Страница:
Первым турбовинтовым двигателем, созданным в конце сороковых годов в конструкторском бюро, руководимом Николаем Дмитриевичем Кузнецовым, стал двигатель ТВ-2. В этой организации и в дальнейшем велись работы над созданием ТВД, при разработке которых приходилось изыскивать пути повышения эффективности лопаточных машин, отработки процесса сгорания, запуска и решения многих других проблем. Вопросы обеспечения надежности и прочности таких агрегатов, как редуктор, в ту пору также считались довольно трудными, особенно если на базе существующего двигателя необходимо было создать вертолетный двигатель.
На основе обширных теоретических и экспериментальных работ, проведенных по турбовинтовым двигателям, в начале пятидесятых годов ОКБ приступило к созданию мощного и экономичного двигателя НК-12. Этот двигатель имел высокую для того времени степень повышения давления в компрессоре и температуру газа перед турбиной, без чего нельзя было получить хорошие данные как по мощности, так и по расходу топлива, что потребовало освоения новых, более жаропрочных материалов. Впервые в этом конструкторском бюро был применен новый высокожаропрочный сплав для изготовления литых монолитных и пустотелых охлаждаемых лопаток оригинальной конструкции, которые применяются в настоящее время на некоторых типах реактивных двигателей.
Турбовинтовой двигатель НК-12 развивал невиданную мощность - 15 000 л. с. Естественно, потребовалось создание надежного авиационного редуктора для передачи этой мощности.
Из практики зарубежного авиадвигателестроения известно, что попытка создания ТВД мощностью более 10 000 л. с. вызвала большие трудности в конструировании достаточно надежного редуктора с высоким к. п. д. и малой массой и окончилась неудачей. В ОКБ Н. Д. Кузнецова эта особо сложная задача была решена в содружестве с М. Л. Новиковым - профессором Военно-воздушной академии им. Н. Е. Жуковского благодаря применению зубчатых передач оригинальной конструкции. Для обеспечения устойчивого регулирования всего комплекса силовой установки с огромными соосными винтами, вращающимися в противоположные стороны, требовались совместные усилия двигателистов, винтовиков и самолетчиков. Недаром в одном из первых полетов на самолете с этими двигателями А. Н. Туполев тщательно изучал все тонкости поведения не только силовой установки, но и самолета в целом. Двигатель НК-12 был создан в начале пятидесятых годов, однако до настоящего времени он является наиболее мощной и экономичной силовой установкой этого типа в мировой практике.
Ранее уже упоминалось, какое удивление вызвал самолет с этой силовой установкой во время первой демонстрации Ту-114 на выставке в Париже. Каждому посетителю непременно хотелось "пощупать" эту сложную технику, и многие старались повернуть шестиметровый винт за лопасть.
Естественно, что создание силовой установки такой огромной мощности было сопряжено с большими трудностями, и на первых порах случались неполадки. И тем не менее все, кто имел дело с этими двигателями, встречали со стороны генерального конструктора доброжелательное отношение, стремление выяснить истинные причины неполадок. Н. Д. Кузнецов проявлял максимум оперативности в решении возникших при эксплуатации вопросов.
Немало времени пришлось затратить на выбор силовой установки для самолета, который должен был иметь грузоподъемность и дальность полета большие, чем любой из существующих отечественных и зарубежных летательных аппаратов. Мнения специалистов разошлись: одни предлагали строить самолет с турбореактивными двигателями, а следовательно, с большей скоростью полета, другие считали возможным использовать (при значительной модификации) хорошо зарекомендовавший себя турбовинтовой двигатель НК-12. После рассмотрения нескольких проектов самолетов с двигателями различных типов заказчики единодушно решили отдать предпочтение турбовинтовому самолету. Сотрудникам ОКБ Н. Д. Кузнецова пришлось немало потрудиться, проявить настоящий творческий подход и оперативность, так как реализация новых конструктивных решений требовала изменения не только двигателя, но и многолопастных винтов, а также редукторов.
В результате стендовых испытаний модифицированных двигателей НК-12, установки их на макете самолета и всякого рода "примерок" в наземных условиях и на летающих: лабораториях в очень короткие сроки был создан самый грузоподъемный в мире самолет Ан-22. Надежность силовой установки позволила после сравнительно небольшого количества испытательных полетов запустить самолет с модифицированными двигателями в серию.
Казалось, немного времени прошло после первого поле-га крупнейшего для своего времени пассажирского самолета Ту-114, имевшего четыре турбовинтовых двигателя НК-12 конструкции Н. Д. Кузнецова. Это было в 1957 г., а в июне 1965 г. "Антей" с четырьмя модифицированными турбовинтовыми двигателями типа НК-12 совершил полет в Европу, в 1967 г. на нем был осуществлен рекордный для турбовинтовых самолетов подъем груза 100,44 т на высоту 7848 м. Официальный рекорд удалось перекрыть более чем на 47 т. Всего десять лет разделяли эти события.
Силовая установка, разработанная конструкторским бюро Н. Д. Кузнецова, по-видимому, завершает создание этого типа двигателей (мощных ТВД для магистральных самолетов) как в нашей стране, так и за границей. Объясняется это тем, что появился газотурбинный двигатель нового типа - двухконтурный (турбовентиляторный), в котором нет огромного и напряженного редуктора, сложного многолопастного винта с собственными системами регулирования и защиты в аварийных случаях. Распространение турбовентиляторных двигателей связано с тем, что кинетическая энергия газов, вытекающих из сопла турбореактивного двигателя, при малых скоростях полета в значительной степени теряется бесполезно, кроме того, она служит источником шума, создаваемого реактивным двигателем. Минимальные потери энергии возможны при отбрасывании назад наибольшей массы газов с наименьшей скоростью. Именно поэтому при малых скоростях полета винт турбовинтового двигателя являлся более экономичным движителем, чем реактивная струя турбореактивного двигателя, несмотря на то что в ТВД энергия передается последовательно через турбину, редуктор и винт. Однако при больших скоростях полета коэффициент полезного действия винта падает. На таких скоростях (околозвуковых) целесообразнее применять двухконтурный двигатель, в котором располагаемая мощность цикла, развивающаяся в процессе расширения газов, используется для ускорения как горячей, так и холодной (во втором контуре) струй. Коэффициент полезного действия такого двигателя более высокий, чем обычного турбореактивного двигателя, при умеренных дозвуковых скоростях полета. Вместе с тем у него нет таких ограничений по скорости полета, как у ТВД.
