МОТОР ДЛЯ ПЕРЕХВАТЧИКА

МОТОР ДЛЯ ПЕРЕХВАТЧИКА

Чтобы понять, как был создан уникальный мотор для самолета-перехватчика МиГ-31, который, по официальному заключению Центрального института авиационного моторостроения на проект, «создать было невозможно», нужно рассмотреть предысторию ОКБ, создавшего этот мотор. На пустом месте действительно создать такой двигатель невозможно.

К концу 1950-х постепенно и моторное ОКБ-19 в Перми стало выходить из кризиса, переходя от поршневой на газотурбинную тематику. В 1953 г. закончилась эпоха: почти одновременно умерли всесильные и Сталин, и Вышинский, и Мехлис. В том же году через две недели после смерти Сталина в 60 лет ушел из жизни и один из последних действующих конструкторов из «поршневиков» А.Д. Швецов. В это же время сначала заместителем министра, а потом и министром авиационной промышленности СССР на долгие 20 лет становится Петр Васильевич Дементьев, или «Петр Великий», как его называли. Как известно, придумывать прозвища начальникам с использованием их имени — это старая русская традиция. Наиболее известным прозвищем в истории является прозвище военного министра 1820-х гг. графа Аракчеева — «Сила Андреевич». П.В. Дементьев и до войны, и в войну вплоть до 1953 г. был директором московского авиационного завода, производившего истребители МиГ-3. По существовавшей традиции министром авиапрома всегда становился выходец из директорского корпуса. Министром он стал в 1957 г., сменив на этом месте Хруничева. Награжден был П.В. Дементьев за свою долгую карьеру девятью (!) орденами Ленина.

Вот как о нем отзывается П. А. Соловьев, тогда только что назначенный на должность главного конструктора после смерти А.Д. Швецова: «С моей точки зрения, это исключительно талантливый человек был. У него должность такая неблагодарная, я бы так сказал… А так он был бы большой конструктор, ученый, достиг бы больших высот. Он закончил Академию им. Жуковского и первое время работал в ГВФ. А потом его перевели главным инженером на 30-й завод в Москве, затем он стал директором, первым заместителем министра и далее министром. Очень энергичный, быстро схватывал. Вот казалось, какое он имеет особое отношение к двигателю. А когда ему рассказываешь о каком-то дефекте, неполадке, он иногда даже в шутливой форме высказывал какую-то мысль, которая потом оказалась правильной… Петр Васильевич, наш министр, его не так просто было пробить. Нам он всегда помогал» (Соловьев, с. 43).

С чего начинался обычный рабочий день министра советского авиапрома? Со сводки летных происшествий, если они были, и каждодневной сводки самолетов Аэрофлота, простаивающих без двигателей и агрегатов. Авиапромышленность первым делом должна была «делать штуки» — обеспечивать бесперебойное функционирование авиации. Все остальное — потом. Надо сказать, что Аэрофлот, пользуясь своим монопольным положением, эксплуатировал самолеты безобразно с точки зрения экономики, т. е. недостаточно интенсивно. Годовой налет самолетов был в два раза ниже зарубежного. Это приводило к таким негативным последствиям, как раздутый парк самолетов и замедление их амортизации. В результате смена поколений самолетов происходила медленнее, чем на Западе, и существовавшее вначале небольшое отставание стало накапливаться. Так называемые «лидерные» самолеты советского производства, имевшие опережающую наработку, эксплуатировались не в СССР, а в странах советского блока: Болгарии, Венгрии и др. Там деньги умели считать лучше, а у нас на первом месте было удобство начальства-лишь бы не заниматься «сложным» диспетчированием для увеличения загрузки рейсов.

