Например, в июле 1961 года самолет с двигателями НК-12МВ достиг динамического потолка 12 073 м с грузом 25 и 30 тонн (командир экипажа – И. М. Сухомлин). (1) (1) Прибытие Н. С. Хрущёва в США (2) Ту-114 в США. Проблемы с высотой трапа
Двигатели гражданских самолётов России ИВАН МОИСЕЕВИЧ СУХОМЛИН Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Установил целый ряд мировых рекордов скорости и грузоподъемности на Ту-114 217 (3) Винты самолета Ту-114 Дальше Ту-114 должен был показать свои силы на регулярных трансатлантических перелетах. Первый технический рейс Москва – Гавана состоялся 10 июля 1962 года, накануне Карибского кризиса. Промежуточную посадку делали в Конакри (Гвинея). Но власти Гвинеи, не без вмешательства США, отказались принимать Ту-114 – между прочим, на том аэродроме, который был построен советскими специалистами. «Через Конакри выполнили всего четыре рейса раз в неделю, затем четыре рейса удалось организовать через Дакар (Сенегал), где полеты запретили уже с мотивировкой "русские возят оружие". После чего выполнили 3 рейса через Алжир, но и там быстро нашлись некие препятствия, и на этом Африка прекратила быть промежуточным континентом при полетах Ту-114 на Кубу. Нужно было срочно искать другой маршрут, так как выходило, что СССР не имеет возможности выполнить договор с Кубой об организации регулярного воздушного сообщения с Москвой, о чём должны были немедленно раструбить западные газеты» [Там же]. Другие маршруты были более протяженными, поэтому потребовалось увеличить дальность самолета. Так появился вариант Ту-114Д. Число пассажирских мест в нём уменьшили до 60, разместили дополнительные топливные баки. Запас горючего был рассчитан на 16 часов полета. (3)
218 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей Двигателестроители под руководством главного конструктора Куйбышевского моторостроительного завода М. В. Флисского доработали модификацию НК-12МВ, сделав её еще более надежной. Ресурс по сравнению с исходным в итоге увеличили в 15 раз! До Кубы теперь нужно было лететь через Северный Ледовитый океан и нейтральные воды Атлантики, с промежуточной посадкой под Мурманском, – всего 10 900 км. 22 декабря 1962 года Ту-114Д выполнил первый технический рейс по этому маршруту. Обратный путь преодолели без дополнительной посадки за 13 часов 55 минут. И в самом начале следующего года начались регулярные пассажирские рейсы в Гавану. Успех Ту-114 на кубинском направлении дал возможность наладить прямое сообщение с Токио, Монреалем, Пекином, Дели и другими удаленными точками планеты. Советский Ту-114 показал максимум возможностей турбовинтовых пассажирских самолетов. Среди них он был самым быстрым, самым дальним и при этом самым тяжелым. После Ту-114 турбовинтовые двигатели на лайнерах этого класса уже не применялись. Некоторые специалисты считают, что и тогда нужно было выделить время и ресурсы для создания именно двухконтурных двигателей нужной тяги. Л. Л. Селяков, например, писал, что силовая установка Ту-114 была совершенно бесперспективной. Одну из причин он видел в том, что относительно малая тяга винтового движителя снижает взлетный вес самолета, а большой вес силовой установки и шасси (стойки приходилось делать выше из-за больших диаметров винтов) увеличивает вес и размерность планера. Всё это ограничивает запас топлива на борту самолета и не дает получить большую дальность полета. Самым заметным недостатком Ту-114 был очень высокий уровень шума и вибраций, которые производили соосные воздушные винты. Еще один минус – высокая требовательность к аэродромам. Ширина взлетно-посадочных полос должна была быть не меньше 80 метров, длина – 3500 метров. Полной гарантии безопасного взлета Ту-114 с полной загрузкой при отказе двигателя в жарких странах никто дать не мог. С самого начала эксплуатационных испытаний в ходе регулярных стартов в Жуковском был разработан конкретный регламент действий экипажа при отказе двигателя на взлете. Исключение составили старты со взлетной массой свыше 174 т на Ту-114Д, предназначенных для полетов в Гавану. В этой ситуации взлетная дистанция в случае отказа двигателя при температуре наружного воздуха +25 °С и больше превышала 4 км. Когда таковое окончательно определилось в Жуковском, летчики и инженеры посмотрели друг другу в глаза и сказали: «Будем надеяться, что отказа в Гаване просто не случится...» Вульфов А. «Змей Горыныч» // Авиация и космонавтика. – 1999. – № 9 Но, несмотря ни на что, Ту-114 показал себя на практике одним из самых надежных самолетов мира. Редкие случаи отказов двигателей не приводили к серьезным последствиям. Его биография не запятнана ни одной катастрофой из-за технических неисправностей, что для авиационного мира редкость. Трагический случай с участием Ту-114 произошел лишь однажды, и то из-за ошибок в организации полета, на земле. На дальних магистралях вместительный турбовинтовой лайнер отличался большой экономичностью. «…Ту-114 обеспечивал более высокий уровень безопасности полета, чем его реактивные собратья, так как имел огромный, по нынешним понятиям, запас топлива для ухода на запасной аэродром. Например, при заходе в Хабаровск командир Ту-114 при максимальной посадочной массе всегда имел остаток топлива как минимум на два, а то и на четыре (!) часа полета, в зависимости от ветра по трассе» [Там же]. Компоновка салона на первых Ту-114 по уровню комфорта не идет ни в какое сравнение со схемами большинства современных лайнеров. Кроме обычных кресел, здесь были ряды, разделенные широкими столиками с лампами, и даже настоящие
Двигатели гражданских самолётов России (1) 219 радиолокационного обнаружения и управления Ту-126, который был построен малой серией (8 штук). Производился Ту-114 в том же городе, что и двигатели к нему – в Куйбышеве. С 1958 по 1965 год выпустили 31 экземпляр самолета. На гражданских линиях они эксплуатировались 15 лет, до 1976-го. В последние годы службы в «Аэрофлоте» и сами Ту-114 почти выработали свой ресурс, и с силовой установкой появились проблемы: на конструктивных элементах крепления двигателей стали возникать трещины. Можно было провести ремонт, доводку по ресурсу, однако энтузиазм по отношению к этому самолету уже угас. Его затмил более комфортабельный турбореактивный Ил-62. Несколько экземпляров несли службу в Военно-воздушных силах СССР до начала 1980-х годов. купе со спальными местами. Затем купе и столики всё-таки убрали, чтобы увеличить число пассажирских мест до 200, а затем и до 220. На базе Ту-114 разрабатывался грузовой вариант (Ту-114Т), транспортно-санитарный (Ту-114ТС) и самолет дальнего За относительно небольшое время своей работы на линиях самолеты Ту-114 совершили почти 50 000 полетов и перевезли около 6 миллионов пассажиров. (2) (1) На борту Ту-114. 1959 (2) Купе самолета Ту-114 (3) Самолет Ту-114 (3)
220 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Носовая часть 18-местного дальнемагистрального пассажирского самолета Ту-116 На основе бомбардировщика Ту-95 был сделан еще один пассажирский самолет – Ту-116. Он задумывался как лайнер повышенной комфортности для межконтинентальных правительственных перевозок. Проектировали его на тот случай, если государственным руководителям СССР (2) потребуется нанести визит в США, а «сто четырнадцатый» еще не будет готов. Ту-116 должен был вмещать до 20 пассажиров, иметь дальность 7000–8000 км и крейсерскую скорость 750 км/ч. В июле 1958 года он прошел госиспытания. Всего построили два экземпляра: как говорят, (2) Тяжелый военнотранспортный самолет Ан-22 на службе в «Аэрофлоте» один предназначался для Н. С. Хрущёва, второй – для Н. А. Булганина. По летным характеристикам Ту-116 был в целом не хуже «старшего брата» – бомбардировщика. Сомнения вызывала надежность силовой установки: поначалу использовались двигатели НК-12М, еще без системы автофлюгирования винтов. Обе машины передали в части дальней авиации, где они оставались в строю больше 30 лет, до 1991 года. Турбовинтовые двигатели НК-12 устанавливались также на тяжелом «воздушном грузовике» Ан-22 «Антей». В конце 1950-х годов самым грузоподъемным транспортником в СССР был Ан-12, способный перевозить до 20 тонн. А у американцев уже был турбовинтовой стратегический Douglas C-133 Cargomaster, поднимающий 45 359 кг. Советской армии потребовался самолет грузоподъемностью до 60 тонн, который мог бы доставлять в отдаленные районы базирования межконтинентальные баллистические ракеты,
Двигатели гражданских самолётов России а также транспортировать практически все виды военной техники. Такой самолет нужен был и народному хозяйству, чтобы перевозить крупногабаритные грузы в осваиваемые районы Сибири, Дальнего Востока и Крайнего Севера. Сразу несколько КБ подготовили свои проекты, и все они были рассчитаны на двигатели НК-12М, альтернативы которым еще не существовало. Коллектив под руководством О. К. Антонова сначала предложил сделать самолеты Ан-20 и Ан-20А для транспортировки грузов весом до 50 тонн. В ОКБ А. Н. Туполева появился проект Ту-115, созданный на основе пассажирского Ту-114. Он мог бы перевозить до 40 тонн. Были наработки у ОКБ Г. М. Бериева и С. В. Ильюшина. «Антоновцы» не стояли на месте и создали проект ВТ-22 с улучшенными двигателями НК-12МВ и удлиненной грузовой кабиной. Он и стал предтечей Ан-22, на котором заказчик остановил свой выбор. В 1960 году вышло соответствующее постановление правительства. В задании указывалось, что самолет должен перевозить грузы весом 40 тонн на расстояние до 3500 км, иметь крейсерскую скорость 600–650 км/ч. Длина разбега по грунтовой полосе ограничивалась 1000 м, а пробега при посадке – 800 м. Предусматривалась возможность обеспечивать десантирование. «Сердце» будущего «Антея» заимствовали у Ту-95М. На первых порах это был двигатель НК-12МВ без изменений. По мнению специалистов, он даже больше подходил для транспортного самолета, чем для бомбардировщика, потому что развивал свой максимальный КПД на скоростях, соответствующих крейсерским Ан-22. Благодаря интенсивному обдуву винтами несущие свойства крыла увеличивались почти на 30%. Правда, диаметр винтов для транспортника оказался маловат. «Однако… Постановление правительства о создании нового ВТС не предусматривало модернизацию двигательной установки. Поэтому Антонову стоило немало нервов убедить ГКАТ [Государственный комитет по авиационной технике] в необходимости этих работ – министерство боялось срыва серийного производства двигателей и винтов. При поддержке военных, ЦАГИ, ЦИАМ, разработчиков двигателя и винта упрямство чиновников было преодолено. ОКБ Жданова, проведя совместно с ЦАГИ большой объем расчетных и экспериментальных исследований, разработало воздушный винт АВ-90 диаметром 6,2 м, а ОКБ Кузнецова адаптировало под него двигатель, присвоив ему обозначение НК-12МА. Была получена уникальная двигательная установка с максимальной тягой [каждого двигателя. – Прим. ред.] 14 500 кгс и крейсерским расходом топлива 224 г/кВт*ч, которая более 30 лет не имела себе равных» [102]. В 1961 году построили деревянный макет самолета, и 12 октября состоялась макетная комиссия. Под руководством её председателя, командующего ВТА мар- 221 шала Н. С. Скрипко, тщательно проверяли, сколько самоходных ракетных установок и боевых машин пехоты, понтонных мостов и тяжелых землеройных машин сможет вместиться в грузовой отсек. «…В макет самолета поочередно загружали 112 образцов различной военной техники. Это произвело на членов комиссии огромное впечатление. Скрипко, осмотрев макет, забитый техникой, с удивлением спросил: "Неужели этот "пузатик" взлетит с таким грузом?"» [Там же] Комиссия заключила, что самолет в основном соответствует требованиям заказчика, но применение силовой установки от Ту-95 увеличивает разбег до недопустимо большой длины, а это потребует специальных аэродромов вместо оговоренных 2-го класса. Соосный воздушный винт АВ-90 двигателя НК-12МА второй серии на крыле самолета Ан-22
222 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) Первый Ан-22 «Антей» на стоянке. Шереметьево, июнь 1965 (1) (2) Парижский авиасалон. 1967 Тем не менее в 1964 году, в день Воздушного Флота СССР, первый экземляр Ан-22 передали на летные испытания. Несколько дней эта машина находилась рядом с цехом, огороженная фанерными щитами и охраняемая стрелком ВОХРа. Здесь пристыковали ОЧК [отъемную часть крыла], произвели отладку систем и опробование силовой установки. При первом же запуске двигателя произошел курьезный случай. «Как только я, – вспоминает бортинженер В. М. Воротников, – перевел РУД с малого газа на взлетный режим, в кабину вбежал А. П. Эскин (начальник бригады эксплуатации). Он сказал, что мощная струя газов сбила с ног проходившего мимо Белолипецкого, а будку с вохровцем, перевернув, отбросила в сторону». Заярин В., Краснощеков А. Античный герой XX века // Авиация и время. – 1997. – № 5 (2)
Двигатели гражданских самолётов России 223 Ан-22 на парижском авиасалоне ИВАН ЕГОРОВИЧ ДАВЫДОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Установил 27 мировых авиационных рекордов на Ан-22, в том числе абсолютный рекорд грузоподъемности (100 т) на высоту 7848 м 27 февраля 1965 года экипаж под управлением Ю. В. Курлина впервые поднял в воздух Ан-22 «Антей» с четырьмя двигателями НК-12МВ, а уже в мае этот самолет показали на Парижском авиасалоне. Французский публицист Жером Фавар писал о событиях того дня: «Когда над ЛеБурже вихрем пронеслась громаднейшая тень "Антея", даже у самых ярых пессимистов вырвался крик восхищения. Это фантастично! Летающий танкер! Поезд в воздухе! Какие только эпитеты ни придумывали в эти дни! Но ни один из них не соответствовал впечатлению, которое произвел советский супергигант даже на бывалых участников салона. Это, безусловно, сенсация номер один, перед которой остальные экспонаты бледнеют <…> Раздавались, правда, и иные голоса. Кому-то не понравилось название корабля, а скорость показалась малой «для свободного мира». Моисеев В. А. Союз крылатых. – К., 1989 Интересно, что при демонстрации Ан-22 на этом авиасалоне указали грузоподъемность 80 тонн. Эта цифра взбудоражила международную общественность. «Антонову задали вопрос: – Сколько пассажиров мог бы перевозить Ан-22? На что Олег Константинович ответил: – 720! Вслед за этим он поручил срочно проработать компоновку пассажирского варианта самолета. Схема двухпалубного салона "Антея" обошла весь мир, но на деле она оказалась не более чем шуткой. Такой самолет в те годы не был нужен ни армии, ни гражданской авиации. Лишь сегодня понадобился подобный гигант – А380, созданный компанией "Эрбас", но уже в другом облике. Основное назначение Ан-22 осталось прежним – выполнение десантно-транспортных операций» [294]. Хотя такое увеличение грузоподъемности было действительно осуществимо. Кстати, когда в 1972 году эвакуировали советских сотрудников из Египта, Ан-22 вместил 700 человек. Сразу после авиасалона Ан-22 продолжил испытания. Один из его двигателей заменили на долгожданный НК-12МА с винтами диаметром 6,2 метра (вместо 5,6 м на предыдущей модификации). В июле 1965 года этот двигатель прошел госиспытания и полностью заменил предшествующий вариант на «Антее». Крейсерская мощность увеличилась с 6500 до 8080 э. л. с., удельный расход топлива, правда, тоже несколько вырос. С 1966 года НК-12МА выпускали серийно на Куйбышевском моторостроительном заводе им. М. В. Фрунзе. В 1966 году «Антей» впервые покорил авиационный Олимп: 27 октября в одном полете под управлением И. Е. Давыдова на Ан-22 было установлено сразу 12 мировых рекордов. «Трудно дался этот полет экипажу. Запас топлива рассчитывался лишь на набор высоты и посадку. Однако на обратном пути, уже на подходе к аэродрому, их подстерегла неожиданность. Из-за нехватки топлива встали сразу три двигателя, а в момент выравнивания остановился и четвертый. В 1960 году ОКБ испытало самолет Ан-10 с последовательным выключением двигателей. К тому полету долго готовились, и он прошел успешно, да и масса самолета была почти в четыре раза меньше. В рекордном полете отключение двигателей произошло неожиданно, тем не менее экипаж с честью вышел из сложнейшей ситуации» [295]. Предыдущий рекорд грузоподъемности, принадлежавший самолету Douglas C-133, был перекрыт на 34,6 тонны. Через год самолет с этим же командиром экипажа побил еще 14 рекордов, подняв груз весом 100,4 тонны на высоту 7800 метров. Всего на счету Ан-22 40 мировых достижений. Например, в 1972 году «Антей» преодолел замкнутый 2000-километровый маршрут с грузом от 30 до 50 тонн со средней скоростью 593,318 км/ч.
224 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей В феврале 1972 года «Антей» установил десять новых мировых рекордов. Вела корабль подполковник Марина Лаврентьевна Попович, летчикиспытатель, кандидат технических наук. Ни одна женщина в мире не управляла такой огромной машиной, да еще с грузом на борту в 50 тонн! В первый раз экипаж Марины Попович установил пять мировых достижений, а через день – еще столько же. Моисеев В. А. Союз крылатых. – К., 1989 Несмотря на то, что в рекордных полетах Ан-22 поднимал больше 100 тонн, его максимальную грузоподъемность в эксплуатации ограничили 60 тоннами. В 1967 году Ан-22 доставил на авиасалон в Ле-Бурже почти все экспонаты советской экспозиции, в том числе космический корабль «Восток». Сам он был представлен на статической стоянке. В следующем году «Антей» уже принял участие в летной программе. Особенно удивил зрителей полет на высоте 20 метров с двумя отключенными двигателями по правому борту. Освоение Ан-22 в эксплуатации началось гораздо раньше, чем были пройдены госиспытания. Шло оно очень непросто. «В начале эксплуатации особенно много хлопот доставляли силовые установки. На них, в частности, пришлось заменять стальные газоотводящие трубы двигателей, на которых появлялись трещины, титановыми. Большие трудности представлял подогрев двигателей, заправлявшихся маслом зимой перед их запуском, которое загустевало при -5 градусах. Вначале пользовались дедовским способом. От бензиновых обогревателей, установленных на земле, горячий воздух поступал к двигателям по брезентовым рукавам. Конструкция сложная и ненадежная, вынуждавшая начинать процедуру подогрева за четыре часа до вылета. Впоследствии стали применять масло, не терявшее свою вязкость до температуры МАРИНА ЛАВРЕНТЬЕВНА ПОПОВИЧ Лётчик-испытатель, заслуженный мастер спорта. Установила 10 мировых рекордов на самолете Ан-22 «Антей» во главе мужского экипажа -30 градусов, а подогрев двигателей осуществлять от вспомогательной силовой установки» [294]. Но уже на этапе испытаний Ан-22 начал служить в мирных целях, взяв на себя работу, которая раньше была не по плечу ни одному самолету. Он доставлял тяжелые грузы (электростанции, бульдозеры, экскаваторы и т. д.) в труднодоступные районы для нефтяников и геологов. Так, из Ленинграда на Вилюйскую ГЭС «Антей» перевез 50-тонный трансформатор, потратив на это всего шесть часов. В марте 1969 года две машины Ан-22 перевезли в Тюменскую область в общей сложности 625 тонн грузов. При этом посадку они совершали на грунтовую взлетно-посадочную полосу, покрытую снегом, длиной всего 1400 метров. «Ан-22 был тогда единственным самолетом, способным перевезти в Нижневартовск 16 передвижных электростанций мощностью по 3000 кВт… и руководство Главтюменьнефтегаза добилось через Совет министров СССР выделения для этого "Антея", еще проходившего испытания. Надо сказать, что если не сделать это зимой, пока все болота покрыты толстым льдом, позволявшим доставить груз к месту назначения, операция могла затянуться на непредвиденное время. Перевозка же по воздуху позволяла выиграть целый год» [Там же]. В суровых условиях Сибири и Крайнего Севера «Антей» продолжал показывать
Двигатели гражданских самолётов России 225 Легкий многоцелевой транспортный самолет Ан-14 «Пчёлка» в пассажирском варианте под крылом тяжелого военнотранспортного самолета Ан-22 «Антей»
226 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Загрузка в «Антей» гусеничной техники (2) (2) Погрузка автобуса в Ан-22 свои необыкновенные способности. Так, он успешно взлетал с полосы, покрытой метровым слоем снега, с двумя экскаваторами на борту (60 тонн), и садился на болото, промерзшее лишь на 40 см. В 1970 году Ан-22 вышел на международные линии. И тогда же впервые принял участие в крупной гуманитарной операции: оказал помощь пострадавшему от землетрясения населению Перу. В район бедствия было перевезено около 350 тонн грузов.
Двигатели гражданских самолётов России (3) Это был первый межконтинентальный, к тому же групповой, перелет «Антеев». Протяженность маршрута превысила 17 000 км, две трети которого пролегала над Атлантическим океаном. Это был, пожалуй, единственный подходящий случай, предоставивший экипажам полка возможность подобного перелета в годы «холодной войны». Хорошо помню тот солнечный день. Вдоль дороги, ведущей к аэродрому Чкаловская, стояла колонна карет «Скорой помощи», готовящихся к загрузке в «Антеи» для отправки в Перу. <…> 19 июля после взлета с промежуточного аэродрома Кефлавик (Исландия) в Атлантике бесследно исчез самолет с бортовым номером 09303 (заводской № 02-07, выпущенный в 1969 году) вместе с экипажем командира 2-й авиационной эскадрильи майора А. Я. Бояринцева. <…> Так и не узнав правду, предположили, что самолет погиб от взрыва на борту вследствие мгновенной разгерметизации грузового отсека. Якубович Н. Военно-транспортный гигант Ан-22 «Антей». – М., 2013 (4) Доверие к самолету было так велико, что за несколько лет до завершения госиспытаний он обеспечивал визиты Л. И. Брежнева в города Союза, а затем и за рубеж: в США, Индию, Монголию, на Кубу. Однако недоработки давали о себе знать, и некоторые становились причиной прискорбных событий. «Четыре самолета… выполняли спецзадание по транспортировке грузов для пострадавших от наводнения в Индии. Через 40 минут после взлета из аэропорта Дакка (Пакистан) на Ан-22 № 02-05 (СССР-09305), управляемом экипажем Скока, выключились все четыре двигателя. Один НК-12 удалось запустить и довести самолет до аэродрома Панагарх (Индия). Однако, производя посадку при трех неработающих двигателях (посадочная скорость возросла на 150 км/ч больше)… экипаж не смог приземлить самолет в этой тяжелейшей ситуации. Ан-22 перелетел на высоте около одного метра почти всю ВПП (2200 м), сделал «козла», разрушился и сгорел. Совместная комиссия МАП и ВВС установила, что причиной катастрофы явился обрыв лопасти одного из воздушных винтов, которая разрушила проводку управления двигателями. По рекомендациям комиссии был проведен осмотр всех АВ-90, находящихся в эксплуатации. Оказалось, что на многих винтах с наработкой более 25 часов имелись лопасти с трещинами на комлевой части» [102]. (3) Самолет Ан-22 прибыл в Перу 227 (4) Самолет Ан-22А на взлетно-посадочной полосе Комиссия выяснила, что за этой трагедией стояло нарушение технологии изготовления лопастей винтов. «…На этом рабочем месте оказался хилый мужичок, который обрезал облой не пластмассовым, а сапожным ножом, от которого оставались надрезы на поверхности. Силенок у мужичка, видно, было мало, и он старательно нажимал на нож. Зачистка не исключала надреза полностью, и этот остаток надреза глубиной до 0,3 мм стал очагом развития усталостной трещины. <…> Казалось бы, мизерные отступления от технологии не играли особого значения, но в авиации мелочей не бывает. Всё отрабатывается годами и десятилетиями, всё должно выполняться неукоснительно. К сожалению, уроки обходятся слишком дорого, лишая жизни людей» [294]. Дефекты устранили и в целом серьезно доработали весь самолет. Теперь он стал называться Ан-22А. Изменения коснулись и двигателей: вместо турбостартера на НК-12МА второй серии установили агрегат воздушного запуска мощностью 285 л. с.
228 ЧАСТЬ 2. Второе поколение газотурбинных двигателей После этого еще случались внештатные ситуации, связанные с неисправностями силовой установки, но они заканчивались благополучно. Например, в марте 1974 года при возвращении с Кубы на высоте 6000 метров над океаном неожиданно выключился один из двигателей, лопасти винта зафлюгировались. Однако экипажу удалось долететь 300 км до исландского Рейкьявика на трех двигателях. Еще один крайне неприятный и единственный за всё время эксплуатации Ан-22 случай произошел в октябре 1979 года на машине № 05-08 (СССР-09305), где командиром корабля был подполковник Тугушев. Ночью во время пересечения границы с Афганистаном при даче РУД вперед для изменения эшелона с 6000 на 6600 метров автоматически зафлюгировались воздушные винты и отключились все двигатели, когда командир отдыхал в кабине сопровождающих. Произошло это из-за халатности борттехников перед взлетом. Ошибку исправили, когда машина потеряла почти 1600 метров, и самолет благополучно приземлился в Кабуле. Любопытно, что никто из служебных пассажиров об этом инциденте так и не узнал, и эта история получила огласку лишь спустя два года, благодаря воздушному радисту, сохранившему пленку магнитофона МС-61Б. Выпускался Ан-22 в Ташкентском авиационном производственном объединении им. В. П. Чкалова (ТАПОиЧ) с 1965 до 1975 года. Всего построено 64 экземпляра. Потом были попытки возобновить производство, но они не увенчались успехом. У завода, полностью загруженного программой Ил-76, не нашлось для этого мощностей. Ан-22 стал «колоритным персонажем» мировой авиационной истории. Это первый в мире широкофюзеляжный самолет. Несколько лет он был единственной крылатой машиной, способной перевозить 40-тонные танки. Долгое время «Антей» оставался самым экономичным транспортным самолетом нашей страны. В этом – заслуга турбовинтовых двигателей НК-12МА, поскольку аэродинамическое качество планера из-за огромного фюзеляжа несколько пониженное. И это единственный в мире тяжелый транспортный самолет, который при полной загрузке может садиться на грунтовые, покрытые снегом полосы и взлетать с них. Заслуженный летчик-испытатель СССР Герой Советского Союза Ю. В. Курлин, налетавший на «Антее» около 3000 часов, охарактеризовал его как «большую баржу, плывущую по воздушному океану. Малая скорость, большая грузоподъемность, простота в управлении, вездеходность и неприхотливость в эксплуатации – основные черты этого самолетатруженика». <…> «Антей» освоил аэродромы нескольких десятков стран, побывав на пяти континентах, за исключением Антарктиды. Якубович Н. Военно-транспортный гигант Ан-22 «Антей». – М., 2013 Слабым местом «Антея» остаются воздушные винты. Их ресурс меньше, чем у планера, а производство давно остановилось. Тем не менее Ан-22 до сих пор эксплуатируется в России и на Украине. Его создание в 1960-х годах стало ступенью к разработке еще более грузоподъемных самолетов, но уже с турбореактивными двухконтурными двигателями. Якубович Н. Военно-транспортный гигант Ан-22 «Антей». – М., 2013 В 1974 году «Антей» был официально принят на вооружение и продолжил свою тяжелую работу. Так, после землетрясения в Армении 1988 года на нескольких машинах перевезли 5600 тонн грузов, 1636 человек, 161 кран. Два самолета были переоборудованы для перевозки центропланов и консолей крыла самолетов-гигантов Ан-124 «Руслан» и Ан-225 «Мрiя» «на спине». Такая модификация получила название Ан-22П3 «Перевозчик». (1)
Двигатели гражданских самолётов России 229 (2) (1) Самолет Ан-22 транспортирует крыло Ан-124 «Руслан» к месту сборки. 1987 (2) Посадка на грунтовую полосу двух военнотранспортных самолетов Ан-22A (3) Тяжелый военнотранспортный самолет Ан-22 (3)

ЧАСТЬ 3 ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
232 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Как устроен и работает двухконтурный турбореактивный двигатель Вентилятор Входное устройство Подпорные ступени Компрессор Поток внутреннего контура Реверсивное устройство Одним из недостатков турбореактивных двигателей (ТРД) является большой расход топлива при полете с относительно небольшой скоростью – эти двигатели не экономичны, то есть имеют низкий коэффициент полезного действия. Повысить топливную эффективность возможно либо за счет увеличения температуры газа, совершающего полезную работу (ограничение – прочность конструкции), либо за счет увеличения массы рабочего тела (смеси продуктов сгорания топлива и воздуха). Снизить удельный расход топлива позволило появление турбореактивных двухконтурных (турбовентиляторных) двигателей (ТРДД). Поток внешнегоо контура Камера сгорания Турбина высокого давления Выходное устройство Турбина низкого давления В таких двигателях поступающий на вход поток воздуха вначале направляется в вентилятор (компрессор низкого давления), а после него делится на два потока: внутренний, который идет во внутренний контур, и внешний, направляемый во внешний контур двигателя. Внутренний контур (его называют газогенератором), подобно ТРД, состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины и реактивного сопла. Во внешнем контуре движется оставшаяся часть воздушного потока, поступающая затем в сопло, где создаётся реактивная тяга. Отношение массы воздуха, проходящего через внешний контур, к расходу через внутренний контур, называют степенью Турбореактивный двухконтурный двигатель с раздельным истечением потоков наружного и внутреннего контуров двухконтурности ТРДД. По этому параметру различаются двигатели с низкой и высокой степенью двухконтурности. Двигатели с высокой степенью двухконтурности в отечественной практике известны как турбовентиляторные. За рубежом термином «турбовентиляторный» (от английского turbofan) обозначается любой турбореактивный двигатель, имеющий два контура. Потоки воздуха и газа, выходящие из наружного и внутреннего контуров, могут смешиваться и истекать из единого сопла (двигатель со смешением потоков), либо истекать самостоятельно, каждый из своего сопла (двигатель без смешения потоков). Вентилятор получает механическую энергию от турбины низкого давления, с которой имеет механическую связь. Рабочее тело для этой турбины поступает после того, как оно проходит турбину высокого давления, следовательно, энергия его уменьшена. Поэтому частота вращения ротора вентилятора меньше частоты вращения ротора турбокомпрессора внутреннего контура. Это обстоятельство позволяет увеличить диаметр вентилятора (ограничение – прочность его лопаток, находящихся
Двигатели гражданских самолётов России 233 Двухроторный ТРДД ГГ Двухроторный ТРДД с редукторным приводом вентилятора Обозначения блоков-модулей: Вх – входное устройство; Вен – вентилятор; ПС – подпорные ступени (это КНД на одном валу с вентилятором); Р – редуктор; КНД – компрессор низкого давления; КВД – компрессор высокого давления; КС – камера сгорания; ТВД – турбина высокого давления; ТНД – турбина низкого давления ТВ – турбина вентилятора; Вых – выходное устройство ГГ-газогенератор в поле массовых сил и нормы на шум), а следовательно, увеличить массу воздуха, проходящего через наружный контур. Чем больше масса воздуха, тем больше импульс силы тяги, создаваемый двигателем. При этом основная доля тяги, более 80%, создаётся потоком внешнего контура. Увеличить диаметр вентилятора, а значит, повысить экономичность двигателя, при обеспечении прочности вентиляторных лопаток возможно установкой редуктора на роторе, который соединяет турбину низкого давления и вентилятор (НК-93, проекты ПС-18Р, АИ-436Т12). Наличие двух контуров обусловило многообразие конструктивных схем турбореактивных двухконтурных двигателей. Первый в нашей стране серийный ТРДД Д-20П, а также ТРДД АИ-25 имели два ротора, двухкаскадный компрессор и раздельное истечение потоков наружного и внутреннего контуров. В двигателях НК-8, Д-30, Д-30КП и Д-30КУ, ПС-90А реализована схема со смешением этих потоков. Для создания на базе одного газогенератора двигателей различной тяги используется схема с подпорными ступенями вентилятора, которые являются компрессором низкого давления. По такой Трёхроторный ТРДД ГГ ГГ Трёхроторный ТРДД с редукторным приводом вентилятора ГГ Двухроторный ТРДД с подпорными ступенями ГГ Двухроторный ТРДД с редукторным приводом вентилятора и компрессором низкого давления с приводом от ТНД ГГ схеме сконструированы двухроторные ТРДД НК-8-2, НК-8-3, НК-8-2У, НК-8-4, НК-86, а также ПС-90А, ПД-14 и SaM146. В настоящее время в гражданской и транспортной авиации широко приме- няются ТРДД, имеющие большую степень двухконтурности (Д-36, Д-436, Д-18Т, ПС-90А, SaM146, ПД-14). Такая схема позволяет существенно повысить топливную эффективность двигателя.
234 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Двухконтурные «лошадки» Д-20П и Д-30 Д-20П Параметры и выходные данные двигателя Д-20П Д-30-01 Д-30-02 Д-30-03 Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс 5500 6800 6800 6930 Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) 0,72 0,62 0,605 0,61 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 113 126 127 128 Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 14 18,6 - 19,8 1330 1347 1357 1330 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K Степень двухконтурности на крейсерском режиме (Нп = 0, Мп = 0) 1 1 1 0,843 1150 1600 1600 1600 0,88 (0,9) 0,786 0,786 0,793 1468 1550 1768 1810 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,2669 0,2279 0,2600 0,2612 Диаметр входа в компрессор, м 0,915 0,965 0,965 0,965 Тяга на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кгс Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8); кг/(кгс*ч) Масса двигателя, кг Удельная лобовая тяга, кгс/м 8364 9297 9297 9475 Лобовая производительность вентилятора, (кг/с)/м2 171,8 172,3 173,6 175,0 2 Д-20П – это первый двухконтурный двигатель, производившийся в нашей стране серийно. Опыт его создания был использован при разработке нескольких новых, более совершенных изделий на основе моделирования базового газогенератора. Эти экономичные двигатели обеспечили нужные характеристики самолетам, которые в свое время взяли на себя значительную долю гражданских и военнотранспортных авиаперевозок в СССР.
Двигатели гражданских самолётов России Павел Александрович Соловьёв возглавил Пермское ОКБ-19 на сложном этапе: оно оказалось заложником поршневой тематики в эпоху, когда реактивная авиация прочно завоевала свои позиции, а другие конструкторские коллективы, заняв свои ниши, демонстрировали всё новые и новые успехи в создании газотурбинных двигателей. П. А. Соловьёву нужно было быстро принять решение, от которого зависела судьба ОКБ-19 на долгие годы: каким типом двигателей заниматься, чтобы в короткие сроки не только догнать конкурентов, но и в чём-то опередить их? «Контакты с Микулиным, Климовым, Люлькой и Кузнецовым привели Соловьёва к неутешительному выводу: в области "обычных" турбореактивных двигателей его ОКБ "ничего не светило" – слишком велик был отрыв как в отношении опыта проектирования, так и в области доводки и испытаний ТРД, – пишет А. Николаев в статье «Пять десятилетий Павла Соловьёва». – Нужно было браться сразу за создание двигателя необычного, и в случае успеха потенциальные конкуренты лишались бы значительной части уже накопленной ими "реактивной форы"» [171]. В ОКБ тщательно изучили все возможные перспективные схемы ГТД, и Соловьёв сделал выбор в пользу двухконтурного двигателя. Схему ТРДД запатентовал А. М. Люлька еще до войны, но теперь относился к ней без энтузиазма. В разговоре с П. А. Соловьёвым он даже как-то сказал: «Не мучь себя, Павло. Я этот двигатель породил, я его и убью». Многие специалисты ЦИАМ разделяли это скептическое мнение. Основная проблема виделась в необходимости существенно повысить температуру газа перед турбиной ТРДД по сравнению с типичными на то время значениями для ТРД – только так новый двигатель мог реализовать свои преимущества. Но П. А. Соловьёв осознанно пошел на этот риск. Инициативу Пермского ОКБ поддержал А. Н. Туполев: двухконтурный двигатель мог обеспечить меньший удельный расход топлива, чем ТРД, не ограничивая максимальную скорость самолета, как ТВД. Эскизный проект нового ТРДДФ под названием Д-20 создавали для разрабатываемого туполевцами бомбардировщика. Изготовили пять опытных двигателей. 235 Павел Александрович Соловьёв (1918–1996) Генеральный конструктор авиационных двигателей, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент АН СССР, лауреат Государственной и Ленинской премии СССР, Герой Социалистического Труда, один из основоположников отечественного газотурбинного двигателестроения. Под руководством Павла Александровича был разработан первый в СССР серийный двухконтурный авиадвигатель Д-20П, который устанавливался на ближнемагистральном самолете Ту-124, двухконтурный Д-30 для Ту-134 и его высокоэкономичные модификации Д-30КУ/КП/КУ-154, которые поднимают в небо дальнемагистральный Ил-62М, военно-транспортный Ил-76 и среднемагистральный Ту-154М, а также ПС-90А, единственный отечественный двигатель четвертого поколения для магистральной авиации. С биографией П. А. Соловьёва вы можете познакомиться в первой части трилогии – книге «Двигатели боевых самолётов России». Советские и иностранные специалисты у двигателя Д-20П
236 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Конструкция двигателя Д-20П Однако по разным причинам от этого бомбардировщика отказались. «К счастью, многоопытный Туполев прекрасно умел превращать поражения в победы: вместо бомбардировщика он "пробил" в Совмине задание на… магистральный пассажирский самолет – этакий уменьшенный Ту-104, оснащенный все теми же "двухконтурниками" Соловьёва, – продолжает А. Николаев. – 18 июля 1958 года вышло постановление Совета министров СССР о разработке сорокаместного Ту-124 с двигателями Д-20П» [171]. Выбор схемы и размерности компрессора двигателей Д-20 и Д-20П («П» означает «пассажирский») был стратегическим. В будущем он позволил создать целое семейство авиационных ТРДД и промышленных газотурбинных установок разной мощности. Д-20П стал первым серийным двухконтурным газотурбинным двигателем в нашей стране и вторым в мире (после Rolls-Royce RB.80 Conway RCo.11 (Mk.101), если судить по дате госиспытаний). Он наглядно продемонстрировал перспективность схемы двухконтурных двигателей, которые сочетают в себе на дозвуковых скоростях экономичность турбовинтовых и тяговую мощность турбореактивных. Отечественный «двухконтурный пионер», Д-20П, выдержал государственные испытания в декабре 1959 года. Всего с разработки чертежей на первый экземпляр до передачи двигателя в серийное производство прошло около трех лет – это довольно короткий срок. От своего военного «родителя», двигателя Д-20, он отличался наличием новой, первой ступени компрессора высокого давления (для повышения давления воздуха перед камерой сгорания), несколько уменьшенной степенью двухконтурности и измененной системой агрегатов. Схема Д-20П – двухроторная, вентилятор имеет три ступени, компрессор высокого давления – восемь, турбина трехступенчатая. Первая ступень вентилятора – сверхзвуковая, следующие две – дозвуковые. Его конструкция применялась с некоторыми изменениями на следующих двигателях третьего поколения, созданных в ОКБ. Во входном корпусе, который отлит из магниевого сплава (его плотность меньше, чем у алюминиевых сплавов, почти в полтора раза), смонтирован передний роликовый подшипник ротора вентилятора. Неподвижный входной направляющий аппарат с обогреваемыми воздухом лопатками (для предотвращения образования льда) изготовлен из нержавеющей стали, что обеспечивает его коррозионную стойкость и прочность. Ротор вентилятора – барабанно-дискового типа, состоит из трех соединенных между собой рабочих колес с лопатками и задней цапфы ротора, которая представляет собой одно целое с валом. Передняя цапфа выполнена тоже не как обычно, отдельной деталью, а за одно целое с диском рабочего колеса первой ступени. Это позволяет уменьшить вес, так как не нужен крепеж, и повысить запасы прочности, так как нет концентраторов напряжений. Диски рабочих колес, с двумя барабанными выступами у второго и третьего, и задняя цапфа соединены между собой торцевыми треугольными шлицами типа «хирт» и скреплены стяжным болтом. Конструкция получается разъемной, с большой жесткостью и сравнительно малой массы. На каждом диске ротора расположены рабочие лопатки, которые крепятся к диску при помощи замков типа «ласточкин хвост». Корпус вентилятора собран из трех стальных, изготовленных точением силовых колец. В каждом из них смонтирован свой направляющий аппарат. На третьей ступени он сделан с двумя рядами лопаток (потому что с одним рядом выпрямить поток воздуха без его срыва с лопаток было бы невозможно).
Двигатели гражданских самолётов России (1) 237 (1) Двигатель Д-20П. Входной корпус и первое рабочее колесо вентилятора (2) Промежуточный корпус и рабочие колеса вентилятора. Видно соединение задней цапфы с последней ступенью вентилятора торцевыми шлицами типа «хирт» Цапфа – часть вала, на которой находится опора (подшипник). Шлиц – паз на валу, в который входит зуб сопряжённой детали, образуя шлицевое соединение, которое служит для передачи крутящего момента. Такие соединения обладают большой прочностью. Торцевые шлицы – это зубья треугольного профиля, нарезанные на торцах соединяемых деталей и стянутые осевым усилием. Применяются в соединениях с ограниченными осевыми размерами. (2)
238 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (2) На внутреннюю поверхность всех корпусов нанесено мягкое прирабатываемое покрытие (алюмоасботальковое), которое уменьшает радиальные зазоры. Для того чтобы расширить диапазон устойчивой работы компрессора высокого давления и снизить вибронапряжения в рабочих лопатках первой ступени, над её рабочим колесом установили перфорированную полость. Это решение приняли исходя из опыта эксплуатации. Стальной корпус компрессора высокого давления – сварной конструкции, с разъемом в горизонтальной плоскости, что позволяет устанавливать заранее собранный и отбалансированный ротор. Входной направляющий аппарат – сварной из легированной стали. К направляющему аппарату восьмой ступени, который имеет два ряда лопаток, крепятся наружное и внутреннее лабиринтные кольца. Эти кольца и вращающийся лабиринт диска восьмой ступени образуют уплотнение, которое необходимо для разгрузки шарикового подшипника ротора компрессора высокого давления от осевых усилий. За третьей и четвертой ступенями на корпусе перепуска воздуха поместили автоматически управляемые заслонки перепуска воздуха, благодаря которым обеспечивается устойчивая работа компрессора при низких частотах вращения. Ротор компрессора высокого давления – дискового типа. До Д-20П такую конструк- цию в советских двигателях не применяли. Она сохранится на всех изделиях ОКБ П. А. Соловьёва, включая двигатели четвертого поколения. Ротор состоит из восьми дисков с рабочими лопатками и промежуточных трактовых колец. Диски – из легированной стали, имеют ступицу с внутренними прямоугольными шлицами для посадки на шлицы вала ротора, через которые на диски передается крутящий момент от турбины высокого давления. Пакет дисков закреплен на валу спереди и сзади двумя гайками. Такая конструкция ротора компрессора обладает высокой прочностью, но имеет низкую жёсткость, которая обусловлена жёсткостью вала. Для её увеличения между дисками располагаются проставки, которые ограничивают деформацию дисков и фиксируют рабочие лопатки. Рабочие лопатки всех ступеней стальные. Разделительный корпус отлит из магниевого сплава и расположен между вентилятором и компрессором высокого давления. В нём монтируется корпус приводов. Камера сгорания – трубчато-кольцевая с двенадцатью жаровыми трубами. Для того чтобы разместить под ней опору турбины высокого давления, установлена диафрагма, которая служит дополнительной опорой внутреннего кожуха. (1) Передняя опора вентилятора двигателя Д-20П (2) Вентилятор, его задняя опора, разделительный корпус и центральный привод двигателя Д-20П (3) Два первых рабочих колеса компрессора высокого давления. Видны ступицы дисков, шлицы вала и трактовые проставки двигателя Д-20П (3)
Двигатели гражданских самолётов России 239 (4) (5) (4) Компрессор высокого давления двигателя Д-20П (5) Турбина двигателя Д-20П (6) В одноступенчатой турбине высокого давления охлаждаются только сопловой аппарат и диск. Опора её роликового подшипника находится внутри опоры соплового аппарата. Двухступенчатая турбина вентилятора – неохлаждаемая. Вал ротора этой турбины расположен концентрично в полости вала ротора тур- бины высокого давления и смонтирован спереди на шариковом (осевых нагрузок не воспринимает) и сзади на роликовом подшипниках, оба – межвальные. Сопло – с раздельными потоками газа внешнего и внутреннего контуров. Двигатель оборудован датчиками и контрольно-измерительной аппаратурой. (6) Камера сгорания. Внутренний кожух и кожух вала. Диафрагма с отверстиями под жаровые трубы двигателя Д-20П А между тем коллектив ОКБ учился: все ведущие конструкторы разъехались по родственным фирмам огромного советского концерна – авиапрома – осваивать новую технику и методологию ее проектирования и испытаний. Компрессор высокого давления, ядро будущего двигателя, взяли (но без сверхзвуковой ступени)… в ОКБ Люльки, который в свою очередь получил его из Рыбинска от ОКБ Добрынина. Методики его проектирования и доводки заимствовали в Центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ). А вот вентилятор, как вскоре будут называть компрессор низкого давления в двухконтурных двигателях, проектировали в ЦАГИ. По моде того времени первая ступень вентилятора была сделана сверхзвуковой и за свою широкую форму получила прозвание «камбала». Намучились с ней много и в конце концов заменили ее двумя дозвуковыми ступенями при модификации двигателя (Д-30). Августинович В. Г. Битва за скорость. Великая война авиамоторов. – М., 2010
240 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (3)
Двигатели гражданских самолётов России (1) Разделительный корпус с центральным приводом, первые ступени компрессора высокого давления, верхняя коробка приводов со стартеромгенератором и центробежным суфлером двигателя Д-20П (2) Турбина двигателя Д-20П (3) Последние ступени вентилятора. Два ряда направляющих лопаток последней ступени двигателя Д-20П (5) (4) Камера сгорания двигателя Д-20П (5) Узел соединения валов компрессора высокого давления и его турбины двигателя Д-20П 241 (4)
242 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Двигатель Д-20П в музее АО «ОДК-Пермские моторы» С 1959 года началось освоение серийного производства Д-20П на Пермском моторостроительном заводе имени Я. М. Свердлова (ныне АО «ОДК-Пермские моторы»). Поначалу изготовителям было непросто вникнуть во все особенности нового двигателя. Для помощи серийному заводу в 1961 году была организована первая ведущая бригада по серийному сопровождению Д-20П. Совместно с ней на этом этапе устранили такие дефекты, как вибрации двигателя, искрение при задевании лабиринтов сопловых аппаратов о диски турбины, резонансные колебания рабочих лопаток первой ступени компрессора низкого давления и другие. В 1962 году начался ритмичный выпуск Д-20П. Когда самолеты с этими двигателями уже активно эксплуатировались, обнаружились и некоторые другие дефекты. Например, выявилось, что через лабиринт масляного уплотнения передней опоры вентилятора может просачиваться масло, которое потом попадает в кабину самолета. Чтобы это предотвратить, маслоуплотнительную втулку сделали с четырьмя стальными кольцами вместо трех чугунных. Устраняли и другие недостатки. «Вдруг появились нелокализованные отказы двигателя Д-20П при взлете самолета на высоте 50... 200 м, причиной которых были разрывы и разрушения среднего кожуха – диффузора камеры сгорания, – приводит воспоминания ведущего конструктора ОКБ-19 М. М. Гайнуллина В. В. Нерубасский. – Количество подобных отказов резко возрастало, и они происходили на двигателях, изготовленных в 1969–1970 гг. Эксплуатация самолетов с двигателями Д-20П была на грани остановки. К изучению причины дефекта были привлечены специалисты ЦИАМ… но всё было безуспешно. Дефект не устранялся, так как не удавалось установить его истинную причину. Мною было замечено, что кожухи диффузоров камеры сгорания более раннего изготовления не разрушаются на двигателях даже со значительно большей наработкой. <…> Перестановка жаровых труб с двигателя, изготовленного в 1965 гг., на двигатель, изготовленный в 1970 гг., подтвердила версию о том, что причиной появления повышенных вибраций и пульсации являются изменения, проведенные без достаточной проверки на жаровых трубах двигателя Д-20П. Изменения были аннулированы, дела пошли лучше, был введен контроль величины пульсации давления в камере сгорания при каждом испытании двигателя. <…> Из этого можно сделать вывод, что если узел работает хорошо, не надо его изменять ни под каким хорошим предлогом...» [169] Диффузор (в гидроаэродинамике) – профилированная часть канала, в которой происходит замедление потока. Вследствие падения средней скорости давление в направлении течения растет. Дозвуковой диффузор имеет форму расходящегося канала. Д-20П выпускался до 1974 года, всего было произведено 1795 двигателей четырех серий. Он устанавливался на ближнемагистральном пассажирском самолете Ту-124 и его модификациях. Ту-124 можно назвать «младшим братом» уже зарекомендовавшего себя в «Аэрофлоте» реактивного Ту-104. Он и создавался как уменьшенная модель «сто четвертого» для обслуживания линий малой и средней протяженности (где до тех пор продолжали работать самолеты с поршневыми моторами). Ту-124 должны были унаследовать неплохие для того времени лётные данные, приемлемые взлетно-посадочные характеристики и отличаться высокими экономическими показателями благодаря установке двухконтурных двигателей. Постановление Совета министров СССР с техническим заданием на новый самолет вышло 18 июля 1958 года. ОКБ А. Н. Туполева должно было спроектировать и построить лайнер вместимостью 36–40 пассажиров, рассчитанный на преодоление расстояний в 1350–1500 км с крейсерской скоростью 750–900 км/ч. Максимальная скорость задавалась не менее 956 км/ч, а длина разбега и пробега – не более 800 м. Предусматривалась
Двигатели гражданских самолётов России 243 (1) АЛЕКСАНДР ДАНИЛОВИЧ КАЛИНА Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Впервые поднял в небо самолеты Ту-124 и Ту-124А (прототип Ту-134) возможность переоборудования в транспортно-санитарный вариант. В случае отказа одного из двигателей в момент отрыва от полосы самолет должен был иметь возможность продолжить взлет и набрать высоту до 5000 м. Компоновка планера Ту-124 практически не отличалась от Ту-104 – в основном только уменьшенным на 25% размером. Главное отличие заключалось в силовой установке – двухконтурные Д-20П, расположенные так же в корневой части крыла, имели меньший удельный расход топлива и были менее шумными, чем реактивные АМ-3, стоявшие на Ту-104. Ту-124 стал первым в мире пассажирским лайнером, который сразу проектировался под двухконтурные турбореактивные двигатели. В начале 1960 года построили первую опытную машину, и 24 марта экипаж А. Д. Калины поднял её в воздух. Заводские и государственные испытания были успешными. Кроме основной программы, самолет прошел проверку работы в условиях высоких и низких температур, на грунтовых аэродромах, при продолженных и прерванных взлетах с выключением одного из двигателей и другие. В 1962 году Ту-124 был рекомендован для пассажирских перевозок и передан «Аэрофлоту», где 2 октября того же года совершил свой первый рейс с пассажирами по трассе Москва – Таллин. Спустя несколько лет Ту-124 стали отправлять и в международные рейсы – из Москвы в Хельсинки, Стокгольм, Варшаву и Белград. Во внутренних перевозках он использовался более интенсивно и выполнял перелеты по маршрутам, соединявшим около 50 городов. (1) Ближнемагистральный самолет Ту-124 с двигателями Д-20П (2) Двигатель Д-20П (2)
244 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) Посадка пассажиров в Ту-124Б (1) Посадка самолета Ту-124 (2) Самолет Ту-124К, переданный Индии В 1964 году пассажировместимость самолета увеличили с 44 до 56 человек, дальность полета выросла до 1500 км, а максимальный взлетный вес увеличился на 3,5 тонны и достиг 38 тонн. Эта модификация называлась Ту-124В. Ею заинтересовались за рубежом, несколько таких самолетов были поставлены Чехословакии, Ираку и ГДР. «Салонные» варианты Ту-124К с повышенным уровнем комфорта для правительственных делегаций приобрели Индия и Китай. Индийский Ту-124К, (2) рассчитанный на 24 пассажира, имел гардероб, буфет, кладовую и два салона с развернутыми друг к другу рядами кресел, рабочими и обеденными столами, диваном. Существовали также транспортно-санитарные Ту-124ТС и учебные штурманские Ту-124Ш для подготовки экипажей ВВС. На Харьковском авиазаводе в 1960–1968 годах выпустили 165 экземпляров Ту-124 различных модификаций с двигателями Д-20П. За 18 лет эксплуатации Ту-124 на нём было перевезено около 6,5 миллиона пассажиров.
Двигатели гражданских самолётов России 245
246 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Были в судьбе Ту-124 и нештатные ситуации, и трагедии. В 1965 году из-за заклинивания опоры шасси и дальнейшего стечения обстоятельств самолет Ту-124, следовавший по маршруту Таллин – Москва, совершил посадку на реку Неву в центре Ленинграда. Это один из семи известных в мировой авиации случаев (наряду с так называемым «Чудом на Гудзоне»), когда в результате вынужденной посадки на воду не погиб ни один человек. Пассажиры вышли из самолета, не замочив ног. Дважды двигатели становились причиной серьезных авиационных происшествий с Ту-124. В первом случае при наборе высоты произошло разрушение и обрыв турбины двигателя, обломками которого, попавшими в салон, убило двух пассажиров. В другом случае отказ двигателя из-за выхода из паза диска рабочей лопатки привел к интенсивному пожару, вследствие которого самолет столкнулся с землей, все 17 человек на борту погибли. Посадка Ту-124 на Неву. 1965 23 декабря 1973 года ночью после взлета из аэропорта Львов на самолете Ту-124 загорелся левый двигатель. Положение усложнилось тем, что заход на посадку можно было осуществить только разворотом в сторону отказавшего двигателя. <...> Экипаж с ситуацией не справился. Все погибли. Группа экспертов-двигателистов, возглавляемая главным инженером Пермского завода, сделала предварительное заключение, что все поломки двигателей произошли при их ударе о землю. По решению комиссии двигатели были направлены на ремонтный завод для исследования, в ходе которого было обнаружено отсутствие одной из лопаток первой ступени компрессора низкого давления. Оказалось, что круглые стальные штифты, которыми лопатка крепится к диску первой ступени, не имели достаточной прочности из-за неправильного их закаливания. Главный инженер завода наверняка уже во Львове обнаружил оборванную лопатку, но никому об этом не сказал. Герасимов В. Т. Тайны авиакатастроф. Книга первая. – М., 2009 Ряд трагедий был связан с несовершенством самого самолета. Специалисты отмечали его неудовлетворительные аэродинамические характеристики, особенно на взлетно-посадочных режимах. Многое еще нуждалось в доработке. В 1960–1964 годах в ОКБ-19 разработали более мощную модификацию – Д-20П-125 с девятиступенчатым компрессором высокого давления (добавили первую ступень к компрессору Д-20П). Взлетная тяга увеличилась до 5800 кгс, несколько улучшилась экономичность. Двигатель устанавливался на опытном 52-местном самолете Ту-124А, который стал предшественником крупносерийного Ту-134, и варианте Ту-124Б, который не получил развития. Д-20П-125 прошел государственные испытания, но серийно не производился, так как на смену ему готовился более совершенный Д-30, отвечающий новым требованиям. Изменения были связаны с тем, что в ходе доводки самолета Ту-124А (в 1963 году он уже назывался Ту-134) его взлетная масса увеличилась с 38 до 42, а потом и до 45 тонн. От ОКБ П. А. Соловьёва требовалось создать более мощный двигатель, который имел бы взлетную тягу 6800 кгс и лучшую экономичность. Через два года после начала разработки, в 1966 году, Д-30 прошел государственные испытания и был запущен в серийное производство. По своей схеме двигатель Д-30 практически не отличается от предшественника, Д-20П-125. Он имеет двухкаскадный компрессор – четыре ступени низкого давления (на Д-30 третьей серии – пять ступеней), 10 ступеней высокого давления с сохранением в основном конструкции Д-20П; трубчато-кольцевую камеру сгорания; двухступенчатые турбины высокого и низкого давления. Как мы видим, к девятиступенчатому компрессору высокого давления Д-20П-125 добавили еще одну ступень, что дало прирост взлетной тяги. Турбина
Двигатели гражданских самолётов России 247 (1) (1) Сборка двигателя Д-30 (2) Двигатель Д-30 второй серии высокого давления стала двухступенчатой, что позволило увеличить её КПД и степень повышения полного давления в компрессоре. Впервые на серийном двигателе для гражданской авиации рабочие лопатки первой ступени турбины сделали охлаждаемыми – позже это превратилось в незыблемое правило для всех высокотемпературных авиадвигателей. Опора турбины низкого давления из межвальной стала задней. Сопло Д-30 получило лепестковый смеситель потоков воздуха наружного контура и газов внутреннего контура. Для понижения вибронапряжений рабочие лопатки первой ступени вентиля- тора снабдили полками, которые образуют антивибрационный бандаж. Со 2-й по 4-ю ступень лопатки вентилятора стали крепиться шарнирно (вместо соединения типа «ласточкин хвост» на предшественнике), что устраняло резонансные колебания и также снижало вибрационные напряжения в пере лопатки. (2)
248 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Двигатель Д-30 второй серии (2) (2) Турбина высокого давления двигателя Д-30 (3) Втулка входного корпуса, обогореваемый кок и передняя опора вентилятора двигателя Д30 (3)
Двигатели гражданских самолётов России 249 (4) (5) (4) Вентилятор двигателя Д-30 второй серии (5) Верхняя коробка приводов и центробежный суфлер двигателя Д-30 второй серии (6) (6) Турбина низкого давления и задняя опора двигателя Д-30 второй серии Удельная масса конструкции двигателя значительно уменьшилась благодаря применению современных на тот момент титановых и легких алюминиевых сплавов. Благодаря нововведениям экономичность Д-30 увеличилась по сравнению с Д-20П на 11%. В 1968 году Д-30 стал первым отечественным двигателем, получившим международный сертификат лётной годности. Он показал себя еще и как один из самых надежных двигателей, созданных в нашей стране. Разработка Д-30 была отмечена Государственной премией СССР, П. А. Соловьёву присвоено звание Героя Социалистического Труда.
250 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Двигатель устанавливался на 72-местном ближнемагистральном пассажирском самолете Ту-134, который разрабатывали по заданию Н. С. Хрущёва. Авторы книги «А. Н. Туполев. Человек и его самолеты» П. Даффи и А. Кандалов пишут: «В начале 1960 года Н. С. Хрущёв побывал с официальным визитом во Франции. Прилетел он туда на Ту-104. Находясь во Франции, Хрущёв несколько раз летал на юг страны на французском двухдвигательном реактивном лайнере средней дальности "Каравелла", принятом в эксплуатацию в 1959 году. Несмотря на то, что Ту-104 обладал многими превосходными качествами, у него был достаточно высокий уровень шумов, как для аэропорта, так и для пассажиров, находящихся почти рядом с двигателями, установленными в корневой части крыла. "Каравелла" была первым реактивным самолетом, у которого двигатели находились в хвостовой части, и это в значительной мере уменьшало шум. Хрущёв был поражен. По возвращении в Москву он вызвал к себе Туполева и дал указание сконструировать авиалайнер с компоновкой, подобной "Каравелле"»[78]. Осенью 1961 года вышло уточненное техническое задание на самолет: он должен был вмещать 65–70 пассажиров, иметь коммерческую нагрузку в 7 тонн и практическую дальность 1500–3000 км. В ОКБ А. Н. Туполева решили сохранить конструкцию фюзеляжа Ту-124, удлинив его на два метра при переносе двигателей к хвосту. Это улучшало аэродинамику самолета (крыло получалось «чистым»), снижало уровень шума в салоне и кабине экипажа, уменьшало нагрузку от газовых струй на фюзеляж. Лайнер становился более комфортным и легко управляемым, это был самолет нового уровня. Первый полет опытного Ту-124А (еще с двигателями Д-20П-125) состоялся в 1963 году (экипаж А. Д. Калины). Через три года в небо поднялся предсерийный Ту-134, оснащенный двумя Д-30 со На пилотов Внуковского отряда большое впечатление произвели аэродинамические качества Ту-134. Даже сейчас, тридцать лет спустя, замечаешь, как исключительно плавно летит этот самолет. <…> Летчики Внуковского авиапредприятия вспоминают случай, когда один из пилотов Ту-134 при взлете из Волгограда заметил на взлетнопосадочной полосе корову. Нормальная скорость отрыва самолета при взлете составляла 260 км/час. Шансов остановиться не было, на скорости 180 км/час летчик взял штурвал на себя, и самолет оторвался от земли. Даффи П., Кандалов А. А. Н. Туполев. Человек и его самолеты. – М., 1999 взлетной тягой 6800 кгс. Благодаря им пассажировместимость самолета увеличилась до 72. В 1967 году был совершен первый рейс с пассажирами по маршруту Москва – Адлер. В 1968 году самолет первым в стране прошел испытания по английским нормам летной годности BCAR и получил международные сертификаты, в том числе по уровню шума на местности. Реверсивное устройство, создающее обратную тягу, обеспечивает дополнительное торможение самолета при посадке. Особенно это важно в сложных метеорологических условиях, когда взлетно-посадочные полосы мокрые или обледеневшие (колесные тормоза на них могут не справиться), и при прерванном взлете. Маневренность самолета на земле благодаря системе реверса также улучшается. В СССР реверсивное устройство впервые применили на двигателе НК-8 3-й серии, о котором мы расскажем в следующей главе. В 1969 году началось производство Д-30 второй серии, предназначенного для 76–80-местных Ту-134А и Ту-134Б, а также их вариантов. Эта модификация двигателей имела реверсивное устройство, позволяющее использовать их тягу как дополнительное средство торможения самолета при пробеге, и воздушный стартер, улучшающий пусковые ­характеристики. (1)
Двигатели гражданских самолётов России Самолеты с двигателями семейства Д-30 часто появлялись на экранах советского, а затем российского кино. Например, Ту-134 фигурируют более чем в 50 советских фильмах. В комедии «Невероятные приключения итальянцев в России» есть сцена с посадкой Ту-134 на шоссе, полное машин. На самом деле это была взлетно-посадочная полоса с декорациями, но автомобили ехали вполне реальные, а управляли ими летчики. 251 (1) Реверсивное устройство Д-30 второй серии (2) Кадр из фильма «Невероятные приключения итальянцев в России» (2) В 1970-е годы Ту-134 был самым комфортабельным лайнером по уровню шума и вибраций. Его задействовали в большинстве перевозок на ближнемагистральных трассах внутри СССР, а затем и в странах Восточной Европы. Выполнялись также рейсы из России в ближние аэропорты Западной Европы. В многолетней истории Ту-134 были и лётные происшествия, что, увы, закономерно. Но проблемы с силовой установкой становились причиной аварий и катастроф лишь в 10% случаев. Отказы двигателей участились в середине 1970-х, когда они эксплуатировались уже очень активно. В этот период конструкторам удалось устранить и предупредить большое число дефектов, среди которых износ шлицев на шестернях приводов топливных агрегатов, обрыв головок болтов крепления лабиринта и разрушение лабиринта 10-й ступени компрессора высокого давления, обрыв рабочих лопаток первой и второй ступеней, разрушение диффузора камеры сгорания и другие. С годами мероприятия по усовершенствованию самолета Ту-134 привели к увеличению его взлетной массы. В итоге та взлетная тяга, которая предусматривалась техническим заданием для двигателя Д-30, не могла обеспечить нормальный взлет на высокогорных аэродромах (например, в Грузии, Ар- мении) при температуре окружающего воздуха +25 °С и выше. В этих условиях самолет мог нормально взлететь только с уменьшенной в два раза перевозимой нагрузкой, а это приводило к большим убыткам. Нужно было модифицировать двигатель. Так появился Д-30 третьей серии с «нулевой» ступенью компрессора низкого давления и системой защиты от превышения допустимой тяги и температуры газа. Самолеты с Д-30 третьей серии назывались Ту-134А-3 и Ту-134Б-3. На них были сняты ограничения по загрузке при эксплуатации в жарком климате на высотных ­аэродромах. Двигатели Д-30 производились Пермским моторостроительным заводом в 1966–1987 годах. Всего было выпущено 423 двигателя Д-30 первой серии, 2724 – второй серии и 337 – третьей серии. Самолеты Ту-134 строились в Харькове до 1984 года. Всего изготовили 852 экземпляра различных модификаций. Из них 134 поставили за рубеж: в Югославию, Чехословакию, ГДР, Вьетнам, Мозамбик, Сирию и т. д. – в 13 стран мира. Кроме усовершенствованных пассажирских модификаций Ту-134А и Ту-134Б и их «салонных» вариантов, выпускались гру- зовые Ту-134С, тренировочные Ту-134Ш (для подготовки штурманов) и Ту-134УБЛ (для обучения летчиков дальней авиации), самолеты для контроля за сельскохозяйственными угодьями Ту-134СХ. На основе Ту-134 разработано несколько видов летающих лабораторий для испытаний авиационно-космической техники. Самолет Ту-134 был лучшим в Союзе турбореактивным самолетом для местных авиалиний [на момент своего появления. – Прим. ред.]. Но он явно уступал зарубежным аналогам, особенно самолету «Боинг-737-200», который вышел на линии на три года ранее, чем Ту-134А, – в декабре 1967 года. Поразительно, но число пассажиров «Боинга» составляет 130, а у нашего самолета – 76, при весе пустого снаряженного самолета соответственно 27 500 кг и 29 250 кг! (Аналогичная картина, кстати, по самолету Ту-124. Он явно переразмерен по площади крыльев и весу. Вес пустого снаряженного самолета на одного пассажира составляет 510 кг, а для его английского аналога BAC-I-II-200, правда, вышедшего на линии тремя годами позже, в 1963 году, – всего 260 кг!) Амирьянц Г. А. Летчики-испытатели. Туполевцы. – М., 2008.
252 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Самолет Ту-134А В начале ХХI века в Европе были приняты более жесткие нормы шума на местности для самолетов, и это ограничило эксплуатацию Ту-134. С 2012 года в России запрещены полеты Ту-134, не оборудованных системой предупреждения о близости земли. Последний рейс с пассажирами Ту-134 выполнил 21 мая 2019 года. Самолет сняли с эксплуатации через 53 года после его первого полета. Двигатель Д-20П, разработанный в 1950-х годах, стал родоначальником целой линейки новых, очень востребованных изделий. Его последователь, двигатель Д-30, за свою более чем полувековую историю эксплуатации «перевёз» свыше 500 миллионов пассажиров (такая цифра была зафиксирована в 1991 году). И у него, в свою очередь, появились более совершенные преемники, о которых мы расскажем в следующих главах.
Двигатели гражданских самолётов России 253
254 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей НК – значит надёжность НК-8 и НК-86 Параметры и выходные данные двигателя НК-8 НК-8-2 НК-8-2У НК-8-3 НК-8-4 Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс 9500 9500 10 500 9500 10 500 Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) 0,62 0,58 0,58 0,63 0,598 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 214,5 - 228 - 222 Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 10,25 9,6 10,7 10,25 10,8 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K 1200 1200 1230 1220 1255 Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0) 0,984 1,05 1,05 0,984 1,04 Тяга на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кгс 2250 1800 2200 2250 2750 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кг/(кгс*ч) 0,83 0,79 0,766 0,83 0,81 Масса двигателя сухая, кг 2500 2150 2170 2500 2440 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,2632 0,2263 0,2067 0,2632 0,2324 Диаметр входа в компрессор, м 1,3450 1,3450 1,3450 1,3450 1,3450 6686 Удельная лобовая тяга, кгс/м2 Лобовая производительность вентилятора (кг/с)/м Масса сухая с реверсом и соплом, кг 2 6686 7390 6687 7390 131,3 - 139,6 - 135,9 - - 2438,5 - - Двухконтурные двигатели семейства НК-8 обеспечили создание первого в СССР дальнемагистрального реактивного лайнера Ил-62, самого массового в стране среднемагистрального Ту-154 и первого отечественного широкофюзеляжного самолета Ил-86. Середина ХХ века стала эрой бурного развития гражданской авиации. Первые реактивные самолеты, выйдя на пассажирские авиалинии, принесли с собой казавшуюся фантастической скорость и сравнительный комфорт. За девять лет, с 1950-го по 1959 год, объем пассажирских авиаперевозок в Советском Союзе
Двигатели гражданских самолётов России (1) вырос примерно в десять раз! Немалая доля принадлежала дальним рейсам, в том числе самым протяженным в мире. В 1960-х годах межконтинентальные полеты – в США, Японию, на Кубу – начал самолет Ту-114, но всего через несколько лет он перестал удовлетворять требованиям времени. Во-первых, этот турбовинтовой гигант был очень шумным – вынести многочасовой перелет при уровне шума в 108–112 децибел оказывалось нелегким испытанием. Во-вторых, он был сложным и дорогим в эксплуатации лайнером. Эти и другие недостатки стали наследием «военного прошлого» Ту-114, ведь его проектировали на основе стратегического бомбардировщика. «Аэрофлоту» требовался новый дальнемагистральный самолет, созданный по последнему слову техники. Именно в этот период появились новые успехи в аэродинамике, разработке конструкции крыла, пилотажно-навигационного и радиосвязного оборудования, а самое главное – в двигателестроении. Таким самолетом должен был стать Ил-62. Он задумывался как максимально безопасный, комфортный и экономичный, не уступающий своим зарубежным современникам – DC-8-50, Boeing-707-320B, Convair 990 и Vickers VC.10. В начале 1961 года разработать двигатель для Ил-62 со взлетной тягой 9500 кгс и удельным расходом топлива на крейсерском режиме 0,84 кг/кгс*ч поручили КБ Н. Д. Кузнецова. Для того чтобы уложиться в сроки, конструкторы приняли решение использовать газогенератор опытного НК-6. О нём мы рассказывали в книге «Двигатели боевых самолётов России» [135]. НК-6, первый в СССР высокотемпературный двухконтурный двигатель, получился самым мощным на тот момент в мире, но «опоздал» – работы по самолетам, для которых он предназначался, были по разным причинам свернуты. 255 Прогрессивная конструкция его газогенератора воплотилась в гражданском НК-8, на создание которого ушло всего три года. НК-8 имел следующую схему: две ступени вентилятора и две – компрессора низкого давления на одном валу, шестиступенчатый компрессор высокого давления, кольцевая многофорсуночная камера сгорания, одноступенчатая турбина высокого давления и двухступенчатая – низкого, общее реактивное сопло. Степень двухконтурности была близка к единице (0,984). На двигателях НК-8 и НК-8 3-й серии, которых было изготовлено, соответственно, 30 и 102, конструкцию входного направляющего аппарата оставили такой же, как у «военного» НК-6. Чтобы сохранить требуемую густоту решетки, над кольцевым разделителем потоков установили в два раза больше лопаток, чем под ним. Рабочие лопатки первой сверхзвуковой ступени вентилятора имели саблевидную форму для устранения «веерного флаттера» и были без антивибрационной полки. С автоколебаниями (которые называются флаттером) лопатки первой сверхзвуковой ступени компрессора инженеры столкнулись еще на двигателях ВД-5 и ВД-7. «Веерный флаттер» возникает в закрученной лопатке с большой парусностью, и для его устранения еще на НК-6 впервые в мире была применена саблевидная лопатка. (2) (1) Самолет Ту-114 в аэропорту Внуково (2) Первый прототип Ил-62 СССР-06156 (0001) с двигателями АЛ-7П
256 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) Вентилятор и подпорные ступени двигателя НК-8 3-й серии (1) (2) Передний корпус двигателя НК-8 3-й серии (3) Камера сгорания НК-8 3-й серии (4) Компрессор высокого давления НК-8 3-й серии Ротор каскада низкого давления – барабанно-дисковой конструкции. Соединение всех узлов ротора между собой осуществляется фланцами, стянутыми болтами. Механизация компрессора высокого давления включает в себя регулируемый направляющий аппарат и лепестковый клапан перепуска воздуха. Корпус имеет поперечные разъемы, что повышает его непробиваемость. Ротор компрессора высокого давления – барабанно-дискового типа. Передняя цапфа выполнена за одно целое с диском первой ступени. Диски рабочих колес и кольцевые проставки соединяются болтами. Рабочие лопатки в обоих каскадах крепятся замками типа «ласточкин хвост». Двухкаскадная турбина имеет одну опору и включает в себя межвальный подшипник. Лопатки первого соплового аппарата охлаждаются вторичным воздухом камеры сгорания. Его расход уменьшают вставленные в лопатки дефлекторы. Воздух выходит через щели в задней кромке. Чтобы лучше охлаждался диск турбины высокого давления, к нему пушечным (байонетным) замком прикреплен дефлектор. Воздух движется между диском и дефлектором от ступицы к ободу. В конструкции двигателя воплотилось много передовых новинок. Например, широкое использование титановых сплавов – сначала из них изготовляли лопатки, диски и детали статора, а в модификациях и другие узлы и детали. Это значительно снизило удельный вес двигателя. В первое время титан доставлял немало хлопот конструкторам. «…Еще на двигателе НК-6… выявилось одно неприятное свойство этих сплавов – большое влия- (2) (3)
Двигатели гражданских самолётов России ние методов и технологий изготовления на предел их выносливости, – писал В. Н. Орлов, долгое время работавший заместителем главного конструктора ОКБ Н. Д. Кузнецова. – После шлифования, например, предел их выносливости снижался почти вдвое. Стало ясно, что при таком резком снижении прочностных свойств о широком применении титановых сплавов говорить не приходилось. Появилась проблема так называемой "вредной технологической наследственности" после механической обработки. В этот период многие авторитетные специалисты высказывали мнение о полной бесперспективности использования титановых сплавов в авиадвигателестроении, но Николай Дмитриевич был уверен, что "наследственность" можно ликвидировать. Для этого необходимо привлечь технологические НИИ и исследовать методы борьбы с этим явлением. Под его руководством и постоянным наблюдением были изучены новые технологические процессы – гидродробеструйная обработка, новые режимы резания, новые инструменты, виброупрочнение. По образному выражению директора завода П. М. Маркина, "чтобы освоить титан, инженерам и рабочим пришлось проделать титаническую работу". И она увенчалась успехом» [181]. Другой конструктивной новинкой, которую не сразу одобрили в ЦИАМ, была многофорсуночная (139 форсунок) камера сгорания. Она обеспечивала хорошую равномерность поля температур газа на входе в турбину, что повышало надежность двигателя, и почти полную бездымность. На всех последующих изделиях семейства НК применялась именно такая камера сгорания. Однако она была довольно дорогой в производстве и требовала особых технологий изготовления: электрохимических и электрофизических методов обработки, химического фрезерования. Впервые в отечественном двигателестроении были применены упруго-демпферные опоры роторов компрессора 257 (4) и турбины, предназначенные для снижения общего уровня вибраций и устранения опасных резонансных колебаний. Количество опор на НК-8 по меркам того времени минимально, и это делает двигатель более легким. Среди других особенностей конструкции – рабочие лопатки турбины с пером из бесприпускового литья и с бандажными полками, на которых были выполнены гребешки лабиринтного уплотнения, пластинчатые демпферы подшипников роторных опор. Все приводные агрегаты двигателя расположили в его нижней части. Так обеспечивается легкий доступ к каждому из них. Все узлы и агрегаты масляной и топливной систем установили на самом двигателе.
258 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Система регулирования НК-8 имеет, кроме традиционных гидромеханических, электронный регулятор температуры. «На этом двигателе было внедрено размещение термопар внутри пустотелых лопаток соплового аппарата турбины, что позволило, не загромождая газовоздушный тракт, разместить большое количество термопар с целью лучшего осреднения замера температуры, – отмечает В. Н. Орлов. – Такое размещение термопар выполнено только на двигателях марки "НК". Оно полностью себя оправдало, максимально приблизив место замера к входу в турбину и исключив повреждение лопаток фрагментами термопар при их разрушении» [181]. Впервые в отечественной практике был разработан метод ускоренных эквивалентных испытаний на основе многочисленных исследований выносливости двигателей. В результате внедрения всех этих новшеств получили экономичный по тому времени двигатель с малым удельным весом. В июне 1964 года НК-8 прошел государственные испытания и был запущен в серийное производство на Казанском моторном заводе № 16. Для того чтобы ускорить освоение двигателя в серии, там было создано ОКБ-16 – филиал КБ Н. Д. Кузнецова. (1) Широта мышления Н. Д. Кузнецова удивляла и восхищала современников. Занимаясь авиацией, он глубоко вникал в вопросы металлургии, хорошо знал технологию и влияние остаточных напряжений на работоспособность деталей. Н. Д. Кузнецов разработал теорию надежности, которую успешно применял в процессе создания двигателей. Он учил внимательно относиться к проявившемуся дефекту, считая дефект «цепным псом» надежности: залаял – срочно принимай меры. Все двигатели, созданные под руководством Николая Дмитриевича, отличались высокой надежностью и большим ресурсом. Кузнецов впервые в Советском Союзе применил на двигателе НК-8 меры эксплуатации «по техническому состоянию». Эксплуатация «по техническому состоянию» предусматривает проведение осмотра и анализ изменения параметров после выработки гарантийного ресурса: при удовлетворительном состоянии разрешается прохождение эксплуатации на определенное время, после чего процедура повторяется, и так – до состояния назначенного ресурса. Эта система помогала экономить огромные средства. Гриценко Е. А., Игначков С. М. Человек-легенда. Николай Дмитриевич Кузнецов. К 100-летию со дня рождения. – Самара, 2011 В постановлении Совета министров, вышедшем 18 июня 1960 года, указывалось, что самолет Ил-62 должен был иметь практическую дальность полета 4500 км и 165 пассажирских мест в экономическом варианте или дальность 6700 км и 100– 125 мест в варианте первого класса. В ОКБ С. В. Ильюшина проанализировали все возможные компоновки, подходящие для самолетов такого назначения, и выбрали схему низкоплана с расположением четырех двигателей в хвостовой части фюзеляжа. Такая схема по сравнению с традиционной, когда двигатели размещаются под крылом, имела много преимуществ. Здесь силовая установка находится далеко от топливных баков и за пределами герметичной пассажирской кабины, а значит, при пожаре в гондолах топливо не воспла(1) Вид сверху на саблевидные лопатки первой ступени вентилятора без антивибрационных полок двигателя НК-8 3-й серии
Двигатели гражданских самолётов России 259 (2) менится и возгорания салона не произойдет. Поскольку двигатели стоят высоко, намного меньше становится вероятность попадания в воздухозаборники посторонних предметов со взлетно-посадочной полосы, способных повредить лопатки компрессоров (на самолетах Boeing-707 и DC-8 с низким расположением двигателей повреждения лопаток компрессора – довольно частое явление). Безопасной для двигателей в этом случае будет вынужденная посадка самолета с убранным шасси, а также внезапные крены при взлете или посадке с боковым ветром и в условиях турбулентности – гондолы всё равно не коснутся земли. Из-за того что двигатели размещены близко друг к другу, отказ одного из них не приведет к потере устойчивости и управляемости самолета. Реактивная струя от двигателей при такой схеме меньше влияет на элементы конструкции лайнера. А в пассажирских салонах и кабине экипажа значительно снижается уровень шума и вибраций. Но были в схеме с хвостовым расположением двигателей и недостатки. Среди них – увеличение массы всей конструк- ции и усложнение весовой компоновки, потому что центр масс пустого самолета смещается назад, а загруженного пассажирами и багажом – вперед, причем эта разница между центровками достигает большой величины. На Ил-62 вышли из положения оригинальным способом: основные опоры разместили впереди центра масс пустого самолета. А для стоянки и руления по аэродрому создали дополнительную убирающуюся хвостовую опору, которая упрощает погрузку и разгрузку самолета, позволяет расположить рядом с двигателями связанное с ними оборудование. Эта четвертая опора дала возможность обойтись без бустеров, а Ил62 стал единственным в мире тяжелым реактивным самолетом с ручным безбустерным управлением. Тем не менее проблема весового несоответствия отдельных частей конструкции не была решена окончательно. Так, если самолет совершал маршруты без груза и пассажиров, для соблюдения центровок в носовой части приходилось устанавливать заполненный водой резервуар весом 3 тонны. Забавный случай произошел в Латинской Америке. В носовой части самолета для центровки расположен балластный бак, рассчитанный на три тонны воды. И вот как-то на местном аэродроме понадобилось залить бак, и для этого подогнали к самолету пожарную машину. Посмотреть на то, как наш инженер со шлангом в руках заправляет бак, собралось много местных аборигенов. Один из них не выдержал и спросил: «А зачем в самолете нужно так много воды?» Наш человек не растерялся и гордо ответил: «А у нас там бассейн!» Вениаминов Р. Эпоха «классиков». Как Ил-62 стал «бортом №1» // АиФ: [сайт]. – 2016, 12 фев. [URL: http://www.kazan.aif.ru/society/ epoha_klassikov_kak_il-62_stal_bortom_1] (2) Ил-62 в аэропорту Шереметьево. 1965
260 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) ЭДУАРД ИВАНОВИЧ КУЗНЕЦОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Поднял в небо опытный самолет Ил-62 с двигателями НК-8 Уже на этапе эскизного проектирования конструкторам удалось превзойти требования заказчика, увеличив практическую дальность полета и пассажировместимость (например, в экономическом классе – со 165 до 186 мест). Первый опытный Ил-62, еще с двигателями АЛ-7П несколько меньшей тяги (НК-8 были пока не готовы), поднялся в воздух в январе 1963 года. Этот экземпляр ждала печальная судьба: в одном из испытательных полетов он потерпел крушение, погибли десять членов экипажа. Предположительно, причиной стал помпаж и потеря тяги одним из двигателей. Вторая опытная машина, уже оборудованная четырьмя НК-8, выполнила первый полет 24 апреля 1964 года (командир экипажа Э. И. Кузнецов). В этом же году началось серийное производство самолета на Казанском авиазаводе. Во время испытаний стало ясно, что двигатели нужно снабдить реверсивным устройством. Двигательные ОКБ до этого не занимались созданием реверсивных устройств, и первый опыт оказался не так-то прост. Государственные испытания модификации с реверсом – НК-8 3-й серии – закончились в апреле 1967го, через три года после базового двигателя. На ней установлено реверсивное устройство решетчатого типа с досопловым расположением створок, которые приводились в движение пневматически, от двух силовых цилиндров. В НК-8 3-й серии применены торцовые и радиальные графитовые контактные уплотнения масляных полостей опор компрессора, ранее опробованные на опытных НК-6 и НК-8. Кроме того, модификация отличалась наличием привода постоянных оборотов. Производилась она до 1968 года. Именно НК-8 3-й серии стояли на первых в СССР дальнемагистральных реактивных лайнерах, начавших перевозить пассажиров. Реверсом оборудовались два крайних двигателя, другие имели обычные сопла. (1) С. В. Ильюшин (в центре) у опытного самолета Ил-62 (2) Реверсивное устройство решетчатого типа (реверсирование потоков обоих контуров) двигателя НК-8 (2)
Двигатели гражданских самолётов России 261 (3) (4) (6) (5) (3) Двигатель НК-8 3-й серии. Задняя опора турбины, центральное тело, лепестковый смеситель и створки реверсивного устройства (4) Реверсивное устройство двигателя НК-8 3-й серии. Створки закрыты (5) Реверсивное устройство двигателя НК-8 3-й серии Створки открыты (6) Двигатель НК-8 3-й серии. Решетка реверсивного устройства
262 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей А совершенствование двигателей продолжалось. Очень скоро появилась более мощная модификация НК-8-4 со взлетной тягой 10 500 кгс (на 1000 кгс больше) и уменьшенным удельным весом (его масса с реверсом стала на 100 кг меньше, чем у НК-8 3-й серии). Снизить вес удалось благодаря еще более широкому применению титановых сплавов в компрессоре. Конструкцию входного направляющего аппарата изменили. Двенадцать лопаток соединяют наружное кольцо и корпус передней опоры, а еще двенадцать выполнены консольными. Обогрев лопаток конвективно-пленочный – воздух выходит через щели между дефлектором и лопаткой для предотвращения обледенения. Замена входного направляющего аппарата повлекла за собой и проблемы: рабочие лопатки первого колеса вентилятора стали испытывать повышенные напряжения. Чтобы их уменьшить, на пере саблевидной лопатки установили антивиб­ рационную полку. В НК-8-4 реализовали оригинальную схему регулятора частоты вращения ротора. Модификация отличалась низким уровнем шума на взлете и отсутствием дымления на выхлопе, что открывало тогда широкие возможности эксплуатации на международных авиалиниях. В 1965 году двигатели НК-8-4 впервые подняли в небо самолет, а в 1968-м прошли госиспытания. На базе этой модификации потом еще были созданы опытный НК-8-5И и малосерийный НК-8-4К. Первый из них рассчитывали установить на модернизированный Ил-62М, но для этого самолета выбрали двигатели Д-30КУ П. А. Соловьёва. Второй предназначался для экраноплана «Орлёнок». Серийное производство НК-8-4 продолжалось до 1979 года, было выпущено 674 экземпляра всех его вариантов. На воздушном параде в честь 50-летия Октября, в 1967 году, Ил-62 появился во главе колонны самолетов гражданской авиации как ее флагман. Тем же летом в рамках (1) программы испытаний лайнер совершил дальний перелет по маршруту Мурманск – Северный полюс – Новая Земля – Свердловск – Москва. В сентябре был подписан акт государственных испытаний, и с рейса Москва – Алма-Ата Ил-62 начал регулярные пассажирские перевозки. Лайнер обслуживал протяженные внутренние авиалинии и почти сразу вышел на международные, в том числе трансконтинентальные, трассы. Большое внимание конструкторы самолета уделили обеспечению безопасности полетов согласно международным нормам. Например, благодаря резерву мощности двигателей и некоторым техническим решениям самолет при отказе на взлете одного из двигателей мог прекратить взлет и остановиться в пределах взлетно-посадочной полосы или же продолжать взлет с сохранением необходимой безопасной высоты. При отказе одного или даже двух двигателей самолет был способен совершить безопасный полет до ближайшего аэродрома. В случае неудавшегося захода на посадку Ил-62 имел возможность уйти на второй круг даже с двумя отказавшими двигателями. В варианте Ил-62 «Салон» этот самолет успел побывать бортом № 1, перевозившим Рассказывает заслуженный пилот СССР Александр Петров, который налетал на Ил-62 4 тысячи часов: –…Ил-62 в начале 1960-х был буквально чудом техники. Довелось летать на нём из Москвы во Владивосток, Магадан, Хабаровск, на Камчатку. Это были грандиозные полеты по дуге большого круга. <…> На расчетной высоте самолет развивал значительную путевую скорость, равную, практически, скорости вращения земли. Так, например, на полет из Камчатки в Москву, разница у которых по времени равна 9-ти часам, примерно столько же времени уходило… Так что, вылетев из Петропавловска-Камчатского в 12:00, мы в это же время в конце маршрута оказывались на аэродроме в Домодедово. Ил-62 – исключительно надежный самолет. Смирнов Ю. Реактивный флагман «Аэрофлота» // Крылья Родины. – 2001. – № 1 высокопоставленных государственных деятелей. В нём была комната отдыха, просторный зал для совещаний с телевизорами и телефонами, помещения для охраны и прочее.