Вопросы уменьшения шума, создаваемого двигателем, особенно для пассажирских самолетов, всегда привлекали внимание ученых, конструкторов и эксплуатационников. Они встали еще острее при увеличении тяги двигателей современных самолетов.
Именно по этим причинам конструкторское бюро, руководимое Николаем Дмитриевичем Кузнецовым, в 1960 г. приступило к разработке двухконтурного двигателя НК-8, предназначавшегося для межконтинентального пассажирского лайнера Ил-62. Позднее выпускается его улучшенная модификация - НК-8-4. Для самолета Ту-154 был создан еще один вариант двигателя этого семейства НК-8-2. Двухконтурные двигатели должны были иметь данные на уровне современных зарубежных силовых установок, что и было достигнуто благодаря простоте выбранной конструкции двигателя с малым количеством опор, умеренной степени повышения давления и широкому применению сравнительно новых в авиационном двигателестроении титановые сплавов. Помимо требуемых технических характеристик двигатель, предназначенный для установки на пассажирском самолете, должен отличаться повышенной надежностью.
В конструкции двухконтурного двигателя для первого советского аэробуса Ил-86 получили дальнейшее развитие лучшие черты двигателей семейства НК-8, реализованные в эксплуатации на самолете Ил-62. Особое внимание было уделено обеспечению высокой надежности и большого ресурса двигателя без переделки основной конструкции. Обеспечению высокой надежности в эксплуатации способствует также применение на двигателе многочисленных систем автоматического контроля и защиты, а также системы ранней диагностики и предупреждения о возникающих неисправностях.
Дальнейшее развитие получила конструкция многофорсуночной камеры сгорания, обеспечивающая не только равномерное поле температур перед турбиной, что важно для надежной работы горячей части двигателя, но и бездымный выхлоп двигателя, не загрязняющий окружающую среду. В двигателе предусмотрены также конструктивные мероприятия по существенному снижению уровня шума на всех этапах полета соответственно международным нормам. Значительное внимание уделено повышению экономичности двигателя по сравнению с двигателями семейства НК-8 за счет применения более высокой степени повышения давления в компрессоре и степени двухконтурности, а также за счет дальнейшего повышения к. п. д. всех узлов.
Под руководством Н. Д. Кузнецова созданы и создаются двигатели многих типов для различных аппаратов. В частности, для решения проблемы транспортировки газа с труднодоступных месторождений страны разработан, серийно изготовляется и широко эксплуатируется на газоперекачивающпх станциях газотурбинный привод НК-12СТ. В его конструкции осуществлена идея использования авиационного двигателя типа НК-12 в качестве привода газоперекачинающих агрегатов ГПА-Ц-6,3. Выполнены работы, позволившие использовать природный газ, перекачиваемый по трубопроводам, в качестве топлива для двигателя, осуществлена автоматизация всех процессов управления двигателем и его регулирования.
Решение этих сложных технических задач позволило:
- обеспечить газоперекачивающие агрегаты мощным газотурбинным приводом с малой массой и небольшими габаритами (мощность привода 6300 кВт);
- осуществить полную автоматизацию газоперекачивающих агрегатов и обеспечить полную автономию двигателя, не требующую дополнительных источников тепла, топлива и водоснабжения.
Впоследствии для транспортировки газа был конвертирован и другой двигатель ОКБ Н. Д. Кузнецова - НК-8, Этот автоматизированный газоперекачивающий агрегат ГПА-Ц-16/76-100, использующий достижения авиационной техники и современной технологии, надежно эксплуатируется в условиях пустынь Средней Азии, районах Крайнего Севера и горах Кавказа.
Николай Дмитриевич Кузнецов явился пионером в разработке авиационных двигателей, работающих на альтернативных топливах. В 1988 и 1989 гг. совершили испытательные полеты экспериментальные самолеты Ту-155. Для первого из них ОКБ Н. Д. Кузнецова разработало двигатель НК-88, использующий в качестве топлива водород. При его создании пришлось решить целый комплекс научно-технических и инженерных задач, в частности организацию рабочего процесса в камере сгорания. Из-за чрезвычайной сложности системы подачи топлива (практически невозможно избежать парообразования в подводящих трубопроводах) жидкий водород перед подачей в камеру сгорания газифицировался и подогревался.
Для другого экспериментального самолета ОКБ Н. Д. Кузнецова разработало двигатель НК-89, использующий в качестве топлива сжиженный природный газ.
Создание этих экспериментальных двигателей явилось большим творческим успехом конструкторского бюро и его руководителя.
Многогранную научно-исследовательскую, конструкторскую работу Николай Дмитриевич сочетает с педагогической деятельностью и подготовкой научных кадров на кафедре в одном из ведущих авиационных вузов страны. Таков путь выходца из рабочей семьи генерал-лейтенанта-инженера, действительного члена Академии наук СССР, Героя Социалистического Труда, лауреата Ленинской премии, генерального конструктора авиационных двигателей Николая Дмитриевича Кузнецова.
Аркадий Дмитриевич Швецов, Павел Александрович Соловьев
Аркадий Дмитриевич Швецов - один из старейших конструкторов авиационных двигателей нашей страны. Он родился в 1892 г. в семье народного учителя и окончил реальное училище в Перми. В этом городе прошла большая часть его конструкторской деятельности. Как и многие интересовавшиеся в ту пору авиацией, А. Д. Швецов поступил в МВТУ, но учебу вынужден был прервать, поскольку не имел средств продолжать обучение. И только при Советской власти, в 1921 г., он получил диплом инженера.