Новый главный конструктор ОКБ-19 П.А. Соловьев был молод (36 лет) и осмотрителен. Наследство досталось ему проблемное: специализация КБ на поршневых моторах, когда уже все остальные по меркам технического прогресса давно перешли на газотурбинную тематику и интенсивно работали по заказам над новыми двигателями, тормозила инновационный переход. Новых заказов нет, опыта в газотурбинной технике, необходимого для получения заказов, нет, финансирования для развития тоже нет. Подобная проблема в США возникла и у фирмы «Кертис-Райт», на базе разработок которой в свое время и было создано ОКБ-19. Как известно, «Кертис-Райт» не справилась с этой проблемой и постепенно сошла со сцены, сначала занявшись субподрядными работами по разработке отдельных узлов ГТД, а затем и вовсе растворившись в среде более удачливых конкурентов (в частности, «Пратт-Уитни»).

Вот как описывает сложившуюся тогда ситуацию сам П.А. Соловьев: «Мне пришлось очень сильно подумать, что делать дальше. И сначала мы развернули работу по перевооружению своей фирмы на газотурбинную тематику. Организовали отдел по исследованию различных новых схем газотурбинных двигателей. Их ведь существует очень большое количество. Очень много изобретений в этой области имеется. Но многие, как говорится, ждут своего часа. И вот мы все схемы, которые только можно, и сами придумывали, и использовали запатентованные — очень тщательно изучали. Нам нужно было четко понять, что существует в мире из нереализованного конкретно, но находится в таком состоянии, что техни^ ческий и научный уровень уже подошел к той точке, при которой уже можно обеспечить выход этой новой схемы, нового патента. Мы, конечно, со временем очень много схем продумали. И я понял, что надо заниматься двухконтурным двигателем» (Соловьев, с. 31).

После пятилетнего инкубационного периода, в течение которого в ОКБ занимались и прямоточным двигателем, и оригинальным сверхзвуковым газотурбинным для ударного самолета разработки КБ Цыбина, произошел долгожданный прорыв: «Собственно говоря, выбрал из всего того, что было проанализировано долго и упорно, вот этот двухконтурный двигатель. Причем с определенным риском, и немалым, в первую очередь по уровню температуры. И по моей инициативе мы начали составлять эскизный проект двухконтурного двигателя для А.Н. Туполева, который задумал машину, так называемую двухрежимную. Бомбардировщик, на который должна была наша машина встать, должен был в течение двух третей своего полета из того времени, за которое он покрывает свою территорию, еще в зоне своей ПВО, идти на экономичном режиме по расходу топлива, т. е. дозвуковом. Потом в районе фронта переходить на форсажный режим, делать свою работу, разворачиваться и возвращаться в свою охраняемую зону на сверхзвуковой скорости. А дальше уже опять «пилить» на дозвуковой скорости» (Соловьев, с. 31).

А.Н. Туполев поддерживал Пермское ОКБ-19, помня удачную совместную работу по прежним решающим для существования его ОКБ темам: бомбардировщикам Ту-2 и Ту-4. Скорее всего, именно его поддержка оказалась решающей для пермяков. Проект двигателя, получившего обозначение Д-20, однако тогда не реализовался: если с газотурбинной частью более или менее было понятно, что делать, как казалось молодому главному конструктору, то организация процесса горения в «холодном» наружном контуре и тогда, и сегодня остается проблемой. Предложенная идея форсирования оказалась нежизнеспособной — опыта не было. На этом примере видна решающая роль выбора концепции будущего двигателя: заранее все риски просчитать невозможно (ведь речь, как правило, идет о создании двигателя нового поколения, где всегда присутствуют инновации), но концепция должна выбираться очень тщательно. Во многом именно она определяет успех или неуспех проекта.

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), как уже отмечалось ранее, 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).