Двигатели гражданских самолётов России 263 (2) Всего было построено 97 самолетов Ил-62, около 30 поставлены на экспорт: в Чехословакию, ГДР, Китай, Польшу. В 1970 году в производстве его сменил модернизированный Ил-62М. За создание двигателя НК-8 и самолета Ил-62 веду- щие специалисты конструкторских бюро Н. Д. Кузнецова и С. В. Ильюшина были награждены Ленинской премией. (1) Двигатели НК-8-4 на Ил-62 (2) Дальнемагистральный самолет Ил-62
264 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Опытный самолет Ту-154 (2) Предпоказ самолета Ту-154. 1968 Двигатель НК-8 выбрал и А. Н. Туполев, начиная разработку всем известного среднемагистрального Ту-154. (2) В начале 1960-х на линиях протяженностью от 1500 до 3500 км в «Аэрофлоте» трудились целых три совершенно разных пассажирских самолета одного назначения. Самым быстрым из них, развивавшим наибольшую крейсерскую скорость, был Ту-104, самым дальним и экономич- ным – Ил-18, а Ан-10 имел наилучшие взлетно-посадочные характеристики. Конструктивно эти самолеты сильно отличались друг от друга, а это означало, что «Аэрофлоту» приходилось содержать три разные системы техобслуживания, снабжения, обучения летного состава и так далее. Поэтому нужна была новая машина, способная заменить всех трёх предшественников и соединить в себе их лучшие качества. И еще она должна была вобрать передовые технические достижения, чтобы не устареть в ближайшие 15–20 лет и отвечать всё более строгим международным требованиям. Соответствующее постановление правительства вышло 24 августа 1965 года. Поиск оптимальной схемы самолета начался раньше и продолжался около двух лет. Были предложения вновь взять за основу компоновку Ту-104, как происходило в случае с ближнемагистральными Ту-124 и Ту-134. То есть новый лайнер тоже имел бы «военные корни», идущие от бомбардировщиков Ту-16 и Ту-95. А затем решили проектировать с чистого, «мирного» листа, с учетом потребностей
Двигатели гражданских самолётов России 265 (3) ЮРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ СУХОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Поднял в небо опытный самолет Ту-154 (3) Вентилятор двигателя НК-8-2 отечественного гражданского флота и других возможных заказчиков. Лайнер должен был не уступать строившемуся в США самолету Boeing-727 того же класса. Ту-154 создавался под уже существующий двигатель с известными параметрами, и это помогло самолетостроителям наилучшим образом увязать элементы планера и силовой установки. Разработка приспособленной специально для Ту-154 модификации двигателя под названием НК-8-2 началась тоже в 1965 году. Базовым для неё был НК-8 3-й серии с той же взлётной тягой – 9500 кгс. На НК-8-2 конструкторам удалось снизить удельный расход топлива – до 0,79 кг/кгс*ч на крейсерском режиме (у НК-8 3-й серии было 0,83 кг/кгс*ч). Это получилось благодаря установке специального смесителя потоков, который уменьшал потери давления при смешении газов внешнего и внутреннего контуров. Провели и другие мероприятия, улучшившие КПД компрессора, камеры сгорания и турбины. Кроме того, у НК-8-2 был новый механизм реверса тяги с управлением от основного рычага управления двигателей, коробка приводов агрегатов под стартер воздушного запуска мощностью 110 кВт (150 л. с.), привод генератора переменного тока постоянной частоты и более эффективная система противообледенения. В 1970 году двигатель прошел 300-часовые стендовые испытания и был запущен в серию на Казанском моторостроительном производственном объединении. В следующем году НК-8-2 прошел госиспытания, после чего выпускался еще около года (193 экземпляра), пока его не сменила следующая модификация. Для самолета Ту-154 была выбрана распространенная в то время схема низкоплана со стреловидным крылом и задним расположением трёх двигателей. Впервые в отечественной практике все основные системы самолета были многократно резервированы, что повышало его надежность и безопасность. Добавили вспомогательную силовую установку. Ос- новные двигатели работали по принципу избыточной тяги, то есть в крейсерском полете переводились на режим 0,7–0,75 от номинала. Это должно было положительно сказаться на ресурсе двигателей. Передовыми на тот момент решениями было использование необратимых бустеров на всех рулевых поверхностях самолета, конструкция основного шасси с трехосной тележкой и другие. Известие о новом лайнере появилось в советских газетах в 1966 году, а первый полет опытная машина совершила 3 октября 1968 года под управлением Ю. В. Сухова. Летные испытания были успешно закончены в декабре 1971 года. Требуемых данных в основном удалось достичь. Впечатляли скоростные характеристики: на крейсерском режиме скорость составляла 950 км/ч. Это очень высокая цифра и для современных пассажирских самолетов. Дальность полета со 164 пассажирами, багажом и резервами топлива – 3500 км. В мае 1971 года на Ту-154 начали перевозить почту: из Москвы в Тбилиси, Сочи, Симферополь и Минеральные Воды. Первый регулярный пассажирский рейс, Москва – Минеральные Воды, новый лайнер совершил 9 февраля 1972 года, в день 49-й годовщины «Аэрофлота».
266 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Двигатель НК-8-2У с реверсом (вид слева) (2) (2) Среднемагистральный самолет Ту-154Б-1. Створки капотов мотогондолы с двигателями НК-8-2У открыты Но на этапе испытаний выяснилось, что нужно повышать экономичность самолета, надежность отдельных его узлов и агрегатов. Расчетный ресурс Ту-154 был в 15 раз меньше заданного. Пришлось заново проектировать крыло и заменять его на всех уже построенных 120 бортах. Взлетный вес самолета вырос, и это привело к необходимости использовать двигатель с увеличенной тягой – НК-8-2У (до 10 500 кгс на взлётном режиме, что на 1000 кгс больше, чем у НК-8-2). Серийная модификация, оснащенная НК-8-2У, называлась Ту-154А. Вариант Ту-154Б уже имел требуемый расчетный ресурс – 15 000 полетных циклов (посадок) и многие усовершенствования, которые сделали лайнер вполне надежным и удобным воздушным судном. Модификация НК-8-2У стала более экономичной: удельный расход топлива на крейсерском режиме снизился до 0,766 кг/кгс*ч (на 0,024 кг/кгс*ч). Был повышен запас газодинамической устойчивости, увеличена максимальная обратная тяга при реверсировании. Учитывая опыт доводки базовых моделей, на этом двигателе внедрили технические решения, которые улучшили показатели надежности и ресурса. Модифицировали торцовые контактные уплотнения – для прижатия графитовых колец применили пружины, которые обеспечи(3) Среднемагистральный самолет Ту-154Б (3) (4) Грузовой Ту-154С
Двигатели гражданских самолётов России По данным Министерства гражданской авиации, в конце 1980-х годов самолеты с двигателями НК-8-2У и НК-8-4 обеспечивали перевозку почти 50% всего грузо-пассажирского потока СССР. Во время мероприятий по увеличению ресурса и надежности приходилось в эксплуатации сталкиваться с неожиданными дефектами. В декабре 1984 года в аэропорту города Красноярска через две минуты после взлета случилась катастрофа самолета Ту-154. При расследовании причин аварии было установлено, что на третьем двигателе произошло разрушение титанового диска первой ступени компрессора НД из-за возникновения и развития усталостной трещины в ободной части диска вследствие металлургического дефекта – вкрапления в титановый сплав куска нитрида титана размером 10 х 6 мм. Изучение металлургического производства заготовок для дисков компрессора показало его низкий технический уровень: отсутствовал качественный контроль над структурой изготавливаемых заготовок, не принимались меры для исключения попадания инородных тел в структуру заготовок. Вот так иногда Николаю Дмитриевичу с коллективом приходилось заниматься изучением возможности проявления дефектов буквально от руды. Орлов В. Н., Орлова М. В. Генеральный конструктор Н. Д. Кузнецов и его ОКБ. – Самара, 2011 вают надежный контакт при изнашивании колец. Усовершенствовали насос-регулятор и распределитель топлива. Повысили максимальное давление топлива перед рабочими форсунками. Ввели систему сигнализации опасной температуры подшипников и систему ограничения температуры выходящих газов. В линии откачки масла из опор установили магнитные пробки, которые дают возможность контролировать состояние деталей опор роторов. На двигателях НК-8-2У второй серии, чтобы устранить возможность титановых пожаров, титановый статор компрессора заменили стальным. НК-8-2У начали разрабатывать в 1971 году, и уже в следующем двигатель производился серийно. Госиспытания закончились 13 сентября 1973 года. На Казанском моторостроительном ПО эта модификация была выпущена большой серией – более 2500 экземпляров. Суммарная наработка двигателей НК-8-2У превышает 32 миллиона часов. Долгое время Ту-154 был основным советским среднемагистральным лайнером. На авиазаводе в Куйбышеве (ныне Самара) начиная с 1972 года было выпущено 42 экземпляра Ту-154, 78 – Ту-154А и 486 – Ту-154Б. Девять самолетов Ту-154Б были переоборудованы в грузовые варианты Ту-154С. Разные модификации Ту-154 с двигателями семейства НК-8 поставлялись на экспорт в Венгрию, Болгарию, Чехословакию, Румынию, КНДР, на Кубу. Некоторые машины эксплуатируются до сих пор. Однако уже в 1970–1980-х годах двигатели Н. Д. Кузнецова на самолетах Ил-62 и Ту-154 уступили свое место изделиям ОКБ П. А. Соловьёва. «Главное направление по совершенствованию КПД основных узлов, определяющих экономичность, достигло предела, но термодинамический цикл двигателя можно было улучшить, например, за счет увеличения степени повышения давления и температуры перед турбиной, – считал В. Н. Орлов. – Конечно, 267 это привело бы к серьезным переделкам двигателя, но оставлять удельный расход топлива на уровне 0,76–0,8 кг/кгс*ч в 1970-х годах было, безусловно, ошибкой нашего ОКБ. Тем самым мы позволили моторостроителям Пермского ОКБ потеснить нас в области гражданской и транспортной авиации» [181]. …Ту-154 направился в следующую страну – Судан. На борту самолета, выполнявшего демонстрационный полет, находились местные авиационные специалисты, летчики, бизнесмены. И они были поражены условиями, в которых была выполнена посадка. <…> Как и аэропорт Аддис-Абебы, аэропорт Хартума не имел никаких технических средств, облегчавших заход на посадку. Но к тому же разыгралась еще непроглядная пыльная буря. За века подобных бурь здешний песок превратился в мельчайшую взвесь. В дополнение ко всему ветер достигал 20 м/с и дул поперек полосы, жара – под 40 °. <…> После обеда техники проверили двигатели – боялись песка. Но пыльная взвесь оказалась не столь опасной. И вечером самолет покидал уже Хартум. За целый день никто другой не прилетал сюда и не улетал отсюда. Местный шеф-пилот сказал нашим летчикам, что здесь никому и в голову не могло прийти, что в такую погоду можно сесть на этом аэродроме. «Так, в грозу и пыльную бурю, – говорил Борисов, – мы завоевали авторитет нашему самолету». Амирьянц Г. А. Летчики-испытатели. Туполевцы. – М., 2008 (4)
268 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей В середине 1960-х годов «газотурбинная революция» в гражданской авиации продолжалась. Реактивных пассажирских самолетов появлялось всё больше, они становились всё более быстрыми и экономичными, авиабилеты сильно подешевели. Естественно, объем пассажирских воздушных перевозок стремительно вырос. И это привело к перегрузке главных аэропортов мира. Случалось даже так, что самолету приходилось ожидать разрешения на посадку дольше, чем занимал весь его рейс из пункта отправления! Интервал между взлетами и посадками в некоторых аэропортах сократился до 45 секунд, а свободных площадей стало очень мало из-за скопления самолетов и обслуживающей техники. Всё это ухудшало техническое обслуживание и в целом было небезопасно. Поэтому стало очевидным, что нужно создавать самолеты с большой пассажировместимостью, от 250 до 500 мест. Их использование позволило бы сократить число машин на воздушных трассах и снизить себестоимость перевозок. Первым таким лайнером в мире стал Boeing В747, поднявшийся в небо 9 февраля 1969 года. Интересно, что на его облик частично повлияло мнение, которое, как показала жизнь, было ошибочным. В то время считалось, что на средних и дальних линиях вскоре будут господствовать сверхзвуковые самолеты, поэтому В747 изначально разрабатывался как грузо-пассажирский с возможностью полного переоборудования в грузовой. Почти одновременно с Boeing работы над широкофюзеляжными самолетами начали фирмы Lockheed и McDonnell Douglas. Затем авиационные фирмы Великобритании, Франции и ФРГ приступили к созданию европейского самолета для сильно загруженных авиалиний малой и средней протяженности, для чего был образован консорциум Airbus Industrie. В нашей стране требования создать самолет на 350 пассажиров были оформлены в постановлении правительства 1969 года. Это задание было поручено ОКБ С. В. Ильюшина. (1) Компоновочная схема Ил-86 (1) (2) Двигатель НК-86 на пилоне под крылом Ил-86. Капоты мотогондолы сняты Конструкторы рассматривали разные варианты компоновок будущего Ил-86. Остановились на проекте с фюзеляжем, имеющим круглое сечение с диаметром 6,08 метра. Это больше, чем у зарубежных аналогов DC-10, L-1011 и A300, а значит, продольные проходы между креслами в пассажирских салонах получались шире. Девять кресел в ряду решили установить по схеме 3 + 3 + 3. В целом была принята схема низкоплана со стреловидным крылом и четырьмя двигателями на пилонах под крылом. А вот с выбором двигателей возникли серьезные трудности. Дело в том, что сначала планировалось применить Д-30КП – последний на тот момент двигатель третьего поколения, уже испытывавшийся на стенде. Его удельный расход топлива был всего на 10% больше, чем у первых представителей следующего поколения двухконтурных двигателей. До нефтяного кризиса 1973 года это было вполне терпимо. Специалисты сделали сравнительные экономические расчеты, которые показали, что если на Ил-86 установить новые двигатели четвертого поколения, то его полная рентабельность сравняется с рентабельностью такого же самолета, но с Д-30КП, только через 12 лет! И то при условии, что сроки и затраты на создание будут выдержаны, а показатели ресурса окажутся не хуже плановых. В итоге разработка двигателей большой степени двухконтурности в диапазоне взлетных тяг от 12 000 до 16 000 кгс была отложена. Тем более что моторные ОКБ в это время были загружены другими проектами, в основном военными. Так началось отставание СССР в использовании двухконтурных двигателей четвертого поколения для средних и дальних магистральных самолетов. Однако Д-30КП не попал на Ил-86. В 1974 году министерство гражданской авиации изменило требования к самолету. Практическая дальность полета с 40 тоннами коммерческой нагрузки была увеличена с 2600 км (на такие линии приходился 51% пассажиропотока) до 3600 км (65% пассажиропотока). Расчетный взлетный вес самолета вырос со 186 до 206 тонн, и тяги Д-30КП стало не хватать.
Двигатели гражданских самолётов России 269 (2) Возможностей повысить взлетную тягу этого двигателя до 13 000 кгс не нашли. Положение критическое: самолёт почти готов, а взлететь ему не на чем. А ведь он должен перевозить пассажиров уже во время московской Олимпиады 1980 года! Тогда представители министерства авиапрома обратились к Н. Д. Кузнецову. Именно в такой напряженной обстановке в 1974 году тогдашний министр Дементьев вызвал Кузнецова и, обрисовав положение, предложил начать работу над новым мотором. <…> – Так вот, Пётр Васильевич, – сказал Кузнецов, – принципиально новый мотор, да еще экономичный, за два года построить нельзя. – А что можно, чтобы успеть в положенные сроки? – У меня есть НК-8. В нём большие резервы. За два года его можно будет модифицировать на тягу порядка 13–13,5 тонны. <…> Наш мотор НК-8... прежнего поколения. Тогда вопросы экономичности, сами помните, еще не поднимались так остро. Естественно, что и этот не будет обладать такой экономичностью, как это теперь принято. И тогда начнут говорить за моей спиной, что я плохой мотор сделал. Дементьев усмехнулся: – Ты бы подумал, каково быть в моей шкуре. Ты вот о профессиональном своем уровне конструктора печешься, а я думаю о том, чтобы дать стране самолет. С моторами. А экономичный или нет – это вопрос второй, потому что экономику надо считать по самолету в целом, а не по моторам. У тебя вопрос престижный, а у меня государственный. Так что становись на государственную точку зрения и давай через два года мотор. Лазарев Л. Л. Сотворение мотора. – М.., 1990. Итак, в 1974 году, через пять лет после начала работ по самолету, в ОКБ Н. Д. Кузнецова приступили к созданию двигателя для него, взяв за основу газогенератор НК-8-2У. Сначала модификация называлась НК-8-6, затем дефис убрали, и полу- чилось НК-86. Камера сгорания – всё та же кольцевая многофорсуночная. Отличалась схема компрессора низкого давления: установили две новые ступени вентилятора и три подпорные ступени (заимствованы у двухконтурных двигателей с форсажем НК-25 и НК-22 для дальних бомбардировщиков Ту-22М3 и Ту-22М). Компрессор высокого давления имеет шесть ступеней, турбина высокого давления одноступенчатая, с неохлаждаемыми рабочими лопатками, турбина низкого давления двухступенчатая. В турбине впервые регулировались радиальные зазоры рабочих лопаток путем охлаждения статора турбины на крейсерском режиме. В. Н. Орлов отмечает, что эксперименты в этом направлении проводились ОКБ еще в начале 50-х, тогда как первые упоминания о подобных работах за рубежом появились только в 1978 году. Двигатель НК-86 пришлось серьезно доводить по уровню шума, чтобы он соответствовал ужесточающимся нормам. Для этого построили специальный стенд, единственный на тот момент во всей Европе. И впервые в отечественной практике испытали и применили на двигателе звукопоглощающие конструкции. «Эти ЗПК доставили массу хлопот нашим производ- ственникам, – вспоминал В. Н. Орлов, – потому что до нас в СССР ни одна организация не занималась их производством для авиации. Вначале не умели делать ЗПК цилиндрическими (поэтому внутренний контур оболочек вентиляторного воздуха был граненым), потом научились. Серийное производство ЗПК было поручено Куйбышевскому заводу "Металлист". Здесь же серийно выпускали камеры сгорания и реверсивные устройства, поставляя всё это на головной Казанский моторостроительный завод № 16…» [181] Звукопоглощающие конструкции представляли собой перфорированные особым образом листы с сотами из титановой фольги. Также, чтобы снизить шумность, увеличили осевые зазоры между венцами ротора и статора вентилятора. На НК-86 впервые в СССР применили комплексную автоматизированную систему диагностирования – «Анализ-86». Она позволяла оперативно оценивать исправность двигателя, прогнозировать его техническое состояние и выдавать рекомендации по устранению отказов. Новинками также были аналоговая электронная система управления двигателем и система защиты при обрыве лопаток компрессора.
270 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (3) (1) Двигатель НК-86. Кок, входной направляющий аппарат и первое рабочее колесо вентилятора с антивибрационными полками (2) Двигатель НК-86. Задняя опора турбины, центральное тело, стойки задней опоры (2) (3) Двигатель НК-86. Многофорсуночная камера сгорания, вал компрессора высокого давления (4) Двигатель НК-86. Задняя опора турбины, центральное тело, лепестковый смеситель и створки реверсивного устройства в частично прикрытом положении Имеет особенности и реверсивное устройство решетчатого типа: расположение створок – досопловое, с применением пневмосистемы для их привода. «Много неприятностей и огорчений доставила доводка реверса, так как его включение при посадке вызывало неустойчивую работу компрессора и даже "хлопки", – отмечал В. Н. Орлов. – Двигатели, расположенные на пилонах вдоль передней кромки крыла, находились очень близко к земле и неизбежно "заглатывали" реверсивную струю соседнего двигателя, что приводило к помпажу. <…> Кроме того, в двигатель попадает всё, что находится на взлетной полосе, – грязь, песок и прочее. <…> После цикла исследований и изучения опыта иностранных специалистов на реверсе двигателя НК-86 применили решетки реверса со сложным пространственным поворотом потока не только вперед, но и вбок. Однако полностью решить проблему с "хлопками" при помощи этого нововведения не удалось. Только введение уменьшения режима реверсирования по мере торможения самолета… помогло нейтрализовать эту проблему. И, хотя "хлопки" компрессора проявились на некоторых двигателях, летный состав знал, что они не снижают надежности двигателя» [181]. Взлетную тягу в 13 000 кгс получить удалось, и сделали это, как и требовалось, быстро: в том же 1974 году было проведено первое испытание двигателя. Однако по многим параметрам он закономерно отставал от зарубежных аналогов, так как был двигателем третьего поколения. Степень двухконтурности составляла всего 1,17 (у иностранных образцов того времени – в среднем в четыре с половиной раза больше), а удельный расход топлива на крейсерском режиме – 0,733 кг/кгс*ч (у американских CF6-6, JT9D-3 и английского RB211-22B – в среднем на 13% меньше). Межремонтный ресурс сразу был определен в 3000 часов, тогда как обычно двигателям третьего поколения такие значения устанавливали через несколько лет активной эксплуатации. (5) Двигатель НК-86. Вид на фронтовое устройство многофорсуночной камеры сгорания, компрессор высокого давления и его вал (6) Двигатель НК-86. Решетки и створки реверсивного устройства
Двигатели гражданских самолётов России 271 (4) (5) (6)
272 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1) Первый полёт опытного Ил-86. 22 декабря 1976 (2) Самолет-аэробус Ил-86 с двигателями НК-86. Вид на мотогондолы сзади. Видны решетки реверсивных устройств 22 декабря 1976 года экипаж под руководством Э. И. Кузнецова впервые поднял в небо опытный Ил-86. Уже в следующем году советский аэробус совершил перелет в Париж и был продемонстрирован на международном авиасалоне в Ле-Бурже. В апреле 1979-го завершились государственные испытания двигателя, он был передан в серийное производство на Казанское моторостроительное ПО. Самолет тоже успешно проходил испытания: заводская часть завершилась даже раньше срока, затем последовали этапы государственных и эксплуатационных испытаний, итогом которых стала сертификация самолета. Перед тем как отправиться в эксплуатацию, Ил-86 совершил 1414 полетов! Лайнер показал соответствие требованиям норм летной годности гражданских самолетов СССР и 24 декабря 1980 года получил сертификат типа. На испытаниях Ил-86 продемонстрировал крейсерскую скорость в 950 км/ч, дальность с максимальной платной нагрузкой и резервами топлива – 3800 км, с 350 пассажирами и багажом – 4350 км. Примечательная особенность советского аэробуса – система «багаж при себе плюс контейнеры». Входя в самолет, пассажиры сначала попадали в багажный отсек, расположенный на нижней грузовой палубе, где оставляли на стеллажах свои
Двигатели гражданских самолётов России В феврале 1980 года при взлете самолета Ил-86 на одном из двигателей возник титановый пожар. Самолет совершил аварийную посадку. Прогорели статор компрессора и наружная оболочка. Это привело к тому, что накануне открытия Олимпиады в Москве эксплуатацию Ил-86 прекратили. Началась почти двухлетняя борьба с титановыми пожарами. Проводились исследования причин возникновения пожара, методов борьбы с ним... В ходе экспериментов на стенде К-301 на «Химзаводе» были принудительно вызваны пожары на пяти выработавших ресурс двигателях. Один двигатель проверили на специальном стенде в ЦИАМ. <…> Пожар необходимо было вызвать в определенном месте, а это оказалось проблематичным. Помогло предложение конструктора отдела компрессоров В. Р. Вехова, который рекомендовал конструкцию так называемой «титановой спички» – оригинального устройства, состоящего из титановой пластины, дистанционно вводимой в щель в трактовом кольце до касания с ротором. Устройство работало безотказно... С его помощью были проверены все мероприятия по локализации пожара и система защиты. Орлов В. Н., Орлова М. В. Генеральный конструктор Н. Д. Кузнецов и его ОКБ. – Самара, 2011 сумки и чемоданы, а затем поднимались на верхнюю пассажирскую палубу, в салон. Выходя, они также самостоятельно забирали свой багаж. В контейнерах перевозили крупногабаритный багаж и попутный груз. Система была удобной и сильно экономила время. Многие наши аэропорты тогда были плохо приспособлены к обработке большого количества багажа, пассажиры других самолетов могли затратить на его оформление и затем получение столько же времени, сколько длился сам полёт. Не каждый аэропорт обладал и нужным количеством пассажирских трапов, поэтому Ил-86 «возил их с собой»: встроенные трапы обеспечивали более быструю посадку одновременно в три пассажирских салона. Благодаря конструкции трехопорного шасси Ил-86 мог эксплуатироваться на взлетно-посадочных полосах, не приспособленных для тяжелых самолетов. Через два дня после получения сертификата советский аэробус совершил первый рейс с пассажирами по маршруту Москва – Ташкент. Еще через три недели он вышел и на международные линии, начав с трассы Москва – Берлин. Основными его направлениями были курортные рейсы средней протяженности с большим пассажиропотоком, например, из Москвы на Кавказ и в Крым. Себестоимость перевозок на этих линиях у Ил-86 оказалась на 20% ниже, чем у Ту-154Б. Летал он и на Урал, и в Среднюю Азию, выполнял даже трансатлантические рейсы с промежуточными посадками. Благодаря Ил-86 удалось разгрузить самые напряженные воздушные зоны. Эти самолеты перевозили до 70 тысяч пассажиров в сутки. Багажный отсек Ил-86. Внутренняя лестница, ведущая в пассажирский салон. Стеллаж для багажа 273 ГЕОРГИЙ НИКОЛАЕВИЧ ВОЛОХОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Установил 18 мировых рекордов на самолете Ил-86 В сентябре 1981 года на серийном Ил-86 экипаж лётчика-испытателя Г. Н. Волохова установил в двух полетах 18 мировых рекордов. С коммерческим грузом от 35 до 65 тонн на замкнутом маршруте в 2000 км самолет развил среднюю скорость 971 км/ч, а с коммерческим грузом от 30 до 80 тонн на замкнутом маршруте протяженностью 1000 км – 956 км/ч.
274 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей При эксплуатации самолета выяснилось, что двигатели не обеспечивают его полной загрузки летом в южных аэропортах, потому что не развивают нужную взлетную тягу при температуре окружающего воздуха выше +30 °С. Конструкторы решили эту проблему на модификации НК-86А, которая имеет монокристаллические рабочие лопатки первой ступени турбины из материала ЖС-30. В этом двигателе также усилены диски турбины всех ступеней, установлен новый сопловой аппарат первой ступени с нижним подводом воздуха. Несколько повышен запас газодинамической устойчивости компрессора и уменьшен выброс вредных примесей на режиме малого газа путем перераспределения расхода топлива между форсуночными контурами. Взлетная тяга двигателя выросла на 300 кгс и составила 13 300 кгс, увеличился и межремонтный ресурс – в два раза, до 6000 часов. Модификация прошла госиспытания и с 1987 года производилась на Казанском МПО. (1) Выкатка Ил-86 из ангара Воронежского авиазавода (1) (2) Перевозка новобранцев к месту службы на Ил-86 (2) Всего до 1993 года было выпущено около 500 двигателей НК-86 в разных вариантах. Самолетов Ил-86 на Воронежском авиазаводе построили чуть более 100. Три экземпляра выполнены как летающие командные пункты для управления вооруженными силами в случае ядерной войны (они называются Ил-80). Эти модификации выполняют полеты по сей день. Серьезные летные происшествия с участием этого лайнера можно пересчитать по пальцам, причем двигатели НК-86 ни разу не были их причиной. Однако их недостатки: «прожорливость», шумность и недостаточная тяга, вызванная увеличением взлетного веса при серийном производстве до 215 тонн (ходила шутка, что Ил-86 «взлетает только потому, что Земля круглая») – стали основной причиной прекращения эксплуатации отечественного аэробуса. В начале XXI века он не выдержал конкуренции с самолетами, которые оснащались более экономичными двигателями поколений 4 и 4+. Последний коммерческий рейс Ил-86 совершил в 2011 году. Самолет Ил-86 и двигатели НК-86 стали рекордсменами по надежности и безопасности: за тридцать с лишним лет службы они «не убили» ни одного пассажира, а перевезли больше 100 миллионов человек.
Двигатели гражданских самолётов России 275 Летающий командный пункт Ил-80 с двигателями НК-86 Двигатель НК-86 под крылом самолета Ил-86
276 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России 277 Самолёт Ил-86
278 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Малый ракетный корабль проекта 903, экраноплан «Лунь» летит в экранном режиме на скорости 500 км/час (2) Экраноплан «Лунь». Вид на сопла двигателей НК-87 (2) На базе НК-86 в Казанском проектном бюро машиностроения были разработаны серийные «морские» двигатели НК-87 для экранопланов «Лунь» и «Спасатель». Изделия семейства НК-8 стали основой новаторских разработок, связанных с применением альтернативного топлива. После энергетического кризиса 1973 года появились прогнозы о том, что разведанные запасы нефти будут исчерпаны в начале наступающего тысячелетия. Авиационный керосин, утверждали эксперты, станет безумно дорогим, а потом и вовсе исчезнет. За рубежом много гово- рили о возможности создания двигателей на жидком водороде. В СССР эти идеи практически воплотили в реальность. ОКБ Н. Д. Кузнецова с середины 1970-х исследовало возможности применения в авиадвигателях криогенного топлива: жидкого водорода или сжиженного природного газа. Жидкий водород почти втрое превосходит углеводородные топлива по тепло­ творной способности, что делает двигатель невероятно экономичным, и отличается экологической чистотой. Но его использование в роли авиатоплива связано со многими вопросами, которые предстояло решить ученым и конструкторам. Разработанный в ОКБ Н. Д. Кузнецова авиадвигатель на жидком водороде назывался НК-88. Он представлял собой вариант НК-8-2 без изменения газовоздушного тракта и силовой схемы, но со специальной пневмогидравликой, системой регулирования и управления, новым насосом и его приводом.
Двигатели гражданских самолётов России 279 (3) (3) Двигатель НК-88 (4) (4) Двигатель НК-88. Входной направляющий аппарат и рабочее колесо вентилятора с антивибрационными полками (5) Двигатель НК-88 (5)
280 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Первый полет самолета – летающей лаборатории Ту-155. 15 января 1988 (2) (2) Самолет Ту-155. В правой мотогондоле двигатель НК-88, работающий на жидком водороде Впервые в мире самолет с двигателем на жидком водороде взлетел в апреле 1988 года. Это был экспериментальный Ту-155, переделанный из Ту-154. На нём заменили только один двигатель, оставив два других работающими на керосине. Удельный расход топлива на крейсерском режиме снизился до невероятной цифры – 0,296 кг/кгс*ч. Тем не менее проект был свернут из-за распада СССР. В ОКБ Н. Д. Кузнецова занимались и двигателем на сжиженном природном газе – НК-89. Это топливо тоже дает меньше вредных выбросов в атмосферу, чем керосин, имеет большую теплотворную способность, а стоит примерно так же. Конструкторы создали двигатель с двухтопливной системой питания, который мог работать как на керосине, так и на газе. Он прошел испытания с удовлетворительной оценкой. В январе 1989 года экспериментальный самолет Ту-156 с двигателем на сжиженном природном газе поднялся в воздух. В октябре того же года он совершил показательный перелет по маршруту Москва –
Двигатели гражданских самолётов России 281 (3) Братислава – Ницца и потом еще несколько раз летал за границу для участия в выставках и конференциях. В 1994 году вышло постановление правительства о создании грузо-пассажирского самолета Ту-156 с двигателями НК-89, работающими на криогенном газовом топливе, но профинансировано оно не было. Достижения российских конструкторов во главе с Н. Д. Кузнецовым в области применения альтернативных видов топлива на авиадвигателях опередили весь мир. Однако этот задел пока не ­использован. (3) Самолет – летающая лаборатория Ту-155 (4) Экспериментальный турбореактивный двухконтурный двигатель НК-88 (4)
282 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Вершина третьего поколения Д-30КУ/КП/КУ-154 Модификации Д-30КУ/КП/КУ-154 продолжили эволюцию удачного двигателя Д-30. Они создавались для того, чтобы обеспечить самолетам бóльшую грузоподъемность, дальность и экономичность. Ими оснащались, пожалуй, самые знаменитые транспортные и пассажирские лайнеры СССР: Ил-76, Ил-62М, Ту-154М. История этих модификаций началась с варианта Д-30К. Буква «К» в названии означает увеличенную степень двухконтурности – 2,35: она повысилась более чем в два раза по сравнению с исходным Д-30. Разработка Д-30К началась в Пермском ОКБ-19 в 1966 году по приказу МАП. В авиационных кругах есть легенда, что создать двигатель на замену НК-8-4 для самолета Ил-62 решили после одного из тайных перелетов Фиделя Кастро из Москвы в Гавану. При пересечении Атлантического океана, двигаясь против сильного ветра, Ил-62 израсходовал много топлива, ему потребовалась дозаправка. Ближайшим попутным аэродромом была военная база НАТО на острове Ньюфаундленд. Как говорится, дело пахло керосином: дипломатического иммунитета у кубинского лидера на этой территории не было. «Командиру экипажа, шеф-пилоту правительственного авиаотряда Алексею Майорову, хитростью удалось избежать досмотра воздушного судна. Ситуацию тогда удалось разрешить, но советское руководство сделало выводы. Оно потребовало от Дементьева установить на Ил-62 двигатели, которые позволят ему перелетать через океан без дозаправки» [114].
283 Двигатели гражданских самолётов России Фидель Кастро у борта Ил-62 сква – Вашингтон, при любом направлении ветра. То есть от Д-30К требовался значительно меньший удельный расход топлива, но габаритные размеры при этом нужно было сохранить близкими к заменяемому НК-8-4. Такое условие и ограничило двухконтурность значением 2,35 (при двухкон- Правда это или нет, но у «Аэрофлота» действительно были претензии к недостаточной дальности полета Ил-62 с двигателями НК-8-4. Более экономичные и мощные модификации на основе Д-30К должны были обеспечить беспосадочные перелеты в Западное полушарие, в том числе на рейсах Москва – Гавана и Мо- Параметры и выходные данные двигателя турности более 4 двигатель мог бы стать представителем четвертого поколения). Д-30К проектировался на 11 500 кгс взлетной тяги. Это двухконтурный двухроторный двигатель со смешением потоков наружного и внутреннего контуров. Газогенератор сначала собирались оставить таким же, как у Д-30. Больший расход воздуха через него должны были обеспечить подпорные ступени, устанавливаемые на одном валу с вентилятором. В окончательном проекте компрессор высокого давления был смоделированным в большую сторону (на 11% по диаметру) и с дополнительной ступенью на входе. От подпорных ступеней отказались, что повысило газодинамическую устойчивость. Конструкция ротора компрессора высокого давления сохранилась прежней. Д-30КУ-01 Д-30КУ-02 Д-30КП-01 Д-30КП-02 Д-30КУ-154-01 Д-30КУ-154-03 Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс 11 000 11 000 12 000 12 000 10 500 10 500 Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) 0,498 0,498 0,51 0,51 0,498 0,482 269 269 280 280 263 265 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 17,4 18,6 19,45 20,1 18 - Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0 в САУ), K 1385 1356 1427 1395 1336 1316 Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0) 2,45 2,29 2,38 2,24 2,5 - Тяга на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кгс 2750 2750 2750 2750 2750 2750 0,7 0,7 0,705 0,7 0,71 0,69 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кг/(кгс*ч) Масса двигателя, кг 2658 2668 2658 2650 2675 2307 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,2409 0,2445 0,2200 0,2208 0,2548 0,2197 Диаметр входа в компрессор, м 1,455 1,455 1,455 1,455 1,455 1,455 Удельная лобовая тяга, кгс/м2 6616 6616 7217 7217 6315 6315 161,8 161,8 168,4 161,8 158,8 159,4 - - - - - 2675 Лобовая производительность вентилятора (кг/с)/м 2 Масса сухая с реверсом
284 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Двигатель Д-30КУ (2) Продольный разрез турбины двигателя Д-30КП (2) Вентилятор стал трехступенчатым, так как при большей степени двухконтурности степень повышения полного давления за вентилятором должна быть меньше. При его создании также был использо- ван метод моделирования вентилятора Д-30 – диаметр увеличили на 51%. Первая сверхзвуковая ступень имеет бандажную полку. Остальные лопатки соединяются с дисками шарнирными замками, что устраняет их изгиб от окружных сил. Для того чтобы разместить под камерой сгорания опору турбины высокого давления, между жаровыми трубами установили стойки, которые соединили наружный и внутренние кожухи камеры сгорания (на предшественниках здесь применялась диафрагма). Сопловой аппарат первой ступени турбины высокого давления охлаждается конвективно-пленочным способом, а второй ступени – конвективным, с выпуском воздуха в щель у задней кромки. В отличие от Д-30, здесь охлаждаются уже рабочие лопатки двух ступеней. Такая схема охлаждения позволила увеличить температуру перед турбиной на 90 градусов. Турбина низкого давления стала четырехступенчатой (добавлены две ступени). Все её лопатки выполнены с бандажными полками.
Двигатели гражданских самолётов России (3) 285 (4) (3) Компрессор высокого давления (4) Компрессор низкого давления (5) (5) Основные узлы статора КВД (6) (6) Ротор компрессора низкого давления в разобранном виде На основе Д-30К практически параллельно были созданы унифицированные модификации Д-30КУ и Д-30КП. Вариант Д-30КУ предназначался для Ил-62М, а Д-30КП – для Ил-76. «Во второй половине шестидесятых годов ОКБ С. В. Ильюшина по заданию ВВС разрабатывало тяжелый военно-транспортный самолет Ил-76, способный перевозить грузы массой до 33 т (позднее – до 40 т). При максимальной расчетной взлетной массе 170 т для получения приемлемых летно-тактических данных суммарная тяга его двигателей должна была составлять 45... 48 тс. Двухконтурные двигатели в классе тяги 10... 11 тс в нашей стране строились в то время только по чертежам ОКБ Н. Д. Кузнецова – это были НК-8 и их модификация НК-8-4, предназначенные для дальнего магистрального лайнера Ил-62. Казалось бы, итог игры предопределен, но П. А. Соловьёв пообещал С. В. Ильюшину разработать не менее мощные, но в то же время более экономичные двигатели на базе Д-30» [171]. Как видно по данным двигателя, обещание было сдержано. Удельный расход топлива на крейсерском режиме Д-30КП составил 0,705 кг/кгс*ч, а у НК-8 разных модификаций – от 0,766 до 0,83 кг/ кгс*ч.
286 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (3)
Двигатели гражданских самолётов России 287 (1) Турбина низкого давления, задняя опора с термопарами, смеситель и выходное устройство двигателя Д-30КУ (5) (2) Первый сопловой аппарат и первое рабочее колесо турбины высокого давления двигателя Д-30КУ (3) Промежуточный корпус, привод регулируемого входного направляющего аппарата двигателя Д-30КУ (4) (4) Ротор компрессора низкого давления двигателя Д-30КУ (5) Передняя упругодемпферная опора компрессора высокого давления типа «беличье колесо» двигателя Д-30КП (6) (6) Турбина двигателя Д-30КУ
288 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1) Двигатели Д-30КУ в мотогондолах самолета Ил-62М (3) Реверсивное устроство двигателя Д-30КУ. Внутренняя сторона (2) Реверсивное устройство двигателя Д-30КУ. Наружная сторона Эти двигатели были разработаны Пермским МКБ в очень сжатые сроки: так, на создание Д-30КУ ушло всего семь месяцев. Удалось сократить и время на доводку – за счет того, что практически все узлы и детали Д-30КУ и Д-30КП были одинаковыми, общими стали и многие виды испытаний. Самое явное конструктивное отличие между Д-30КУ и Д-30КП – схема реверсивного устройства. У Д-30КП поток выхлопных газов направлен горизонтально в разные стороны, а у Д-30КУ створки ковшового реверсивного устройства поворачиваются в вертикальной плоскости, поток газов выходит вверх и вниз. Это связано с различием в расположении двигателей Д-30КП на самолете Ил-76 и Д-30КУ на самолете Ил-62М. До Д-30КУ такое реверсивное устройство, не влияющее на характеристики двигателя при прямой тяге, в отечественной практике (3) не применялось. Есть также модификация Д-30КУ без реверсивного устройства для установки во внутренних гондолах Ил-62М. Д-30КП отличается большей максимальной тягой (буква «П» и означает «повышенная тяга»), которую достигли путем увеличения температуры газа перед турбиной: она на 35 градусов выше, чем у Д-30КУ. Кроме того, у «КУ» и «КП» разный состав агрегатов. Д-30КП оборудован широким набором систем защиты и раннего обнаружения неисправностей. Среди них – системы ограничения максимальной частоты вращения роторов и максимального давления воздуха за компрессором высокого давления; система ограничения температуры газа за турбиной; система контроля и сигнализа-
Двигатели гражданских самолётов России 289 (4) ции о вибронагрузках двигателя; сигнализация о наличии металлической стружки в масляной системе и многие другие. В октябре 1971 года госиспытания прошел Д-30КУ, а уже через пять месяцев – Д-30КП. С момента своего создания в течение семи лет (до появления знаменитых двухконтурных CFM56) Д-30КУ/КП были самыми экономичными в своем классе тяги. За их разработку П. А. Соловьёв был удостоен Ленинской премии, а коллектив пермского МКБ – премии Совета министров СССР. Первый полет опытного Ил-62М с четырьмя двигателями Д-30КУ состоялся 5 марта 1969 года (командир экипажа Я. И. Верников). Испытания показали: по сравнению с базовым серийным Ил-62 практическая дальность полета Ил-62М (4) Дальнемагистральный самолет Ил-62М (5) Посадка самолета Ил-62М с включенными реверсивными устройствами двигателей Д-30КУ с максимальной коммерческой нагрузкой (23 тонны, в том числе 186 пассажиров) выросла на 1500 км – до 8040 км. А с 60 пассажирами на борту лайнер теперь был способен без посадок преодолеть 11 050 км. В зависимости от протя- женности маршрута Ил-62М мог принимать коммерческую нагрузку в среднем на 40% больше, чем Ил-62. Например, в рейсах из Москвы в Токио Ил 62М брал на борт 18 тонн, тогда как его предшественник – 13 тонн. (5)
290 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей В 1982 году началось производство модификации Д-30КУ второй серии, с сохранением взлетной тяги при более высокой (до +30 °С) температуре окружающего воздуха. Всего было построено около 200 самолетов Ил-62М, четверть из них стали экспортными. Они поставлялись в Анголу, Венгрию, Мозамбик, ГДР, КНДР, Польшу, Румынию, на Кубу и в другие страны. ИРАИДА ФЁДОРОВНА ВЕРТИПРАХОВА Заслуженный пилот СССР. Установила ряд женских мировых рекордов на Ил-62М В 1974 году серийные Ил-62М, собранные на Казанском авиационном заводе, начали перевозить пассажиров. На протяжении двух следующих десятилетий они оставались основными дальнемагистральными самолетами «Аэрофлота». Эти лайнеры использовались как на международных маршрутах (в том числе из Москвы на Сейшелы через Индию, на Острова Зелёного Мыса, в Мексику и т. д.), так и на внутренних линиях, связывающих Москву с аэропортами Сибири и Дальнего Востока. На самолете Ил-62М в 1975 году повторили знаменитый маршрут В. П. Чкалова: Москва – Сиэтл через Северный полюс. В этот раз перелет занял 11 часов, экипажу Чкалова на АНТ-25 понадобилось почти 2,5 суток. Осенью 1977 года на Ил-62М экипаж И. Ф. Вертипраховой установил серию женских мировых рекордов: дальности и скорости полета по замкнутому маршруту, дальности полета по прямой (10 086,7 км, маршрут София – Владивосток). Испытания двигателя Д-30КУ В конце 1980-х в нашей стране появились более эффективные дальние пассажирские самолеты, и лидерство Ил-62М в этом сегменте постепенно сошло на нет. Экономические и экологические характеристики двигателей Д-30КУ также перестали удовлетворять растущим требованиям заказчиков. Однако несколько экземпляров Ил-62М продолжают эксплуатироваться.
Двигатели гражданских самолётов России Самолет Ил-62М Самолет Ил-62М на взлете 291
292 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) Первый взлет опытного самолета Ил-76. 25 марта 1971 (2) Самолет-заправщик Ил-78 АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ ТЮРЮМИН Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Установил серию мировых рекордов на самолете Ил-76 (1) ЭЛЬВИРА ФОМИЧЁВА (2) А опытный прототип Ил-76 с четырьмя двигателями Д-30КП совершил свой первый полёт 25 марта 1971 года (командир экипажа – Э. И. Кузнецов). В следующем году самолет уже демонстрировался на международном салоне в Ле-Бурже. В 1974-м завершились государственные испытания Ил-76, он был передан в эксплуатацию частям военно-транспортной авиации ВВС. Серийно производился в Ташкенте. За создание самолета Ил-76 сотрудникам ОКБ Ильюшина вручили Ленинскую премию. Разработка Д-30КП второй серии была связана с требованием увеличить нагрузку самолета Ил-76 на 5000 кг при более высокой температуре наружного воздуха (+30 ° С). Этого добились, раскрыв турбину низкого давления, вследствие чего умень- шилась двухконтурность, но увеличилась степень повышения давления. Д-30КП устанавливались на разных вариантах «семьдесят шестого»: модифицированном Ил-76М, транспортном Ил-76Т, модифицированном дальнем Ил-76МД, транспортном дальнем Ил-76ТД, противопожарном Ил-76ТП, летающей лаборатории Ил-76ЛЛ, воздушном командном пункте Ил-82, топливозаправщике Ил-78 (сегодня это единственный специализированный тип самолетов-заправщиков на вооружении ВВС России), а также на самолете дальнего радиолокационного обнаружения А-50. Версией Д-30КПВ без реверсивного устройства оснащались самолеты-амфибии А-40 (два опытных экземпляра), модификацией Д-30КП-Л – имитаторы невесомости Ил-76К. В 1975 году на Ил-76 был установлен целый ряд рекордов. Экипажи лётчиков-испытателей А. М. Тюрюмина и Я. И. Верникова продемонстрировали незаурядные возможности самолета: подниматься на высоту 11 875 м с грузом 70 тонн, развивать скорость 857,657 км/ч при дальности 1000 км с нагрузкой 70 тонн и другие. Парашютисты совершали с Ил-76 высотные затяжные прыжки из стратосферы, одиночные и группами. Так, 26 октября 1977 года спортсменка Эльвира Фомичёва прыгнула с высоты 15 760 метров и преодолела в свободном падении 14 800 метров. Этот рекорд до сих пор не побит.
Двигатели гражданских самолётов России (3) Выброска парашютного десанта во время учений из самолета Ил-76МД (3) (4) (5) Самолет Ил-76ТД (транспортный дальний), оснащенный выливным устройством, выполняет сброс воды (6) Самолет-амфибия А-40 с двигателями Д-30КПВ 293 (4) Военно-транспортный самолет Ил-76МД (модифицированный дальний) с двигателями Д-30КП С 1976 года началась эксплуатация Ил-76 без кормовой пушечной установки (с обозначением Ил-76Т) в «Аэрофлоте». Он широко применялся для транспортировки крупногабаритных грузов в районы Крайнего Севера, Западной и Восточной Сибири, Якутии, Заполярья и Чукотки. Сложные погодные условия, заснеженные или грунтовые аэродромы этот самолет не пугали. Уже больше 40 лет Ил-76 остается основной «рабочей лошадкой» ВДВ и главным воздушным «грузовиком» в нашей стране. Это один из лучших в мире рамповых самолетов и самая массовая в мире модель реактивного транспортника. Во многом благодаря двигателям Д-30КП он имеет повышенную тяговооруженность, хорошие летно-технические и взлетно-посадочные данные. До сих пор на долю Ил-76 приходится 90% перевозок экстренных грузов МЧС, он активно используется в гуманитарных программах во всём мире, в том числе работает в зонах стихийных бедствий и доставляет грузы ООН. Всего было выпущено около 950 Ил-76 всех модификаций, более 120 экземпляров поставлено на экспорт: в Алжир, Индию, Йемен, Иран, Ливию, Северную Корею, Китай и многие другие страны. (5) (6)
294 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (3)
Двигатели гражданских самолётов России (4) (1) Двигатель Д-30КП в музее ПАО «ОДК-Сатурн» (3) Реверсивное устройство двигателя Д-30КП (2) Передняя опора компрессора низкого давления двигателя Д-30КП (4) Центральный привод двигателя Д-30КП (5) Компрессор высокого давления двигателя Д-30КП 295 (6) Межвальный подшипник – передняя опора ротора турбины низкого давления двигателя Д-30КП (7) Камера сгорания двигателя Д-30КП (6) (5) (7)
296 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Вслед за дальнемагистральным Ил-62 двигателями Соловьёва был ремоторизирован уже ставший массовым среднемагистральный Ту-154. Серийные Ту-154 с тремя двигателями НК-8-2 летали с 1971 года, а через десять лет начались испытания варианта Ту-154М, оснащенного уже двигателями Д-30КУ-154. Эта модификация незначительно отличалась от Д-30КУ. Конструкторы доработали реверсивное устройство, сопло, системы управления, установили дополнительные агрегаты. Госиспытания Д-30КУ-154 прошли в 1979 году. В 1982-м поднялся в воздух опытный экземпляр Ту-154М с этими двигателями. Испытания показали, что с ними самолет стал на 7,3% экономичнее, чем с НК-8-2У. В 1985 году Ту-154М совершил первый пассажирский рейс из Внуково в Надым, началась регулярная эксплуатация лайнера. К тому времени на Рыбинском моторостроительном заводе уже серийно производилась модификация Д-30КУ-154 второй серии. Расход топлива снизили еще на 2,5% благодаря применению сотовых уплотнений в компрессоре и турбине и уменьшению радиальных зазоров. Топ­ ливную эффективность повышало также использование лепесткового смесителя новой конструкции. Усовершенствованная система реверса тяги поворачивала реверсивную струю в сторону от фюзеляжа, то есть исключала попадание посторонних предметов на вход двигателя и воздействие струи газов на фюзеляж. Замкнутая система дренажа сделала двигатель также более экономичным и экологичным. Благодаря снижению температуры газов перед турбиной был увеличен ресурс. Специальное оборудование помогло снизить шумность двигателей – самолеты с ними соответствовали требованиям ИКАО по охране окружающей среды и в 2004 году. Для того чтобы характеристики двигателя отвечали возрастающим международным стандартам, была спроектирована и сертифицирована малоэмиссионная камера сгорания. (1)
Двигатели гражданских самолётов России (1) Сборка Д-30КУ-154 Кадр из фильма «Ёлки-2». Обыгрывается подлинный авиационный инцидент, случившийся в 2010 году: аварийная посадка полностью обесточенного Ту-154М на неприспособленном для этого аэродроме Ижма в Коми В течение 15 лет Ту-154М с двигателями Д-30КУ-154 был основным пассажирским самолетом в нашей стране, связавшим более 80 городов нашей страны и зарубежья. Силовыми установками на основе Д-30КУ-154 оснащались отечественные и некоторые иностранные правительственные лайнеры. В общей сложности на заводе в Самаре произвели 320 Ту-154М, из них более 100 поставили на экспорт. Мелкосерийное производство этого самолета продолжалось до 2013 года, хотя уже в начале 1980-х разрабатывался пришедший ему на смену более экономичный Ту-204. За очень продолжительную историю эксплуатации двигатели Д-30КУ/КП/КУ-154 несколько раз становились виновниками авиапроисшествий. Инциденты случались, например, из-за нелокализованного разрушения двигателей, ложного срабатывания системы сигнализации и др. Неисправности устраняли соответствующими мероприятиями. «Слабым местом» этих двигателей долгое время оставался межвальный подшипник передней опоры турбины низкого давления. Его дефект дважды обернулся крупными катастрофами. В 1987 году из-за него разбился Ил-62М польской авиакомпании LOT, погибли 183 человека. В 1989 году загорелся в воздухе и упал в Каспийское море самолет Ил-76МД Военно-воздушных сил СССР под Баку, погибли 57 человек. «Комиссия по расследованию авиационного происшествия установила, 297 (2) Самолет Ту-154М с двигателями Д-30КУ-154 что при работе двигателей на взлётном режиме произошло разрушение вала турбины низкого давления двигателя Д-30КП вследствие разрушения межвального подшипника (МВП). Разлетающиеся детали дисков турбины повредили топливные коммуникации и баки – возник пожар. Выгорание верхней поверхности левой консоли крыла вызвало изменение его аэродинамической формы и, как следствие, непарируемый кренящий момент» [138]. Вспоминает Г. П. Матвеенко, в 1980-е годы – главный конструктор филиала Пермского МКБ в Рыбинске: – Работа с дефектами была связана с расследованиями по большинству аварийных ситуаций, в которых мне по роду службы приходилось участвовать. Я не очень люблю вспоминать трагический случай в Варшаве, когда по причине выхода из строя межвального подшипника потерпел катастрофу Ил-62М. Это случилось 9 мая 1987 г. с рейсом «Варшава – Нью-Йорк – Сан-Франциско». Потом была еще одна авиакатастрофа под Баку [18.10.1989]. Всё это было очень болезненно и тяжело для завода. Но благодаря тщательному анализу всех случаев, исследованиям и проведенным испытаниям коллективу КБ тогда удалось найти выход из ситуации и уйти от дефекта межвального подшипника. Сатурн 2014. Связь поколений. Конструкторская школа. – Рыбинск, 2014 (2)
298 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Если спроецировать Ту-154, как некую самостоятельную субстанцию, на мир людей, то это несомненно самолетличность. То есть абсолютно самобытное явление. Это последний самолет той эпохи, когда стиль конструкции самолета был узнаваем. Это истинно российский самолет-труженик с неслыханной после Ил-18 сферой применения. Это самолет сугубо гражданский, без тени какойлибо «военщины», а потому изначально гуманный. Вульфов А., Колесник Д. «Рабочая лошадка» Ту-154: 30 лет в небе // Авиация и космонавтика. – 1998. – № 11–12 Гражданские двигатели третьего поколения ОКБ П. А. Соловьёва, начиная со времени создания первого двухконтурного и до середины 1980-х годов, прошли серьезный путь эволюции. Степень двухконтурности выросла с 1 до 2,36. Взлетная тяга увеличилась с 5500 кгс (у Д-20П) до 12 000 кгс (у Д-30КП), тяга на крейсерском режиме повысилась в 2,4 раза – с 1150 до 2750 кгс. Удельный расход топлива, наоборот, значительно снизился. Заметно улучшились и другие параметры. Первоначальный назначенный ресурс Д-30КУ составлял всего 200 часов. Со временем, в результате многолетней доводки, он был поэтапно увеличен до 18 тысяч часов. Ресурс Д-30КП вырос до 14 тысяч часов, а Д-30КУ-154 – до 24 тысяч часов. Двигатели Д-30КУ/КП/КУ-154 производились на Рыбинском моторостроительном заводе (позже ОАО «Рыбинские моторы», объединившее серийный завод и конструкторское бюро, ныне ПАО «ОДК-Сатурн»). Всего изготовлено 1620 экземпляров Д-30КУ, больше 5200 экземпляров Д-30КП разных серий и свыше 1500 Д-30КУ-154. Выпуск Д-30КП продолжается до сих пор. Самолет Ту-154М
Двигатели гражданских самолётов России 299 Общая наработка Д-30КУ/КП/КУ-154 превысила 56 миллионов часов (все вместе они проработали уже 6 с лишним тысячелетий)! Во второй половине 80-х годов самолёты с этими двигателями так активно использовались, что на них приходилось более 60 процентов всех гражданских перевозок в Советском Союзе. Отдельные машины эксплуатируются до сих пор.
300 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Малое дитя Союза АИ-25 Основные данные АИ-25 – первый в СССР двухконтурный двигатель малой тяги. В 1960–1970-е годы во всех регионах нашей страны была хорошо развита сеть местных воздушных линий: более 40% авиапассажиров пользовались региональными рейсами. Самолеты курсировали между городами и небольшими райцентрами, словно электрички. На маршрутах малой протяженности, от нескольких десятков до 1500 километров, тоже нужны были реактивные крылатые машины, а для них – современные двигатели в классе тяги от 400 до 3500 кгс. АИ-25 АИ-25ТЛ АИ-25ТЛК Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс 1500 1720 1720 Удельный расход топлива на взлётном режиме, (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) 0,564 0,575 0,575 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 44,8 46,8 - 8 9,5 - 1145 1230 - Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0) 2,2 1,98 - Тяга на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кгс 452 515 - 0,795 0,815 - 348 400 350 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,2320 0,2326 0,2035 Диаметр входа в компрессор, м 0,60 0,6 0,60 Удельная лобовая тяга, кгс/м2 5305 6083 6083 Лобовая производительность компрессора (вентилятора) (кг/с)/м2 158,4 165,5 - Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кг/(кгс*ч) Масса двигателя, кг
Двигатели гражданских самолётов России В 1965 году начал создаваться самолет местных воздушных линий Як-40. Среди разработчиков двигателей объявили конкурс. Участвовали в нём ОКБ-300 С. К. Туманского и Запорожское машиностроительное конструкторское бюро (ЗМКБ) «Прогресс» под руководством А. Г. Ивченко. АИ-25, первый для запорожцев двухконтурный турбореактивный двигатель, имеющий тягу 1500 кгс, был признан лучшим. В мире он тоже стал одним из первых в своем классе: здесь советских конструкторов опередили только американцы, создав на базе турбореактивного J85 фирмы General Electric двухконтурный двигатель с вентиляторной приставкой CF700, и французы, разработав Aubisque (Turbomeca). Автором идеи АИ-25 был А. А. Маренков, перешедший на Запорожский моторостроительный завод из ОКБ А. А. Микулина. «С 1958 года являясь первым на заводе ведущим конструктором по осваиваемому в то время в серийном производстве двигателю АИ-20, Маренков внимательно отслеживал состояние авиационной техники в мире и современные (на тот период) тенденции её развития. Произведя необходимые технико-эко- Двухконтурный турбореактивный двигатель АИ-25 номические расчеты о рентабельности и целесообразности своего предложения, Маренков представил докладную записку с предложением организовать разработку нового двигателя и его производство на запорожском заводе» [286]. АИ-25 имеет небольшой вес, он достаточно прост по конструкции и технологичен в производстве. Обладает большим запасом газодинамической устойчивости на всех рабочих режимах, высотах и скоростях полета. Степень двухконтурности – 2, параметры рабочего процесса – умеренные. Выполнен он по двухроторной схеме. Состоит из трехступенчатого осевого компрессора низкого давления, восьмиступенчатого компрессора высокого давления, разделительного корпуса, кольцевой камеры сгорания с 12 форсунками, одноступенчатой неохлаждаемой турбины высокого давления, двухступенчатой турбины низкого давления с охлаждаемыми дисками, корпуса задней опоры с двухконтурным реактивным соплом. Запуск осуществляется посредством воздушного стартера. Двигатель оборудован противообледенительным устройством, способен работать в диапазоне температур окружающего воздуха от -50 до +60 °С. Для предотвращения 301 образования льда на 25 лопатках сварного входного направляющего аппарата через них в условиях обледенения пропускается горячий воздух, отбираемый из-за компрессора высокого давления. Ротор компрессора низкого давления – барабанно-дисковой конструкции, консольный. Передний подшипник установлен в разделительном корпусе, а задний – в расточке корпуса центрального привода. Рабочие лопатки закреплены в дисках шарнирно, что устраняет их изгиб от окружных сил. Входной направляющий аппарат компрессора высокого давления имеет поворотные лопатки с зафиксированным по результатам испытаний углом установки. Ротор – барабанно-дисковой конструкции с осевой стяжкой дисков. Из-за его малых размеров используются стяжные болты на всю длину ротора. Рабочие лопатки закреплены в дисках с помощью замков типа «ласточкин хвост» и фиксируются с двух сторон в осевом направлении пластинчатыми замками. Для того чтобы обеспечить устойчивую работу компрессора высокого давления на нерасчетных режимах, предусмотрены клапаны перепуска воздуха за 3-й и 5-й ступенями в канал наружного контура двигателя.
302 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1) Входной направляющий аппарат и компрессор низкого давления двигателя АИ-25 (3) Камера сгорания и турбина высокого давления АИ-25 (2) Компрессор высокого давления двигателя АИ-25 (3) Камера сгорания – прямоточная, кольцевая. Диффузор выполнен с разделителем потока воздуха за компрессором и внезапным расширением. Жаровая труба имеет 12 головок со стабилизаторами, через которые в полость камеры сгорания поступает поток первичного воздуха. Рабочие лопатки турбины высокого давления – с бандажными полками, крепятся на диске попарно с помощью замка «ёлочного» типа, что в СССР сделано впервые. Позже парные замки-«ёлочки» в турбине высокого давления станут традиционными для Запорожского моторостроительного КБ и будут применяться только им. Рабочее колесо ротора турбины стянуто шестью болтами с цапфой, которая с помощью шлиц соединяется с валом компрессора высокого давления. Такая разъемная конструкция применятся в двигателях малой тяги, отличается меньшим весом и высокой стабильностью работы соединения. Турбина компрессора низкого давления – неохлаждаемая. Двухступенчатый ротор турбины низкого давления установлен на своих опорах: передней – межвальной и задней – задисковой. Крутящий момент передается на ротор компрессора трубчатой шлицевой рессорой, а осевое усилие – через длинный стяжной болт на переднюю опору компрессора низкого давления. Внутри вала турбины размещён маслопровод для подачи масла к межвальному подшипнику. Рабочие лопатки имеют бандажные полки и крепятся замком типа «ёлочка».
Двигатели гражданских самолётов России 303 (4) Ротор компрессора низкого давления двигателя АИ-25 (5) (5) Выходное устройство двигателя АИ-25 (6) Турбина двигателя АИ-25 (4) Выходное устройство имеет раздельные реактивные сопла внутреннего и наружного контуров, они сужающиеся, нерегулируемые. На двигателе во всех опорах использовались графитовые контактные ­уплотнения. Коробка приводов агрегатов находится под разделительным корпусом. Подвеска двигателя универсальная, позволяет устанавливать его в различных вариантах крепления к самолету. АИ-25 оборудован противопожарной системой, которая способна обнаруживать очаг пожара, сигнализировать о нём и своевременно тушить. Позже, в процессе доводки, добавлен контур ограничения температуры выхлопных газов. В производстве двигателя широко использовались титановые сплавы. Были специально освоены новые технологические процессы, например, электроклепка лопаток направляющих аппаратов на автоматической установке, литье в графитовые формы и другие. Одним из новшеств стало применение титана. <…> А именно он дает двигателю малый вес. Но работать с титаном трудно: он очень капризен в производстве, требуются особые условия, оборудование, наконец, навыки. Но и потом, уже в ходе эксплуатации, двигатель с титановыми узлами и деталями может преподнести нежелательные неожиданности, а они в авиации, разумеется, просто недопустимы; здесь всё должно быть абсолютно надежно и стабильно. Разумеется, Ивченко шёл на определенный риск, делая ставку на титан, заменяя им традиционные, многократно проверенные сплавы. Но это не был слепой риск. В КБ провели научные исследования, создали новые, оригинальные технологические процессы, порою это были подлинные технические «изюминки». Всё это и дало возможность сделать скачок в повышении надежности двигателя. Моисеев В. А. Союз крылатых. – К., 1989. (6)
304 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) Посадка в Як-40. Зима 1971–1972 (2) Первый летный прототип Як-40 в полете АРСЕНИЙ ЛЕОНИДОВИЧ КОЛОСОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР. Поднял в небо самолет Як-40 Впервые двигатели АИ-25 подняли в небо самолет 12 октября 1966 года – всего лишь через полтора года после начала разработки Як-40. В газете «Правда» по этому поводу появилась заметка: «…Первый полет… продолжался 24 минуты. Оторвав самолет от земли, Арсений Колосов, сидевший на левом кресле, и Юрий Петров, занимавший место второго пилота, плавно подняли машину на высоту триста метров. Пробили облачность. Сделали два круга и благополучно приземлились. Их первые впечатления: самолет устойчив, в управлении прост…» [131]. В следующем году на авиационном заводе в Саратове были построены первые серийные Як-40 и завершились госиспытания двигателя. АИ-25 запустили в серийное производство на Запорожском моторостроительном заводе (ныне АО «Мотор Сич»). Самолет дополнительно проверяли в работе на грунтовых и заснеженных аэродромах, в условиях обледенения и т. п. В 1968 году, после некоторых доработок, Як-40 тоже получил положительное заключение госкомиссии. (2) (1) Эта машина стала успешно эксплуатироваться Аэрофлотом на обширных пространствах страны, от западных границ до Камчатки и от Памира до Мурманска. Як-40 называют «крылатым автобусом» – название довольно удачное. Свои воздушные рейсы совершает с крейсерской скоростью 550–600 километров в час. Это невысокая скорость в сравнении со скоростью дальних магистральных воздушных лайнеров, но она в 2– 2,5 раза больше, чем, скажем, у Ил-14. Для эксплуатации самолета не требуется сложного наземного аэродромного оборудования. Запуск двигателя производится от бортового пускового агрегата. Упрощена процедура погрузки багажа: пассажиры при входе ставят свои чемоданы в багажное отделение и сами берут их при выходе. <…> Основная идея конструкции самолета – простота. Яковлев А. С. Цель жизни. – М., 1973. Як-40, как и многие его «гражданские современники», спроектирован по трехдвигательной схеме. Два двигателя установлены по бокам, а третий внутри фюзеляжа, в его хвостовой части. Благодаря этому шум в салоне значительно снижен по сравнению с самолетами того времени, где силовая установка находилась под крылом. Так как АИ-25 не оборудован системой реверса, пришлось сделать самолетное реверсивное устройство, расположив его за средним двигателем. Дело было так: «После неудачных попыток применения тормозного парашюта и других способов Е. Г. Адлер [сотрудник ОКБ А. С. Яковлева, в будущем – заместитель главного конструктора] предложил установить позади сопла среднего двигателя поворотные реверсивные тормозные щитки (РТЩ), не связанные с конструкцией самого двигателя. При включении реверса они выдвигались бы назад и поворачивались, направляя реактивную струю в стороны, что создавало тормозящий эффект. <…> Всё бы хорошо, но не сразу удалось добиться синхронности открытия створок. Затем обнаружилось, что после их открытия возникала сильная тряска хвоста самолета. Створки были задуманы слишком длинными, так как предполагалось их использовать не только для реверса тяги, но и как воздушный тормоз в случае отказа среднего двигателя. Поразмыслив, Адлер решил, что этим
Двигатели гражданских самолётов России 305 (3) Е. Г. Адлер (3) Самолет Як-40 с двигателями АИ-25 (4) Компоновочная схема Як-40 качеством можно пожертвовать и створки надо укоротить. Когда их обрезали, реверс действительно заработал безотказно» [131]. Благодаря реверсивным щиткам пробег самолета при посадке сократился – он составляет всего лишь 400 метров. (4) (5) Реверсивное устройство самолета Як-40, установленное за средним двигателем АИ-25 (5)
306 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) СВЕТЛАНА ЕВГЕНЬЕВНА САВИЦКАЯ Лётчик-испытатель, лётчик-космонавт, заслуженный мастер спорта, дважды Герой Советского Союза. Вместе с лётчицей Г. Г. Корчугановой на самолете Як-40 установила мировые рекорды по поднятию максимального груза на высоту 2000 м. (1) Самолет Як-40 в Таджикистане (2) Самолет Як-40К (конвертируемый) для грузовых и смешанных перевозок Особенность планера – крыло большой площади (70 м2) с простой механизацией, что в сочетании с тремя реактивными двигателями обеспечивает короткий разбег и крутой набор высоты. При отказе любого из трех двигателей самолет может совершить взлет, а в горизонтальном полете способен продолжать движение всего на одном из них. Как и требовалось в задании, Як-40 мог использоваться на неприспособленных аэродромах без бетонного покрытия, ведь большинство взлетно-посадочных полос в регионах были грунтовыми. В этом самолету помогают шасси с мягкой амортизацией, большие колеса и другие конструктивные решения. Для удобства посадки пассажиров (в стандартных вариантах Як-40 вмещает от 27 до 32 человек) имеется откидной трап. За создание самолета Як-40 и двигателя АИ-25 генеральному конструктору А. С. Яковлеву и ведущему конструктору ЗМКБ «Прогресс» К. М. Валику была присуждена Ленинская премия. В 1979–1981 годах на самолете Як-40 и его модификациях было установлено 14 мировых рекордов: высоты без груза и с грузом в 1 и 2 тонны, времени подъема наибольшего груза на высоту 2000 метров и другие. 12 рекордов принадлежат чехословацким лётчикам. Советский женский экипаж в составе лётчиковиспытателей С. Е. Савицкой и Г. Г. Корчугановой установил на Як-40 мировые рекорды подъема груза на высоту 2000 м. Як-40 имел много модификаций: салонные варианты на 11, 16 или 20 мест; самолет с увеличенной дальностью Як-40Д; десантно-транспортный санитарный Як-40ДТС, предназначенный для десантирования людей, грузов и перевозки сидячих и лежачих раненых с оказанием необходимой медицинской помощи в полете; конвертируемый вариант Як-40К с увеличенной максимальной коммерческой нагрузкой для грузовых и смешанных перевозок; самолеты-метеолаборатории Як-40 «Аква», «Лирос», «Метео», «Фобос», «Шторм» и другие. (2)
Двигатели гражданских самолётов России 307 (3) Пассажирские самолеты Як-40 из состава учебного авиапарка Бугурусланского летного училища гражданской авиации. 1970-1980-е (3) (4) Як-40 в аэропорту Стокгольма. 1971 Всего было выпущено 1010 самолетов Як-40, 125 из них были проданы в 18 стран мира, в том числе, впервые в практике советского авиапрома, в развитые капиталистические государства – Италию и ФРГ. Едва самолет сошел с заводских стапелей, развернулась его широкая рекламная кампания. С 1967 года Як-40 регулярно участвовал в международных авиасалонах во Франции, Швеции, Японии, Англии, ФРГ и других странах. Эти небольшие лайнеры посетили пять континентов Земли, не побывав разве что на полюсе, и совершили демонстрационные полеты общей протяженностью около 500 000 км. «Знакомство итальянцев с самолётом состоялось на международном авиационном салоне в Турине, где во время демонстрационных полётов директор авиакомпании "Аэртиррена" пришёл в полное изумление. Да и не только он, – пишут авторы книги «Самолет Як-40» К. Г. Удалов и О. В. Шам. – В один голос все говорили, что никогда в жизни не поверили бы, что реактивный пассажирский самолёт может проделывать в воздухе подобные трюки. Кстати, было чему удивляться! Як-40 взле- (4) тал и садился на 300-метровом "пятачке" аэродрома, демонстрировал исключительную манёвренность и устойчивость на любых скоростях полёта…» [270]. Французские корреспонденты журнала Aviation magazine разделяли мнение итальянцев: «Як-40 оригинален по замыслу, по своим летным характеристикам и размерам. Очень любопытно, что на Западе фактически нет сравнимого с ним самолета. Его можно сопоставить лишь с некоторыми американскими проектами, которые будут реализованы не раньше, чем через несколько лет. Уже сейчас можно признать, что этот самолет с тремя реактивными двигателями отражает давно наметившуюся тенденцию, то есть появление советской авиационной техники на международном рынке в условиях сильной конкуренции» [291].
308 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей В 1972 году самолет Як-40 вместе с двигателями АИ-25 успешно прошел комплекс испытаний на соответствие нормам летной годности Англии (BCAR) и – впервые в истории отечественного авиастроения – США (FAR-25). После Европы Як-40 отправился с показательными полётами в страны Нового Света. Откровенно говоря, очень беспокойно было отправлять нашу сравнительно небольшую машину в далекий и трудный вояж через всю Латинскую Америку, хотя имелся опыт полета в Австралию и обратно. <…> Маршрут проходил по многим городам Колумбии, Эквадора, Перу, Боливии, Чили, Аргентины, Уругвая, Бразилии и Венесуэлы. В большинстве этих мест Як-40 был не только первым советским самолетом, но и вообще первым реактивным лайнером. <…> Порой самолет, только что пронесшийся над громадным ледником, попадал под тропический ливень, а посадку совершал уже при температуре воздуха выше 30 градусов. Як-40 видели над вершиной высочайшего из действующих вулканов планеты Котопахи в Эквадоре и близ священного озера древних перуанцев Титикака. «Техника и здесь не подвела нас, – сообщал после этого руководитель группы советских авиаспециалистов на борту самолета инженер Ю. Чикин. – Двигатели запустились с первой же попытки, и это вселило в нас уверенность в благоприятном исходе демонстрации возможностей самолета на самом высокогорном аэродроме мира...» Яковлев А. С. Цель жизни. – М., 1973 Самолеты Як-40 в Камбодже Самолет Як-40. Салон повышенной комфортности Затем Як-40 побывал Мексике, США, Канаде и, перелетев Берингов пролив, вернулся в СССР. В этой командировке самолет прошел в общей сложности около 115 000 километров и посетил 14 государств. А в следующем крупном демонстрационном полете, по Африке, Як-40 показал себя в 17 странах. В Советском Союзе Як-40 активно эксплуатировался с 1968-го до середины 1980-х годов, полностью заменив на коротких авиалиниях своих поршневых предшественников. Потом он уступил место новому ближнемагистральному Як-42. Интересно, что в 1990-е годы интерес к мини-лайнеру родом из 60-х возник снова. Тогда появились его корпоративные версии и варианты для ВИП-пассажиров. В начале 2000-х годов самолеты Як-40 уже массово выводились из эксплуатации, однако некоторые экземпляры используются до сих пор. В 2000 году большой резонанс получила катастрофа Як-40, произошедшая в аэропорту Шереметьево. Она унесла жизни девяти человек, в том числе президента холдинга «Совершенно секретно» Артёма Боровика. Комиссия пришла к выводу, что самолет столкнулся с землей в результате сочетания факторов, связанных как с ошибками в технике пилотирования экипажа, так и с нарушением инженерно-техническим персоналом правил подготовки самолета к вылету после наземного обледенения. Однако с этим заключением согласились не все специалисты.