Рост молодого инженера и конструктора был непосредственно связан с развитием советского авиационного двигателестроения. Деятельность Швецова началась на моторостроительном заводе. В начале двадцатых годов он сконструировал звездообразный двигатель воздушного охлаждения М-11. Двигатель имел пять цилиндров и мощность 100 л. с. В течение 40 лет он служил нашей учебной и легкомоторной авиации, а самолет По-2 с этим двигателем на протяжении всей Великой Отечественной войны эффективно выполнял ночные боевые полеты на бомбометание.
Позднее, в начале тридцатых годов, в соответствии с Директивами XV съезда ВКП(б) началось строительство нового моторостроительного завода. При нем было организовано ОКБ. В это же время завершились переговоры с американской фирмой "Райт" о покупке лицензии на авиационный двигатель воздушного охлаждения "Райт-циклон", который послужил прототипом первых советских серийных двигателей М-25.
В 1934 г. Аркадия Дмитриевича назначили главным конструктором завода на Урале. Завод находился в стадии строительства и организации, а поэтому проблема кадров, особенно в то время, была очень острой. А. Д. Швецов верил в своих земляков-уральцев и смело приступил к организации опытного конструкторского бюро. В своем распоряжении он имел лишь несколько молодых авиационных инженеров. Но, помогая им советом и делом, он создал основной костяк бюро. Расхлябанность или недисциплинированность несовместимы были с работой в этом ОКБ. Швецов часто предостерегал своих сотрудников против опасности, заключенной в мнимой "очевидности", которая часто сбивает с пути логических умозаключений, особенно при тяжелых летных происшествиях. Сам главный конструктор осторожно подходил к принятию окончательного решения по интересующему его техническому вопросу. А. Д. Швецов был человеком молчаливым и сдержанным, скупым на слова, он отличался большим трудолюбием и аккуратностью. Конструкторское бюро под его руководством вместе с руководством завода проделали огромную работу по организации производства авиадвигателя М-25, за что в 1934 г. коллектив получил высокую оценку Народного комиссара тяжелой промышленности Г. К. Орджоникидзе. В 1935 г. новый завод посетили делегаты VI Конгресса Коммунистического Интернационала молодежи. Они были поражены результатами труда молодых строителей и остались очень довольны гостеприимством заводских комсомольцев.
Коллектив конструкторского бюро вместе с сотрудниками ЦИАМ упорно работал над улучшением конструкции двигателя М-25 и провел ряд доработок. После государственных испытаний мощный по тому времени двигатель воздушного охлаждения М-25А широко применялся на самолетах-истребителях И-15 и И-16.
Добрым словом хочется вспомнить двигатель М-62 (с 1944 г. АШ-62). Он выпускался в различных вариантах и до сих пор используется на самолетах Ан-2 на многих местных линиях Гражданского воздушного флота в нашей стране и более чем в 20 странах мира.
Разработанный в 1938 г. и изготовлявшийся серийно более мощный двигатель М-63 осваивался очень тяжело. Вспоминая историю доводки этого двигателя и трудности, которые возникали в начале его эксплуатации, необходимо отметить большую настойчивость, терпение и спокойствие, проявленные при этом генеральным конструктором. В тот период развитие двигателей воздушного охлаждения для повышения мощности в одном агрегате следовало направлять по пути создания двухрядной звезды.
В новом двигателе А. Д. Швецова вместо девяти цилиндров стало четырнадцать, располагались они в два ряда. Запущенный в серийное производство в мае 1941 г. двигатель получил наименование АШ-82. Предназначался он для истребителей и устанавливался на самолетах Ла-5 и Ла-7 - одних из лучших самолетов военного времени. Широкому распространению этих самолетов способствовало применение менее уязвимых двигателей воздушного охлаждения.
Благодаря хорошим летно-тактическим данным, которые s значительной степени основывались на высоких мощностных, экономических, массовых и эксплуатационных качествах двигателей АШ-82, самолеты Ла-5 и Ла-7 уже в первый период своего появления обеспечили превосходство, а в дальнейшем, когда выпускались в достаточном количестве, и полную победу наших ВВС над авиацией фашистской Германии. В конце войны силовые установки этого типа применялись также на самолетах-бомбардировщиках Ту-2.
Надежные двигатели ЛШ-82В, созданные позднее, использовались на вертолетах Як-24 и Ми-4, что в значительной степени способствовало широкому распространению вертолета Ми-4 не только у нас в стране, но и во многих других странах. На самолетах Ил-12 и Ил-14 применялись двигатели АШ-82ФН и АШ-82Т, которые до настоящего времени находятся в широкой эксплуатации.
В конце войны и в послевоенный период ОКБ А. Д. Швецова проводило большие работы по конструированию и доводке более мощных многорядных поршневых двигателей. В частности, еще в годы войны в ОКБ был создан 28-цилин-дровый четырехрядный звездообразный двигатель мощностью 4500 л. с.
Конструкторский талант А. Д. Швецова в полной мере проявился в трудный период, когда за короткое время следовало построить двигатель большой мощности, также воздушного охлаждения, для тяжелого четырехмоторного самолета Ту-4. Это был двигатель АШ-73. Для сохранения мощности на высоте на нем имелись специальные турбокомпрессоры, которые повышали плотность разреженного на высоте воздуха, поступающего в двигатель.
Двигатель АШ-73ТК представлял собой 18-цилиндровую звезду с двумя турбокомпрессорами, обеспечивавшими высотность 11 000 м. Этот двигатель устанавливался и на "летающей лодке" М-10, которая предназначалась для несения патрульной службы в открытом море. Немало трудностей пришлось преодолеть конструкторам, технологам и военным испытателям в период создания двигателя АШ-73ТК с турбокомпрессором, когда впервые на отечественном двигателе был применен стальной картер взамен дюралюминиевого. Мощность этого двигателя достигала 2400 л. с., что для силовой установки такого типа являлось, видимо, пределом.