А простаивающее производство Соловьев загрузил субподрядными работами по изготовлению узлов редуктора турбовинтового двигателя Самарского ОКБ Н.Д. Кузнецова ТВ-2, предшественника будущего успешного НК-12. Переход от поршневой техники к газотурбинной во всех моторных КБ мира был болезненным. Не все сумели перестроиться. Получался замкнутый круг: из-за отсутствия опыта проектирования газотурбинных двигателей КБ не поручали создание новых двигателей, а без создания двигателя невозможно приобрести необходимый опыт. Там, где техническая помощь пришла извне в виде трофейных или закупленных образцов, да еще со специалистами, дело шло более или менее успешно. А где приходилось «набивать шишки» самим, дело шло трудно, финансирование из госбюджета было скудное. В общем, типичный кризис, выход из которого вполне мог состояться в виде прекращения деятельности ОКБ. Для того (да и нынешнего) времени это была вполне реальная перспектива.

Именно в таком «подвешенном» положении оказались «поршневые» ОКБ А.Г. Ивченко и П.А. Соловьева. И оба — весьма слабых в сравнении с другими КБ — вначале были на подряде у Н.Д. Кузнецова: Соловьев делал редуктор, а Ивченко — турбостартер, т. е. мини-ГТД мощностью 250 л.с. Но даже эту скромную тему А.Г. Ивченко удалось получить только с использованием «административного ресурса» в лице украинских партийных властей (ЦК КПУ), поддерживаемых тогдашним лидером Н.С. Хрущевым. Хрущев хотел создать и в конце концов создал украинскую авиапромышленность.

В 1956 г. ОКБА.Г. Ивченко отдали тематику ТВ-2 (Кузнецов был занят своим более мощным НК-12 для Ту-95) — этот двигатель нужно было доводить «до ума» для самолета Ан-8, двухмоторного предшественника будущего четырехмоторного Ан-10 и образца-модели всего последующего антоновского ряда. Конструктор самолетов O.K. Антонов был приглашен Н.С. Хрущевым в 1953 г. на Украину из Новосибирска, где он в ОКБ завода им. Чкалова в 1946 г. спроектировал удачный легкий самолет Ан-2 с мотором Швецова АШ-62ИР. До этого же он работал в ОКБ у Яковлева, являясь его заместителем. Фирменной схемой самолетов ОКБ Антонова с газотурбинными двигателями станет верхнее над фюзеляжем расположение крыла. И сегодня новейший двухмоторный ближнемагистральный Ан-148 сделан по той же схеме.

И здесь мы должны сделать некоторое отступление в историю конкуренции на рынке транспортных самолетов, вернее, двигателей для этих самолетов. В начале 1950-х гг. в этой нише во всем мире традиционно доминировали турбовинтовые самолеты, типичным примером которых был английский четырехмоторный «Вискаунт» разработки «Виккерс» (Vickers Viscount) с роллс- ройсовским двигателем «Дарт» («Копье») мощностью в диапазоне 2000–3000 л с. в зависимости от модификации (последняя-Дарт-10). Этот двигатель был неоригинальным прежде всего по схеме компрессора. Компрессор был двухступенчатый… центробежный с весьма скромной степенью сжатия 5,6, трубчатая (7 труб — нечетное, простое число для избежания возможного резонанса с лопатками турбины в случае кратности чисел труб и лопаток, очевидно, что англичане «напоролись» на это явление) камера сгорания, т. е., по сути, удвоенный старый добрый «Нин». Центробежные компрессоры на маршевых двигателях к этому времени уже «не носили» — они вышли из моды. В будущем на газотурбинных двигателях такого класса мощности станет общепринятой схема осецентробежного компрессора, причем замыкающая центробежная ступень останется лишь из-за малой размерности длины лопаток (меньше 20 мм) последних осевых ступеней при высоких степенях сжатия.