Двигатели гражданских самолётов России Обледенение, на которое ссылались авторы заключения, никем из сотрудников ФСБ, МВД и аэропортовой инспекции… зафиксировано не было. <…> Что произошло на самом деле? На графике, построенном после расшифровок записей «черного ящика», отчетливо видно, что через 2 секунды после отрыва (по записи 776-я секунда) произошло торможение самолета, что свидетельствует об уменьшении тяги двигателей. Оно сопровождалось акустическим хлопком и выбросом языка пламени из левого двигателя, который видели свидетели. Еще через секунду (на отметке 777) самолет стал крениться и разворачиваться влево. Это однозначно указывает на отказ левого двигателя. <…> Экспертам известно, что топливная система Як-40 имеет неприятную конструктивную особенность – из-за повышенной скорости руления, резких поворотов и торможения в ней может возникнуть воздушная пробка, которая приводит к самовыключению двигателя. Что и имело место 9 марта 2000 года в Шереметьево. <…> Судя по записям всё того же «черного ящика», пилоты поняли, что случилось, и среагировали мгновенно. Уже на 778-й секунде (то есть через секунду после отказа – это феноменальная реакция) они попытались развернуть самолет вправо. Едва ли их даже испугала остановка двигателя. На многодвигательном самолете, а тем более реактивном, такая ситуация считается штатной. <…> Но здесь пилотов подстерегала еще одна ловушка, заложенная конструкторами еще 30 лет назад. Дело в том, что у Як-40 был «врожденный дефект». Называется он «поперечная неуправляемость самолета». <…> И что самое страшное: пилотов об этой «конструктивной особенности» не предупреждают. Герасимов В. Т. Воздушный капкан марки Як-40 // Тайны авиакатастроф. Книга вторая. – М., 2011. Прототип учебнотренировочного самолета L-39 309 Двигатель АИ-25ТЛ В 1973 году началось серийное производство модификации АИ-25ТЛ для чехословацкого учебно-тренировочного самолета L-39 «Альбатрос». Новый вариант был на 85% унифицирован с базовым двигателем, АИ-25, но имел и отличия, связанные в основном с необходимостью увеличить тягу на 15%. Конструкторы подняли температуру газов перед турбиной и степень повышения давления в компрессоре. Это потребовало усиления отдельных деталей и узлов: вала ротора, дисков 1-й и 3-й ступеней, рабочих лопаток 3-й ступени компрессора низкого давления. Добавлена 9-я ступень в компрессор высокого давления,
310 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1) Камера сгорания и турбина двигателя АИ-25ТЛ (2) Промежуточный корпус и компрессор высокого давления двигателя АИ-25ТЛ в ­статоре появились проставка и направляющий аппарат 9-й ступени. Чтобы обеспечить нужный расход топлива, в топливных форсунках камеры сгорания заменили завихрители. Рабочие лопатки первой ступени турбины стали охлаждаемыми, изменилась технология их произ- водства: теперь они выполнялись особым методом литья с формированием тонких длинных каналов. Также на серийном заводе внедрили техпроцессы изготовления лопаток из титановых сплавов и легированных сталей методом периодической прокатки, точной штамповки и вальцовки. Диск рабочего колеса и сопловой аппарат первой ступени турбины были несколько изменены, вал ротора 2-й и 3-й ступеней – усилен. Двигатель имеет противообледенительное устройство и специальную систему смазки для выполнения перевернутого полета при отработке фигур высшего пилотажа. Коробку приводов и разделительный корпус усовершенствовали, установили системы защиты и раннего обнаружения неисправностей. Однодвигательный учебно-тренировочный и учебно-боевой самолет L-39 «Альбатрос» производился в Чехословацкой ССР на предприятии Aero Vodochody. «Что касается типа самого двигателя, то первоначально предполагалось установить чешский М-720 (заводское обозначение Walter Orion) тягой до 2500 кгс… Советская сторона настаивала на применении двухконтурного двигателя АИ-25 тягой в 1450 кгс, создание которого завершалось в ЗМКБ «Прогресс»… В конечном итоге выбор сделали в пользу второго варианта, и причиной этого стали не только требования "старшего брата". Всё-таки пражский "Орион" был великоват для легкого УТС, а кроме того, после стендовых испытаний стало ясно, что его доводку быстро завершить не удастся», – пишут авторы статьи «"Альбатрос" – птица Пражской весны» А. Котлобовский, М. Столар и Р. Мараев [136]. L-39 впервые поднялся в воздух 4 ноября 1968 года (летчик-испытатель Рудольф Духонь). Пока запорожский двигатель еще не был готов, самолет испытывали с выполненным по лицензии в Чехословакии аналогом под обозначением AI-21W. Поставки АИ-25ТЛ начались с конца 1971-го. Через три года самолеты
Двигатели гражданских самолётов России L-39 «Альбатрос» с этими двигателями уже выпускались массово, и производство продолжалось еще четверть века, до 1999-го. В 1972 году L-39 был выбран основным учебно-тренировочным самолетом стран – участниц Организации Варшавского договора. Приобретали «Альбатрос» и многие другие государства. В общей сложности изготовили более 2950 экземпляров L-39. В новое время самолет, обладающий хорошими летными качествами при относительно невысокой стоимости, стали покупать частные лица. Один из состоятельных американцев на собственном L-39 в 1991 году пересек Атлантику. Во Франции семь самолетов L-39 использует коммерческая пилотажная группа Breitling, спонсируемая одноименной швейцарской часовой фирмой. Это одна из самых крупных гражданских команд высшего пилотажа в Европе. (4) 311 (3) В России на L-39 выступает пилотажная группа «Русь», ведущая свою историю с 1987 года. (3) Двигатель АИ-25ТЛ (4) Пилотажная группа «Русь»
312 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Самолет L-39 «Альбатрос» из состава пилотажной группы «Русь» (2) Сельскохозяйственный самолет PZL-Мелец М-15 (3) Двигатель АИ-25 L-39 «Альбатрос» продолжает эксплуатироваться в более чем 30 странах мира. Машина обладала хорошими пилотажными качествами, позволяя выполнять весь комплекс фигур высшего пилотажа (опытные летчикииспытатели демонстрировали на ней даже «колокол»). Однако с высоты более 1000 м чувствовался недостаток мощности двигателя, особенно на вертикальных маневрах. Пожалуй, силовая установка оказалась самым слабым местом самолета. Из-за проблем с газодинамической устойчивостью выход на большие углы атаки грозил помпажем, перегревом турбины и другими неприятностями. Например, поэтому перед вводом машины в штопор обязательно требовалось перевести двигатель на «малый газ», а после вывода не увеличивать обороты, не убедившись в том, что температура газов за турбиной соответствует норме. К тому же АИ-25ТЛ имел очень низкую приемистость – на «максимал» он выходил за 9–12 с. Летчик фактически не мог рассчитывать на «газ» при маневрировании и выполнении посадки... Модификация двигателя АИ-25 серии 2М была разработана для сельскохозяйственного самолета PZL-Мелец М-15. Она отличалась увеличенным отбором воздуха от компрессора, необходимым для перемешивания химикатов в специальных баках, которые распылялись с высоты полета на сельскохозяйственные угодья. Самолет М-15 был сконструирован при арсеньевском авиазаводе «Прогресс» под руководством главного конструктора Р. А. Измайлова и выпускался в Польше. Первый полет состоялся 9 января 1974 года (летчик-испытатель Тадеуш Голембиовски). В 1979–1981 годах изго- Итогом… стало довольно неуклюжее «многоэтажное» сооружение, вошедшее в историю под обозначением М-15. <…> Программа М-15 принесла не только экономические убытки, но и ударила по репутации советской и польской авиапромышленности. После показа самолета на 32-м Парижском авиасалоне в 1977 г. за ним на Западе закрепилось хлесткое прозвище Belphegor (мифологическая зверюга, собрат отечественного Змея Горыныча). Зарубежная пресса не уставала язвить в адрес М-15. Одна из этих колкостей стала «классикой жанра»: «Это прекрасный самолет! Он не нуждается в химикатах: как только он пролетит над полем, все насекомые умрут от смеха». Заярин В. Турбовинтовой наследник Ан-2 // Авиация и время. – 2004. – № 4 товили 172 серийные машины, но они оказались сложными в управлении и обслуживании, недостаточно маневренными и крайне убыточными в эксплуатации. Уже в 1983-м «Аэрофлот» принял решение об их утилизации. Котлобовский А., Столар М., Мараев Р. «Альбатрос» – птица Пражской весны // Авиация и время. – 2005. – № 6 (2)
Двигатели гражданских самолётов России 313 (3) Всего было выпущено 9212 двигателей АИ-25 (общий налёт – 66 миллионов часов) и 5771 экземпляр АИ-25ТЛ (наработка к 2017 году – 10,7 миллиона часов). В свое время двигатель АИ-25, разработанный для советского самолета Як-40, принес на региональные воздушные линии реактивные скорости и удобства, которые за всё время смогли оценить около 120 милли- онов пассажиров. Жизнь этих лёгких машин оказалась насыщенной событиями и долгой: давно нет СССР – той большой страны, в которой их создали, а они продолжают работать в разных частях света.
314 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Тайны пассажирского сверхзвука НК-144 и РД36-51А НК-144 РД36-51А Судьба гражданских сверхзвуковых самолетов – одна из самых неоднозначных и удивительных страниц в истории мировой авиации. Летать регулярными рейсами вдвое быстрее скорости звука, на высоте, где начинается стратосфера, пересекать Атлантику или всю Россию за 3,5–4 часа вместо восьми-девяти – всё это и сейчас кажется фантастикой, а в 1960-е годы таким видели самое ближайшее будущее пассажирских авиаперевозок. Но увы, сверхзвуковые лайнеры стали музейными экспонатами, а современники спорят, были они тупиковой ветвью технической эволюции или опередили свое время. Вместе с новыми реактивными скоростями в 1950-е годы резко увеличилась производительность пассажирских самолетов. Эра сверхзвука представлялась логичным этапом технического прогресса. Требовалась не только большая скорость, но и высота: в то время системы управления воздушным движением были еще несовершенны, и многие дальние
Двигатели гражданских самолётов России трассы оказались слишком загруженными. Сверхзвуковые самолеты с рабочим эшелоном на несколько километров выше открыли бы «второй этаж» в воздушном пространстве, недоступный для дозвуковых машин. Вот что говорил об этом главный, а впоследствии генеральный конструктор Алексей Андреевич Туполев: «Один сверхзвуковой самолет заменяет три или даже четыре дозвуковые воздушные машины. Таким образом, сверхзвуковые самолеты дают возможность уменьшить парк при одновременном росте перевозок. В нашем до отказа забитом летательными аппаратами небе эта сторона вопроса имеет большое значение. В современном мире, где сэкономленные 3–4 часа порой имеют решающее значение, сверхзвуковые самолеты открывают перед людьми немало новых возможностей: например, в один день пересечь из конца в конец континент и вернуться домой». Совенко А. Потерянная эпоха Ту-144 // Авиация и время. – 2002. – № 4 Энтузиазм в середине 1950-х годов был так велик, что предполагалось всего лишь в течение десяти лет решить все технические проблемы и создать сверхзвуковой пассажирский самолет (СПС). Оптимизма добавляли успехи в разработке боевых тяжелых машин, рассчитанных на сверхзвуковой режим полета. На основе военных проектов поначалу стали делать и гражданские. Однако после подробного анализа стало ясно, что из этого ничего не выйдет – требования к самолетам слишком разные. В СССР первыми приступили к этой теме в ОКБ В. М. Мясищева еще в 1957 году. За основу взяли бомбардировщик М-50, но затем подготовили принципиально новый проект под названием М-53. В последних вариантах было получено расчетное аэродинамическое качество К=7 при скорости 1900 км/ч. Интересно, что почти таких же результатов (К=7 при 2130 км/ч), только десять лет спустя, добились на опытном Ту-144, о котором мы расскажем дальше. Работы по сверхзвуковому пассажирскому самолету В. М. Мясищев вёл до 1960 года, Основные данные 315 В. М. Мясищев после чего его отстранили от конструкторской деятельности, назначив начальником ЦАГИ, а ОКБ переориентировали на ракетную тематику. Большой проектный задел передали в ОКБ Туполева, но его «положили на полку» и не использовали. При создании Ту-144 дублировались многие исследования, уже проведенные Мясищевым. Возможно, если бы программа М-53 не закрылась, отечественный сверхзвуковой пассажирский самолет появился бы на несколько лет раньше, еще до нефтяного кризиса, и смог массово перевозить пассажиров «Аэрофлота». За рубежом проанализировали затраты на разработку таких самолетов, прибыльность их эксплуатации и пришли к выводу, НК-144 НК-144А НК-144В РД36-51 проект 1964 17 500 20 000 22 000 20 000 Удельный расход топлива на взлётном форсажном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) 1,6 1,65 - - Расход воздуха на взлётном форсажном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 252 - - 220 Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 14,65 14,75 18,5 13,7 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K 1360 1390 1450 1400 Тяга статическая на взлётном форсажном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0) 0,78 0,6 0,4 0,0 Тяга на крейсерском режиме (Нп =11 км, Мп = 0,94), кгс 3000 3000 3000 4000 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кг/(кгс*ч) 0,965 0,92 0,92 1,075 Тяга на крейсерском форсажном режиме (Нп = 18 км, Мп = 2,2), кгс 3970 5000 5000 4000 Без форсажа Удельный расход топлива на крейсерском форсажном режиме (Нп = 18 км, Мп = 2,2), кг/(кгс*ч) 2,23 1,81 1,4 1,25 Без форсажа Масса двигателя, кг 3520 3540 3650 2900 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,2011 0,1770 0,1659 0,145 Диаметр входа в компрессор, м 1,355 1,355 1,355 - Удельная лобовая тяга, кгс/м2 12 136 13 870 15 256 - 174,8 - - - Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/с)/м 2
316 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей что создание экономически эффективного сверхзвукового лайнера вполне возможно. Но реально оценить расходы на такую сложную программу не смогли – прогнозы и по затратам, и по срокам оказались ошибочными. В США решили «не торопиться» и сделать сверхзвуковой самолет к 1973 году, но со скоростью в полтора раза больше, чем у конкурентов, и увеличенной вдвое пассажировместимостью. Конкурс выиграла фирма Boeing. Но проект B2707 не удался. Во многом из-за неверного определения взлетной массы на начальном этапе разработки и, как следствие, «провала» по коммерческой нагрузке. Англия и Франция взялись за создание СПС общими усилиями. В 1962 году они подписали соглашение о совместной разработке самолета Concorde (в переводе – «согласие»). По плану первый полет должен был состояться через 4 года. Для «Конкорда», как и для советского Ту-144, определили крейсерскую скорость, равную 2,2 Маха (скорости звука). Так можно было использовать хорошо освоенные алюминиевые сплавы в конструкции – при больших скоростях потребовались бы более дорогие сталь и титановые сплавы. Англо-французский лайнер должен был иметь дальность, достаточную для перелетов через Атлантический океан и вмещать не менее 100 пассажиров, чтобы приносить прибыль. В СССР о прибыли не особо задумывались. Ту-144 был не коммерческим, а в первую очередь политическим проектом: основная цель – опередить иностранцев в этом достижении. Но вообще возможность перевозить пассажиров со сверхзвуковой скоростью была очень заманчивой для Советского Союза с его огромной территорией, к тому же в то время интенсивно осваивались дальние северные и восточные регионы. Воздушный транспорт стремительно набирал популярность, а развитие науки и техники открывало перед ним новые горизонты. Всё это придавало обманчивой уверенности в успехе проекта. 16 июля 1963 года вышло правительственное постановление о создании в ОКБ А. Н. Туполева сверхзвукового пассажирского самолета с четырьмя двухконтурными двигателями с форсажем ОКБ Н. Д. Кузнецова. Так началась работа над будущим Ту-144. Первый опытный экземпляр требовалось построить всего за три года! Интересно, что потом было издано еще четыре постановления правительства и больше десяти решений Военно-промышленной комиссии, которые либо уточняли характеристики самолета, либо переносили сроки, которые постоянно срывались. Технические проблемы, возникшие при разработке сверхзвукового лайнера и двигателей для него, оказались куда сложнее, чем это представлялось вначале. То, что за «звуковым барьером» происходит резкое изменение законов аэродинамики, было уже известно. Вихревое обтекание, скачки уплотнения, ударные волны – с этими явлениями столкнулись, когда создавали боевые сверхзвуковые самолеты. Но теперь требовался не кратковременный «бросок на сверхзвуке», который устраивал военных, а длительный крейсерский полет при скоростях в 2–3 Маха. – Из того факта, что существуют сверхзвуковые самолеты военного применения, нельзя делать вывод, что все проблемы сверхзвука в авиации уже решены, – говорит главный конструктор Ту-144 Алексей Андреевич Туполев. – Вспомним для сравнения, как обстоит дело, например, у автомобилестроителей. Рекордные, гоночные автомобили ушли за скорость 400 и даже 500 км/час. Но регулярный автомобильный транспорт пока еще о таких скоростях и не мечтает. Одно дело – рекорд, к которому специально готовятся. Одно дело – военный самолет, на котором летает специально подготовленный, тренированный летчик, имеющий на случай всяких неожиданностей парашют за спиной и сидящий на катапультируемом сиденье. Другое дело – рейсовый пассажирский самолет. <…> Пассажирский самолет, даже если он сверхзвуковой, должен быть максимально надежным, поездка в нем должна быть так же безопасной, как, например, поездка в троллейбусе. Самолет должен быть крайне совершенным по своим качествам, для того чтобы быть рентабельным, чтобы возить пассажиров экономично. <…> Будучи сверхзвуковым на высоте 20 км, он должен оставаться дозвуковым у земли… Быстрее всех. Беседа с создателями сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144 // Наука и жизнь. – 1969. – № 3 Ту-144 перед первым полетом Конструкторам самолета нужно было добиться высокого аэродинамического качества на сверхзвуковом режиме крейсерского полета и весового совершенства.
Двигатели гражданских самолётов России 317 (1) При длительном полете на двойной скорости звука поверхность самолета нагревается от 120 до 160 °С (а передние кромки воздухозаборников и вовсе до 183 °С), тогда как температура окружающего воздуха составляет минус 56,5 °С! Пришлось разрабатывать новые термостойкие сплавы, смазочные и уплотнительные материалы, способные выдержать такую тепловую нагрузку. От нагрева и наддува фюзеляж в полете удлиняется (у Ту-144 – на 300 мм), и проектировать его нужно было с учетом этих деформаций. Самолет строился как многорежимный: он должен был быть эффективным и на дозвуковом, и на сверхзвуковом режимах полета. Ведь при выключении одного из двигателей пришлось бы переходить на дозвук и лететь на запасной аэродром на высоте не более 11 км. Все функциональные системы Ту-144 делали либо как системы с изменяемой геометрией (воздухозаборник, сопло, компрессор двигателя и т. д.), либо как системы изменяемого цикла. А. Н. Туполев принял решение создавать Ту-144 в два этапа. На первом этапе нужно было получить дальность полета 4500 км, скорость – 2300 км/ч, взлетный вес – 130 тонн при 120 пассажирах. На втором этапе дальность планировали довести до 6500 км. Одной из самых трудных задач был выбор силовой установки. В поставленные сроки только Н. Д. Кузнецов мог сделать двигатель с приемлемыми характеристиками, используя уже готовый газогенератор двухконтурных НК-6 и НК-8. Причем заданную тягу на скорости около 2300 км/ч новый двигатель под названием НК-144 был способен развить только при работе на форсаже. Предполагалось, что доля дозвукового участка полета будет значительной, а небольшая степень форсажа на крейсерском сверхзвуке не сильно (1) Чертеж Ту-144 (2) (2) Двигатель НК-144
318 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей ухудшит экономические характеристики. А. Н. Туполев поверил в способность коллектива Н. Д. Кузнецова выполнить жесткие требования, в частности, обеспечить высокую полноту сгорания топлива. Это решение уже тогда не казалось бесспорным: возможность получить умеренные расходы топлива на форсажных крейсерских режимах, а значит, необходимую дальность, была весьма призрачной. Проектирование НК-144 началось в 1963 году, и уже в следующем провели испытания демонстрационного двигателя. В конструкции НК-144 многое было взято от прототипа, НК-6. Он тоже выполнен по двухконтурной двухкаскадной схеме с умеренной степенью двухконтурности (0,78), с осевым компрессором, состоящим первоначально из двухступенчатого вентилятора и трёх подпорных ступеней низкого давления, с многофорсуночной камерой сгорания кольцевого типа, одноступенчатой турбиной высокого давления и двухступенчатой турбиной низкого давления. В отличие от НК-6, имел общую на два контура форсажную камеру и регулируемое сопло. Компрессор каскада высокого давления и камера сгорания были практически такими же, как на двигателе НК-6. Вентилятор же разрабатывался заново, в соответствии с размерностью двигателя. В нём впервые было проведено профилирование лопатки по линиям тока. На всех рабочих колесах вентилятора применили антивибрационные полки. Новшеством для ОКБ было использование замков-«ёлочек» для крепления вентиляторных лопаток. Когда проводили специальные испытания двигателя вместе со сверхзвуковым воздухозаборником, столкнулись с серьезными проблемами: титановыми пожарами и малым запасом газодинамической устойчивости. Конструкторам двигателя пришлось перепрофилировать подпорные ступени вентилятора, а самолетчикам – доработать аэродинамику воздухозаборника. В результате проблема газодинамической устойчивости при высокой неоднородности потока воздуха на входе в двигатель была решена. (1) Лопатки турбины высокого давления НК144 имели развитое внутреннее охлаждение. «При проектировании охлаждаемых лопаток мы опирались на опыт, полученный в доводке двигателя НК-6, но уже с учетом необходимости получения большей надежности и ресурса для пассажирского самолета, – пишет В. Н. Орлов, заместитель главного конструктора ОКБ Н. Д. Кузнецова. – Для рабочей лопатки турбины ВД была принята схема охлаждения лопатки с дефлектором, а в процессе доводки для улучшения охлаждения выходных кромок лопаток за дефлектором расположили турбулизаторы. Сопловые лопатки охлаждались так называемым способом душевого охлаждения. Некоторой корректировке подверглась и методика расчета высокотемпературных охлаждаемых ступеней турбины, работающих при больших перепадах давления, характерных для двигателя с большой степенью сжатия» [181]. (1) Компрессор двигателя НК-144 (2) Турбина и задняя опора двигателя НК-144 (2)
Двигатели гражданских самолётов России 319 (3) (4) Пожалуй, самой сложной задачей стало создание форсажной камеры. Она должна была отличаться максимальной полнотой сгорания топлива при ограниченных габаритах – ведь от двигателя требовалась взлетная тяга 17 500 кгс и крейсерская в сверхзвуковом полете – 3970 кгс, причем она должна была поддерживаться при частично включенном форсаже почти два часа подряд! (5) (3) Средняя опора двигателя НК-144 (4) Камера сгорания двигателя НК-144 (5) Фронтовое устройство форсажной камеры двигателя НК-144 Форсажную камеру с плавным регулированием степени форсажа расположили перед общим соплом после смешения потоков внутреннего и внешнего контуров. Установили пять контуров подвода топлива, которые подключались в зависимости от потребной тяги по высоте и скорости полета. Форсажная камера имела десятикратный диапазон изменения расхода топлива. Эту сложную систему многократно испытали на стендах завода и ЦИАМ.
320 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Фронтовое устройство и антивибрационный экран форсажной камеры двигателя НК-144 (2) Летающая лаборатория Ту-95ЛЛ (3) Выкатка первого опытного образца Ту-144 из ангара Жуковской летно-испытательной и доводочной базы ОКБ А. Н. Туполева
Двигатели гражданских самолётов России 321 (2) Всё получалось хорошо, но когда управление подачей топлива по контурам было поставлено на агрегаты системы управления, то на летных испытаниях Ту-95ЛЛ с двигателем НК-144 начались явления нерозжига, срыва пламени и затухания форсажной камеры, помпаж вентилятора. Информацию о работе форсажной камеры в условиях полета мы получали от сотрудника ЛИИ, который из заднего блистера летающей лаборатории через перископ наблюдал за поведением форсажной камеры. Эта информация не укладывалась ни в какие разумные рамки работы форсажной камеры. В итоге отвечающий за испытания форсажной камеры начальник отдела горения В. Е. Резник с большим трудом уговорил начальника ЛИИ А. В. Чесалова разрешить ему сделать несколько полетов и самому понаблюдать за поведением форсажной камеры. Для начала Резник выяснил почти анекдотический факт наблюдения сотрудником ЛИИ: стекла перископа в полете периодически омывались спиртом, иначе выхлопные газы давали на стекла осадок сажи, и ничего не было видно. К концу полета наблюдатель, большой поклонник Бахуса, самостоятельно выбраться из заднего отсека самолета уже не мог, его вынимали. Какое уж тут наблюдение! Информация, полученная В. Е. Резником, многое прояснила. Оказалось, что в динамике система управления клапанами давала сразу большое количество топлива по контурам, что приводило и к срыву пламени, и даже к помпажу вентилятора. В систему управления были введены корректирующие по времени замедлители подачи топлива, и дефекты прекратились. системами: защиты от помпажа (она могла автоматически восстанавливать бесфорсажный режим работы), от обледенения, системой контроля основных параметров, внутреннего пожаротушения и др. Производство двигателя решено было организовать на Куйбышевском заводе № 24 имени М. В. Фрунзе. Советское руководство настаивало на том, чтобы наш сверхзвуковой пассажирский самолет поднялся в небо раньше англо-французского. В итоге в 1968 году был построен опытный образец, но он настолько сильно отличался от будущего серийного Ту-144, что его называют теперь летающей лабораторией или демонстратором технологий. В конце декабря 1968 года опытный Ту-144 был готов к первому полету. Через пять лет работы практически всей страны был спроектирован и построен первый опытный самолет Ту-144. …Наспех сколоченный самолет бесхвостой схемы… с четырьмя двигателями конструкции Н. Д. Кузнецова, оснащенными огромными форсажными камерами, обеспечивающими на крейсерском режиме полета (М=2) необходимую тягу при совершенно недопустимо большом удельном расходе топлива... <…> Аэродинамическое и весовое совершенство первого опытного самолета Ту-144 очень низкое. Но самое главное – это полное отсутствие уверенности в правоту и разумность проекта, выраженное в том, что экипаж самолета Ту-144 размещен в кабине на катапультируемых креслах. Такого еще не было ни на одном опытном пассажирском самолете мира. Селяков Л. Л. Тернистый путь в никуда. Записки авиаконструктора. – М., 1997 Орлов В. Н., Орлова М. В. Генеральный конструктор Н. Д. Кузнецов и его ОКБ. – Самара, 2011 Эжекторное сверхзвуковое сопло НК-144 имеет два ряда регулируемых створок. В двигателе применили литые и деформируемые сплавы титана и жаропрочных материалов. Оборудовали его различными (3)
322 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Самолёт Ту-144
Двигатели гражданских самолётов России 323
324 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) ЭДУАРД ВАГАНОВИЧ ЕЛЯН Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Поднял в небо первый опытный самолет Ту-144 Назначается день – нет погоды, второй – нет погоды. Делалось всё, вплоть до попыток разогнать облака... Год кончается... Я и мои ведущие сотрудники со мной или на своих машинах каждый день на базе: «Вдруг полетит!» Когда вероятность вылета была большой, приезжал Андрей Николаевич и даже министр авиационной промышленности П. В. Дементьев. 31 декабря 1968 г. они были оба. Пока буксировали машину на старт, погода ухудшилась. Дементьев послал нас подальше, сказав А. Н. Туполеву: «Решайте сами». И уехал. Машина и экипаж готовы. Метеорологи: «Вроде сейчас можно». Андрей Николаевич принимает решение: «Взлетайте». Э. В. Елян говорит: «Поехали!» Я на «Волге» и многие другие, в том числе и «ЗИМ» Туполева, подъехали к месту, где Ту-144 должен был оторваться от полосы. Когда мы посмотрели в сторону старта — увидели ОРЛА с хищно опущенным клювом, потом он выбросил желтые клубы дыма и стал, ускоряясь, наступать на нас. Забыли обо всём другом – все глаза на самолет. Вот он уже рядом, поднял переднее колесо, оторвался... – и пошел в довольно крутой набор (некоторым показался почти вертикальным). <…> Первый полет всего-то был 20 с чем-то минут, а казался вечностью. Черемухин Г. А. Дальше. Выше. Быстрее: воспоминания о работе в авиапромышленности, о технике и ее создателях. – М., 2011 На следующий день сообщение о первом в истории полете сверхзвукового пассажирского самолета облетело весь мир. Опытный Concorde взлетел через три месяца, 2 марта 1969 года. Звуковой барьер Ту-144 с двигателями НК-144 преодолел 5 июня 1969 года, а через год на высоте 16 300 м достиг скорости 2443 км/ч, то есть больше чем в два раза обогнал звук. (1) M. В. Козлов, Э. В. Елян, А. А. Туполев, А. Н. Туполев, В. Н. Бендеров, Ю. Т. Селиверстов после первого вылета Ту-144 (2) Concorde 001. 2 марта 1969 (2)
Двигатели гражданских самолётов России 325 (3) В советской печати всё это преподносилось как безоговорочный триумф, но действительность была не такой радужной. Еще до первого полета Ту-144 стало ясно, что требуемых характеристик на нём не получить. Самолет имел недостаточное аэродинамическое качество (около 7, а надо было более 8) и малые коэффициенты подъемной силы, а кроме того, масса пустого снаряженного опытного экземпляра оказалась на 20 тонн больше расчетной! Летные испытания выявили проблемы силовой установки, естественные для конструкций с такой степенью новизны. «Только на трех самолетах, проходивших летные испытания с 1969 года, было снято 27 двигателей по дефектам диска 8-й ступени компрессора, обрыва лопаток турбины, дефектам форсажной камеры, перекоса створок сопла, закипания топлива в глухих полостях многофорсуночного устройства, дефектам автоматики двигателей, помпажа двигателя, забоин лопаток компрессора, дефектам масляной системы и др.» [200]. Характерным дефектом был повышенный расход масла с выбросом его в дренажную (3) Испытание модели сверзвукового самолета Ту-144 в аэродинамической трубе ЦАГИ систему после перехода со сверхзвука на дозвуковые скорости. Доставлял хлопот малый первоначальный ресурс НК-144 (сначала всего 50, а затем 100, 200 летных часов). По результатам испытаний следующий опытный Ту-144 был серьезно переделан и стал, по сути, новой моделью самолета.
326 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей В процессе летных испытаний двигателя выявился дефект в работе регулируемого сопла, створки которого управлялись шестью гидроцилиндрами. Синхронизация работы гидроцилиндров осуществлялась гидравлически, и в условиях работы двигателя на самолете она не срабатывала, поэтому постоянно были перекосы створок сопла. Гидравлическая синхронизация не оправдала себя, и отдел регулирования, который занимался этим вопросом, вынужден был признать свою беспомощность. Тогда Николай Дмитриевич предложил В. П. Мальгину сделать механическую синхронизацию гидроцилиндров. Мальгин три дня просидел в своем гараже и с помощью консервной банки и подручных средств сделал модель механической синхронизации. В понедельник он принес свою «консервную банку» Николаю Дмитриевичу и на ней показал, как будет работать механизм синхронизации. Разработанный им принцип был принят. Эта механическая синхронизация отлично зарекомендовала себя и использовалась на двигателях НК-25 и НК-32. Орлов В. Н., Орлова М. В. Генеральный конструктор Н. Д. Кузнецов и его ОКБ. – Самара, 2011 На первой машине двигатели находились в общей «центральной мотогондоле», что делало воздухозаборники более эффективными на крейсерском сверхзвуковом режиме. Но такое расположение двигателей приводило к нагреву хвостовой части фюзеляжа от реактивных струй в полете, вплоть до обгорания, и к сложностям в обслуживании силовой установки. Теперь сделали две мотогондолы, по два двигателя в каждой, и переместили их в стороны концов крыла. Воздухозаборники и другие системы доработали так, чтобы появилась возможность поменять двигатели на более экономичные РД36-51А Рыбинского ОКБ. Кроме того, конструкторы полностью перекомпоновали крыло, удлинили фюзе- МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ КОЗЛОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Выполнил первый полет на модифицированном опытном Ту-144. Погиб в катастрофе Ту-144 в Ле-Бурже ляж и увеличили его диаметр, переделали носовую отклоняемую часть фюзеляжа, установили в его передней части выдвижное крыло для улучшения характеристик взлета и посадки, изменили конструкцию шасси и многое другое. Этот самолет с двигателями НК-144 поднялся в воздух 1 июля 1971 года под управлением летчика-испытателя М. В. Козлова. Тем временем опытный Ту-144 активно демонстрировали за рубежом как воплощение советского превосходства. В 1971 году он выполнил показательные полеты в Прагу, Берлин, Софию и был представлен на авиасалоне в Ле-Бурже. Серийное производство Ту-144 развернулось на Воронежском авиационном заводе еще во время летных испытаний. В 1972 году серийная машина уже участвовала в длительных сверхзвуковых полетах. Интересно, что несколько пробных рейсов Ту-144 проходили по маршруту Москва – Ташкент, но в Ташкенте неподалеку от аэропорта находилась мечеть с минаретом, который от ударной волны самолета начал разрушаться. Полеты пришлось прекратить. К 1973 году динамическая компоновка самолета стала намного более совершенной. Но взлетный вес его вновь вырос (уже на 65 тонн по сравнению с расчетным), и проблемы с дальностью никуда не исчезли: Ту-144 мог преодолеть без дозаправки только 3500 км вместо заданных 4500 км. Первый чёрный день в истории Ту-144 наступил 3 июня 1973 года, когда во время очередного демонстрационного полета на авиасалоне в Ле-Бурже произошла катастрофа. Все шесть членов экипажа, в том числе командир корабля М. В. Козлов, погибли. Трагедия унесла жизни
Двигатели гражданских самолётов России еще восьми человек на земле, и 25 были ранены: обломки самолета упали на город Гуссенвиль, где полностью разрушили пять зданий и 20 повредили. Точную причину установить не удалось, что породило массу версий. По признанию специалистов, вокруг этого происшествия всегда витала какая-то тайна. Совместная русско-французская комиссия выяснила, что на самолете до его разру- шения не было отказов двигателей, взрыва и пожара, диверсии, потери работоспособности членов экипажа. При этом никаких материалов расследования обнародовано не было. Дело засекретили. В 2000 году коллектив авторов, участвовавших в создании Ту-144 (В. Близнюк, Л. Васильев, В. Вуль, В. Климов, А. Туполев, А. Пухов, Г. Черемухин и др.), выпустил книгу, в которой изложена наиболее правдоподобная версия 327 Самолет Ту-144 в аэропорту Шереметьево. 1971 событий [200]. Катастрофа стала следствием стечения факторов, но они не были связаны с двигателями. Одной из причин трагедии стало то, что самолет слишком поспешно готовили
328 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей к выставке, и по многим системам его просто не успели испытать и проверить в полном объеме. В результате, хотя никакого «сверхзвукового» мотива в катастрофе не было, она резко изменила отношение и к самолету, и к перспективам СПС вообще. Тем не менее после этих событий Ту-144 прошел, как и полагается, все необходимые доработки, и подготовка к регулярным полетам продолжилась. К 1975 году была готова модификация двигателя – НК-144А. Полномасштабная работа над ней началась еще в 1970 году. Из-за того, что возрос взлетный вес самолета, вместо первоначальной взлетной тяги 17 500 кгс и крейсерской сверхзвуковой 3970 кгс потребовалось, соответственно, 20 000 кгс и 5000 кгс. Конструкторы увеличили запас устойчивости вентилятора, добавив ему третью ступень, а чтобы повысить экономичность на крейсерском режиме, применили частичное отключение подачи охлаждающего воздуха на первую ступень турбины высокого давления. Замки типа «ласточкин хвост» на подпорных ступенях заменили на шарнирные. Провели и другие улучшения. (1) Но теперь двигатели должны были на всех режимах от взлета до посадки работать на почти полном форсаже. А обеспечить расчетную полноту сгорания топлива конструкторам не удалось. Всё это привело к тому, что удельный расход топлива оказался больше расчетного на 24%! Низкая топливная эффективность стала главным недостатком НК-144 и НК-144А. Она означала, что дальше Алма-Аты самолет без дозаправки не улетит. Пассажирские перевозки на Ту-144 планировали начать в ноябре 1976 года, ведь серийные «Конкорды» летали на регулярных рейсах с сентября того года. И снова не уложились в сроки. Только в сентябре 1977-го был подписан акт по результатам совместных госиспытаний самолета с двигателями НК-144, и началась опытная эксплуатация. Технические полеты выполнялись по сравнительно короткой (3200 км) трассе Москва – Алма-Ата. Они прошли без серьезных замечаний, и 29 октября 1977 года самолет получил сертификат летной годности, который дал право наконец-то открыть регулярные рейсы на Ту-144. И вот 1 ноября 1977 года, спустя почти 15 лет после начала работ, советский сверхзвуковой самолет с пассажирами на борту отправился в свой первый коммерческий полет. Рейсы в Алма-Ату и обратно выполнялись один раз в неделю, самолет брал на борт 80 пассажиров. В состав экипажей для большей безопасности включали летчиков-испытателей ОКБ Туполева. Полеты Самолет энергично взлетел, на высоте 11 000 м перемахнул звуковой барьер и вскоре вышел на крейсерский эшелон 16 000 м. Достигнув скорости 2300 км/ч, Ту-144 сохранял ее в течение 75 минут. В салоне царило приятное оживление, особый привкус которому придавали представители прессы. <…> Ровно через два часа Ту-144 приземлился в Алма-Ате. <…> На итоговой пресс-конференции Туполев выглядел именинником. Чувствовалось, что генеральный получил большой козырь в споре с МГА за право на существование сверхзвуковых пассажирских самолетов. «Спорить по этому вопросу – пустое дело. Говорить, что они не нужны, может только профан», – торжествовал Алексей Андреевич... Совенко А. Потерянная эпоха Ту-144 // Авиация и время. – 2002. – № 4
Двигатели гражданских самолётов России на Ту-144, несмотря на более дорогие билеты, оказались весьма популярны. К тому же обслуживание на борту было на самом высоком уровне, непривычном для советских граждан. «Предлагали черную и красную икру, давали перед взлётом коньяк. Врачи считали, что спиртные напитки должны снимать психологический стресс с пассажиров. Каждый пассажир в самолете считал себя космонавтом. Но это действительно в какой-то степени было так, сама обстановка способствовала этому ощущению. В "Домодедове" было отведенное место с объявлением: "Идет посадка на первый в мире сверхзвуковой пассажирский лайнер", и – ковровая дорожка» [157]. К тому времени появилась новая модификация двигателя – НК-144В с повышенной до 22 000 кгс взлетной тягой и уменьшенным расходом топлива. (1) Ту-144 в аэропорту Алма-Аты после выполнения первого рейса на трассе «Аэрофлота», 1975 (2) Комиссия по приемке двигателя РД 36-51А для Ту-144Д. 1970-е НК-144В прошел стендовые испытания в 1975 году, но на самолет уже не попал: было принято решение прекратить эксплуатацию Ту-144 с двигателями Н. Д. Кузнецова. Всего было построено два опытных и девять серийных самолетов Ту-144 с НК-144. Этот двигатель дал возможность сделать важный шаг на пути освоения сверхзвуковых скоростей полета. В дальнейшем форсажный двухконтурный двигатель в варианте НК-22 строился для сверхзвукового бомбардировщика Ту-22М. Опыт создания НК-144 и НК-22 послужил базой для разработки и внедрения многих современных двигателей марки «НК». Программа отечественного сверхзвукового пассажирского самолета продолжилась развитием варианта Ту-144Д (дальний) с двигателями РД36–51А. Проектные изыскания по этой теме начались в Рыбинском ОКБ-36 под руководством П. А. Колесова в 1961 году. Здесь разработали инженерный метод расчета эффективности СПС с учетом всех условий эксплуатации и установили, какой тип двигателя будет для него самым выгодным. Выяснилось, что это высокотемпературный одноконтурный двигатель с большой 329 Пётр Алексеевич Колесов (1917–2004) Конструктор авиационных двигателей, лауреат трёх Государственных премий, доктор технических наук, профессор. Коллектив под его руководством создал уникальные двигатели РД36-51А и РД36-51 для сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144Д. Более подробную информацию о П. А. Колесове вы найдете в первой части трилогии– книге «Двигатели боевых самолётов России». (2)
330 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) степенью повышения давления, который в крейсерском полете на сверхзвуке не требует форсажа. К такому же выводу пришли в ОКБ Мясищева еще в 1954 году при эскизном проектировании самолета М-50. В 1964 году в ОКБ Туполева и министерство авиапромышленности был представлен проспект двигателя РД36-51, который мог обеспечить Ту-144 дальность 6500 км. Его называли «Советский "Олимп"», потому что он, как и двигатель Olympus фирмы Rolls-Royce для Concorde, был одноконтурным ТРДФ. Отличия в схемах заключались только в том, что наш должен был быть однороторным, а не двухроторным. ОКБ-36 имело богатый опыт разработки однокаскадных компрессоров, которые, как показали исследования, могли обладать в полтора-два раза большим запасом устойчивости по помпажу. Была принята невысокая степень форсирования с температурой газа в форсажной камере 1570 K. Работа на форсажном режиме предусматривалась от взлета до достижения скорости примерно 1,6 М. Никто уже не знает, что первоначальный облик двигателя, предложенного ОКБ-36, был совсем другим. Компрессор планировали 12-ступенчатым с шарнирным креплением лопаток первых пяти ступеней (стал 14-ступенчатым без шарнирных замков); входной направляющий аппарат не предусматривался (сделали поворотный ВНА); силовыми элементами передней опоры были лопатки направляющего аппарата второй ступени, и первые две ступени крепились консольно (вернулись к классической схеме – передний корпус с опорой); в камере сгорания должно было быть 14 жаровых труб и индивидуальные газосборники (стало 16 и общий газосборник); турбину приняли двухступенчатой (перешли к трехступенчатой); схема ротора – двухопорная с консольной турбиной (в результате спроектировали трехопорный ротор с задней опорой турбины). Но туполевцы от двигателя отказались, и Рыбинское ОКБ продолжило потихоньку разрабатывать его собственными силами. Через два года появился кардинально переработанный проект РД36-51А. Расход воздуха увеличили на 25%, и такой ценой
Двигатели гражданских самолётов России 331 удалось при той же схеме обойтись без форсажа. Когда стало очевидно, что НК-144 не обеспечит заданной дальности, об РД36-51А вспомнили и, наконец, в октябре 1967-го выдали на него официальное задание. На решение в пользу рыбинцев повлияли их успехи в проекте РД36-41. Это уникальный одноконтурный турбореактивный двигатель с форсажем для ударно-разведывательного самолета Т-4 (в ОКБ П. О. Сухого его прозвали «сотка» за расчетный взлетный вес в 100 тонн) с крейсерской скоростью 3000 км/ч. До появления РД36-41 аналогов ему не было ни в СССР, ни во всей Европе. В конце 1969 года первый двигатель РД36-51А для сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144Д заработал на стенде. По сравнению с двухконтурными форсированными двигателями, каким был НК-144, одноконтурный ТРД имеет более (1) ТРДФ РД36-51. Техническое предложение ОКБ-36. 1964 (2) ТРД РД36-51А. (поставки до 1972) (2)
332 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Турбореактивный двигатель РД36-41А для четырехдвигательного ударно-разведывательного самолета Т4 низкий удельный расход топлива на крейсерском сверхзвуковом режиме и более простую конструкцию. Расчеты показали, что применение РД36-51А увеличит дальность самолета на 1400 км. В реальности она выросла еще больше – на 2200 км. РД36-51А – однороторный турбореактивный двигатель с высокой степенью сжатия (15,8) и температурой газа перед турбиной 1355 K на взлётном режиме. Максимальная температура газа достигала 1415 K, а на крейсерском режиме – 1380 K, что впоследствии назовут температурной раскруткой. Компрессор – осевой 14-ступенчатый, создан на базе компрессора РД36-41, но с форсированными параметрами ступеней для уменьшения веса и габаритов. Первая сверхзвуковая ступень имеет высокую производительность. Лопатки рабочих колес и направляющих аппаратов отличаются большими удлинениями. Расположение стоек в сварном титановом корпусе входного устройства обеспечивает минимальное возбуждение вибраций в лопатках первых ступеней ротора компрессора. Лопатки входного направляющего аппарата поворотные, выполнены из стали. Вместе со стойками, обтекателем и внутренним корпусом входного устройства они обогреваются горячим воздухом, отбираемым из-за компрессора. Группы направляющих аппаратов корпуса компрессора также поворотные, регулируются по приведенной частоте вращения по индивидуальному закону для каждого блока. Для обеспечения запуска двигателя за 8-й ступенью предусмотрен перепуск воздуха в атмосферу. Для предохранения мотогондолы от перегрева над кольцами 12-й ступени и силовым кольцом установлены теплозащитные экраны из стальной фольги с термоизоляционной набивкой. Ротор компрессора – барабанно-дискового типа. Диски 1, 13 и 14-й ступеней крепятся консольно, что уменьшает расстояние между опорами ротора, повышает его жесткость и прочность. Рабочие
Двигатели гражданских самолётов России (2) 333 Вспоминает В. М. Ринаров, в то время – техник-конструктор отдела компрессоров Рыбинского конструкторского бюро моторостроения (РКБМ): (2) Передний корпус компрессора двигателя РД36-51А лопатки первых трех ступеней снабжены антивибрационными полками. Передняя опора ротора – упруго-демпферная. Чтобы на первой ступени снизить вибрационные напряжения в пере лопатки, её сделали двух видов – толстой и тонкой – и разместили в диске через одну. Камера сгорания – прямоточная, трубчато-кольцевая, с 16 жаровыми трубами. «Размещение центрального привода в полости диффузора камеры дало возможность "спрятать" коробку приводов двигательных агрегатов в "талию" двигателя и тем самым существенно снизить лобовое сечение двигателя» [89]. Наружный корпус, диффузор и маслокартер закрыты теплозащитными экранами. В полость внутреннего корпуса камеры сгорания подведен воздух из-за 12-й ступени компрессора – это уменьшило перепад давлений на стенке корпуса и снизило его вес. В процессе доводки воспламенители снабдили форсунками со струйным перепуском воздуха, что улучшило высотный розжиг камеры сгорания. – Однажды при доводке двигателя РД36-51А разрушился титановый диск ротора компрессора. Разрушение произошло по отверстиям под призонные стяжные болты, соединяющие диски с проставками. Причиной послужила недостаточно качественная обработка выходной кромки отверстий в полотне под болты. Кроме того, сам радиус был задан в соответствии с рекомендациями, которые применялись для дисков из стальных и никелевых сплавов. Проблема, как оказалось, крылась в материале – титановом сплаве. Чтобы устранить дефект, увеличили радиусы скругления в отверстиях дисков, ввели заполировку и упрочнение радиусов микрошариками. В дальнейшем это было принято за правило при изготовлении подобных конструкций из титановых сплавов. Основные данные РД36-51A РД36-51 Тяга статическая на взлётном режиме (Нп =0, Мп =0), кгс 20 00 21 000 Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп =0, Мп =0), кг/(кгс*ч) 0,880 0,85 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп =0, Мп =0), кг/с 279 277 Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп =0, Мп =0) 15,0 15,0 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп =0, Мп =0), К 1355 1380 Тяга на крейсерском режиме (*Нп =11 км, Мп =0,94), кгс 8400 7910 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (*Нп =11 км, Мп =0,94), кг/(кгс*ч) 1,17 1,12 Тяга на крейсерском режиме (Нп =18 км, Мп =2,2), кгс 4750 5000 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп =18 км, Мп =2,2), кг/(кгс*ч) 1,26 1,23 Масса двигателя, кг 4125 4200 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,2063 0,2000 Диаметр входа в компрессор, м 1,409 1,409 Удельная лобовая тяга, кгс/м 12 827 13 468 Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/с)/м2 175,7 177,7 2
334 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей Турбина – осевая, трехступенчатая. Между дисками ротора располагаются арочные лабиринты, которые являются равнопрочными и потому легче, чем имеющие цилиндрическую форму. Лопатки ротора имеют бандажные полки с гребешками лабиринтных уплотнений, лопатка первой ступени – охлаждаемая. В лопатки соплового аппарата первой ступени вставлены дефлекторы с перфорацией, в лопатки второй ступени – дефлекторы с отверстиями для прохода охлаждающего воздуха, который выпускается через щели около выходных кромок лопаток. Лопатки соплового аппарата третьей ступени – неохлаждаемые. В задней опоре турбины применено радиально-торцевое графитовое уплотнение, которое, в отличие от лабиринтного, является контактным и обеспечивает требуемую герметичность масляной полости. Над корпусом турбины установлены бронезащитные кольца, которые служат для защиты мотогондолы от повреждения при обрыве лопаток турбины. Всережимное сверхзвуковое сопло с центральным телом имеет оригинальную конструкцию. Его схема призвана обеспечить минимальные потери тяги при крейсерском сверхзвуковом режиме и небольшие – при крейсерском дозвуковом, а также простоту регулирования критического сечения сопла, возможность установки реверса и системы шумоглушения. Регулирование площади критического сечения сопла РД36-51А осуществляется перемещением центрального тела. Конструкторы разработали и реверсивное устройство, впервые в нашей стране совмещенное со сверхзвуковым реактивным соплом. Оно было испытано на стенде и на самолете. До этого на Ту-144 по старинке применяли тормозные парашюты. Двигатель РД 36-51А на открытом стенде. Полуево, 1975
Двигатели гражданских самолётов России РД36-51А имеет систему противопомпажной защиты, систему контроля, шумоглушения, противообледенительную систему. Это был самый мощный в мире однороторный бесфорсажный турбореактивный двигатель, который обеспечивал минимально возможный удельный расход топлива в крейсерском сверхзвуковом полёте. На этом режиме его мощность достигает 41 110 л. с. А удельный расход топлива притом на 7% меньше, чем у современного танкового дизеля – 146 г/л. с.*ч. Ресурс его выше, чем у НК-144: 300 часов – первоначальный, с последующим увеличением до 2000 часов. Из воспоминаний П. А. Колесова, главного конструктора РКБМ: …Когда были подготовлены четыре двигателя для установки их на самолет, выявился дефект – разрушение лопатки 7-й ступени компрессора по «замку». Было установлено, что лопатка имела повышенные вибрационные напряжения. Для устранения этого дефекта требовалось изготовить новые лопатки и новый диск, разобрать двигатели, провести замену и провести комплекс испытаний новой конструкции. На это потребовалось бы несколько месяцев. Мною было предложено поставить на замок титановой лопатки чехол из стали, который бы спасал замок от нагартовки и снизил бы вибрационные напряжения. Технологи и сборщики сумели раскрыть корпус компрессора без разборки всего двигателя, поставить на лопатки 7-й ступени компрессора чехол и собрали двигатель. Мы провели тензометрирование и длительные испытания. Они подтвердили наши надежды. В течение 15 дней проведены работы на всех отправляемых двигателях, и они были поставлены на испытания. <…> Чехол на 7-й ступени так и остался на всё время. Опережая время. К 100-летию главного конструктора П. А. Колесова. – Рыбинск, 2015 АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ ВОБЛИКОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Поднял в небо самолет Ту-144Д «Коллектив рыбинских моторостроителей, – писал заместитель главного конструктора ОКБ-36 А. Л. Дынкин, – …проделав огромную работу, доказал, что только турбореактивный двигатель без использования форсажа на сверхзвуковом режиме обеспечивает сверхзвуковую дальность полета более 4500 км. Так, благодаря инициативе ОКБ 36 удалось создать вариант советского СПС с требуемой дальностью полета» [89]. Вместе с тем испытания первых экземпляров РД36-51А показали, что КПД компрессора на крейсерском режиме намного меньше необходимого (0,77 вместо 0,855). Это не позволяло достичь заданного удельного расхода топлива. Компрессор стали доводить, и одновременно в 1972 году по заданию МАП начали создавать более совершенную модификацию двигателя: стало ясно, что иначе заданные параметры получить не удастся. Этот вариант, с новым 15-ступенчатым компрессором и прямоточной кольцевой камерой сгорания, получил старое название – РД36-51. Между тем РД36-51А первой партии устанавливали на самолет. И хотя замена куйбышевских двигателей на рыбинские была предусмотрена, на деле пришлось еще многое перепроектировать: воздухозаборник, мотогондолу, противопожарную систему и другое. Это опять отбросило программу назад. Только 30 ноября 1974 года Ту-144Д с двигателями РД36-51А совер- 335 Вспоминает В. И. Богданов, доктор наук, профессор, в то время – инженер-конструктор 2-й категории в РКБМ: – С начала создания двигателя периодически при аварийном останове с максимального режима возникал помпаж. Причину долгое время не могли установить. Я предложил выполнить препарацию механизма поворотных направляющих аппаратов компрессора, установить датчики давления рабочей жидкости. При испытании выяснилось, что направляющие аппараты поворачиваются не по программе, отстают от резкого падения частоты вращения ротора двигателя изза низкого давления в приводных гидроцилиндрах. Причиной низкого давления стал повышенный расход рабочей жидкости в цилиндре управления соплом. Казалось, предстоит решение непростой технической задачи по повышению характеристик насоса. Однако будущий главный конструктор РКБМ В. И. Галигузов, а тогда начальник отдела, отвечающий и за автоматику двигателя, предложил простое решение: в магистраль подвода жидкости к цилиндру сопла поставить жиклёр – простую конусную шайбу с маленьким отверстием. В результате расход жидкости на сопло уменьшился, а давление в системе управления направляющими аппаратами выросло. Так в прямом смысле копеечная шайба решила серьёзную проблему супердвигателя. шил первый полет (командир экипажа – А. И. Вобликов), а через две с небольшим недели вышел на сверхзвук.
336 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Самолет Ту-144Д в Хабаровске В 1971 году А. Н. Туполев выставил требование ввести на РД36-51А устройство дополнительного форсирования тяги. На его проектирование, изготовление и испытания было потрачено еще около двух лет. В двигателе между турбиной и критическим сечением сопла были установлены добавочные форсунки. Но эти изменения вызвали увеличение гидравлических потерь в сопле и, соответственно, расхода топлива. Поэтому пришлось опять создавать новый компрессор – с первой ступенью более высокой производительности и степени сжатия. В итоге КПД компрессора достиг значения 0,815. С такими двигателями самолет в 1976–1977 годах выполнил 78 полетов, в том числе восемь – на дальность более 6300 км. Ту-144 наконец-то смог долететь до Хабаровска, преодолев 6250 км за 3 часа 23 минуты, как это и планировалось 14 лет назад. Испытания показали, что форсаж был лишним – нужная тяга развивалась и без него. Снова потребовалось переделывать выходное устройство и проводить дополнительные проверки. И вновь потеря времени. Только в 1978 году произошло радостное событие – успешные государственные 200-часовые испытания РД36-51А. Но 23 мая 1978 года самолет Ту-144Д постигло роковое несчастье. Он потерпел катастрофу, в которой погибли два члена экипажа. Причиной было попадание керосина в отсек вспомогательной силовой установки из топливного трубопровода, герметичность которого нарушилась из-за усталостных разрушений. Утечка топлива привела к пожару сразу трех двигателей. Вины самих ­РД36-51А в произошедшем не было. Репутации программы был нанесен непоправимый урон. Как раз тогда объявили о временной остановке эксплуатации Ту-144, которая стала окончательной. Однако все экземпляры Ту-144Д прошли доработку, которая исключала повторение случившегося. Испытания проводили дальше, и они показали, что, несмотря на все меры по повышению экономичности, удельный расход топлива двигателей РД36-51А больше заданного на 2,4%. Проблема была бы решена, если бы удалось довести до летного состояния двигатель РД36-51. Первый его экземпляр собрали и испытали на стенде ЦИАМ в 1978 году. Наконец-то были получены все основные требуемые параметры, в том числе те, которых так долго добивались: КПД компрессора (2) Сверхзвуковые пассажирские самолеты «Конкорд» (слева) и Ту-144 (справа) в Музее техники в Зинсхайме 0,855 и удельный расход топлива 1,23 кг/кгс*ч на крейсерском режиме сверхзвукового полета. Проходные сечения ступеней компрессора, с 5-й по 15-ю, увеличили, за счет этого снизились скорости потока. Добавили еще одну ступень, что уменьшило аэродинамическую нагрузку на каждую из них. Новая, кольцевая камера сгорания практически без доводки, за счет автоматизированного проектирования на ЭВМ, обеспечила нужные характеристики. По сравнению с трубчато-кольцевой, она имеет меньший вес, обеспечивает меньшие гидравлические и тепловые потери, более равномерное температурное поле, требует меньше воздуха на охлажде-
Двигатели гражданских самолётов России ние. В ней нет пламяперебрасывающих патрубков, что улучшает условия розжига и повышает надежность жаровой трубы. Без существенных изменений остались турбина, сопло, реверс и некоторые другие узлы и системы. Такой двигатель позволил бы Ту-144Д перевозить 150 пассажиров на расстояние более 8000 км или 200 пассажиров на 6500 км. В июне 1979 года был подписан акт по государственным стендовым испытаниям РД36-51А. И, как назло, спустя месяц во время сверхзвукового полета разрушился диск компрессора одного из двигателей, что повлекло серьезные повреждения конструкции самолета. Экипаж Е. А. Горюнова сумел благополучно совершить вынужденную посадку на аэродроме ВВС в Энгельсе. После этого провели еще комплекс мероприятий, чтобы повысить надежность силовой установки. Тем не менее пассажирские перевозки на Ту-144Д по-прежнему были в планах. В 1981 году самолет получил временный сертификат летной годности. Готовились к эксплуатационным испытаниям, но буквально за несколько дней до их начала на стенде РКБМ произошло разрушение двигателя. Это событие позволило министерствам закрыть программу сверхзвукового пассажирского самолета – после почти 20 лет усилий и постройки 17 летных экземпляров. И хотя в апреле 1982 года был подписан акт по совместным госиспытаниям с весьма неплохими данными (дальность 6180 км при 70 пассажирах и 5800 км при 150 пассажирах), 1 июня 1983 года правительство постановило прекратить работы. Советский сверхзвуковой пассажирский самолет пробыл в коммерческой эксплуатации всего 7 месяцев и перевез 3284 пассажира (для сравнения, на борту «Конкорда», последний рейс которого со- 337 стоялся в 2003 году, побывало около двух с половиной миллионов пассажиров). Одной из причин сворачивания программы был неконтролируемый рост затрат на разработку и изготовление этих самолетов – сказалась их абсолютная новизна. «Во сколько обошлось его [Ту-144] создание, не знает никто. Об этом можно лишь догадываться, имея в виду некоторые косвенные признаки. Например, что Франция и Великобритания истратили на разработку "Конкорда" в 7 (!!!) раз больше средств, чем планировалось. А ведь они не переделывали самолет, да еще дважды, как это имело место в программе Ту-144!» [251]. Эксплуатация СПС стала нерентабельной еще и из-за резкого повышения цен на нефть после войны «Судного дня» 1973 года, когда мировые цены на авиатопливо поднялись в шесть раз по сравнению с 1964 годом. В СССР этот рост был не таким сильным (в 1,6 раза), но в случае с Ту-144 очень даже ощутимым. Билеты (2)
338 ЧАСТЬ 3. Третье поколение газотурбинных двигателей на сверхзвуковой рейс в нашей стране не могли стоить так же дорого, как на западе, класса богатых людей у нас еще не было. Выручка не покрывала даже малой части расходов. Никита Сергеевич Хрущёв, когда это решение принималось и ему сказали, что машина получится очень «прожорливой», ответил: это не столь уж и важно, керосина у нас много. Потом, как всем известно, сменилось не только партийное руководство. И все стали от самолета открещиваться, будто и не знали раньше, какова будет его цена, сколько горючего он станет расходовать и какова его рентабельность. Максимович Г. Как «погиб» Ту-144 // Крылья Родины. – 1990. – № 3 Кроме того, для «Аэрофлота» регулярная эксплуатация Ту-144 означала бы большие и плохо окупаемые вложения в инфраструктуру. В МГА всеми способами пытались избавиться от самолета. Сыграли роль личные неприязненные отношения между руководством гражданского флота и А. А. Туполевым. «Все руководители МАП "отошли в сторонку", а руководители МГА активно травили генерального конструктора и его детище» [200]. К мировым ограничениям использования СПС приложили руку США. После того как американцы отказались от собственного аналогичного проекта, они стали инициаторами нормирования шума самолетов и акцентировали внимание на экологической проблеме звукового удара. В конечном счете правительства всех стран, кроме СССР и Индии, запретили полеты СПС над своей территорией на сверхзвуковой скорости. «Конкорду» оставались «сверхзвуковые участки» лишь над океаном. Всего было изготовлено 92 двигателя РД36-51А и РД36-51. СЕРГЕЙ ТИМОФЕЕВИЧ АГАПОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Установил 14 мировых рекордов на самолете Ту-144Д Уникальный случай: уже после того, как самолеты «ушли на покой», они стали мировыми рекордсменами. В 1983 году на Ту-144Д с двигателями РД36-51А экипаж С. Т. Агапова в двух полетах установил каскад из 14 мировых рекордов скорости и высоты полета с грузом от 5 до 30 тонн. Некоторые из них до сих пор не побиты. В 1990-х годах Ту-144ЛЛ с двигателями НК-321 (с бомбардировщика Ту-160) использовался агентством NASA и другими американскими специалистами для исследований, которые проводились в рамках программы перспективного сверхзвукового транспортного самолета США. Отечественная авиационная наука и техника благодаря созданию Ту-144 с двигателями НК-144, а затем РД36-51А совершили рывок в своем развитии. Увы, открывшиеся возможности не были своевременно использованы – и по объективным причинам, и вследствие банальных подковерных интриг. Многие достижения программы отечественного сверхзвукового самолета и сейчас, спустя десятилетия, поражают воображение. Ту-144ЛЛ. Жуковский, ЛИИ им. Громова. 1998
Двигатели гражданских самолётов России Последний серийно изготовленный Ту-144Д (№09-1), бортовой номер 77115 Четыре турбореактивных двигателя с всережимными сверхзвуковыми соплами с центральным телом самолета Ту-144Д 339

ЧАСТЬ 4 ЧЕТВЁРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
342 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Первенец четвёртого поколения и его наследники Д-36 и Д-436 Двигатель Д-36 Д-36 – это первый в Советском Союзе двигатель с высокой степенью двухконтурности (иначе говоря, турбовентиляторный), разработанный Запорожским моторостроительным КБ «Прогресс» и нашедший применение на транспортных и пассажирских самолетах разных типов. К созданию двигателей большой степени двухконтурности, которые потом отнесли к четвертому поколению, ведущие моторостроительные фирмы мира пришли в середине 1960-х годов. В СССР тогда еще не осознали этой необходимости, хотя отдельные ОКБ по собственной инициативе занимались подобными проектами. В то время В. А. Лотарев, сменивший на посту главного конструктора ЗМКБ «Прогресс» А. Г. Ивченко, отстаивал идею двигателя высокой степени двухконтурности: он был убежден, что это единственный подходящий вариант для тяжелых самолетов большой дальности. Первый такой проект запорожского коллектива был прообразом будущего Д-18Т (двигателя для Ан-124 «Руслан» и Ан-225 «Мрiя»). Несколько чертежей к нему сделали в масштабе 1:2. Главному конструктору понравилась эта уменьшенная версия, и он дал указание определить ее параметры, которые оказались очень неплохими. Так началась история Д-36 («3» – трехроторный, «6» – степень двухконтурности). В. А. Лотарев добился разрешения от Минавиапрома создать этот двигатель для самолетов средней дальности.
Двигатели гражданских самолётов России В конце 1971 года он был запущен на стенде. «Изначально двигатель Д-36 предназначался для самолета Ан-60 ОКБ Антонова. Но проект по этому самолету не был принят. "Самолетчики еще придут за этим двигателем", – сказал тогда В. А. Лотарев. Так и вышло. Первым заинтересовался новым двигателем генеральный конструктор А. С. Яковлев» [286]. В октябре 1973 года вышло постановление Совета министров о постройке опытной партии ближнемагистрального самолета Як-42 с двигателями Д-36. Требования к силовой установке и её расположению (три двигателя в хвостовой части фюзеляжа) отличались от исходного задания по Ан-60 (два под крылом). В 1975 году начались испытания двигателя на летающей лаборатории Ту-16ЛЛ. Д-36 для отечественного авиадвигателестроения стал во многом уникальным. При разработке его узлов и систем было получено около 70 авторских свидетельств! Главные особенности Д-36 – большая 343 Компоновочная схема Як-42 степень двухконтурности (5,6) и высокие параметры термодинамического цикла. Это был первый советский двигатель трехроторной схемы. Компрессор в нём разделен на три самостоятельных каскада, в каждом из которых своя турбина. При этом роторы имеют различные, оптимальные для них, частоты вращения и связаны Основные данные между собой только газодинамически. Такая схема дала возможность применить в компрессоре ступени с высоким КПД, обеспечить необходимые запасы компрессора по помпажу и использовать пусковое устройство малой мощности, так как при запуске необходимо раскручивать стартером только ротор высокого давления. Д-36 Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0, САУ +15 оС), кгс Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0, САУ +15 С), кг/(кгс*ч) о Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0, САУ +15 оС), кг/с Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0, САУ +15 С) о Степень повышения полного давления в вентиляторе (Нп = 0, Мп = 0, САУ +15 оС) Д-436Т Д-436Т1/ТП Д-436Т2 6500 7500 0,365 253 Д-436-148 7500 8200 6830 0,375 0,37 0,376 0,377 254 254,2 265,2 238,7 17,35 - 22,7 24,2 20,8 - - 1,52 1,57 1,51 Температура газа перед РК ТВД на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0, САУ +15 С), К 1450 - 1470 1525 1405 Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0, САУ +15 оС) 5,57 5,5 4,91 4,89 4,7 о Тяга на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,75), кгс 1600 1300 1450 1550 1500 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,75), кг/(кгс*ч) 0,665 0,63 0,617 0,617 0,618 Степень повышения полного давления в компрессоре на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,75) 19,8 - 25,1 26,1 24,2 - 6,2 5,0 4,97 4,9 Степень двухконтурности на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,75) Расход воздуха на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,75), кг/с - - 101,1 102,8 97,9 1124 1490 1453 1450 1450 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,1729 0,1987 0,1937 0,1768 0,2123 Диаметр входа в компрессор, м 1,373 1,373 1,373 1,373 1,373 Масса двигателя, кг Удельная лобовая тяга, кгс/м 2 Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/с)/м2 4390 5066 5066 5532 4613 170,9 171,6 171,7 179,1 161,2
344 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Владимир Алексеевич родился 2(15) ноября 1914 года в городе Александровск-Грушевский (ныне Шахты Ростовской области). Отец был шахтером, мать занималась домашним хозяйством. Окончив восьмилетку, Владимир поступил учиться на электрослесаря в Артёмовское горнопромышленное училище. В 1933 году он уехал из Шахт: сначала учился в Новочеркасском авиационном институте, а потом, после перевода, – в ХАИ, где получил специальность «инженер-механик по авиамоторостроению». В 1939 году его направили на Запорожский завод № 29 инженером-конструктором. Вскоре он стал начальником конструкторской группы по доводке моторов М-89. В 1941 году завод был эвакуирован в Омск. Владимир Алексеевич стал ведущим конструктором по двигателю М-26, заместителем начальника серийно-конструкторского бюро. Занимался повышением надежности моторов М-88Б, АШ-82ФН. В 1945 году В. А. Лотарев вернулся в Запорожье и через полгода получил должность заместителя главного конструктора ОКБ-478. За создание модификации мотора М-26 – вертолетного АИ-26В А. Г. Ивченко, В. А. Лотарев и А. М. Анашкин в 1948 году были удостоены Сталинской премии. В 1963-м Владимира Алексеевича назначили главным конструктором, а в 1981-м – генеральным конструктором Запорожского машиностроительного конструкторского бюро «Прогресс». Под руководством В. А. Лотарева была разработана концепция советских трёхвальных турбореактивных двигателей большой двухконтурности и созданы двигатели четвертого поколения Д-36, поднимающие в небо самолеты Ан-72, Ан-74 и Як-42; Д-436, предназначенные для Ту-334, Бе-200, Ан-148 и Ан-158; Д-18Т для самых грузоподъемных в мире самолетов Ан-124 «Руслан» и Ан-225 «Мрiя»; турбовальные Д-136 для самого большого в мире серийного вертолета Ми-26. При непосредственном участии Владимира Алексеевича разработаны также многие поршневые авиадвигатели, пусковые авиационные, турбовинтовые и турбореактивные самолетные двигатели, установки наземного применения, – практически все изделия Запорожского МКБ «Прогресс» советского периода. Д-36 был первым в СССР двигателем модульной конструкции, он состоит из 12 модулей. Это новшество позволяет заменять отдельные модули непосредственно в эксплуатации, что значительно сокращает сроки и стоимость техобслуживания и дает возможность перейти к эксплуатации по техническому состоянию. Д-36 вместе со своим «потомком» Д-18Т, а также двухконтурным двигателем фирмы Garrett AiResearch ATF3 необыч- ной схемы и тягой всего в 1800–2250 кгс – единственные в мире трехроторные двигатели, у которых по две опоры на ротор и нет межвальных подшипников. Много прогрессивных технических решений воплощены в Д-36 для повышения его надежности: корпус вентилятора упрочнен композиционными материалами и сделан непробиваемым при обрыве лопаток вентилятора; увеличена прочность и КПД вентиляторных лопаток – они Владимир Алексеевич Лотарев (1914–1994) «Когда с ним шел разговор о дефектах силовой установки, о ее конструкции, ощущалось, что Владимир Алексеевич, действительно, чувствует двигатель, как свой организм. Может быть, даже лучше, чем свой организм… – говорит президент АССАД В. М. Чуйко. – Это было какое-то особое чувство конструктора – его большой, очень большой талант!» [133]. В. А. Лотарев – доктор технических наук, профессор, действительный член АН Украины, заслуженный деятель науки УССР, Герой Социалистического Труда, лауреат Государственной и Ленинской премий, кавалер ордена Красной Звезды, Октябрьской Революции, Трудового Красного знамени, Труда, трижды – ордена Ленина. «Правда, никто так и не видел его со всеми наградами; разве что с Золотой Звездой Героя, и то в особо торжественные минуты, когда этого требовала обстановка. К наградам Владимир Алексеевич относился спокойно. Без фетиша, по-лотаревски. По воспоминаниям очевидцев, Владимир Алексеевич, как человек большой скромности, не любил позировать перед объективом фотокамер. "Всё это наносное, – говорил Лотарев. – Лучшее и самое надежное средство достижения популярности – летящие в небе самолеты, которые поднимаются нашими двигателями"» [Там же]. В 1984–1989 годах был депутатом Верховного Совета СССР. Ушел из жизни 20 июля 1994 года в возрасте 80 лет. способны в полете выдерживать удары от попадания птиц; подшипниковые опоры снабжены упруго-масляными демпферами. При производстве двигателя применили новые техпроцессы: титановое литье, электронно-лучевую сварку роторов, раскатку валов, изготовление упруго-демпферных опор трубопроводов из «металлической резины» – материала, созданного в Куйбышевском авиационном институте, и другие.
Двигатели гражданских самолётов России Основные модули двигателя Д-36 1. Рабочее колесо вентилятора 2. Корпус вентилятора со спрямляющим аппаратом 3. Вал вентилятора с опорой 4. Компрессор низкого давления 5. Камера сгорания (1) Вентилятор двигателя Д-36 (трехмерная модель) Вентилятор двигателя Д-36 – одноступенчатый, сверхзвуковой, с титановыми лопатками. Каждая рабочая лопатка имеет антивибрационные полки, образующие жесткий кольцевой бандаж для снижения напряжений. Лопатки кре- (1) (2) 345 6. Ротор турбины высокого давления 7. Ротор турбины низкого давления 8. Корпус опор турбин 9. Турбина вентилятора 10. Задняя опора двигателя 11. Главный модуль – промежуточный корпус и компрессор высокого давления 12. Коробка приводов (2) Спрямляющий аппарат вентилятора двигателя Д-36 (трехмерная модель) пятся к диску замком типа «ласточкин хвост» – так же как в компрессорах обоих каскадов. В спрямляющем аппарате – 49 лопаток из титанового сплава, число которых подобрано так, чтобы уменьшить шум вентилятора. Этому служат и семь панелей шумоглушения. Компрессор низкого давления – шестиступенчатый, с поворотным входным направляющим аппаратом. Его лопатки устанавливаются под нужным углом при сборке двигателя, и их положение может регулироваться по результатам испытаний. Ротор компрессора низкого давления – барабанно-дисковой конструкции. От осевого перемещения лопатки зафиксированы пластинчатыми замками. Для обеспечения устойчивой работы компрессора предусмотрено три клапана перепуска воздуха за третьей ступенью.
346 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1) Компрессор низкого давления двигателя Д-36 (трехмерная модель) (2) Турбина низкого давления двигателя Д-36 (трехмерная модель) Диски и лопатки ротора сделаны из титанового сплава, лопатки статора стальные, что позволяет избежать титановых пожаров. Компрессор высокого давления – се- (3) миступенчатый. Диски и лопатки последних двух ступеней выполнены из стали на никелевой основе, остальных ступеней – из титанового сплава. Камера сгорания – кольцевая, имеет 24 форсунки. Лобовое кольцо, кольца кожухов и посадочные кольца принудительно охлаждаются воздухом, подаваемым через кольцевые щели. Турбины каскадов низкого и высокого давления – одноступенчатые. Сопловой аппарат турбины высокого давления охлаждается конвективно-пленочным способом. Дефлекторы внутри лопаток соплового аппарата поджимают охлаждающий воздух к стенкам лопатки (как и в спрямляющем аппарате турбины низкого давления, который охлаждается конвективно, служит для размещения силовых связей и всех остальных коммуникаций). На диске рабочего колеса турбины высокого давления охлаждаемые лопатки (3) Двигатель Д-36
Двигатели гражданских самолётов России 347 (4) (5) крепятся замками «ёлочного» типа, по две в один паз. На бандажной полке сделан гребешок лабиринтного уплотнения. Неохлаждаемые рабочие лопатки турбины низкого давления установлены с помощью одинарных замков-«ёлочек» и имеют на бандажной полке по два гребешка лабиринтного уплотнения. Турбина вентилятора – трехступенчатая, неохлаждаемая. Выходное устройство состоит из раздельных сопел наружного и внутреннего контуров. Сопло внутреннего контура крепится к задней опоре турбины вентилятора. Реверсивное устройство отсутствует. (6) Двигатель снабжен средствами раннего обнаружения неисправностей: сигнализаторами вибраций, перепада давлений на топливном и масляном фильтрах, минимального уровня масла, термостружкосигнализаторами. (4) Компрессор низкого давления двигателя Д-36 (5) Турбина двигателя Д-36 (6) Компрессор высокого давления двигателя Д-36 (7) Кольцевая камера сгорания двигателя Д-36 (7)
348 (1) ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) Вид двигателя Д-36 спереди (2) Вид двигателя Д-36 сзади (2)
Двигатели гражданских самолётов России Д-36 имеет узлы универсальной подвески, благодаря которым он может размещаться на пилонах над или под крылом, на правый или левый пилон фюзеляжа или в фюзеляже. Конструкторы предусмотрели возможность установки реверсивного устройства. Чтобы упростить доступ к агрегатам, их расположили в нижней части двигателя. В апреле 1977 года Д-36 завершил госиспытания, а затем был запущен в серию на Запорожском моторостроительном производственном объединении (ныне АО «Мотор Сич») и в этом же году стал эксплуатироваться в гражданской авиации. Поначалу двигатель имел очень скромный по мировым меркам ресурс: 300 часов – гарантийный и 900 часов – назначенный. Конструкторы доработали основные узлы газогенератора, и в конце концов у Д-36 серии 1 был уже гарантийный ресурс в 3000 часов и назначенный в 15 000 часов. Переход на эксплуатацию по техническому состоянию позволил обеспечить ресурс до первого капитального ремонта в 9000 часов. (3) А. Л. Колосов в кабине пассажирского самолета Як-42 (4) (4) Первый опытный экземпляр Як-42 (с прямым крылом) в первом полете. 6 марта 1975 Ближнемагистральный самолет Як-42 – преемник серийного Як-40, но со значительно большей пассажировместимостью (он был рассчитан на 120 мест в туристическом классе вместо 32 у своего предшественника) и с повышенной крейсерской скоростью. Поначалу А. С. Яковлев хотел сохранить на Як-42 ту же схему с прямым крылом, только увеличить размеры. Расчеты показали, что в таком варианте лайнер будет иметь крейсерскую скорость всего 770 км/ч, но сможет эксплуатироваться на 740 аэродромах «Аэрофлота». По воспоминаниям заместителя А. С. Яковлева Е. Г. Адлера, «машина со стреловидным крылом получалась на 6 т тяжелее, но имела большую скорость – до 820 км/ч… Из-за повышенной нагрузки на грунт самолет могли принимать лишь 36 аэропортов страны, хотя себестоимость перевозки пассажиров оказывалась меньше почти на треть. Несмотря на двадцатикратное сокращение числа пригодных для эксплуатации этого самолета аэродромов, макетная комиссия однозначно потребовала строить Як-42 только со стреловидным крылом. Но тут коса нашла на камень. Упрямый генеральный, понадеявшись на свой былой авторитет, стал делать Як-42 с прямым крылом. Такой самолет построили, он прошел заводские испытания и даже 349 (3) предъявлялся на госиспытания, но был отвергнут как несоответствующий решению макетной комиссии. Даже обращение к Брежневу оказалось безрезультатным. Так и пришлось этот "незаконнорожденный" прямокрылый самолет поставить к забору и… заново проектировать, строить, испытывать и предъявлять на госиспытания приемлемый МГА Як-42 со стреловидным крылом» [38]. (Однако есть документы, свидетельствующие, что создание опытного экземпляра Як-42 в варианте с прямым крылом было утверждено правительством. – Прим. ред.) Впервые двигатели Д-36 подняли в небо самолет в марте 1975 года – это был Як-42 еще с прямым крылом (командир корабля – А. Л. Колосов). 26 декабря 1975-го совершил первый полёт Як-42 со стреловидным крылом (тот же экипаж). Свой окончательный облик лайнер обрел в начале следующего года.
350 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Як-42 проходил испытания на Крайнем Севере, в Сибири, в горах Средней Азии. Полеты в Индии и Афганистане продемонстрировали надежность эксплуатации двигателей в условиях тропиков и высокогорья. Вообще, силовая установка была одним из главных достоинств самолета. Он расходовал значительно меньше топлива на один пассажиро-километр, чем его предшественники Ан-24 и Як-40, и славился в свое время как самая экономичная крылатая машина в СССР. Кроме того, его двигатели были менее шумными и по этому параметру вписывались в жесткие международные стандарты. Помимо конструктивных особенностей самого двигателя, шум снижало особое устройство на мотогондолах – многослойные перфорированные панели из металла и стеклопластика. Плюс ко всему двигатели были почти бездымными. Як-42 обладал самой высокой среди советских дозвуковых пассажирских самолетов тяговооруженностью. Это делало возможным взлет с коротких полос и продолжение крейсерского полета при неработающем двигателе, а при отказе двух – полет на высоте до 2000 м и норЯк-42 на авиасалоне в Ле-Бурже мальную посадку. Его практическая дальность – 1800 км с нормальной коммерческой нагрузкой (10 500 кг), практический потолок – 9600 м. В 1977 году Як-42 был представлен на международном авиасалоне в Ле-Бурже. Через три года лайнер прошел государственные испытания и одним из первых был сертифицирован по нормам летной годности гражданских самолетов (НЛГС-2, 1974). Его серийное производство началось сразу на двух заводах – Саратовском и Смоленском. В том же 1980 году Як-42 совершил первый рейс с пассажирами. Вскоре это воздушное судно стало использоваться на многих авиалиниях малой протяженности и международных маршрутах Москва – Берлин, Ленинград – Хельсинки, Москва – Прага. ОЛЕГ СЕМЁНОВИЧ ПОЛУДО Лётчик-испытатель. Установил мировые рекорды скороподъемности на Як-42 ЮРИЙ АЛЕКСЕЕВИЧ ШЕВЯКОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР. Установил мировые рекорды дальности и скороподъемности на Як-42 На Як-42 с двигателями Д-36 поставили 9 мировых рекордов. В 1981 году были зафиксированы рекорды подъема груза на высоту 2000 м и времени подъема на высоту 3000, 5000 и 9000 м. Один из самолетов без посадки преодолел расстояние от Москвы до Хабаровска. Интересно, что в рекордных полетах Як-42 пилотировали разные летчики: Э. П. Княгиничев, О. С. Полудо, В. Г. Мухин, Ю. А. Шевяков, В. И. Лягушкин и О. А. Булыгин. В 1981 году за участие в создании самолета Як-42 заместителю главного конструктора ЗМКБ «Прогресс» А. П. Щелоку была присуждена Государственная премия СССР. Летных происшествий с участием Як-42 по вине двигателей не было. Печальную известность ему принесла катастрофа, произошедшая 7 сентября 2011 года под Ярославлем, в которой погибли хоккеисты и сотрудники клуба «Локомотив». Однако комиссия установила, что причиной трагедии были ошибки экипажа.
Двигатели гражданских самолётов России 351 (1) Когда начались перестройка и последовавшая за ней рыночная реформа, Як-42 стал обходить конкурентов по экономическим показателям. И главным его достоинством опять оказались двигатели Д-36, до сих пор отвечающие резко ужесточившимся международным нормам по шуму на местности. Самолет, который рекламировали чуть ли не как «сельский» лайнер, лидирует на рынке международных перевозок среди отечественных собратьев! Як-42Д покупали Куба и Китай, самолет часто берут в аренду многие европейские и азиатские авиакомпании. Колесник Д. Самый невезучий // М-Хобби. – 2004. – № 3 (1) Двигатели Д-36 в хвостовой части самолета Як-42 (2) Самолет Як-42Д В середине 1980-х стало понятно, что Як-42 нужно модернизировать, увеличивая дальность полета. С полной заправкой его коммерческая нагрузка составляла всего 3,8 тонны (около 38 пассажиров). В 1988 году началось производство модификации Як-42Д с увеличенной взлетной массой (56 500 вместо 53 500 кг) и дальностью полета (2700 вместо 2300 км с коммерческой нагрузкой 8800 кг). Двигатели остались теми же. Самолет снабдили новым пилотажно-навигационным и связным оборудованием, чтобы он имел возможность совершать международные полеты без ограничений. Як-42Д мог использоваться на аэродромах с короткими, до 2200 метров, взлетно-посадочными полосами и снижать скорость захода на посадку до 210 км/ч. «Другого самолета с подобными показателями нет ни у нас, ни за рубежом. Так, Ту-134А, например, на планировании при заходе на посадку держит скорость 270 км/ч. Дело в том, что (2) малая скорость при заходе на посадку, особенно в экстремальных условиях, скажем, резком ухудшении погоды, при плохой видимости помогает экипажу принять правильное решение» [245]. Другие модификации Як-42 с этими двигателями – это модернизированный Як-42А и летающая лаборатория Як-42Ф. Со временем производство Як-42 превратилось из серийного в «заказное». Среди покупателей этого самолета – «Газпром» и МЧС РФ. Всего был произведен 181 экземпляр Як-42 и Як-42Д.
352 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Последний Як-42Д построили в 2002 г. и поставили заказчику через год. После этого авиационное производство в Саратове было остановлено, завод занимался в основном ремонтом и техническим обслуживанием ранее произведенной техники. За весь 2007 год из-за слабости производственной базы и экономических трудностей там смогли отремонтировать только один самолет. <…> …В 2010 г. завод полностью прекратил существование: были снесены проходные и производственные помещения. На бывшей территории Саратовского авиазавода начато строительство торгово-развлекательного комплекса, а территория заводского аэродрома выставлена на продажу. Это первый случай в истории отечественной авиации, когда предприятием-изготовителем прекращено эксплуатационнотехническое сопровождение (ТО, ремонт, обеспечение запчастями и т. д.) находящихся в эксплуатации самолетов (Як-42 и Як-42Д). История отечественной авиапромышленности. Серийное самолетостроение, 1910–2010 гг. – М., 2011
Двигатели гражданских самолётов России Ближнемагистральный самолёт Як-42Д 353
354 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) В 1974 году Д-36 был выбран для самолета совершенного другого типа – легкого военно-транспортного двухдвигательного Ан-72 с укороченным взлетом и посадкой. Для него подготовили модификацию Д-З6 серии 1А. Она отличалась составом агрегатов и настройкой системы автоматического управления. Серийно производилась в 1984–1990 годах. Ан-72 задумывался как скоростной самолет короткого взлета и посадки, способный работать на необорудованных площадках длиной 600 метров. С таким типом машин экспериментировали в то время и американцы, построив опытные образцы McDonnell Douglas YC-15 и Boeing YC-14. Однако до серийного производства дошел только Ан-72. Немаловажную роль в этом сыграло то, что подходящие двигатели были уже разработаны. Хотя О. К. Антонов ранее отдавал предпочтение турбовинтовым, именно двухконтурный турбореактивный Д-36 позволял воплотить в жизнь оригинальную идею генерального конструктора: использовать выхлопные струи двигателя, проходящие над крылом, для создания дополнительной подъемной силы. В основе этой идеи – явление под названием «эффект Коанда». Д-36 как раз обеспечивал сравнительно «холодную» выхлопную струю газов, не повреждающую крыло, и имел нужный расход воздуха. Два двигателя располагались сверху крыла в выдвинутых вперед гондолах, за что самолет получил у авиаторов прозвище Чебурашка. 31 августа 1977 года опытный Ан-72 выполнил свой первый полет (летчик-испытатель В. И. Терский). «Самолет полностью отвечал требованиям КВП: при нормальной взлетной массе и нагрузке до 3500 кг он отрывался от земли на скорости 185 км/ч, а для разбега хватало 420–450 м. О его скороподъемности испытатели говорили, что он буквально "прыгает в небо". Заходя на посадку, машина снижалась по крутой траектории, сохраняя устойчивость и управляемость на скоростях до 165 км/ч» [152]. В 1979 году Ан-72 показали на авиасалоне в Ле-Бурже. Там самолет произвел большое впечатление: он продемонстрировал взлет с коротким разбегом и крутым набором высоты, виражи с креном до 45 °, проходы на предельно малой скорости, «точечную» посадку. «Многообещающим самолетом заинтересовалось и Министерство гражданской авиации (МГА), нуждавшееся в замене устаревающих транспортных Ан-26 и Ан-12, – пишет Владимир Марковский. – Новой машины, неприхотливой к условиям базирования и эксплуатации, требовало и освоение труднодоступных районов Севера, Сибири и Дальнего Востока. Однако требования МГА значительно отличались от тех, под которые первоначально проектировался Ан-72. "Аэрофлот" явно не устраивал "кузнечик", рассчитанный на небольшую нагрузку и короткие расстояния, и основным из его условий было увеличение дальности полета. <…> Грузоподъемность самолета гражданский заказчик требовал увеличить вдвое, доведя ее до 10 тонн. Надо было увязать противоречивые требования ВВС и МГА» [Там же]. Конструкторы сделали крыло большей площади и удлинили фюзеляж. Доработанный Ан-72 мог брать добавочный запас топлива, то есть максимальная дальность полета выросла. Но при этом снизилась скорость – на крейсерском режиме она стала практически такой же, как у турбовинтового Ан-32 (530–550 км/ч). (1) Третий летный экземпляр самолета Ан-72 (2) Самолет Ан-74 В итоге период испытаний, доработок и освоения в производстве растянулся аж на семь лет (столько прошло между первыми полетами опытного и серийного образцов). Производство самолета началось в 1985 году на Харьковском авиазаводе. Ан-72 стал использоваться в частях военно-транспортной авиации. Серийные машины имели крейсерскую скорость в 550–600 км/ч, практическую дальность до 5000 км и потолок 10 000 м.