Предвидя необходимость создания более высотных и более тяжелых дальних бомбардировщиков, конструкторский коллектив А. Д. Швецова в конце сороковых годов разработал серию экспериментальных двигателей, в том числе уникальный двигатель АШ-2ТК, состоявший из шести блоков, Мощность двигателя достигала 4300 л. с., его повышенная высотность и малый удельный расход топлива достигались благодаря комбинированному наддуву от турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя. Оригинальным в этом двигателе было использование энергии выхлопных газов, которые из цилиндров отводились в газовые турбины, передававшие дополнительную мощность на приводной вал, а газ на выходе из турбокомпрессора использовался для получения дополнительной реактивной тяги. Двигатель АШ-2ТК, как и двигатель В. А. Добрынина, предназначался для тяжелых высотных самолетов сверхдальнего действия.
Появление этих двигателей было попыткой продлить использование поршневых моторов для самолетов дальнего действия, где экономичность двигателя являлась основным фактором. Техническое совершенство их было очень высоким. Предполагалось, что самолет, создаваемый в расчете на этот двигатель в конструкторском бюро А. Н. Туполева, будет иметь большую продолжительность полета.
Это был довольно своеобразный период в развитии авиационной техники, и военной в частности, когда за неимением турбореактивных двигателей большой мощности и экономичности конструкторы тяжелых и дальних самолетов пытались создавать современные летательные аппараты с комбинированными силовыми установками. Однако появление в скором времени отечественных турбореактивных и турбовинтовых двигателей с приемлемой экономичностью позволило военной авиации навсегда отказаться от поршневых установок.
В заключение следует указать, что в период применения как в военной, так и в транспортной авиации поршневых авиационных двигателей Аркадий Дмитриевич Швецов был одним из выдающихся отечественных конструкторов, который в трудное для страны время сумел организовать высококвалифицированный коллектив и благодаря своему таланту и настойчивости в решении поставленных задач обеспечил создание большого количества типов первоклассных двигателей воздушного охлаждения.
Аркадию Дмитриевичу были органически присущи честность и чувство собственного достоинства. Эти качества А. Д. Швецов высоко ценил и в других. Надо сказать, что он был разносторонне талантлив. С юношеских лет полюбив Урал с его суровой, величественной природой и живя на берегу Камы, Швецов часами бродил по нехоженым тропам или плыл на лодке, наблюдая жизнь леса, любуясь красотой уральских пейзажей. Иногда он брал с собой подрамник и краски, Любовь к живописи сохранилась у него до последних лет. Очень любил Аркадий Дмитриевич отдыхать за шахматами. Даже не имея партнера, он мог часами разбирать сложные турнирные партии. Но самым большим увлечением его была музыка. Аркадий Дмитриевич часто говорил что готов примириться с любыми лишениями, но не мог бы отказаться от рояля. В любой час, вернувшись домой, он садился за рояль. По свидетельству слышавших его игру и присутствовавших при разучивании музыкальных произведений, и в этом занятии проявлялись целеустремленность и настойчивость, свойственные характеру Швецова. Одаренность, особенно в области искусства, присуща не каждому, однако поневоле напрашивается аналогия с другим генеральным конструктором - Сергеем Константиновичем Туманским, который также был способным музыкантом. Казалось бы, что общего в шуме и грохоте авиационных двигателей и звуках рояля? Но природа, как известно, наделяет некоторых людей многими, иногда не очень схожими талантами и наклонностями.
За выдающиеся достижения в области авиационного моторостроения, генерал-лейтенант инженерно-технической службы Аркадий Дмитриевич Швецов был награжден пятью орденами Ленина и многими другими орденами. Ему присвоено звание Героя Социалистического Труда и присуждены четыре Государственные премии. Будучи депутатом Верховного Совета СССР, Аркадий Дмитриевич часто встречался со своими избирателями. Бывал он и в родных местах, где еще помнили его родителей - учителей, которые сеяли "разумное, доброе, вечное". Посетил он и домик в два окна, где шил его дед, бывший крепостной, кузнец по профессии и изобретатель по натуре. Он посвящал внука в свое ремесло, а тот учил дедушку арифметике. И вот внук бывшего крепостного удостоился высших наград и званий Родины и участвовал в управлении государством.
Преемником А. Д. Швецова, умершего 19 марта 1953 г., стал молодой талантливый конструктор П. А. Соловьев. Павел Александрович родился в крестьянской семье в Ивановской области. Закончил среднюю школу. После окончания Рыбинского авиационного института начал свою трудовую деятельность в конструкторском бюро, руководителем которого он являлся до 1989 г.
Назначение П. А. Соловьева в 1953 г. главным конструктором было закономерным, так как, являясь первым заместителем главного конструктора, он много работал над созданием и доводкой поршневых двигателей, и особенно АШ-82 различных модификаций как для вертолетов, 1ак и для пассажирских самолетов. Возглавляемая молодым конструктором организация ставила перед собой задачу перехода на газотурбинную тематику, которой занимались уже многие конструкторские двигательные организации. В ОКБ исследовались различные схемы турбореактивных двигателей, принимались новые решения. Смелое решение было найдено, когда в 1954 г. молодой конструктор внес предложение о создании двухконтурного двигателя, по которому не было опыта не только в этом бюро, его было немного и в отечественной практике.
Прежде всего следовало доказать реальность создания двухконтурных двигателей и выявить в дальнейшем все возможные области применения их. В самом же коллективе необходимо было осуществить переход на новую тематику с предварительным доказательством целесообразности, реальности предлагаемых схем. Правильным было решение начать с создания двигателя ТВ-2М, который являлся модификацией ТВ-2Ф конструкторского бюро Н. Д. Кузнецова. Двигатель предназначался для пикирующего бомбардировщика-торпедоносца конструкции А. Н. Туполева. В 1954 г. двигатель прошел государственные испытания. Позднее перед конструкторским бюро была поставлена задача построить двигатель для самого тяжелого по тому времени вертолета Ми-6. Таким турбовальным двигателем явился ТВ-2ВМ. Оригинальным в конструкции двигателя являлось применение свободной турбины, не имеющей обычной кинематической связи с газогенераторной частью двигателя.
