Валерий Августинович - Битва за скорость. Великая война авиамоторов

• Название: Битва за скорость. Великая война авиамоторов
• Автор: Валерий Августинович
• Издательство: М. : Яуза : Эксмо, 2010. — 448 с.: ил.
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2010
• ISBN: 978-5-699-43214-1

Борьба за господство в воздухе — это прежде всего ВОЙНА МОТОРОВ. Опыт Второй Мировой показал, что именно превосходство в скорости является решающим фактором в воздушном бою, а отставание СССР в моторостроении стало главной «ахиллесовой пятой» наших ВВС в Великой Отечественной войне. Вся история авиации есть ожесточенная БИТВА ЗА СКОРОСТЬ, а значит — за мощность авиадвигателей, по праву считающихся вершиной технологии и доказательством научно-технической состоятельности государства.

Эта книга — первое серьезное исследование великой войны моторов, продолжавшейся весь XX век и определившей развитие авиапромышленности, — от первых поршневых двигателей до новейших газотурбинных, от неуклюжих «этажерок», летавших со скоростью мопеда, до гиперзвуковых стратосферных суперджетов последнего поколения. Будучи признанным авторитетом в области проектирования авиационных двигателей с более чем 40-летним стажем, автор лично участвовал в этой битве за скорость, а его книга не только в высшей степени компетентна, но еще и на редкость увлекательна, читаясь как захватывающий технотриллер.

---

«Роллс-Ройс», создав инновационный трехвальный двигатель большой двухконтурности для широкофюзеляжных самолетов, тем самым создал и моду на «трех-вальность». И Запорожское КБ под руководством Лота-рева (сменившего Ивченко), и Самарское КБ Кузнецова поддались этой моде и, несмотря на сложность трансмиссии, сделали-таки трехвальные двигатели для грузового самолета большой вместимости АН-124 (двигатель Д-18), ближнемагистрального самолета Ту-334 (двигатель Д-436) и стратегического бомбардировщика Ту-160, аналога американского В-1, (двигатель НК-32).

Выбором облика будущего ПС-90 П. А. Соловьев занимался лично, как никаким другим двигателем. Изучая на выставках в Ле-Бурже и Фарнборо зарубежные двигатели-аналоги большей размерности с их впечатляющими фланцами корпусных деталей, он пришел к четкому для себя выводу о предельном диаметре вентилятора (не более 2 метров). «Мастодонтов» делать мы не будем». Не сразу был сделан и окончательный выбор между двухвальной традиционной схемой двигателя и модной в то время трехвальной. В конце 1979 г. Соловьев принял решение в пользу традиционной схемы. Так же остро шла борьба внутри ОКБ о выборе размерности компрессора. В КБ было две базовых размерности, отличающихся на 25 % по расходу воздуха. От выбора размерности при ограничении на диаметр двигателя зависело очень многое, в первую очередь степень двухконтурности, а следовательно, и экономичность будущего проекта. Были и риски по повышенной температуре газа и ограниченности форсирования двигателя по тяге в случае выбора меньшей размерности компрессора. Здесь никто не может предложить решения, кроме главного конструктора — это его выбор. Соловьев принял решение в пользу приоритета экономичности и — выиграл, как показали последующие события.

Главный конкурент Пермского ОКБ тоже не дремал. Опережая ОКБ Соловьева в готовности двигателя (его НК-56 уже вовсю проходил стендовые испытания, а в Перми еще только шла поузловая доводка), Кузнецов вышел с предложением делать вместо двух разных двигателей для ИЛ-96 и Ту-204 один, унифицированный для обоих самолетов. Предложение было разумным, тем более это видно сегодня, когда стало ясно, что внутренний рынок имеет достаточный для рентабельного производства объем только в сегменте ближне-среднемагистральных самолетов. Но в процессе оптимизации самолетов (проект Ту-204 сделали двухдвигательным вместо первоначально трехдвигательного, а в ИЛ-96 уменьшили пассажировместимость) под один тип двигателя оказалось, что почти готовый НК-56 великоват. А пермский будущий ПС-90 соответственно маловат. Соловьеву пришлось форсировать двигатель по температуре газа, а Самарскому КБ — полностью переделывать свой двигатель, уменьшая геометрические размеры.

Тем временем был объявлен конкурс на двигатель для этих самолетов, окончательная оценка которого должна была быть сделана по результатам натурных испытаний в термобарокамере, имитирующей высотные условия полета. Изменения условий технического задания на двигатель позволили выровнять шансы, самарский задел готовых сборочных единиц, по сути, был обнулен. Параметры ПС-90 были выше, лучше и экономичность, что и было продемонстрировано на испытаниях.

Последний из «могикан», генеральный конструктор П. А. Соловьев.

Победу тогдашний министр авиапрома И. С. Силаев присудил П. А. Соловьеву, несмотря на мнение большинства экспертов в пользу Самары. Позиция экспертов понятна: научно-инженерный потенциал ОКБ Кузнецова, включая мощную лабораторную базу, был объективно выше. Но… судьба в лице министра авиапрома распорядилась иначе.