Двигатели гражданских самолётов России На счету самолета Ан-72 с двигателями Д-36 – 20 мировых рекордов. 17 из них установили в 1983 году лётчики-испытатели Марина Попович и Сергей Максимов. Например, была достигнута максимальная высота полета 13 410 метров и высота при горизонтальном полете 12 980 метров. Двумя годами позже лётчик-испытатель Сергей Горбик развил на Ан-72 скорость 681,8 км/ час на замкнутом маршруте протяженностью 2000 км – тоже рекордный показатель для самолетов этого класса. На основе военно-транспортного Ан-72 появился гражданский вариант Ан-72А («Арктический»). Отличался он только составом оборудования и внутренней компоновкой. Короткие взлет и посадка были незаменимы для работы в районах Крайнего Севера и Сибири, где зачастую самолеты оставались единственным средством транспорта и связи. Служивший на этих линиях Ил-14 был снят с производства и уже доживал свой век. Спасение лыжной экспедиции Д. И. Шпаро Вскоре Ан-72А получил название Ан-74 и стал родоначальником семейства гражданских самолетов. Первый полет опытного образца состоялся 29 сентября 1983 года под управлением С. А. Горбика. После этого «арктическую машину» ждало множество испытаний в суровых условиях. Летных происшествий с участием Ан-72 и его модификаций из-за отказа авиадвигателей, по имеющимся данным, не было. В декабре 1989 года в небо поднялся первый серийный Ан-74. Изготавливал 355 В 1988 году, впервые в истории авиации, самолет Ан-74 (экипаж В. Г. Лысенко) на колесном шасси доставил первую антарктическую экспедицию во главе с А. Н. Чилингаровым на станцию «Восток» при температуре -48 °С на высоте 3488 м над уровнем моря. Даже в таких экстремальных условиях машина с запорожскими двигателями работала безотказно. Особое место в биографии Ан-74 занимала Арктика. В марте 1986 года опытный самолет (по личному разрешению министра) участвовал в эвакуации со льдины лыжной экспедиции Д. И. Шпаро, так как никакой другой самолет с такой задачей справиться тогда не мог. Длина льдины была менее 300 м из-за откола ее части. Энергия, рожденная для полета / Под общ. ред. В. А. Богуслаева. – Киев, 2014 эти самолеты Харьковский авиазавод, в 1991 году к нему присоединилось Омское производственное объединение «Полёт». Тогда же Ан-74 получил сертификат типа. (2)
356 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России 357 Самолёт Ан-74ТК-100
358 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) ВЛАДИМИР АНДРЕЕВИЧ ТКАЧЕНКО Заслуженный лётчикиспытатель СССР. Установил серию мировых рекордов на Ан-74 Ан-74, как и его военнотранспортный «собрат», был мировым рекордсменом в своем классе. Так, в 1987 году экипаж В. А. Ткаченко установил на нём 8 рекордов высоты и грузоподъемности. На базе Ан-72 и Ан-74 было разработано много модификаций, например патрульный вариант Ан-72П, экспортный Ан-72В, административный Ан-72С, самолет для перевозки стандартных авиационных контейнеров Ан-72АТ, конвертируемый грузо-пассажирский для выполнения полетов повышенной сложности Ан-74ТК-100, конвертируемый с двигателями под крылом Ан-74ТК-300 и другие. Они оснащались двигателями Д-36 разных серий. Д-36 серии 2А был доработан по результатам эксплуатации предыдущей модели. Конструкторы снизили удельный расход топлива и увеличили ресурс. Модификация производилась с 1990 года. На следующем варианте, Д-36 серии 3А, ввели чрезвычайный режим работы (ЧР), позволяющий продолжать полет в случае отказа одного из двигателей в условиях высокогорья и высоких температур наружного воздуха. Для этого изменили конструкцию вентилятора и модернизировали агрегат электронной системы (1) Самолет Ан-74Д с двигателями Д-36 серии 3А (2) Самолет Ан-74ТК-100 с двигателями Д-36 серии 3А (2) управления. Д-36 серии 3А выпускался серийно с 1993 года. Он был сертифицирован Межгосударственным авиационным комитетом. Устанавливается на транспортных Ан-74Т-100/200, предназначенных для перевозок 10 тонн груза со скоростью 600–700 км/ч на дальность 1350 км, и транспортно-конвертируемых Ан-74ТК-100/200. Двигатели Д-36 серии 4А разработаны для самолета АН-74ТК-300. Они имеют реверсивное устройство и двухступенчатую систему шумоглушения. Производятся серийно с 2002 года. Самолеты Ан-72 и Ан-74 экспортировались во многие страны мира, сре- Всего к 2017 году изготовлен 1651 экземпляр Д-36 разных серий. За это время двигатели налетали в общей сложности почти 13 миллионов часов. ди которых Ангола, Болгария, Босния и Герцеговина, Вьетнам, Египет, Иран, Колумбия, Лаос, ОАЭ, Судан и другие. Продолжают эксплуатироваться и в России. До 1991 года было построено более 160 этих самолетов, в постсоветский период в Харькове велось малосерийное производство модификаций на базе Ан-74.
Двигатели гражданских самолётов России 359 Д-36 стал основой еще одного семейства трехроторных двухконтурных двигателей под обозначением Д-436. Они отличаются увеличенной тягой и топливной экономичностью. Экспериментальные и опытно-конструкторские работы по созданию Д-436 начались в ЗМКБ «Прогресс» в 1977 году. Тогда был собран экземпляр с увеличенной на 96 градусов температурой газов перед турбиной и повышенной на 300 оборотов в минуту частотой вращения вентилятора. Изменения в конструкции коснулись рабочего колеса вентилятора, заднего вала ротора компрессора высокого давления, камеры сгорания, турбины высокого давления, спрямляющих аппаратов всех ступеней турбины, кроме первой. В 1982 году было предложено использовать этот двигатель на самолете дальнего радиолокационного обнаружения Ан-71, который разрабатывался на основе Ан-72. Д-436 получил новую коробку приводов, измененную систему обвязки и стал называться Д-436К. Степень унификации с базовой моделью, Д-36, составила более 80%. В декабре 1985 года первым из нового семейства Д-436К успешно завершил госиспытания. Через пять лет проект Ан-71 был закрыт. Было изготовлено три опытных экземпляра самолета. Двигатель Д-436 В 1989 году вышло постановление правительства о создании модификации Д-436Т (Д-436М) для ближнемагистральных пассажирских самолетов Ту-334-1 и Як-42М. Это дальнейшее развитие двигателя Д-436К с улучшенной экономичностью и повышенным ресурсом. Компрессор высокого давления усовершенствовали: в наружном и внутреннем кольцах направляющего аппарата клепку заменили пайкой, в роторе использовали кольцевые замковые соединения. Переделали камеру сгорания: уменьшили ее объем, установили 18 форсунок, в том числе четыре аэрофорсунки. Изменили уплотнения роторов. Многие узлы и детали стали изготавливать из более прочных или технологичных сплавов. Например, лопатки соплового аппарата турбины высокого давления выполнены из сплава с направленной кристаллизацией. Двигатель снабдили реверсивным устройством решетчатого типа с неподвижной решеткой и подвижным кожухом. Иначе скомпоновали систему агрегатов. Применили электронный регулятор режимов двигателя, который обеспечивает запуск на земле и в полете, передачу информации в системы самолета и бортовую систему контроля двигателя, автоматический переход на чрезвычайный режим (ЧР) и др. Оперативнотактический самолет дальнего радиолокационного обнаружения и управления Ан-71 с двигателями Д-36 и со стартовым двигателем РД-38А
360 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей В 1989–1993 годах Д-436Т прошел комплекс стендовых испытаний и был готов к летным. Однако из-за финансовых проблем Ту-334 впервые поднялся в небо только в 1999 году, и на самолете уже стояла следующая модификация двигателя – Д-436Т1. Решение о разработке Д-436Т1 приняли в 1992 году на совместном заседании представителей украинских ЗМКБ «Прогресс», «Мотор Сич» и российского Авиационного научно-технического комплекса (АНТК) им. А. Н. Туполева. Вскоре было подписано соглашение между правительством Российской Федерации и правительством Украины о сотрудничестве в создании ближнемагистрального самолета Ту-334 и двигателей к нему, а также их совместного серийного производства. Д-436Т1 получил новый вентилятор с бóльшими КПД и степенью повышения давления. Это единственный в мире трехроторный двигатель, имеющий подпорную ступень вентилятора. Только таким способом можно было заметно увеличить суммарную степень повышения полного давления, не добавляя ступень в компрессор низкого давления. Был переделан только его передний корпус. КПД турбины высокого давления благодаря изменениям в конструкции спрямляющего аппарата вырос на 2%. Стендовые испытания Д-436Т1 начались в 1993 году, производство – в 1995-м. обошел «Сухой Суперджет-100». Судьба Ту-334 до сих пор остается предметом дискуссий в авиационных кругах. Двигатели Д-436Т1/Т2 производились в кооперации запорожским АО «Мотор Сич», Московским машиностроительным производственным предприятием (ММПП) «Салют», ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» (УМПО). Более мощная модификация – Д-436Т2 – разрабатывалась и выпускалась с 1998 года. По конструкции она совпадает с Д-346Т1, а увеличение тяги достигнуто повышением температуры газа перед турбиной. Предназначена для установки на Ту-334-200 с удлиненным фюзеляжем и Ту-334-100Д для авиалиний увеличенной протяженности. В 2003 году самолет Ту-334-100 был сертифицирован Межгосударственной авиационной комиссией. Но серийным он так и не стал, в конкурентной борьбе его Модификации Д-436М/М1 имели аналогичные двигателям Д-436Т1/Т2 характеристики, отличаясь предназначением – они должны были устанавливаться на модернизированный пассажирский Як-42М. Этот самолет разрабатывался по техническому заданию 1990 года и должен был стать более экономичным развитием серийного Як-42, но спустя несколько лет проект был закрыт. Еще один вариант двигателя, созданный совместно украинскими и российскими предприятиями – Д-436ТП Схема двигателя Д-436ТП
Двигатели гражданских самолётов России 361 (1) (1) Двигатель Д-436ТП (2) Самолет-амфибия Бе-200ЧС КОНСТАНТИН ВАЛЕРЬЕВИЧ БАБИЧ Заслуженный лётчикиспытатель РФ. Выполнил первый полет на самолетеамфибии Бе-200, установил на нём 8 мировых рекордов подтвердило соответствие двигателя Д-436ТП европейским требованиям по обеспечению безопасности полетов. для двухдвигательного многоцелевого самолета-амфибии Бе-200. Конструктивно Д-436ТП почти аналогичен прототипу – Д-436Т1. Отличия в том, что модификация «ТП» не имеет реверсивного устройства и подготовлена для работы в морских условиях. Она получила сборный титаналюминиевый промежуточный корпус (2) и коробку приводов с алюминиевым корпусом. Состав приводных агрегатов также изменился. 5 декабря 2000 года двигатели Д-436Т1 и Д-436ТП получили сертификаты типа Межгосударственного авиационного комитета. В 2008 году Европейское агентство авиационной безопасности (EASA) В 1990 году вышло постановление Совета министров СССР о создании самолета-амфибии Бе-200 с двигателями Д-436ТП. Через два года это задание было подтверждено решением уже правительства РФ, и, несмотря на все проблемы, 24 сентября 1998 года опытный экземпляр Бе-200 поднялся в воздух (экипаж К. В. Бабича). В следующем году на Иркутском авиазаводе начался серийный выпуск самолета под обозначением Бе-200ЧС. В 2001-м завершилась его сертификация. Через пять лет основному заказчику, МЧС России, были поставлены семь серийных машин. Затем их производство перенесли из Иркутска в Таганрог, на ТАНТК им. Бериева. В 2010-м гидросамолет был сертифицирован по европейским нормам. Бе-200 имеет крейсерскую скорость 680 км/ч, практический потолок – 8100 м, практическую дальность – 3150 км. В 2000–2002 годах на Бе-200 было установлено более 20 мировых рекордов скороподъемности с грузом и без груза в подклассах самолетовамфибий и гидросамолетов (командир экипажа – К. В. Бабич).
362 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1) В. А. Богуслаев, генеральный директор АО «Мотор Сич» (2) Самолет-амфибия Бе-200ЧС (3) Самолет-амфибия Бе-200ЧС выполняет сброс воды (4) Вентилятор двигателя Д-436-148 (5) Схема двигателя Д-436-148 Двигатели установлены на пилонах над крылом – это исключает попадание в них воды при взлете, посадке и на глиссировании. «…В пожарном варианте эта изящная и мощная машина за 14 секунд глиссирования способна набрать 12 т воды, чтобы в дальнейшем сбросить ее в район сильного пожара», – сообщается в книге «Энергия, рожденная для полета» [286]. Когда очаг возгорания находится на расстоянии до 10 км от водоема, Бе-200 на одной заправке топливом может сбросить на него 300 тонн воды. Зарубежных аналогов с такими характеристиками не существует. В пассажирской компоновке Бе-200 может взлетать с земли и воды, садиться на землю и воду, перевозить до 72 пассажиров. В грузовой – доставлять до 7,5 тонны грузов на плавучие буровые платформы, морские суда и острова, где нет взлетно-посадочных полос. Существуют патрульные и поисково-спасательные варианты. Для этого же самолета в ЗМКБ «Прогресс» разработана современная модификация Д-436ТП-ФМ с большей тягой, меньшим уровнем шума и эмиссии. «Во-первых, чтобы получить двигатель с меньшими выбросами вредных веществ, нужно переделать камеру сгорания, – рассказывает В. Богуслаев, генеральный директор АО «Мотор Сич». – Во-вторых, для снижения уровня шумов надо заменить вентилятор, систему шумоглушения. Всё это мы осуществили, поскольку теснейшим образом взаимодействуем с наукой, с ЦИАМом, у нас своя давнишняя школа по камерам сгорания» [56]. Но в многолетнее производственно-техническое сотрудничество вмешалась политика. В начале 2018 года в СМИ появилась информация, что власти Украины запретили поставлять в Россию двигатели Д-436 для гражданских самолетов. Спустя несколько месяцев представители завода, где изготавливается Бе-200 (ТАНТК имени Бериева) сообщили, что самолет-амфибия будет предложен заказчикам на выбор в двух версиях: с вариан-
Двигатели гражданских самолётов России 363 (3) (4) Кто-то периодически создает информационный шум, внедряет в общественное сознание мысль о том, что Министерство промышленности запрещает нам поставлять двигатели. Это не так. Дело в том, что и Россия, и Украина входят в Европейскую ассоциацию пожарных, самолет Бе-200 имеет международный сертификат как пожарная машина и Украина не может запрещать то, что признано европейским профессиональным сообществом. Я горжусь тем, что машина с нашим двигателем прошла международную сертификацию. Богуслаев В., Захаров П. Мягкая сила кооперации // Военно-промышленный курьер. – 2018. – № 38 В зависимости от варианта самолета она обеспечивает необходимую взлетную тягу: 6400 или 6830 кгс. Модифицирована коробка приводов и реверсивное устройство, изменился состав агрегатов. Первый полет самолет Ан-148 с двумя Д-436-148, размещенными на пилонах под крылом, совершил 17 декабря 2004 года (экипаж А. В. Галуненко). В 2007 году Д-436-148 получил сертификат Межго- сударственного авиационного комитета. Производился украинским предприятием «Мотор Сич» в кооперации с российским Научно-производственным центром (НПЦ) газотурбостроения «Салют» с 2008 года. Серийный выпуск Ан-148 вели киевский завод «Авиант» и Воронежское акционерное самолетостроительное общество («ВАСО»). Всего изготовлено 47 экземпляров Ан-148 разных версий. том Д-436 или с российско-французским двигателем SaM146. «Наше сотрудничество с "Мотор Сич" продолжается», – добавил гендиректор предприятия Юрий Грудинин [165]. Другой серийный двигатель этого семейства – Д-436-148 – разработан ГП «Ивченко-Прогресс» для региональных самолетов Ан-148 и Ан-158. На 85% он унифицирован с Д-436Т1, но рассчитан на более низкие значения термогазодинамических параметров, так как потребная тяга меньше. В отличие от базовой модели, имеет электронную систему автоматического управления с полной ответственностью типа FADEC. (5)
364 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России Самолеты Ан-148 на взлете 365 Основным их заказчиком была Россия: министерство обороны, МЧС, специальный лётный отряд «Россия» и частные авиакомпании. После катастрофы Ан-148 в Подмосковье, которая произошла 11 февраля 2018 года и унесла жизни 71 человека, «ВАСО» объявило о намерении закрыть производство этих самолетов. Развитием модели Ан-148 на Украине был Ан-158, выпущенный небольшой серией (пока в шести экземплярах). Поставлялся на Кубу. Первый в СССР двигатель с высокой степенью двухконтурности, Д-36, стал этапным для отечественного гражданского авиастроения. Семейство Д-436 на его основе, появившееся накануне распада Советского Союза, даже в самые сложные периоды истории продолжало расти и развиваться благодаря тесному сотрудничеству российских и украинских компаний – не только разработчиков и производителей двигателей, но и целой сети предприятий смежных отраслей, а также научных организаций в обеих странах.
366 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Двухконтурные тягачи Д-18Т Двигатели четвертого поколения с большой степенью двухконтурности сделали возможным появление самых грузоподъемных в мире самолетов – Ан-124 «Руслан» и Ан-225 «Мрiя». Основные данные Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп =0, Мп =0), кг/(кгс*ч) Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), К Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0) Д-18Т 23 430 0,349/0,37 760 25 1540 5,6 Тяга на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,75), кгс 4860 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,75), кг/(кгс*ч) 0,57 Степень повышения полного давления в компрессоре на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,75) 27,5 Степень двухконтурности на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8) 5,7 Расход воздуха на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кг/с - Тяга на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,85), кгс 5150 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,85), кг/(кгс*ч) 0,625 Масса двигателя, кг 4100 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,1750 Диаметр входа в компрессор, м 2,33 Удельная лобовая тяга, кгс/м 5548 Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/с)/м2 177,9 2 За год до того, как в СССР приняли решение создавать транспортный самолет с характеристиками «Руслана», в июне 1965-го, на Международный авиасалон в Ле-Бурже прилетел советский военно-транспортный Ан-22 «Антей». Напомним, что он был тогда мировым рекорд­ сменом по грузоподъемности. «Антей» намного превзошел американские аналоги по максимальному весу груза: почти в два раза – Lockheed C-141 Starlifter и в полтора – Douglas C-133 Cargomaster. Ответ США был немедленным. Уже через четыре месяца фирма Lockheed получила контракт на разработку стратегического военно-транспортного самолета, который обеспечивал бы перевозку груза весом 113 400 кг на дальность 4828 км. Три года спустя, 30 июня 1968 года, состоялся первый полет американского С-5А Galaxy. В связи с недостаточной прочностью крыла задание не было
Двигатели гражданских самолётов России 367 (1) С-5А Galaxy (1) (3) (2) Двигатель TF39 под крылом С-5А Galaxy (3) В. А. Лотарев (2) выполнено, и перевозимую нагрузку ограничили 79 000 кг. Однако транспортные возможности Ан-22 оказались перекрыты не менее чем в 1,4 раза. Решающую роль в таком превосходстве сыграло использование турбореактивных двигателей TF39-GE-1A с большой степенью двухконтурности (8) и взлетной тягой 18 640 кгс. Это был первый в мире серийный ТРДД четвертого поколения, а его двухконтурность оставалась рекордной до 1995 года. Благодаря этому его удельный расход топлива на крейсерском режиме полета составлял всего 0,582 кг/кгс*ч. Советская сторона не собиралась сдаваться. В 1966 году правительство приняло постановление «Об основных направлениях развития авиационной техники и вооружения на 1966–70 гг.». Этот документ предписывал довести грузоподъемность военно-транспортных самолетов до 100–120 тонн. Создание самолета поручили ОКБ О. К. Антонова (затем называлось «АНТК им. О. К. Антонова», ныне ГП «Антонов», Украина). Первые расчеты показали, что выполнить эту задачу возможно, только используя двухконтурные двигатели четвертого поколения тягой в 25 тонн, а таких в мире еще не существовало. В СССР за их разработку взялось Запорожское машиностроительное конструкторское бюро «Прогресс» под руководством В. А. Лотарева. Через год после выхода постановления в ЗМКБ подготовили техническое предложение на двигатель Д-18 с большой степенью двухконтурности. Причем инженеры по-новому подошли к конструированию ГТД, начав с разработки газогенератора – то есть «горячей» части двигателя, включающей в себя компрессор, камеру сгорания и турбину. Такой метод оказался очень перспективным. Газогенератор – это наиболее напряженный узел во всей конструкции, именно в нём возникает большинство прочностных и газодинамических проблем, и его данные в конечном счете определяют основные характеристики и срок службы двигателей. В 1969 году для Д-18 был собран первый однороторный газогенератор, а со следующего года начались его испытания. Однако уже на самом первом этапе проектирования стало очевидно, что оно связано с огромным техническим риском. Нужно было работать с высоким уровнем температуры (около 1550 K) и степени повышения давления (более 25) при полном отсутствии в стране научно-технического задела по таким двигателям. Конструкторов ожидал целый пласт нерешенных проблем в области газодинамики, прочности, теплообмена. Предстояло сделать двигатель с самой высокой в отечественной практике тягой, при этом беспримерно экономичный и технологичный в эксплуатации. Требовалось освоить новые методы расчетов, экспериментальные исследования, материалы и технологии, оборудование и многое другое. Прекрасно осознавая всё это, В. А. Лотарев предложил создать сначала двигатель меньшей размерности и таким образом приобрести необходимый опыт. Министерство авиационной промышленности разрешило построить рабочую модель Д-18 – двигатель Д-36, о котором мы рассказывали в предыдущей главе. В 1971 году вышло постановление правительства, по которому работа над Д-18 стала официальной. Двигатель был «привязан» к проекту тяжелого военно-транспортного самолета «200». Д-18, как и его «уменьшенная модель» Д-36, проектиро-
368 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей вался по трехроторной схеме со степенью двухконтурности 5,6. В новом двигателе подняли температуру газов перед турбиной на 150 градусов и степень повышения полного давления с 20 до 26. Эскизный проект в 1972 году получил положительные заключения от ЦИАМ и других организаций, но на этом дело остановилось. Целесообразность создания такого двигателя ставилась под сомнение. Об этом много спорили и ученые, и сотрудники министерств, и инженеры. Но Запорожское МКБ продолжило разработку. В 1975 году двигатель получил обозначение Д-18Т. Споры утихли только тогда, когда кардинально переделанный проект самолета под обозначением «изделие 400» был готов. Он получился легче, чем предыдущий вариант, и двигатель стали делать на 23,4 тонны тяги. И в январе 1977 года было подписано правительственное постановление, по которому полномасштабная разработка Д-18Т возобновилась официально. В сентябре 1980 начались стендовые испытания новых сверхмощных двигателей, затем последовала проверка на летающей лаборатории – самолете Ил-76. 24 октября 1982 г. в сборочном цехе… состоялся традиционный митинг. Антонов разбил о водило бутылку шампанского, и тягач выкатил на свет божий первый опытный Ан-124. <…> «Первые рулежки и пробежки проводились поздно вечером или ночью, – вспоминает В. И. Терский. – Погода способствовала: не было особых осадков, не надо было чистить ВПП. Практически сразу почувствовали, что двигатели находятся в очень сыром состоянии. Д-18Т выпустили с опозданием, летающая лаборатория Ил-76 с этим двигателем еще почти не летала, и мы шли впереди, обгоняя исследователей...» В результате многолетней работы над проектом, прошедшим несколько стадий, появился уникальный «воздушный супергрузовик» Ан-124, на голову превосходящий все ранее летавшие самолеты. Для этого пришлось применить ряд новаторских решений, без которых получился бы рядовой летательный аппарат, уступающий американскому С-5А. Впервые в мире на тяжелом военно-транспортном самолете был использован суперкритический профиль крыла, обеспечивший аэродинамическое качество более 18 (К>18), увеличение относитель- Заярин В., Совенко А., Краснощеков А. «Ты, как из сказки богатырь...» // Авиация и время. – 2000. – № 1) (2)
Двигатели гражданских самолётов России 369 (1) Продольный разрез Д-18Т (3) (3) Выкатка опытного самолета Ан-124 перед первым полетом. 1982 (2) О.К. Антонов разбивает бутылку шампанского о водило первого опытного Ан-124. (4) Стратегический военно-транспортный самолет Ан-124 ной толщины крыла и снижение его веса. Также впервые в мировой практике самолет такого типа был сделан с малым запасом статической устойчивости, что позволило уменьшить площадь горизонтального оперения, его вес и повысить аэродинамическое качество. Другим новшеством были цельные панели обшивки крыла без всяких стыков по размаху длиной по 28 метров. Самолет имеет двухпалубный фюзеляж и раздельную герметизацию палуб, что повышает его ресурс. Оснащен бортовой автоматизированной системой контроля, которую ранее в СССР не применяли. Еще более десятка внедренных решений, которые прежде не использовались на отечественных военно-транспортных самолетах, в итоге позволили получить те характеристики, которых не удалось достичь инженерам фирмы Lockheed. Самолет назвали «Руслан». Вариант толкования – «РУСский Лотарев-АНтонов». ВЛАДИМИР ИВАНОВИЧ ТЕРСКИЙ Заслуженный лётчикиспытатель СССР. Поднял в небо Ан-124 «Руслан», установил на этом самолете 21 мировой рекорд грузоподъемности и 2 мировых рекорда дальности 24 декабря 1982 года Ан-124 с четырьмя двигателями Д-18Т на пилонах под крылом впервые поднялся в воздух (командир экипажа – В. И. Терский). Уже во время первых полетов выявилась главная проблема, преследовавшая затем «Русланы» многие годы, – низкая газодинамическая устойчивость Д-18Т, особенно на взлетных режимах. Вспоминает В. И. Терский: «Вдруг вижу, из одного двигателя вылетает длинный язык (4)
370 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (2) (1) пламени, раздается ­хлопок – звонкий, характерный, как резкий выдох: фу-уу! Так мы впервые столкнулись с помпажем – "особенностью" двигателей Д-18Т. Суть явления – недостаточная газодинамическая устойчивость. Объясняется она так: массивный ротор компрессора прогревается медленно, его тонкая оболочка – быстро. Зазор между ними резко увеличивается, в силу чего происходит срыв воздушного потока – это и есть помпаж. Двигатель захлебывается и встает. <…> Не случись развала Советского Союза, Д-18Т был бы быстро доведен до уровня лучших западных образцов» [91]. Спустя три года Ан-124 впервые продемонстрировали на всемирном авиасалоне в Ле-Бурже. По словам участников событий, появление «Руслана» произвело фурор, а западные журналисты окрестили самолет «русским чудом». Еще до окончания госиспытаний Ан-124 началось его строительство на Киевском авиазаводе, а затем и в Ульяновском (1), (2) Двигатель Д-18Т на транспортировочной тележке и его установка на левый внутренний пилон Ан-124 (3) Ан-124 в Ле-Бурже (3)
Двигатели гражданских самолётов России 371 (4) (5) (4) Сборка серийного Ан-124 (5) Погрузка турбины для Таш-Кумырской ГЭС в самолет Ан-124 «Руслан». 1986 (6) (6) Выкатка из цеха окончательной сборки Ульяновского авиационного промышленного комплекса первого самолета Ан-124. Октябрь 1985 авиационном промышленном комплексе (ныне АО «Авиастар-СП»). Первый серийный экземпляр в Ульяновске поднялся в небо в октябре 1985 года. Через несколько месяцев он выполнил свое первое задание в интересах народного хозяйства СССР: перевез самосвал грузо- подъемностью 154 тонны из Владивостока в якутский поселок Полярный. В декабре 1986 года был подписан акт по государственным испытаниям самолета, а следующие несколько лет проводились специальные исследования Ан-124: в условиях естественного обледенения, при полете в плотных боевых порядках и прочее. «Так, весной 1988 г. на первом опытном "Руслане" экипаж Терского выполнил 37 полетов в поисках зон обледенения в акватории Баренцева моря от Новой Земли до о. Медвежий. Когда находили подходящую кучевку, залетали в облака, набирали на крыле и оперении до 90 мм льда, затем выходили в чистое небо и проверяли устойчивость и управляемость самолета. В тех полетах Ан-124 часто сопровождали натовские самолеты, сближавшиеся до 500 м, чтобы получше сфотографировать "русское чудо". Тогда же была выполнена и первая посадка "Руслана" на ледовый аэродром, расположенный на о. Греэм-Белл (Земля Франца-Иосифа)» [103]. В начале 1987 года первые серийные Ан-124 «Руслан» поступили на вооружение военно-транспортной авиации СССР.
372 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Тогда же завершились государственные испытания двигателя Д-18Т. Конструкторам действительно удалось решить многие сложнейшие вопросы и получить характеристики, до тех пор казавшиеся недосягаемыми. Благодаря большим значениям степени двухконтурности и повышения полного давления достигнута высокая экономичность. Особенности конструкции, выбор параметров и материалов обеспечили малую удельную массу. Двигатель Д-18Т, как и Д-36, выполнен по трехроторной схеме. Считается, что преимущества этой схемы перед двухроторной становятся явными, начиная со взлетной тяги 20 тонн. С тремя роторами можно достичь той же степени повышения полного давления при меньшем числе ступеней компрессора с более высоким КПД. При этом требуется меньший запас газодинамической устойчивости на переходных режимах. Работоспособный компрессор для трехроторного двигателя создать проще, так как задача сводится к разработке двух нерегулируемых компрессоров с небольшими степенями сжатия. Для запуска используется устройство малой мощности, так как стартер раскручивает только ротор высокого давления. Каждый из трех роторов опирается всего на два подшипника, которые для снижения динамических нагрузок имеют масляные демпферы. Такая двухопорная схема роторов с сокращенным числом подшипников делает двигатель более надежным в эксплуатации. Она позволяет не применять межвальные подшипники, которые обычно требуют сложной системы подвода и откачки масла. Кроме того, упрощается конструкция валов, производство которых становится более дешевым и технологичным. При этом легче производить сборку и ремонт двигателя за счет выделения модулей передней и задней опор. Двигатель разделен на 17 основных модулей и 4 подмодуля. Каждый из них, кроме главного, может быть демонтирован и заменен на авиационно-технической базе без разборки соседних модулей. Вообще, конструкторы внедрили много решений, чтобы улучшить контролепригодность и облегчить обслуживание двигателя. Он имеет много датчиков, сигнализаторов контроля и средств ранней диагностики. Например, маслосистема оборудована термостружкосигнализа-
Двигатели гражданских самолётов России (1) (1) Двигатель Д-18Т (2) Рабочие лопатки с антивибрационными полками и спрямляющие лопатки вентилятора двигателя Д-18Т. Видны рабочие лопатки компрессора среднего давления и клапан перепуска воздуха торами, датчиками перепада давления, температуры и количества масла. Все агрегаты топливной и масляной систем расположены в нижней части двигателя, чтобы упростить доступ к ним. В конструкции предусмотрены смотровые окна, через которые с помощью бороскопов можно (2) обследовать рабочие лопатки всех ступеней компрессора и турбины, жаровую трубу и форсунки камеры сгорания, сопловой аппарат турбины высокого давления. На двигателе Д-18Т впервые в СССР применены крупногабаритные титановые лопатки сверхзвукового одноступенчатого 373 (3) Компрессор среднего давления двигателя Д-18Т вентилятора. Они крепятся к диску замками-«ёлочками» с двумя зубьями и имеют антивибрационные полки. Лопатки спрямляющего аппарата изготовлены из композиционного материала, со стальной накладкой на передней кромке. В корпусе вентилятора установлено защитное кольцо из органита (полимерного композита). В случае обрыва лопатки оно предохраняет корпус от пробивания. В спрямляющем аппарате находятся легкосъемные стеклопластиковые панели с титановой облицовкой для шумоглушения. Компрессор низкого давления – семиступенчатый околозвуковой. В переднем корпусе смонтированы неподвижный направляющий аппарат и регулируемый входной направляющий аппарат. На корпусе установлены восемь клапанов перепуска воздуха из-за 3-й ступени. (3)
374 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) Внутреннюю поверхность наружного контура над компрессором низкого давления формирует каркас со съемными панелями шумоглушения. Ротор – барабанно-дискового типа. Диски всех ступеней, кроме пятой, сварены между собой и соединяются с валом через диск пятой ступени болтовым соединением. Лопатки ротора изготовлены из титанового сплава. Они крепятся к дискам замками типа «ласточкин хвост». Лопатки направляющих аппаратов стальные. (2) Компрессор высокого давления тоже семиступенчатый, в нём предусмотрено четыре клапана перепуска воздуха из-за 4-й ступени. Лопатки входного направляющего аппарата фиксируются под нужным углом на неработающем двигателе. Ротор – барабанно-дискового типа. Лопатки ротора первых четырех ступеней изготавливаются из титана, остальные – из стали, так как температура воздуха здесь достигает запретного для титана значения. Они установлены с помощью таких же замков, (1) Жаровая труба камеры сгорания и турбина высокого давления двигателя Д-18Т (3) Вид сзади на вентилятор и турбину низкого давления двигателя Д-18Т (2) Промежуточный корпус между компрессорами среднего и высокого давления двигателя Д-18Т (4) Двигатель Д-18Т на самолете АН-124 как и лопатки компрессора низкого давления. Передние опоры обоих компрессоров – упругие, типа «беличье колесо», с жестким ограничителем хода. Промежуточный корпус между компрессорами формирует соединяющий их переходный канал и канал наружного контура. Здесь размещены агрегаты и приводы к ним. Камера сгорания кольцевого типа включает в себя диффузор со спрямляющим аппаратом компрессора высокого давления, жаровую трубу кольцевого типа, 22 форсунки, четыре из которых – с воздушным распылом, и два пусковых воспламенителя. Корпус камеры состоит из двух оболочек, между которыми проходит воздух для охлаждения элементов турбины среднего давления. Турбина высокого давления – одноступенчатая. Рабочие лопатки охлаждаются конвективно-пленочным способом. Они выполнены из сплава с направленной (3)
Двигатели гражданских самолётов России 375 (4) ЛЕВ ВАСИЛЬЕВИЧ КОЗЛОВ Заслуженный военный лётчик СССР. На Ан-124 совершил полет вокруг земного шара, занесенный в Книгу рекордов Гиннесса. кристаллизацией, оснащены бандажными полками с гребешками уплотнения и крепятся в пазах попарно замками-«ёлочками». Лопатки статора также охлаждаемые. Сопловой аппарат турбины низкого давления охлаждается воздухом из компрессора низкого давления. Рабочие лопатки имеют бандажную полку с гребешком лабиринтного уплотнения и замок «ёлочного» типа. Воздух из компрессора низкого давления проходит через аппарат предварительной закрутки и охлаждает рабочие лопатки конвекцией. Турбина вентилятора – четырехступенчатая, оснащена системой управления радиальными зазорами. Выходное устройство состоит из раздельных сопел наружного и внутреннего контуров. В наружном установлено реверсивное устройство решетчатого типа, имеющее 12 створок. Электронная система управления двигателем даёт возможность посадить самолет в автоматическом или полуавтоматическом режиме даже в сложных погодных условиях. В 1985 году началось серийное производство Д-18Т на Запорожском ПО «Моторостроитель» (ныне АО «Мотор Сич»). Благодаря большой тяге двигателей, Ан-124 способен поднимать 120 тонн, а в отдельных случаях и до 150 тонн груза. Он стал самым могучим серийным воздушным судном, значительно превзойдя по грузоподъемности своего оппонента – американского С-5А Galaxy. «Руслан» позволил перевозить по воздуху почти 100% техники и вооружения сухопутных войск, ВВС, Уникальные возможности «Руслана» были подтверждены мировыми рекордами. 21 из них установил экипаж В. И. Терского в 1985 году всего за один полет. Груз весом 171,2 тонны был поднят на высоту 10 750 метров – прежнее достижение, принадлежавшее С-5А Galaxy, оказалось превзойдено почти на 60 тонн! Через два года Ан-124 пролетел 20 150,92 км по замкнутому маршруту и тем самым побил рекорд дальности тяжелых машин (18 245,05 км), установленный американским бомбардировщиком В-52Н и державшийся почти четверть века. ПВО и ракетных войск стратегического назначения. Самолет развивает крейсерскую скорость 750–865 км/ч. Его максимальная высота полета – 12 000 метров, дальность с грузом 120 тонн – 4800 км. Как только Ан-124 «открылся миру», он вызвал интерес многих иностранных грузовых авиакомпаний. Разработчики самолета знали о его незаурядном коммерческом потенциале и еще до перестройки пытались получить разре- Военные летчики приняли эстафету установления рекордов на «Русланах». Так, 1 декабря 1990 г. начался кругосветный перелет на Ан-124 № 05-07 по маршруту: Австралия (Мельбурн) – Южный полюс – Северный полюс – Австралия с промежуточными посадками в Бразилии (Рио-де-Жанейро), Марокко (Касабланка) и СССР (Воздвиженка). <…> Кругосветный полет Ан-124 проходил вдали от международных авиатрасс, причем более 90 % пути приходилось на безориентирные акватории четырех океанов, еще несколько процентов – на пустынную заснеженную Антарктиду. <…> Перелет протяженностью 50 005 км был осуществлен за 72 часа 16 мин со средней скоростью 680 км/ч. Во время «кругосветки» экипажу удалось установить 7 мировых рекордов скорости полета. Совенко А., Заярин В. «Руслан» – потомок славного «Антея» // Авиация и время. – 2004. – № 73 (Спецвып.)
376 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) шение ­организовать перевозки гражданских грузов на Ан-124. «Одним из тех, кто ходил по инстанциям и получал визы в МАПе, МГА, Минвнешторге, Госплане и Минфине, был И. Д. Бабенко. "Последней инстанцией был Генштаб, – вспоминает Игорь Диомидович. – Но маршал Ахромеев даже разговаривать на эту тему не захотел. Стратегический ВТС, длинная рука Кремля, и вдруг – коммерческие перевозки? Абсолютно исключается! В итоге все наши усилия тогда оказались напрасными"» [103]. Тем временем самолет военно-транспортных авиаполков всё чаще привлекался для решения мирных задач. Например, после землетрясения в Армении «Руслан» перевез для помощи пострадавшим несколько тысяч тонн грузов, в том числе (2)
Двигатели гражданских самолётов России мощный подъемный кран весом 120 тонн и длиной 27 метров. Тогда же правительство СССР разрешило военным подразделениям выполнять платные рейсы по заявкам зарубежных коммерческих фирм. «"И вот наступил февраль 1989 года, – продолжает Бабенко. – В Киеве ждали визита М. С. Горбачёва. <…> На АНТК решили воспользоваться ситуацией и подготовили полудетективный сценарий, который был блестяще исполнен П. В. Балабуевым [генеральным конструктором АНТК им. О. К. Антонова. – Прим. ред.]. После того, как Михаил Сергеевич и Раиса Максимовна в сопровождении Щербицкого поднялись в самолет, Балабуев сделал условный знак, и трап за ними пошел вверх. Вся свита осталась снаружи. Здесь, в грузовой кабине, без помех произошел разговор между Генеральным конструктором АНТК и Генеральным секретарем ЦК КПСС. В итоге Щербицкий получил приказ подготовить предложение о передаче АНТК самолетов и положить его на стол Горбачёву через две недели". В то время такие команды выполнялись бегом, и 23 марта 1989 г., ровно через месяц после визита, состоялось заседание Совмина СССР, где рассматривался вопрос о разрешении КМЗ выполнять коммерческие перевозки на самолете Ан-124» [Там же]. Так началась история компании «Авиалинии Антонова», специализирующейся на воздушных перевозках сверхтяжелых грузов. По сути, она спасла самолетостроительное предприятие, когда распался Советский Союз и практически иссякли государственные источники финансирования. На службе «Авиалиний Антонова» Ан-124 выполнил немало уникальных перевозок. Одна из них была занесена в Книгу рекордов Гиннесса: «Руслан» транспортировал из Дюссельдорфа в Дели электрогенератор фирмы Siemens массой 135 200 кг. «Русланы», оставшиеся в ведении ВВС России, тоже выполняли транспортные задачи в интересах экономики страны. Например, в 1996 году на Ан-124 за шесть рейсов перевезли 602 тонны руды редкоземельных металлов с аэродрома Тен- 377 (3) (1) Ан-124 в сопровождении Су-27. 1995 (2) Загрузка автобусов в Ан-124 (3) Генеральный конструктор Пётр Балабуев (справа) показывает Генеральному секретарю ЦК КПСС Михаилу Горбачёву (второй слева) новый самолет АН-124 «Руслан» …Стало известно, что в Москве должно состояться выступление известной рок-группы «Пинк Флойд», в связи с чем из Афин необходимо привезти 120 т сценического оборудования, причем концерт в Москве запланирован через два дня после выступления в Афинах. В «Росконцерте» уже думали, что выступление будет сорвано: Аэрофлот наотрез отказался выполнить перевозку в такие сроки. Поэтому предложение АНТК было воспринято чуть ли не как Божья благодать, и договор был подписан уже на следующий день... Загруженный «Руслан» был готов вылететь в Москву, афинские диспетчеры разрешили запуск и руление, но когда узнали, что двигателям Д-18Т необходим прогрев на исполнительном старте 4 минуты, буквально впали в шок – на 4 минуты «заткнуть» загруженный столичный аэропорт!? В итоге «Руслан» стоял с работающими двигателями около часа, ожидая «окна»... Как говорится, лиха беда начало – в 1993 г. Майкл Джексон привез в Москву 310 т своих грузов на трех «Русланах», самолетом пользовалась Мадонна, Хулио Иглесиас и другие попзвезды. Сегодня фирма Rock-It-Cargo специализируется на перевозке по всему миру подобных клиентов, используя при этом преимущественно Ан-124. Заярин В., Совенко А., Краснощеков А. «Ты, как из сказки богатырь...» // Авиация и время. – 2000. – № 1 кели (Якутия) в Новосибирск, а обратно доставили 462 тонны продуктов и товаров народного потребления. В 1990 году появился второй коммерческий перевозчик, эксплуатирующий «Руслана» – компания «Волга-Днепр». Она была создана на базе ульяновского комплекса «Авиастар». На ее счету тоже немало впечатляющих перевозок: доставка 107 автомобилей – участников ралли Лондон – Сидней, модульного завода Coca-Cola весом в 81 тонну, истребителей Су-27 и Су-30, макета космического корабля и оборудования общей массой более 100 тонн для съемок одного из эпизодов «Звёздных войн» и многих других нестандартных и сверхтяжелых грузов. Чтобы «Руслан» мог официально «снять погоны», он должен был получить сертификат типа. Комплекс сертификационных испытаний на соответствие нормам летной годности НЛГС-3 проходил в 1990– 1992 годах. В одном из испытательных полетов произошла первая катастрофа Ан-124. «В момент наибольшей аэродинамической нагрузки произошло разрушение носового радиопрозрачного обтекателя, а затем и всей отклоняемой носовой части фюзеляжа. Обломки конструкции повредили оба правых двигателя, которые
378 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Загрузка самолета Ан-124 компании «Волга-Днепр» остановились. В сложившейся обстановке экипажу не удалось дотянуть до аэродрома, самолет упал на лес под Киевом, погибли 8 испытателей... К этой катастрофе привело трагическое совпадение ряда негативных факторов, среди которых было и столкновение с птицей на взлете перед выполнением этого задания» [252]. Однако самолету удалось пройти все необходимые проверки, и сертифициро- ванный, истинно «гражданский» «Руслан» получил обозначение Ан-124-100. После этого 22 экземпляра поступило и в другие частные авиакомпании. Можно сказать, этот самолет сам создал себе нишу на рынке воздушных перевозок, в которой у него почти нет конкурентов. Главной «болезнью» самолета оставалась низкая газодинамическая устойчивость и надежность двигателей Д-18Т первых серий. «Например, в 1995 г. на одном из самолетов "Волги-Днепр" разрушилась турбина двигателя, лопатки срубили обтекатель холодного контура и местами пробили элементы конструкции лайнера. Однако экипаж во главе с В. Гребенниковым сумел благополучно посадить поврежденную машину. 19 июня 1996 г. при взлете из аэропорта итальянского города Генуя тяжелогруженый самолет "Авиалиний Антонова" (UR-82029) попал в стаю чаек и выдержал более 50 столкновений с этими крупными птицами. Повреждения получили все двигатели, обтекатели РЛС, предкрылки и т. д. Проявив высокий профессионализм, экипаж под командованием Н. Богули сумел быстро развернуться над морем и блестяще приземлиться» [103]. Увы, порой профессионализм летчиков был бессилен. Самая крупная авиакатастрофа Ан-124 случилась в декабре
Двигатели гражданских самолётов России Фёдор Михайлович Муравченко (1929–2010) Фёдор Михайлович родился 18 марта 1929 года в селе Запорожье-Грудоватое Днепропетровского округа. Детство его пришлось на трудные годы. Фёдор был восьмым из девяти детей простой крестьянской семьи, жизни семерых из них унесли болезни и голод. Во время войны мальчиком он не раз наблюдал воздушные бои и уже тогда понимал, какую роль играет авиация. Это предопределило выбор профессии. В 1954 году он с красным дипломом окончил Харьковский авиационный институт, авиамоторостроительный факультет, и приступил к работе в Запорожском ОКБ-478. Уже через пять лет его назначили начальником бригады по запуску двигателей. Ф. М. Муравченко 1997 года в Иркутске. После отрыва от земли у «Руслана» последовательно отключились сразу три двигателя Д-18Т. Самолет упал на жилые дома неподалеку от аэропорта. Трагедия унесла жизни 72 человек, в том числе 14 детей. До сих пор нет единого мнения о причинах катастрофы. По самой распространенной точке зрения, она произошла из-за помпажа двух двигателей и отказа электромагнитного клапана на третьем, виной чему – конструктивные недочеты. Специалисты ЗМКБ «Ивченко-Прогресс» не согласились с такими выводами. «Прово- удалось внедрить несколько перспективных конструкторских решений, многие из которых были его личными разработками. Еще через год Фёдор Михайлович стал руководителем бригады камер сгорания. «В это время коллектив предприятия оказался в сложном положении – под Киевом произошла катастрофа самолета Ил-18, выполнявшего рейс Каир – Москва. Погибли люди. Разобраться в истинных причинах трагедии А. Г. Ивченко поручил Ф. М. Муравченко. – Методы моделирования процессов в камерах сгорания в ту пору были развиты слабо, – вспоминает В. М. Чуйко. – Поэтому Фёдор Михайлович сделал упор на эксперимент. Результаты были потрясающими: ресурс и надежность работы камеры сгорания существенно выросли, что, в свою очередь, поспособствовало увеличению ресурса и надежности самого двигателя. Но самое главное состоит в том, что Фёдору Михайловичу вместе с коллегами-камерщиками удалось создать уникальную школу камер сгорания в Запорожском КБ…» [134] Затем он руководил совершенно другим направлением – занимался вопросами наземного применения двигателей, отслуживших свое «на крыле». Разработал систему использования авиадвигателей в качестве газотурбинных приводов промышленного назначения. В 1967 году Фёдора Михайловича назна- жая Ф. М. Муравченко в последний путь, его коллега, глава "Мотор Сич" Вячеслав Богуслаев, так подытожил изыскания соратника: "Муравченко убедительно доказал, что в 1997 году в Иркутске "Руслан" упал по вине внешнего фактора – из-за образовавшейся корки льда, которая перекрыла проход топлива через фильтры. Он доказал всему миру, что льдообразование является виной многих крушений, после чего стали делать специальные очистители фильтров..."» [91] Но сомнений в том, что двигатели нужно совершенствовать, не было. И конструк- 379 чили заместителем главного конструктора. Он руководил разработкой двигателя Д-36, затем предложил создать на базе его газогенератора вертолетный Д-136. В целом с его участием было создано 44 базовых и модифицированных двигателя самой разной размерности – от маленьких бортовых установок до мощнейших Д-18Т и Д-27. В 1983 году Ф. М. Муравченко становится главным конструктором и первым заместителем руководителя ЗМКБ «Прогресс», а в 1989-м – генеральным конструктором и руководителем предприятия. В этой должности он работал до последних дней своей жизни. Фёдор Михайлович – доктор наук, профессор, член-корреспондент Национальной Академии наук Украины и Академии технологических наук РФ, академик Международной инженерной академии и Международной академии транспорта (2006), автор более 180 научных трудов и публикаций. Например, именно он разработал научные основы создания двигателей трехвальной схемы с установкой каждого ротора на двух опорах. Среди многочисленных наград и званий Ф. М. Муравченко – орден Трудового Красного Знамени, орден Октябрьской Революции, российские орден Почета и орден Дружбы, украинский орден «За заслуги» I и II степени, звание Героя Украины. Умер Фёдор Михайлович 8 февраля 2010 года. торы разработали Д-18Т третьей серии – более надежный и экономичный. Этого достигли усилением капота газогенераторного контура, доработкой вентилятора и других узлов. Удельный расход топлива уменьшился примерно на 4%. Температуру газов за турбиной на взлётном режиме снизили на 10 градусов, и это позволило развивать максимальную тягу с полной полезной загрузкой самолета в условиях 30-градусной жары. «Результат не замедлил сказаться на безопасности полётов. Если в 1996 г. на самолётах "Волга-Днепр" было зафикси-
380 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России 381 Перевозка административного самолёта Bombardier Challenger 605 на Ан-124
382 (1) ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) Двигатели Д-18Т 3-й серии самолета Ан-124-100 (2) Обслуживание двигателя Д-18Т самолета Ан-124 Садиться за штурвал самолёта с грузом на сотни миллионов долларов и с опасением за возможный в любой момент помпаж и отказ двигателя – не дело. Фёдор Михайлович Муравченко рассказывает: «Сразу было ясно, что совершенно не устраивают ресурсы. Это и понятно. Военным они не были нужны, потому что максимальная наработка составляла у них 200 часов в год, в то время как двигатель имел ресурс 1000 часов. А здесь же, при коммерческой эксплуатации, налёты стали достигать 1000 часов в год. В общей сложности было проведено более 100 мероприятий. Колоссальная работа. Зато двигатели, которые "ВолгаДнепр" получала от нас, всё время шли с опережающей наработкой по ресурсам. Было 1000, потом назначенный ресурс составил 8000, сегодня добрались до 24 тысяч. Ельцов Г. Ан-124 «Руслан». История воздушного превосходства. – М., 2014. (2)
Двигатели гражданских самолётов России ровано пять помпажей по причине низкой газодинамической устойчивости двигателей, то в 1997 – уже три, в 1998 – два, в 1999 отказов из-за помпажей не было вовсе. На "лётной палубе" стало несравненно спокойней» [91]. Все эти мероприятия позволили перейти на эксплуатацию двигателей Д-18Т третьей серии по техническому состоянию. Большинство двигателей Д-18Т нулевой и первой серий во время капремонтов были доработаны до уровня третьей серии. Такие модификации получили обозначение «двигатели профиля Н», то есть «надежные». На сегодняшний день двигатель удовлетворяет требованиям норм летной годности НЛГС-2, американским нормам FAR, английским BCAR, требованиям ИКАО по уровням эмиссии загрязняющих веществ и шума. Имеет сертификат типа Межгосударственного авиационного комитета. В последнее десятилетие «Русланы», служащие в частях военно-транспортной авиации РФ, были модернизированы силами ульяновского завода «Авиастар-СП». Самолеты оснастили новым оборудованием, гондолы двигателей оборудовали звукопоглощающими ­элементами. С 1984 года было выпущено 313 двигателей Д-18Т (производитель – АО «Мотор Сич»), и к 2017 году они налетали 2 451 000 часов. Самолетостроительные предприятия в Киеве и Ульяновске построили 56 экземпляров Ан-124 и Ан-124-100. 383 Ан-124 с четырьмя двигателями Д-18Т По состоянию на 2016 год в ведении России находится большая часть выпущенных Ан-124 «Руслан»: 16 из них принадлежат Воздушно-космическим силам РФ, 12 – компании «Волга-Днепр» и 8 – 224-му летному отряду (дочерняя структура Минобороны). В распоряжении украинских «Авиалиний Антонова» – семь экземпляров Ан-124. Двигатели Д-18Т стали «сердцем» самолета с еще большими транспортными возможностями, созданного в СССР – Ан-225 «Мрiя» (в переводе с украинского – «Мечта»). Самый грузоподъемный воздушный корабль в мире, Ан-225 предназначался в первую очередь для доставок на своей спине многоразового космического
384 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей к­ орабля «Буран» и блоков ракеты-носителя «Энергия». Транспортировать эти космические аппараты гигантских размеров и веса было не под силу ни автомобилям, ни поездам. Все надежды возлагались на авиацию. Отдельные элементы МКС (многоразовой космической системы) мог доставлять самолет 3М-Т «Атлант» – модификация стратегического бомбардировщика 3М, но и он справлялся не со всеми задачами. К примеру, перевозить полностью собранный орбитальный корабль этот самолет был не способен. 20 мая 1987 года вышло постановление правительства о создании сверхтяжелого самолета-транспортировщика, в действительности проектирование началось несколькими годами раньше. Конструкторы ОКБ имени О. К. Антонова при разработке Ан-225 использовали много узлов и агрегатов самолета-предшественника – «Руслана». Благодаря такой унификации «Мрiя» была построена всего за три года, и 21 декабря 1988-го она впервые поднялась в воздух (командир экипажа – А. В. Галуненко). Расчетные характеристики подтвердились: Ан-225 с шестью двигателями Д-18Т мог перевозить до 250 тонн в грузовой кабине, а на спине – негабаритные грузы длиной до 80 метров и диаметром до 10 метров. В создании самолета-гиганта участвовало больше ста предприятий нынешней Украины, России, Узбекистана: основную часть узлов и сборку производил Киевский механический завод, немалую часть деталей изготовили в Ульяновске, консоли крыла и центроплан сделали в Ташкенте, комплекс пилотажного оборудования – в Москве, шасси – в Нижнем Новгороде и т. д. Счет рекордов Ан-225 регулярно пополнялся. Во время сертификационных испытаний Ан-225 в 2001 году вновь экипаж А. В. Галуненко установил 124 мировых рекорда, в том числе подъема на высоту 2000 метров груза весом 253,82 тонны. В 2009 году «Мрiя» перевезла самый большой в истории авиации моногруз общим весом 187,6 тонны из Франкфурта в Ереван. Сборка самолета Ан-225 «Мрiя» АЛЕКСАНДР ВАСИЛЬЕВИЧ ГАЛУНЕНКО Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Украины. Поднял в небо самолет Ан-225 и установил на нем 234 мировых рекорда Спустя три месяца после первого вылета, 22 марта 1989 года, Ан-225 установил 109 мировых рекордов! И все – за один полет, который длился 3 часа 45 минут. По взлетной массе – 508,2 тонны – «Мрiя» превзошла предыдущего рекордсмена, Boeing 747-400, сразу на 104 тонны. Кроме того, Ан-225 продемонстрировал лучшую в мире скорость полета по замкнутому маршруту длиной 2000 км с грузом 155 тонн – 815,09 км/ч, максимальную высоту полета с этим грузом – 12 430 м. Командир экипажа – А. В. Галуненко. До распада СССР Ан-225 успел поучаствовать в работе, ради которой был создан. В 1989 году он перевозил космический корабль «Буран». В 1990 году «Мрiя» впервые попробовала себя в коммерческих рейсах. Например, она перевезла из Челябинска в Якутию мощный трактор весом больше 100 тонн. Всего Ан-225 принадлежат около 240 мировых авиационных рекордов. Этот самолет был занесен в Книгу рекордов Гиннесса как самый грузоподъемный в мире.
Двигатели гражданских самолётов России Ан-225 «Мрiя» с «Бураном» 385 А когда «Мрiя» с «Бураном» перелетела во Францию, на 38-й Международный аэрокосмический салон в Ле-Бурже, на них уже шли смотреть сотни тысяч людей со всех уголков планеты. Ан-225 мгновенно стал мировой сенсацией. …«Сердце переполнено гордостью за мощь человеческого разума при виде этой фантастической машины», «Самолет огромный, как ваша Советская страна», «Спасибо...» – эти восторженные оценки взяты из увесистой разноязычной Книги отзывов, которая находилась на борту Ан-225 во время салона. Ан-225: второе пришествие // Авиация и время. – 2001. – № 50 (Спецвып.) Ан-225 «Мрiя»
386 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России 387 Ан-225 «Мрiя» с «Бураном» в полете
388 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1), (2) Двигатели Д-18Т на крыле самолета Ан-225 «Мрiя» (3) Самолет Ан-225 «Мрiя» Несмотря на уникальные возможности, самолет ждала трудная судьба. «Как раз в то время, когда восторженные речи за рубежом звучали всё громче, ­реальные перспективы Ан-225 становились всё туманнее. По разным причинам ход программы "Энергия-Буран" сначала замедлился, затем и вовсе затормозился. Пошли перебои с финансированием государственных испытаний самолета. Возникла некоторая неопределенность в российско-украинских отношениях, которая после распада СССР переросла в большую неразбериху на межгосударственном уровне…» [43] Госиспытания ­Ан-225 прервались в 1994 году. После этого единственный построенный экземпляр самолета стоял на приколе аэродрома ОКБ им. О. К. Антонова. Постепенно он
Двигатели гражданских самолётов России 389 (3) превратился в источник запчастей для «Русланов». С него сняли часть оборудования и двигатели. Через семь лет простоя, 7 мая 2001 года, восстановленный Ан-225 вновь поднялся в воздух. Самолет был сертифицирован Авиарегистром Межгосударственного авиационного комитета (АР МАК) стран СНГ и вошел на рынок коммерческих перевозок крупногабаритных грузов. До сих пор в летном состоянии существует только одна машина Ан-225. Она принадлежит украинской авиакомпании «Авиалинии Антонова». Строительство второго экземпляра, который был готов на 70%, было заморожено в 1990-е годы. В современной политической ситуации сложно говорить о перспективах двигателей Д-18Т и самолетов «Руслан» и «Мрiя». На сегодняшний день Ан-124 активно используются в России, в том числе решают задачи по обеспечению национальной обороноспособности. После того как производство Ан-124 в 2004 году фактически остановилось, многократно обсуждались возможности его возобновления. Но в декабре 2018 года главный конструктор ПАО «Ил» Николай Таликов объявил, что эта дискуссия окончена: на замену «Русланам» создается новый военно-транспортный самолет Ил-106, который должен быть готов уже в 2025–2026 годах. Также он сообщил, что Объединенная двигателестроительная корпорация (ОДК) приступила к работе над новыми двигателями тягой 24–26 тонн, аналогов которым в России пока нет.
390 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Возмутители порядка Д-30КП-30 «Дебош» и Д-30КП «Бурлак» Д-30КП «Бурлак» Двухконтурные Д-30КП-30 «Дебош» и Д-30КП «Бурлак» – это рыбинские модификации разных времен на основе пермских двигателей, с вентилятором вместо каскада компрессора низкого давления. Их делали с целью получить лучшую экономичность, тягу и меньший уровень шума. Несмотря на положительные результаты испытаний, по разным причинам серийными они не стали. В конце 1970-х годов Рыбинское производственное объединение моторостроения (РПОМ) довело производство двигателей Д-30КУ/КП разработки Пермского ОКБ-19 почти до 300 экземпляров в год. Но к тому времени выяснилось, что они стали не во всём удовлетворять заказчика. Одной из причин было увеличение взлетной массы основного самолета военно-транспортной авиации – Ил-76, которая в модификации Ил-76МД достигла 190 тонн. При взлете в условиях жаркого климата тяги уже не хватало. Другая причина – ужесточение экологических требований к гражданским самолетам по шуму (Глава 3 ИКАО), которым двигатели третьего поколения с малой двухконтурностью не соответствовали. Гражданский Ил-76Т мог получить запрет на полеты в Европу. Пермское КБ тогда было занято созданием нового двигателя, а серьезно модернизировать Д-30КУ/КП возможностей, да и желания, у него не было.
Двигатели гражданских самолётов России Тогда у рыбинцев появилась идея создать модификацию двигателя Д-30КП с большой степенью двухконтурности, полностью сохранив конструкцию газогенератора и турбины низкого давления. На это решение повлияло понимание того, что СССР отстает от Запада по двигателям четвертого поколения с высокой двухконтурностью и тягой больше 10 тонн. За рубежом появился уже целый ряд таких изделий, а у нас пока не было ни одного. Директор РПОМ П. Ф. Дерунов обратился к главному конструктору Рыбинского конструкторского бюро моторостроения П. А. Колесову. Но тот не поддержал инициативу: «Это не мой двигатель, а Павла Александровича, и я не имею морального права в него лезть, раз он сам не стал этого делать». А заместитель П. А. Колесова В. Ф. Бондарев согласился участвовать в этом проекте и перешел работать в РПОМ начальником отдела главного конструктора. 391 (2) (1) П. Ф. Дерунов (2) С. М. Шляхтенко (1) Так началась работа над модификацией, которую в народе метко прозвали «Дебош» – по фамилиям инициаторов её разработки: Дерунова, Бондарева и Шляхтенко (начальник ЦИАМ). Двигатель должен был, по расчету, развивать тягу 16,5 тонны. Его предполагалось использовать на самолете Ил-76. Основные данные Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), К Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0) Д-30КП30 Д-30КП-3 14 250 13 000 - 0,404 411,3 387 0 17,7 1438 1357 4,7 3,64 Тяга на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кгс 2650 2750 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кг/(кгс*ч) 0,672 0,645 - - 4,8 - Степень повышения полного давления в компрессоре на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8) Степень двухконтурности на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8) Расход воздуха на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кг/с - - Масса двигателя, кг - 2590 Удельный вес двигателя, кгс/кгс - 0,1992 Диаметр входа в компрессор, м 1,79 1,63 Удельная лобовая тяга, кгс/м2 5663 6230 Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/с)/м2 170,9 185,5 В подчинении В. Ф. Бондарева не было аэродинамиков, специалистов по компрессорам, и проект одноступенчатого вентилятора решили заимствовать у Пермского ОКБ, где разрабатывался двигатель большой степени двухконтурности Д-70. Одним из рыбинских инженеров в Перми была проведена нелегальная «операция» по добыванию геометрии лопатки вентилятора, и вскоре создатели «Дебоша» рисовали профили лопатки. Вместо трехступенчатого каскада компрессора низкого давления диаметром 1,455 м, какой был на базовом двигателе, решено было установить одноступенчатый вентилятор диаметром 1,79 м. Сначала его планировали сделать с тремя подпорными ступенями. Вал вентилятора имел переднюю опору с радиальным роликовым подшипником и заднюю – с радиально-упорным шариковым, как у Д-30КП. Такое конструктивное решение не применялось на двухроторных двигателях большой степени двухконтурности четвертого поколения и появилось только у представителей пятого поколения в XXI веке. Удалось спроектировать и изготовить разделительный корпус сильно увеличенного диаметра, который мог воспринимать и передавать большие нагрузки. Новыми были корпусы наружного контура, сопло. В. Ф. Бондарев собирался установить реверсивное устройство другого типа – решетчатое.
392 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Сравнение компрессоров низкого давления серийного двигателя Д-30КП (три ступени) и Д-30КП-30 «Дебош» (одноступенчатый вентилятор) (2) Сравнение схем серийного двигателя Д-30КП и Д-30КП-30 «Дебош» (2) Когда выпустили конструкторскую документацию, стало ясно, что быстро изготовить первый образец не получится: заготовки для лопаток подпорных ступеней нужно было получать с других заводов, а это долгая история. Поэтому для испытаний и доводки спроектировали временный вариант двигателя (установку), в котором компрессор низкого давления заменили одной вентиляторной ступенью, без подпорных. «Были проведены расчеты характеристик, – вспоминает Б. В. Шошин, в то время инженер-конструктор 2-й категории РПОМ, – и оказалось, что двигатель позволяет получить приемлемые параметры, отличающие его от Д-30КП в лучшую сторону: меньший удельный расход топлива и более высокую тягу на взлётном режиме. Такие параметры обеспечивались при более низкой температуре газа перед турбиной, что увеличивало эксплуатационный ресурс двигателя». В 1982 году установку запустили на стенде. Удельный расход топлива действительно оказался меньше, чем у Д-30КП, а вот желаемую тягу поначалу получить не удалось. Аэродинамика вентилятора оставляла желать лучшего, а поскольку специалистов по ней в коллективе не было, пришлось решать проблему уменьшением диаметра вентилятора до 1,762 м. Одновременно для снижения гидравлических потерь во втором контуре дополнительно закапотировали газогенератор и убавили радиальный зазор между лопатками и корпусом вентилятора. Благодаря этому тяга несколько увеличилась. В следующем году двигатель испытали на новом высотном стенде ЦИАМ. «При испытаниях двигателя был выявлен единственный дефект – образование трещин у основания алюминиевых спрямляющих лопаток вентилятора, – рассказывает А. Н. Булин, который был начальником конструкторской бригады. – Дефект устранить не успели. Замеренные напряжения на рабочих лопатках вентилятора соответствовали нормам прочности».
Двигатели гражданских самолётов России 393 (3) (4) Вспоминает В. Г. Ланин, в то время – инженер-конструктор 1-й категории РПОМ: – Уже вовсю шли испытания на стенде, когда на одном из двигателей произошла авария – разрушилась лопатка вентилятора. У этой лопатки оборвалась полка со стороны «корыта». Трещина возникла как раз в том месте, где, по моим представлениям, имелся концентратор напряжений. К счастью, произошло это не на взлётном режиме и дефект был локализован внутри двигателя: алюминиевый корпус вентилятора получил сильнейшую вмятину от отлетевшей полки, но не был пробит. Несколько рабочих лопаток вентилятора были погнуты, и далее вниз по тракту некоторые лопатки его направляющего аппарата получили серьёзные повреждения. Металлургическое исследование подтвердило, что произошло усталостное разрушение с зарождением трещины в месте выреза уступа с малым радиусом. Поскольку причина дефекта для всех стала совершенно очевидной, то предложенное мною решение сделать переход от полки к «корыту» пера лопатки в виде глубокого выреза с большим радиусом и дополнительно уменьшенной шероховатостью сразу же было поддержано гл. конструктором. Лопатки на всех опытных двигателях аналогичным образом доработали, и дефект был устранён – при дальнейших испытаниях он не повторялся. Уже после закрытия темы «Дебош» на одном из международных форумов двигателестроения я специально (3) Лопатки вентилятора Д-30КП-30 «Дебош» (4) Антивибрационные полки лопаток вентилятора двигателя Д-30КП-30 «Дебош» полюбопытствовал, а как конструктивно решена проблема стыковки бандажных полок с пером лопатки на вентиляторе двигателя ПС-90А, лопатка которого была аналогична нашей? Обнаружил, что и пермяки применили ту же схему перехода полки к перу лопатки с «глубоким вырезом». Удельный расход топлива на крейсерском режиме получился на 4,7% меньше, чем у серийного Д-30КП-2, но всё же на 4,3% больше, чем планировалось. Полученная тяга 14 100 кгс достигнута при повышенной температуре газа перед турбиной – на 55 градусов по сравнению с Д-30КП-2. Главной проблемой было то, что рабочие точки на характеристиках вентилятора и компрессора высокого давления оказались смещены в неисследованную область очень высоких приведенных частот вращения. Это открывало путь таким опасным явлениям, как помпаж и автоколебания лопаток вентилятора. В целом небольшой группе конструкторов удалось добиться улучшения характеристик базового двигателя, но до серийного образца его нужно было доводить. «Далее планировалось подключение сил РКБМ главного конструктора Колесова П. А. или ПМКБ главного конструктора Соловьёва П. А. для разработки сопла с центральным телом и новым смесителем и решетчатого реверса. А также для доводки до серийного образца двигателей без подпорных ступеней и с ними, – продолжает А. Н. Булин. – Для Колесова П. А. этот двигатель был чужой, и РКБМ был загружен, а Соловьёв П. А. заявил, что он знает о такой модификации Д-30 и может этот двигатель сделать за два года. Но не будет им заниматься, в этом случае ему не дадут денег на разработку и освоение ПС-90 (тогда назывался Д-90А). В результате тема по приказу министра авиапрома И. Силаева была закрыта. Конструкторский отдел расформировали».
394 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) Двигатель Д-30КП-30 «Дебош» в музее ПАО «ОДК-Сатурн» (вид слева) (1) (2) Двигатель Д-30КП-30 «Дебош» в музее ПАО «ОДК-Сатурн» (вид справа) (3) Турбина низкого давления, задняя опора турбины с термопарами, лепестковый смеситель и сопло двигателя Д-30КП-30 «Дебош» (2) (3)
Двигатели гражданских самолётов России Двухконтурный двигатель Tay (RB.183-03) фирмы Rolls-Royce Как показывает западная практика, в частности, создание двигателя Tay (RB.183-03) фирмы Rolls-Royce на основе газогенератора ТРДД третьего поколения, тот путь, по которому шли конструкторы «Дебоша», был перспективным. Различными модификациями Tay были оснащены 750 самолетов. К идее модернизировать серийные Д-30КП вернулись в середине 1990-х, на пике кризиса российского авиапрома. В то время выпуск новых самолетов Ту-204 и Ил-96-300, оснащенных двигателями четвертого поколения ПС-90А, снизился до 1–2 машин в год. Пассажирских самолетов России стало не хватать. Парк гражданских воздушных судов советского производства стремительно устаревал и всё меньше отвечал международным требованиям. Из-за ужесточения норм по выделению вредных веществ и шуму вскоре должно было «закрыться» небо Европы и США для Ил-76. Российские авиакомпании стали закупать подержанные самолеты за рубежом, так как новые отечественные из-за мелкосерийного производства стоили значительно дороже. В 1995 году ЦИАМ подготовил техническую справку, где была показана экономическая целесообразность разработки Д-30КП30 для ремоторизации в первую очередь парка Ил-76 (более 500 машин), затем Ил-86 (около 100) и в последнюю очередь Ту-154 (около 300). Модификация должна была обеспечить требуемые характеристики по создаваемому шуму на местности и существенно сократить удельный расход топлива. Для этого предлагалось использовать одноступенчатый вентилятор диаметром 1727 мм, моделированный с одного из двигателей: ПС-90А, 395 НК-64 или Д-436Т. Такой вариант мог быть намного дешевле ПС-90А. Эта справка в 1995 году не возымела действия. Однако со временем ситуация только ухудшалась. В 2002 году самолетам Ил-76 и Ил-86 запретили полеты над Европой. Проблемой их ремоторизации занялось правительство РФ. В ЦИАМ состоялось расширенное заседание научно-технического совета на тему модернизации двигателей Д-30КУ/КП. На нём решили, что наиболее целесообразно заменить трехступенчатый вентилятор на одноступенчатый с подпорной ступенью, и предложили заняться этим НПО ­«Сатурн». В 2003 году рыбинское предприятие на собственные средства начало разработку модификации Д-30КП-3, которая потом получила наименование «Бурлак». Ключом к успеху был широкохордный малошумный вентилятор без бандажных полок с одной подпорной ступенью, который позволил получить высокие значения КПД на всех режимах. Его характеристики, в частности, лобовая производительность, находились на уровне современных мировых образцов. Аналогичный вентилятор стоит на двигателе SaM146. Взлетная степень двухконтурности достигла 3,64. Схема двигателя Д-30КП «Дебош» в неосуществленной версии: низ с подпорными ступенями, верх без них
396 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Другим залогом успешности программы должно было стать соблюдение ее сроков. Сначала всё шло по плану, и в феврале 2005 года, как и намечалось, двигатель-демонстратор был запущен на стенде. Особенность лопаток вентилятора – отсутствие комлевых полок, которые образуют поверхность проточной части, как, например, у первой отечественной широкохордной лопатки вентилятора двигателя НК-64. Вместо них между лопатками установлены платформы, которые формируют втулочный обвод вентиляторной ступени. Сами лопатки крепятся к диску вентилятора криволинейным замком типа «ласточкин хвост», что позволяет разместить необходимое (1) Рассказывает А. А. Элькес, (1) Стендовые испытания двигателя Д-30КП «Бурлак» (2) Лопатка вентилятора двигателя Д-30КП «Бурлак» количество лопаток на втулке относительно малого диаметра. Из-за подпорной ступени вентилятора производится перепуск воздуха для обеспечения устойчивой работы компрессора на всех режимах. в то время – главный конструктор двигателя Д-30КП «Бурлак»: – У базового двигателя между лопатками находились бандажные полки. Это было конструктивным решением 1970-годов и применялось вплоть до 2000-х. Оно позволяло уйти от флаттера, или автоколебаний лопаток, но при этом увеличивало шум двигателя. Нужно было создать вентилятор без бандажных полок. Задача сложная, и выполнить её получилось не сразу. Ставилось и надроторное устройство, через которое постоянно шел перепуск воздуха: оно предотвращало срывы, но ухудшало КПД вентилятора. Пробовали использовать и разночастотные лопатки: колебания одной гасили колебания другой, и во флаттер они не уходили. Но это было не вполне технологичным решением. И в конце концов благодаря полученному опыту в проведенных испытаниях удалось выйти на конструкцию лопатки, устойчивую к автоколебаниям. Эту устойчивость обеспечила сложная форма лопатки, при которой воздух безотрывно обтекает профиль ее пера по всей высоте, что гарантировало эффективную работу вентилятора на всех режимах. (2)
Двигатели гражданских самолётов России 397 (3) (3) Вентилятор двигателя Д-30КП «Бурлак» с лопатками без антивибрационных полок (4) Лепестковый смеситель, центральное тело и сопло двигателя Д-30КП «Бурлак» В трубчато-кольцевой малотоксичной камере сгорания, которая была сертифицирована на двигателе Д-30КУ-154, установлены двенадцать жаровых труб новой конструкции. Компрессор высокого давления и турбина такие же, как в двигателе Д-30КП-2. Реверсивное устройство планировали сделать аналогичным, но увеличенного размера, так как диаметр вентилятора «Бурлака» на 14,2% больше диаметра первой ступени компрессора низкого давления Д-30КП. Но до изготовления в металле дело не дошло. Реактивное сопло – дозвуковое, нерегулируемое. На модификации применили систему защиты турбины низкого давления от раскрутки. «Бурлак» на 75% был унифицирован с двигателем Д-30КП-2. В процессе испытаний «Бурлак» развил максимальную тягу 14 147 кгс (на 2147 кгс больше, чем у предшественника). Увеличение тяги позволило бы повысить взлетный вес самолета, совершать взлет с более коротких взлетно-посадочных полос и при температуре окружающего воздуха до +30 °С. (4)
398 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России 399 В сборочном цехе
400 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Температура газа перед турбиной на взлётном режиме у «Бурлака» на 43 градуса ниже, чем у Д-30КП-2. Благодаря этому появилась возможность существенно увеличить межремонтный ресурс двигателя. Удельный расход топлива на крейсерском режиме (при высоте 11 км и скорости 0,8 М) не превышал 0,645 кг/кгс*ч, что на 8,5% меньше, чем у Д-30КП, и это соответствовало наилучшему показателю среди ранних двигателей четвертого поколения с большой двухконтурностью. Первый этап стендовых испытаний «Бурлака» был успешным. Последовали эмиссионные испытания, которые подтвердили, что он соответствует нормам ИКАО по эмиссии 2008 года. Расчетная оценка шума самолета Ил-76 с модифицированными двигателями показала, что и эти требования ИКАО теперь могли быть соблюдены. Ремоторизация Ил-76 двигателем «Бурлак» стала бы очень выгодной для обеих сторон сделки. Заказчику она обошлась бы в 3,5 раза дешевле, чем оснащение самолета ­ПС-90А-76, потому что рыбинская модификация была полностью взаимозаменяемой со стоявшими на серийных машинах двигателями. В конструкцию планера и кабины не требовалось вносить никаких изменений. Не нужно было создавать новую инфраструктуру эксплуатации двигателя и самолета. Свою заинтересованность в «Бурлаке» выражали многие авиакомпании и организации, в парке которых были Ил-76. Но с разработчиком самолета отношения у НПО «Сатурн» сложились непростые, что тоже повлияло на исход программы. Работы стали отставать от графика. Изначально планировалось, что в 2007 году уже состоятся летные испытания в штатной комплектации на самолете Ил-76. Но к этому сроку гондолы для двигателя еще не было. Двигатель Д-30КП «Бурлак» подвешен под крылом самолета Ил-76ЛЛ. Мотогондолы нет
Двигатели гражданских самолётов России 401 Рассказывает А. А. Элькес: – На двигателе «Бурлак» была использована трубчато-кольцевая камера сгорания, которая обеспечивала соответствие требованиям ИКАО по эмиссии 2004 и 2008 года. Но с 2014-го планировалось введение новых норм, под которые она уже не подходила. По экспертной оценке ЦИАМ, чтобы уложиться в эти нормы, нужно было радикально менять конструкцию: из трубчато-кольцевой камеры сгорания делать кольцевую. А это означало существенное усложнение конструкции, изменение силовой схемы двигателя, рост его стоимости и так далее. Поэтому мы старались внедрить «Бурлак» в серийное производство не позже 2013 года, ведь тогда нормы 2014-го на них бы не распространялись. Но увы, запустить в серию не удалось ни до, ни после. Череда событий, произошедших в 2009–2011 годах и мало связанных с конструктивными или технологическими проблемами, не дала нам этого сделать. «Бурлака» готовили к испытаниям на летающей лаборатории, для этого приобрели самолет Ил-76 и начали проектировать для него мотогондолу. В 2010 году двигатель включили в модельный ряд ОДК с условием: если будет определен источник финансирования. Такого источника не нашли, и в следующем году работы по программе «Бурлак» приостановили. Для Ил-76 выбрали пермские двигатели. Установка Д-30КП «Бурлак» на другие самолеты требовала изменений их конструкции, что сводило на нет главную цель – малые затраты на ремоторизацию. В итоге интересная работа по созданию двигателя, не уступающего в экономичности представителям четвертого поколения, на базе проверенного газогенератора, вновь потерпела неудачу.
402 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Четвёртое поколение для дальних и средних НК-56, НК-64 и ПС-90А ПС-90А – это единственный в России двигатель четвертого поколения для магистральной авиации. В истории его разработки и доводки было много трудностей и противоречий, не все из которых пока удалось полностью преодолеть. Двигатель НК-64 Двигатель ПС-90А К концу 1970-х годов флагманы «Аэрофлота» – среднемагистральный Ту-154 и дальнемагистральный Ил-62 с двигателями третьего поколения – устарели. Они расходовали слишком много топлива в расчете на один пассажиро-километр, а цены на керосин после мирового энергетического кризиса 1973-го сильно выросли. Также было ясно, что эти самолеты не смогут вписаться в перспективные нормы ИКАО по шуму и эмиссии. Да и по другим характеристикам они уже не конкурировали с создававшимися новыми лайнерами фирм Boeing и Airbus. Единственным в СССР самолетом с двигателями четвертого поколения на тот момент был ближнемагистральный Як-42.