На основе обширных теоретических и экспериментальных работ, проведенных по турбовинтовым двигателям, в начале пятидесятых годов ОКБ приступило к созданию мощного и экономичного двигателя НК-12. Этот двигатель имел высокую для того времени степень повышения давления в компрессоре и температуру газа перед турбиной, без чего нельзя было получить хорошие данные как по мощности, так и по расходу топлива, что потребовало освоения новых, более жаропрочных материалов. Впервые в этом конструкторском бюро был применен новый высокожаропрочный сплав для изготовления литых монолитных и пустотелых охлаждаемых лопаток оригинальной конструкции, которые применяются в настоящее время на некоторых типах реактивных двигателей.
Турбовинтовой двигатель НК-12 развивал невиданную мощность - 15 000 л. с. Естественно, потребовалось создание надежного авиационного редуктора для передачи этой мощности.
Из практики зарубежного авиадвигателестроения известно, что попытка создания ТВД мощностью более 10 000 л. с. вызвала большие трудности в конструировании достаточно надежного редуктора с высоким к. п. д. и малой массой и окончилась неудачей. В ОКБ Н. Д. Кузнецова эта особо сложная задача была решена в содружестве с М. Л. Новиковым - профессором Военно-воздушной академии им. Н. Е. Жуковского благодаря применению зубчатых передач оригинальной конструкции. Для обеспечения устойчивого регулирования всего комплекса силовой установки с огромными соосными винтами, вращающимися в противоположные стороны, требовались совместные усилия двигателистов, винтовиков и самолетчиков. Недаром в одном из первых полетов на самолете с этими двигателями А. Н. Туполев тщательно изучал все тонкости поведения не только силовой установки, но и самолета в целом. Двигатель НК-12 был создан в начале пятидесятых годов, однако до настоящего времени он является наиболее мощной и экономичной силовой установкой этого типа в мировой практике.
Ранее уже упоминалось, какое удивление вызвал самолет с этой силовой установкой во время первой демонстрации Ту-114 на выставке в Париже. Каждому посетителю непременно хотелось "пощупать" эту сложную технику, и многие старались повернуть шестиметровый винт за лопасть.
Естественно, что создание силовой установки такой огромной мощности было сопряжено с большими трудностями, и на первых порах случались неполадки. И тем не менее все, кто имел дело с этими двигателями, встречали со стороны генерального конструктора доброжелательное отношение, стремление выяснить истинные причины неполадок. Н. Д. Кузнецов проявлял максимум оперативности в решении возникших при эксплуатации вопросов.
Немало времени пришлось затратить на выбор силовой установки для самолета, который должен был иметь грузоподъемность и дальность полета большие, чем любой из существующих отечественных и зарубежных летательных аппаратов. Мнения специалистов разошлись: одни предлагали строить самолет с турбореактивными двигателями, а следовательно, с большей скоростью полета, другие считали возможным использовать (при значительной модификации) хорошо зарекомендовавший себя турбовинтовой двигатель НК-12. После рассмотрения нескольких проектов самолетов с двигателями различных типов заказчики единодушно решили отдать предпочтение турбовинтовому самолету. Сотрудникам ОКБ Н. Д. Кузнецова пришлось немало потрудиться, проявить настоящий творческий подход и оперативность, так как реализация новых конструктивных решений требовала изменения не только двигателя, но и многолопастных винтов, а также редукторов.
В результате стендовых испытаний модифицированных двигателей НК-12, установки их на макете самолета и всякого рода "примерок" в наземных условиях и на летающих: лабораториях в очень короткие сроки был создан самый грузоподъемный в мире самолет Ан-22. Надежность силовой установки позволила после сравнительно небольшого количества испытательных полетов запустить самолет с модифицированными двигателями в серию.
Казалось, немного времени прошло после первого поле-га крупнейшего для своего времени пассажирского самолета Ту-114, имевшего четыре турбовинтовых двигателя НК-12 конструкции Н. Д. Кузнецова. Это было в 1957 г., а в июне 1965 г. "Антей" с четырьмя модифицированными турбовинтовыми двигателями типа НК-12 совершил полет в Европу, в 1967 г. на нем был осуществлен рекордный для турбовинтовых самолетов подъем груза 100,44 т на высоту 7848 м. Официальный рекорд удалось перекрыть более чем на 47 т. Всего десять лет разделяли эти события.
Силовая установка, разработанная конструкторским бюро Н. Д. Кузнецова, по-видимому, завершает создание этого типа двигателей (мощных ТВД для магистральных самолетов) как в нашей стране, так и за границей. Объясняется это тем, что появился газотурбинный двигатель нового типа - двухконтурный (турбовентиляторный), в котором нет огромного и напряженного редуктора, сложного многолопастного винта с собственными системами регулирования и защиты в аварийных случаях. Распространение турбовентиляторных двигателей связано с тем, что кинетическая энергия газов, вытекающих из сопла турбореактивного двигателя, при малых скоростях полета в значительной степени теряется бесполезно, кроме того, она служит источником шума, создаваемого реактивным двигателем. Минимальные потери энергии возможны при отбрасывании назад наибольшей массы газов с наименьшей скоростью. Именно поэтому при малых скоростях полета винт турбовинтового двигателя являлся более экономичным движителем, чем реактивная струя турбореактивного двигателя, несмотря на то что в ТВД энергия передается последовательно через турбину, редуктор и винт. Однако при больших скоростях полета коэффициент полезного действия винта падает. На таких скоростях (околозвуковых) целесообразнее применять двухконтурный двигатель, в котором располагаемая мощность цикла, развивающаяся в процессе расширения газов, используется для ускорения как горячей, так и холодной (во втором контуре) струй. Коэффициент полезного действия такого двигателя более высокий, чем обычного турбореактивного двигателя, при умеренных дозвуковых скоростях полета. Вместе с тем у него нет таких ограничений по скорости полета, как у ТВД.