Как оказалось, это спасло и Пермское КБ и Пермский моторный завод в период краха экономики из-за так называемых «реформ». Инерция позволила «проскочить» этот период, хотя и с потерями, а уже освоенное производство ПС-90 существенно облегчило процесс конверсии авиационных двигателей в наземные газотурбинные установки. Ставка Соловьева на высокие параметры обеспечила конкурентоспособность и наземной техники, о чем тогда никто не задумывался. Наземным применением авиационных двигателей в Пермском ОКБ до 1990-х гг. не занимались — это была прерогатива Самарского КБ. Именно на базе отработавших в эксплуатации турбовинтовых двигателей Н К-12 в ОКБ Кузнецова были созданы первые советские газоперекачивающие агрегаты, которые серийно изготавливали на казанском заводе, бывшем № 16.

Последний «удар» был отбит, когда А. А. Туполев неожиданно попросил увеличить тягу двигателя ПС-90 на 15 % для увеличенной (дальней) модификации самолета Ту-204, получившего обозначение Ту-214. Двигатель и так уже был форсирован в сравнении с первоначальным проектом, и дальнейшее повышение режима было рискованным. Увеличение же геометрических размеров было неприемлемым — нарушалась взаимозаменяемость с таким же двигателем для Ту-204. Что делать? Автор этих строк с коллегой А. А. Пожаринским приехали разбираться в туполевское ОКБ. Пошли к инженерам-аэродинамикам, которые бесхитростно показали нам действительный потребный уровень тяги двигателя при взлете самолета. Оказалось, что при обеспечении взлета Ту-214 даже при одном отказавшем двигателе достаточно тяги 14 тонн. Ас нас просили 18 тонн. То есть даже уже нормального согласованного уровня 16 тонн было лишку! Самолетчики хотели, как всегда, иметь запас на всякий случай, но это было неприемлемо для двигателя. Решение возникло сразу же: ввести так называемый «ЧР» («чрезвычайный режим»), кратковременное использование которого допустить только в случае реального отказа двигателя при взлете. А для этого разработать алгоритм вырабатывания сигнала отказа двигателя при взлете и автоматического вывода исправного (соседнего) двигателя на повышенный до 17,5 тонны тяги режим. Такой алгоритм при участии автора этих строк был разработан и успешно внедрен на самолете Ту-214. Задача была решена. Во время сертификационных испытаний самолета был продемонстрирован надежный взлет при одном выключенном двигателе и выходе на «ЧР» второго двигателя. И в последующей эксплуатации — ни одного отказа алгоритма или ложного срабатывания!

Самарское КБ, получив утешительный приз в виде заказа на разработку перспективного винто-вентиляторного двигателя со сверхбольшой степенью двухконтурности НК-93, застряло на перепутье — денег на реализацию такого амбициозного проекта у государства не нашлось. В Пермском КБ тоже разрабатывался инновационный проект двигателя, но для гиперзвука — двухконтурный турбопрямоточный двигатель с авторотирующим вентилятором. Волна кризиса накрыла и этот многообещавший проект.

После победы в конкурсе началась настоящая работа. Что такое создание нового двигателя, рассказано ниже.

Опыт создания двигателей свидетельствует, что достижение поставленной цели — сертификации двигателя — в ограниченное время может быть осуществлено при следующих условиях. Аэродинамическая доводка основных узлов (компрессор, камера сгорания, турбина, сопло) должна быть проведена на моделях, стендах поузловой доводки до начала производства и сборки первого образца натурного двигателя. Планирование работ в условиях ограниченности ресурсов как постоянно действующего фактора должно проводиться в соответствии с иерархией приоритетов: поставка опытных двигателей на высотный стенд-имитатор полетных условий, летающую лабораторию и опытный самолет — годовое планирование; сборка, специальные и длительные испытания двигателей — месячное планирование; поставка сборочных единиц на сборку — недельное планирование.

Двигатель сверхбольшой двухконтурности НК-93 на летающей лаборатории ИЛ-76ДП. МАКС-2009.

С чего начинается работа по доводке двигателя, когда первый двигатель собран и поставлен на испытательный стенд? Сначала нужно убедиться, что он не развалится сразу же при выходе на расчетный режим работы. Для этого необходимо после отладки запуска в первую очередь проверить уровень осевых сил, действующих на опоры ротора (подшипники). Далее — определить по уровню температуры газа за турбиной допустимый максимальный режим работы двигателя в данной сборочной компоновке. Как правило, окончательный конструктивный облик двигателя появляется не сразу — некоторые системы имеют промежуточный характер из-за фактора времени. Одновременно проводится оценка главного термодинамического параметра — удельного расхода топлива, или кпд двигателя, с целью определения узлов, где есть недобор эффективности. Если более-менее все в порядке, то один двигатель отправляется на высотный стенд-имитатор, второй — на летающую лабораторию, а третий ставится на опережающие длительные испытания с целью выявления «узких» мест, ограничивающих ресурс двигателя. Еще один двигатель «обвешивается» большим количеством датчиков для проведения специспытаний: тензометрирования и термометрирования лопаток компрессора и турбины. И пошло-поехало. Все это требует времени и времени большого.