403 Двигатели гражданских самолётов России Двигатель НК-56 На смену Ту-154 и Ил-62 начали разрабатывать среднемагистральный Ту-204 и дальний Ил-96. Для них нужны были турбовентиляторные двигатели большой степени двухконтурности, экономичные и малошумные. Ил-96 был необходим еще и по той причине, что объем пассажирских перевозок на дальних авиалиниях постоянно увеличивался и, по прогнозам аналитиков, этот рост не собирался останавливаться. Приходилось добавлять рейсы, при этом крупные аэропорты оказывались перегруженными. На Западе проблема решалась с помощью широкофюзеляжных самолетов: они вмещали намного больше пассажиров, и к тому же обладали несравнимо лучшим уровнем комфорта. Именно Основные данные таким – широкофюзеляжным – и задумывался Ил-96. Планировалось, что он будет 350-местным (для сравнения, Ил-62М перевозил до 186 пассажиров). Под Ил-96 ОКБ Н. Д. Кузнецова с 1979 года разрабатывало двигатель НК-56 тягой 18 000 кгс. При этом Николай Дмитриевич предложил концепцию унифицированного газогенератора, которая позволила бы в короткие сроки и с небольшими затратами создавать новые изделия различного применения. За рубежом аналогичную идею уже претворяли в жизнь. Концепцию Кузнецова поддержал министр авиапрома В. А. Казаков. Вскоре вышло правительственное постановление по двигателю НК-56. За основу приняли хорошо отработанный газогенератор от НК-25, модифицированный по расходу топлива для НК-32. Оба были уже двигателями четвертого поколения, но для боевых самолетов. Трехроторный НК-56 имел 15-ступенчатый компрессор, многофорсуночную камеру сгорания, 5-ступенчатую турбину, нерегулируемое сопло и реверсивное НК-56 НК-64 ПС-90А Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс 18 000 16 000 16 000 16 000 14 500 Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) 0,383 0,368 0,382 0,375 0,372 570 481 478,9 475 451 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с ПС-90А2 ПС-90А-76 Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 25,5 23,4 31,1 33,5 29 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K 1571 1548 1638 1691 1580 Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0) 4,9 4,33 4,63 4,2 4,6 Тяга на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кгс 3600 3500 3500 3700 3200 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8), кг/(кгс*ч) 0,596 0,63 0,595/0,613* 0,595 0,594 Степень повышения полного давления в компрессоре на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8) 25,5 27,6 35,5 - - Степень двухконтурности на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8) Масса двигателя, кг Удельный вес двигателя, кгс/кгс Диаметр входа в компрессор, м 4,8 4,1 - - - 3340 2850 2950 2950 2950 0,1844 0,1844 0,2034 1,9 1,9 1,9 0,1856 0,1781 2,05 1,86 Удельная лобовая тяга, кгс/м 5453 5888 5643 5643 5114 Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/с)/м2 172,7 187,2 174,6 167,5 159,1 2 * - с дополнительным охлаждением первой ступени ТВД и с учетом влияния реверсивного устройства
404 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Реверсивное устройство двигателя НК-56 устройство. На нём впервые применили управление реверсом на принципах пневмоники. Доводка двигателя продвигалась успешно: в начале 1984 года он прошел 1000-часовые и эквивалентные испытания при максимальной температуре газа на ресурс 3000 ч. «Казалось бы, всё идет благополучно: параметры получены, сроки не сорваны, мероприятия по улучшению двигателя проведены, но решением министерства работы по нему были прекращены. Чтобы понять причины этого, необходимо распутать сложный клубок человеческих взаимоотношений и технических решений» [181]. В это же время в Пермском ОКБ-19 П. А. Соловьёва разрабатывался двигатель Д-90. Первоначально его проектировали трехроторным и в расчете на трехдвигательную схему Ту-204. В 1981 году вышло постановление Совмина о создании самолета в таком варианте. Он должен был вдвое превзойти Ту-154Б по топливной эффективности. Выбором облика будущего двигателя Павел Александрович занимался лично. Изучая на выставках в Ле-Бурже и Фарнборо зарубежные двигателианалоги большей размерности, он пришел к четкому для себя выводу о предельном диаметре вентилятора (не более 2 метров). Не сразу был сделан и окончательный выбор между традиционной двухвальной схемой двигателя и модной в то время трехвальной. В конце 1979 г. Соловьёв принял решение в пользу двухвальной схемы двигателя с тягой 13,3 тс, удельным расходом топлива 0,605 кг/кгс*ч для самолёта Ту-204. Горячие споры внутри ОКБ развернулись в вопросе выбора размерности компрессора, от которого зависело очень многое – в первую очередь степень двухконтурности, а следовательно, и экономичность будущего проекта. Были риски по повышенной температуре газа и ограниченности форсирования двигателя по тяге в случае выбора меньшей размерности компрессора. Здесь никто не может принять окончательного решения, кроме Генерального конструктора – это его выбор. Генеральный конструктор Соловьёв принял решение в пользу экономичности… Иноземцев А. А. Павел Соловьёв. Взгляд сквозь время. – Пермь, 2017 После того как проработали целый ряд вариантов компоновки двигателя, остановились на двухроторной схеме с 13-ступенчатым компрессором высокого давления и двумя подпорными ступенями на валу вентилятора. Тяга Д-90 составляла 13 300 кгс, а на модификации Д-90А её увеличили до 14 750 кгс. Н. Д. Кузнецов продолжал убеждать руководство авиапрома в том, что нужно принять единый газогенератор на двигатели для обоих самолетов. «Помимо сторонников, у этой идеи были противники, главным аргументом которых был следующий: если на двигателе возникнет (проявится в ходе длительной эксплуатации) аварийный дефект, то остановится вся дальне- и среднемагистральная авиация… Другим аргументом было то, что в СССР три ОКБ занимались двигателями для самолетов гражданской авиации, и если принять единый унифицированный газогенератор Кузнецова, то что делать остальным?» [181]. И. С. Силаев В конце 1981 года министром был назначен И. С. Силаев, с которым у Николая Дмитриевича отношения не сложились. Силаев считал, что Кузнецов – слишком самостоятельный руководитель, который часто действует через голову министра, и его необходимо приструнить. Действительно, Николай Дмитриевич, не получив четкого ответа на предложение по унифицированному газогенератору, решил обратиться в ЦК КПСС. Вместе с Г. М. Гореловым он поехал к заведующему сектором авиационной промышленности ЦК КПСС М. К. Редькину и рассказал о своих соображениях и о том, что Силаев не принимает никакого решения. Редькин согласился с доводами Николая Дмитриевича и после его отъезда связался с министром. Со слов заместителя министра Н. А. Дондукова, Силаев рассвирепел, узнав об обращении Кузнецова в ЦК КПСС, и ответил Редькину, что предложение об унифицированном газогенераторе он принял, но считает, что необходимо объявить конкурс и из двух вариантов (НК-56 и ПС-90) выбрать наиболее приемлемый для промышленности. Орлов В. Н., Орлова М. В. Генеральный конструктор Н. Д. Кузнецов и его ОКБ. – Самара, 2011
Двигатели гражданских самолётов России Руководители министерства во главе с И. С. Силаевым вынесли радикальное решение: создавать единый двигатель взлетной тягой 16 000 кгс и для Ил-96, и для Ту-204. Получалось, что самолеты останутся без резерва по тяге, которая вообще-то необходима, ведь в процессе совершенствования воздушного судна его взлетный вес обычно растет. И. С. Силаев стал требовать от Г. В. Новожилова, главного конструктора ОКБ им. С. В. Ильюшина, чтобы тот заказал для Ил-96 двигатель не на 18 000 кгс, а на 16 000 кгс. (1) С. В. Ильюшин и Г. В. Новожилов (2) Двигатель НК-56 Вспоминает Г. В. Новожилов: – Меня вызвал И. С. Силаев и говорит: «Генрих Васильевич, вы продолжаете настаивать на 350-местном дальнемагистральном самолёте с двигателями НК-56? Двигателя НК-56 не будет. Что, с 16-тонным двигателем ПС-90 Соловьёва вы не можете сделать самолёт?» Я отвечаю: «Если вы как министр даёте такое задание, то мы посмотрим, что можно сделать с 16-тонным двигателем». Мы посмотрели и пришли к выводу, что 350 пассажиров на дальность 10 000 км с ПС-90 самолёт не увезёт. Поэтому приняли решение отрезать 5,5 м фюзеляжа от самолёта Ил-96. Количество пассажиров уменьшилось до 300. Я пришёл к министру и говорю: «Иван Степанович, можно сделать 300-местный самолёт». Он мне в ответ, мол, очень хорошо. Так из самолёта Ил-96 на 350 мест с двигателями НК-56 получился Ил-96-300. Причём эта приставка «300» говорила о том, что сие произошло помимо нашей воли, потому, что все модификации ильюшинских самолётов имели после основного номера буквы. Новожилов Г. В. О себе и самолётах Ил. – М., 2012 405 А ближнемагистральный Ту-204 решили делать не трех-, а двухдвигательным – как Boeing 757. «Именно на этом варианте настаивал Селяков [в то время главный конструктор Ту-204] во всех инстанциях, как на более рациональном с технической точки зрения и не менее безопасном, чем трехдвигательный; при этом он настаивал на сохранении большого диаметра фюзеляжа для получения "гибкого" всесезонного самолета. Так как такой подход, при всех его положительных эксплуатационных качествах, не давал возможности получить при имеющихся двигателях топливную эффективность не более чем 19 г/пасс*км, заданную в ПСМ СССР, Генеральный конструктор А. А. Туполев твердо встал за вариант нормального диаметра фюзеляжа (около 4,0 м). Л. Л. Селяков попросил освободить его от руководства проектированием Ту-204. Проект самолета стал двухдвигательным с нормальным фюзеляжем» [213]. Однако при двухдвигательной схеме в случае отказа одного из двигателей тяги 16 000 кгс не хватало, нужно было вводить чрезвычайный режим до 18 тонн. Но представители ОКБ А. А. Туполева почему-то не стали озвучивать эту проблему.
406 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) В 1981 году объявили официальный конкурс на двигатель взлетной тягой в 16 тонн для Ту-204 и Ил-96. Причем под объявленные условия не вполне подходили оба конкурирующих проекта. «…Для необходимого унифицированного двигателя по характеристикам НК-56 великоват, а пермский Д-90, соответственно, маловат. Соловьёву пришлось форсировать двигатель по температуре газа, а Кузнецову – переделывать свой двигатель, уменьшая двухконтурность и размеры» [114]. На основе того же газогенератора, что и НК-56, в ОКБ Кузнецова в спешном порядке разработали двигатель на 16 000 кгс – НК-64. На нём впервые в СССР применили широкохордные полые лопатки вентилятора без антивибрационных полок. До этого такое решение использовали только на двигателе Rolls-Royce RB 211-535Е4. Оно повышало КПД вентилятора и увеличивало расход воздуха (при меньшем диаметре вентилятора, чем у ПС-90А, расход воздуха на 3% больше). Направляющий аппарат был включен в силовую схему двигателя, поэтому его лопатки тоже сделаны широкохордными. У компрессора низкого давления изменили профилировку рабочих и направляющих аппаратов двух первых ступеней. Камеру сгорания кардинально переделали, жаровую трубу уменьшили на 120 мм для того, чтобы топливовоздушная смесь находилась в ней меньше времени и экологические характеристики двигателя улучшились. Сопловые лопатки турбины высокого давления впервые выполнили саблевидными. Стали полностью другими профилировка всех каскадов турбины и конструкция турбины низкого давления. Турбина высокого давления была оснащена системой частичного отключения охлаждения. Как видно, незначительными эти изменения назвать нельзя. А сроки конкурса были такими жесткими, что на серьезную доводку времени просто не осталось. (1) Широкохордная полая лопатка вентилятора двигателя НК-64 Правильно говорили некоторые ученые, что надо было оставлять два двигателя: в 16 т. с. – для Ту-204 (а жизнь показала, что этой тяги ему мало) и в 18 т. с. – для самолета Ил-96 (тогда не пришлось бы укорачивать фюзеляж, сокращая число пассажирских мест, а двигателю ПС-90А – добавлять тягу). В 1986 году работы по двигателю НК-64 были прекращены. Деньги-то не считали. Г. В. Новожилов впоследствии не раз возвращался к идее возобновить работы, касающиеся двигателя НК-56, но время было упущено. Гриценко Е. А., Игначков С. М. Человек-легенда. Николай Дмитриевич Кузнецов. К 100-летию со дня рождения. – Самара, 2011 (2) Испытания двигателя ПС-90А В 1984 году собрали два экземпляра НК-64. Испытания в термобарокамере ЦИАМ показали, что нужный удельный расход топлива на крейсерском режиме получить не удалось. П. А. Соловьёву пришлось увеличивать тягу двигателя Д-90А с 14 750 кгс до 16 000 кгс, а без серьезного изменения конструкции это можно было сделать только повысив температуру, которая и так была велика. Двигатель получился легче кузнецовского, но с меньшей надежностью, чем был бы без увеличения тяги. Первый полноразмерный Д-90А собрали и поставили на испытательный стенд в 1983 году. В его доводке использовалось 65 специальных установок. Но и Д-90А не выдал удельного расхода по техзаданию. Однако этот показатель был на 3,5% лучше, чем у НК-56, и весил пермский двигатель на 150 кг меньше. В марте 1985 года победителем конкурса признали Д-90А. (2)
Двигатели гражданских самолётов России (3) П. А. Соловьев рядом с двигателем ПС-90А Из интервью с президентом международной ассоциации «Союз авиационного двигателестроения» В. М. Чуйко: – До сих пор есть мнение, что если бы в 80-х годах на крыле Ил-96-300 (на Ту-204 и Ту-214) оказался НК-56, судьба отечественной магистральной авиации была бы более успешной. Вы разделяете это мнение? – Этого никто не знает, и сравнивать действующие двигатели с тем, что осталось в проекте, некорректно. Я был против прекращения конкурса между двигателями по нескольким причинам. Во-первых, я считал, что нужно провести летные испытания и только по их результатам принимать решение. Во-вторых, Д-90 изначально создавался под самолет Ту-204, и тяга его была 13 500 кгс. А для Ил-96 потребовалось увеличить ее до 16 000 кгс. Но даже в этом случае тяга кузнецовского двигателя была на две тонны больше. Главное соревнование между Д-90 и НК-56 шло по удельному расходу топлива на крейсерском режиме. Сначала оба конструктора сошлись на показателе 0,58 кг/кгс*ч, и вдруг Соловьёв заявляет, что у него есть проработки на 0,56. Министр Силаев любил людей, которые всё время идут вперед, ищут неординарные конструкторские решения. И он принял сторону П. А. Соловьёва. Но я и сегодня утверждаю, что только летные испытания могли выявить лучший двигатель. Вот поэтому я призывал продолжать конкурсные процедуры. Может быть, нужно было делать два двигателя, как сегодня делают под МС-21. Но дальнейшие политические события в нашей стране показали, что и один-то двигатель не был нужен новым властям. 407 (4) Схема двигателя ПС-90А (3) Шёл трудный процесс доводки. Нужно было снизить удельный расход топлива, который на двигателях первой поставки оказался на 7,9% больше заданного. Выше расчетной (на 89 градусов) была и температура газа перед турбиной на максимальном режиме. Это связано с тем, что КПД многоступенчатых узлов получился меньше необходимого (например, турбины низкого давления – на 4%, компрессора высокого давления – на 3,5%). Чтобы «отвоевывать» каждую десятую процента, приходилось вносить серьезные изменения. Например, КПД компрессора высокого давления удалось увеличить на 1%, установив систему охлаждения корпусов его последних пяти ступеней для управления радиальными зазорами и уменьшив загромождение его проточной части – для этого убрали выступание хвостовиков лопаток. В результате всех мероприятий на двигателях второй поставки температура газа перед турбиной уменьшилась на 29 градусов, а удельный расход топлива – на 2,19%. Иноземцев А. А. Павел Соловьёв. Взгляд сквозь время. – Пермь, 2017 В 1987 году двигатель – победитель конкурса получил название ПС-90А по имени генерального конструктора П. А. Соловьёва. В этом же году начались испытания на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. (4)
408 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Но этого было совсем недостаточно, и работа продолжилась. Разными способами конструкторы уменьшали радиальные зазоры в турбинах, вентиляторе, компрессоре высокого давления. Боролись с утечками охлаждающего воздуха, например, с помощью лабиринтов с мелкими гребешками и уплотнителей стыков в турбине. Эти и другие решения помогли снизить температуру еще на 21 градус, а удельный расход – на 1,86%. Дальше уменьшать расход топлива за счет совершенствования проточной части было уже практически невозможно, а требуемого значения так и не достигли. Поэтому решили изменить согласование работы узлов. Сократив площади минимальных сечений соплового аппарата и рабочего колеса первой ступени турбины низкого давления, перераспределили работу турбин. В итоге это привело к увеличению КПД компрессора высокого давления и турбин, а удельный расход топлива на крейсерском режиме снизился еще на 2,7%. Теперь он был больше требуемого всего на 0,3%. Однако при этом снова выросла температура газа перед турбиной и в итоге превысила расчетную на 69 градусов. Соответственно, межремонтный ресурс двигателя получился намного меньше планируемого. (1) Двигатель ПС-90А (2) Продольный разрез компрессора низкого давления двигателя ПС-90А СТАНИСЛАВ ГРИГОРЬЕВИЧ БЛИЗНЮК Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Поднял в воздух опытный экземпляр самолета Ил-96-300 АНДРЕЙ ИВАНОВИЧ ТАЛАЛАКИН Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Российской Федерации. Совершил первый полет на опытном Ту-204 Доводочные испытания ПС-90А были закончены в 1988 году, и 28 сентября четыре этих двигателя, установленные на пилонах под крылом, подняли в небо самолет Ил-96-300 (командир экипажа – С. Г. Близнюк). 2 января 1989 года состоялся первый полет Ту-204 (экипаж А. И. Талалакина). Через два года двигатель прошел государственные испытания. ПС-90А – это двухконтурный, двухроторный двигатель со смешением потоков, оборудованный реверсивным устройством в наружном контуре. При его создании была обеспечена высокая преемственность с семейством двигателей Д-30: компрессор высокого давления получен добавлением первой и 13-й ступеней к компрессору Д-30КУ и уменьшением до размеров компрессора Д-30; турбина высокого давления практически не отличается от ТВД Д-30Ф6; конструкция турбины низкого давления и технология её изготовления во многом совпадают с принятыми на двигателе Д-30КУ. Вентилятор ПС-90А – одноступенчатый трансзвуковой, то есть относительная скорость воздуха по высоте лопаток изменяется от дозвуковой до сверхзвуковой. Лопатки рабочего колеса сделаны из титанового сплава, имеют антивибрационные полки. Чтобы соединение с диском было прочнее, лопатки крепят с помощью двузубого хвостовика «ёлочного» типа. Не все идеи, заложенные конструкторами, были реализованы на практике. Не получился широкохордный бесполочный вентилятор – слишком высоки оказались напряжения в рабочих лопатках, что могло вызвать их обрыв при работе. Пришлось извлекать из серийного производства чертежи и вновь осваивать уже «полочный» вентилятор. Это привело к значительной задержке в изготовлении двигателей. Нерубасский В. В. Турбореактивные двухконтурные двигатели для магистральных пассажирских и транспортных самолетов. Ч. 1. – Харьков, 2006 (1)
Двигатели гражданских самолётов России 409 (2) (3) Комлевые полки лопаток образуют плавную поверхность проточной части. Кок вентилятора имеет специальную профилировку, которая обеспечивает бессрывной вход потока в межлопаточные каналы вентилятора и предотвращает попадание посторонних предметов во внутренний контур двигателя. Корпус вентилятора усилен по наружной поверхности намоткой из органопластика: в случае обрыва лопатки это удерживает её внутри двигателя. Так как степень повышения давления в корневой части лопаток вентилятора невелика, то после него установлены две подпорные ступени для поджатия воздуха перед компрессором высокого давления. Чтобы они устойчиво работали на нерасчетных режимах, в разделительном корпусе установлено 11 окон и заслонок перепуска воздуха. Окна расположены таким образом, чтобы в них попадали, а потом удалялись в наружный контур посторонние предметы, оказавшиеся в проточной части внутреннего контура. Компрессор высокого давления – 13-ступенчатый, имеет поворотные направляющие аппараты: входной и на первых двух ступенях. Радиальные зазоры между задним корпусом и рабочими лопатками последних пяти ступеней регулируются за счет обдува воздухом. Воздух отбирается из-за второй подпорной ступени, а его количество определя(3) Вентилятор и кок вентилятора двигателя ПС-90А (4) Реверсивное устройство двигателя ПС-90А (5) Компрессор высокого давления двигателя ПС-90А (4) (5)
410 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) ется положением заслонки, что увеличивает КПД компрессора. Для обеспечения газодинамической устойчивости предусмотрен перепуск воздуха из-за 6-й и 7-й ступеней. Турбина высокого давления – двухступенчатая. Охлаждаются сопловые аппараты и их наружные кольца, рабочие лопатки всех ступеней, диски, корпус и детали опоры роликового подшипника. Рабочие лопатки изготовлены методом направленной кристаллизации. Регулируемый обдув корпуса турбины обеспечивает минимальные радиальные зазоры на всех рабочих режимах. В систему охлаждения турбины впервые в мире на серийном двигателе для гражданского самолета включен воздухо-воздушный теплообменник, который установлен во внешнем контуре. (1), (2) Турбина двигателя ПС-90А (2)
Двигатели гражданских самолётов России 411 (3) Из рассказа Г. В. Новожилова: Турбина вентилятора – четырехступенчатая. Рабочие лопатки – неохлаждаемые, с гребешками лабиринтного уплотнения на бандажных полках. Корпус турбины охлаждается для сохранения минимальных радиальных зазоров – это один из признаков двигателя четвертого поколения. Реактивное сопло – дозвуковое, нерегулируемое. Реверсивное устройство – решетчатого типа, установлено в наружном контуре. Задний обтекатель реверсивного устройства является продолжением мотогондолы. В двигателе применена сложная опорная схема, одна из функций которой – обеспечить стабильность радиальных зазоров в эксплуатации. Чтобы снизить вибронагрузки, передаваемые на корпусы, опоры роликовых подшипников вентилятора и компрессора высокого давления сделаны упруго-демпферными. Двигатель управляется электронной системой, которая дублируется резервным гидромеханическим контуром. Впервые в отечественной практике применен циф- (3) Двигатель ПС-90А на выставке «Авиадвигатель-90 » (4) Фрагмент сотовой титановой звукопоглощающей панели ровой электронный регулятор с полной ответственностью. ПС-90А состоит из 11 модулей. Базовый – газогенератор. Остальные модули могут быть заменены в эксплуатации. В сочетании с контролепригодной конструкцией и развитой системой диагностики это позволяет вести эксплуатацию двигателя по техническому состоянию. В корпусах применены звукопоглощающие сотовые конструкции, благодаря чему уровень шума снижен до последних мировых стандартов. К началу эксплуатации ресурс горячей части составил 1000 часов, ресурс до первого капитального ремонта – 2500 часов, общий – 20 000 часов. Впервые в производстве отечественного двигателя были широко использованы полимерные композитные материалы. – Первый полет Ил-96 совпал с выходом Павла Александровича на пенсию. Он продолжал работать советником при руководстве МКБ, много болел и очень тяжело переживал неприятности, связанные с двигателем, которыми сопровождались первые полеты нашего лайнера. Политические перемены, происходившие в стране, тоже не добавляли ни порядка, ни денег на доводку двигателя, ни оптимизма. В 1992 году Д-90 получил сертификат типа, а в июле ­1993-го начались пассажирские перевозки, которые тоже не обошлись без проблем. Но вместе с «Аэрофлотом», который в то время был очень заинтересован в ­Ил-96-300, вместе с пермским КБ, которое титаническими усилиями доводило двигатель, мы сделали всё возможное, чтобы самолет состоялся. Иногда над конструктором довлеют время и обстоятельства. Павлу Соловьёву пришлось двигатель Д-90 с тяги 13,5 т переделывать на 16 т, да еще в короткий срок. <…> Если бы не было той спешки, наверняка не было бы периода ненадежности, который мы пережили в начале эксплуатации Ил-96-300 в «Аэрофлоте». <…> Сегодня надежность Ил-96-300 с ПС-90А не вызывает сомнений: уже 20 лет на них летают первые лица государства. Самолеты эти эксплуатируются успешно. Иноземцев А. А. Павел Соловьёв. Взгляд сквозь время. – Пермь, 2017 (4)
412 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Из интервью с президентом международной ассоциации «Союз авиационного двигателестроения» Виктором Михайловичем Чуйко: В. М. Чуйко Камера сгорания двигателя ПС-90А Проблемы с надежностью ПС-90А в первые десять лет его эксплуатации были вызваны несколькими причинами. Одна из них – ставка П. А. Соловьёва на высокие параметры цикла. «Просто в то время было два течения, – рассказывал он. – Я, и меня многие поддерживали, стремился достичь характеристик за счет температуры. А Николай Дмитриевич Кузнецов говорил, что температурой, конечно, взять кое-что можно, но трудно. Надо не температурой заниматься, а КПД. А там всё равно больше единицы не сделаешь» [71]. Согласно известному эмпирическому правилу, каждые добавочные 25 градусов температуры газа перед турбиной на максимальном режиме снижают межремонтный ресурс вдвое. Чтобы бороться с этим, нужно изменять конструкцию узлов, ограничивающих ресурс. Но это очень затратный процесс. Другая причина – требование министерства сохранить технологию Д-30КУ/КП, потому что делать новый двигатель собирались в Рыбинске (в итоге все модификации производили на Пермском моторном заводе). Но сохранение технологии двигателя третьего поколения не позволяло получить КПД узлов, необходимый для четвертого поколения. Например, камера сгорания ПС-90А – трубчато-кольцевая (единственная у двигателей четвертого поколения), с 12 жаровыми трубами и кольцевым газосборником. Такая конструкция поначалу ограничивала фактическую наработку на съем только 500–600 часами, так как жаровые трубы покрывались трещинами. Эту проблему решали долго. Кольцевую схему не выбрали еще и потому, что раньше в Пермском ОКБ никогда не делали камер сгорания такого типа, и её разработка могла увеличить сроки создания двигателя. – В мире авиационные газотурбинные двигатели полностью делают только три страны: США, Великобритания и Россия [и Франция. – Прим. ред.]. Все остальные участвуют только в производстве компонентов. К сожалению, в 90-х годах у политического руководства страны не было понимания важности сохранения России в этом «элитном клубе». <…> У власти оказались умные ребята из гайдаровской команды, уверенные, что слишком дорого тратить деньги на собственные разработки и лучше купить готовый продукт. Вот выдержка из обращения помощника Президента России по экономике Лившица к правительству России… от 3 апреля 1995 года: «…Просим поддержать вопрос о недопустимости серийного запуска самолёта Ту-204 на российские авиатрассы и о продолжении приобретения в лизинг передовых образцов западной авиатехники». <…> Отрицание на правительственном уровне факта, что Россия не может существовать без собственной авиационной промышленности, казалось Соловьёву безумием. Забрасывание камнями отечественного производственного и научного потенциала – халатной недальновидностью, а подмена понятия «нежелание конкурировать» на «невозможность» – просто предательством. Иноземцев А. А. Павел Соловьёв. Взгляд сквозь время. – Пермь, 2017 К техническим трудностям добавились экономические: началась перестройка, которая погубила много жизнеспособных разработок в авиации. Самолеты строились малой серией, финансирование уменьшалось с каждым годом. В прессе начались нападки на двигатель ПС-90А,
Двигатели гражданских самолётов России 413 (1) (1) Сборка двигателей ПС-90А (2) Двигатель ПС-90А в сборочном цехе связанные с недостатком его надежности. Всё чаще озвучивалось радикальное мнение: перестать поддерживать российское двигателестроение и покупать всю авиатехнику за рубежом. В то время на самолетах, создававшихся под ПС-90А, стали устанавливать западные двигатели: на Ту-204 (Ту-204-120) – RB.211-535E4, а на модификации Ил-96М (осталась в единственном экземпляре) – PW2337. Несмотря на все сложности, Пермское ОКБ продолжает работать над двигателем, доводить его до требуемой надежности и создавать модификации, чтобы расширить области применения. За годы жизни ПС-90А в его конструкцию внедрили много изменений. (2)
414 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Самолет Ил-96-300 (2) А. А. Иноземцев и П. А. Соловьев у двигателя ПС-90А Например, удалили межвальный подшипник и перешли на схему с «длинным» валом, усовершенствовали вентилятор и компрессор низкого давления. Чтобы увеличить ресурс подшипников, которые перегревались из-за повышенной температуры газа перед турбиной, приняли решение охлаждать воздух, поступающий в масляные полости, в до- полнительном теплообменнике. А чтобы в систему наддува не попадали посторонние твердые частицы, разработали специальный инерционный воздухоочиститель. Всё это сильно снизило уровень тепловых нагрузок на подшипники, но не полностью сняло проблему. Поэтому подшипники со временем заменили на немецкие, с улучшенными конструктивными и прочностными характеристиками, классической формы. В дальнейшем планировалось внедрить подшипники новой конфигурации – некруглые. Еще одним новшеством стал обогреваемый обтекатель вентилятора, который внедрили, чтобы на входе в двигатель не накапливался лёд. С 2016 года ПС-90А может эксплуатироваться в условиях обледенения без ограничений по температуре воздуха. Вся эта кропотливая работа вывела надежность двигателя на нужный уровень – такой же, как у современных ему зарубежных аналогов. Самолет Ил-96-300, выполненный по традиционной схеме низкоплана со стреловидным крылом, получил сертификат летной годности тогда же, когда и двигатель – в 1992 году. До этого он прошел всю программу испытаний, включая полеты в Якутске при -50 °С, в Ташкенте при
Двигатели гражданских самолётов России Александр Александрович Иноземцев (1951) Александр Александрович Иноземцев родился 9 апреля 1951 года в городе Камышине Волгоградской области. В 1973 году с отличием окончил Пермский политехнический институт, специальность «авиадвигатели», и начал работать в Пермском моторостроительном конструкторском бюро (ныне АО «ОДК-Авиадвигатель»). В 1981 году Александр Александрович становится ведущим инженером, руководителем группы, а через два года П. А. Соловьёв назначает его своим первым заместителем, главным конструктором по двигателю ПС-90А. С 1997 года А. А. Иноземцев – гене- +40 °С и дальние перелеты, например, Москва – Петропавловск-Камчатский – Москва без посадки в Петропавловске, всего 14 840 км. Также опытная машина с двигателями ПС-90А преодолела маршрут Москва – Портленд (США) через Северный полюс. Практически сразу после сертификации начались коммерческие перевозки грузов на Ил-96-300. Первый рейс с пассажирами он совершил 14 июля 1993 года по трассе Москва – Нью-Йорк. За создание силовой установки этого самолета на базе ПС-90А генеральный конструктор ОАО «Авиадвигатель» А. А. Иноземцев и его коллеги были удостоены Государственной премии РФ. 415 ральный конструктор, а с 2001-го еще и генеральный директор предприятия. С 2006 года – управляющий директор – генеральный конструктор ОАО «Авиадвигатель». Александр Александрович – доктор технических наук, профессор, с 2000 года – заведующий кафедрой «Авиационные двигатели» Пермского государственного технического университета, член-корреспондент РАН, академик Российской академии наук авиации и воздухоплавания, член-корреспондент Академии технологических наук РФ. Автор более 120 научных работ. За создание дальнемагистрального широкофюзеляжного пассажирского самолета Ил-96-300 с двигателями ­ПС-90А А. А. Иноземцеву была присуждена Государственная премия РФ. Кроме Ил-96-300 и его модификаций, ПС-90А поднимает в небо среднемагистральный Ту-204/214, военно-транспортный Ил-76МД-90А и грузовой Ил-76ТД-90ВД. Под руководством А. А. Иноземцева разработан ПД-14 – единственный полностью российский двигатель для пассажирских самолетов, созданный после распада СССР. По своим характеристикам соответствует пятому поколению гражданских двигателей. 2010 года. (2)
416 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) Версия ПС-90А1 отличается от базовой ПС-90А увеличением взлетной тяги на 1400 кгс. Роста тяги добились в основном перенастройкой системы автоматического управления двигателем. Но если ПС-90А развивал 16 000 кгс на взлете при температуре +30 °С, то ПС-90А1 свой максимум сохранял только до +25 °С. (2) В 1995 году был построен Ил-96-300ПУ – «Борт № 1», самолет президента России. По летно-техническим характеристикам он практически идентичен базовому варианту, лишь немного увеличилась дальность. Самолет способен находиться в воздухе без посадок более 15 часов. На нём установлено оборудование, которое позволяет ему быть пунктом управления, штабом Верховного главнокомандующего, например, в случае ядреного конфликта. Всего в составе специального летного отряда «Россия» пять экземпляров Ил-96-300ПУ. Еще одна модификация «девяносто шестого» – Ил-96-400 и грузовой вариант Ил-96-400Т. Она получилась путем замены американских двигателей на ПС-90А1 и иностранного оборудования на отечественное. Создание ПС-90А1… стало актуальным после неудачи с «американским» вариантом Ил-96. Ил-96М/Т отличался от базового Ил-96-300 удлиненным на 9 м фюзеляжем, комплектом авионики Collins и моторами Pratt & Whitney PW2337 тягой по 17 100 кгс. Машина прошла сертификационные испытания и получила одобрение АР МАК и FAA. Но возникли непреодолимые трудности политического и финансового характера, не позволившие реализовать заказ «Аэрофлота» на двадцать Ил-96М/Т. После многолетнего стояния на воронежском заводе неукомплектованные «аэрофлотовские» планеры облюбовали «Атлант-Союз» и «Волга-Днепр», пожелавшие получить «Илы» в грузовом варианте в полностью российской комплектации. Они даже соглашались на использование серийных ПС-90А с ограничением взлетного веса самолета до 250 т и полезной нагрузки до 60 т. Однако всё же решили дождаться ПС-90А1 – ведь с его установкой взлетную массу можно увеличить до 270 т, что сделает возможной перевозку груза весом 92 т на расстояние до 7 тыс. км. <…> При запуске ПС-90А1 он заявлялся куда более продвинутым, чем получился окончательный вариант. Однако двигателестроители пошли навстречу авиакомпаниям, желавшим побыстрее получить новые Ил-96-400Т. Доработки свели к минимуму (2 %), предполагая в будущем перейти на более совершенный ПС-90А2М – вариант повышенной мощности (до 30 °С, 18 тыс. кгс) нового базового ПС-90А2. Карнозов В. Мотор тронулся // Business Guide (Двигателестроение). Приложение № 227 от 10.12.2007. – Издательский дом «Коммерсант» [URL: https://www.kommersant.ru/doc/833092]
Двигатели гражданских самолётов России 417 (1) Самолет Ил-96-300ПУ Борт № 1 (3) (2) Самолет Ил-96-400 (3) Самолет Ил-96-400Т (4) Ил-96-300 кубинской авиакомпании Cubana Для этой модификации разработали малоэмиссионную камеру сгорания, которая позволила «уложиться» в нормы ИКАО 2008 года по выбросам вредных веществ. Применили также звукопоглощающие конструкции второго поколения. ПС-90А1 был сертифицирован в 2007 году. Ил-96-400Т впервые поднялся в воздух 16 мая 1997 года, эксплуатироваться начал с 2009-го. В истории Ил-96 всех модификаций не было катастроф с человеческими жертвами. Но увы, ему не удалось стать крупносерийным. «…Ил-96-300 – единственный летающий российский дальнемагистральный лайнер. Других в России не производится и производиться, судя по словам Виктора Христенко, еще долго не будет, – сообщила интернет-газета «Лента.ру» в 2009 году. – Накануне авиасалона МАКС-2009 министр заявил, что в этом сегменте рынка России бессмысленно тягаться с международными лидерами – европейской компанией Airbus и американской Boeing» [166]. В 2013 году производство Ил-96 прекрати- ли. За всё время в Воронежском акционерном самолетостроительном обществе было изготовлено 28 его экземпляров. Несколько лайнеров поставили на Кубу, один из них там тоже стал президентским, три воздушных судна и сейчас используются компанией Cubana de Aviación. Но уже в следующем году представители Авиационного комплекса имени С. В. Ильюшина объявили о намерении восстановить выпуск модернизированных Ил-96-400 и в будущем поставить на них разрабатываемый двигатель тягой в 35 тонн – ПД-35. (4)
418 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России 419 Самолёт Ил-96-300
420 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Первый экземпляр Ту-204 на авиасалоне в Ле-Бурже. 1989 (2) Кажется, что судьба другого самолета с двигателями ПС-90А, среднемагистрального Ту-204, сложилась более успешно. Но если сравнить ожидания с реальностью, видно, что и это не самая радостная история. Сертификат летной годности на Ту-204 был выдан в 1994 году. Самолет представляет собой низкоплан с двумя двигателями, расположенными на пилонах под стреловидным крылом. Оптимистичная государственная программа развития (2) Сборка Ту-204 авиатехники декларировала постройку 530 экземпляров Ту-204 до 2000 года. В действительности на 2019 год на заводе «Авиастар-СП» в Ульяновске и на Казанском авиационном заводе имени С. П. Горбунова их изготовили всего 86. Это произошло потому, что в условиях финансового кризиса авиакомпании отдавали предпочтение более дешевым подер­ жанным иностранным машинам. К тому же у Ту-204, как и у всех российских гражданских самолетов, были проблемы с системой поддержки заказчика. Тем не менее конструкторы постоянно работали над улучшением Ту-204, ориентируясь на пожелания эксплуатантов. В 1995 году была сертифицирована модификация Ту-204-100 с увеличенной дальностью и взлетной массой (с 94,6 до 103 тонн). Появилась грузовая версия, тоже с двигателями ПС-90А – Ту-204С.
Двигатели гражданских самолётов России 421 (3) (3) Самолет Ту-204 (4) Самолет Ту-214 Вскоре создали вариант Ту-204-200, известный как Ту-214. Он отличался усиленной конструкцией планера и дополнительными топливными баками. Дальность увеличилась до 6300 км, взлетная масса – до 110,75 тонны. Первые два экземпляра произвели в Ульяновске, затем серийный выпуск развернули в Казани. Ту-214 поднялся в небо в 1996 году, а в 2000-м был сертифицирован Международным авиарегистром. По своим основным параметрам самолет соответствует Boeing-757. Несколько экземпляров используются Специальным летным отрядом «Россия» и перевозят высших должностных лиц страны. С 2010 года строятся только спецверсии Ту-214, производство коммерческих остановлено. (4)
422 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей Существуют самолет-ретранслятор Ту-214СР, самолет-узел связи Ту-214СУС, пункт управления Ту-214ПУ, разведчик Ту-214Р и самолет для наблюдательных полетов Ту-214ОН («Открытое небо»). В этом семействе есть также грузовая версия Ту-214С и конвертируемая Ту-214СЗ, проект которой был удостоен серебряной медали на международной выставке в Брюсселе. Вариант Ту-204-300 с укороченным на 6 метров фюзеляжем и большей дальностью полета (до 9000 км) расширил области применения самолета. Он стал первым российским двухмоторным лайнером, способным долететь без посадки из Москвы до Владивостока. Ту-204-300 может эксплуатироваться с коротких взлетно-посадочных полос, которые имеют тонкое бетонное покрытие. Опытный самолет впервые поднялся в воздух в 1995 году, а в 2005-м Ту-204-300 получил сертификат типа и летной годности. В 2009 году Ту-204-300 продемонстрировал свои возможности в длительном беспосадочном перелете Ульяновск – Чита – Ульяновск. Производится серийно в Ульяновске. Есть версии Ту-204 с английскими двигателями Rolls-Royce RB.211-535E4. (1) Самолет-разведчик Ту-214Р (1) (2) Самолет Ту-214ОН («Открытое небо») (3) Самолет Ту-204-300 «Роскосмос» (2) (3)
Двигатели гражданских самолётов России (4) 423 рынок. Американская Pratt & Whitney, которая приобрела 25% акций ОАО «Пермские моторы», занималась модернизацией турбины высокого давления и подшипниковых опор. Компания Hamilton Standard разрабатывала новую систему автоматического управления, Honeywell – пневмоклапаны элементов механизации. Французская PALL должна была поставлять маслофильтры, немецкие фирмы BGT, FAG и SKF – компоненты системы контроля, электрооборудования и подшипники. (4), (5) ПС-90А2 на международном салоне «Двигатели-2012» (5) Одна из самых современных модификаций – Ту-204СМ с еще большим взлетным весом и новым оборудованием. Для нее разрабатывали и новую версию двигателя – ПС-90А2. ПС-90А2 создавали при участии зарубежных фирм. Считалось, что это поможет пройти сертификацию по западным нормам, потому что в России такого опыта еще не было, и выйти на международный Однако в итоге ПС-90А2, как и ПС-90А1, получается проще. В данном случае определяющим были не сроки, а отсутствие у акционеров желания продвигать проект. Соинвестором выступала двигателестроительная фирма Pratt & Whitney… Переговоры с ней затянулись на семь лет, завершившись официальной презентацией проекта в апреле 1999 года. Тогда предполагалось очень широкое участие американцев в улучшении ПС-90. <…> «Мы действительно хотели получить у них новые технологии, но они нам так ничего и не передали», — говорит главный конструктор ПС-90 Александр Семёнов. Постепенно дело свелось только к оплате американским акционером чертежей ПС-90А2, сделанных КБ «Авиадвигатель». В соответствии с инвестиционным контрактом 2003 года американцы участвуют как инвесторы, получая по лицензионному договору роялти с продаж. Лишенные доступа к высоким технологиям Pratt & Whitney, пермяки не преуспели в деле создания вентилятора с широкохордными лопатками без бандажного кольца, обещавшего снизить потери на 2–3 %. Повторить попытку хотели позднее с использованием последних научных достижений в проекте ПС-90А3 с кольцевой камерой сгорания. Однако новое руководство ПМК решило не разбрасываться, сосредоточив усилия на разработке мотора следующего поколения — ПС-12. Карнозов В. Мотор тронулся // Business Guide (Двигателестроение). Приложение № 227 от 10.12.2007. – Издательский дом «Коммерсант» [URL: https://www.kommersant.ru/doc/833092]
424 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России 425 Пассажирский самолёт для авиалиний малой, средней и большой протяженности ­Ту-204-300
426 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей И хотя не всё задуманное удалось сделать, модификация ПС-90А2 намного превзошла своего «родителя». Она сразу создавалась в расчете на 60 000 часов жизненного цикла, тогда как ПС-90А – на 20 000 часов. Надежность новой версии увеличилась в 1,5–2 раза, стоимость жизненного цикла сократилась на 37%, а трудоемкость обслуживания снизилась вдвое. Уменьшился расход топлива, появилась возможность форсировать тягу до 18 000 кгс. Кроме того, теперь самолеты с этим двигателем соответствовали перспективным нормам ИКАО 2008 года по эмиссии и 2006 года по шуму. Плюсом была полная взаимозаменяемость модификации с базовой моделью. Для того чтобы достичь всех этих улучшений, двигатель очень серьезно доработали. Переконструировали турбину высокого давления. В ней убрали один промежуточный диск, уменьшили до кольца дефлектор второй ступени. Изменили тип крепления дисков к валу, сделав соединение более надежным. Под аппаратом предварительной закрутки и над ним установили лабиринтные уплотнения. Усовершенствовали систему охлаждения турбины и применили теплозащитные покрытия. Лопатки первых двух её ступеней стали монокристаллическими и изготавливались из нового жаропрочного сплава. Всё это позволило увеличить максимально допустимую температуру газа перед турбиной на 160 градусов по сравнению с двигателем ПС-90А, а значит, поднять и взлетную тягу. Улучшили аэродинамику турбины высокого давления, что привело к росту её КПД на 2,5%. После внедрения всех изменений повысился и её ресурс. На диске первой ступени турбины низкого давления установили лабиринтное уплотнение. Цилиндрическую форму лабиринтов, находящихся между ступенями, несколько изменили. Кроме того, на ПС-90А2 применили решения, которые обеспечивают локализацию разрушений при обрыве лопатки вентилятора «под корень». В опоре вентилятора использовали усиленный шарикоподшипник. Улучшили аэродинамику бандажных полок спрямляющего аппарата. Чтобы снизить уровень шума, звукопоглощающие конструкции сделали двухслойными, они выполнены из новых полимерных композиционных материалов. Модифицировали профиль рабочей лопатки вентилятора: её утолщенная входная кромка повысила стойкость к попаданию посторонних предметов. Для обеспечения норм ИКАО 2004 года по эмиссии применили жаровые трубы с измененным фронтовым устройством. Усилили корпус камеры сгорания. Обновилась и система управления двигателем. Пневматические агрегаты топливной системы повысили уровень пожарной безопасности. В 2009 году ПС-90А2 был сертифицирован на соответствие авиационным правилам АП-33. Кроме использования на самолете Ту-204СМ, в будущем планировалось заменять ими ПС-90А ранних версий на серийных машинах «Ту» и «Ил». Однако «международная кооперация» сыграла злую шутку и с двигателем, и с самолетом. Порядка 100 лайнеров, оснащенных ПС-90А2, планировал закупить у России Иран. Но санкции США по отношению к Ирану сорвали этот контракт: интеллектуальные права на двигатель частично принадлежали американской Pratt & Whitney, а Америка наложила вето на поставку своих технологий в эту страну. Поэтому в 2011 году сертифицировали следующую модификацию – ПС-90А3, которую задумывали как собственный унифицированный двигатель, меньший по стоимости и массе. «Стремясь побыстрее дать эксплуатантам более совершенный двигатель, пермские конструкторы просто не успели "обойти" конструктивные решения, защищенные патентами американского экс-партнера. В частности, не удалось реализовать полноценную защиту при отрыве лопатки вентилятора "целиком" – ПС-90А3 гарантирует безопасное разрушение только при отрыве надполочной части лопатки. Однако КБ "Авиадвигатель" продолжает работать над этими проблемами, и можно надеяться, что задача сертификации новой версии ПС-90А по нормам АП-33 в недалеком будущем будет решена» [98]. В итоге в эксплуатации остались грузовые версии Ту-204 и спецварианты, которые используются в авиапарках российских ведомств и организаций (в том числе ФГУП «Почта России»). На пассажирских авиалиниях работают Ту-204 в Северной Корее и на Кубе. Ту-204 «Почта России»
Двигатели гражданских самолётов России 427 (1) Двигатель ПС-90А-76 По мнению исполнительного директора агентства «Авиапорт» Олега Пантелеева, самолет появился не в то время и не в том форм-факторе, который требовался рынку. «Ту-204 проектировался под растущие нужды авиаотрасли СССР, конструкторам необходимо было обеспечить повышенную вместимость и увеличение взлетной массы. Однако распад некогда единой структуры гражданской авиации на 400 отдельных эксплуатантов оказался для машины губительным: пассажиропоток катастрофически сократился. Самолет не попал в нужную нишу», – объясняет эксперт. «На фоне финансовых проблем у потенциальных эксплуатантов сложно было обеспечить модели серийность, необходимую для реализации ценового преимущества Ту-204 над зарубежными аналогами, – продолжил Пантелеев. – Хотя список авиакомпаний, закупивших 204 и его модификации, не так уж и мал, что говорит о привлекательности модели. Однако сегодня машины уже выработали межремонтный ресурс, а обеспечивать им ремонт достаточно тяжело из-за дефицита запчастей. Велик риск, что самолет не отобьет вложений». (2) Двигатели ПС-90А-76 под крылом самолета Ил-76ТД-90 азербайджанской авиакомпании Silk Way Airlines (1) Сивашенков А. Короткий век: почему авиакомпании отказываются от Ту-204 // FORBES Бизнес. – 28.11.2018 [URL: https:// www.forbes.ru/biznes/369735-korotkiy-vekpochemu-aviakompanii-otkazyvayutsya-ot-tu-204] Еще одна модификация – ПС-90А-76. Она предназначалась для оснащения новых вариантов военно-транспортных и грузовых самолетов семейства Ил-76 и для замены двигателей Д-30КП на существующих. Ремоторизация, напомним, нужна была для того, чтобы небо Европы не «закрылось» перед Ил-76 после введения новых норм по шуму и вредным выбросам ИКАО, которые вступили в силу в январе 2006 года. Помимо того, что ПС-90А-76 должен был получиться более экологичным, чем Д-30КП, при его создании закладывались большая надежность и экономичность. (2) В 2003 году завершились государственные испытания и сертификация ПС-90А-76. Он не имеет ограничений по межремонтному и назначенному ресурсу, эксплуатируется по состоянию, что, конечно, сильно облегчает жизнь авиаперевозчиков и сокращает их расходы на обслуживание двигателя. По сравнению с рыбинским конкурентом, Д-30КП «Бурлак», пермский ПС-90А-76 показывал более высокую взлетную и крейсерскую тягу и более низкий удельный расход топлива – а это означает увеличенную дальность и грузоподъемность самолета. Преимущества в характеристиках стали одной из причин, по которым выбор был сделан в пользу ПС-90А-76. Причем тогда рассчитывали, что производство удастся наладить быстро и серия будет весьма крупной. Фактический выпуск оказался в несколько раз меньше.
428 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ КНЫШОВ Лётчик-испытатель, Герой Российской Федерации. Первым поднял в небо самолет Ил-76МФ Первым самолетом, на котором установили эту модификацию, был военно-транспортный Ил-76МФ, который разрабатывался еще с 1980-х годов. 1 августа 1995 года четыре ПС-90А-76 впервые подняли его в небо (командир экипажа – А. Н. Кнышов). Ил-76МФ – результат глубокой модернизации основного Ил-76МД. Отличается удлиненной грузовой кабиной, благодаря чему может брать на борт, например, три боевые машины типа БМП-3, а не две, как предшественник. Установка новых двигателей позволила повысить грузоподъемность на 10 тонн, увеличить дальность полета на 15–20%, снизить расход топлива на 12–15%, привести уровень шума и эмиссии к нормам ИКАО. Двигатель теперь можно было эксплуатировать по техническому состоянию без капитального ремонта. Первые экземпляры Ил-76МФ строились в Ташкенте – на ТАПОиЧ. Две машины были проданы в Иорданию. Затем производство перевели в Ульяновск, на завод «Авиастар-СП». В 2011 году в Ульяновске изготовили первый экземпляр другой модификации с пермскими двигателями и новым крылом – Ил-76МД-90А, в следующем он совершил первый полет. Дальность полета модернизированного «семьдесят шестого» по сравнению с базовым вариантом увеличилась: теперь он мог без посадок перелететь из Мурманска в Нью-Йорк или пересечь всю территорию России. Улучшились и другие характеристики. В 2012-м был подписан контракт с Министерством обороны на поставку 39 таких самолетов до 2020 года. Но сроки соблюсти не удалось: только в 2019-м первые серийные машины начали поступать в войска. Государственные испытания ­Ил-76МД-90А стартовали в 2013-м, их завершение ожидается в 2021 году. На базе этой модификации, как в свое время А-50, разработан самолет дальнего радиолокационного обнаружения и разведки А-100 «Премьер». (1) Самолет дальнего радиолокационного обнаружения ДРЛО А-100 «Премьер» на базе Ил-76МД-90А (1) (2) Самолет Ил-76ТД-90ВД в Антарктиде Гражданская версия Ил-76 с двигателями ПС-90А-76 – самолет Ил-76ТД-90ВД. Эти воздушные грузовики работают
Двигатели гражданских самолётов России 429 Из интервью со специалистами летной группы Ил-76ТД-90ВД авиакомпании «Волга-Днепр» шеф-пилотом В. Драненко и старшим бортинженером И. Правдюковым: – Сегодня в компании «Волга-Днепр» пять Ил-76ТД-90ВД. Каковы перспективы расширения парка? Валентин Драненко: – Наши самолеты летают не так интенсивно, как хотелось бы. <…> К сожалению, практически не перевозим грузы внутри России. Только из-за границы к нам или обратно. Кроме того, до сих пор летают базовые Ил-76ТД. Стоимость их услуг в разы дешевле наших, поэтому часть коммерческой нагрузки они у нас отнимают. – Но ведь они не сертифицированы по международным экологическим нормам, за их использование придется платить штрафы? (2) в парках российских и азербайджанской авиакомпаний. Они регулярно перевозят оборудование для нефтяников, газовиков, энергетиков и многое другое. Бывают и нестандартные заказы, например, этот самолет выбрал Папа Римский Бенедикт XVI для транспортировки двух его бронированных «мерседесов» во время турне по Африке. ПС-90А объективно обладает лучшими характеристиками, чем двигатель предыдущего поколения Д-30КП и его модификации, в том числе «Бурлак». Но и стоил пермский вариант намного дороже. И дело не только в стоимости самого изделия, но и в сопутствующих затратах: требовалось адаптировать Валентин Драненко: – Та же Франция принимает старые Ил76, несмотря на декларацию по борьбе с выбросами и шумами. Это политика. А когда дело касается конкретного заказчика с его конкретными деньгами, вопрос решается просто: они не будут принимать старый Ил-76 в аэропорту Шарля-де- Голля. Они посадят его на аэродроме совместного базирования недалеко от Парижа, где никто не возмутится выбросами и шумами, разгрузят, а потом развезут всё фурами. Да, конечно, в соответствии с законодательством, за использование старых самолетов заказчик заплатит штраф. Но он будет несоизмерим с полученной прибылью. Осипов В., Осипова О. Семилетний союз // Пермские авиационные двигатели. – 2013. – № 28 самолет к принципиально новой силовой установке, переделывать пилоны и вносить изменения в конструкцию планера, заново выстраивать инфраструктуру
430 ЧАСТЬ 4. Четвёртое поколение газотурбинных двигателей т­ ехобслуживания. В итоге программа ремоторизации старого парка Ил-76 двигателями ПС-90А-76 оказалась куда менее успешной, чем ожидалось. «Авиакомпании не торопятся заказывать модернизацию базовых Ил-76, – признавался в интервью «Пермским авиационным двигателям» генеральный конструктор ОАО «Ил» Николай Таликов в 2017 году. – Этому есть причины. Во-первых, производство самолетов перенесено из Ташкента в Ульяновск на завод "Авиастар-СП". Освоение самолета сопровождается своими трудностями. Мы ожидали более интенсивной "раскрутки" программы, но пока выпущено только пять самолетов. А во-вторых, модернизация предполагает в том числе установку двигателей ­ПС-90А-76, которые стоят немало. Дороговизна программы – наша общая беда. Если бы стоимость была ниже, наверное, заказов было больше, потому что потребность в самолетах есть» [182]. Всего Пермским моторным заводом было выпущено более 460 двигателей семейства ПС-90А. Их суммарная наработка с начала пассажирских и грузовых перевозок превысила 3,7 миллиона часов (на 1 мая 2017 года). Большая часть эксплуатируется российскими авиакомпаниями и организациями, но есть и зарубежные заказчики: Куба, Индия, Иордания, Азербайджан, КНДР и Экваториальная Гвинея. ПС-90А – это один из немногих проектов отечественного авиапрома, появившихся на рубеже эпох, которому удалось не только выжить, но и по многим показателям выйти на международный уровень. И хотя не всё однозначно в истории этого двигателя, но он находится в строю, активно используется и поднимает в воздух в том числе самолеты первых лиц государства, а конструкторы продолжают работать над его совершенствованием.
Двигатели гражданских самолётов России 431

ЧАСТЬ 5 ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ УЧЕБНЫХ САМОЛЁТОВ И МАЛОРАЗМЕРНЫЕ ТУРБОВИНТОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
434 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Для учебно-тренировочных самолётов РУ19-300, ДВ-2, АЛ-55И РУ19А-300 ДВ-2 Когда в гражданской авиации только началась реактивная эра, естественно, сразу потребовались новые самолеты с газотурбинными двигателями для обучения летчиков. АЛ-55И
435 Двигатели гражданских самолётов России Первый прототип Як-30 В 1952 году с инициативой разработать реактивный учебно-тренировочный самолет на базе Як-17УТИ выступил А. С. Яковлев. Потом были другие предложения, и в итоге приняли решение построить не модификацию, а совершенно новую машину. Только на формирование требований к ней ушло несколько лет. И еще до того, как было принято соответствующее постановление Совмина, в ОКБ-300 под руководством С. К. Туманского начали заниматься двигателем РУ19-300 – первым в стране, проектируемым специально для учебно-тренировочных и спортивных самолетов. …Предвидя необходимость создания специального двигателя для учебной машины, Александр Яковлев заранее обратился к своему однокашнику по Военно-воздушной академии имени Жуковского – Сергею Туманскому с просьбой сделать небольшой, легкий и надежный двигатель. Созданию нового двигателя, как и самолета, в те годы обязательно предшествовало издание специального решения ЦК КПСС и Совета Министров СССР, в котором оговаривались цели, задачи, тактико-технические требования, сроки создания и персональная ответственность. А вот с «изделием 29» всё получилось по-другому. Туманский, понимая, что двигатель для учебного самолета всё равно надо будет делать, но тогда начнется «выкручивание рук» по срокам, принял решение начать разработку двигателя под будущие основополагающие документы. Разработка проекта, изготовление, испытания и доводка двигателя была поручена молодежи завода № 300. В июле 1957 г. в КБ началось проектирование «изделия 29» (РУ19-300)… Засыпкин Ю., Берне Л. Судьбу самолета решили политики // Авиация и космонавтика. – 2003. –№1 Правительственное постановление о создании самолета Як-104 (будущий Як-30) с двигателем РУ19-300 вышло 31 июля 1958 года. В техзадании прописывалась скорость до 600 км/ч, практический потолок – 10 000 метров, продолжительность полета без подвесных баков – 1,5 часа, разбег и пробег в пределах 500–600 метров. Тяга двигателя должна была составить 900 кгс. Уже в следующем году доводка РУ19-300 закончилась и были проведены его заводские чистовые испытания. В феврале 1961 года успешно завершились и стендовые госиспытания. Основные данные РУ19-300 ДВ-2 АЛ-55И Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс 900 2200 1760 Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) 1,18 0,595 0,71 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 16 49,5 28,8 Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 4,6 13,5 16,9 1150 1400 1445 0 1,46 0,558 Тяга на номинальном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс 800 - 0 Удельный расход топлива на номинальном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) 1,1 - 0 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0) Тяга на крейсерском режиме (Нп = 6 км, Мп = 0,48), кгс - 840 - Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 6 км, Мп = 0,48), кг/(кгс*ч) - 0,762 0,645 Расход воздуха на крейсерском режиме (Нп = 11, Мп = 0,8), кг/с Масса двигателя, кг - - - 225 475 355 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,2500 Диаметр входа в компрессор, м 0,5 0,2159 0,2017 0,645 0,462 Удельная лобовая тяга, кгс/м 4584 6733 10 499 Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/с)/м2 81,5 151,5 171,8 2
436 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Двигатель РУ19-300 Двигатель отличается простотой конструкции, он легкий, небольшой по размерам и при этом очень надежный. Состоит из семиступенчатого осевого компрессора, кольцевой камеры сгорания, одноступенчатой турбины и нерегулируемого реактивного сопла. Кок компрессора снаружи имеет водоотталкивающее покрытие, а изнутри обогревается горячим воздухом, который подается из-за последней ступени компрессора. Это предотвращает обле- денение обтекателя и лопаток первой ступени. Компрессор выполнен из нержавеющей стали. Такой прочный материал был выбран, чтобы двигатель не разрушался при попадании посторонних предметов в воздухозаборник. С учебными самолетами это случалось чаще, потому что взлетно-посадочные полосы в центрах подготовки использовались очень интенсивно, и их состояние не всегда было идеальным. Входного направляющего аппарата у компрессора нет, что позволяет заменять рабочее колесо первой ступени без разборки двигателя. Такую операцию можно выполнять в эксплуатации при появлении опасных забоин на рабочих лопатках этой ступени. Ротор остальных ступеней барабанно-дисковый, по своей конструкции подобен ротору ТРД АМ-3. Все рабочие лопатки закреплены замками типа «ласточкин хвост» с небольшим зазором, обеспечивающим их быструю установку и снятие с ротора. Фиксация лопаток от перемещений вдоль оси производится стопорными кольцами. Из-за четвертой ступени идет перепуск воздуха в атмосферу: лента перепуска открывает и закрывает окна, когда компрессор достигает необходимых оборотов. Это обеспечивает запуск двигателя и вывод его на расчетный режим. В жаровую трубу камеры сгорания топливо подают 9 форсунок. Столько же лопаточных завихрителей подготавливают топливовоздушную смесь. На корпусе камеры сгорания установлены два воспламенителя. Сопловые лопатки турбины – полые, охлаждаются воздухом. Они отлиты из Схема двигателя РУ19А-300
Двигатели гражданских самолётов России ВАЛЕНТИН ГРИГОРЬЕВИЧ МУХИН Заслуженный лётчикиспытатель СССР, Герой Советского Союза. Поднял в небо самолет Як-30 жаропрочного сплава за одно целое с наружными и внутренними полками, образующими в сборе проточную часть турбины. Через лопатки проходят стяжные болты, которые крепят внутреннюю опору к корпусу соплового аппарата. Это позволяет установить турбину консольно и обойтись без задней опоры турбины, что уменьшает расстояние между опорами, длину ротора и массу двигателя. Рабочие лопатки турбины тоже изготовлены из жаропрочного сплава. Чтобы увеличить их вибрационную прочность, применили бандажирование. Бандаж турбины состоит из пальцев, с помощью которых лопатки соединены между собой. Реактивное сопло имеет наружную и внутреннюю стенки, соединенные между собой тремя ребрами-обтекателями. В 1960 году были построены первые опытные экземпляры Як-104: двухместного самолета первоначального обучения с одним двигателем РУ19-300, расположенным в средней части фюзеляжа. 2 июля того же года самолет впервые поднялся в воздух (летчик-испытатель В. Г. Мухин). Во время заводских испытаний выполнили около 80 полетов, проверили самолет в работе при температуре окружающего воздуха от -30 до + 35 °С. Никаких проблем в эксплуатации двигателя и самолета не возникло, по всем пунктам они получили положительные оценки. «Испытатели сделали вывод: "Отличные летные качества самолета, совершенное оборудование и возможность эксплуатации на грунтовых аэродромах с травяным покрытием позволяют рекомендовать Як-30 [он как раз получил это новое название] в качестве учебного и тренировочного самолета"» [122]. Почти одновременно с Як-30 учебно-тренировочные самолеты стали разрабатывать Польша (TS-11 «Искра», фирма PZL) и Чехословакия (L-29 «Дельфин», компания Aero). В августе 1960 года Як-30 был передан на госиспытания. Разговоры «в верхах» о том, что нужно бы сравнить Як-30 с чешским L-29, Согласно условиям, специально оговоренным в программе испытаний, необходимо было имитировать попадание в воздухозаборник двигателя живой утки-кряквы весом не менее 2 кг для имитации «мягкого удара». Военные требовали именно крякву, а не селезня, поскольку селезни после взлета сразу уходят вверх, а кряквы летят горизонтально. Испытатели, среди которых был и один из авторов этой статьи, получив в Историческом музее эскизы средневековой катапульты, модернизировали ее и соорудили устройство, кидавшее в центр воздухозаборника двигателя соответствующий предмет. Сложнее оказалось достать живую утку-крякву. На рынках ничего подобного не продавалось. Неоднократные походы на Птичий рынок в Москве первоначально также не давали результатов: кряквами там не торговали. В конце концов, удалось найти профессионала-птицелова, который за солидное вознаграждение поймал, наконец, казалось бы, обреченную утку, но взвешенная в присутствии военпреда, она «недотянула» 100 граммов до положенного веса, что ее и спасло. Следующая кряква весом 2,2 кг была обречена на гибель. Лопатки первой ступени компрессора на четверти входной площади были несколько деформированы по ходу вращения, но все были целы и даже не имели трещин. Засыпкин Ю., Берне Л. Судьбу самолета решили политики // Авиация и космонавтика. – 2003. – № 1 437 начались осенью 1960 года. «Пытаясь упредить события, Яковлев и главный конструктор двигателя РУ19-300 C. К. Туманский в письме от 3 января 1961 года сообщили заместителю председателя Совмина Д. Ф. Устинову: "Учебный реактивный самолет Як-30 успешно прошел заводские испытания... Заключения ЛИИ и летчиков-испытателей свидетельствуют о высоких качествах самолета и о соответствии этой машины заданию правительства по всем характеристикам. <…> Сравнительно с чешским учебным самолетом Л-29, Як-30 имеет большие преимущества как по своим данным, так и по экономике"» [297]. В августе 1961 года государственные испытания Як-30 с двигателем РУ19-300 завершились, самолет был рекомендован к принятию на вооружение. Вскоре Як-30 подтвердил свои выдающиеся способности: на нём установили несколько мировых рекордов скорости и высоты. Например, 22 сентября 1961 года В. П. Смирнов и Н. И. Самоходкин развили на этой машине скорость 767,308 км/ч на базе 15–25 км. Через три дня В. П. Смирнов достиг на этой машине высоты 16 128 м, сразу на 881 метр перекрыв предыдущий рекорд итальянцев, установленный на учебно-тренировочном Macchi MB.326. При этом РУ19-300 имел максимальную тягу 1050 кгс за счет перерегулировки. В конце лета 1961 года начались сравнительные испытания советского, чехословацкого и польского самолетов. Они соревновались за право стать основным учебно-тренировочным самолетом стран – участниц Варшавского договора. Это все понимали, хотя конкурс и не был объявлен официально. Як-30 быстро показал свое превосходство. Он был легче соперников – чешский L-29 «Дельфин» оказался тяжелее на 40%, «Искра» весила и того больше. «Кроме того, его более совершенный двигатель давал существенную экономию топлива при массовой эксплуатации,
438 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) а малая масса самолета обеспечивала гораздо меньшую трудоемкость при изготовлении. Себестоимость Як-30 была в два раза меньше, чем у L-29, и в 2,5 раза меньше, чем у TS-11» [122]. Кроме того, у L-29 отсутствовали защитные средства от попадания посторонних предметов в двигатель, какие были у Як-30. В итоге поляки приняли на вооружение свою «Искру», хотя от них поступала Примерно через месяц после начала сравнительных испытаний произошло событие, вроде бы прямого отношения к полетам в Монино не имевшее: в Москву прилетел с визитом президент ЧССР Антонин Новотный. Прошла еще неделя и наши соперники – чехи – повеселели: они загадочно улыбались и давали понять, что решение состоялось. Позже мы узнали, что именно на этой встрече было решено специализировать авиационную промышленность Чехословакии на создании и серийном производстве УТС для стран Варшавского договора. Поэтому Н. С. Хрущёв принял «политическое решение»: самолет строить чехословацкий. просьба о приобретении лицензии на производство Як-30 и поставках двигателя РУ19-300. Советская сторона ответила отказом, мотивировав его тем, что не сможет обеспечить потребность Польской Народной Республики в двигателях, нужных для СССР. По результатам сравнительных облетов отраслевые институты подготовили заключение, в котором было сказано, что Як-30 полностью доведен и превосходит другие самолеты по всем характеристикам. Министры В. Ф. Устинов и П. В. Дементьев подготовили письмо в ЦК КПСС с предложением оставить производство L-29 в Чехословакии, а Як-30 принять на вооружение и выпускать у нас. Но и эта попытка защитить самолет провалилась. Окончательный выбор в пользу чехословацкого L-29 сделали тогда, когда уже вовсю шел запуск в серию двигателя РУ19-300 на новом заводе в Тюмени. На основе Як-30 был построен спортивно-пилотажный самолет Як-32 с тем же (1) Реактивные спортивные самолеты – двухместный Як-30 и одноместный Як-32 – на авиационном празднике в Тушино (2) Компоновочная схема Як-32 двигателем. На новой машине в 1961 году установили три мировых рекорда высоты и скорости на разных маршрутах. Спустя 10 лет самолет восстановили по приказу МАП в варианте Як-32П с двигателем РУ19П-300, у которого была изменена маслосистема. Но серийными они так и не стали. А вот заказ на чешский L-29 «Дельфин» был огромным: всего построено 3665 самолетов. Казалось, что РУ19-300 тоже обречен стать музейным экспонатом, но в конце Засыпкин Ю., Берне Л. Судьбу самолета решили политики // Авиация и космонавтика. – 2003. –№1 (2)
Двигатели гражданских самолётов России (3) 439 (3) Двигатель РУ19А-300 (4) Двигатель РУ19А-300 в правой мотогондоле транспортного самолета Ан-26 (5) Правая мотогондола самолета Ан-24РВ со вспомогательной силовой установкой РУ19А-300 1960-х годов он обрел вторую жизнь в качестве вспомогательной силовой установки на самолетах Ан-24, Ан-26 и Ан-30. Когда их стали поставлять на экспорт, выяснилось, что с полной загрузкой в жарком климате им не хватает взлетной тяги. Доработанный двигатель назвали РУ19А-300. В 1970 году он прошел госиспытания и был запущен в серию на (4) Тюменском моторном заводе. Благодаря вспомогательной силовой установке выросла взлётная тяга самолета, его коммерческая нагрузка, и кроме того, ­Ан-24 теперь мог совершить посадку с двумя отказавшими двигателями только с помощью РУ19А-300. В 1996 году производство двигателей РУ19А-300 в Тюмени было прекращено. За всё время изготовили около 4000 экземпляров. Другой советский двигатель для учебно-тренировочных самолетов – ДВ-2 (DV-2), разработанный в Запорожском МКБ «Прогресс» под руководством В. А. Лотарева для чехословацкого самолета L-39MS (обозначение на внешнем рынке – L-59). (5)
440 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) (2) (1) Двигатель ДВ-2 (2) Презентационный самолет L-59 (3) Потребность в новом учебно-тренировочном самолете возникла с появлением в начале 1980-х годов авиационной техники четвертого поколения. СССР заключил с Чехословацкой ССР соглашение, по которому началась разработка модификации L-39MS с улучшенными характеристиками и новым электронным оборудованием. Самолет изрядно потяжелел по сравнению с основным вариантом, и тяги исходного АИ-25ТЛ не хватало. Поэтому конструкторам ЗМКБ дали задание разработать более мощный и экономичный ДВ-2 тягой до 2150 кгс. Буква Д в названии означала Днепр; В – Ваг: река около чехословацкого города, в котором планировалось производить двигатели; цифра 2 – второе сотрудничество. При значительном росте тяги по сравнению с АИ-25ТЛ размеры должны были сохраниться такими, чтобы поместиться в фюзеляже существовавшего L-39. Требования к двигателю составляли представители советской и чехословацкой сторон совместно. В 1984 году первый опытный экземпляр ДВ-2 был собран и запущен на стенде. Через два года начались испытания на летающей лаборатории Ту-16ЛЛ, и 30 сентября 1986 года этот двигатель поднял в небо прототип самолета L-39MS. В 1989 году ДВ-2 прошел государственные испытания и был передан в серийное производство на завод ZVL «Поважске Строярне» в Чехословакии. ДВ-2 – это двухконтурный, двухроторный двигатель, выполнен по схеме со смешением потоков. (3) Самолет L-59 (L-39MS) (4) Испытания двигателя АИ-25ТЛ в подвешенном под Ту-16ЛЛ фюзеляже самолета L-39 (4)
Двигатели гражданских самолётов России Компрессор низкого давления – трехступенчатый. Входного направляющего аппарата нет, обогреваемый кок крепится к диску вентилятора. Корпус вентилятора усилен намоткой органопластиком. Рабочее колесо одноступенчатого сверхзвукового высоконапорного вентилятора представляет собой моноколесо, то есть рабочие лопатки выполнены как одно целое с диском. Такое передовое решение позволило снизить массу вентилятора и разместить необходимое число широкохордных рабочих лопаток. Степень повышения полного давления в этой ступени составила 2,3, что до сих пор остается максимальным значением для серийных двигателей. КПД вентилятора – 0,86, а масса рабочего колеса всего 28 кг. На одном валу с ним установлены две подпорные ступени. Компрессор высокого давления – семиступенчатый, с регулируемым входным направляющим аппаратом. Для того чтобы обеспечить устойчивую работу компрессора на нерасчетных режимах, установлены три клапана перепуска воздуха за третьей ступенью. Камера сгорания – кольцевая, прямоточная, укороченная. Топливо подается через шестнадцать форсунок. Два пусковых воспламенителя установлены в канале второго контура, как в двигателе АИ-25. Турбина высокого давления – одноступенчатая, её сопловые аппараты охлаждаются конвективно-пленочным способом. Рабочие лопатки турбины высокого давления имеют бандажные полки, охлаждаются конвективно. Они крепятся на диске попарно с помощью замка «ёлочного» типа. Турбина низкого давления – двухступенчатая. Сопловой аппарат её первой ступени охлаждается конвективно воздухом, отбираемым от четвертой ступени компрессора. Сопловые лопатки второй ступени и рабочие лопатки обеих – неохлаждаемые. Система управления – электронно-гидромеханическая. 441 (5) (5) Схема двигателя ДВ-2 ДВ-2 имеет модульную конструкцию. Каждый из его 12 модулей, кроме главного, можно снять и заменить на двигателе без разборки соседних модулей в условиях эксплуатации. Это позволяет перейти к обслуживанию по техническому состоянию. Первоначальный ресурс был определен в 200 часов. Увы, крупносерийным двигатель не стал. После распада Организации Варшавского договора главный заказчик, ВВС СССР, отказался от L-39. Всего было выпущено 124 экземпляра ДВ-2 для чешских, словацких, египетских и тунисских самолетов. В середине 1990-х годов словацкое предприятие ZVL «Поважске Строярне» (6) Летнодемонстрационный экземпляр учебнотренировочного самолета Як-130Д с двигателями РД-35 совместно с НПО им. В. Я. Климова разработали усовершенствованный вариант ДВ-2 под названием РД-35 (ДВ-2С). Базовую конструктивную схему сохранили. Внедрили новую электронную систему автоматического регулирования и провели мероприятия, увеличившие ресурс. Устанавливать РД-35 планировали на учебно-тренировочном Як-130Д, который создавался на замену L-39. C этими двигателями самолет-демонстратор проходил летные испытания с 1996-го по 2004 год, но серийные Як-130 оснащались более совершенными АИ-222-25. В ХХI веке в России был создан еще один двигатель для учебно-трениро- (6)
442 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели
Двигатели гражданских самолётов России 443 Самолёт L-59 (L-39MS)
444 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) (1) Двигатель АЛ-55И вочных самолетов, на этот раз по заказу иностранного государства – АЛ-55И. История его началась в начале 2000-х, когда в ОКБ имени А. М. Люльки подготовили макет двигателя АЛ-55, в основе которого была уменьшенная модель проточной части АЛ-31Ф. Предназначалась эта разработка для учебно-тренировочных и легких военных самолетов типа Як-130. Макет АЛ-55 демонстрировался на разных международных выставках и там заинтересовал индийских специалистов. Им требовался двигатель такой размерности для одномоторного учебно-тренировочного самолета HJT-36 Sitara корпорации HAL. Индийцы проектировали его с 1997 года, и в 2003-м подняли в воздух первый прототип – с силовой установкой на основе французского Snecma Larzac 04-30. Затем организовали тендер и по его результатам решили заменить этот двигатель на российский. Контракты между компанией HAL и рыбинским НПО «Сатурн» были подписаны в 2005 году сначала в Дели, потом на Международном авиационно-космическом салоне (МАКС) в Жуковском. Российская сторона должна была за два года спроектировать, построить (2) Учебно-тренировочный самолет HJT-36 Sitara двигатель и передать его на летные испытания в Индию, а затем провести опытно-конструкторские работы по стендовой доводке и его адаптации к самолету. Несмотря на свое название и предысторию, новый двигатель имел очень мало общего с первоначальным проектом АЛ-55. Уже в следующем году первый экземпляр АЛ-55И был изготовлен и запущен на стенде. Практически сразу удалось получить заявленную взлетную тягу – 1760 кгс. В конце 2006 года индийская и российская компании подписали акт о выполнении квалификационных испытаний. Через два года три двигателя АЛ-55И, прошедшие приемо-сдаточные испытания, были отправлены заказчику для установки на опытные самолеты. 9 мая 2009 года учебно-тренировочный HJT-36 с двигателем АЛ-55И совершил первый полет в индийском городе Бангалоре (летчик-испытатель Балдев Сингх). В процессе доводки к 2010 году конструкторы НПО «Сатурн» уменьшили массу двигателя более чем на 50 кг. (2)
Двигатели гражданских самолётов России 445 (4) (3) (3) Сборка газогенератора двигателя АЛ-55И (4) Двигатель АЛ-55И на испытательном стенде К следующему году в Индию передали 10 экземпляров АЛ-55И. Программа летных сертификационных испытаний была успешно выполнена. Двигатель АЛ-55И изготавливался в России по кооперации: газогенератор создавали в НПО «Сатурн», а так называемую «холодную часть» (куда входит компрессор и турбина низкого давления) – в Уфимском моторостроительном производственном объединении. По словам А. А. Саркисова, заместителя
446 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели генерального директора – генерального конструктора НТЦ им. А. М. Люльки (тогда входило в состав НПО «Сатурн»), «в программе создания двигателя АЛ-55И удалось аккумулировать опыт московского и рыбинского КБ НПО "Сатурн", опыт ряда конструкторских и производственных предприятий страны и отраслевых научно-исследовательских институтов» [69]. АЛ-55И – это двухконтурный, двухроторный бесфорсажный двигатель со смешением потоков перед нерегулируемым сужающимся реактивным соплом. Компрессор низкого давления – трехступенчатый. Над его рабочим колесом первой ступени находится щелевое перепускное устройство, которое служит для повышения запасов газодинамической устойчивости. Рабочие колёса состоят из дисков, изготовленных за одно целое с рабочими лопатками из титанового сплава (моноколёса). Рабочие колёса второй и третьей ступеней сварены между собой электронно-лучевой сваркой в единый барабан. Эта технология применена впервые при создании серийного отечественного авиадвигателя. Таким же Двигатель АЛ-55И в разрезе. Трехмерная модель образом соединены моноколеса первых четырех ступеней компрессора высокого давления. Его последнее, пятое колесо изготовлено из жаропрочного сплава. Компрессор высокого давления имеет регулируемый входной направляющий аппарат. Над рабочей лопаткой первой ступени установлено кольцевое щелевое перепускное устройство. Камера сгорания – кольцевая, с восемнадцатью топливными форсунками. Воспламенение топливовоздушной смеси осуществляется плазменной системой зажигания. (1) Газогенератор двигателя АЛ-55И. Трехмерная модель (1) (2) Сваренные в единый блок первые четыре моноколеса компрессора высокого давления двигателя АЛ-55И (2)
Двигатели гражданских самолётов России Александр Александрович Саркисов (1936-2019) Александр Александрович родился 19 мая 1936 года в Москве, в семье служащего. С началом войны Саркисовы переехали в город Буй (сейчас это Костромская область). Отца вскоре призвали в армию, а в 1943 году он погиб в бою. Мать с двумя маленькими детьми перебралась в Уфу – там жили её родители. После школы Александр хотел поступать в ленинградскую Военно-медицинскую академию, затем решил пойти учиться в сельхозинститут. «А дальше я стал студентом УАИ, – вспоминал он. – Не то чтобы намеренно, просто так распорядилась жизнь, впоследствии наглядно доказавшая: случайностей в ней не бывает. <…> О том, что мне предстоит поступать не в сельскохозяйственный, а в авиационный институт, я узнал только вечером накануне первого экзамена...» [69] В 1959 году Турбина высокого давления – одноступенчатая. Сопловые и рабочие лопатки охлаждаются конвективно-пленочным способом. Воздух для охлаждения рабочих лопаток подается через аппарат предварительной закрутки под напорное кольцо. Ротор турбины высокого давления через удлиненный носок соединятся болтами А. А. Саркисов окончил Уфимский авиационный институт по специальности «инженер-механик авиационных двигателей» и пришел работать в ОКБ-26 расчетчиком в бригаде турбин. В 1966 году он стал начальником группы камер сгорания. Участвовал в разработке модификаций Р13-300, Р13Ф-300, Р25-300 для сверхзвуковых истребителей МиГ-21 и Су-15. За это был награжден орденами Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени. В 1968 году Александр был назначен ведущим конструктором, а в 1972-м – заместителем главного конструктора. За участие в создании противокорабельного комплекса «Гранит» ему была присуждена Ленинская премия. С 1978 года А. А. Саркисов совмещал работу в ОКБ с преподаванием в своей альма-матер. В 1983 году Александр Александрович стал заместителем начальника – главным инженером 3-го Главного управления Минавиапрома. Управление курировало все моторостроительные КБ, но основной своей задачей А. А. Саркисов считал работу над созданием двигателей четвертого поколения РД-33 совместно с Ленинградским НПО им. В. Я. Климова и АЛ-31Ф – с ОКБ А. М. Люльки. В 1988 году Александра Александровича назначили генеральным конструктором – руководителем НПО им. В. Я. Климова. «Министр авиапромышленности представил меня коллективу и бросил, можно сказать, "на произвол судьбы". Ленинградские моторостроители – особая "каста", они с валом компрессора высокого давления. То есть в полотне диска нет отверстий, а это увеличивает его ресурс. Центрирование (совпадение осей) роторов и передачу крутящего момента обеспечивают торцевые шлицы типа «хирт». Такое решение для турбин применяется относительно редко. 447 вообще мало кого принимали в свои ряды, руководство потом все удивлялось, каким образом мне удалось стать "своим" да еще и вполне успешно работать на этом предприятии в течение почти 17 лет» [40]. Коллективу удалось увеличить межремонтный ресурс двигателя РД-33 почти в 10 раз, создать его модификации, разработать турбовинтовой ­ТВ7-117С/СМ, его вертолетный и «морской» варианты. А. А. Саркисов предложил идею всеракурсного управляемого сопла – уникальная конструкция известна как КЛИВТ (Климовский управляемый вектор тяги). Александр Александрович организовал на предприятии комплекс систем управления, где начали изготавливать цифровые электронные блоки автоматического регулирования и контроля. Кроме того, в НПО им. В. Я. Климова в тот период разрабатывали и совершенствовали двигатели для целого ряда вертолетов, установки наземного применения и другие изделия. В 2004 году А. А. Саркисов перешел работать в ОАО «НПО «Сатурн» заместителем генерального директора – генеральным конструктором, директором НТЦ им. А. М. Люльки. Здесь он занимался созданием двигателя АЛ-55И для учебно-тренировочного самолета Индии. Александр Александрович – доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, вице-президент Академии наук авиации и воздухоплавания, действительный член ряда отраслевых академий. В 2019 году, в возрасте 83 лет, А. А. Саркисов ушел из жизни. В одноступенчатой турбине низкого давления охлаждаются только сопловые лопатки. Бандажные полки её рабочих лопаток охлаждаются воздухом через отверстия в надроторных уплотнительных вставках.