Вопросы уменьшения шума, создаваемого двигателем, особенно для пассажирских самолетов, всегда привлекали внимание ученых, конструкторов и эксплуатационников. Они встали еще острее при увеличении тяги двигателей современных самолетов.
Именно по этим причинам конструкторское бюро, руководимое Николаем Дмитриевичем Кузнецовым, в 1960 г. приступило к разработке двухконтурного двигателя НК-8, предназначавшегося для межконтинентального пассажирского лайнера Ил-62. Позднее выпускается его улучшенная модификация - НК-8-4. Для самолета Ту-154 был создан еще один вариант двигателя этого семейства НК-8-2. Двухконтурные двигатели должны были иметь данные на уровне современных зарубежных силовых установок, что и было достигнуто благодаря простоте выбранной конструкции двигателя с малым количеством опор, умеренной степени повышения давления и широкому применению сравнительно новых в авиационном двигателестроении титановые сплавов. Помимо требуемых технических характеристик двигатель, предназначенный для установки на пассажирском самолете, должен отличаться повышенной надежностью.
В конструкции двухконтурного двигателя для первого советского аэробуса Ил-86 получили дальнейшее развитие лучшие черты двигателей семейства НК-8, реализованные в эксплуатации на самолете Ил-62. Особое внимание было уделено обеспечению высокой надежности и большого ресурса двигателя без переделки основной конструкции. Обеспечению высокой надежности в эксплуатации способствует также применение на двигателе многочисленных систем автоматического контроля и защиты, а также системы ранней диагностики и предупреждения о возникающих неисправностях.
Дальнейшее развитие получила конструкция многофорсуночной камеры сгорания, обеспечивающая не только равномерное поле температур перед турбиной, что важно для надежной работы горячей части двигателя, но и бездымный выхлоп двигателя, не загрязняющий окружающую среду. В двигателе предусмотрены также конструктивные мероприятия по существенному снижению уровня шума на всех этапах полета соответственно международным нормам. Значительное внимание уделено повышению экономичности двигателя по сравнению с двигателями семейства НК-8 за счет применения более высокой степени повышения давления в компрессоре и степени двухконтурности, а также за счет дальнейшего повышения к. п. д. всех узлов.
Под руководством Н. Д. Кузнецова созданы и создаются двигатели многих типов для различных аппаратов. В частности, для решения проблемы транспортировки газа с труднодоступных месторождений страны разработан, серийно изготовляется и широко эксплуатируется на газоперекачивающпх станциях газотурбинный привод НК-12СТ. В его конструкции осуществлена идея использования авиационного двигателя типа НК-12 в качестве привода газоперекачинающих агрегатов ГПА-Ц-6,3. Выполнены работы, позволившие использовать природный газ, перекачиваемый по трубопроводам, в качестве топлива для двигателя, осуществлена автоматизация всех процессов управления двигателем и его регулирования.
Решение этих сложных технических задач позволило:
- обеспечить газоперекачивающие агрегаты мощным газотурбинным приводом с малой массой и небольшими габаритами (мощность привода 6300 кВт);
- осуществить полную автоматизацию газоперекачивающих агрегатов и обеспечить полную автономию двигателя, не требующую дополнительных источников тепла, топлива и водоснабжения.
Впоследствии для транспортировки газа был конвертирован и другой двигатель ОКБ Н. Д. Кузнецова - НК-8, Этот автоматизированный газоперекачивающий агрегат ГПА-Ц-16/76-100, использующий достижения авиационной техники и современной технологии, надежно эксплуатируется в условиях пустынь Средней Азии, районах Крайнего Севера и горах Кавказа.
Николай Дмитриевич Кузнецов явился пионером в разработке авиационных двигателей, работающих на альтернативных топливах. В 1988 и 1989 гг. совершили испытательные полеты экспериментальные самолеты Ту-155. Для первого из них ОКБ Н. Д. Кузнецова разработало двигатель НК-88, использующий в качестве топлива водород. При его создании пришлось решить целый комплекс научно-технических и инженерных задач, в частности организацию рабочего процесса в камере сгорания. Из-за чрезвычайной сложности системы подачи топлива (практически невозможно избежать парообразования в подводящих трубопроводах) жидкий водород перед подачей в камеру сгорания газифицировался и подогревался.
Для другого экспериментального самолета ОКБ Н. Д. Кузнецова разработало двигатель НК-89, использующий в качестве топлива сжиженный природный газ.
Создание этих экспериментальных двигателей явилось большим творческим успехом конструкторского бюро и его руководителя.
Многогранную научно-исследовательскую, конструкторскую работу Николай Дмитриевич сочетает с педагогической деятельностью и подготовкой научных кадров на кафедре в одном из ведущих авиационных вузов страны. Таков путь выходца из рабочей семьи генерал-лейтенанта-инженера, действительного члена Академии наук СССР, Героя Социалистического Труда, лауреата Ленинской премии, генерального конструктора авиационных двигателей Николая Дмитриевича Кузнецова.
Аркадий Дмитриевич Швецов, Павел Александрович Соловьев
Аркадий Дмитриевич Швецов - один из старейших конструкторов авиационных двигателей нашей страны. Он родился в 1892 г. в семье народного учителя и окончил реальное училище в Перми. В этом городе прошла большая часть его конструкторской деятельности. Как и многие интересовавшиеся в ту пору авиацией, А. Д. Швецов поступил в МВТУ, но учебу вынужден был прервать, поскольку не имел средств продолжать обучение. И только при Советской власти, в 1921 г., он получил диплом инженера.