448 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Сборка двигателя АЛ-55И
Двигатели гражданских самолётов России 449
450 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Ротор низкого давления – трёхопорный. Его средней опорой служит шариковый радиально-упорный подшипник, который является межвальным. Он установлен не как обычно, в корпусе опоры, принадлежащей статору, а внутри цапфы ротора компрессора высокого давления. Это позволило уменьшить расстояние между опорами ротора и исключить вибрации на критической частоте вращения. Шариковый подшипник не проскальзывает, и поэтому с ним не возникает таких проблем, как с межвальными роликовыми подшипниками. Эта оригинальная особенность двигателя была отмечена национальной премией «Золотая идея». Из интервью с Н. В. Кикотем, лауреатом премии «Золотая идея», в то время – начальником отдела компрессоров НТЦ им. Люльки НПО «Сатурн» Основной проблемой двигателя была слишком большая длина вала ротора низкого давления, что приводило к низким запасам по «критическим частотам вращения». Было очень много вариантов решения, все они обсуждались, прорисовывались, но единого, оптимального, не находилось. И вот однажды... мне в руки попал рекламный буклет какого-то старого двигателя. Там был лишь намек на решение, что-то отдаленно похожее. Но этого оказалось достаточно, чтобы родилась мысль. <…> И вот у нас получилось: родилась компоновка размещения радиально-упорного подшипника ротора низкого давления в цапфе ротора высокого давления. С точки зрения компоновки всей системы двигателя это красивое решение, оно мне нравится своей необычностью. Очень много было возражений, критики, длительная процедура согласования. В итоге решение превратилось в металл и помогло решить проблему, связанную с трансмиссией. Хробыстова О. Дневник идеи, ставшей золотой // Сатурн. – 2007. – № 4 (4010) (1) Ротор высокого давления – двухопорный. В промежуточном корпусе установлен шариковый радиально-упорный подшипник, передающий на него нагрузки, которые воспринимает от обоих роторов и суммирует. Такое конструктивное исполнение силовой схемы в двухконтурных двигателях до АЛ-55И не встречалось. В Индии организуют лицензионное производство двигателя, до его начала небольшие партии АЛ-55И закупают в России. Всего индийские ВВС планировали заказать 200–250 машин HJT-36. (1) Компоновка передней опоры ротора КВД с межвальным подшипником В 2014 году создатели самолета столкнулись с трудностями – был выявлен его перевес. Решить эту проблему внутри страны не получилось, и Министерство обороны Индии объявило тендер на поставку иностранных учебных самолетов. Плюс ко всему у HJT-36 обнаружились неполадки в системе управления. Проект приостановили. Однако потом индийцы с помощью зарубежных коллег, как сообщают СМИ, справились с основными техническими проблемами. В 2019 году летные испытания возобновились. (2) (2) Примерка двигателя АЛ-55И в Индии (3) Двигатель АЛ-55И на выставке
Двигатели гражданских самолётов России На базе этого учебно-тренировочного самолета с двигателем АЛ-55И возможно создание разных модификаций: учебно-боевой машины, штурмовика, одноместного тактического истребителя, патрульного самолета и других. В конструкции АЛ-55И также заложена многофункциональность. При небольших изменениях на его основе можно построить це- лый спектр двигателей разного назначения тягой от 1700 до 3500 кгс и приспособить их для самолетов типа МиГ-АТ, Як-130 и СР-10. На середину 2019 года выпущено почти 50 экземпляров АЛ-55И. Отечественные двигатели для реактивных учебно-тренировочных самолетов, созданные в разное время, имеют общие 451 черты: они достаточно просты по конструкции, неприхотливы в обслуживании и надежны. При этом каждый из них обладает особенностями, которые обеспечивали им высокий, недостижимый для большинства стран конструкторско-технологический уровень. Однако по самым разным причинам ни одному из них не посчастливилось стать массовым двигателем. (3)
452 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Тяжёлый путь в лёгкой авиации ТВД-10 и ТВД-20 ТВД-10 Основные данные ТВД-10Б ТВД-20 ТВД-20-03 ТВД-20М Мощность эквивалентная на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), э.л.с. 1025 1450 1430 1430 Удельный расход топлива на взлётном режиме эффективный (Нп = 0, Мп = 0),кг/ (кгс*ч) 0,225 0,245 0,255 0,245 Расход воздуха на взлётном режиме, (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 4,58 - - 5,76 Степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 7,4 - - 9 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме, (Нп = 0, Мп = 0), K 1160 - - 1175 3; 0,28 - - - 510 - - 1070 0,335 - - 0,229 Условия полета на крейсерском режиме Нп, км, Мп Мощность эквивалентная на крейсерском режиме, э. л. с. Удельный расход топлива на крейсерском режиме, эффективный, кг/ (э. л. с.*ч) Масса двигателя, кг Удельная масса, кг/э. л. с. 230 245 250 285 0,2344 0,1993 0,1748 0,2073 В середине 1960-х годов газотурбинные двигатели завоевывали свои позиции на гражданских самолетах всех классов. Не остались в стороне и скромные, но очень востребованные представители легкой авиации. Так, пришла пора создавать замену знаменитому «кукурузнику» Ан-2. Самолетами для местных авиалиний начали заниматься несколько КБ, и среди них – коллектив Г. М. Бериева. Для будущего Бе-30 нужен был турбовинтовой (более экономичный, чем его реактивные современники) двигатель взлетной мощностью 940 л. с. Сделать его поручили в 1965 году Омскому машиностроительному конструкторскому бюро под руководством В. А. Глушенкова.
Двигатели гражданских самолётов России Надо сказать, что разработчики и двигателя, и самолета взялись за новое для них направление отнюдь не на пике славы – с надеждой, что успешное выполнение этого задания поможет справиться с трудностями. «К тому же преуспевающие в то время фирмы – разработчики авиадвигателей занимались престижной "гигантоманией" (чем больше мощность двигателя, тем престижней), поэтому уклонялись от работы над мелкими темами» [178]. Самолет изначально проектировался как пассажирский, а это значит, что требования к нему были особыми. Он должен был получиться комфортабельным – на уровне современных ему магистральных лайнеров, рентабельным, соответствующим международным нормам по экологической чистоте выбросов, уровню шума и пр. Предусматривалась возможность эксплуатации с грунтовых взлетно-посадочных полос длиной 550–600 метров, что позволило бы ему базироваться почти на всех аэродромах Советского Союза. Взлетно-посадочные характеристики Бе-30 планировалось улучшить установкой трансмиссии, связывающей между собой двигатели. Правда, её разработка затянулась, и появилась она на опытном самолете только в 1972 году. Требования к ресурсу двигателей были намного выше, чем для военных изделий. В задании указывался первоначальный ресурс в 300 часов, постепенно его нужно было увеличить до 2000 часов. Из-за того, что многие характеристики двигателей для гражданской авиации оговаривались в то время впервые, появлялись новые виды испытаний. Например, проверка работы двигателя в условиях тропического ливня, при попадании в двигатель птиц разного размера, контроль уровня шумов, создаваемых двигателями и воздушными винтами. В 1967 году в Омском МКБ построили специальный стенд, и почти сразу на нём было проведено первое испытание двигателя ТВД-10 взлетной мощностью 940 э. л. с. 453 (1) Компоновочная схема Бе-30 (2) Третий опытный Бе-30 во время испытаний (3) Самолет местных авиалиний Бе-30. Вид на мотогондолу со снятой панелью. 1967 (1) (2) В это время шло изготовление опытных Бе-30. Летом того же года самолет, еще без двигателей (вместо них стояли металлические макеты), был показан на авиационной выставке в аэропорту Домодедово. К месту экспозиции и об- ратно машину перевозили по железной дороге. В следующем году самолет получил первые ТВД-10, и 8 июля поднялся с ними в небо (летчик-испытатель М. И. Михайлов). Замечаний по работе двигателя не было. (3)
454 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Двигатель ТВД-10 Схема турбовинтового ТВД-10 в общих чертах была заимствована у уже проверенного омского вертолетного двигателя ГТД-3: осецентробежный компрессор с шестью осевыми и одной центробежной ступенью. Камера сгорания – кольцевая, полупетлевого типа, с вращающейся форсункой. Турбина высокого давления – двухступенчатая. Свободная турбина – одноступенчатая. Но здесь для передачи мощности на воздушный винт установлен редуктор из двух самостоятельных единиц: быстроходный редуктор и редуктор винта. Дело в том, что в таком двигателе, мощностью до 1000 л. с., размеры газоге- нератора небольшие, и пропустить через него вал силовой турбины вперед, на редуктор винта самолета, затруднительно. Обычно такое ограничение вызвано конструктивными особенностями малоразмерного компрессора. Один из способов преодолеть эту трудность – механическая трансмиссия в обход газогенератора. Такой прием весьма распространен в практике создания турбовинтовых двигателей малой мощности. Быстроходный редуктор установлен на корпусе свободной турбины, редуктор винта жестко соединен кожухом трансмиссии с быстроходным редуктором. Кожух трансмиссии – основная силовая балка, на которой закреплена вся двигательная часть. Создавая двигатель ТВД-10, необходимо было перейти на более высокий научно-технический уровень по сравнению с двигателем ГТД-3. Во-первых, стояла задача обеспечить значительно Раскапотированый двигатель ТВД-10
Двигатели гражданских самолётов России 455 (1) (3) (1) Осецентробежный компрессор двигателя ТВД-10 (2) Схема охлаждения турбины двигателя ТВД-10 (2) лучшую экономичность, а значит, достичь максимальных на то время значений КПД компрессора и турбин. Во-вторых, была установлена очень жесткая весовая норма. При конструировании удалось достичь массы самой турбокомпрессорной части 125 кг, но «сухая масса», отнесенная только к двигателю, с учетом редуктора и трансмиссии, почти удвоилась и составила 230 кг. Тем не менее это было большое достижение, ведь ГТД-3 весил 230 кг без редуктора. Ротор компрессора ТВД-10 – барабанно-дисковой конструкции. Передний вал ротора выполнен как одно целое с диском первой ступени, изготовлен из стали. Титановый диск второй ступени имеет коническую стенку для восприятия осевых усилий от затяжки ротора. Рабочие лопатки на всех осевых ступенях стальные и крепятся к дискам замками типа «ласточкин хвост». Стальной диск вращающегося направляющего аппарата центробежной ступени изготовлен за одно (3) Трансмиссия, соединяющая двигатели самолета Бе-30 целое со стяжным болтом и задним валом ротора. Передняя часть корпуса компрессора отлита из магниевого сплава. Она имеет три полые стойки. В средней части корпуса, тоже литой, но из титанового сплава, установлены поворотные лопатки входного направляющего аппарата и поворотные направляющие аппараты двух первых ступеней. Корпус центробежной ступени сварной, из титанового сплава. Диски турбины компрессора стянуты шестью болтами. Свободная турбина скреплена с валом таким же способом. Неохлаждаемые рабочие лопатки всех ступеней соединены с дисками замками «ёлочного» типа с удлиненными ножками. Крутящий момент турбины передается компрессору с помощью шлиц. К нижним полкам лопаток соплового аппарата приклепано кольцо лабиринтного уплотнения. Гребешки лабиринта нарезаны на кольцевых выступах дисков. Турбина охлаждается вторичным воздухом камеры сгорания, который проходит через лопатки соплового аппарата первой ступени турбины. В силовую установку самолета Бе-30 входят два двигателя, роторы свободных турбин которых соединены через синхронизирующую трансмиссию. Располагаются двигатели в мотогондолах под крылом.
456 (1) ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели
Двигатели гражданских самолётов России 457 (2) (1) Самолет Бе-30 (2) Самолет Бе-30 взлетает с грунтового аэродрома Бе-30 имеет максимальный взлетный вес 6100 кг, практическую дальность 1200 км, способен развивать максимальную скорость 500 км/ч, перевозить 14 пассажиров. Самолет отличался весовым совершенством, его конструкторы получили премии за экономию массы. В 1969 году Бе-30 показали на международном авиасалоне в Париже. «На выставке самолёт получил хорошую оценку в международных авиационных кругах. Особенно бурную реакцию зрителей и участников выставки вызвало заруливание самолёта Бе-30 на стоянку задним ходом – за счёт перекладки лопастей воздушного винта в режим отрицательной тяги. В то время это было новинкой» [178]. 16 февраля 1970 года завершились государственные испытания двигателя ТВД-10, а в следующем году – второй этап совместных госиспытаний с самолетом. Бе-30 работал при 40-градусной жаре в Туркмении, при 40-градусном морозе в Сибири и везде показал себя как надежная и простая в обслуживании машина. Во время эксплуатационных испытаний Бе-30 не случилось ни одного летного происшествия из-за отказов техники. Причиной единственной аварии была ошибка бортмеханика, но и тогда самолет не пострадал. Летчики, летавшие на Бе-30/32, как испытатели, так и участвовавшие в эксплуатационных испытаниях, очень хорошо отзывались о новом самолете. Техническому составу Бе-32 тоже не доставлял особых хлопот. Отмечали легкость в пилотировании, современный комплекс пилотажнонавигационного оборудования, хорошую противообледенительную систему, реверс винтов… Как вспоминал летчик-испытатель А. А. Лебедев, «когда тормоза колес на скользком грунте не дают эффекта, единственное спасение – реверс, и я им пользовался в свое удовольствие. И на стоянках рулить с ним легче, и на льду управляться с машиной проще, не говоря о том, что любой промах на рулении можно безболезненно поправить...» Заболотский А., Сальников А. Неизвестный Бериев. Гений морской авиации. – М., 2009 Всё складывалось хорошо, Бе-30 был рекомендован для серийного производства, но… тему закрыли. Сначала такое неожиданное решение объясняли тем, что не нашлось свободных производственных мощностей на авиазаводах. «Возможно, это было так, – писал военпред Г. А. Лужанский, – потому что были более "ударные" оборонные темы, но верилось с трудом: неужели настолько не могли
458 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) Турбовинтовой самолёт местных авиалиний L-410 UVP-E20 (2) Самолет Бе-32 в полете (1) предвидеть ситуацию и выбрасывают готовый результат тяжёлого труда многих коллективов» [178]. Другой причиной называли то, что Бе-30 оказался не способен заменить Ан-2 на внутриобластных маршрутах: до сих пор далеко не везде были взлетно-посадочные полосы с твер- (2) дым покрытием, которые планировалось подготовить к моменту выхода Бе-30 на линии. А новый самолет, в отличие от поршневого ветерана, не мог использоваться на полях с травяным покрытием. Но главной причиной была политическая: руководство СССР решило поддер- жать авиапромышленность Чехословакии массовым заказом самолетов L-410 «Турболет» того же класса. Сборкой модификации этого самолета – L-410 UVP-E20 – в настоящее время занимается АО «Уральский завод гражданской авиации» (Екатеринбург). Хотя проект Бе-30 был отвергнут, продолжились работы над усовершенствованным самолетом под названием Бе-32. Конструкторы удлинили фюзеляж, что увеличило пассажировместимость с 14 до 19, установили модификацию ТВД-10 с повышенной до 1050 л. с. взлетной мощностью, применили дополнительные топливные баки, что дало прирост дальности. Улучшились и другие характеристики. Бе-32 подтвердил соответствие нормам летной годности гражданских самолетов.
Двигатели гражданских самолётов России 459 (3) ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ ЛАХМОСТОВ Заслуженный лётчикиспытатель России. Установил несколько всесоюзных рекордов на самолете Бе-32 В 1976 году провели сравнительные испытания Бе-32 и самолета такого же назначения Ан-28 (тоже с двигателями семейства ТВД-10). Проверка показала, что Бе-32 превосходит конкурента по скорости, дальности полета, пассажировместимости, комфорту, максимально допустимой скорости бокового ветра и т. д. «Испытатели единодушно рекомендовали Бе-32 для замены самолетов Ан-2, Ли-2 и Ил-14, но их заменили... чехословацкими машинами!» [95]. Не помогли самолету и рекорды. 13 февраля 1976 года, в день рождения Г. М. Бериева, летчик-испытатель Е. А. Лахмостов на самолете Бе-32 продемонстрировал достижения скороподъемности на высоту 3000 м (2 мин 24,6 с) и 6000 м (5 мин 17,8 с). На тот момент это были лучшие в мире показатели для машин такого класса. Но пока рекорды оформляли, американцам уже удалось их побить, поэтому Бе-32 остался только всесоюзным рекордсменом. На базе Бе-30 можно было создать самолеты на лыжном или поплавковом шасси, аэрофотосъемочный, служебно-административный, санитарный, грузовой, транспортный, десантный, многоцелевой самолет короткого взлета и посадки и другие. Интерес к Бе-32 пробудился много лет спустя. В начале 1990-х, когда появились трудности в снабжении запчастями чешских L-410, забытый проект решили реанимировать. Одну из сохранившихся машин восстановили, снабдили её двига- (3) Бе-32 в в Центральном музее ВВС в Монино (4) Самолет местных авиалиний Бе-32К (4) телями ТВД-10Б, новым оборудованием и показали на международных авиасалонах в Ле-Бурже и Дубае. Планировали запустить серийное производство на Иркутском авиационном производственном объединении, но финансовые трудности не дали это осуществить. Вновь заговорили о самолете еще через 15 с лишним лет, в 2010-м. Была разра- ботана более современная модификация Бе-32МК с двигателями ТВД-10Б. Потребность в таких самолетах оценивалась приблизительно в 1500 машин. Но и эта попытка возродить Бе-32 пока не принесла результата. Судьба самого двигателя ТВД-10 тоже была необычной. В 1974 году документацию на него передали в Польскую Народ-
460 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели ную Республику, где начался выпуск его модификации для вертолета. А в Советском Союзе историю двигателя продолжили варианты ТВД-10М и ТВД-10Б. Разработать ТВД-10Б предложил омичам О. К. Антонов, когда создавал Ан-28 – «конкурента» Бе-30. В то время ОМКБ находилось буквально на грани исчезновения. Министерство авиационной промышленности решило передать его производственные площади, тысячу специалистов и часть оборудования Омскому моторостроительному заводу имени П. И. Баранова. «От полной ликвидации МКБ спасло только то, что военно-морскому флоту нужно было поставлять двигатели ТВД-10М для кораблей на воздушной подушке "Скат", а завод им. П. И. Баранова отказался от предложения МАП по освоению и производству этого двигателя» [65]. В 1973 году ОМКБ покидает В. А. Глушенков, руководивший им 17 лет. Главным конструктором становится В. С. Пащенко. К заданию по ТВД-10Б коллектив приступил в 1975 году. Эта модификация взлетной мощностью 1025 э. л. с. получила другие внешние средства управления – изменились все внешние системы, обслуживающие двигатель. От своего прототипа ТВД-10Б отличается также конфигурацией выходной трубы – теперь она выполнена за одно целое с корпусом свободной турбины. По-новому сконструирован противопожарный кожух двигателя. Что интересно, в МКБ не было оборудования для производства штамповок, с помощью которых изготавливались этот кожух и выходная труба, и двигателистам здесь помогали самолетчики: штамповки и сами штампы делали в ОКБ О. К. Антонова. В 1978 году в ЦАГИ провели испытания силовой установки Ан-28 с двигателями ТВД-10Б. Выявились недоработки в системах двигателя, но их устраняли без особых проблем. В целом доводка проходила довольно безболезненно, ведь (1) (1), (2) Двигатель ТВД-10Б (2) прототип двигателя прошел полный цикл госиспытаний несколькими годами ранее. В 1982 году завершились государственные испытания ТВД-10Б. По словам представителей Омского МКБ, «созданный двигатель ТВД-10Б нового поколения являлся лучшим образцом двигателей этого класса и стал базовым двигателем для самолётов местных воздушных линий и морских судов на воздушной подушке» [178]. Испытания показали большую избыточную мощность ТВД-10Б в составе Ан-28, которая позволяет совершать взлет с укороченных площадок (например, в горах).
Двигатели гражданских самолётов России Самолет Ан-28. Центральный аэродром им. М. В. Фрунзе в Москве После взлета на максимальном режиме двигателей самолет может набирать высоту почти так же круто, как вертолет. С обычных площадок при нормальной загрузке он способен взлетать даже с номинального режима двигателей. Отличные взлетно-посадочные характеристики Ан-28 – во многом заслуга реверсивных воздушных винтов. Длина его разбега – всего 260 м, пробега при посадке – 170 метров! Легкий многоцелевой Ан-28 с двумя ТВД-10Б, установленными в мотогондолах под крылом, предназначался для перевозки 15–17 пассажиров или грузов массой до 1750 кг на расстояния от 600 до 800 км. Он был создан на основе известной поршневой «Пчёлки» Ан-14. Новый самолет имел более длинный фюзеляж и редкое в наше время неубирающееся шасси. Это шасси было очень проходимым, что позволяло использовать Ан-28 на грунтовых, песчаных и заснеженных аэродромах, как и неприхотливый Ан-2. Шасси можно было заменить на поплавковое или лыжное. Во время летных испытаний самолет проверяли во всех климатических зонах 461 СССР, в том числе в Арктике и Антарктиде. «В декабре 1989 года дизель-­ электроход "В. Арсеньев" доставил Ан-28 в Антарктиду, где экипаж летчика-испытателя ОКБ А. Хрустицкого выполнил несколько полетов со станции Молодежная на станции Мирный и Восток, расположенные на высоте 3500 м над уровнем моря» [296]. В 1986 году Ан-28 получил сертификат летной годности, отвечающий международным стандартам ИКАО. В 1979 году он был показан на авиасалоне в Ле-Бурже. Уже тогда было принято решение передать техническую документацию на двига-
462 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) (2) (1) Мотогондола самолета Aн-28 (2) Самолет Ан-28 ДОСААФ России (3) Самолет Ан-28 заходит на посадку (3) тель ТВД-10Б, винт АВ-24 и самолет Ан-28 в Польшу. Там на заводах PZL развернулось их серийное производство. Когда самолет начал эксплуатироваться, выявились конструктивные недостатки двигателей, из-за которых не обеспечивались требуемый ресурс и надежность. В ОМКБ разработали и внедрили ряд технических решений, благодаря которым ресурс увеличился с 300 до 1000 часов. Для испытаний использовали натурный стенд в виде самолета, который был установлен в аэропорту Душанбе. В дальнейшем показатели ресурса улучшали практически каждый год. С 1987-го до 2000 года ресурс до первого капитального ремонта вырос с 500 до 1500 часов, назначенный – с 1000 до 10 000 часов. Межремонтный ресурс в 2012 году был доведен до 3000 часов. Самолет Ан-28 имеет несколько модификаций: арктический Ан-28А с дополнительным запасом топлива, транспортно-десантный Ан-28Б1, самолет радиоэлектронной борьбы Ан-28B2 и т. д., в том числе варианты с другими двигателями (PT6A-65B американской фирмы Pratt & Whitney). Эксплуатация Ан-28 не обошлась без летных происшествий. Например, в октябре 1992 года потерпел катастрофу самолет, совершавший регулярный пассажирский рейс Усть-Нем (Коми) – Сыктывкар. После взлета с грунтовой взлетно-посадочной полосы, покрытой слякотью, произошел отказ левого двигателя с флюгированием его воздушного винта. Экипаж убрал закрылки и увеличил угол атаки, после чего произошло сваливание самолета, он столкнулся с землей и частично сгорел. Выжил один человек из 16. Самолет Ан-28 производился в Польше до 1997 года. В 1991 году двигатель ТВД-10Б был выбран для легкого транспортного одномо- Всего было построено почти 200 экземпляров всех модификаций. Двигателей ТВД-10Б выпущено около 500.
Двигатели гражданских самолётов России 463 (5) ВИКТОР ВАСИЛЬЕВИЧ ЗАБОЛОТСКИЙ Заслуженный лётчикиспытатель СССР. Поднял в небо самолет Т-101 «Грач» (4) Самолет Т-101 «Грач» с двигателем ТВД-10Б (5) Самолет Ан-3 с двигателем ТВД-20 (4) торного самолета Т-101 «Грач», который разрабатывался совместно с РСК «МиГ» фирмой «Рокс-Аэро». Впервые он взлетел 7 декабря 1994 года (летчик-испытатель В. В. Заболотский). В 2000 году самолет с двигателем ТВД-10Б совершил длительный перелет Москва – Певек (Чукотка). Омское МКБ продолжает сертифицированный ремонт двигателей ТВД-10Б. Их общая наработка к 2018 году составила 939 879 часов. На основе ТВД-10Б проектируют современные турбовинтовые двигатели с «коротким» компрессором (одна осевая ступень с широкохордными лопатками с высокой степенью стойкости к внешним воздействиям и одна центробежная), современной электронной системой управления. Возможно применение таких двигателей для самолетов местных воздушных линий по программам ремоторизации. В 1960-х годах двигатель ТВД-10 рассматривался как вариант для замены поршневых моторов на сельскохозяйственном Ан-2. Так начиналась полная драматизма история будущего самолета Ан-3 и двигателей ТВД-20. Официального постановления о начале работ еще не было, а представителям Начать практические работы по омоложению «Аннушки» долго не позволяло отсутствие подходящего «сердца». Свет в конце тоннеля появился, когда руководимое В. А. Глушенковым Омское моторостроительное КБ (ОМКБ) приступило к созданию… турбовинтового двигателя ГТД-10 (ТВД-10) мощностью 960 э. л. с. Однако этих «силенок» новому варианту Ан-2 явно не хватало, и в июне 1967 г. мотористы предложили модификацию ТВД-10А, которая могла бы развивать 1250 э. л. с. По высказыванию Антонова, «к глубокой модернизации мы приступили в тот же час...» Новая машина получила обозначение Ан-3. Заярин В. Турбовинтовой наследник Ан-2 // Авиация и время. – 2004. – № 4 ОКБ Антонова уже удалось получить положительное заключение отраслевых институтов по проекту Ан-3 с двигателем ТВД-10А. «Но тут в процесс вмешались министерские чиновники, считавшие, что ТВД-10А не соответствует современным требованиям, – пишет В. Заярин. – Инициативная работа ОМКБ вызывала у них раздражение... Создание ТВД-10А было приостановлено, и Ан-3 остался без двигателя» [101]. Антоновцы обратились к другим моторостроительным коллективам и подготовили проекты под ТВ2-117С и ТВД-850 разработки ОКБ им. В. Я. Климова, но и это начинание не принесло плодов, двигатели так и не дошли до стадии производства. Тем временем ОМКБ продолжало потихоньку создавать двигатели семейства ТВД-10. Успехи омичей по проекту ТВД-10Б заставили представителей министерства смягчиться и допустить модификацию на самолет Ан-3. Однако тут же конструкторам дали другое задание – сделать вспомогательную силовую установку на базе ТВД-10, которую запустили в серию на Омском моторостроительном производственном объединении
464 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) (2) (1) Двигатель ТВД-20 и вспомогательная силовая установка им. П. И. Баранова. Работу над ТВД-10Б в очередной раз забросили. Вскоре благосклонность министерских деятелей по отношению к омским двигателям опять сменилась неприятием. «В недрах МАП снова стал муссироваться тезис об устарелости ТВД-10A, хотя он по топливной эффективности и весовому совершенству ничем не уступал широко рас- ТВД-20 пространенному двигателю РТ6 канадского отделения фирмы Pratt & Whitney. Омичи не могли построить даже опытный экземпляр двигателя, который получил к тому времени обозначение ТВД-20. Когда стало ясно, что под министерским руководством ТВД-20 может быть успешно похоронен, Антонов решил помочь ОМКБ. Вначале была предпринята попытка изготовить от- (2) Носовая часть опытного Ан-3 дельные агрегаты двигателя на других мотостроительных заводах, однако предприятия, на которые Олег Константинович делал ставку, оказались перегружены. Тогда Антонов изменил тактику. Он направил в ОМКБ хорошего снабженца, благодаря усилиям которого в Омске все-таки изготовили не только опытный образец ТВД-20, но и построили бокс для его испытаний и доводки. Вскоре антоновское ОКБ получило долгожданный ТВД-20» [101]. Проектирование двигателя в ОМКБ началось в 1977 году. Первый ТВД-20 собрали в следующем. Через год был готов доработанный под него экземпляр Ан-3. Турбовинтовой двигатель на сельскохозяйственном самолете мог использоваться как энергоузел: воздух, отбираемый из-за компрессора, расходовался как рабочее тело для турбонасосных агрегатов при заправке самолета химикатами. То есть наземные заправочные устройства оказывались лишними. В полете воздух от двигателя можно было применять для перемешивания химикатов в баке. От конструкторов требовалось спроектировать тормоз воздушного винта и агрегат, управляющий перепуском воздуха из-за компрессора. В схему исходного ТВД-10 внесли много отличий. Для того, чтобы не пропускать через газогенератор вал силовой турбины, ис-
Двигатели гражданских самолётов России пользовали иное, тоже распространенное компоновочное решение. Двигатель установили «задом наперед». Воздухозаборник находится сверху сзади, а воздух, чтобы попасть в компрессор, разворачивается на 180 градусов. Выхлопные газы после силовой турбины также меняют направление почти на 180 градусов в выходном устройстве. Крутящий момент свободной турбины напрямую передается редуктору винта. ТВД-20 представляет собой развитие ТВД-10 с увеличением мощности в полтора раза. К осевой части компрессора добавлена спереди нулевая ступень, диск которой выполнен как часть переднего вала. Этот диск изготовлен из стали, а остальные в компрессоре – из титанового сплава. Их рабочие колеса с промежуточными кольцами стянуты через сферическую шайбу гайкой, наворачиваемой на стяжной болт, такой же конструкции, как у ТВД-10. На заднем валу компрессора устанавливается вращающаяся форсунка. Стальной корпус камеры сгорания соединяет задний корпус компрессора и корпус турбины. На нем расположены два воспламенителя и два клапана перепуска воздуха. Жаровая труба – полупетлевого типа, как во всех камерах сгорания омских конструкторов. Топливо к вращающейся форсунке подается по каналу через двенадцать отверстий, выполненных во втулке лабиринта. Свободная турбина ТВД-20, в отличие от ТВД-10, двухступенчатая и установлена консольно. Её диски соединяются между собой и с валом свободной турбины шестью болтами. На корпусе силовой турбины есть защитное кольцо, которое должно удерживать фрагменты дисков в случае их разрушения и не допускать повреждения остальных частей двигателя и самолета. 13 мая 1980 года самолет Ан-3 с двигателем ТВД-20, расположенным в носовой части фюзеляжа, совершил первый полет (летчики-испытатели С. А. Горбик и П. Д. Игнатенко). «Антонов лично выбрал СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ ГОРБИК Заслуженный лётчикиспытатель СССР. Поднял в небо самолет Ан-3 и установил на нем три мировых рекорда. Погиб при выполнении испытательного полета на Ан-124 эту "невезучую" дату, подчеркнув, что ему с числом "13" сопутствует удача. И действительно, полет прошел хорошо» [Там же]. Но когда начались испытания сельхозоборудования, выяснилось, что при его включении в полете на высоте 3–5 метров над полем происходит опасный провал тяги двигателей. Самолет можно было передавать на госиспытания, но проблемы с двигателем Вспоминает лётчик-испытатель П. Д. Игнатенко: «…Когда снизились до высоты 5 м, Сергей Горбик, как и было предусмотрено, включил сельхозаппаратуру. И... тут же упала мощность двигателя. Дальше – касание полосы с ударом... В сотне метров перед нами высоченные дубы. Я резко двинул вперед РУД в положение, при котором отбор воздуха на сельхозаппаратуру перекрывается. Через пару секунд двигатель взревел, и нам удалось "перепрыгнуть" через злополучные дубы». В дальнейшем пришлось вернуться к старому испытанному годами способу приведения в действие сельхозаппаратуры – от ветряка, вращаемого набегающим потоком. Заярин В. Турбовинтовой наследник Ан-2 // Авиация и время. – 2004. – № 4 465 опять срывали планы. Довести его ресурс до необходимых 50 часов не получалось. «Дальнейшие попытки Антонова содействовать созданию пригодного для серийного производства ТВД-20 не увенчались успехом, и опять пришлось обратиться к услугам талантливого снабженца, который уже помог построить первый двигатель… Снабженец взялся за это, и дело было сделано. <…> Подводя итог этим событиям, Олег Константинович как-то заметил, что же это за страна такая? Генеральный конструктор не может пробить важное и нужное дело, а некий "снабженец" может» [Там же]. В 1982 году провели сравнительные испытания самолетов Ан-2 с поршневыми двигателями АШ-62ИР и Ан-3 с ТВД-20. «Тройка» показала лучшие взлетно-посадочные характеристики, большую скороподъемность, возможность увеличить грузоподъемность. Производительность полетов тоже оказалась выше, а себестоимость обработки заметно уменьшилась. Сам двигатель ТВД-20 был более чем вдвое легче, чем АШ-62ИР, а его удельный расход топлива и расход масла – значительно ниже. Кроме того, турбовинтовые «движки» давали большую экономию за счет того, что работают на керосине, а не на бензине. Тем не менее организовать серийный выпуск ТВД-20 не торопились. Омское МПО им. П. И. Баранова было перегружено, других мощностей не нашлось. «Прошел год, и все об Ан-3 вроде бы забыли. Однако новый Генеральный конструктор антоновской фирмы П. В. Балабуев решил пробудить интерес к этой машине, предложив МАП выполнить на ней полеты на установление рекордов, которые посвятить XXVII съезду КПСС. В те времена такой ход действовал безотказно, и министр И. С. Силаев просто не мог не поддержать эту инициативу» [Там же]. Производить двигатель решено было на Калужском моторном заводе. В 1986 году,
466 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели
Двигатели гражданских самолётов России 467 Самолёт Ан-3
468 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) В декабре 1985 года летчикииспытатели В. Г. Лысенко и С. А. Горбик установили на Ан-3 с двигателем ТВД-20 шесть мировых рекордов подъема с грузом на высоту. наконец, начались государственные испытания. Первый их этап был успешным и показал, что самолет с ТВД-20 отвечает необходимым требованиям. Всё было готово и ко второму этапу. И тут сотрудники министерства подготовили новую резолюцию: прекратить все работы по ТВД-20, потому что он «не соответствует современным нормам технического уровня, не доведен, имеет малый ресурс, высокий удельный расход топлива и требует больших затрат на доработку конструкции» (101). Заменить омский двигатель решили на ТВД-1500 Рыбинского КБ, который должен был пройти госиспытания в 1992 году. Но вот наступил 1992-й, а двигатель в Рыбинске создать не успели. И тогда вновь вернулись к тому, от чего ушли: переоборудованию Ан-2 в Ан-3 с использованием ТВД-20. Организовать производство «двадцатки» поручили Омскому МПО им. П. И. Баранова. Интерес к сельскохозяйственному самолету тогда несколько угас, но кон- (2) структоры АНТК «Антонов» подготовили его транспортную версию, которая могла стать очень популярной благодаря своей экономичности. Транспортный Ан-3Т имел грузоподъемность 1800 кг. На нём стояла специально подготовленная модификация двигателя ТВД-20-01Б. В феврале 1998 года Ан-3Т поднялся в воздух (командир экипажа – С. Н. Цивак). Испытания проводили и при жаре до +36 °С, и на морозе до -56 °С. В 2000 году самолет с двигателем ТВД-20 полу- (1) Легкий транспортный самолет Ан-3Т на выставке МАКС-1999 (2) Ан-3Т во время испытаний на заснеженном аэродроме чил сертификат АР МАК. Назначенный ресурс двигателя позже был доведен до 10 000 часов, межремонтный – до 2000 часов. Ан-3 производился малой серией на Омском производственном объединении «Полёт» с 2000-го по 2009 год. В исходном, сельскохозяйственном варианте Ан-3 начал эксплуатироваться еще на этапе испытаний. По производительности Ан-3 превосходил зарубежных конкурентов: в 1,5 раза – польский PZL М-18 Dromader, в 1,2 раза – американский АТ-503 Turbo Tractor. В декабре 2001-го – январе 2002 года состоялась экспедиция в Антарктиду, организованная А. Н. Чилингаровым, целью которой было достижение Южного полюса на одномоторном самолете Ан-3Т. До Антарктиды, станции Пэтриот-Хилз, его доставили на Ил-76. Дальше больше тысячи километров до полюса он летел
Двигатели гражданских самолётов России самостоятельно. «После четырёхчасового радостного пребывания самолёта на Южном полюсе при попытке запустить двигатель он был сожжён. Основными причинами случившегося явились предельно допустимая для двигателя ТВД-20 высота расположения Южного полюса над уровнем моря, отсутствие наших технических специалистов при запуске (они были вынуждены остаться на станции Пэтриот-Хилз) и, что весьма вероятно в подобной ситуации, отступление от требований руководства по эксплуатации при запуске двигателя. В результате самолет Ан-ЗТ были вынуждены оставить на Южном полюсе» [178]. Через несколько лет за самолетом вернулись. Вторая экспедиция прошла удачно. Ан-3 эксплуатируются гражданскими авиакомпаниями и сейчас, в основном Из воспоминаний Гришина А. А., сотрудника ОМКБ об экспедиции на Южный полюс для эвакуации самолета Ан-ЗТ: (3) (4) в северных и сибирских регионах нашей страны. Используют Ан-3 и в МЧС России. Кроме транспортного и сельскохозяйственного, есть еще лесопатрульный вариант Ан-3, десантный и салонный. В Омском МКБ для более поздних версий самолета (3) Замена двигателя на самолете Ан-3Т. Станция АмундсенСкотт. Южный полюс 469 (4) А. А. Гришин у самолета Ан-3Т. Южный полюс (5) Самолет Ан-3Т МЧС России разработали модификацию ТВД-20-01БМ под новый электронный блок управления и контроля работы двигателя. Еще один представитель этого семейства – ТВД-20-03. Он предназначался для самолета региональных авиалиний Ан-38-200. ТВД-20-03 – двигатель модульной конструкции, созданный на основе газогенератора ТВД-10Б, тоже по «перевернутой» схеме. Воздушный винт – флюгерно-реверсивный, шестилопастной, тянущий и толкающий. Серийно выпускать эту модификацию планировали на Омском МПО им. П. И. Баранова. Ан-38, последователь Ан-28, проектировался в начале 1990-х годов сначала под – 31 декабря 2004 года при огромном стечении народа со станции мною был выполнен первый запуск двигателя и его опробование. Это было радостное событие не только для нашей бригады, но искренняя радость была видна и у американцев. Девчонки танцевали под рёв мотора, обнимались и целовались. И даже некоторые технические неприятности, выявленные при опробовании (неработоспособность БУР, отсутствие генератора), которые были в дальнейшем устранены, не могли испортить нашего праздника. <…> 11 января был совершён перелёт «станция Амундсен-Скотт – станция МакМёрдо». Полёт проходил на высоте до 5500 метров – никаких проблем не возникло. Омскому моторостроительному конструкторскому бюро – 50 лет / Рук. ред. совета Костогрыз В. Г. [Электронный вариант юбилейного издания]. – Омск, 2006 (5)
470 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) (1) Первый полет Ан-38-200 (2) Самолет Ан-38-100 двигатели ТВД-1500 Рыбинского КБ. Но их сделать не успели, и на самолет поставили американские турбовинтовые Garrett TPE-331-14GR-801E. «Всё же одну из первых серийных машин Ан-38-200 зарезервировали для установки ТВД-20. Хотя отечественный двигатель и отличается большим миделем и повышенным удельным расходом горючего, но зато дешевле американского» [55]. К тому же самолет с российскими двигателями мог заинтересовать таких заказчиков, как ВВС, МЧС и федерально-патрульная служба РФ. «С 1996 года ТВД-20 лежал почти без движения, так как на испытания не хватало около миллиона рублей. 12 ноября 1998 года государственные испытания всё же начались, но продвигались медленно из-за недостатка керосина» [44]. Американские двигатели стоили почти в семь раз дороже (хотя и ресурс их был значительно выше), затраты на ремонт и техобслуживание тоже были очень велики. Поэтому в Новосибирском авиационном производственном объединении имени В. П. Чкалова начали производить Ан-38-200 с двигателями ТВД-20-03. В 2000 году ТВД-20-03 прошел сертификацию в АР МАК с ресурсом до первого капитального ремонта 500 часов (позже был увеличен до 1500 часов) и назначенным 1000 часов (доведен до 7000). В том же году самолет снабдили новым электронным блоком управления двигате- лем, и Омское МКБ выполнило соответствующую модификацию ТВД-20-03Б. Первый полет Ан-38-200 с двумя этими двигателями совершил 11 декабря 2001 года (командир экипажа – В. В. Гончаров). ­Ан-38-200 был рассчитан на 27 пассажиров. Из-за того, что отечественный двигатель несколько тяжелее американского конкурента, самолет с ним имеет немного меньшую дальность полета и большую взлетную дистанцию. Силовую установку планировали улучшить и увеличить ее мощность, однако изза финансовых трудностей работы вновь остановились. К 2001 году производство Ан-38 всех модификаций прекратили. Самолет с омским двигателем в настоящее время не эксплуатируется. В истории ТВД-10 и ТВД-20 нет счастливого конца. Виной тому – целая цепочка причин. В процесс создания этих двигателей на всех этапах вмешивалась и политическая воля, и конфликты интересов разработчиков, государственных деятелей и производителей, и желание «гнаться за журавлем в небе, имея синицу в руках», что в пору экономических кризисов особенно неразумно.
Двигатели гражданских самолётов России 471 (2)
472 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Замена для местных и лёгких ТВ7-117С Турбовинтовой ТВ7-117С, созданный на базе вертолетного двигателя, используется на самолетах местных авиалиний, их грузовых вариантах и военно-транспортных воздушных машинах. Как и все отечественные разработки рубежа тысячелетий, имеет непростую историю. Из-за политических и экономических событий последнего десятилетия интерес к этому двигателю возрос. В конце 1980-х годов воздушные перевозки на местных и средних линиях Союза пользовались большой популярностью, их объем уверенно рос. Работавшие на этих рейсах самолеты, например турбовинтовой Ан-24, уже не вполне справ-
473 Двигатели гражданских самолётов России Компоновочная схема самолета Ил-114 лялись с пассажиропотоком. К тому же это были машины «в возрасте», и из-за выработки ресурса их парк стал сокращаться. ОКБ С. В. Ильюшина выступило с предложением создать им на замену более вместительный, 60–70-местный самолет с большей крейсерской скоростью и экономичностью – Ил-114. В это время аналогичными проектами занимались многие зарубежные компании. Для Ил-114 нужен был турбовинтовой двигатель нового поколения. Выбор остановили на ТВ7-117, разработать который поручили Ленинградскому НПО им. В. Я. Климова под руководством генерального конструктора А. А. Саркисова. В министерстве гражданской авиации поддержали инициативу ОКБ Ильюшина. И хотя предприятие было сильно загружено – здесь делали дальнемагистральный Ил-96-300, проектировать Ил-114 начали параллельно. В 1986 году работа получила официальный статус: вышло постановление Совета министров, в котором содержались весьма оптимистичные планы. Самолет должен был выйти на линии в 1991 году, причем построить планировалось 1500 экземпляров, чтобы заменить не только Ан-24, но и турбореактивные Як-40 и Ту-134. В техническом задании на Ил-114 оговаривались такие особенности, которых у зарубежных машин того же класса не было. Главное отличие – возможность эксплуатироваться с относительно коротких грунтовых взлетно-посадочных полос Такие характеристики позволяли применять его в том числе в районах Арктики и Антарктики, где авиация остается единственным видом транспорта. Были намерения построить на базе Ил-114 патрульную модификацию, океанский разведчик рыбы, самолет ледовой разведки. Соответственно, требования к двигателю тоже были специфическими. и работать автономно в малооборудованных аэропортах, каких в небольших советских городках было предостаточно. То есть предусматривалась способность самолета обходиться без наземных источников питания, используя вспомогательную силовую установку для получения воздуха и электроэнергии, и без других аэродромных средств (в том числе иметь встроенный трап). Всё это расширяло географию использования Ил-114. Кроме того, самолет должен был иметь неплохую грузоподъемность и дальность для своего класса: с 60 пассажирами – 1000 км, а с коммерческой нагрузкой 1,5 тонны – 4800 км. Из воспоминаний Генриха Васильевича Новожилова: «В процессе выбора двигателя для этого самолета я дважды летал в Ленинград к С. П. Изотову. Он в то время уже сильно болел и приезжал на предприятие из больницы. Каждая из таких встреч длилась по несколько часов, за которые нам удавалось обсудить с ним множество технических и организационных вопросов. В итоге на заводе имени В. Я. Климова начались работы по созданию двигателя TB7-117» Генеральный конструктор А. А. Саркисов / Коровин В. Н. – М., 2016 Основные данные Мощность эквивалентная на чрезвычайном режиме (Нп = 0, Мп = 0), э.л.с. ТВ7-117С ТВ7-117С ТВ7-117СМ серия2 - 3500 - Мощность эквивалентная на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), э. л. с. 2800 3000 2500 Удельный расход топлива на взлётном режиме, эффективный (Нп = 0, Мп = 0), кг/(кгс*ч) 0,20 0,19 0,2 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 9,2 9,2 - Степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 17 17 - Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K 1530 1530 - Мощность эквивалентная на крейсерском режиме (Нп = 8 км, Мп = 0,45), э. л. с. 2000 2100 1800 Удельный расход топлива на крейсерском режиме, эффективный (Нп= 8 км, Мп = 0,45), кг/ (э. л. с.*ч) 0,158 0,175 0,18 530 530 510 0,1893 0,1767 - Масса двигателя, кг Удельная масса, кг/э. л. с.
474 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) Продольный разрез двигателя ТВ7-117С 4 2 3 6 5 1 (1) Двигатель, подготовленный для Ил-114, получил название ТВ7-117С. Он выполнен модульным (редуктор, верхняя и нижняя коробки приводов, центральный привод, осевой компрессор, турбокомпрессор, свободная турбина, выходное устройство). Модули можно заменять в условиях аэропорта, дополнительная балансировка при этом не требуется. Редуктор расположен в передней части двигателя, имеет схему замкнутой планетарной передачи. В него входит планетарная ступень с тремя шестернями-саттелитами, ступень перебора с пятью промежуточными зубчатыми колесами, вал воздушного винта и механизм измерителя крутящего момента. Входной корпус, литой из титанового сплава, образует канал подвода воздуха в компрессор. Передняя опора компрессора упругая, типа «беличье колесо», с радиально-упорным шариковым подшипником. Компрессор – однокаскадный, осецентробежный. Корпус задней опоры компрессора отлит из титана. Роликовый подшипник имеет демпфер. Входной направляющий аппарат и направляющие 1. Редуктор 2. Входной корпус 3. Центральный привод 4. Верхняя коробка приводов 5. Компрессор 7 6. Камера сгорания 7. Турбина компрессора 8. Свободная турбина 9. Выходное устройство 10. Нижняя коробка приводов 8 9 10 аппараты первых двух ступеней – поворотные. Есть клапан перепуска воздуха. Центробежная ступень компрессора состоит из входного направляющего аппарата, центробежного колеса, корпуса, паяно-сварных лопаточного диффузора и спрямляющего аппарата. Модульную сборку обеспечивают косые шайбы. Камера сгорания – кольцевая, противоточная. Расположена между спрямляю- (2)
Двигатели гражданских самолётов России 475 (3) (2) Турбовинтовой двигатель ТВ7-117С (3) Турбовинтовой двигатель ТВ7-117СМ щим аппаратом компрессора и корпусом опор. Розжиг обеспечивают две свечи зажигания. Во фронтовом устройстве жаровой трубы установлены восемнадцать лопаточных двухконтурных воздушных завихрителей, каждый из которых обеспечивает качественный распыл топлива. Турбина компрессора – двухступенчатая. Сопловой аппарат первой ступени охлаждается конвективно-пленочным способом с применением дефлектора во второй полости, а его лопатки спаяны в единый кольцевой венец. Сопловой ап- парат второй ступени и рабочие лопатки обеих ступеней охлаждаются конвективным способом. Свободная турбина тоже двухступенчатая. Её ротор – консольный, двухопорный. Рабочие лопатки обеих ступеней – неохлаждаемые; выполнены с бандажными полками и удлиненными «ёлочными» хвостовиками. Статор состоит из двух цельнолитых сопловых аппаратов, заключенных в корпус. Их лопатки неохлаждаемые. Уплотнения над бандажными полками рабочих лопаток свободной турбины изготовлены в виде сотовых вставок. В полость между двойными стенками наружного корпуса подводится охлаждающий воздух. Корпус опор – цельносварной. В нём установлены подшипники задних опор роторов турбокомпрессора и свободной турбины – роликовый и шариковый. В двигателе широко используются графитовые уплотнения. Для контроля параметров установлены датчики, которые измеряют параметры двигателя, преобразуют их в электрические сигналы и выдают в бортовую систему контроля и диагностики. Она обрабатывает сигналы, поступающие от датчиков по комплексу программ, и выводит информацию на бортовые средства индикации и регистрации. Двигатель ТВ7-117С работает с шестилопастным реверсивно-флюгерным винтом диаметром 3,6 метра.
476 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) ВЯЧЕСЛАВ СЕМЕНОВИЧ БЕЛОУСОВ Заслуженный лётчикиспытатель СССР. Выполнил первый полет на опытном самолете Ил-114 Из воспоминаний Владимира Станиславовича Петрова, главного специалиста дирекции программ ГТД и СУ ОАО «Климов»: – Двигатель TB7-117 получился, но трудности в его доводке были, они заключались в том, что сюда по схемному решению перекочевали все накопившиеся дефекты вертолетного TB3-117. В итоге проблемы, решенные на этом двигателе, снова заявили о себе дефектами на ТВ7-117, созданном на основе идеи модульной конструкции и с межвальным подшипником. Один из них – износ лопаток коксом, образующимся в камере сгорания. Этим почти невесомым пеплом металл передней кромки лопатки начисто стачивало через двадцать часов работы двигателя. Установить это удалось (1) (1) разборкой машины прямо на стенде. ТВ7-117С в разрезе ТВ7-117С в разрезе За разборку я получил выговор от генерального конструктора, но иначе пагубную роль кокса было не установить – при перевозке он рассыпался подчистую, и следы «преступления» исчезали... Мы изменили подачу воздуха, и это прекратило образование кокса. Долго боролись и с проблемой вибрации на TB7-117, которая «вылезала» на каждом десятом образце. Причин было много, но основная – сбивка соосности в определенном режиме работы, предопределенная трехопорной схемой. Генеральный конструктор А. А. Саркисов / Коровин В. Н. – М., 2016 Опытный самолет Ил-114 с двумя двигателями ТВ7-117С на крыле совершил первый полет 29 марта 1990 года (командир экипажа – В. С. Белоусов). Началась планомерная доводка самолета и двигателя. На этапе испытаний, как это часто бывает, возникали и нештатные ситуации. Из воспоминаний Владимира Станиславовича Петрова: (2) По своей экономичности двигатель превзошел многие зарубежные аналоги. Она обеспечивается высокими параметрами термодинамического цикла и высокой эффективностью узлов: КПД компрессора – более 81%, турбины – более 88%, свободной турбины – 92%, полнота сгорания топлива – 0,99. Производить ТВ7-117С начали на Московском машиностроительном предприятии им. В. В. Чернышёва. К сожалению, «жизненный путь» этих двигателей, как и многих других авиационных разработок переломных 90-х, был нелегким. – В процессе опытной эксплуатации двигателя на самолете был случай, когда разрушились практически все лопатки силовой турбины ТВ7-117. Летчик этого не понял, уяснив лишь, что при одинаково стоящих РУДах двигатели выдают разную мощность. Целый час пилот «экспериментировал» с оборотами, пытаясь уравнять мощность правого и левого двигателей. Кончилось тем, что перед самой посадкой на табло появился сигнал «стружка в масле» и аварийный двигатель был остановлен. На земле посмотрели двигатель и только покачали головами, а ведь машина работала даже в таком виде целый час! В конце концов, разобрались и с этим дефектом, переделав опору и ряд других элементов конструкции. Генеральный конструктор А. А. Саркисов / Коровин В. Н. – М., 2016
Двигатели гражданских самолётов России 477 (3) Один из испытательных полетов закончился трагедией. 5 июля 1993 года Ил-114 взлетел с аэродрома Раменское с нарастающими углами крена и атаки. Дело было в том, что сразу после отрыва от земли винт второго двигателя самозафлюгировался из-за сбоя в электронном блоке управления. В итоге самолет вышел на срывной режим, столкнулся с землей и загорелся. Погибли 7 из 9 членов экипажа. После катастрофы финансирование программы, и так довольно скудное, сократилось еще больше. Проект Ил-114 рисковал превратиться в долгострой. Изготавливать Ил-114 изначально собирались в узбекской Фергане, в филиале ТАПОиЧ. Но в конце 1980-х годов там обострились межнациональные конфликты, и подготовку к серийному производству начали в Ташкенте. (4) (1) Турбовинтовой двигатель ТВ7-117СТ. Вид сзади (2) Винт АВ-112 турбовинтового двигателя ТВ7-117СТ (3) Самолет для местных воздушных линий Ил-114 (4) Сборка самолетов Ил-114 на Ташкентском авиационном производственном объединении имени Чкалова
478 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) На первых порах планы были смелыми: выпускать около 120 таких самолетов в год. Но уже в 1991 году на весь отечественный авиапром было выделено в три раза меньше средств, чем в 1990-м. В ОКБ С. В. Ильюшина деньги в первую очередь вкладывали в создание Ил-96-300, так как этот проект ближе подошел к этапу сертификации. Ил-114 финансировали по остаточному принципу. Ценой огромных усилий к 1997 году всё-таки построили 10 машин, провели все необходимые испытания и получили сертификат типа АР МАК на самолет и на двигатель. После этого Ил-114 совершил показательный перелет по городам России. Некоторые авиакомпании сделали предварительные заказы, но позже не подтвердили их из-за охватившего страну финансового кризиса. Уровень жизни населения, а вместе с ним и рынок местных авиаперевозок, стремительно падал. Коммерческая эксплуатация Ил-114 с двигателями ТВ7-117С началась в Узбекистане 27 августа 1998 года рейсом Ташкент – Самарканд – Ташкент. (1) Двигатель ТВ7-117С на крыле самолета Ил-114ЛЛ (2) Самолет Ил-114ЛЛ Основная версия самолета рассчитана на перевозку 64 пассажиров на расстояние до 1000 километров с крейсерской скоростью 500 км/ч. Много внимания конструкторы уделили снижению уровня шума, как в кабине, так и на окружающей местности. Например, воздушные винты снабдили системой синхронизации вращения по частоте и фазам. Зазор между концами лопастей и фюзеляжем увеличили, двигатели разнесли по размаху крыла. Механизация крыла и хвостовое оперение сделаны так, чтобы обеспечить безопасность взлета при отказе одного из двигателей и возможность эксплуатировать самолет на взлетно-посадочных полосах длиной менее 1600 метров. На основе пассажирского с этими же двигателями был создан грузовой вариант Ил-114Т, который задумывался как замена для Ан-26. Он способен перево- зить грузы массой до 7 тонн в контейнерах и грузовых поддонах на малые и средние расстояния. Мотогондолы этого самолета сделали более короткими, чем у базовой модели. Планировалось, что это позволит уменьшить вес и улучшить
Двигатели гражданских самолётов России 479 (2) летные характеристики. Но это решение оказалось неудачным и больше не применялось. Впервые Ил-114Т поднялся в небо в сентябре 1996 года. Построили всего два экземпляра этой ­м одификации. Двигатель ТВ7-117С постепенно совершенствовался. Уже в серии 2 в конструкции компрессора появилось закрытое центробежное колесо, благодаря которому взлетная мощность выросла на 10%. Кроме того, был введен чрезвычай- ный режим и уменьшен удельный расход топлива. Двигатели снабдили новой цифровой системой автоматического регулирования и контроля типа FADEC БАРК-65. Винт получил лопасти улучшенной аэродинамики.
480 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели В 2002 году была сертифицирована следующая модификация – ТВ7-117СМ, тоже оснащенная новейшей системой автоматического управления. Другие изменения были направлены на повышение надежности, упрощение технического обслуживания и ремонта. Эти двигатели устанавливались на летающей лаборатории Ил-114ЛЛ и модификации Ил-114-300, которая пока не дошла до этапа эксплуатации. Конкуренцию ей составила версия Ил-114-100 с канадскими двигателями Pratt & Whitney Canada. Двигатель ТВ7-117СТ на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ После 2014 года программа Ил-114-300 обрела второе дыхание. У авиакомпаний накопились нарекания к зарубежным региональным самолетам, которые не всегда справляются с работой в суровых климатических условиях и на плохо оборудованных аэродромах. Поэтому производство Ил-114 решили возобновить, причем организовать его в России, на базе РСК «МиГ». Николай Таликов, главный конструктор ПАО «Ил», оценил потребность страны в этих самолетах в 500 машин и сообщил, что в серию они будут запущены к 2023 году. На них уже будет стоять современная модификация ТВ7-117СТ. Разработчики дали двигателю ТВ7-117СТ название «Богатырь». Он отличается еще большей мощностью (3000 л. с. на взлётном режиме и 3600 л. с. на чрезвычайном) и меньшим удельным расходом топлива (в среднем он на 15% лучше, чем у зарубежных аналогов). Благодаря возможностям двигателя самолеты с ним смогут взлетать с полос длиной до 1300 метров. ТВ7-117СТ применяется с новым винтом большей производительности, который позволяет улучшить лобовую тягу. И винт, и двигатель имеют единую систему автоматического управления, которую разработали в компании «ОДК-Климов». Это повышает эффективность силовой установки. В сентябре 2016 года начались стендовые испытания ТВ7-117СТ, а через год он поднялся в воздух в составе летающей лаборатории Ил-76ЛЛ.
Двигатели гражданских самолётов России (1) 481 «Богатырь» полностью изготавливается из российских комплектующих. Производить его планируют в широкой кооперации предприятий ОДК. В первую очередь ТВ7-117СТ пойдет на военно-транспортный самолет Ил-112В, а уже потом им будет оснащаться пассажирский Ил-114-300. Ил-112В предназначен для транспортировки и десантирования легких образцов вооружения и военной техники, грузов и личного состава. Возможно его коммерческое использование в качестве небольшого «воздушного грузовика». Этот самолет должен заменить основную «рабочую лошадку» легкой военно-транспортной авиации России – Ан-26, возраст которого перевалил за 50 лет. (1) Двигатель ТВ7-117СТ на испытательном стенде (2) Двигатель ТВ7-117СТ на МАКС-2019 (2)
482 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Интересно, что новый «Ил» мог появиться целых 25 лет назад. Его проектирование началось в первой половине 1990-х по собственной инициативе ОКБ им. Ильюшина. Запустить в серию базовый вариант Ил-112 планировали аж в 1994 году, но средств на это не хватило. Вторая попытка пришлась на 2000 год, но опять же из-за недостатка финансирования работы приостановили. Через четыре года удалось подготовить эскизный проект и макет самолета, их представили Министерству обороны. Проект одобрили, его учли в государственных планах. Но в 2011 году Ил-112 снова постигла неудача. Программу его создания заморозили, сборку первого экземпляра прекратили. Возможными причинами были затягивание сроков, причем как по самолету, так и по двигателю, и необходимость дальнейших больших вложений. Минобороны отдало тогда предпочтение грузовым Ан-140. Но в 2014 году Украина разорвала сотрудничество с Россией в авиастроении. Техническое обслуживание самолетов «Ан» российских Воздушно-космических сил превратилось в проблему. Острая потребность в новом легком военном «транспортнике» отечественного производства заставила вернуться к проекту НИКОЛАЙ ДМИТРИЕВИЧ КУИМОВ Заслуженный лётчикиспытатель РФ, Герой Российской Федерации. Поднял в небо самолет Ил-112В Ил-112. Производство организовали на ПАО «ВАСО». Опытные образцы сразу решили изготавливать на серийной оснастке, чтобы быстрее наладить серийный выпуск. Планировалось, что в 2017 году Ил-112В с двумя двигателями ТВ7-117СТ, установленными на высоко расположенном крыле, отправится в свой первый испытательный полет. Но это случилось только 30 марта 2019 года (командир экипажа – Н. Д. ­Куимов). (1) Первый полет легкого военно-транспортного самолета Ил-112В с двигателями ТВ7-117СТ (2) Ил-112В в сборочном цехе «Воронежского акционерного самолетостроительного общества»
Двигатели гражданских самолётов России 483 (2)
484 (1) ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели
Двигатели гражданских самолётов России 485 (2) (1) Двигатель ТВ7-117СТ на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ (2) Модель криоплана Ту-136 По основным характеристикам Ил-112В и Ан-26 довольно близки, но всё же это машины разных поколений. Благодаря экономичности двигателей топливная эффективность нового «Ила» в 2,4 раза выше. Он способен использоваться на относительно коротких взлетно-посадочных полосах с грунтовым покрытием. Строится самолет только из отечественных комплектующих. Основной недостаток Ил-112В в том, что он получился перетяжелённым. Избыточная масса пока не позволяет получить требуемую грузоподъемность. В интервью изданию «Аргументы недели» Николай Таликов сказал: «Да, мы перетяжелили самолёт. Тут есть объективные причины – в авиационной промышленности прошла смена поколений конструкторов. Пополнение шло слабенькое, технические вузы потеряли популярность. <…> Как говорил сам Сергей Владимирович Ильюшин, самая трудная задача – создание коллектива и его сохранение. В настоящего специалиста "молодой" превращается через пять лет. Таковых маловато, но мы стараемся воспитывать новых сотрудников в ильюшинском духе, чтобы люди въехали в работу, и, самое главное, удержать их на фирме» [147]. Вообще, доводка, то есть устранение проблем, которые выявились во время испытаний, – это нормальный этап создания самолета. Чтобы снизить массу Ил-112В, разработали план мероприятий, среди которых перекомпоновка конструкции, внедрение композиционных материалов и другие. Семейство ТВ7-117 очень разнообразно. Кроме турбовинтовых самолетных, оно включает в себя и турбовальные двигатели для вертолетов (ТВ7-117В и ТВ7-117ВК), и приводы морских силовых установок для высокоскоростных катеров (ТВ7-117К), и модификации промышленного назначения – для энергоустановок (ТВ7-117Е). Одна из интересных разработок – проект ТВ7-117СФ для криоплана Ту-136. Этот двигатель должен был работать на сжиженном газе. «У двигателей семейства ТВ7-117 – сложная судьба, которая во многом отражает новейшую историю отечественного авиационного двигателестроения, – отметил… исполнительный директор АО «Климов» Александр Ватагин. – Первые самолетные модификации проектировались в годы отраслевого кризиса, практически на одном энтузиазме разработчиков. Сегодня, когда созданы благоприятные условия для развития отечественной науки, технологий и производства, мы можем с еще большей отдачей использовать наш опыт» [96]. Если планам разработчиков, производителей и руководителей отрасли больше ничего не помешает, к 2025 году ОДК будет изготавливать до 100 двигателей семейства ТВ7-117 в год.
486 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели От вертолёта к самолёту ТВ3-117-ВМА-СБ2/СБМ1 В разработке этого турбовинтового двигателя для украинского регионального самолета Ан-140 принимало участие ФГУП «Завод имени В. Я. Климова» под руководством генерального конструктора А. А. Саркисова. Буквы СБМ в названии обозначают «Саркисов, Богуслаев, Муравченко» – фамилии руководителей коллективов, создававших двигатель (В. А. Богуслаев – гендиректор предприятия «Мотор Сич», Ф. М. Муравченко – генеральный конструктор ЗМКБ «Прогресс»). К началу 1990-х годов турбовинтовой самолет местных авиалиний Ан-24 и его транспортная версия Ан-26, разработанные в 60-х, стали устаревать. Силовые установки на основе АИ-24 уже не отвечали современным требованиям по экономичности. В России для замены Ан-24 ОКБ им. С. В. Ильюшина делало самолет Ил-114, о котором мы рассказывали в предыдущей главе. Его выпуск в Ташкенте налаживался с трудом, и в 1993 году в АНТК «Антонов» решили сделать свой новый грузо-пассажирский самолет. Он должен был вдвое превзойти Ан-24 по экономичности и на 20% – по скорости полета, а также иметь более низкий уровень шума. Чтобы обеспечить все требования, требовался двигатель мощностью не менее 2500 л. с. И тогда возникла идея сделать такой двигатель из вертолетного, турбовального ТВ3-117ВМА, который уже был сертифицирован и хорошо показал себя на практике.
Двигатели гражданских самолётов России Основные данные ТВ3-117ВМА-СБМ1 ТВ3-117ВМА-СБМ2 Мощность эквивалентная на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), э. л. с. 2500 2800 Удельный расход топлива на взлётном режиме, эффективный (Нп = 0, Мп = 0), кг/ (кгс*ч) 0,199 0,207 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с Из воспоминаний В. А. Богуслаева, почетного президента ПАО «Мотор Сич»: 9,3 - Степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 10,02 - Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K 1293 - Мощность эквивалентная на крейсерском режиме (Нп = 6, Мп = 0,52), э. л. с. 1750 2000 Удельный расход топлива на крейсерском режиме, эффективный (Нп = 8 км, Мп = 0,45), кг/ (э. л. с.*ч) 0,188 0,193 570 595 0,2280 - Масса двигателя, кг – На одной из авиавыставок в Париже, на стенде, не помню даже, чьём, я почемуто дольше обычного задержался у схемы, не чертежа даже, а именно схемы «обратного отбора мощности у двигателя». Я знал о таких конструктивных решениях и раньше, но как-то не углублялся в возможные последствия такой «рокировки» – отбора мощности от вертолетного двигателя (выход назад) и передачи ее находящемуся впереди винту турбовинтового двигателя. Меня как осенило. Все, мы в том числе, ломаем голову над проблемой создания ближнемагистрального самолета, самого, как показывали маркетинговые исследования, перспективного товара в то время, а у нас уже есть свой прекрасный, почти готовый двигатель. Тут же прервал командировку. Еще из Парижа позвонил в Запорожье, руководителю КБ «Прогресс» Фёдору Михайловичу Муравченко, попросил всё просчитать. Оттуда же зажег идеей генерального конструктора Александра Александровича Саркисова. Время заставляло спешить. Очень хотелось, чтобы они согласились с этой идеей, тогда бы потенциалы двух замечательных КБ и возможности завода позволили бы предельно сократить сроки создания нового самолетного двигателя на базе вертолетного. И, в конечном счете, наш союз состоялся! <…> Мы вместе делали и вместе отвечали, не разделяя конструктивные и производственные недостатки. Генеральный конструктор А. А. Саркисов / Коровин В. Н. – М., 2016 Удельная масса, кг/э. л. с. Конструкторы стремились максимально использовать узлы и детали базового двигателя, что позволяло сэкономить время и деньги. Но для того, чтобы приспособить его к использованию на самолете и увеличить мощность, пришлось, естественно, многое доработать. Двигатель перекомпоновали, выбрав «двухэтажную» схему с внешним валом винта и выносным редуктором, который одновременно выполняет роль коробки самолетных агрегатов. Редуктор здесь передает на воздушный винт мощность, отбираемую от свободной турбины через рессору. Над турбокомпрессором проложили трансмиссию от вала, расположенного сзади, к редуктору. Планетарный редуктор снабдили измерителем крутящего момента 487 и приводом агрегата управления воздушным винтом. В самолетном двигателе появились входное устройство, реактивный выхлопной патрубок, модернизированная маслосистема, новая электронно-гидромеханическая система автоматического управления, регистрации и контроля. Весной 1997 года начались стендовые испытания двух экземпляров двигателя ТВЗ-117ВМА-СБ2. Они шли параллельно на двух предприятиях – Заводе имени В. Я. Климова в Санкт-Петербурге и в запорожском «Мотор Сич». ТВ3-117ВМ-ВМА (ГСИ)
488 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) АНАТОЛИЙ КАЗИМИРОВИЧ ХРУСТИЦКИЙ Лётчик-испытатель. Совершил первый полет и провел испытания Ан-140 (2) Уже через несколько месяцев, 17 сентября, два таких двигателя подняли в небо первый опытный Ан-140 (командир экипажа – А. К. Хрустицкий). С модификацией ТВЗ-117ВМА-СБ2 самолет мог бы брать на борт 44 пассажира. Но нужно было довести число кресел до 50, а значит, увеличить мощность двигателя. И в 1997 году конструкторы ЗМКБ «Прогресс», АО «Мотор Сич» и ФГУП «Завод им. В. Я. Климова» совместно (1) Компоновочная схема регионального пассажирского самолета Ан-140 (3) (2) Базовый двигатель ТВ3-117ВМ-ВМА (3) Схема базового двигателя ТВ3-117ВМ-ВМА
Двигатели гражданских самолётов России 489 (4) (5) (5) Двигатель ТВЗ-117ВМА-СБМ1 на испытательном стенде разработали следующую версию – ТВ3-117ВМА-СБМ1, взлетная мощность которой повысилась на 400 л. с. и составила 2500 л. с. Такого улучшения удалось добиться благодаря модернизации трансмиссии, компрессора и камеры сгорания. В этом варианте турбина имеет современную систему охлаждения, без покрывных дисков. На двигателе установлена цифровая система автоматического управления (FADEC) с основным электронно-гидромеханическим и резервным гидромеханическим каналами. Она отвечает за работу и двигателя, и воздушного винта. На этой модификации предусмотрели чрезвычайный режим, который позволяет развить 2800 л. с. Он важен для гарантии безопасности в нештатных ситуациях. Для того чтобы уменьшить шум от винтов при рулении на аэродроме, применяется режим «тихое руление» с пониженными оборотами. (4) Двигатель ТВЗ-117ВМА-СБ2 (6) Двигатель ТВЗ-117ВМА-СБМ1 Позаботились разработчики об удобстве установки двигателя на самолет, сделав минимальное количество разъемов присоединения к самолетным системам. Входное устройство двигателя одновременно выполняет функции воздухозаборника самолета. (6)
490 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Выкатка первого самарского самолета Ан-140 производства «Авиакор» 14 августа 1998 года совершил первый полет Ан-140, оснащенный модификацией ТВЗ-117ВМА-СБМ1. Весной 2000 года этот двигатель, а также самолет Ан-140 и его пассажирская версия Ан-140-100 получили сертификат типа Авиарегистра Межгосударственного авиакомитета. В следующем году ТВЗ-117ВМАСБМ1 запустили в серию на предприятии «Мотор Сич». Выпуск Ан-140 начался на Харьковском авиазаводе в 1997-м и продолжался до 2005 года. Здесь построили 11 экземпляров самолета. В 1997 году налаживать производство Ан-140 стали и в России, на самарском ОАО «Авиакор – авиационный завод». Но реально программа получила развитие только в 2003-м, когда было подписано соглашение между администрацией Самарской области и компаниями-изготовителями, российской и украинской. Появилось совместное предприятие «Международный авиационный проект № 140». В конце 2003 года был изготовлен первый Ан-140 российской сборки, а в 2005-м он поднялся в воздух. Перспективы самолета представлялись прекрасными, потребность в нём на ближайшее будущее оценивалась примерно в сто машин. 11 экземпляров заказало Минобороны и позже заявило о намерении приобрести еще несколько Ан-140. Российские военные предпочли тогда это воздушное судно, выбирая между ним и Ил-112. Интересно, что «Завод имени В. Я. Климова» занимался двигателями к обоим самолетам-конкурентам. Предусматривалась даже возможность использовать на Ан-140 модификации семейства ТВ7-117С, которыми оснащаются Ил-112. К началу 2014 года «Авиакор» выпустил 9 экземпляров Ан-140. После известных политических событий 2014 года судьба программы Ан-140 оказалась предрешена. По факту все закончилось в 2014 году — тут и Харьковский авиазавод (крупнейший в стране!), выпускающий помимо прочего и фюзеляжи, и крылья для Ан-140, вдруг объявил себя банкротом. Да и в целом стратегические поставки с Украины постепенно сошли на нет. Дошло до того, что из-за отсутствия комплектующих «Авиакор» в 2015 году не смог выполнить условия контракта с оборонным ведомством, которое пригрозило заводу неустойкой в 600 с лишним миллионов. «С учетом того, что у нас тридцать четыре завода-поставщика в Украине и головное КБ находится в Украине, в такой быстрый срок не представляется возможным замещение. Поэтому у нас программа по выпуску Ан-140 временно останавливается. Ну а дальше посмотрим», – заявил в июле 2015 года гендиректор «Авиакора» Алексей Гусев. Головченко М. Ан-140 отказывается от Украины // Интернет-портал «Свободная пресса – Поволжье». – 2016. – 30 мая [URL: https://pfo. svpressa.ru/war21/article/3157/] В 2016 году самарский завод закончил сборку последнего Ан-140-100, который был передан авиации Тихоокеанского флота РФ. При этом министр промышленности и торговли РФ Д. В. Мантуров сообщил о готовности России обсуждать с Украиной покупку лицензии на производство Ан-140 в нашей стране. Но вскоре Объединенная авиастроительная корпорация объявила об отказе поддерживать проект Ан-140 в пользу его давнего соперника, Ил-112. Программа строительства «сто сороковых» была прекращена. В 2018 году суд признал банкротом ЗАО «Совместное предприятие Международный проект Ан-140». Вместе с тем представители самарской компании «Авиакор» не исключают возможности возобновить выпуск этих лайнеров, если будет реализовано импортозамещение комплектующих. Лицензионные модификации Ан-140 с силовой установкой на основе
Двигатели гражданских самолётов России ТВЗ-117ВМА-СБМ1 с 2000 года изготавливались еще и в Иране. Но в 2014-м один из иранских лайнеров потерпел катастрофу из-за отказа электронной системы управления двигателем. В следующем году программа производства этих самолетов в Иране была официально закрыта. 491 (1) На сегодняшний день Ан-140, очень молодые по авиационным меркам машины, уже нигде не выпускаются. Их эксплуатацию продолжают гражданские и военные операторы России, Украины и Ирана. (1) Второй из девяти Ан-140, заказанных для ВВС России, № RA-41259. Самара, март 2013 (2) Самолет Ан-140 (2)
492 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели
Двигатели гражданских самолётов России 493 «Детище» «Авиакор» – самолёт Ан-140-100 для Министерства обороны России
494 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Вместо неба – в музей ТВД-1500 Основные данные ТВД-1500Б (ТЗ) ТВД-1500Б Мощность эквивалентная на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), э. л. с. 1300 1300 Удельный расход топлива на взлётном режиме, эффективный (Нп = 0, Мп = 0), кг/ (кгс*ч) 0,206 0,215 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 0 4,12 Степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 14,4 13 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K 1540 1432 Мощность эквивалентная на крейсерском режиме (Нп = 3, Мп = 0,34), э. л. с. 1000 1000 Удельный расход топлива на крейсерском режиме, эффективный (Нп = 8, Мп = 0,45), кг/(э. л. с.*ч) 0,196 0,207 Масса двигателя, кг Удельная масса, кг/э. л. с. 240 327 0,1846 0,2515 Турбовинтовой ТВД-1500 был оригинальным двигателем, который мог бы стать конкурентом зарубежным аналогам. Многие конструктивно-технологические решения были внедрены на нём впервые в отечественной практике.
Двигатели гражданских самолётов России К концу 1980-х годов советские самолеты местных воздушных линий Ан-2 и Ан-28 устарели, пришла пора создавать новые, современные машины им на замену. Для них, а также для многоцелевых средних вертолетов нужны были газотурбинные двигатели в классе мощности ­1300–1500 л. с., соответствующие уровню лучших мировых аналогов. Но таких разработок ни в одном КБ еще не вели. В 1987 году Рыбинское конструкторское бюро моторостроения выиграло конкурс на создание малоразмерного турбовального двигателя РД-600В для вертолетов Ка-60 и Ка-62. До этого в РКБМ никогда не занимались изделиями подобной размерности. «Известно, что для конструкторов размерность лучше увеличивать, – рассказывает Н. А. Буров, в 1995–2001 годах – заместитель генерального конструктора – главный конструктор по перспективным разработкам ОАО «Рыбинские моторы». – Риск получения неверных параметров минимален, когда в большую сторону моделируешь двигатель. А когда размерность уменьшается, лопатки становятся меньше, и зазор становится соизмеримым с лопаткой, что приводит к снижению КПД узлов. Двигатель на Ту-144Д 280 кг/с воздуха прокачивает, а здесь – 4,5 кг/с. Так что аэродинамика и проточная часть здесь совершенно разные» [239]. Такой нехарактерный для коллектива проект потребовал перестроить весь технологический цикл создания двигателя. (1) Двигатель РД-600В на сборке в РКБМ. 1990-е (2) Двигатель РД-600В в музее ПАО «ОДК-Сатурн» 495 (1) (2)
496 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Александр Сергеевич Новиков (1949–2017) Александр Сергеевич родился 9 апреля 1949 года в Алма-Ате в семье военнослужащего. Когда Александру было пять лет, семья переехала на родину отца и матери, в Рыбинск. Окончив школу, А. С. Новиков сразу устроился на Рыбинский моторостроительный завод слесарем-сборщиком, а потом поступил на вечернее отделение Рыбинского авиационного технологического института (специальность – авиационные двигатели). «Это была хорошая школа, потому что я сначала собирал двигатели, потом их изучал в лабораториях института и со смыслом слушал те или иные лекции по различным предметам» [70]. В 1970 году он перешел на работу в Рыбинское конструкторское бюро моторостроения на должность моториста испытательного цеха, а затем его перевели в ведущее подразделение РКБМ – расчетно-исследовательский отдел. Александр Сергеевич принимал В результате был создан двигатель с четырехступенчатым компрессором (три осевых и одна центробежная ступени), противоточной кольцевой камерой сгорания, турбиной, выполненной по схеме 2 + 2 (две ступени турбины компрессора и две – силовой) и встроенным промежуточным участие в разработке двигателя РД36-51А для сверхзвукового пассажирского Ту-144Д, подъемного ­РД-38 для палубного самолета Як-38М и РД36–51В для высотного М-17 «Стратосфера». В 33-летнем возрасте А. С. Новиков защитил кандидатскую диссертацию и стал начальником расчетно-исследовательского отдела, через два года был назначен заместителем главного конструктора по научно-исследовательским работам и перспективным разработкам, а еще через два – первым заместителем главного конструктора. В 1988 году А. С. Новиков был избран трудовым коллективом на должность главного конструктора и руководителя РКБМ. Путь от расчетчика-конструктора первой категории до главного конструктора он преодолел всего за 8 лет! В 1993 году Александр Сергеевич назначается генеральным конструктором – генеральным директором РКБМ. В 1997 году ОАО «РКБМ» объединилось с серийным заводом, и А. С. Новиков стал техническим директором – генеральным конструктором ОАО «Рыбинские моторы». Под его руководством были спроектированы двигатели ­РД-600В для вертолета ­Ка-62 и ­ТВД-1500 для самолета Ан-38. Работу на предприятии Александр Сергеевич сочетал с научной деятельностью и преподаванием. Был избран заведующим кафедрой «Авиационные двигатели и энергетические установки» Рыбинского авиационного технологического института. Из-за принципиальных разногласий с новым руководством ОАО «РМ» о путях развития объединения Александр Сергеевич принял решение редуктором. Общая компоновка была выбрана так, чтобы минимизировать габаритно-массовые характеристики и обеспечить безопасную работу двигателя на всех режимах при двухопорных «гибких» сверхкритических роторах. Суммарная степень повышения давления в четырех оставить должность. «…Я ушел из КБ в 2000 году. Считаю, что свою задачу выполнил – КБ не только сохранилось, но и получило развитие. Тематика была определена. В 2002 году уже начались государственные испытания по судовым двигателям... Эти изделия были практически доведены при моем руководстве. Большой объем работ был сделан по вертолетному двигателю РД-600В, и работы были близки к завершению» [Там же]. После этого генеральный директор РСК «МиГ» пригласил А. С. Новикова на должность своего заместителя, одновременно Александр Сергеевич возглавил ОАО «ММП им В. В. Чернышёва». Под его руководством предприятию удалось провести серьезную реконструкцию производства, внедрить новые технологии и увеличить экспортные поставки двигателей РД-33 и его модификаций, наладить серийный выпуск двигателей ТВ7-117С/СМ. В 2011 году Александру Сергеевичу пришлось сделать перерыв в трудовой деятельности по состоянию здоровья. Затем он работал в ЦИАМ – заместителем генерального директора по экспериментальным, опытным и серийным двигателям и взаимодействию с ОДК. Одновременно был заведующим кафедрой «Технология производства двигателей летательных аппаратов» МАИ. А. С. Новиков – действительный член Академии транспорта РФ, доктор технических наук, профессор, автор многочисленных изобретений и научных публикаций. Награжден орденом Дружбы, медалью Минобороны России «За укрепление боевого ­сотрудничества». В 2017 году А. С. Новикова не стало. ступенях компрессора составила 14,4 (это было рекордом для отечественных двигателей такого класса мощности). Впервые в России жаровую трубу камеры сгорания изготовили сегментной. Это позволило снизить температурные напряжения и увеличить ресурс узла. Для лопатки первой
Двигатели гражданских самолётов России 497 (1) (1) Схема двигателя ТВД-1500Б (2) Двигатель ТВД-1500Б в музее ПАО «ОДК-Сатурн» ступени высотой менее 20 мм была разработана уникальная внутренняя конвективная система охлаждения с полувихревой матрицей. Лопатка второй ступени турбины компрессора также охлаждается конвективно. Свободная турбина – неохлаждаемая. Её ротор – консольный, двухопорный. Такая его конструкция дает возможность снизить прогибы вала при проходе через первую критическую скорость. Лопатки имеют бандажные полки с гребешками, в сборе они образуют единое кольцо, назначение которого – уменьшение вибраций лопаток. На основе этого вертолетного двигателя был разработан турбовинтовой ТВД-1500 для самолетов местных линий и специального назначения. Соответствующее постановление Совмина вышло в 1991 году. То, что на базе одного газогенератора создавать семейство двигателей рационально, к тому времени стало аксиомой. В 1994 году был изготовлен первый экземпляр ТВД-1500 для проведения испытаний, и начался этап доводки. Шла она трудно – во-первых, из-за того, что специалистам РКБМ пришлось осваивать особенности конструирования и изготовления малоразмерных двигателей, а во-вторых, из-за тяжелой финансовой ситуации. Конструктивная схема ТВД-1500Б – прямая, с выводом вала свободной турбины к редуктору винта со стороны входного устройства. Турбокомпрессор и силовая турбина сохранились теми же, что и на вертолетном двигателе. Но для ТВД-1500 были спроектированы новые узлы: входное устройство с пылезащитным устройством (ПЗУ), редуктор винта, стоечный корпус с передней опорой, выходное устройство, центральный привод, коробка приводов и агрегаты, а также новые обвязка и силовые подвески двигателя к самолету. Особенностью конструкции двигателя стал выносной редуктор с выходной планетарной ступенью, который соединен с силовой турбиной при помощи длин- (2)
498 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели (1) Вспоминает А. В. Латышев, в то время – начальник конструкторского отдела параметрической доводки ГТД: – При длительных испытаниях двигателя ТВД-1500 на стенде предприятия на одном из этапов вдруг скачком ухудшились параметры двигателя. Мы стали проверять всю препарацию, все датчики, программы обработки результатов испытаний и ничего не нашли. Я тогда работал начальником конструкторского отдела, который как раз и занимался параметрами двигателей. Мы решили обсчитать двигатель по результатам, которые были получены до снижения параметров и после. Расчеты показали, что между турбиной компрессора и свободной турбиной существует значительная утечка газа из проточной части. С полученными результатами я пошел к заместителю генерального конструктора, который курировал это изделие. Он не поверил нашим расчетам и распорядился искать дальше. Однако дальнейшие поиски ни к чему новому не привели. После этого я неоднократно озвучивал результаты расчетов на различных совещаниях, на что этот зам всегда отвечал ироническими замечаниями: – Ты снова со своими утечками! Когда после испытаний разобрали двигатель, то обнаружили на промежуточном корпусе между турбинами большую трещину, через которую газ и вытекал из проточной части. После этого случая все специалисты и руководители поверили в программу расчета двигателя. (1) Турбокомпрессор двигателя ТВД-1500Б (2) (2) Выносной редуктор двигателя ТВД-1500Б ной рессоры. Такое техническое решение позволило в пространстве между входом в компрессор и редуктором органично разместить S-образное входное устройство с ПЗУ и избавить работу турбокомпрессора от влияния крутильных колебаний винта. В корпусе регулируемого входного направляющего аппарата размещены 19 двухопорных паяных обогреваемых лопаток, выполненных из бронзы. Для обеспечения запасов газодинамической устойчивости над рабочим колесом первой ступени предусмотрено кольцевое щелевое устройство. Этой же цели служили регулируемые направляющие аппараты первой и второй ступеней осевого компрессора. Диск центробежной ступени ротора компрессора выполнен в виде моноколеса, лопатки которого изготовлены за одно целое с диском. Лопатки первой сверхзвуковой ступени для отстройки от автоколебаний отличались по толщине профиля (толстые и тонкие) и ставились в диск с чередованием. Вторая ступень тоже сверхзвуковая. Корпус осевых ступеней – литой, имел продольный разъём в горизонтальной
Двигатели гражданских самолётов России плоскости. В заднем корпусе компрессора находился радиальный лопаточный диффузор и осевой спрямляющий аппарат. Лопатки соплового аппарата третьей ступени турбины – полые, с наружными и внутренними полками. Через внутренние полости лопаток проходили стойки корпуса опоры и трубопроводы систем двигателя. Уникальна литая конструкция коробки приводов, которая интегрирована с маслобаком и коммуникациями маслосистемы, что позволило уменьшить количество трубопроводов внешней обвязки двигателя и снизить массу. Основа системы автоматического управления – электронный блок РЭД-1500, созданный на новой элементной базе, позволившей существенно снизить массу и габариты. В качестве резервного применен гидромеханический регулятор. РЭД-1500 осуществлял функции управления, контроля параметров и защиты двигателя в случае нештатных ситуаций в эксплуатации. Двигатель работал с однорядным реверсивным винтом изменяемого шага, который был спроектирован «НПП Аэросила» (г. Ступино). Недостаточное финансирование (62% от планируемой суммы) привело к тому, что параметров, указанных в техническом задании, получить не удалось. Решено было сертифицировать двигатель с достигнутыми параметрами. В 2000 году Роскосмос определил срок сертификации ТВД-1500: все необходимые испытания, включая заброс посторонних предметов в двигатель, расщеп­ ление вала свободной турбины и пр., нужно было закончить в 2002-м. ТВД-1500 первым в стране проходил сертификацию по новым правилам АП-33, которые были более жесткими, чем действовавшие во времена СССР НЛГС-3. Завершающим этапом стали длительные испытания общей продолжительностью 150 часов. Для них был изготовлен открытый винтовой стенд в местечке Полуево под Рыбинском, полностью имитирующий силовую установку самолета Ан-38. Всё прошло успешно, и 22 ноября 2002 года Авиационный регистр МАК выдал сертификат типа на двигатель ТВД-1500Б. После этого можно было ставить его на самолет, проводить летные испытания и передавать в эксплуатацию. Ан-38 был результатом глубокой модернизации серийного Ан-28 для местных воздушных линий. Новые двигатели обеспечили бы улучшение летно-технических характеристик и увеличение пассажирских мест. Рабочая конструкторская документация на Ан-38 с силовой установкой на основе ТВД-1500 уже была передана 499 Вспоминает В. Т. Кучеров, в то время – главный конструктор ТВД-1500: Одним из самых интересных и сложных испытаний была проверка защиты от раскрутки ротора свободной турбины при частоте, равной 105% наивысшей частоты вращения, которая возможна в результате обрыва вала этого ротора. Испытание и заключалось в его принудительном обрыве. Автоматика двигателя должна была своими алгоритмами защиты определить обрыв вала и отключить подачу топлива в двигатель. К этому эксперименту мы готовились долго, ведь ошибки в расчетах и неправильные действия в момент его проведения могли привести к опасным последствиям. Техническая сложность заключалась в том, что нужно было так подрезать вал, чтобы его обрыв произошел именно на нужной частоте вращения ротора. Прочнисты провели расчеты по определению критического сечения вала, технические службы спроектировали специальный резец и механизм его подачи. С первой попытки чисто провести испытания не удалось. Всё получилось со второй попытки, а последующая дефектация деталей ротора не выявила недопустимых отклонений. Двигатель ТВД-1500Б
500 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели
Двигатели гражданских самолётов России 501 на НПО им. В. П. Чкалова в Новосибирск. Предполагалось, что рынок самолетов Ан-38 будет достаточно большим. Они нужны были прежде всего в регионах Севера, Сибири и Дальнего Востока, где востребована малая авиация и отсутствует иное транспортное сообщение. Однако во время перестройки местные авиакомпании пришли в упадок, и вслед за этим рухнули планы продаж самолета. В начале 2000-х годов на российском авиатранспортном рынке наметился рост. У самолета Ан-38 с уже сертифицированным ТВД-1500Б могли бы появиться новые перспективы. Но в правительственных кругах тогда не было заинтересованности в этой программе, как, видимо, и в развитии отечественной авиационной промышленности в целом. Проект Ан-38 закрыли. Двигатель мог быть установлен на самолеты С-80, Бе-32, М-102, Ан-3, Ан-102 (первоначально СХС-2000) или любые другие подобного класса. Так, для С-80 разработки ОКБ им. П. О. Сухого сделали модификацию ТВД-1500С. Были выполнены все проектные работы, связанные с привязкой к самолету. В 2000 году финансирование программы прекратилось, и проект закрылся. Увы, ТВД-1500, успешно выдержавший сертификацию и подтвердивший свои высокие параметры, окончил свой жизненный путь в музее, как и многие другие интересные разработки, родившиеся в годы перестройки. Двигатель ТВД-1500 в музее ПАО «ОДК-Сатурн»
502 ЧАСТЬ 5. Газотурбинные двигатели учебных самолётов и малоразмерные турбовинтовые двигатели Самолёт Ан-38-100. На нем могли быть установлены двигатели ТВД-1500 ТВД-1500
Двигатели гражданских самолётов России 503

ЧАСТЬ 6 ПЯТОЕ ПОКОЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
506 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Драматичное начало пятого поколения Д-27 и НК-93 Двигатель Д-27 Турбовинтовентиляторный запорожский Д-27 и турбореактивный самарский НК-93 со сверхбольшой степенью двухконтурности – первые гражданские двигатели пятого поколения в нашей стране. Это настоящие произведения инженерноконструкторского искусства, которые были созданы в начале 90-х годов прошлого века и остались во многом непревзойденными до сих пор. Оба двигателя показали свои уникальные характеристики, побывали в небе, но… превратились в музейные экспонаты. Двигатель НК-93
Двигатели гражданских самолётов России Каждое новое поколение авиационных двигателей – это качественно более высокий уровень технического совершенства, который обеспечивается внедрением передовых достижений науки и техники. И для того, чтобы окупились средства, затраченные на разработку, нужно предусмотреть значительное снижение удельного расхода топлива и расходов на эксплуатацию таких изделий. В конце 1970-х – начале 1980-х годов представлялось, что авиадвигатели пятого поколения для дозвуковых пассажирских самолетов будут потреблять топлива на ­15–25% меньше, чем их предшественники. «Выигрыш» в 15% могли обеспечить двигатели со сверхбольшой степенью двухконтурности (от 12 до 25). Их низконапорный винтовентилятор должен был быть закапотированным, параметры цикла и КПД узлов повышены. А чтобы сократить удельный расход топлива еще больше, на 25%, требовалось разработать высокоэффективный винтовентилятор открытой схемы. Такой двигатель назвали турбовинтовентиляторным (ТВВД). И в СССР, и за рубежом работы развернулись в обоих направлениях. Так как максимальную топливную эффективность мог дать ТВВД, то именно двигатели этой схемы в первую очередь были доведены до стадии испытаний на летающих лабораториях. Демонстрационный безредукторный GE36 фирмы General Electric дошел до этого этапа в 1986 году. Компании (1) Основные данные 507 Д-27 Мощность эквивалентная на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), э.л.с. 14 000 Удельный расход топлива на взлётном режиме, эффективный (Нп = 0, Мп = 0), кг/ э. л. с.*ч 0,17 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 27,4 Степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп= 0) 22,9 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), K Условия полета на крейсерском режиме, Нп, км, Мп 1640 11; 0,68 Мощность эквивалентная на крейсерском режиме, э. л. с. 6750 Удельный расход топлива на крейсерском режиме, эффективный, кг/ (э. л. с.*ч) 0,13 Масса двигателя, кг 1650 Удельная масса, кг/э. л. с. 0,117 Pratt & Whitney и Allison испытали свой демонстрационный турбовинтовентиляторный 578-DX в 1988 году. Однако ни один из этих двигателей не стал серийным. Оказалось, что из-за значительной шумности и аэродинамических особенностей ТВВД лучше размещать в хвостовой части фюзеляжа, а не на крыле. Кроме того, турбовинтовентиляторные двигатели имели довольно большую массу и диаметр, что осложняло их установку и требовало особой конструкции фюзеляжа. Получалось, что под них нужно создавать совершенно новый самолет. Между тем исследования рынка показали, что такие двигатели могут быть конкурентоспособными только на 150-местных лайнерах, а на машинах большей пассажировместимости применять их нецелесообразно. Решающая причина, по которой авиакомпании отказались от самолетов с ТВВД, – падение цен на авиационное топливо в середине 80-х годов. То есть экономия от уменьшения расхода топлива не оправдала бы затрат на покупку новых машин. Только в СССР удалось довести турбовинтовентиляторный двигатель практически до серийного образца и поставить его на опытный самолет. Речь идет о запорожском Д-27 для военно-транспортного Ан-70. (1) Опытный турбовинтовентиляторный двигатель 578-DX компаний Pratt & Whitney и Allison (2) Компоновочная схема Ан-70 (2)
508 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей (1) Его история началась с создания в ЗМКБ «Прогресс» двигателя Д-236 – первого советского ТВВД. Его разработка началась в 1979 году. За основу взяли газогенератор серийного Д-36. В 1987 году двигатель-демонстратор Д-236 с соосным винтовентилятором испытали на летающей лаборатории. Накопленный научно-технический задел дал возможность приступить к проектированию нового изделия с более высокими параметрами (2) газодинамического цикла. Так в 1985 году начались работы над Д-27. Через четыре года первый экземпляр Д-27 запустили на стенде, а в 1990-м двигатель был установлен на летающую лабораторию Ил-76ЛЛ и успешно прошел полный комплекс исследований. Турбовинтовентиляторный Д-27 выполнен по трехроторной схеме. Компрессор – двухкаскадный. У осевого пятиступенчато- го компрессора низкого давления первые две ступени – сверхзвуковые и представляют собой моноколеса. Рабочие лопатки остальных трех ступеней закреплены в кольцевых пазах типа «ласточкин хвост». Передняя опора – упруго-демпферная с шариковым подшипником, типа «беличье колесо». В промежуточном корпусе установлены задняя радиальная опора компрессора низкого давления с роликовым подшипником и передняя опора компрессора высокого давления с шариковым радиально-упорным подшипником. Компрессор высокого давления – осецентробежный с двумя осевыми ступенями. Вращающийся направляющий аппарат имеет собственный диск, который крепится болтами к колесу центробежной ступени и цапфе компрессора. Конструкция кольцевой прямоточной камеры сгорания весьма оригинальна. Рабочие лопатки одноступенчатой турбины высокого давления – монокристаллические. Они имеют трехмерное профилирование. К диску этой турбины пушечным замком прикреплен дефлектор, который обеспечивает подачу охлаждающего воздуха на рабочие лопатки после закручивания его в аппарате предварительной закрутки. Задняя опора ротора высокого давления – межвальная. Турбина низкого давления –
Двигатели гражданских самолётов России (3) 509 (1) Двигатель Д-27 на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ (2) Схема двигателя Д-27 (3) Винтовентилятор СВ-27 на турбовинтовентиляторном двигателе Д-27 самолета Ан-70 (4) Двигатели Д-27 на крыле военнотранспортного самолета Ан-70 одноступенчатая. Задние опоры ротора низкого давления и турбины винтовентилятора расположены под её первыми двумя дисками. Два остальных диска соединены между собой и прикреплены к цапфе призонными болтами. Во всех каскадах турбины применена система управления радиальными зазорами. Соосный двухрядный флюгерно-реверсивный винтовентилятор конструкции российского НПП «Аэросила» приводится во вращение своей четырехступенчатой турбиной через планетарный редуктор. В первом ряду восемь лопастей, а в заднем – шесть. Они изготовлены из композитных материалов. Система управления двигателем – цифровая электронная, типа FADEC. (4)
510 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Д-27 имеет самый низкий в мире удельный расход топлива при полете на высоте 11 км – 0,130 кг/э. л. с.*ч. Силовая установка Ан-70 по своим характеристикам до сих пор остается непревзойденной. Диаметр винтовентиляторов довольно велик: 4,5 метра. Впрочем, проблем с установкой четырех двигателей на крыле самолета-высокоплана Ан-70 не возникло, ведь основным у него было военно-транспортное, а не гражданское назначение. Ан-70 создавался на смену признанным труженикам – представителям предыдущего поколения Ан-12 и Ил-76. Требования к Ан-70 утвердили в 1986 году: он должен был стать самолетом укороченного взлета и посадки грузоподъемностью 30 тонн (практическая дальность – 1200 км), способным использоваться на коротких грунтовых полосах, маневрировать на небольших полевых (1) аэродромах и развивать высокую для своего класса скорость (до 750–800 км/ч). При обычном взлете и посадке грузоподъемность возрастала бы до 35 тонн (3800 км), а в перегрузочном варианте – до 47 тонн (1350 км). Перестройка и распад Союза затормозили развитие программы. Тем не менее в 1993 году Россия и Украина подписали соглашение о сотрудничестве по этому проекту. Предполагалось, что двигатели Д-27 будут серийно выпускаться в кооперации запорожского АО «Мотор Сич» и Московского производственного предприятия «Салют», а самолет – строиться на авиазаводах в Киеве и Самаре. 16 декабря 1994 года поднялся в небо первый опытный самолет Ан-70 с двигателями Д-27 (экипаж С. В. Максимова). В четвертом испытательном полете, 10 февраля 1995 года, произошла ката- СЕРГЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ МАКСИМОВ Лётчик-испытатель. Поднял в небо самолет Ан-70 и погиб при выполнении на нём очередного испытательного полета строфа. Ан-70 столкнулся в воздухе с самолетом сопровождения. Погибли семь членов экипажа. Несмотря ни на что, украинские авиаконструкторы в сотрудничестве с коллегами из России и других стран СНГ уже в декабре следующего года завершили сборку второго экземпляра Ан-70.
Двигатели гражданских самолётов России 511 (2) А вот записи параметров курса, крена, скольжения и др. комиссии представлены не были, т. к. они однозначно свидетельствовали, что авария на Ан-70 произошла до начала левого разворота, т. е. за 25…27 секунд до столкновения. По материалам следствия, верхняя часть киля упала за 1,8 км до столкновения с Ан-72. Произошло необычное явление в авиации: оговорили экипаж, отдавший жизни, спасая опытную машину. Его обвинили в непрофессионализме в пользу мнимой чести фирмы ради одной фразы в заключении комиссии: «до столкновения самолёт был исправен». Терский В. Катастрофа самолета­ Ан-70 вблизи Гостомеля 10.02.1995 г. // Ткаченко В. А. Летный риск. – К., 2009. В апреле 1997-го он впервые отправился в полет. И в том же году был показан общественности на международных авиасалонах МАКС и Ле-Бурже. «Он сразу приковал к себе внимание специалистов, – пишут авторы книги «Энергия, рожденная для полета». – Причем одной из главных достопримечательностей этой машины стали не имеющие аналогов в мире турбовинтовентиляторные двигатели Д-27… На авиасалоне в Ле-Бурже тяжелый, но элегантный Ан-70 удивил посетителей своей способностью после короткого разбега легко подниматься в небо и так же легко летать с грузом в полсотни тонн. Естественно, что Ан-70 привлек внимание западных стран. Ведь там и близко ничего подобного не было, некоторые из них даже изъявили серьезное желание в будущем приобрести лайнер» [286]. В следующем году президенты России и Украины выступили с заявлением о намерении принять Ан-70 на вооружение национальных ВВС. В 2000 году на авиакосмической выставке в Берлине появился макет военно-транспортного самолета Airbus A400M, очень напоминающего Ан-70. С 2011 года он выпускается серийно и эксплуатируется. Увы, судьба превосходящего его по многим характеристикам российско-украинского самолета сложилась менее удачно. К началу 2001 года практически закончился первый этап госиспытаний Ан-70. Дальше нужно было проверять работу самолета в условиях низких температур. Для этого машину отправили из Киева в Якутск. По пути была запланирована посадка в Омске. «После заправки 38 т керосина и необходимой предполетной подготовки, утром 27 января экипаж во главе с летчиком-испытателем Виталием Горовенко начал взлет. И вдруг... Сначала сработала сигнализация об отказе правого внутреннего двигателя, через 20–30 сек остановился левый крайний двигатель. Самолет к этому моменту успел набрать 40 м высоты и едва "вышел" за пределы ВПП. В этой ситуации экипажу не оставалось ничего другого, как посадить машину прямо перед собой, благо, что под крылом было заснеженное поле, а прошедшей зимой в Омске осадков выпало в 2,5 раза больше обычного. Можно сказать, повезло. В результате посадки "на брюхо" удалось избежать взрыва топлива, никто из 33 человек, находившихся на борту, не погиб. <…> Самолету повезло меньше. Он получил значительные повреждения…» [160] (1) Средний военнотранспортный самолет Ан-70 с турбовинтовентиляторными двигателями Д-27 (3) Авария самолета Ан-70. 2001 (2) Военно-транспортный самолет Airbus A400M Atlas c турбовинтовыми двигателями Europrop International ТР-400-D6 (3)
512 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Комиссия по расследованию происшествия выяснила, что причиной вынужденной посадки стал отказ третьего двигателя. Это случилось из-за разрушения трубки подвода масла во втулке винтовентилятора, в результате чего второй ряд лопастей не зафлюгировался и продолжал вращаться. Так возникла отрицательная тяга силой до пяти тонн, которая сорвала поток воздуха с крыла, что помешало экипажу стабилизировать положение самолета. Когда пилоты увеличили мощность работающих двигателей, произошло ложное срабатывание системы защиты, и первая силовая установка тоже автоматически отключилась. Сразу после аварии надежды на возможность отремонтировать самолет было мало. Казалось, что всей программе пришел конец. Однако силами АНТК имени О. К. Антонова и Омского производственного объединения «Полёт» машину удалось восстановить. Работы по доводке и запуску в серию продолжились. Всего через месяц после случившегося Минобороны Украины и Киевский завод «Авиант» подписали контракт на строительство первых пяти Ан-70 для украинских ВВС. Дальше проект развивался сложно, как и в целом отношения между Россией и Украиной. К 2005 году его финансирование украинской стороной фактически прекратилось, а вскоре от участия в программе официально отказалась Россия. Но после 2009-го ситуация стала меняться в лучшую сторону, и это позволило двум странам наконец-то совместно провести государственные испытания двигателя Д-27 (2012 год) и модернизированного самолета Ан-70 (2014). В 2010 году В. А. Скибин, генеральный директор ЦИАМ, назвал Д-27 «замечательным двигателем ажурной изящной конструкции» [290]. Как и задумывалось, Ан-70 стал самолетом укороченного взлета и посадки. Во многом это обеспечивалось особенностями силовой установки: высоконапорная струя винтовентилятора, обдувая В ходе испытаний на самолете Ан-70 установили 6 мировых рекордов, в том числе подъема 55 тонн груза на высоту 7350 м (командир экипажа – лётчикиспытатель А. В. Галуненко). крыло, увеличивает его подъемную силу на взлете и при посадке в два раза. Также благодаря характеристикам двигателя удельный расход топлива у этого самолета почти на треть меньше, чем у турбовинтового Ан-12. На базе Ан-70 были разработаны гражданские модификации: транспортный Ан-70Т, среднемагистральный грузовой Ан-70-100 с двумя двигателями вместо четырех и конвертируемый грузо-пассажирский Ан-70ТК. Рассматривалась возможность создать в этом семействе топливозаправщик, поисково-спасательный вариант и самолет дальнего радиолокационного обнаружения. Однако события 2014 года перечеркнули все достигнутые ранее соглашения о совместном производстве Ан-70 и Д-27 на Украине и в России. На судьбе этих выдающихся произведений советского авиапрома поставлен крест, похоже, теперь уже навсегда. Украина прекратила поставки в Россию продукции военного и двойного назначения. Производство Ан-70 остановилось. Один летный опытный экземпляр этого самолета был принят на вооружение Воздушных сил Украины. В 2016 году представители ГП «Антонов» заявили о планах создать модификацию Ан-70, заменив все российские комплектующие. Но поскольку уникальные винтовентиляторы для двигателя Д-27 производят только в Ступино, украинским конструкторам придется искать другие варианты силовой установки. (1) Самолет Ан-70 с двигателями Д-27 на МАКС-2013 (1)
Двигатели гражданских самолётов России (2) 513 для перспективного четырехдвигательного военно-транспортного самолета Ил-106 грузоподъемностью 80 тонн, эскизный проект которого был завершен в начале 1990-х. После распада Советского Союза тему закрыли. На момент создания НК-92 представлял собой новый тип газотурбинных двигателей с выдающимися параметрами удельной тяги и экономичности. Турбовинтовентиляторными двигателями занимались и в ОКБ Н. Д. Кузнецова. В 1988 году был разработан двигатель с задним расположением винтовентилятора – НК-110. Он имел трехроторную схему с толкающим винтовентилятором, который состоял из двух восьмилопастных ступеней диаметром 4,7 м, вращающихся в противоположные стороны. Лопасти ступеней могли изменять угол установки в зависимости от потребляемой винтовентилятором мощности. И хотя удельный расход НК-110 получился на 23–24% ниже, чем у лучших двухконтурных турбореактивных двигателей четвертого поколения, из-за большого диаметра винтовентилятора он практически не мог быть установлен на пилоне под крылом. Другой отечественный «первенец» пятого поколения, которого ждала еще более горькая участь, чем запорожский Д-27, – НК-93. (2) Опытный турбовинтовентиляторный двигатель НК-110 (3) НК-93 – двигатель со сверхбольшой степенью двухконтурности Его предтечей был турбореактивный двигатель НК-92 со сверхбольшой степенью двухконтурности. Первый опытный экземпляр был запущен на стенде в 1988 году. Двигатель предназначался Двигатели подобной схемы, со сверхбольшой степенью двухконтурности, пытались сделать и за рубежом. Американская компания Pratt & Whitney совместно с немецкой MTU изготовили только образец композитной лопатки двухрядного винтовентилятора. Это была программа под названием CRISP. Другие проекты, например, SuperFan, над которым работали совместно фирмы пяти стран, остались на бумаге. (3)
514 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Конструкция двигателя [НК-92] была весьма передовой на тот момент, однако многие технические решения уже были отработаны на опытных проектах, созданных КБ Кузнецова в 1980-х годах. Среди них высокотемпературная камера сгорания и турбина высокого давления, и, конечно, не имеющий аналогов в мире двухрядный винтовентилятор с поворотными лопастями, приводимый во вращение с помощью дифференциального планетарного редуктора. <…> Интересной особенностью двигателя являлось отсутствие реверсивного устройства – обратная тяга достигалась поворотом лопастей винтовентилятора. Прохоров А. Винтовентилятор: назад, в будущее // Отраслевое агентство «Авиапорт». [URL: https://www.aviaport.ru/ news/2010/04/13/193468.html]. Задел по этому интересному двигателю был использован для разработки его гражданского варианта – НК-93. Поста- Схема двигателя НК-93 новление Совета министров о его создании вышло в 1989 году. Предполагалось, что НК-93 будет устанавливаться на самолетах большой вместимости: транспортном Ту-330, модификациях дальнемагистрального Ил-96, среднемагистральном Ту-204 и других. Благодаря своей исключительной топливной эффективности Основные данные НК-110 НК-93 18 000 18 000 0,19 0,23 Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с - 985 Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) - 29 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), К - 1600 Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0) - 14,8 Тяга на крейсерском режиме (Нп = 11, Мп = 0,8), кгс 3000 3200 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11, Мп = 0,75), кг/(кгс*ч) 0,44 0,49 Степень повышения полного давления в компрессоре на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11, Мп = 0,75) - 37 Степень двухконтурности на максимальном крейсерском режиме, (Нп = 11 км, Мп = 0,75) - 16,65 Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп= 0), кгс Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/ (кгс*ч) Расход воздуха на крейсерском режиме (Нп = 11, Мп = 0,8), кг/с - - 2300 3650 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0,1278 0,2028 Диаметр входа в компрессор, м - 2,9 Удельная лобовая тяга, кгс/м - 2725 Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/с)/м2 - 149,1 Масса двигателя, кг 2 новый двигатель позволил бы получить превосходные летно-технические характеристики. Например, дальность полета с максимальной нагрузкой Ту-330 выросла бы в полтора раза. НК-93 – это первый в мире двигатель с закапотированным винтовентилятором. Он имеет сверхбольшую степень двухконтурности – 16,7 на крейсерском режиме. Винтовентилятор СВ-92 разработан в ступинском НПП «Аэросила». Он соосный, двухрядный, противоположного вращения, с поворотными лопастями из композиционного материала. Винтовентиляторный контур создает 87% тяги. Он обеспечивает КПД более 90% при низком уровне шума благодаря уменьшенной окружной скорости на концах лопаток (240 м/c), дозвуковой скорости истечения из сопла. В переднем ряду восемь лопастей, а в заднем – десять. Поворотные лопасти позволяют получать на всех режимах работы двигателя необходимые запасы газодинамической устойчивости и максимальный КПД. Кроме того, изменяя угол установки лопастей, можно регулировать величину тяги при постоянных оборотах и уменьшать уровень шума. Еще одно новаторское решение: поворот лопастей через положение «флюгер» создает максимальную обратную тягу. Она намного превосходит тягу, получаемую при поворо-
Двигатели гражданских самолётов России 515 (1) (2) (1) Модули двигателя НК-93 (2) Промежуточная и средняя опоры компресоров двигателя НК-93 1. Гондола ВВ 2. Винтовентилятор передний 3. Редуктор 4. Винтовентилятор задний 5. Опора винтовентилятора 6. Компресор низкого давления 7. Газогенератор (базовый модуль) 8. Сопловой аппарат 9. Турбина низкого давления 10. Опора турбины 11. Турбина ВВ 12. Выходное устройство 13. Коробка самолетных агрегатов 14. Коробка моторных агрегатов 15. Коробка низкого давления (3) Закапотированный винтовентилятор СВ-92 двигателя НК-93 (3) те лопастей через фронтальную плоскость, что было обосновано теоретически и подтверждено экспериментально. В семиступенчатый компрессор низкого давления попадает поток воздуха с высокой неравномерностью и пульсациями, которые вызываются взаимодействием его пограничных слоев у втулочных сечений лопастей вентилятора и кока. Чтобы осла- бить влияние пограничного слоя, двигатель снабдили системой, отсасывающей этот воздух и передающей его в систему кондиционирования самолета. Компрессор высокого давления – восьмиступенчатый. К диску первой ступени болтами прикреплен сварной барабанно-дисковый ротор остальных семи ступеней. Входной направляющий аппарат выполнен поворотным, отборы воздуха осуществляются за третьей и пятой ступенями. Передняя опора демпферная, с кольцами Аллисона. Кольца Аллисона – это разновидность элемента упруго-демпферной опоры, тонкостенные упругие кольца, применяемые для снижения вибраций и динамических напряжений в узлах двигателя. Устанавливаются в зазор между корпусом и внешним кольцом подшипника (наружной обоймой). Кольцо имеет выступы, расположенные в шахматном порядке по окружности, на наружной и внутренней его поверхностях. Выступы вместе с другими деталями опоры образуют гидравлические полости, куда постоянно подается масло.
516 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1) Компрессор низкого давления двигателя НК-93 (2) Многофорсуночная кольцевая камера сгорания двигателя НК-93 Роторы обоих компрессоров короткие и поэтому жесткие. Внутренние стенки корпусов компрессора не нагружаются сосредоточенными силами. Благодаря этому сохраняются радиальные зазоры и характеристики двигателя не ухудшаются. Малотоксичная многогорелочная камера сгорания – двухъярусная. Охлаждение рабочих лопаток одноступенчатой турбины высокого давления – конвективно-пленочное. В них применена циклонно-вихревая схема охлаждения. Снаружи нанесено трехкомпонентное термобарьерное покрытие. Еще лопатки колеса турбины высокого давления имеют бандажные полки, что повышает КПД ступени примерно на 2,5%. Одновременно увеличивается вибростойкость к изгибным и крутильным колебаниям. Задняя опора турбины высокого давления – межвальная. Рабочие лопатки одноступенчатой турбины низкого давления также бандажированные. Между турбиной низкого давления и турбиной вентилятора расположена их опора. Турбина вентилятора – трехступенчатая, установлена консольно. Колебания рабочих лопаток турбины низкого давления и турбины вентилятора демпфируются вставками из материала МР – «металлорезины». Отверстий в полотне и ступице диска турбины высокого давления, какие были на многих двигателях четвертого поколения, нет. Вместо них фланцы для соединения с валом компрессора и цапфой ротора расположены на длинной оболочке, что характерно для двигателей пятого поколения. Для уменьшения расхода топлива используется система активного регулирования радиальных зазоров турбины. На НК-93 принята схема планетарного дифференциального редуктора, который обеспечивает вращение двух венцов винтовентилятора в противоположные стороны. Этот редуктор имеет рекордную мощность – 22 065 кВт. Система управления – электронная, цифровая, двухканальная, с гидромеханическим резервированием. (3) (3) Охлаждаемая рабочая лопатка турбины высокого давления с вихревой схемой охлаждения и бандажной полкой двигателя НК-93 (4) (4) Сопловая секция турбины высокого давления двигателя НК-93
Двигатели гражданских самолётов России (5) Первый экземпляр НК-93 заработал на стенде в 1991 году. Тогда же его макет был представлен на международном авиасалоне в Ле-Бурже. По первоначальным планам двигатель должен был пройти государственные испытания в 1996 году. Но в 1992-м финансирование прекратилось, и программу приостановили. (5) Двигатель НК-93 в сборочном цехе 517
518 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей (1) В Самарском научно-техническом комплексе им. Н. Д. Кузнецова не оставляли попыток доделать двигатель на собственные средства. К 2004 году было изготовлено 10 экземпляров, проведены доводочные, контрольные испытания. Часть денег предприятие изыскало после продажи в США в середине 90-х нескольких десятков ракетных двигателей НК-33. Когда-то, в семидесятых, после неудачи с лунной программой, конкурент-ракетчик Глушко приказал их уничтожить. Но Кузнецов спас от сдачи в металлолом и спрятал, как в банк, почти сотню двигателей для лунной ракеты Н-1 в неприметном ангаре на испытательном полигоне. И ведь пригодились 40 лет спустя. <…> Так авиационный НК-93 за счет своего космического родственника медленно, но верно двигался к летным испытаниям. НК-93: никто кроме нас [документальный фильм] // Аргументы недели [URL: http:// argumenti.ru/society/2011/04/103586] (1) Собранный первый двигатель НК-93. Н. Д. Кузнецов с ведущими специалистами завода в сборочном цехе. Декабрь 1989 (2) Испытания двигателя НК-93 на открытом стенде (2)
Двигатели гражданских самолётов России 519 (3) (3) Двигатель НК-93 под крылом самолета Ил-76ЛЛ (4) Двигатель НК-93 на высотном стенде ЦИАМ И только 3 мая 2007 года двигатель НК-93 поднялся в небо на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. Он показал хорошие характеристики, а по максимальной тяге даже превзошел техзадание. Но… 15 декабря следующего года стало датой последнего полета с этим двигателем. Руководитель испытаний НК-93 В. Пташинский признавался: «Слишком глубокая рана была нанесена этим внезапным прекращением испытаний. Мы же даже вещи свои там оставили, потому что, когда уезжали 20 декабря, как говорится, с победой, нам сказали, что сразу же после январских каникул вернемся и продолжим работу... И вдруг на совещании нынешнего руководства сразу, числа 10 января, нам было сказано: "Забудьте"» [172]. По неясным причинам программу неожиданно свернули. Это произошло вопреки обращениям специалистов, заявлениям ответственных лиц и даже решениям представителей высшей власти. В 2009 году председатель правительства РФ В. В. Путин поручил провести летные испытания НК-93 и выделить на это нужные средства. В одном из интервью 2010 года В. А. Скибин, генеральный директор ЦИАМ, говорил: «Лет семь назад мы очень внимательно разбирались с двигателем НК-93. <…> Схемные решения весьма интересны: очень высокая степень двухконтурности, низконапорный биротативный винтовентилятор с редукторным приводом. Подобными работами занимались в свое время и зарубежные фирмы, но бросили их, не справившись с шумом. Мы настаивали на том, чтобы провести летные испытания НК-93. Есть интересные вещи, которые можно использовать в дальнейшем. Целесообразно завершить испытания этого двигателя в качестве демонстратора, но это очень большая работа. Нужен заказчик, нужен интерес со стороны самолетостроителей» [203]. При этом отраслевыми экспертами было подготовлено заключение, согласно которому двигатель НК-93 сняли с испытаний. (4)
520 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей (1) Оборвалась также фундаментальная работа по организации серийного производства, которая шла в Казани и Самаре. Заводы готовились выпускать до 100 двигателей в год, осваивали технологические процессы, изготавливали отдельные детали и узлы НК-93. Кроме того, еще с 1998 года здесь производили созданный на его основе двигатель для наземного применения НК-38. С тех пор вокруг темы НК-93 было сломано немало копий, но дело не сдвинулось с места. В отчете, подготовленном в 2011 году по результатам проверки Счетной палатой, было сказано: «В нарушение пункта 1 статьи 158 Бюджетного кодекса Российской Федерации Минпромторг России (главный распорядитель) не обеспечил результативности использования средств федерального бюджета на сумму 345,8 миллиона рублей, направленных на создание и испытание технологического демонстратора авиационного двигателя НК-93» [274]. В том же году ситуации с НК-93 были посвящены слушания в Госдуме и совещание в ЦИАМ. Итогом стал протокол с предложением завершить летные испытания. «12 июля того же года президент Дмитрий Медведев на встрече с руководителя- ми думских фракций после просмотра фильма о летных испытаниях НК-93 очень заинтересовался им, наложив резолюцию: "В. Ю. Суркову. Идея интересная, проработайте с правительством". Но последовали отписки, повторяющие одни и те же доводы о якобы устаревшей разработке, о том, что под этот двигатель нет самолета и что полученный научно-технический задел будет учтен при создании ПД-14. В начале 2012 года родилось коллективное письмо-обращение 25 депутатов Госдумы РФ к Владимиру Путину по этой же теме. 30 ноября 2013-го при встрече президента с лидерами политических партий
Двигатели гражданских самолётов России вновь поднимался вопрос о судьбе НК-93. Минпромторгу дано поручение разобраться в сложившейся ситуации. Ведомство ответило в старом ключе» [Там же]. По мнению многих экспертов, схема двигателя со сверхбольшой степенью двухконтурности и биротативным винтовентилятором остается одной из самых перспективных для нашей авиапромышленности, а НК-93 по своим характеристикам – удельному расходу топлива, малошумности и экологичности – не имеет себе равных в России. В свете новых установок по развитию отечественного гражданского авиапрома, принятых в последнее десятилетие представителями верховной власти, невнимание к программе НК-93 в 1990–2010-х годах выглядит досадным упущением. Жизнь показала, что стране не обойтись без создания собственных гражданских авиадвигателей большой тяги. А мировые научно-технические тенденции демонстрируют, что многие конструкторские решения (по винтовентилятору, редуктору, гондоле и пр.), принятые на НК-93 около 30 лет назад, актуальны при разработке самых передовых конструкций. К сожалению, было потеряно слишком много времени, которое могло пойти на доводку двигателя. И сейчас уже очевидно, что оба отечественных «пионера» пятого поколения – запорожский Д-27 и самарский ­НК-93 – по разным причинам, в том числе весьма далеким от технических, больше не поднимут в небо самолеты. Однако научно-технический задел, накопленный при создании этих выдающихся двигателей, может и должен быть использован в последующих перспективных российских разработках. (1) Двигатель НК-93 на ВДНХ. 11-й Международный салон «Двигатели-2010» (2) Двигатель НК-93. После первых полетов на Ил-76ЛЛ 521 (2) (3) Двигатель НК-93. Московский авиасалон МАКС-2005 (3)
522 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Выход в мир конкуренции SaM146 Создание SaM146 стало первой в России реализованной программой сотрудничества с зарубежной компанией в области авиадвигателестроения. Этот совместный российско-французский двигатель сертифицирован по нормам Европейского агентства авиационной безопасности (EASA) и имеет право продаваться и эксплуатироваться в любой стране мира. Подобных примеров в отечественной практике еще не было. Но за эти достижения пришлось заплатить немалую цену. В конце 1990-х годов отечественная гражданская авиация испытывала серь­ езный кризис. Близилась дата, после которой многочисленные российские пассажирские и транспортные самолеты второго поколения должны были прекратить полеты в Европу из-за несоответствия новым нормам по шуму и токсичности силовых установок. Об этой проблеме
523 Двигатели гражданских самолётов России знали давно, но решать её не торопились. Воздушные суда и двигатели, которые удовлетворяли бы международным требованиям, производились очень маленькой серией. Поэтому они дорого стоили и требовали больших затрат на обслуживание, то есть оказывались не способными конкурировать на российском рынке с подержанной западной техникой. Назрела необходимость создать отечественный ближнемагистральный самолет нового поколения. Компания «Гражданские самолеты Сухого» взялась за разработку семейства региональных лайнеров RRJ («Русский региональный реактивный») дальностью полета 3000– 4000 км. Они предназначались на замену устаревшего Ту-134 и более вместительного самолета Ту-154М, который из-за резкого сокращения пассажиропотока на внутренних линиях летал полупустым. RRJ должен был иметь хороший экспортный потенциал и возможности закрыть внутренний рынок. Новым лайнерам требовались двигатели, способные пройти международную сертификацию и обеспе- Двигатель CFM.56-7В. Трехмерная модель чить малые затраты на эксплуатацию. Был объявлен конкурс на создание силовой установки. На этот конкурс совместный проект представили рыбинское НПО «Сатурн» и французская двигателестроительная компания SNECMA. Взаимодействие российского предприятия с зарубежным началось раньше: с 1999 года SNECMA размещала в Рыбинске заказы на изготовление отдельных деталей для СFM.56 – самого массового в мире двигателя среди гражданских. Кроме того, был реализован конструкторско-­ Основные данные SaM146/1S17 SaM146/1S18 Тяга статическая на чрезвычайном взлётном режиме, неустановленный двигатель (Тн= 30°С, Hп = 0, Mп = 0) кгс 7684 7900 Тяга статическая на взлётном режиме (Тн=30°С, Нп = 0, Mп = 0), кгс 6982 7332 - - Удельный расход топлива на взлётном режиме, (Hп = 0, Mп = 0), кг/(кгс*x) Расход воздуха на взлётном режиме (Hп = 0, Mп = 0), кг/с - - Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Hп = 0, Mп = 0) 25,23 - Температура газа в горле соплового аппарата турбины высокого давления на максимальном взлётном режиме (установленный двигатель) (Hп = 0, Mп = 0), K 1640 - Степень двухконтурности на взлётном режиме (Hп = 0, Mп = 0) 4,38 4,38 Тяга на крейсерском режиме (Hп = 10,668 км, Mп = 0,8), кгс 1510 1510 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Hп = 10,668 км, Mп = 0,8), кг/(кгс*ч) 0,629 0,629 Суммарная степень повышения полного давления в режиме набора высоты (Hп = 11 км, Mп = 0,8) 27,97 27,97 Степень двухконтурности на максимальном крейсерском режиме (Hп = 10,668 км, Mп = 0,8) 4,18 4,18 Диаметр входа в компрессор, м 1,228 1,228 Удельная лобовая тяга, кгс/м2 5895 6191 Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/c)/м2 195,9 198,4
524 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Подписание договора между НПО «Сатурн» и компанией SNECMA (2) Монтаж двигателя SаM146 на испытательный стенд производственный проект «Маэстро», который послужил хорошей основой для дальнейшего сотрудничества: по заказу SNECMA в конструкторском бюро ОАО «Рыбинские моторы» разработали и изготовили валопровод для акустического стенда, причем сделали это с соблюдением всех процедур, применяемых на западе. Проект по созданию силовой установки для RRJ предполагал дальнейшее сотрудничество, основанное на паритетном разделении рисков и доходов. При этом SNECMA должна была отвечать за газогенератор, интеграцию силовой установки, системы автоматического управления и регулирования FADEC и агрегаты. А НПО «Сатурн» – за вентилятор, подпорные ступени, турбину низкого давления, сборку и наземные испытания. Для российского предприятия это предложение было билетом на европейский рынок. К тому же SNECMA имела развитую мировую сеть обслуживания двигателей, что должно было помочь наладить систему послепродажного сервиса совместного изделия. В 2001 году началась подготовка материалов в конкурсную комиссию. Изделие поначалу называлось SM146. Буква S обозначала «Сатурн», а М традиционно присутствует во всех наименованиях двигателей SNECMA. В этой программе применили новый для отечественного авиапрома подход: двигатель теперь создавался как товарный, конкурентный продукт. То есть все конструкторско-технологические решения принимали с оглядкой на то, как они повлияют на стоимость двигателя в эксплуатации. Чтобы ощутимо снизить расходы заказчиков в будущем, а значит, повысить надежность и ремонтопригодность сило- вой установки, с самого первого этапа использовали передовые технологии и весь имеющийся опыт. Такой метод привел к заметным изменениям в конструкции по сравнению с той, какая получалась при прежних принципах разработки. Теперь нужно было не просто спроектировать и произвести двигатель, а обеспечить его полноценную жизнь на всех этапах. Сначала требовалось получить сертификат разработчика, потом создать и сертифицировать двигатель, затем организовать серийный выпуск, послепродажное обслуживание, ремонтное производство и по каждому направлению пройти необходимые проверки и сертификацию. Всё было строго регламентировано Европейским агентством авиационной безопасности (EASA) при участии российских авиационных властей. Подготовка к сертификации по международным правилам повлекла за собой глубокие преобразования на предприятии. Качественные улучшения, адаптирующие каждый процесс и операцию к мировым стандартам, коснулись всех (2)
Двигатели гражданских самолётов России 525 Двигатель SaM146. Трехмерный электронный макет стадий создания двигателя. В это инвестировались огромные средства из прибыли компании – по несколько миллиардов рублей ежегодно. В итоге были внедрены современные информационно-технологические методы конструирования и математического моделирования процессов, информационные системы технологической подготовки и управления производством; проведено масштабное техническое перевооружение – в больших объемах закуплено новое оборудование, освоены инновационные технологии; была построена и сертифицирована уникальная испытательная база стоимостью около 100 миллионов долларов; создан учебный центр для обучения техобслуживанию двигателя, центр распространения запчастей, служба серийного конструкторского сопровождения, организовано со- временное инструментальное и ремонтное производство и многое, многое другое. Цель этих изменений была в том, чтобы получить те конструкторско-технологические компетенции, которые позволяют создавать современный авиационный двигатель для гражданской авиации по международным нормам и экспортировать его в любую страну мира. В 2003 году компания «Гражданские самолеты Сухого» с проектом RRJ победила в конкурсе «Росавиакосмоса», обойдя таких соперников, как ОАО «Туполев» и ФГУП «Экспериментальный машиностроительный завод имени В. М. Мясищева». Двигателем для самолетов семейства RRJ 60/75/95 по итогам конкурса был утвержден SM146. Вскоре началось государственное финансирование программы, которое позволило компаниям – её участникам внедрить новые технологии, обновить производственную базу. В следующем году НПО «Сатурн» (ныне ПАО «ОДК-Сатурн») и SNECMA (сейчас Safran Aircraft Engines) учредили совместное предприятие PowerJet S. A., которое должно было выступать в качестве разработчика и заявителя на сертификацию, в дальнейшем – держателя сертификата типа на двигатель и модификации, а затем – поставщика силовой установки на рынок. Уже в 2004-м начали изготавливать первые опытные образцы основных деталей SaM146 (так переименовали двигатель). Параллельно вели испытания прототипа вентиляторной ступени. К маю 2005 года была готова проектно-конструкторская документация, оформленная по новым в отечественной практике нормам, и её передали в производство. В конце года провели первые испытания вентилятора на стенде. 5 июля 2006 года опытный экземпляр двигателя был впервые запущен на стенде. К осени выполнили проверку характеристик и работоспособности его систем в соответствии с программой испытаний.
526 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Самолет Sukhoi Superjet 100 в ангаре Двигатель SaM146 на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ Марк Вантр, в то время – генеральный директор компании Snecma: – Запуск двигателя SaM146 – большое событие, знаменательное для нас и наших российских коллег, компании НПО «Сатурн» и «Гражданские самолеты Сухого». Это перспективный проект, развивающийся при поддержке российского и французского правительств, которые я горячо благодарю. Мы счастливы и горды тем, что участвуем в программе создания самолета «Суперджет 100». Сегодня двигатель SaM146 – уже реальность, и это заслуга НПО «Сатурн», привнесшего немалый вклад в процесс создания нового двигателя, а также «ГСС» и PowerJet. Они проделали большую работу по продвижению двигателя на рынок. Компания Snecma со своей стороны приложила немало усилий по представлению нашей продукции авиакомпаниям во всем мире. В рамках программы SaM146 использованы новые высокие технологии в авиационной промышленности. Сегодня мы уверены в нашем совместном успехе. Первый этап стендовых испытаний SaM146 завершен успешно // Корпоративный ежемесячник «Сатурн». – 2006. – № 9 (сен.). С. 9 В том же году был собран и первый экземпляр самолета, который из RRJ переименовали в SSJ – Sukhoi Superjet 100. Сборкой занимался филиал компании «Гражданские самолеты Сухого» в Комсомольске-на-Амуре. В начале 2007 года во французском городе Вилляроше, на испытательном стенде фирмы SNECMA (в вакуумной камере), начались испытания вентилятора по забросу средней птицы и обрыву лопатки. А в Рыбинске шла работа по созданию собственной испытательной базы. В марте 2007-го ввели в эксплуатацию открытый испытательный стенд, аналогов которому нет во всей Европе. Его площадь – 60 тысяч м2. На нём можно проводить испытания двигателей тягой до 23 тонн на боковой ветер, на обрыв лопаток, попадание воды, града, птиц, проверку акусти- ческих параметров, а также выполнять длительные и циклические испытания. Стенд оснащен системами электронного контроля и управления процессами, сбора и обработки информации. Конструкторы и испытатели могут получать данные о параметрах двигателя на своих рабочих местах в режиме реального времени, вносить коррективы. Кроме открытого стенда, НПО «Сатурн» в сотрудничестве с канадской и бельгийской компаниями создали два новых закрытых испытательных бокса и еще один модернизировали. Их техническое и программное обеспечение соответствует высоким стандартам. В мае 2007 года начались испытания SaM146 на открытом стенде, а уже 6 декабря двигатель впервые поднялся в воздух на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ.
Двигатели гражданских самолётов России Михаил Леонидович Кузменко (1948) В 2000–2010 годах – технический директор – генеральный конструктор НПО «Сатурн». Родился 21 августа 1948 года в селе Римшесс Дукштасского района Литовской ССР. Окончил Московский авиационный институт им. С. Орджоникидзе в 1972 году и начал работать инженером-конструктором в Пермском моторостроительном конструкторском бюро. Затем был назначен старшим инженером, после этого – ведущим инженером по сборке и стендовым испытаниям, начальником отдела надежности. В 1986 году стал заместителем главного конструктора по эксплуатации, в следующем году – главным конструктором по тематическому направлению МКБ. В 1989-м получил должность главного конструктора – первого заместителя генерального конструктора МКБ, в 1992-м стал генеральным директором. В 1995 году назначен генеральным конструктором АО «Авиа­ двигатель». В 1998–2000 годах Михаил Леонидович являлся первым заместителем генерального директора ОАО «Люлька-Сатурн» (г. Москва), а потом был приглашен в ОАО «Рыбинские моторы» 527 (с 2001 года – НПО «Сатурн») на должность технического директора – генерального конструктора, где проработал 10 лет. За это время более десяти новых разработок предприятия успешно прошли государственные, межведомственные или сертификационные испытания. Среди гражданских авиационных двигателей это вертолетный турбовальный РД-600В и турбовинтовой ТВД-1500Б для самолетов местных линий и специального назначения, SaM146 (версии 1S17 и 1S18) для ближнемагистрального Sukhoi Superjet 100. Были выполнены необходимые опытно-конструкторские работы по двигателю АЛ-55И, разработана модификация Д-30КП «Бурлак». М. Л. Кузменко – доктор технических наук, профессор Академии естественных наук, действительный член Российской академии космонавтики им. К. Э. Циолковского, действительный член Академии наук авиации и воздухоплавания. Двигатель SaM146 на открытом стенде в Полуево
528 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Жан-Пьер Кожан, в то время – вице-президент Snecma: – Работающий двигатель – лучший ответ на возражения скептиков, если таковые были при реализации этого проекта. Подобные события случаются не чаще одного раза в 10–15 лет. Журнал «Сатурн». – 2009. – № 9 (Спецвып.) Из интервью с М. Л. Кузменко, в то время – техническим директором – генеральным конструктором НПО «Сатурн»: – 19 мая исполнился год с тех пор, как SSJ поднялся в воздух. Ваша оценка масштаба того, что произошло. – Я думаю, что это выдающееся событие в экономической жизни страны и в истории отечественной авиации, без всякой ложной скромности. Отмечу, что все участники проекта много и серьезно потрудились, создавая совершенно в новых, непривычных условиях новый продукт на максимуме своих возможностей. Были собраны лучшие силы, которые можно было найти не только у нас в стране, но и за рубежом. Появился действительно новый самолет, уже успевший немало «пройти»: он налетал сотни часов, выдержал очень серьезный цикл испытаний, которые подтвердили заложенность технических решений, воплощенных в самолете, двигателе, системах. В конце концов, констатируем самое важное: самолет (а это значит, и двигатель) функционирует так, как и должен функционировать по задумке своих создателей. Журнал «Сатурн». – 2009. – № 9 (Спецвып.) АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ ЯБЛОНЦЕВ Лётчик-испытатель. Поднял в небо самолет Sukhoi Superjet 100. Погиб при выполнении демонстрационного полета в 2012 году Михаил Погосян, В том же году стратегическим парт­ нером «Гражданских самолетов Сухого» стала итальянская компания Alenia Aeronautica, «дочка» крупного концерна Finmeccanica. Она приобрела 25% плюс одну акцию «ГСС». Было создано совместное российско-итальянское предприятие SuperJet International с головным офисом в Венеции, которое должно было заниматься продвижением «Суперджета» и организацией послепродажной поддержки за пределами России. Первый полет самолета SSJ100 в то время - первый вицепрезидент ОАК, председатель совета директоров ОАО «ОКБ Сухого» и ОАО «КНААПО»: В день первого полета самолета SSJ100 с двигателями SaM146 я хочу поприветствовать наших партнеров – французскую компанию «Снекма» и НПО «Сатурн», которые в 2003 году присоединились к участию в программе. Ваша вера, ваш энтузиазм, ваш оптимизм и поддержка очень помогли нам. Журнал «Сатурн». – 2009. – № 9 (Спецвып.)
Двигатели гражданских самолётов России Вспоминает Р. В. Любимов, в то время – начальник испытательного корпуса НПО «Сатурн»: – Среди сертификационных испытаний самые эффектные – это заброс на вход двигателя посторонних предметов, таких как пластины льда массой до 300 граммов. Это делается для того, чтобы проверить устойчивость двигателя при работе на высоте в условиях обледенения, когда аналогичная масса льда может попасть при сходе с крыла самолета. Также мы проводили испытания на заброс крупного града диаметром до 50 миллиметров, средней стайной птицы весом 700 г, которых вбрасывали в двигатель с помощью специальных пушек, чтобы имитировать скорость полета самолета. Также были испытания в условиях шквального града, когда мелкий град диаметром порядка 15 миллиметров и массой около 120 кг в течение 30 секунд вбрасывался в работающий двигатель. Ведь когда самолет проходит грозовое облако, двигатель не просто должен выдержать стресс, – он должен полностью сохранить свою работоспособность и все важнейшие эксплуатационные параметры. Сатурн 2014. Связь поколений. Конструкторская школа. – Рыбинск, 2014 19 мая 2008 года состоялся первый полет самолета SSJ100 с двумя двигателями SaM146, установленными под крылом (командир экипажа А. Н. Яблонцев). В 2009 году программа SaM146 подошла, пожалуй, к самому ответственному этапу – ключевым сертификационным испытаниям. Всего для доводки и сертификации изготовили 8 номерных двигателей и провели 26 их переборок. Большая часть испытаний, 24 из 26, прошла в Рыбинске. Испытания в условиях обледенения в термобарокамере ЦИАМ на первом этапе выявили опасность возникновения повышенных вибраций и помпажа на некоторых режимах. От этого недостатка избавились, перенастроив системы управления двигателем. В дальнейшем, на этапе сертификационных испытаний, SaM146 надежно работал на всех оговоренных режимах. Двигатель хорошо проявил себя в условиях низких температур и естественного обледенения, когда самолет SSJ100 испытывался в Архангельске и Якутии, в жарком климате – при полетах в Средней Азии, а также в высокогорье – в Армении. В 2009-м самолет SSJ100 с двигателями SaM146 впервые был продемонстрирован на авиасалоне в Ле-Бурже. А 23 июня 2010 года произошло событие, которого так ждали: в Кёльне, в штаб-квартире Европейского агентства по авиационной безопасности, был вручен сертификат типа на двигатель SaM146. Этот документ дает право эксплуатировать SaM146 в России, СНГ и странах Европейского союза. Чуть позже, 6 августа, АР МАК выдал сертификат соответствия двигателя российским нормам летной годности. В следующем году сертификат типа АР МАК получил и самолет Sukhoi SuperJet-100. 19 апреля его первый серийный экземпляр, получивший собственное имя в честь Юрия Гагарина, передали заказчику – армянской авиакомпании Armavia. Через два дня он уже отправился в свой первый регулярный рейс. 529 Вспоминает Г. М. Конюхов, в 2004–2018 годах – главный конструктор проекта SaM146: – Самые яркие моменты – это напряженные испытания, когда двигатель стоит и «фырчит», а ты смотришь и ничего сделать не можешь. Апофеозом всей сертификационной программы были испытания на обрыв лопатки вентилятора. Этот момент принес много волнений, но не стал драматичным. Сначала лопатку рвали в вакуумной установке во Франции – два раза. «Натурно», на двигателе, вышло с первого раза. Это было потрясающее зрелище, когда на двигателе вспыхнул огненный шар. Основной критерий испытания – чтобы не было пробитых корпусов, нелокализованного пожара, не отлетели недопустимые осколки, сохранились подвески и можно было закрыть отсечной топливный клапан. Всё получилось так, как надо. Это испытание подтвердило корректность проектирования, доводки и подготовки производства, на что было потрачено много сил тысяч людей. Европейский сертификат на самолет был выдан через год после российского. И «Суперджет» стал первым отечественным лайнером, сертифицированным по соответствующим правилам Европейского агентства авиационной безопасности. SаM146 – это двухроторный турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности, со смешением потоков. Он обеспечивает необходимые запасы по
530 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей (1) Из интервью с Ж.-П. Эртеманом, генеральным директором Safran: шуму в самолете и вредным выбросам для удовлетворения действующих и будущих норм ИКАО. Для этого скорость на концах лопаток вентилятора принята умеренной, а параметры термодинамического цикла выбраны так, чтобы скорость истечения реактивной струи и уровень выделения окислов азота были низкими. В двигателе и гондоле применены звукопоглощающие конструкции. Для того, чтобы сделать SaM146 максимально надежным, использовали только проверенные решения, которые зарекомендовали себя на других серийных изделиях. По основной компоновке он аналогичен двигателю CFM.56-7B, и его конструкция не является чем-то революционным. Многие особенности SaM146 связаны со стремлением разработчиков обеспечить низкую стоимость техобслуживания и высокую готовность двигателя к вылетам. Для этого, например, принято небольшое число ступеней турбокомпрессора: меньшее число заменяемых лопаток компрессора и турбины удешевляет капитально-восстановительный ремонт. Еще на этапе проектирования был заложен высокий ресурс и концепция эксплуатации по техническому состоянию. – Вы готовы предложить авиадвигатель SаM146, который производите совместно с НПО «Сатурн», для других самолетов? Сейчас им оснащен только SSJ100. – Если представится такой случай, то, конечно, да. Сейчас хочется сконцентрироваться на Sukhoi Superjet 100, чтобы закрепить успех. Если будет возможность предложить этот двигатель или что-то еще другим авиапроизводителям в России, мы ею воспользуемся. Но самый главный приоритет для нас сегодня — это SSJ100, и он того стоит, это действительно хороший самолет. Проскурнина О. «Принципиальных препятствий для инвестиций в Россию не видно», – Жан-Поль Эртеман, генеральный директор Safran // Ведомости [сайт]. – 25 авг. 2013 [URL: HYPERLINK "https://www. vedomosti.ru/newspaper/articles/2013/08/26/ principialnyh-prepyatstvij-dlya-investicij-vrossiyu-ne" \l "cut" https://www.vedomosti.ru/ newspaper/articles/2013/08/26/principialnyhprepyatstvij-dlya-investicij-v-rossiyu-ne#cut] (1) Самолет SSJ100 армянской авиакомпании Armavia, первого эксплуатанта SaM146 (2) Сборка SaM146 в цехе 80 ПАО «ОДК-Сатурн» (2)
Двигатели гражданских самолётов России 531 (4) (3) SаM146 состоит из трёх основных модулей, в составе которых 17 подмодулей. Еще есть два дополнительных модуля. Такая конструкция сокращает время капитально-восстановительного ремонта и обслуживания двигателя. Первый модуль – компрессор низкого давления. Вентилятор диаметром 1223,8 мм имеет широкохордные саблевидные лопатки из титана. Такая их конструкция позволяет обеспечить высокий КПД и повышенную стойкость к попаданию посторонних предметов, а также уменьшить шум вентилятора. Комлевых полок на лопатках нет, вместо них установлены платформы из алюминиевого сплава, которые формируют втулочный обвод вентиляторной ступени. То есть замок лопатки не нагружается весом комлевых полок, а вес платформ берет на себя диск, и лопатки получаются легче. Они крепятся к диску криволинейным замком типа «ласточкин хвост», что позволяет разместить нужное их количество на втулке относительно малого диаметра. Чтобы можно было заменять лопатки без съема двигателя с крыла, под ними сделали проставки в виде клиньев. Коническая форма кока ограничивает образование и накопление льда. Угол конуса подобран так, чтобы посторонние предметы, в том числе и лед, отбрасывались во второй контур. Вентилятор снабжен системой слабого звена, которое состоит из двух поясов предохранительных болтов. В случае обрыва лопатки возникший дисбаланс разрушит болты двух поясов, а модуль не повредится благодаря системе удержания. Последняя включает в себя технологический подшипник и крюк удержания. При обрыве вала они препятствуют вылету вентилятора вперед. При этом двигатель выключается. Корпус вентилятора имеет сложную форму продольного сечения. Его часть, предназначенная для удержания оборвавшейся лопатки, оборудована внутри цилиндричес­ кой сотовой панелью, на которую нанесено истираемое покрытие. Это, во-первых, обеспечивает поддержание минимальных радиальных зазоров в ступени. А во-вторых, при обрыве лопатки и разрушении слабого звена позволит ротору вентилятора сдвинуться от штатного положения (в сторону, противоположную оборвавшейся лопатки) и уменьшить обороты до безопасных. Лопатки срежут сотовую панель и благодаря этому не коснутся металлического корпуса вентилятора, а значит, сохранятся (так как вставка относительно мягкая). (3) Двигатель SaM146 в гондоле (разрез) (4) Частично облопаченный диск вентилятора (5) Рабочее колесо вентилятора с установленным коком (5)
532 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей (1) что обеспечивает его наименьшую массу и наибольшую жесткость из всех возможных конструктивных типов роторов. Охлаждение жаровой трубы в кольцевой камере сгорания – пленочное. Турбина высокого давления – одноступенчатая. Сопловой аппарат и рабочие лопатки охлаждаются конвективно-пленочным способом. Воздух для охлаждения рабочих лопаток подается через аппарат предварительной закрутки под покрывной диск, в котором нарезаны гребешки лабиринтных уплотнений. Для увеличения КПД турбины имеется система активного управления радиальными зазорами. Третий модуль – трехступенчатая турбина низкого давления. Сопловые лопатки первой ступени – охлаждаемые. В них впаяны дефлекторы, регулирующие движение воздуха. Чтобы минимизировать радиальные зазоры на переходных режимах, применили сотовые уплотнения. Для управления радиальным зазором турбины организовано наружное охлаждение корпуса. Система трубопроводов Таким образом, даже если лопатка оборвется – например, при попадании в двигатель нескольких крупных птиц одновременно, корпусные детали не разрушатся, подвески останутся целыми и двигатель не отсоединится от самолета. На промежуточном корпусе установлена система из 10 клапанов перепуска воздуха. Она обеспечивает газодинамическую устойчивость двигателя на переходных режимах. Второй модуль – газогенератор. Компрессор высокого давления – шестиступенчатый. Входной направляющий аппарат и направляющие аппараты двух первых ступеней поворотные. Над последними четырьмя ступенями корпус выполнен двойным. В этом случае внутренняя обечайка не нагружается сосредоточенными силами и её поперечное сечение не принимает овальную форму. Благодаря этому можно уменьшить радиальные зазоры между ротором и статором, за счет чего КПД компрессора будет выше. Ротор – барабанно-дискового типа. Первые две ступени выполнены в виде моноколёс, что позволило разместить необходимое количество рабочих лопаток и получить заданный ресурс. Ротор остальных ступеней – цельносварной, (1) Вид на компрессор низкого давления. Лопатки вентилятора не установлены (2) Двигатель SaM146. Створки капотов открыты (2)
Двигатели гражданских самолётов России (3) Лепестковый смеситель и центральное тело двигателя SaM146 (4) Газогенератор, турбина низкого давления и смеситель SaM146 подводит воздух из-за вентилятора и распределяет его по перфорированным трубам, через которые он подается на обдув корпуса турбины низкого давления. Рабочие лопатки турбины низкого давления, узкие и лёгкие, крепятся к дискам замками типа «ласточкин хвост». Лопатки первой ступени турбины низкого давления – монокристаллические, второй – с направленной кристаллизацией. Металл рабочих лопаток третьей ступени имеет равноосную структуру, что позволяет обеспечить заданный ресурс и уменьшить стоимость турбины. В двигателе применена система автоматического управления типа FADEC, которая находится в зоне ответственности Safran Aircraft Engines. В 2010–2011 годах первые серийные двигатели SaM146 были поставлены заказчику. Тогда же НПО «Сатурн» получило сертификат об одобрении производства первой модели SaM146 (1S17) – сначала от авиационных властей России, потом и Европы. На этом миссия разработчика в программе SaM146, конечно же, не завершилась. Продолжились исследования по повышению ресурса двигателя, уменьшению его массы, улучшению технологич­ ности и эксплуатационных характеристик. В 2012 году появилась модификация SaM146-1S18 с тягой, которая на этапе разбега стала больше на 5%, для самолета SSJ100-95LR увеличенной дальности (4578 км). Производство новой модели двигателя снова прошло все проверки и было одобрено контролирующими органами. Этот вариант силовой установки позволяет использовать SSJ на аэродромах с укороченной взлетно-посадочной полосой при изменении программного обеспечения самолета. 533 (3) (4)
534 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей
Двигатели гражданских самолётов России 535 Самолёт Sukhoi Superjet-100
536 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей (3) Вспоминает Ю. В. Ласточкин, в то время – генеральный директор НПО «Сатурн»: – В случае с SaM146 ожидать фантастической рентабельности было бы наивно, но значение этой программы гораздо шире, чем получение прибыли, достижение хороших финансовых показателей и даже создание конкурентоспособного продукта. Ее успешность оказала бы влияние на социально-экономическое развитие страны в целом, «подтянула» бы за собой развитие целого ряда смежных областей – от энергетики до металлургии, обеспечила бы задел для реализации других сложных проектов в высокотехнологичных отраслях, способствовала бы укреплению позиций государства на международной арене. Для национального авиапрома она была и остается определяющей – без создания SaM146 целая отрасль авиапрома могла бы банально остановиться в своем развитии и деградировать. Программа распахивала нам ворота в новый мир. Каждый шаг был равен новому открытию. Видишь, что нужны новые материалы, потом – что необходимы новые виды оборудования, новые диагностические средства… Это беспрерывная, взаимосвязанная вещь. Как огромная материя. Чтобы соткать ее, нужно сделать миллиарды узелков. Вот и количество факторов, работающих в этой промышленности, подобно таким неисчислимым переплетениям нитей. <…> Мы создавали двигатель, а он изменял компанию. Так, одной из самых сложных задач было выстраивание логистики. Программа представляла собой международный мегапроект, к участию в нем, кроме России и Франции, подключались Италия, США и другие страны. В его реализации участвовали сотни, тысячи людей. В процессе работы мы погружались в мир высокотехнологичной западной промышленности и узнавали, по каким законам она живет. Через два года те же процедуры провели при запуске в серию еще двух версий – SаM146-1S17С/1S18С (для корпоративных и правительственных самолетов). В 2014 году сертификат EASA был выдан и на ремонтное производство НПО «Сатурн». Система поддержки заказчика двигателей SaM146 также организована по мировым стандартам. Центры распространения запчастей находятся в подмосковном Лыткарине и французском Вилляроше. Отсюда запчасти можно доставить практически в любую точку мира в течение суток. Центр поддержки заказчиков работает круглосуточно. Двигатель продолжают совершенствовать, применяя новые технологии и материалы, в том числе композиционные. С увеличением наработки закономерно начинают проявляться некоторые конструктивно-производственные дефекты, возникает необходимость вносить изменения по требованиям заказчиков. «ОДК-Сатурн» и Safran Aircraft Engines обеспечивают оперативное решение этих вопросов с одновременной выдачей рекомендаций эксплуатантам. Серийные SaM146 комплектуют, собирают и испытывают на ПАО «ОДК-Сатурн».
Двигатели гражданских самолётов России 537 (1) (1) Парк самолетов семейства Sukhoi Superjet 100 компании «Аэрофлот» Всего на 15 сентября 2019 года выпущено 175 самолетов и 415 двигателей. Из них 360 двигателей находятся на 160 самолетах и в обороте 19 авиакомпаний. В общей сложности SaM146 налетали уже около 1 340 000 часов. Главный заказчик – «Аэрофлот» – приобрел 50 «Суперджетов» и заключил договор на поставку еще 100. Они есть в авиапарках «Газпромавиа», «Ямал», «ИрАэро», МЧС России, ВВС Тайланда, Погранслужбы Казахстана и т. д. Однако показатели наработки всё же не так высоки, как планировалось. Изначально намеревались произвести 236 самолетов до 2013 года. Технологический процесс, оснащение, испытательная база и цепочка поставок позволяют выпускать 8 двигателей в месяц. С учетом почти 20-летнего простоя в этой сфере и отставания от зарубежных лидеров проблемы неизбежны. «Во-первых, мы тогда впервые оказались в ситуации, когда возникла необходимость конкурировать с зарубежными производителями, в том числе на внутреннем рынке, и требовалось создать коммерчески успешный продукт, – рассказывает Ю. Ножницкий, заместитель генерального директора ЦИАМ им. П. И. Баранова. – Во-вторых, это был по существу первый опыт совместного с зарубежной фирмой создания авиационного двигателя. Надо сказать, что в те годы не было положительного опыта совместной разработки двигателя даже двумя отечественными конструкторскими бюро». Время создания SaM146 и Sukhoi Superjet 100 можно назвать своеобразной эпохой романтизма: тогда предполагалось, что благодаря кооперации мы можем получить доступ к мировому рынку гражданской авиации как полноправные участники, что это обеспечит необходимую серийность и в конечном счете реформирует всю отрасль отечественного авиастроения. На этом пути встретилась масса трудностей. Но нужно максимально использовать приобретенный опыт и профессионализм для их преодоления. Проект SaM146 был реализован вопреки множеству препятствий и стал знаковым для страны. С ним постсоветская Россия впервые вышла на международный рынок гражданской авиации, а отечественный авиапром получил колоссальный, хоть и очень нелегкий опыт.
538 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Быть или не быть ПД-14 ПД-14 – это первый полностью российский двигатель для пассажирских самолетов, созданный после распада СССР. Он разрабатывался с учетом международных стандартов и по основным характеристикам не уступает зарубежным гражданским авиадвигателям пятого поколения. К сожалению, многочисленные препятствия задержали его выход на рынок больше чем на десять лет. В первые годы новейшей истории России сегмент среднемагистральных самолетов – самый востребованный в гражданской авиации – был представлен одним современным лайнером: Ту-204 с двигателями четвертого поколения ПС-90А, которые были разработаны в Советском Союзе. Увы, по разным причинам
Двигатели гражданских самолётов России Основные данные Тяга статическая на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кгс ПС-12 (проект) ПД-14 11 800 14 000 Удельный расход топлива на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/ (кгс*ч) 0 - Расход воздуха на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), кг/с 0 506,6 Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре (Нп = 0, Мп = 0) 0 39 Температура газа перед турбиной на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0), К 0 1725 Степень двухконтурности на взлётном режиме (Нп = 0, Мп = 0) 0 8,51 Тяга на крейсерском режиме (Нп = 11, Мп = 0,8), кгс 2570 2650 Удельный расход топлива на крейсерском режиме (Нп = 11, Мп = 0,75), кг/(кгс*ч) 0,55 0,53 Степень повышения полного давления в компрессоре на максимальном крейсерском режиме (Нп = 11, Мп = 0,8) - - Степень двухконтурности на максимальном крейсерскои режиме (Нп = 11 км, Мп = 0,8) - 8,37 Расход воздуха на крейсерском режиме (Нп = 11, Мп = 0,8), кг/с - - Масса двигателя, кг 0 2950 Удельный вес двигателя, кгс/кгс 0 0,2107 Диаметр входа в компрессор, м 1,87 1900 Удельная лобовая тяга, кгс/м2 4296 4938 0 178,7 Лобовая производительность компрессора (вентилятора), (кг/с)/м2 Ту-204 не смог составить конкуренцию Boeing В737 и Airbus А320 даже на внутреннем рынке. Очень малая серийность, 1–2 экземпляра в год, не позволила ему стать полноценной заменой «рабочей лошадки» средних магистралей – уже устаревшего Ту-154Б. А на ближних магистралях альтернативы отживающим свой век Ту-134, Ту-154 и Як-42 тогда не было вообще. Но для того, чтобы сохранить отечественное гражданское авиастроение, присутствие в этих сегментах обязательно. Необходимо было создать самолет, способный конкурировать с мировыми лидерами, и для него – двигатель нового, пятого поколения. С 1990 года ОКБ имени А. С. Яковлева разрабатывало проект ближнемагистрального трехдвигательного Як-42М. В 1992-м, при переходе к двухдвигательной схеме, его переименовали в Як-242. Планировалось, что у него будет дальность полета, как у Як-42, и вместимость, как у Ту-154. Для нового самолета Пермское моторостроительное конструкторское бюро должно было создать модификацию ПС-90А12 с меньшей, чем у ПС-90А, тягой. Однако в середине 1990-х проект Як242 закрыли из-за недостатка финансирования. Вместо ПС-90А12 Центральный институт авиационного моторостроения в сотрудничестве с пермскими конструкторами начал работать над научно-техническим заделом под обозначением «ТРДД-2005». Дата «2005» была выбрана не случайно. Если бы к этому году в России создали среднемагистральный самолет с новым двигателем, он смог бы занять свою нишу на мировом рынке. Им бы заинтересовались авиакомпании, которые не успели приобрести Boeing В737NG (а его более ранние версии, В737-300, 400 и 500, к этой дате уже потребовали бы замены) и Airbus A320. Отечественный лайнер с лучшими характеристиками и меньшей ценой, вероятно, пользовался бы спросом (если 539 не учитывать возможное противодействие фирм Boeing и Airbus). Примерно к 2010 году его производство могло выйти на должный уровень. На внутреннем рынке он заменил бы Ту-154Б и Ту-154М. ЦИАМ вместе с ПМКБ подготовили аванпроект по созданию семейства двухконтурных двигателей различной размерности в широком диапазоне тяги с базовым ПС-12 на 12 тс. Планировалось разработать перспективный высоконапорный газогенератор с шестиступенчатым компрессором высокого давления (степень повышения полного давления в котором составила бы 13,8), кольцевой малоэмиссионной камерой сгорания и одноступенчатой высокоперепадной турбиной высокого давления. Удельный расход топлива на крейсерском режиме должен был быть низким (по тем временам): 0,549 кг/кгс*ч. Малое число ступеней газогенератора обусловило бы невысокую стоимость серийного изготовления и минимальные расходы на техобслуживание и ремонт. Использование семиступенчатого газогенератора было общемировой тенденцией: так сконструированы двигатели PW6000 и SaM146. Закладываемые параметры ПС-12 вполне соответствовали пятому поколению. Предусматривались большие запасы по температуре газа перед турбиной (160 градусов относительно взлетного режима и 80 относительно максимального взлетного), что должно было обеспечить высокую надежность двигателя и заявленный ресурс на начальном этапе эксплуатации. Предполагалось получить существенные запасы относительно перспективных требований ИКАО по эмиссии и шуму; высокий уровень эксплуатационной технологичности и контролепригодности; низкую чувствительность к попаданию посторонних предметов в двигатель. И только в 2002 году в правительстве обратили внимание на необходимость разработки ближне-среднемагистраль-
540 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей ного самолета. Его создание внесли в Федеральную целевую программу «Развитие гражданской авиационной техники России на 2002–2010 гг. и на период до 2015 г.». В программе прописывалось, что для нового лайнера нужно сделать двигатель тягой 12 тс, который будет основой семейства тягой 9–14 тс. Эти двигатели рассчитывали использовать на других воздушных судах, например, на многоцелевом военно-транспортном самолете. В том же году ЦИАМ и Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации разработали техзадание на техническое предложение по такому двигателю. В пермском ОАО «Авиадвигатель» приступили к проектированию ПС-12, но полномасштабное финансирование так и не началось. Победителем тендера на создание ближне-среднемагистрального лайнера в 2003 году стал МС-21 – магистральный самолет XXI века. Так переименовали возрожденный, наконец, проект Як-242. На авиасалоне МАКС-2003 объявили сроки создания: сертификацию наметили на 2008 год. Но эта дата раз за разом Макет самолета МС-21 (1) А. И. Фёдоров (2) А. А. Иноземцев (1) переносилась. Одна из причин – всё тот же недостаток финансирования. Разработчики самолета планировали, что на первоначальном этапе серийного выпуска будут использовать зарубежные двигатели. Алексей Фёдоров, президент корпорации «Иркут», которая поглотила ОКБ им. А. С. Яковлева, в 2007 году заявлял, что «есть вариант установки ПС-12, который в свое время проектировали "Пермские моторы", возможно, это будет совместное производство с западными компаниями. Но если они не смогут создать двигатель до 2012 года, то "Иркут" будет искать зарубежный двигатель» [76]. «Я ходил с проектом… больше 10 лет по разным кабинетам, и мне посто- (2) янно задавали вопрос: зачем иметь всё своё? – Рассказывал генеральный директор пермского АО «Авиадвигатель» А. А. Иноземцев. – Зачем делать свои материалы, когда можно всё купить на Западе? <…> Я всегда был убежден, что даже если мы все вместе будем в НАТО, нам никто не даст ничего самого современного. Потому что это конкуренция. Это раз. И второе – в авиадвигателестроении практически все ключевые технологии двойные. То есть они используются и в гражданском, и в военном двигателестроении. Поэтому никто никогда бы нам не дал самого современного, нас всегда держали бы на вторых ролях» [39].
Двигатели гражданских самолётов России Макет двигателя ПД-14. 2014 Дело сдвинулось с мертвой точки только тогда, когда в 2007 году вопреки рекомендациям многих членов правительства президент России принял волевое решение финансировать проект создания российского двигателя. Вскоре после этого произошли изменения и в программе МС-21. «В начале 2008 года НПК "Иркут" и АХК "Сухой" до- говорились о разделе рынка среднемагистральных пассажирских самолетов. Было решено, что "Иркут" займется семейством МС-21 вместимостью от 150 кресел и выше. А "Сухой" вдобавок к Sukhoi Superjet 100 (SSJ100) "первой генерации" номинальной вместимостью 96 пассажиров создаст две машины "второй генерации" – SSJ110 и SSJ130 на 110 и 130 человек соответственно. <…> При этом президент "Иркута" Олег Демченко отметил, что соглашение завершило период "трёх лет мучительных боев" внутри Объединенной авиастроительной корпорации (ОАК)» [76]. 541 Поскольку планируемая пассажировместимость МС-21 выросла, увеличилась и взлетная масса самолета. Тяги ПС-12 ему бы уже не хватило. К тому же за время «простоя» цены на нефть и авиакеросин резко ушли вверх, и заложенный удельный расход топлива ПС-12 перестал соответствовать требованиям по экономичности. Пришлось делать новый проект двигателя, который поначалу носил название ПС-14, а затем был переименован в ПД-14 («пермский» или «перспективный двигатель», расчетная тяга на взлете 14 тс).
542 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Двигатель ПД-14 в мотогондоле. Международный форум двигателестроения. 2016
Двигатели гражданских самолётов России 543
544 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Двигатель ПД-14 в сборочном цехе В 2008 году была принята программа «Создание на базе перспективного газогенератора семейства турбореактивных двигателей для пассажирской и транспортной авиации, а также семейства газотурбинных двигателей наземного применения». Базовый авиадвигатель нужно было создать до 2015 года, а с 2016-го по 2035 год рассчитывали продать 2500 экземпляров. Для реализации таких смелых планов была организована широкая кооперация почти всех авиадвигателестроительных фирм России во главе с пермским предприятием. Таким образом, работа в нужном масштабе развернулась с опозданием примерно на десять лет. Проект ПД-14 уже не очень походил на ПС-12. Для уменьшения расхода топлива понадобилась двухступенчатая турбина высокого давления, у которой КПД был больше, чем у одноступенчатой, на 5,7%. Для той же цели пришлось увеличить степень повышения полного давления в компрессоре высокого давления с 13,6 до 16,8 и добавить ему две ступени. Удельный расход топлива на крейсерском режиме для базового двигателя должен был составить 0,529 кг/кгс*ч. Специалисты понимали, что упущено много времени, и теперь любое промедление грозило обернуться очень серьезными для страны последствиями. «МС-21 должен быть выведен на рынок в 2016 году, а уже с 2020–2022 года на рынок начнут оказывать влияние предложения среднемагистральных самолетов нового поколения от Boeing и Airbus. Таким образом, у МС-21 есть всего пять лет, когда он будет существовать в относительно комфортных рыночных условиях. За это время сейчас предполагается продать порядка 600 самолетов. Опоздание с выводом МС-21 на
Двигатели гражданских самолётов России рынок на каждый год – это примерно минус сто проданных самолетов», – писали в 2009 году аналитики [Там же]. «Экспансия зарубежных фирм на отечественном рынке гражданской авиации ставит нас перед неутешительным фактом: если к 2015–2017 годам мы не создадим свой конкурентоспособный двигатель, в небе России в течение ближайших 20–25 лет будут летать только импортные самолеты. Это значит, что самолеты российского производства будут не нужны, как и сам российский авиапром в принципе. Объяснять не надо, что не только для отрасли, но и для страны это будет катастрофа», – предупреждал в 2012 году В. А. Скибин, научный руководитель ЦИАМ им. П. И. Баранова [185]. Но увы, работа по созданию ПД-14 и самолета МС-21 продолжала отставать от планов. Одна из главных причин – отсутствие научно-технического задела в нужном объеме. Он создавался ЦИАМ в основном за собственные скудные средства, зарабатываемые иностранными заказами, и его было совершенно недостаточно. «В идеале создание перспективного двигателя должно идти по отработанной методологии, принятой во всем мире, пояснял В. А. Скибин. – Суть этой методологии в том, что нельзя начинать опытно-конструкторские работы, пока нет научно-технического задела (НТЗ). Пока нет результатов выполненных научно-исследовательских и технологических работ, обеспечивающих создание прототипа или опытного образца авиационной техники. <…> Мы приступили к созданию двигателя пятого поколения, не имея НТЗ... Но для нас накопление НТЗ стало бы промедлением, подобным смерти. Мы вынуждены идти путем "стройки с колес", немедленно приступить к опытно-конструкторской разработке…» [Там же] 545 Нехватку задела приходилось компенсировать весьма значительными финансовыми затратами. Но никакие деньги невозможно быстро «превратить в двигатель», не имея нужной основы. И тем временем, в 2010–2011 годах, фирмы Airbus и Boeing объявили о начале работы над проектами В737МАХ и А320neo. Главным их новшеством были как раз таки двигатели следующего поколения! И сразу на эти лайнеры хлынул вал заказов. Так, за полтора года до первого полета было заказано уже 2010 экземпляров В737МАХ (а на начало 2019-го – больше 4500, тогда как на МС-21 – всего 175). В России продолжалась работа над МС-21 и ПД-14. В ноябре 2010 года состоялся первый запуск газогенератора на стенде. В 2012-м был собран и запущен на стенде двигатель-демонстратор. В 2014-м Иркутский авиазавод начал сборку опытных МС-21. В следующем году Двигатель ПД-14 на самолете Ил-76ЛЛ
546 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей (1) (2) (1) Двигатель ПД-14 на открытом стенде двигатель ПД-14 уже испытывался на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. В 2017-м опытный самолет МС-21 совершил первый полет, но в небо его подняли американские двигатели PW1400G-J. Российский ПД-14 прошел испытания и получил сертификат типа Росавиации только 15 октября 2018 года (первоначально планировалось, что это произойдет в 2012-м, затем – что в 2015-м). (3) ПД-14 – это турбореактивный двухконтурный двухроторный двигатель с раздельным истечением потоков из наружного и внутреннего контуров. Рабочие лопатки его одноступенчатого вентилятора – титановые, широкохордные, полые, без бандажных полок, с переменной (прямой и обратной) стреловидностью по передней кромке. Такая их конструкция позволяет достичь высокого КПД вентиля- (3) Схема двигателя ПД-14 (2) Двигатель ПД-14 на самолете Ил-76ЛЛ тора, снизить окружную скорость на концах рабочих лопаток для уменьшения шума и обеспечить их высокую стойкость при попадании посторонних предметов, в том числе птиц. Масса корпуса вентилятора получается меньшей, так как полые лопатки имеют меньшую пробивную силу при обрыве, чем сплошные. Между лопатками установлены платформы, которые образуют втулочный профиль проточной части. Лопатки крепятся к диску вентилятора, который выполнен с тремя полотнами, что позволяет сделать его равнопрочным и уменьшить массу. Коническая форма кока ограничивает образование и накопление льда. К тому же кок в условиях обледенения обогревается горячим воздухом. Вентилятор снабжен системой слабого звена. Она имеет те же функции, что и аналогичная система на двигателе SaM146, но выполнена по-другому. Лопатки спрямляющего аппарата установлены между семью стойками промежуточного корпуса, что дает возможность расположить их на большом расстоянии от рабочих лопаток. Это одно из мероприятий по уменьшению шума вентилятора. За тремя подпорными ступенями установлены клапаны перепуска, которые защищают компрессор высокого давления от помпажа при сбросе оборотов.