Рост молодого инженера и конструктора был непосредственно связан с развитием советского авиационного двигателестроения. Деятельность Швецова началась на моторостроительном заводе. В начале двадцатых годов он сконструировал звездообразный двигатель воздушного охлаждения М-11. Двигатель имел пять цилиндров и мощность 100 л. с. В течение 40 лет он служил нашей учебной и легкомоторной авиации, а самолет По-2 с этим двигателем на протяжении всей Великой Отечественной войны эффективно выполнял ночные боевые полеты на бомбометание.
Позднее, в начале тридцатых годов, в соответствии с Директивами XV съезда ВКП(б) началось строительство нового моторостроительного завода. При нем было организовано ОКБ. В это же время завершились переговоры с американской фирмой "Райт" о покупке лицензии на авиационный двигатель воздушного охлаждения "Райт-циклон", который послужил прототипом первых советских серийных двигателей М-25.
В 1934 г. Аркадия Дмитриевича назначили главным конструктором завода на Урале. Завод находился в стадии строительства и организации, а поэтому проблема кадров, особенно в то время, была очень острой. А. Д. Швецов верил в своих земляков-уральцев и смело приступил к организации опытного конструкторского бюро. В своем распоряжении он имел лишь несколько молодых авиационных инженеров. Но, помогая им советом и делом, он создал основной костяк бюро. Расхлябанность или недисциплинированность несовместимы были с работой в этом ОКБ. Швецов часто предостерегал своих сотрудников против опасности, заключенной в мнимой "очевидности", которая часто сбивает с пути логических умозаключений, особенно при тяжелых летных происшествиях. Сам главный конструктор осторожно подходил к принятию окончательного решения по интересующему его техническому вопросу. А. Д. Швецов был человеком молчаливым и сдержанным, скупым на слова, он отличался большим трудолюбием и аккуратностью. Конструкторское бюро под его руководством вместе с руководством завода проделали огромную работу по организации производства авиадвигателя М-25, за что в 1934 г. коллектив получил высокую оценку Народного комиссара тяжелой промышленности Г. К. Орджоникидзе. В 1935 г. новый завод посетили делегаты VI Конгресса Коммунистического Интернационала молодежи. Они были поражены результатами труда молодых строителей и остались очень довольны гостеприимством заводских комсомольцев.
Коллектив конструкторского бюро вместе с сотрудниками ЦИАМ упорно работал над улучшением конструкции двигателя М-25 и провел ряд доработок. После государственных испытаний мощный по тому времени двигатель воздушного охлаждения М-25А широко применялся на самолетах-истребителях И-15 и И-16.
Добрым словом хочется вспомнить двигатель М-62 (с 1944 г. АШ-62). Он выпускался в различных вариантах и до сих пор используется на самолетах Ан-2 на многих местных линиях Гражданского воздушного флота в нашей стране и более чем в 20 странах мира.
Разработанный в 1938 г. и изготовлявшийся серийно более мощный двигатель М-63 осваивался очень тяжело. Вспоминая историю доводки этого двигателя и трудности, которые возникали в начале его эксплуатации, необходимо отметить большую настойчивость, терпение и спокойствие, проявленные при этом генеральным конструктором. В тот период развитие двигателей воздушного охлаждения для повышения мощности в одном агрегате следовало направлять по пути создания двухрядной звезды.
В новом двигателе А. Д. Швецова вместо девяти цилиндров стало четырнадцать, располагались они в два ряда. Запущенный в серийное производство в мае 1941 г. двигатель получил наименование АШ-82. Предназначался он для истребителей и устанавливался на самолетах Ла-5 и Ла-7 - одних из лучших самолетов военного времени. Широкому распространению этих самолетов способствовало применение менее уязвимых двигателей воздушного охлаждения.
Благодаря хорошим летно-тактическим данным, которые s значительной степени основывались на высоких мощностных, экономических, массовых и эксплуатационных качествах двигателей АШ-82, самолеты Ла-5 и Ла-7 уже в первый период своего появления обеспечили превосходство, а в дальнейшем, когда выпускались в достаточном количестве, и полную победу наших ВВС над авиацией фашистской Германии. В конце войны силовые установки этого типа применялись также на самолетах-бомбардировщиках Ту-2.
Надежные двигатели ЛШ-82В, созданные позднее, использовались на вертолетах Як-24 и Ми-4, что в значительной степени способствовало широкому распространению вертолета Ми-4 не только у нас в стране, но и во многих других странах. На самолетах Ил-12 и Ил-14 применялись двигатели АШ-82ФН и АШ-82Т, которые до настоящего времени находятся в широкой эксплуатации.
В конце войны и в послевоенный период ОКБ А. Д. Швецова проводило большие работы по конструированию и доводке более мощных многорядных поршневых двигателей. В частности, еще в годы войны в ОКБ был создан 28-цилин-дровый четырехрядный звездообразный двигатель мощностью 4500 л. с.
Конструкторский талант А. Д. Швецова в полной мере проявился в трудный период, когда за короткое время следовало построить двигатель большой мощности, также воздушного охлаждения, для тяжелого четырехмоторного самолета Ту-4. Это был двигатель АШ-73. Для сохранения мощности на высоте на нем имелись специальные турбокомпрессоры, которые повышали плотность разреженного на высоте воздуха, поступающего в двигатель.
Двигатель АШ-73ТК представлял собой 18-цилиндровую звезду с двумя турбокомпрессорами, обеспечивавшими высотность 11 000 м. Этот двигатель устанавливался и на "летающей лодке" М-10, которая предназначалась для несения патрульной службы в открытом море. Немало трудностей пришлось преодолеть конструкторам, технологам и военным испытателям в период создания двигателя АШ-73ТК с турбокомпрессором, когда впервые на отечественном двигателе был применен стальной картер взамен дюралюминиевого. Мощность этого двигателя достигала 2400 л. с., что для силовой установки такого типа являлось, видимо, пределом.
Предвидя необходимость создания более высотных и более тяжелых дальних бомбардировщиков, конструкторский коллектив А. Д. Швецова в конце сороковых годов разработал серию экспериментальных двигателей, в том числе уникальный двигатель АШ-2ТК, состоявший из шести блоков, Мощность двигателя достигала 4300 л. с., его повышенная высотность и малый удельный расход топлива достигались благодаря комбинированному наддуву от турбокомпрессора и приводного центробежного нагнетателя. Оригинальным в этом двигателе было использование энергии выхлопных газов, которые из цилиндров отводились в газовые турбины, передававшие дополнительную мощность на приводной вал, а газ на выходе из турбокомпрессора использовался для получения дополнительной реактивной тяги. Двигатель АШ-2ТК, как и двигатель В. А. Добрынина, предназначался для тяжелых высотных самолетов сверхдальнего действия.
Появление этих двигателей было попыткой продлить использование поршневых моторов для самолетов дальнего действия, где экономичность двигателя являлась основным фактором. Техническое совершенство их было очень высоким. Предполагалось, что самолет, создаваемый в расчете на этот двигатель в конструкторском бюро А. Н. Туполева, будет иметь большую продолжительность полета.
Это был довольно своеобразный период в развитии авиационной техники, и военной в частности, когда за неимением турбореактивных двигателей большой мощности и экономичности конструкторы тяжелых и дальних самолетов пытались создавать современные летательные аппараты с комбинированными силовыми установками. Однако появление в скором времени отечественных турбореактивных и турбовинтовых двигателей с приемлемой экономичностью позволило военной авиации навсегда отказаться от поршневых установок.
В заключение следует указать, что в период применения как в военной, так и в транспортной авиации поршневых авиационных двигателей Аркадий Дмитриевич Швецов был одним из выдающихся отечественных конструкторов, который в трудное для страны время сумел организовать высококвалифицированный коллектив и благодаря своему таланту и настойчивости в решении поставленных задач обеспечил создание большого количества типов первоклассных двигателей воздушного охлаждения.
Аркадию Дмитриевичу были органически присущи честность и чувство собственного достоинства. Эти качества А. Д. Швецов высоко ценил и в других. Надо сказать, что он был разносторонне талантлив. С юношеских лет полюбив Урал с его суровой, величественной природой и живя на берегу Камы, Швецов часами бродил по нехоженым тропам или плыл на лодке, наблюдая жизнь леса, любуясь красотой уральских пейзажей. Иногда он брал с собой подрамник и краски, Любовь к живописи сохранилась у него до последних лет. Очень любил Аркадий Дмитриевич отдыхать за шахматами. Даже не имея партнера, он мог часами разбирать сложные турнирные партии. Но самым большим увлечением его была музыка. Аркадий Дмитриевич часто говорил что готов примириться с любыми лишениями, но не мог бы отказаться от рояля. В любой час, вернувшись домой, он садился за рояль. По свидетельству слышавших его игру и присутствовавших при разучивании музыкальных произведений, и в этом занятии проявлялись целеустремленность и настойчивость, свойственные характеру Швецова. Одаренность, особенно в области искусства, присуща не каждому, однако поневоле напрашивается аналогия с другим генеральным конструктором - Сергеем Константиновичем Туманским, который также был способным музыкантом. Казалось бы, что общего в шуме и грохоте авиационных двигателей и звуках рояля? Но природа, как известно, наделяет некоторых людей многими, иногда не очень схожими талантами и наклонностями.
За выдающиеся достижения в области авиационного моторостроения, генерал-лейтенант инженерно-технической службы Аркадий Дмитриевич Швецов был награжден пятью орденами Ленина и многими другими орденами. Ему присвоено звание Героя Социалистического Труда и присуждены четыре Государственные премии. Будучи депутатом Верховного Совета СССР, Аркадий Дмитриевич часто встречался со своими избирателями. Бывал он и в родных местах, где еще помнили его родителей - учителей, которые сеяли "разумное, доброе, вечное". Посетил он и домик в два окна, где шил его дед, бывший крепостной, кузнец по профессии и изобретатель по натуре. Он посвящал внука в свое ремесло, а тот учил дедушку арифметике. И вот внук бывшего крепостного удостоился высших наград и званий Родины и участвовал в управлении государством.
Преемником А. Д. Швецова, умершего 19 марта 1953 г., стал молодой талантливый конструктор П. А. Соловьев. Павел Александрович родился в крестьянской семье в Ивановской области. Закончил среднюю школу. После окончания Рыбинского авиационного института начал свою трудовую деятельность в конструкторском бюро, руководителем которого он являлся до 1989 г.
Назначение П. А. Соловьева в 1953 г. главным конструктором было закономерным, так как, являясь первым заместителем главного конструктора, он много работал над созданием и доводкой поршневых двигателей, и особенно АШ-82 различных модификаций как для вертолетов, 1ак и для пассажирских самолетов. Возглавляемая молодым конструктором организация ставила перед собой задачу перехода на газотурбинную тематику, которой занимались уже многие конструкторские двигательные организации. В ОКБ исследовались различные схемы турбореактивных двигателей, принимались новые решения. Смелое решение было найдено, когда в 1954 г. молодой конструктор внес предложение о создании двухконтурного двигателя, по которому не было опыта не только в этом бюро, его было немного и в отечественной практике.
Прежде всего следовало доказать реальность создания двухконтурных двигателей и выявить в дальнейшем все возможные области применения их. В самом же коллективе необходимо было осуществить переход на новую тематику с предварительным доказательством целесообразности, реальности предлагаемых схем. Правильным было решение начать с создания двигателя ТВ-2М, который являлся модификацией ТВ-2Ф конструкторского бюро Н. Д. Кузнецова. Двигатель предназначался для пикирующего бомбардировщика-торпедоносца конструкции А. Н. Туполева. В 1954 г. двигатель прошел государственные испытания. Позднее перед конструкторским бюро была поставлена задача построить двигатель для самого тяжелого по тому времени вертолета Ми-6. Таким турбовальным двигателем явился ТВ-2ВМ. Оригинальным в конструкции двигателя являлось применение свободной турбины, не имеющей обычной кинематической связи с газогенераторной частью двигателя.