Двигатели гражданских самолётов России (4) Широкохордные полые титановые лопатки вентилятора двигателя ПД-14 547 (5) Двигатель ПД-14. Газогенератор, турбина низкого давления (5) (4) (6) Двигатель ПД-14. Промежуточный корпус, корпус вентилятора (6) (7) Двигатель ПД-14. Створки реверсивного устройства в убранном положении (7)
548 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей (1) (1) Двигатель ПД-14. Вид со стороны сопел (2) Двигатель ПД-14. Шевронное сопло наружного контура. Обечайка мотогондолы сдвинута назад (2) Механизация восьмиступенчатого компрессора высокого давления включает в себя регулируемый входной направляющий аппарат и два ряда поворотных направляющих аппаратов двух следующих ступеней. Они обеспечивают беспомпажную работу на переходных режимах. Ротор барабанно-дискового типа имеет две сварные секции, которые соединяются между собой и с рабочими колесами первых двух ступеней болтами, что уменьшает вес конструкции и повышает ремонтопригодность. Эти две ступени – моноколеса, а диск первого рабочего колеса состоит из двух полотен, потому что первая рабочая лопатка широкохордная. После четвертой ступени корпус выполнен двойным, что позволяет регулировать радиальные зазоры, за счет чего повышается КПД компрессора. Диффузор камеры сгорания выполнен срывным – так, чтобы за ним существовала постоянная система вихрей, благодаря которой давление и скорость потока воздуха распределяются одинаково на всех режимах работы двигателя. Жаровая труба – кольцевая, сегментной конструкции. Это позволяет снизить температурные напряжения и увеличить время надежной работы, а также дает возможность применить новые материалы и более эффективные методы охлаждения. Двухконтурных центробежных форсунок с воздушным распылом – 24 штуки. Двухступенчатая турбина высокого давления – охлаждаемая. Имеет промежуточный диск, который несет трактовое кольцо с гребешками лабиринтного уплотнения. Монокристаллические рабочие лопатки отлиты из жаропрочного сплава, легированного рением и рутением. Турбина низкого давления – шестиступенчатая. Охлаждаются только лопатки соплового аппарата первой ступени. Рабочие лопатки турбины крепятся к дискам замками типа «ласточкин хвост» – так же, как на зарубежных двигателях пятого поколения с большой степенью двухконтурности.
Двигатели гражданских самолётов России (3) 549 «При создании ПД-14 разработчики с самого начала сделали ставку на отечественные материалы. Было ясно, что российским компаниям ни при каких условиях не предоставят доступ к новым материалам зарубежного производства. <…> Но создать материал – полдела. Иногда российские металлы превосходят по качеству зарубежные, но для их использования в гражданском авиадвигателе необходима сертификация по международным нормам. Иначе двигатель, как бы он ни был хорош, не допустят к полётам за пределами России» [248]. Обе турбины снабжены системой управления радиальными зазорами, основанной на обдуве воздухом их корпусов. Реверсивное устройство – решетчатого типа. Сопла первого и второго контура – нерегулируемые. В двигателе широко применяются сотовые звукопоглощающие панели, в том числе и в горячем тракте. Система автоматического управления – электронная цифровая с полной ответственностью (типа FADEC). Для ПД-14 было разработано 16 критических технологий – то есть тех, без которых создать конкурентоспособный двигатель пятого поколения было бы невозможно. Среди них – изготовление широкохордных пустотелых титановых лопаток с применением технологий сверхпластичного деформирования и диффузионной сварки, высокотемпературных турбин, работающих при температуре газа 2000 K, малоэмиссионной камеры сгорания из интерметаллидного сплава и другие. Ведущая роль в этой работе принадлежит ЦИАМ и пермскому ­АО ­«ОДК-Авиадвигатель». Пришлось также совершить рывок и в области перспективных материалов. За это направление отвечал Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ). Для ПД-14 было разработано 20 новых высокотемпературных металлических, интерметаллидных, композиционных, керамических и других материалов. В 2019-м корпорация «Иркут» получила первые двигатели ПД-14 для летных испытаний, которые должны окончиться сертификацией МС-21 с российской силовой установкой. В ближайшее время планируется провести доводку двигателя и сертифицировать его по нормам Европейского агентства авиационной безопасности. (3) Самолет МС-21-300. Второй опытный самолет с двигателями PW1400G компании Pratt & Whitney (4) Самолет МС-21-300 в испытательном полете с двигателями PW1400G компании Pratt & Whitney (4)
550 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Первый опытный самолёт ­МС-21-300 с двигателями PW1400G компании Pratt & Whitney
Двигатели гражданских самолётов России 551
552 ЧАСТЬ 6. Пятое поколение газотурбинных двигателей Вентилятор двигателя ПД-14 Сроки начала серийного производства МС-21 тоже не были выдержаны: в последний раз их сдвинули на 2021 год, но говорится о возможном переносе на ­2025-й: ко всем трудностям добавились санкции против Объединенной авиастроительной корпорации и «Ростеха». По планам, половина из первых 630 серийных самолетов МС-21 будет оснащаться американским двигателем, половина – российским. С 631-го самолета он будет комплектоваться ПД-14 с возможностью установки PW1400G-J по желанию заказчика. По информации разработчиков самолета, он имеет преимущества перед своими более успешными конкурентами, Boeing B737MAX и A320neo. Во-первых, среди всех узкофюзеляжных лайнеров МС-21 имеет самый широкий фюзеляж. Это сокращает время пребывания в аэропорту, то есть снижает затраты авиакомпаний, увеличивает емкость багажных отсеков и делает условия более комфортными для экипажа и пассажиров. Еще одно принципиальное отличие МС-21 – крыло из полимерных композиционных материалов. Такого в серийном мировом авиастроении еще никто не делал. «"Когда технологии, которые разработали и освоили в России, подтвердят свое право на существование с точки зрения надежности ресурса и дешевизны, это откроет огромные возможности для всего российского авиастроения. Если MC-21 получает черное кры- ло за счет этих технологий, то и все остальные самолеты, которые будут создаваться в России, смогут строиться на этой технологии. А это создает огромные преимущества и по весу самолета, и по аэро­динамике, и по летным характеристикам, и по стоимости", – говорит Роман Гусаров [руководитель портала Avia.ru]. – Поэтому Россия не просто пошла на большой риск, в случае победы ее ждет огромная выгода» [238]. Среди достоинств МС-21 называют еще более высокую крейсерскую скорость (870 км/ч) и более низкую цену. «"Сегодня Boeing и Airbus производят более 600 самолетов [в год] на пару. Мы с нашими 60–70 самолетами легко вклинимся, они даже особо эту конкуренцию с нашей стороны и не заметят", – заключает эксперт» [Там же].
Двигатели гражданских самолётов России 553 Самолет МС-21 с двигателями ПД-14. Трехмерная модель счету и всей страны. Ведь от того, состоится проект или нет, зависит, сохранит ли Россия компетенции в сфере гражданского авиастроения, недоступные большинству стран мира. Государств, способных разрабатывать авиадвигатели, меньше, чем тех, что имеют ядерное оружие или могут создавать орбитальные космические станции. Но если в стране на несколько лет прекращают делать двигатели, если научная, опытно-конструкторская и производственная деятельность практически останавливается, то восстановление этой возможности потребует очень больших затрат. В таких условиях проект, каким бы На основе МС-21 можно будет построить модификации увеличенной пассажировместимости и дальности. Для этого предполагается создать разные варианты двигателя, например, дросселированный ПД-14А тягой 12,5 тс и форсированный ПД-14М тягой 15,6 тс. На базе того же унифицированного газогенератора возможна разработка модификаций ПД-10В и ПД12В для вертолетов, а также промышленных газотурбинных установок мощностью от 8 до 16 МВт. Трудная и полная препятствий история двигателя ПД-14 – это не просто хронология одной из программ определенного КБ. Это новейшая история всей отечественной авиапромышленности, а по большому «В последние годы общественному сознанию упорно навязывается мысль, что в России не умеют делать качественную авиатехнику. А это неправда! – негодует О. Ганович [летчикиспытатель ЗАО «Авиастар-СП», одного из участников кооперации по созданию МС-21]. – Особенно обидно, что любой, даже незначительный, инцидент, связанный с российскими самолетами или с двигателями, раздувается прессой. Подобные же случаи с участием западной техники проходят незамеченными, как штатные ситуации. Для того, чтобы противники отечественной авиации не имели ни одного шанса бросить камень в наш огород, мы должны делать еще более надежную и безопасную технику». Осипова О. «Авиастар-СП» верит в пермские двигатели! // Пермские авиационные двигатели. – 2010. – № 20 (март) прорывным он ни был, с высокой вероятностью становится убыточным. А если разработка авиадвигателей прекратится на еще больший срок, то страна рискует потерять эту способность навсегда. Поэтому, несмотря на все сложности, связанные с необходимостью преодолеть отставание, ПД-14 – это проект стратегической важности, который наша страна обязана реализовать. Единственный полностью российский гражданский авиадвигатель, ПД-14 позволит нам вернуть самостоятельность в сфере гражданского авиапрома, который сейчас весьма зависим от зарубежных производителей. Модификациями на основе ПД-14 можно будет оснастить практически всю линейку гражданских отечественных самолетов ближайшей перспективы, а также вертолеты и промышленные объекты, что будет способствовать обеспечению независимости во многих сферах национальной экономики. Создание современного турбореактивного двигателя уже на этапе разработки и доводки «подтягивает» развитие практически всех отраслей промышленности – от металлургической и химической до легкой, это тысячи предприятий и десятки научных институтов. А потеря компетенций по гражданскому авиадвигателестроению может привести к ослаблению позиций страны и в сегменте создания военной авиатехники, который является одной из основ национальной безопасности. От того, сможем ли мы восстановить собственное гражданское авиастроение, во многом зависит будущее страны и её положение в мире.
554 П О Я С Н Е Н И Я В начале каждой главы приводится таблица с параметрами и выходными данными двигателей. Главной величиной, которая характеризует реактивный двигатель, является создаваемая им тяга. Полностью это важнейшее свойство двигателя описывают его высотно-скоростные характеристики. Значения тяги приведены на некоторых характерных режимах: форсажном, максимальном и номинальном при нулевой скорости и на уровне моря. Размерность указывается в кгс, так как для большинства двигателей, которые описаны, тяга измерялась именно в этих единицах. Читателю будет легче представить её величину в этом случае, чем если бы значение тяги приводилось в кН, как это стало принятым в последние примерно двадцать лет в специальной литературе. Тем более что при переводе из одной системы единиц в другую всегда возможны ошибки. По той же причине температура газа перед турбиной на максимальном режиме приводится в кельвинах, а не в градусах Цельсия. Любознательный читатель всегда сможет получить её значение в привычной размерности, отняв от имеющегося в таблице значения 273К. И это будет значение среднемассовой температуры, которая меньше максимально возможной на 10 и даже 20%. А именно это значение должны выдержать детали газовой турбины. Следует отметить, что в силу различных подходов в тех или иных ОКБ к термогазодинамическим расчетам авиационных газотурбинных двигателей температура газа перед турбиной может К Т А Б Л И Ц А М указываться в трех различных сечениях газовоздушного тракта. Перед сопловым аппаратом первой ступени турбины, в его горле или перед рабочим колесом. В некоторых двигателях эти значения могут отличаться на 100, 200 и даже более градусов. Так как данное издание не является справочником, в таблицах приведены значения из использованных источников без приведения данных к одному сечению. Такая работа в большинстве случаев требует изучения документов, имеющихся только в самих ОКБ, да и то при условии их сохранности (временной охват событий в нашей книге занимает 70 лет истории реактивных двигателей). Наиболее полно характеризует возможности реактивного двигателя тяга, приведенная к миделевому сечению, отличающемуся наибольшей поперечной площадью, которая называется лобовой тягой. Так как значение площади миделя приводится в соответствующей литературе достаточно редко, а полной уверенности, что диаметр двигателя указан в источнике для миделевого сечения, нет, то в наших таблицах удельная лобовая тяга определена по площади поперечного сечения двигателя на входе в компрессор, что позволяет достаточно объективно судить о тяговых возможностях реактивных двигателей и сравнивать их между собой. Но сравнение реактивных двигателей с форсажной камерой и без неё в этом случае будет некорректным. Суммарная степень повышения полного давления в компрессоре показывает, во сколько раз полное давление перед компрессором будет меньше такового на выходе из него. Данный параметр обычно указывается для описываемых двигателей на максимальном режиме в статических условиях. Масса двигателя указывается сухая и, как это принято, только с двигательными агрегатами. Удельным весом двигателя называется сухой вес двигателя, отнесенный к его тяге. Обычно это максимальная стартовая тяга. Вес, численная величина силы тяжести, действующей на тело, находящееся вблизи земной поверхности (область полета самолетов может считаться таковой) измеряется в единицах силы (Н, кгс и др.). Следовательно, размерность удельного веса должна быть записана как кгс/кгс или Н/Н. Обычно в случае одинаковой размерности физических величин в числителе и знаменателе удельной характеристики можно записывать её как безразмерную. В таблицах для однозначности указана размерность кгс/кгс. Встречающуюся в литературе запись кг/ кгс следует приводить для удельной массы двигателя. Расход воздуха характеризует размерность двигателя и представляет собой количество воздуха, проходящее через двигатель в единицу времени. Обычно приводится на максимальном режиме в статических условиях. Удельным расходом топлива называется часовой расход топлива, отнесенный к тяге двигателя. Измеряется в кг топлива/кгс тяги в час. В таблице приводится на некоторых характерных режимах.
Двигатели гражданских самолётов России 555 Б И Б Л И О Г Р А Ф И Ч Е С К И Й С П И С О К 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. «НК» – в небе, не земле и в космосе // Авиакосмическое обозрение. – 2005. – № 5. С. 210–213. «Пермские моторы» на «МАКС-2005» // Авиакосмическое обозрение. – 2005. – № 5. С. 220–221. «Сатурн» сегодня // Авиакосмическое обозрение. – 2004. – № 2. С. 76–79. Nemecek V. Ceskoslovenska letadla. Sv.1 ,2. – Praha: Nase vojsko, 1985. Nemecek V. Civilna letadla. Sv.1. – Praha: Nadaz, 1981. – 392 с. Августинович В. Г. Битва за скорость. Великая война авиамоторов. – М.: Яуза, Эксмо, 2010. – 448 с. Авиадвигателестроение: Энциклопедия / Общ. ред. и предисл. проф. Чуйко В. М. – М.: Авиамир, 1999. – 300 с. Авиадвигатели «Сатурна» / Под ред. Кузменко М. Л. – М.: Полигон пресс, 2003. – 320 с. Авиадвигатель НК-93: трудный путь становления // Авиакосмическое обозрение. – 2005. – № 3. С. 142–143. Авиационная энциклопедия в лицах. Отечественная военная и гражданская авиация / Ефимов А. Н.; Ред. Попович П. Р. – М.: Барс, 2007. – 712 с. Авиационные двигатели Павла Соловьева. Информационный каталог. – АО «ОДК-Авиадвигатель», 2017. – 54 с. Авиационные двигатели: Сборник справочных материалов / Авт.: Бортников М. Т., инж. Владимиров В. Д., инж. Вульфович Ю. В. [и др.]; Под ред. Левина М. А., Сеничкина Г. В. – М.: Машгиз, 1951. – 244 с. Авиационные моторы АШ-82Ф и АШ-82ФН. – М.: Оборонгиз, 1944. – 242 с. Авиационные моторы военных воздушных сил иностранных государств, М.: Воениздат, 1939. – 168 с. Авиационные моторы М-11Д, М-11К и М-11Л. – М.: Оборонгиз, 1951. Авиационный двигатель АИ-14Р: Техн. описание / Сост. Черный Г. Ф. и др. – М.: Оборонгиз, 1961. – 124 с. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. Авиационный двигатель АШ-82Т: Иллюстрированный справочник взаимозаменяемости и спецификация деталей и узлов / Сост. Борзунов А. М., Галушко П. А., Соколов Л. П. и др. – М.: Машиностроение, 1965. – 295 с. Авиационный двигатель ПС-90А / Иноземцев А. А., Коняев Е. А., Медведев В. В. и др.; Под ред. А. А. Иноземцева. – М.: Либра-К, 2007. – 320 с. Авиационный двухконтурный двигатель Д-30КУ. Техническое описание. – М.: Машиностроение, 1975. – 192 с. Авиационный мотор АШ-21. Описание конструкции / М-во авиац. пром-ти Союза ССР; Сост. инж. Бондаренко И. Д. и Макаров А. А. – М.: Оборонгиз, 1948. – 340 с. Авиационный мотор АШ-62ИР. – М.: Оборонгиз, 1947. Авиационный мотор АШ-82ФН / М-во авиац. пром-ти СССР. – М.: Оборонгиз, 1947. – 250 с. Авиационный мотор АШ-82ФН. – М.: Оборонгиз, 1953. Авиационный мотор М-11 типа Г: Руководство по ремонту и эксплуатации. – М.: Наркомтяжпром, 1939. – 418 с. Авиационный мотор М-11. – М.: Воениздат, 1939. Авиационный мотор М-11-100 л. с. Описание и инструкция по монтажу, установке и уходу за мотором / Управление военно-воздушных сил РККА. – М.: УВВС РККА, 1931. – 254 с. Авиационный мотор М-11Д. – М.: Оборонгиз, 1943. Авиационный мотор М-11ФР-1. – М.: Оборонгиз, 1949. Авиационный мотор М-15. – М.: ОГИЗ, 1933. Авиационный мотор М-26. – М.: ОГИЗ, 1933. Авиационный турбовинтовой двигатель АИ-20Д (3 серия). Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. – М.: Машиностроение, 1969. – 312 с. Авиационный турбовинтовой двигатель АИ-24 II серии. Техническое описание. – М.: Авиаэкспорт, 2007. – 280 с. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. Авиационный турбовинтовой двигатель НК-12МВ серии 4. Кн I. Техническое описание. – М.: Машиностроение, 1966. – 387 с. Авиационный турбореактивный двигатель РУ19А-300. Руководство по эксплуатации и техническому обслуживанию. – Ростов-на-Дону: ЗАО «АНТЦ "ТЕХНОЛОГ"», 2001. – 188 с. Авиационые двухконтурные двигатели Д-30КУ и Д-30КП (конструкция, надежность и опыт эксплуатации) / Лозицкий Л. П., Авдошко М. Д., Березлев В. Ф. и др. – М.: Машиностроение, 1988. – 288 с. Авиация ВВС России и научно-технический прогресс: боевые комплексы и системы вчера, сегодня, завтра / Под ред. Федосова Е. А. – М.: Дрофа, 2005. – 737 с. Авиация ПВО России и научно-технический прогресс: боевые комплексы ФЗЗ и системы вчера, сегодня, завтра / Под ред. Федосова Е. А. – М.: Дрофа, 2004. – 816 с. Адлер Е. Как создавался Як-42 // Крылья Родины. – 1999. – № 9. С. 5. Александр Иноземцев: «ПД-14 – достижение всех двигателестроителей России» // Пермские авиационные двигатели. – 2016. – № 35 (апр.). С. 6–9. Александрова О. Первым делом моторы, а все остальное – потом // Военно-промышленный курьер [сайт]. – 2006. – 24 мая. [URL: https://www.vpk-news.ru/ articles/3412]. Амелькин А. Н., Владимирова М. Б. Самолет-лаборатория Ту-134СХ // Техника воздушного флота. – 1992. – №1–3. С. 52–53. Амирьянц Г. А. Летчики-испытатели. Туполевцы. – М.: Кучково поле, 2008. – 760 с. Ан-225: второе пришествие // Авиация и время. – 2001. – № 50 (Спецвып.). С. 4–17. Ан-38 / Самолет местных воздушных линий // Отраслевое агентство «Авиапорт» [URL: https://www.aviaport.ru/directory/ aviation/an38/].
556 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. Андрей Николаевич Туполев. Грани дерзновенного творчества. – М.: Наука, 1988. – 248 с. Арлазоров М. С. Винт и крыло. Несколько страниц истории авиации. – М.: Знание, 1980. – 176 с. Бажанов А., Медведь А. ММПП «Салют» – страницы истории. – М.: Восточный горизонт, 2002. – 304 с. Башкатов И. Г. Освоение производства двигателя ПС-90А2 // Двигатель. – 2008. – № 1. С. 26–27. Баяндин А. Эволюция двигателя ПС-90А // Пермские авиационные двигатели. – 2017. – № 38 (июнь). С. 14–19. Бе-200. Практическая аэродинамика. Учеб. пособие. – Таганрог: ТАНТК им. Г. М. Бериева, 2003. – 84 с. Безбородов В. О «Руслане» //Авиация и космонавтика. – 1991. – № 3. С. 23–26, 31. Беляев В. В. Пассажирские самолеты мира. – М.: АСПОЛ, Аргус, 1997. – 336 с. Беляев В. В., Ильин В. Е. Российская современная авиация. – М.: Астрель – АСТ, 2001. – 320 с. Берне Л. П., Боев Д. А., Ганшин Н. С. Оте­ чественные авиационные двигатели – ХХ век. – М.: Авико Пресс, 2003. – 208 с. Бобошин Н. Потомок «Пчёлки». Самолет Ан-38 // Крылья Родины. – 1998. – № 2. С. 12. Богуслаев В., Захаров П. Мягкая сила кооперации // Военно-промышленный курьер. – 2018. – № 38. Быстрее всех. Беседа с создателями сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144 // Наука и жизнь. – 1969. – № 3. С. 34–36. Валь В. В. Зачем нам нужен воздушный флот / Общество друзей воздушного флота; Под ред. Вейгелина К. Е. – М.: Военный вестник, 1923. – 23 с. Васильев Н. Военно-транспортные самолеты Ил-76 и Локхид С-141 «Старлифтер» // Авиация и космонавтика. – 1983. – № 8. С. 26–27. Васин И. С., Егоров В. И., Муравьев Г. Г. Аэродинамика самолета Ил-76Т / Под ред. Новожилова Г. В. – М.: Транспорт, 1983. – 165 с. Вениаминов Р. Эпоха «классиков». Как Ил-62 стал «бортом № 1» // АиФ: [сайт]. – 2016, 12 фев. [URL: http://www. kazan.aif.ru/society/epoha_klassikov_ kak_il-62_stal_bortom_1]. Вестник Архива Президента Российской Федерации. Советская Армия: годы реформ и испытаний: В 2 т. Т. 1 / Гл. ред. Кудряшов С. В. – М.: ИстЛит, 2018. – 720 с. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. Вовнянко А. Г. Знакомьтесь: «Мрiя» // Гражданская авиация. –1989. – № 8. Стр. 21–27. Волович З. Ф., Разуваев В. К. Летная эксплуатация самолета Ли-2. – М.: РИО Аэрофлота, 1946. – 136 с. Воспоминания Пащенко B. C. 12 лет жизни МКБ // Сайт Омского авиационного колледжа имени Н. Е. Жуковского [URL: https: www.oat.ru/content/ vospominaniya-pashchenko-vs]. Вотинцев А. С., Иванов В. А. Авиационный мотор М-11. – М.: Воен. изд-во, 1941. – 254 с. Вульфов А. «Змей Горыныч» // Авиация и космонавтика. – 1999. – № 9. Вульфов А., Колесник Д. «Рабочая лошадка» Ту-154: 30 лет в небе // Авиация и космонавтика. – 1998. – № 11–12. С. 24–32. Генеральный конструктор А. А. Саркисов / Коровин В. Н. – М.: Международный объединенный биографический центр, 2016. – 280 с. Генеральный конструктор Александр Сергеевич Новиков / Лукичёв М. – Рыбинск: Издательство РМП, 2019. – 288 с. Генеральный конструктор П. А. Соловьёв. О времени и о себе / Калинина Л. – Рыбинск: РМП, 2009. – 200 с. Герасимов В. Т. Тайны авиакатастроф. В 2 кн. – М.: Воздушный транспорт, 2009, 2011. Гилерсон А. Г. Эффективность реверсивных устройств при торможении самолетов. – М.: Машиностроение, 1995. – 192 с. Головченко М. Ан-140 отказывается от Украины // Интернет-портал «Свободная пресса – Поволжье». – 2016. – 30 мая [URL: https://pfo.svpressa.ru/war21/ article/3157/]. Гриценко Е. А., Игначков С. М. Человек-легенда. Николай Дмитриевич Кузнецов. К 100-летию со дня рождения. – Самара: Агни, 2011. – 352 с. Грицкова А., Пантелеев О. Когда время дороже денег // Отраслевое агентство «Авиапорт» [сайт] [URL: https://www. aviaport.ru/news/2009/12/14/186967. html]. Громов М. М. На земле и в небе. – Жуковский: Печатный двор, 1999. – 512 с. Даффи П., Кандалов А. А. Н. Туполев. Человек и его самолеты. – М.: Моск. рабочий, 1999. – 264 с. Двигатели-2006. Краткий справочник по отечественным авиационным двигателям, эксплуатируемым в 2006 г. 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92. 93. 94. 95. 96. в России, странах СНГ и за рубежом // Взлет. – 2006. – № 4 (апр.) Двигатель АШ-62ИР: Иллюстрированная спецификация и справочник взаимозаменяемости деталей и узлов / Сост. Мацнев А. И., Гуров В. И., Захаров И. А., Качкин И. А. – М.: Оборонгиз, 1962. – 242 с. Двигатель Д-30КП «Бурлак». Руководство по технической эксплуатации 580000100РЭ. – 2005. – 460 с. Двигатель НК-86. Руководство по технической эксплуатации. Книга первая. Разделы 72, 73. – М.: Транспорт, 1986. – 1082 с. Двигатель ПС-90А. Руководство по технической эксплуатации 94-00-807 РЭ. Кн. I. Разделы 072.00.00, 070.00.00. – 1990. – 716 с. Дворниченко В. Проблемы «разнотяговости» в ГА // Авиакосмическое обозрение. – 2005. – № 5. С. 228–231. Двухконтурный двигатель АЛ-55И. Руководство по эксплуатации 55И-АММ. – М.: НПО «Сатурн», НТЦ им. А. М. Люльки, 2010. – 560 с. Деловери В. Первый трансконтинентальный. (Ту-114) // Гражданская авиация. – 1989. – № 7. Дмитриев В. Г. Як-42М – ближнемагистральный самолет // Гражданская авиация. –1990. – № 9. С. 16–18. Дроздов С. В. Потерянное поколение птиц стальных. Глубокие модификации // Крылья Родины. – 2015. – № 7–8. С. 174–182. Дынкин А. Л. Самолет начинается с двигателя. Кн. 1–3. – Рыбинск: Рыбинское подворье, 1995; 1998; 1999. Егер В. С. Неизвестный Туполев. – М.: Яуза, Эксмо, 2008. – 352 с. Ельцов Г. АНТОНОВ-124. История воздушного превосходства. – М.: Зебра, 2011. – 304 с. Ерофеев В. Ф., Сукридин А. А. Двухконтурный турбореактивный двигатель Д-20П. Учеб. пособие. – М.: РИО, 1966. – 344 с. Жильцов А. Версия авиационной конверсии (Ил-114, Ил-96-300 и т. д.) // Авиация и космонавтика. –1990. – № 10. С. 16–17. Журнал «Сатурн» – 2009. – № 9 (Спецвып.). С. 5–23. Заболотский А., Сальников А. Неизвестный Бериев. Гений морской авиации. – М.: Яуза, Эксмо, 2009. – 412 с. Закиев Р. В России начались испытания нового авиационного двигателя //
Двигатели гражданских самолётов России 97. 98. 99. 100. 101. 102. 103. 104. 105. 106. 107. 108. 109. 110. 111. 112. 113. Интернет-портал «Российской газеты» [URL: https://rg.ru/2016/09/16/v-rossiinachalis-ispytaniia-novogo-aviacionnogodvigatelia.html]. Засыпкин Ю., Берне Л. Судьбу самолета решили политики // Авиация и космонавтика. – 2003. – № 1. С. 6–10. Захаров А. ПС-90А: семейство двигателей для пассажирских и транспортных самолетов // Взлёт. – 2014. – дек. (Спецвып.). С. 12–19. Зачем нужен коммерческий воздушный флот СССР? – М.: Изд-во Добролета, 1924. – 31 с. Заярин В. Неприхотливый трудяга / Авиация и время. – 2002. – № 2. Заярин В. Турбовинтовой наследник Ан-2 // Авиация и время. – 2004. – № 4. Заярин В., Краснощеков А. Античный герой XX века // Авиация и время. – 1997. – № 5. Заярин В., Совенко А., Краснощеков А. «Ты, как из сказки богатырь...» // Авиация и время. – 2000. – № 1. С. 4–20, 37–39. Заярин В., Совенко А. Народный лайнер Антонова // Авиация и время. – 2007. – № 2. Звягин А. Г. Конфигурация ПД-14 утверждена. «Авиадвигатель» прошел «пятые ворота» // Крылья Родины. – 2015. – № 7–8. С. 52. Зимняя эксплуатация самолетов Ли-2 и ТС-62. – М.: РИО Аэрофлота, 1951. Зрелов В. А. Отечественные газотурбинные двигатели. Основные параметры и конструктивные схемы. – М.: Машиностроение, 2005. – 336 с. Зрелов В. А. Разработка двигателей «НК» большой тяги на базе единого газогенератора // Двигатель. – 2018. – № 1. С. 20–24. Зрелов В. А., Карташов Г. Г. Двигатели «НК». – Самара: Самар. Дом печати, 1999. – 288 с. Иванов В. А., Вотинцев А. С. Авиационный мотор М-11. – М.: Редиздат Аэрофлота, 1946. Иванов В. П. Авиаконструктор Н. Н. Поликарпов. – Спб: Политехника, 1995. – 223 с. Из истории советской авиации: Самолеты ОКБ имени С. В. Ильюшина / Новожилов Г. В., Лещинер Д. В., Шейнин В. М. и др.; Под ред. Новожилова Г. В. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с. Иноземцев А. А. Вклад генерального конструктора П. А. Соловьёва в развитие авиации и авиадвигателестроения // Крылья Родины. – 2017. – № 5. – С. 8–18. 114. Иноземцев А. А. Павел Соловьёв. Взгляд сквозь время. – Пермь: СИА-Групп, 2017. – 190 с. 115. Иноземцев А. А., Сандрацкий В. Л. Газотурбинные двигатели. – Пермь: ЛАО «Авиадвигатель», 2006. – 1204 с. 116. Иноземцев А. А., Семенов А. Н., Рубинов В. О., Симонов В. Е. Воздухо-воздушный теплообменник для системы охлаждения опор авиационного двигателя ПС-90А // Двигатель. – 2008. – № 1 (55). С. 18–19. 117. Инструкция по зимней эксплуатации самолета К-5 с моторами М-15 и М-22. – М.: Госмашметиздат, 1934. – 35 с. 118. Инструкция по зимней эксплуатации самолета Сталь-2 с мотором М-26. – М.: Госмашметиздат, 1934. – 19 с. 119. Инструкция по техническому обслуживанию мотора АШ-21. – М.: Оборонгиз, 1951. 120. Инструкция по эксплуатации авиационного мотора М-11ФР. – М.: Оборонгиз, 1949. 121. Испытатели [сайт] [URL: https://testpilot. ru/]. 122. История конструкций самолетов в СССР 1951–1965 гг. / Арсеньев Е. В., Берне Л. П., Боев Д. А. и др.; Ред.-сост. Засыпкин Ю. В., Косминков К. Ю. – М.: Машиностроение, 2000. – 824 с. 123. История отечественной авиапромышленности. Серийное самолетостроение, 1910–2010 гг. / Под общ. ред. Соболева Д. А. – М.: Русавиа, 2011. – 432 с. 124. История отечественной гражданской авиации / Алтунин Е. В., Драговоз П. К., Дегтев В. С., Филатов И. А.; Отв. ред. Филатов И. А.; М-во трансп. Рос. Федерации, Департамент воздуш. трансп. – М.: Воздуш. трансп., 1996. – 584 с. 125. Каманин Н. П. Летчики и космонавты / Предисл. маршала авиации Вершинина К. А. – М.: Политиздат, 1972. – 448 с. 126. Карнозов В. Мотор тронулся // Business Guide (Двигателестроение). Приложение № 227 от 10.12.2007. – Издательский дом «Коммерсант» [сайт] [URL: https://www. kommersant.ru/doc/833092]. 127. Киселев В., Калинина Л. Исторические хроники рыбинского завода. – Рыбинск, 1999. – 333 с. 128. Киселев Ю. В., Тиц С. Н. Конструкция и техническая эксплуатация двигателя Д-36. Учеб. пособие. – Самара: Самар. гос. аэрокосм. ун-т., 2006. – 90 с. 129. Кокшаров Н., Максимов И., Гузачев Е. и др. «Пермские моторы» и ЦИАМ – пример эффективного сотрудничества // Двигатель. – 2005. – № 5. С. 24–26. 557 130. Колесник Д. Самый невезучий // М-Хобби. – 2004. – № 3. С. 14–21. 131. Комиссаров С. Як-40 – реактивный первенец местных авиалиний // Авиация и время. – 2013. – № 4. С. 4–27. 132. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей: Учебник для студентов вузов по специальности «Авиационные двигатели и энергетические установки» / Вьюнов С. А., Гусев Ю. И., Карпов А. В. и др.; Под общ. ред. Хронина Д. В. – М.: Машиностроение, 1989. – 368 с. 133. Корниенко О. А. Владимир Лотарев и его яркая звезда // Крылья Родины. – 2014. – № 9–10. С. 116–119. 134. Корниенко О. А. Человек и небо: книга о конструкторе авиадвигателей Ф. М. Муравченко. – Запорожье: Дикое Поле, 2009. – 256 с. 135. Котельников В. Р., Хробыстова О. В., Зрелов В. А., Пономарёв В. А. Двигатели боевых самолетов России. – Рыбинск: Медиарост, 2017. – 616 с. 136. Котлобовский А., Столар М., Мараев Р. «Альбатрос» – птица Пражской весны // Авиация и время. – 2005. – № 6. С. 4–34. 137. Кузнецов В. Д. МАП СССР: штаб великой авиационной державы. 70-летие создания Министерства авиационной промышленности СССР // Крылья Родины. – 2016. – № 1–2. С. 4–16. 138. Кузьмин Ю., Аршинов В. «Командир, у нас левый двигатель горит!» // Двигатель. – 1999. – № 1. С. 38–39. 139. Куликов А. Новый источник энергии // Гражданская авиация. – 1990. – № 3. С. 29. 140. Лабазин П. С. Авиационный мотор АШ-62ИР: Учеб. для сред. спец. учеб. заведений / Отв. ред. Бачулис Э. М. – М.: Транспорт, 1972. – 384 с. 141. Лазарев Л. Л. Коснувшись неба: Об А. А. Архангельском: Повесть. – М.: Профиздат, 1984. – 256 с. 142. Лазарев Л. Л. Сотворение мотора: Документально-худож. повесть. – М.: Профиздат, 1990. – 224 с. 143. Ланшин А. И., Федякин В. Н. О реализации ФЦП «Развитие гражданской авиационной техники России в 2002–2010 и на период до 2015 года» в области авиационного двигателестроения // Двигатель. – 2015. – № 3. С. 2–6. 144. Лапшин А. М., Анохин П. И. Авиационный двигатель М-14П: Учеб. пособие для летных училищ. – М.: Транспорт, 1976. – 229 с. 145. Лебедев Н. М. Самолет У-2: Учебник для летных школ ВВС РККА / Под ред.
558 146. 147. 148. 149. 150. 151. 152. 153. 154. 155. 156. 157. 158. 159. 160. 161. 162. 163. 164. 165. военинж-ра 1 ранга Смолина А. П. – М.: Воениздат, 1937. – 319 с. Легкий пассажирский самолет Ан-14. – 1964. Леонов В. Самолётостроительная магия // Аргументы недели. – 2018. – № 47 (640), 28 нояб. Лещинер Д. Путь в небо Ил-114 // Гражданская авиация. –1990. – № 3. С. 21–28. Лигум Т. И., Скрипниченко С. Ю., Шишмарев А. В. Аэродинамика самолета Ту-154Б. – М.: Транспорт, 1985. – 263 с. Максимович Г. Как «погиб» Ту-144 // Крылья Родины. –1990. – № 3. С. 15–16. Максимович Г. Криогенные страсти // Крылья Родины. – 1990. – № 4. С. 24–25. Марковский В. Антоновский «Верблюд» // АС: Авиационный журнал. – 1993. – № 02–03. С. 36–43. Марковский В., Приходченко И. Крылья ВДВ СССР. Военно-транспортный самолет Ан-12. – М.: Яуза, Эксмо, 2014. – 142 с. Маркуша А. М. «Вам – взлёт!» Книга о профессии летчика. – М.: Дет. лит., 1974. – 206 с. Машиностроение. Энциклопедия. Т. IV–21. Самолеты и вертолеты / Ред. совет: Фролов К. В. (пред.) и др. – М.: Машиностроение, 2010. – 720 с. Медведь А. Н., Бажанов А. И., Ерохин Е. И. «Салют», Москва! От завода № 24 им. М. В. Фрунзе до НПЦ газотурбостроения «Салют». – М.: ЦРТ «Золотое крыло», 2012. – 240 с. Мелик-Карамов В. Жизнь и смерть самолета Ту-144 // Огонёк. – 2000. – № 3. С. 10. Меренков С. В. Итог первых двух лет эксплуатации Ан-140: «самолет состоялся» // Авиакосмическое обозрение. – 2004. – № 2. С. 56–57. Мировой воздушный транспорт // Гражданская авиация. – 1989. – № 8. Михайлов П. Второе рождение? О программе ВТС Ан-70 // Крылья Родины. – 2001. – № 7. С. 10–12. Михайлов П. М. 10 000 часов в воздухе: Из воспоминаний летчика. – М.: Детгиз, 1960. – 288 с. Моисеев В. А. Союз крылатых: Докум. повесть / Вступ. ст. Патона Б. Е. – Киев: Политиздат Украины, 1989. – 239 с. Моргунов Н. Н. Самолет Ли-2: Конструкция и эксплуатация. – М.: Транспорт, 1968. – 251 с. Мостовой М. А. Гидросамолет «КМ-2». – М.-Л.: Изд-во ГУСМП, 1951. На самолет-амфибию Бе-200 могут поставить новый украинский 166. 167. 168. 169. 170. 171. 172. 173. 174. 175. 176. двигатель // РИА Новости [сайт]. – 2018. – 6 сен. [URL.: https://ria. ru/20180906/1527933190.html]. На свалку. Виктор Христенко «похоронил» Ил-96-300 // Lenta.ru. Экономика. – 2009. 21 мая [URL: https://lenta.ru/ articles/2009/08/11/il/]. Научный вклад в создание авиационных двигателей: В 2 кн.: ЦИАМ 1980–2000 / Центр. ин-т авиац. моторостроения им. П. И. Баранова; Под общ. науч. ред. В. А. Скибина и В. И. Солонина. – М.: Машиностроение, 2000. Нерубасский В. В. Турбореактивные двухконтурные двигатели для магистральных пассажирских и транспортных самолетов. Ч. 1. Двигатели большой тяги: Справ. пособие. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьк. авиац. ин-т», 2006. – 262 с. Нерубасский В. В. Турбореактивные двухконтурные двигатели для магистральных пассажирских и транспортных самолетов. Ч. 2. Двигатели средней тяги: Справ. пособие. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьк. авиац. ин-т», 2007. – 378 с. Нерубасский В. В. Турбореактивные двухконтурные двигатели для региональных пассажирских, административных и учебно-тренировочных самолетов. Ч. 3. Двигатели малой тяги: Справ. пособие. – Харьков: Нац. аэрокосм. ун-т им. Н. Е. Жуковского «Харьк. авиац. инт», 2008. – 217 с. Николаев А. Пять десятилетий Павла Соловьёва // Двигатель. – 2003. – № 1. С. 22–27. НК-93: никто кроме нас [документальный фильм] // Аргументы недели [сайт]. – 2011. – 22 апр. [URL: http:// argumenti.ru/society/2011/04/103586]. Новая эра гидроавиации (Бе-200) // Авиакосмическое обозрение. – 2005. – № 5. С. 236–237. Новожилов Г. В. О себе и самолётах Ил. – М.: ОАО «Ил», 2012. – 424 с. Новожилов Г. В., Лещинер Д. В., Марков Г. Л., Егоров Ю. А. Пассажирский самолет-аэробус / В кн.: Теория и практика проектирования пассажирских самолетов / АН СССР. Отд-ние механики и процессов упр.; Редкол.: Новожилов Г. В. (отв. ред.) и др. – М.: Наука, 1976. С. 238–255. Новожилов Г. В., Шейнин В. М. Роль самолетов Ил в развитии отечественной авиации (к 50-летию ОКБ им. С. В. Ильюшина) / В кн.: Исследо- 177. 178. 179. 180. 181. 182. 183. 184. 185. 186. 187. 188. 189. 190. 191. вания по истории и теории развития авиационной и ракетно-космической науки и техники / АН СССР, Ин-т истории естествознания и техники; Редкол.: Б. В. Раушенбах (гл. ред.) и др. – М.: Наука, 1984. С. 128–147. Олейник В., Хвостов А. Станет ли трагедия уроком? // Авиация и космонавтика. – 1990. – № 9. С. 19. Омскому моторостроительному конструкторскому бюро – 50 лет / Рук. ред. совета Костогрыз В. Г. [Электронный вариант юбилейного издания]. – Омск, 2006. – 267 с. Оньков В. И. Эксплуатационный ремонт мотора АШ-62ИР / Под ред. инженеров Крылова А. М. и Генкина Э. Л.; Науч.-исслед. ин-т ГВФ. – М.: Редиздат Аэрофлота, 1947. – 184 с. Опережая время. К 100-летию главного конструктора П. А. Колесова. – Рыбинск, 2015. – 156 с. Орлов В. Н., Орлова М. В. Генеральный конструктор Н. Д. Кузнецов и его ОКБ. – Самара: Волга-Дизайн, 2011. – 200 с. Осипов В., Осипова О. Николай Таликов: «Мечтаю увидеть ПД-35 на наших бортах» // Пермские авиационные двигатели. – 2017. – № 38 (июнь). С. 12–13. Осипов В., Осипова О. Семилетний союз // Пермские авиационные двигатели. – 2013. – № 28. С. 22–25. Осипова О. «Авиастар-СП» верит в пермские двигатели! // Пермские авиационные двигатели. – 2010. – № 20 (март). С. 8–13. Осипова О. ПД-14 – ворота в будущее // Пермские авиационные двигатели. – 2012. – № 25 (апр.). С. 29–31. Основы технологии создания газотурбинных двигателей для магистральных самолетов / Братухин А. Г., Решетников Ю. Е., Иноземцев А. А. и др.; Под ред. Братухина А. Г. и др. – М.: Авиатехинформ, 1999. – 554 с. От «Русского Рено» к «Рыбинским моторам»: Сборник. – Ростов Великий: Журн. «Русь», 1993. – 189 с.: ил. (История предприятий и городов России) (Библиотека журнала «Русь»). Пакилев Г. Н. Труженики неба. – М.: Воениздат, 1978. – 208 с. Панков А. ПС-90А1 – есть сертификат! // Пермские авиационные двигатели. – 2008. – № 16 (фев.). С. 18. Пассажирский самолет Ил-14М. – М.: Воениздат, 1973. Пассажирский самолет Ил-62. Ч. 1. Характеристики самолета, конструкция
Двигатели гражданских самолётов России 192. 193. 194. 195. 196. 197. 198. 199. 200. 201. 202. 203. 204. 205. 206. планера, системы самолета / Новожилов Г. В., Лещинер Д. В., Шейнин В. М. и др.; Под общ. ред. Новожилова Г. В. – М. : Машиностроение, 1981. – 359 с. Пауэлл Г. П. Испытательный полет / Пер. с англ. Чистякова Н. В.; Под ред. Любимова В. Н. – М.: Изд-во иностр. лит., 1959. – 260 с. Первый этап стендовых испытаний SaM146 завершен успешно // Корпоративный ежемесячник «Сатурн». – 2006. – № 9 (сен.). С. 9. Пермский моторостроительный: Очерки истории з-да им. Я. М. Свердлова / Четверик И., Яхлаков В., Камский Б., Стряпунин С. – Пермь: Пермское кн. изд-во, 1978. – 495 с. Плотников Г. Н. Российская судьба программы «Антонов-140» // Авиакосмическое обозрение. – 2004. – № 2. С. 58–59. Пономарёв А. Н. Советские авиационные конструкторы. – М.: Воениздат, 1977. – 278 с. Пономарёв В. А. В. М. Мясищев и сверхзвуковые пассажирские самолеты // Моторостроитель. – 2003. – № 21 (94). С. 12–13. Пономарев В. Экипаж Шестакова летит в Америку // Гражданская авиация. – 1989. – № 8. С. 34–36. Поносов А. Двигателям семейства ПС-90А обледенение не грозит. // Пермские авиационные двигатели. – 2013. – № 28 (июль). С. 30–31. Правда о сверхзвуковых пассажирских самолетах: Справ.-воспоминание для всех / Близнюк В., Васильев Л., Вуль В. и др. – М. : Моск. рабочий, 2000. – 335 с. Пресс-служба ОАО «Ил». Ил-96 – пути становления и признания // Крылья Родины. – 2015. – № 7–8. С. 26. Проектирование гражданских самолетов: Теории и методы / Катырев И. Я., Неймарк М. С., Шейнин В. М. и др.; Под ред. Новожилова Г. В. – М.: Машиностроение, 1991. – 672 с. Прохоров А. Винтовентилятор: назад, в будущее // Отраслевое агентство «Авиапорт» [сайт] [URL: https://www. aviaport.ru/news/2010/04/13/193468. html]. ПС-12 – новое слово в двигателестроении // Авиакосмическое обозрение. – 2004. – № 2. С. 86–87. Пугачев Н. С. Авиационные двигатели. – М.: ВВИА им. проф. Н. Е. Жуковского, 1948. – 323 с. Развитие авиационной науки и техники в СССР: Ист.-техн. очерки / АН СССР, 207. 208. 209. 210. 211. 212. 213. 214. 215. 216. 217. 218. 219. 220. 221. 222. Сов. нац. об-ние историков естествознания и техники, Ин-т истории естествознания и техники; Редкол.: Образцов И. Ф. (гл. ред.) и др. – М.: Наука, 1980. – 496 с. Развитие самолетов мира / Виноградов Р. И., Пономарев А. Н. – М.: Машиностроение, 1991. – 384 с. Рева Н. Г. Авиационные поршневые моторы и реактивные двигатели Уфимского моторостроительного производственного объединения и их применение на самолётах. – Уфа: УМПО, 1996. – 135 с. Ремонт мотора АШ-21 / Беспалов Л. М., Иткин Э. Б., Князев Н. П. и др. – М.: Оборонгиз, 1950. – 431 с. Ремонт мотора М-11ФР. – М.: Оборонгиз, 1950. Ригмант В. «Бычку» – 50 лет // Авиакосмическое обозрение. – 2005. – № 3. С. 70–74. Ригмант В. «Золотой» юбиляр (Ту-104) // Авиакосмическое обозрение. – 2005. – № 3. С. 132–137. Ригмант В. Под знаками «АНТ» и «ТУ». «204» (Ту-204) // Авиация и космонавтика. – 2000. – № 8. С. 29–34. Ригмант В. Г. История создания Ту-134 и развитие семейства самолетов этого типа (1960–1990 гг.) // Техника воздушного флота. – 1992. – № 1–3. С. 45–51. Ригмант В. Г. Самолеты ОКБ А. Н. Туполева. – М. : РУСАВИА, 2001. – 324 с. Рубинов В. Мероприятия по повышению надежности роликоподшипника ТВД ПС-90А // Пермские авиационные двигатели. – 2008. – № 16. Рубинов В. Мероприятия по повышению надежности роликоподшипника ТВД ПС-90А // Пермские авиационные двигатели. – 2008. – № 16 (фев.). С. 22–24. Руководство ОАО «Ил» приняло участие в торжественной церемонии выкатки второго тяжелого военно-транспортного самолета Ил-76МД-90А, построенного для МО РФ // Крылья Родины. – 2015. – № 7–8. С. 18. Руководство по летной эксплуатации самолета ПС-43. – М.: РИО Аэрофлота, 1940. Савин В. С. Планета «Константин». – Харьков: Основа, 1994. – 312 с. Савицкий Е. Я. Я – «Дракон». Атакую!.. : Размышления о времени и о себе. – М.: Мол. гвардия, 1988. – 342 с. Самолет АИР-6 с мотором М-11: Краткое техн. описание и инструкция по эксплуатации самолета / Науч.-техн. упр. Аэрофлота. – М.-Л.: Онти. Глав. ред. авиац. лит-ры, 1935. – 40 с. 559 223. Самолет Ан-124-100. Руководство по летной эксплуатации. Кн. 1. – ГП АНТК им. О. К. Антонова, 1993. – 1052 с. 224. Самолет Ан-12-БК. ТО. Кн. 1. – Ростов-на-Дону: ЗАО «АНТЦ "ТЕХНОЛОГ"», 2001. – 76 с. 225. Самолет Ил-12. – М.: Воениздат, 1951. 226. Самолет Ил-12. – М.: Оборонгиз, 1948. 227. Самолет По-2. – М.: Оборонгиз, 1946. 228. Самолет По-2. – М.: Оборонгиз, 1950. 229. Самолет Сталь-2-МГ-31Ф. – М.: Редиздат Аэрофлота, 1939. 230. Самолет Ту-154. Конструкция и техническое обслуживание / Волошин Ф. А., Кузнецов А. Н., Покровский В. Я., Соловьёв А. Я. – М.: Машиностроение, 1975. – 392 с. 231. Самолет У-2. – М.: Воениздат, 1939. 232. Самолет УТ-1: Пособие по летной и тех. эксплуатации для аэроклубов Осоавиахима / Сост. Викторов Н. и Шабота А. – М.: Редиздат ЦС Осоавиахима СССР, 1938. – 212 с. 233. Самолет Ш-2 с мотором М-11Д: Летно-техн. эксплуатация / Сост. инж. Андреев Б. И.; Науч.-исслед. ин-т ГВФ. – М.: Редиздат Аэрофлота, 1947. – 48 с. 234. Самолет Як-12: Техническое описание. – М.: Оборонгиз, 1950. – 370 с. 235. Самолет Як-18. – М.: Оборонгиз, 1955. 236. Самолетостроение в СССР, 1917–1945 гг.: В 2 кн. / Центральный аэрогидродинамический ин-т им. Н. Е. Жуковского, Научно-мемориальный музей Н. Е. Жуковского; Гл. ред. Бюшгенс Г. С. – М.: ЦАГИ, 1992, 1994. 237. Самолеты Страны Советов: Сборник / Под ред. Симакова Б. Л. – М.: ДОСААФ, 1975. – 268 с. 238. Самофалова О. Первый полет принципиально нового самолета МС-21 значит для России многое // Деловая газета «Взгляд» [сайт] [URL: https://vz.ru/ economy/2017/5/29/870427.html]. 239. Сатурн 2014. Связь поколений. Конструкторская школа. – Рыбинск, 2014. – 356 с. 240. Сборник законов и распоряжений по гражданской авиации / Под общ. ред. пом. главначвоздухофлота СССР Баранова П. И.; С прим. глав. инспектора гражд. воздуш. флота Перетерского И. С. Сб. 2. – М.: Вестник воздуш. флота, 1924. 241. Селяков Л. Л. Тернистый путь в никуда: Записки авиаконструктора. – М.: 4-й филиал Воениздата, 1997. – 256 с. 242. Семейство двигателей ПС-90А // Гражданская авиация. – 1993. – № 2. 243. Семенов А. Двигатель ПС-90А2 сертифицирован на соответствие мировым
560 244. 245. 246. 247. 248. 249. 250. 251. 252. 253. 254. 255. 256. 257. 258. 259. авиационным требованиям // Пермские авиационные двигатели. – 2010. – № 20 (март). С. 6–7. Сеничкин Г. В. Конструкция и эксплуатация двигателя М-11ФР: Учеб. пособие для курсантов воен.-авиац. школ первоначального обучения летчиков. – М.: Воениздат, 1956. – 255 с. Сергеев Ю. Аэробус для местных линий. Як-42 и его модификации // Крылья Родины. – 1999. – № 9. С. 1–4. Сердца крылатых машин (ТВ3-117ВМАСБМ1) // Авиакосмическое обозрение. – 2004. – № 2. С. 60–62. Сивашенков А. Короткий век: почему авиакомпании отказываются от Ту-204 // FORBES Бизнес [сайт]. – 28.11.2018 [URL: https://www.forbes.ru/ biznes/369735-korotkiy-vek-pochemuaviakompanii-otkazyvayutsya-ot-tu-204]. Ситник Л. ПД-14 – двигатель прогресса // Информационное агентство «Оружие России» [сайт] [URL: https://www.armsexpo.ru/news/novye-razrabotki/pd-14dvigatel-progressa/]. Смирнов Ю. Реактивный флагман «Аэрофлота» // Крылья Родины. – 2001. – № 1. Соболев Д. А. История самолетов мира. – М.: РУСАВИА, 2001. – 680 с. Совенко А. Потерянная эпоха Ту-144 // Авиация и время. – 2002. – № 4. С. 4–23. Совенко А., Заярин В. «Руслан» – потомок славного «Антея» // Авиация и время. – 2004. – № 73 (Спецвып.). С. 10–23. Справочник по авиамоторам производства завода им. Сталина / Григорьев Н. В., Оньков Б. И., Лужин С. Н. и др. – М.: Оборонгиз, 1946. – 268 с. Субботин В. RRJ набирает темпы // Авиакосмическое обозрение. – 2005. С. 128–129. Сычев В. Ресурс турбины будет подтвержден // Пермские авиационные двигатели. – 2008. – № 16 (фев.). С. 16–17. Сычев В. Только эффективные решения проблем! // Пермские авиационные двигатели. – 2013. – № 28 (июль). С. 32–33. Таликов Н. В небе «Ильюшин». – М.: «АДК Студия», 1997. – 69 с. Таликов Н. Полвека – первый: Некоторые события из истории Опыт. конструкт. бюро им. С. В. Ильюшина. – М.: Авико Пресс, 1999. – 111 с. Техническое описание самолета У-2 с мотором М-11 выпуска 1936 года. – М.Л.: Наркомтяжпром. Гос. контора справочников и каталогов, 1938. – 260 с. 260. Ткаченко В. А. Летный риск. – Киев: КИТ, 2009. – 332 с. 261. Трехвальный ТРДД Д-18Т. Руководство по технической эксплуатации 18Т.00.00.000 РЭ. Кн. 1. 072 Двигатель. – 1988. – 282 с. 262. Трехвальный ТРДД Д-36. Руководство по технической эксплуатации 36.00.00.000 РЭ. Кн. 1. Разд. 070, 072. – 1985. – 246 с. 263. Трехвальный ТРДД Д-436-148. Руководство по технической эксплуатации 6370040000 РЭ. Кн. 1. – ОАО «Мотор Сич», 2006. – 321 с. 264. Трофимов И. Е., Торчук Ф. В. Конструкция и летная эксплуатация двигателя АИ-25: Учеб. пособие. – М.: Машиностроение, 1981. – 85 с. 265. Турбовентиляторный двигатель НК-22. Техническое описание / Ред. Крылов М. В. – М.: Машиностроение, 1982. – 120 с. 266. Турбовинтовой двигатель ТВ7-117С. Руководство по технической эксплуатации. 065.00.0300 РЭ. Кн. 1. – 2000. – 506 с. 267. Турбовинтовой двигатель ТВД-1500Б. Руководство по технической эксплуатации 91000100РЭ. Кн. I. – 2005. – 1002 с. 268. Турбовинтовой двигатель ТВД-20-01. Руководство по технической эксплуатации 20.00.0.0100-01 РЭ1. Кн. 1. – ОАО «ОМКБ», 2000. – 232 с. 269. Уваров Н. А. Самолеты Як-12Р и Як12М. – М.: Редиздат Аэрофлота, 1958. 270. Удалов К. Г., Шам О. В. Самолет Як-40. – М.: Транспорт, 1992. – 70 с. (Самолеты Аэрофлота). 271. Удалов К. Самолет Ту-104 // Гражданская авиация. – 1991. – № 2. С. 35 (Ту-104Б). 272. Удалов К. Самолет Ту-124В // Гражданская авиация. –1991. – № 5. С. 39. 273. Уникальный самолет Ту-155 с водородным двигателем // Двигатель. – 2013. – № 5. С. 4. 274. Фаличев О. Тормозной путь НК-93 // Военно-промышленный курьер [сайт]. – 2018. – 16 окт. [URL: https://www.vpknews.ru/articles/45659]. 275. Фельдман Е. Л. Авиационный турбореактивный двигатель РД-3М-500: Учеб. пособие для сред. спец. учеб. заведений гражд. авиации. – М.: Транспорт, 1968. – 421 с. 276. Финансирование создания двигателя ПС-12 планируется начать с 2008 года // Пермские авиационные двигатели. – 2008. – № 16. 277. Хробыстова О. Дневник идеи, ставшей золотой // Корпоративный ежемесячник «Сатурн». – 2007. – № 4 (4010). С. 26–27. 278. Цихош Э. Сверхзвуковые самолеты: Справочное руководство. – М.: Мир, 1983. – 432 с. 279. Черемухин Г. А. Дальше. Выше. Быстрее: Воспоминания о работе в авиа­промышленности, о технике и ее создателях / Под ред. Георгиевой Н. Г. – М.: Проспект, 2011. – 448 с. 280. Чуев Ф. И. Ильюшин. – М.: Молодая гвардия, 1998. – 266 с. (Жизнь замечательных людей: ЖЗЛ: Серия биографий: Основана в 1933 году М. Горьким; Вып. 755). 281. Шавров В. Б. Техническое описание и инструкция по эксплуатации самолета Ш-2 с мотором М-11 / Ред.-изд. сектор УВВС РККА; Под ред. инж. Гакулича. – М.: УВВС РККА, 1933. – 183 с. 282. Шавров В. Б. История конструкций самолетов в СССР в 1938–1950 гг. – М.: Машиностроение, 1988. – 544 с. 283. Шевчук И. От «МАКС-2003» до «МАКС-2005». Ту-204-300 выходит на линии // Авиакосмическое обозрение. – 2005. – № 5. С. 242–247. 284. Шустов И. Г. Двигатели 1944–2000: Авиационные, ракетные, морские, промышленные. Технико-экономическая база данных. Энциклопедия по двигателям. – М.: АКС-Конверсалт, 2000. – 394 с. 285. Щербаков В. Л. Под знаменем НК. От завода № 24 им. М. В. Фрунзе до ОАО «Кузнецов». – М.: ЦРТ «Золотое крыло», 2012 – 256 с. 286. Энергия, рожденная для полета: История АО «Мотор Сич» / Редкол.: Богуслаев В. А. и др. – Киев: Златограф, 2011. – 251 с. 287. Эскизное проектирование самолетов Як-42М и Як-242 / Дондуков А. Н., Дмитриев В. Г., Рязанов А. Д. и др. – М.: Машиностроение / Машиностроение – Полет, 2000. – 112 с. 288. Юргенсон А. «Бурлак» вытащит Ил-76 // Авиакосмическое обозрение. – 2005. – № 3. С. 138–140. 289. Юргенсон А. «Ильюшин» на «МАКС-2005» // Авиакосмическое обозрение. – 2005. – № 5. С. 232–235. 290. Юргенсон А. Сегодня очень ответственный период времени // Отраслевое агентство «Авиапорт» [сайт] [URL: https://www.aviaport.ru/ news/2010/04/01/192868.html]. 291. Яковлев А. С. Цель жизни: Записки авиаконструктора. – М.: Политиздат, 1972. – 608 с. 292. Яковлев А. С. Советские самолеты: Краткий очерк. – М.: Наука, 1975. – 408 с.
Двигатели гражданских самолётов России 293. Яковлев С. Ближнемагистральный, скоростной // Крылья Родины. – 1982. – № 4. С. 18–19. 294. Якубович Н. В. Военно-транспортный гигант Ан-22 «Антей». – М.: Эксмо, Яуза, 2013. – 112 с. 295. Якубович Н. В. Все самолеты О. К. Антонова. – М.: Астрель, АСТ, 2001. – 192 с. 296. Якубович Н. В. Неизвестный Антонов. – М.: Яуза, Эксмо, 2009. – 380 с. 297. Якубович Н. В. Неизвестный Яковлев. «Железный» авиаконструктор. – М.: Яуза, Эксмо, 2012. – 668 с. 298. 299. Журналы: «Авиаколлекция», «Авиапромышленность», «Авиация и время», «Авиация и космонавтика», «Авиация и химия», «Вестник воздушного флота», «Гражданская авиация», «Двигатель», «Самолет», «Техника воздушного флота», «Химия и оборона», «Хроника воздушного дела». Использованы материалы Научно-мемориального музея Н. Е. Жуковского, музея завода «Салют», музея ОАО «Туполев», Российского архива социально-политической истории, Российского государственного архива экономики, Российского государственного военного архива, Центрального дома авиации и космонавтики. 561
Список сокращений АВИАВНИТО — Авиационное всесоюзное научное инженерно-техническое общество; ВАО — Всесоюзное авиационное объединение; ВВС — Военно-воздушные силы; ВО ГВФ — Всесоюзное объединение ГВФ; ВСУ — вспомогательная силовая установка; ГАЗ — Государственный авиационный завод; ГВФ — Гражданский воздушный флот; ГосНИИ ГА — Государственный научно-исследовательский институт гражданской авиации; НИИ ВВС — Научно-испытательный институт ВВС; НИИ ГВФ — Научно-исследовательский институт ГВФ; НКАП — Народный комиссариат авиационной промышленности; НКВД — Народный комиссариат внутренних дел; НКИД — Народный комиссариат иностранных дел; НКПС — Народный комиссариат путей сообщения; ОГПУ — Объединенное главное политическое управление; ОДВФ — Общество друзей воздушного флота; ОКБ — опытное конструкторское бюро; ГУАП — Главное управление авиационной промышленности; ПВО — противовоздушная оборона; ГУ ГВФ — Главное управление ГВФ; ПЦН — приводной центробежный нагнетатель; ГУСМП — Главное управление Северного морского пути; РККА — Рабоче-крестьянская Красная армия; ДОСААФ — Добровольное общество содействия армии, авиации и флоту; РККВФ — Рабоче-крестьянский Красный воздушный флот; ККА — Краснознаменная Кавказская армия; МАП — Министерство авиационной промышленности; МВД — Министерство внутренних дел; МГА — Министерство гражданской авиации; МВТУ — Московское высшее техническое училище; НАМИ — Научный автомоторный институт; ТРД — турбореактивный двигатель; УВВС — Управление ВВС; ЦАГИ — Центральный аэрогидродинамический институт; ЦИАМ — Центральный институт авиационного моторостроения; ЦИК — Центральный исполнительный комитет; ЦК ВЛКСМ — Центральный комитет Всесоюзного Ленинского коммунистического союза молодежи.
Содержание Предисловие научного редактора................................................ 4 ЧАСТЬ 1 ПОРШНЕВЫЕ МОТОРЫ ЧАСТЬ 4. ЧЕТВЁРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Зарождение гражданской авиации........................................... 8 Самолёты – пассажирские, моторы – военные ...................... 18 М-11. «Вечный» ....................................................................... 26 М-15 и М-26. Гражданские случайно....................................... 62 МГ-31. Первые гражданские – семейство МГ......................... 70 МВ-6. Воронежские «Рено»..................................................... 80 АШ-62ИР. Русский «Циклон»................................................... 90 АШ-82Т. Из военных – в гражданские................................... 108 АШ-21. «АШ» без Швецова................................................... 122 М-14. Семьдесят лет в воздухе.............................................. 128 Д-36 и Д-436. Первенец четвёртого поколения и его наследники.................................................................... 342 Д-18Т. Двухконтурные тягачи................................................. 366 Д-30КП-30 «Дебош» и Д-30КП «Бурлак». Возмутители порядка.............................................................. 390 НК-56, НК-64 и ПС-90А. Четвёртое поколение для дальних и средних ........................................................... 402 ЧАСТЬ 2 ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ АМ-3 (РД-3М). «Сердце» первого реактивного лайнера СССР.................................................... 142 НК-4 и АИ-20. Француженка и солдат................................... 160 АИ-24. Первый газотурбинный на местных линиях............. 196 НК-12М. Последние турбовинтовые исполины..................... 208 ЧАСТЬ 3. ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Как устроен и работает двухконтурный турбореактивный двигатель................................................... 232 Д-20П и Д-30. Двухконтурные «лошадки» ........................... 234 НК-8 и НК-86. НК – значит надёжность................................. 254 Д-30КУ/КП/КУ-154. Вершина третьего поколения............... 282 АИ-25. Малое дитя Союза....................................................... 300 НК-144 и РД36-51А. Тайны пассажирского сверхзвука....... 314 ЧАСТЬ 5. ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ УЧЕБНЫХ САМОЛЁТОВ И МАЛОРАЗМЕРНЫЕ ТУРБОВИНТОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ РУ19-300, ДВ-2, АЛ-55И. Для учебно-тренировочных самолётов................................. 434 ТВД-10 и ТВД-20. Тяжёлый путь в лёгкой авиации.............. 452 ТВ7-117С. Замена для местных и лёгких ............................. 472 ТВ3-117-ВМА-СБ2/СБМ1. От вертолета к самолёту............. 486 ТВД-1500. Вместо неба – в музей ........................................ 494 ЧАСТЬ 6 ПЯТОЕ ПОКОЛЕНИЕ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ Д-27 и НК-93. Драматичное начало пятого поколения........ 506 SaM146. Выход в мир конкуренции....................................... 522 ПД-14. Быть или не быть........................................................ 538 Пояснение к таблицам............................................................ 554 Библиографический список................................................... 555
ДВИГАТЕЛИ ГРАЖДАНСКИХ САМОЛЁТОВ РОССИИ Научно-популярное издание Авторы текста Владимир Ростиславович Котельников Ольга Владимировна Хробыстова Владимир Андреевич Зрелов Владимир Алексеевич Пономарёв Автор идеи и концепции, главный редактор В. В. Горошников Научные редакторы В. А. Зрелов, В. А. Пономарёв Подбор иллюстраций В. Р. Котельников, В. А. Пономарёв, О. А. Долгополова Управление проектом О. А. Долгополова Дизайн и вёрстка Т. Е. Хрусталёва, А. А. Кудрявцев Корректор И. Б. Румянцева Авторы выражают благодарность Г. М. Конюхову, А. А. Элькесу, А. Н. Булину, В. С. Чигрину, Б. В. Шошину, З. С. Юдиной, А. Г. Панкову, Д. А. Боеву Иллюстративный материал предоставлен пресс-службами и корпоративными музеями предприятий Объединенной двигателестроительной корпорации, Научно-мемориальным музеем Н. Е. Жуковского, музеем ОАО «Туполев», Российским государственным архивом экономики, Российским государственным военным архивом, Центральным архивом Министерства обороны РФ, Центральным домом авиации и космонавтики, Самарским национальным исследовательским университетом им. академика С. П. Королёва (учебно-научным музейным Центром истории авиационных двигателей им. академика Н. Д. Кузнецова), Рыбинским государственным авиационным техническим университетом им. П. А. Соловьёва (кафедрой авиационных двигателей), также использованы фотографии В. С. Чигрина, О. В. Комовой, А. В. Комовой, С. Е. Беловой, А. А. Ленёва, Р. А. Салманова, И. А. Соколова, А. Е. Кострова, В. А. Пономарёва, В. А. Зрелова, К. В. Литвинюка, Н. В. Якубовича Фотобанк Shutterstock: с. 184. Stuttgart / Germany September 22, 2015: Cargo Antonov An-12 from Aerovis Airlines ready to takeoff at Stuttgart Airport. Автор: Mike Fuchslocher / Shutterstock.com; c. 190. CHKALOVSKY, MOSCOW REGION, RUSSIA – JULY 18, 2013: Ilyushin IL-22 RF-95673 of Russian Air Force landing at Chkalovsky. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 192. ZHUKOVSKY, MOSCOW REGION, RUSSIA – FEBRUARY 13, 2014: Ilyushin Il-20M 90924 reconnaissance airplane takes off at Zhukovsky. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 192. RUSSIA, ULUANOVSKFebruary 8, 2017, Il-22M RA-75917. Landing. Ulyanovsk-Vostochny airport. Автор: Shuravi07 / Shutterstock.com; с. 192. KUBINKA, MOSCOW REGION, RUSSIA – JUNE 18, 2015: Naval Ilyushin IL-38N standing at Kubinka air force base. Автор: Mikhail Starodubov / Shutterstock.com; с. 194. An-32P fireplane drops the water for extinguishing of fire. Автор: -= PHANTOM =- / Shutterstock.com; с. 202. NOVOSIBIRSK – FEB. 20: Antonov An-24RV (RA-46682) of KrasAvia airlines landing at Novosibirsk Tolmachevo Airport. February 20, 2016 in Novosibirsk Russia. Автор: Belovodchenko Anton / Shutterstock.com; с. 206. KUBINKA, MOSCOW REGION, RUSSIA – MARCH 26, 2014: Russian air force (open skies) Antonov An-30 05 BLACK landing at Kubinka air force base. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 219. MONINO, MOSCOW REGION, RUSSIA on 7 sep. 2018 – Tu-114 turboprop airliner (1958) in Central Museum of the Russian Air Force. Old vintage passenger plane with sunset sky background. Автор: Arseniy Shemyakin Photo / Shutterstock.com; с. 221. Propeller turbine of an aeroplane Antonov AN-22. Автор: alterfalter / Shutterstock.com; с. 227. RUSSIA, ULUANOVSKJuly 12, 2018, An-22A "Antey" RF-09309, military transport aviation of Russia. Joint exercises of military transport aviation and airborne troops. Ulyanovsk-Vostochny airport.. Автор: Shuravi07 / Shutterstock.com; с. 229. Rare shot: two planes of this type in one shot. Автор: pomogator / Shutterstock.com; с. 275. CHKALOVSKY, MOSCOW REGION, RUSSIA – OCTOBER 20, 2015: Ilyushin Il-86VKP RF-93642 of Russian Air Force taking off at Chkalovsky. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 276. SHEREMETYEVO, MOSCOW REGION, RUSSIA – NOVEMBER 7, 2008: Aeroflot-Don Ilyushin IL-86 taking off at Sheremetyevo international airport. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 281. Moscow, Zhukovsky, July 21, 2017: International Aviation and Space Salon MAKS-2017. Tu-155 is a modified Tu-154. It was the first experimental aircraft in the world, operating on liquid hydrogen. Автор: Maksim Safaniuk / Shutterstock.com; с. 289. VNUKOVO, MOSCOW REGION, RUSSIA – FEBRUARY 11, 2013: Ilyushin IL-62M RA-86559 of Russian Air Force landing at Vnukovo international airport. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 291. CHKALOVSKY, MOSCOW REGION, RUSSIA – JUNE 23, 2010: Ilyushin IL-62M RA-86496 of Russian Air Force taxiing at Chkalovsky. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 291. CHKALOVSKY, MOSCOW REGION, RUSSIA – JULY 18, 2013: Ilyushin IL-62M RA-86539 of Russian Air Force landing at Chkalovsky. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 297. Moscow region, Vnukovo, Russia – June 15, 2016: Soviet passenger airplane Tupolev Tu-154M RA-85778 Gazpromavia taxiing for his last take off before standing on storage. Vnukovo international airport. Автор: Media_works / Shutterstock.com; с. 298. VNUKOVO, MOSCOW REGION, RUSSIA – MARCH 23, 2013: Tupolev Tu-154M old russian commercial airliner of Gazpromavia airlines landing at Vnukovo international airport at the day end. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 305. Moscow region, Vnukovo, Russia – April 22, 2015: Russian airplane Yakovlev Yak-40 RA-88231 Vologda Air Enterprise landing at Vnukovo International airport. Автор: Media_works / Shutterstock.com; с. 306. Moscow region, Vnukovo, Russia – January 06, 2015: Soviet small regional passenger airplane Yakovlev Yak-40 RA-87227 Barkol airlines landing at Vnukovo international airport at frosty morning. Автор: Media_works / Shutterstock.com; с. 339. ZHUKOVSKY, RUSSIA – SEP 1, 2013: The turbojet engines of the plane Tu-144 was the first in the world commercial supersonic transport aircraft at the International Aviation and Space salon MAKS-2013. Автор: ID1974 / Shutterstock.com; с. 352. SHEREMETYEVO, MOSCOW REGION, RUSSIA – MARCH 21, 2012: Tulpar Air Yakovlev Yak-42D RA-42365 landing at Sheremetyevo international airport. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 356. Burgas airport, Bulgaria – Sept 9, 2015: Attractive red colored freighter aircraft Antonov An-72 with engines over the wings of CAVOK Airlines. Taxiing on the apron after landing. Cloudy background. Автор: Miglena Pencheva / Shutterstock.com; с. 358. Moscow region, Vnukovo, Russia – July 23, 2016: Soviet cargo aircraft Antonov An-74D of Scientific Research Institute of Measuring Systems NIIIS landing at Vnukovo international airport. Атор: Media_works / Shutterstock.com; с. 364. DOMODEDOVO, MOSCOW REGION, RUSSIA – JUNE 14, 2012: Polet airlines An-148 taking off at Domodedovo international airport. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 365. Moscow region, Zhukovsky, Russia – July 09, 2015: Regional passenger jet Antonov Av-148-100EM RA-61715 of MChS Rossii – Russia Ministry for Emergency Situations landing at Zhukovsky airport. Автор: Media_works / Shutterstock.com; с. 382. ULYANOVSK, RUSSIA – AUGUST 19, 2017: Fragment of huge Cargo Plane Volga-Dnepr Antonov An-124-100 Parking on The Cargo Loading Bay. Автор: v1_one / Shutterstock.com; с. 382. Kiev, Ukraine – August 3, 2011: Antonov An-124 Ruslan cargo plane engine being checked and maintenanced in hangar. Автор: dragunov / Shutterstock.com; с. 383. ZHUKOVSKY, MOSCOW REGION / RUSSIA – AUGUST 10: An-124-100 Ruslan (Condor) cargo airlift jet airplane on airshow devoted to 100th anniversary of Russian Air Forces on August 10, 2012 in Zhukovsky. Автор: Shujaa_777 / Shutterstock.com; с. 385. Kyiv, Ukraine – April 3, 2018: The world s largest aircraft, the Mriya Antonov An-225 cargo plane, prepares to take off from the Antonov plant's airdrome. Автор: Bychykhin Olexandr / Shutterstock.com; с. 388. ZAGREB, CROATIA – NOVEMBER 10: Antonov 225 Mriya airplane motor while loading heavy weight cargo on November 10, 2013 Zagreb, Croatia. It is the biggest airplane in the world. Автор: OPIS Zagreb / Shutterstock.com; с. 388. Engines of the Antonov An-225. Автор: dogi / Shutterstock.com; с. 389. PRAGUE, CZE – MAY 12: Antonov 225 Mriya airplane on runway on Airport Vaclava Havla in Prague, May 12, 2016 PRAGUE, CZECH REPUBLIC. The biggest airplane in the world. Автор: Nadezda Murmakova / Shutterstock.com; с. 414. Moscow, Sheremetyevo airport, Russia – June 04, 2013: Ilyushin Il-96-300Aeroflot RA-96007 taxiing for take off at the Moscow Sheremetyevo International airport at sunset. Автор: Media_works / Shutterstock.com; с. 416. Ilyushin IL-96-400 RA-96104 of Federal Security Service at Pulkovo international airport on 13 jun. 2017 – St. Petersburg, Russia. Автор: Arseniy Shemyakin Photo / Shutterstock.com; с. 418. RUSSIA, ULUANOVSKJanuary 27, 2018, Il-96-300 RA-96023, special flight detachment "Russia". Landing. Ulyanovsk-Vostochny airport. Автор: Shuravi07 / Shutterstock.com; с. 421. MOSCOW, RUSSIA – SEPTEMBER 26, 2014: Tupolev Tu-204 Red Wings taxiing for take off at Domodedovo international airport. Автор: Nordroden / Shutterstock.com; с. 421. Moscow oblast, Russia – May 18, 2015: Russian airplane Tu-214ON of the Russian Ministry of Defence landing at military airbase. Автор: Media_works / Shutterstock.com; с. 426. VNUKOVO, MOSCOW REGION, RUSSIA – DECEMBER 28, 2016: Tupolev Tu-204-100C RA-64052 of Pochta Rossii (Russian post) named Ekaterina II landing at Vnukovo international airport. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 430. SHEREMETYEVO, MOSCOW REGION, RUSSIA – SEPTEMBER 13, 2012: Ilyushin IL-96-300 RA-96007 of Aeroflot Russian Airlines taking off at Sheremetyevo international airport. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com; с. 466. Odessa, Ukraine – August 27, 2011: Antonov An-3 turboprop biplane is taking off from the airfield. Автор: dragunov / Shutterstock.com; с. 478. Radar(NPP) Ilyushin Il-114 is a Russian twin-engine turboprop airliner designed for local routes. Gidroaviasalon 2016, the 11-th international exhibition on hydroaviation in Gelendzhik, RF. Автор: Elenica / Shutterstock.com; с. 479. Jukovsky, Russia. Ramenskoe airfield – July 2017: Ilyushin Il-114 display at MAKS Airshow. Автор: Arkady Zakharov / Shutterstock.com; с. 492. ZHUKOVSKY, RUSSIA – AUG 11: The celebrating of the 100 anniversary of Russian air force. August, 11, 2012 at Zhukovsky, Russia. The Antonov An-140 is a turboprop regional airliner. Автор: ID1974 / Shutterstock.com; с. 509. ZHUKOVSKY, MOSCOW REGION, RUSSIA – AUGUST 28, 2013: Airplanes shown at International Aerospace Salon MAKS-2013 in Zhukovsky, the aircraft's engines (screws), Antonov An-70. Автор: Vladislav Sinelnikov / Shutterstock.com; с. 510. ZHUKOVSKY, RUSSIA – AUG 28, 2013: Demonstration flight Antonov An-70 – a four-engine medium-range transport aircraft at the International Aviation and Space salon MAKS-2013. Автор: ID1974 / Shutterstock.com; с. 536. SHEREMETYEVO INTERNATIONAL AIRPORT, MOSCOW, RUSSIA – 08 AUGUST 2017: The group of planes SSJ-100B Aeroflot stands on the platform of the Sheremetyevo airport. Автор: Ranglen / Shutterstock.com; с. 540. Zhukovsky, Russia 23 July 2017: Model of passenger plane Irkut MC-21 on MAKS 2017 airshow. Irkut MC 21 is a Russian mainline aircraft of the 21st century. Demonstration of passenger aircraft MS 21. Автор: Borka Kiss / Shutterstock.com; с. 541. BERLIN, GERMANY – MAY 24, 2014: The model of a PD-14 (earlier PS-14) is a next generation turbofan engine being developed by Aviadvigatel. Russia. Exhibition ILA Berlin Air Show 2014. Автор: Sergey Kohl / Shutterstock.com; с. 551. flight of aircraft MS-21. Russia, Irkutsk, September 23, 2017. Автор: savva_25 / Shutterstock.com; с. 552. ZHUKOVSKY, MOSCOW REGION, RUSSIA – JANUARY 25, 2018: Irkut MS-21 73051 first flying prototype of a new Russian civil airliner during test flights at Ramenskoe airport. Автор: Fasttailwind / Shutterstock.com Административная группа Н. В. Болотина, С. Н. Варакин, Н. С. Жилкина, И. Ф. Ковалёва, Е. Н. Лобацевич, А. В. Симонова Подписано в печать 10.03.20. Формат издания 60х90 / 8 Печать офсетная. Тираж 2000 экз. Печ. л. 70,5 ООО «АРТ-ХОЛДИНГ «МЕДИАРОСТ» 152901, Ярославская обл., г. Рыбинск, ул. Стоялая, 13 Тел. / факс (4855) 25-05-63, www.yarkniga.ru Отпечатано в полном соответствии с качеством предоставленного электронного оригинал-макета в типографии филиала АО «ТАТМЕДИА» ПИК «Идел-Пресс». 420066, г. Казань, ул. Декабристов, 2. E-mail: idelpress@mail.ru Заказ № А-528