Как видим, понимание необходимости опережающей разработки двигателей с инновациями в мире в то время отсутствовало. Двигатели надо было проектировать быстро вслед за самолетами (цикл проектирования самолета был и остается меньше по времени, чем двигателя к нему) и их делали из того, что было. В 1970-е гг., когда «Дарт» все еще эксплуатировался вовсю, он производил впечатление совсем уж архаичной конструкции, как будто его проектировал Леонардо да Винчи. Однако его производство прекратили только в… 1987 г. Так что и за рубежом мы видим примеры длительной амортизации типов двигателей. Принцип «инновация ради инновации» тоже не работает как всеобщий. Есть мода «от-кутюр», а есть «прет-о-порте». Есть скаковые лошади и рабочие лошади. Как «лошадка» «Дарт» поработал хорошо — стоял на многих самолетах и налетал к 2005 г. 169 млн часов. Да и запорожский аналог (по мощности, но не по схеме) английского «Дарта» АИ-20 не сильно отстал, налетав за время существования, или жизненного цикла, свыше 100 млн часов.

Турбореактивная модель самолета фирмы «Де Хэвиленд» «Комета-4» была тогда еще инновационным, а следовательно, рисковым проектом. Во всяком случае, рискованно было ставить на него в массовых перевозках. Вслед за «Вискаунтом» ильюшинское ОКБ сделало его удачный советский аналог Ил-18, который около двадцати лет, начиная с 1957 г., был «рабочей лошадью» Аэрофлота. Именно на этом самолете пассажирские перевозки в СССР стали массовыми. Ил-18 задумывался сразу после создания первого послевоенного советского пассажирского самолета Ил-14, оснащенного двумя поршневыми двигателями серии АШ-82Т. Первоначально четырехмоторный самолет Ил-18 планировалось оснастить тоже поршневыми швецовскими моторами АШ-73ТК, уже стоявшими на бомбардировщике Ту-4. И это был бы вполне реальный проект. Но время поршневых моторов заканчивалось и нужно было переходить на газотурбинную технику.

Было золотое время 1960-х! Автор этих строк помнит, как в 1962 г., когда в Москве был только один аэропорт Внуково и не было, разумеется, никаких террористов или автомобильных пробок, безмятежно, можно сказать по- аристократически, выполнялась процедура полета. Регистрация билетов не спеша осуществлялась в «Грандотеле» (ныне давно снесенном), примыкавшем к гостинице «Москва» на Театральной плошади напротив Музея Ленина. Здесь же подавался автобус, который подвозил пассажиров прямо к трапу самолета во Внуково. VIP, да и только! Вскоре в связи с бурным ростом авиаперевозок в середине 1960-х гг. построили и новый аэропорт Домодедово.

Так на двигатель для новых многообещающих самолетов «Москва» (позднее Ил-18) и «Украина» (позднее Ан-10) был объявлен конкурс, в котором приняли участие Запорожское ОКБ А.И. Ивченко и Самарское ОКБ Н.Д. Кузнецова.

Первый «кузнецовский» двигатель ТВ-2 позже неявно считался как бы НК-2, а дальнейшие порядковые четные индексы отсчитывались от этого первого образца (НК-4, НК-6, НК-8). Несмотря на «однородность» индексов, это были совершенно разные двигатели: НК-4 — турбовинтовой, НК-6 — мощный двухконтурный с форсажной камерой в наружном контуре для сверхзвукового разведчика-бомбардировщика Ту-22, а НК-8 — двухконтурный средней мощности для дозвуковых магистральных самолетов Ту-154 и Ил-62. По «немецкой» традиции существенно более мощный двигатель на базе ТВ-2 получил «прибавку» +10 в индексе и стал известен как НК-12, хотя исторически он появился раньше, чем тот же НК-8. Позже для удобства определения привязки двигателя к самолету использовался индекс самолета (НК-22 для Ту-22, НК-86 для Ил-86). Аналогично истории получения индекса НК-12 прибавкой «десятки» к НК-2 более мощный двигатель для Ту-160 на базе НК-22 получил индекс НК-32.

Итак, на конкурс Ил-18 и Ан-10 представляются проекты турбовинтового НК-4 и первого запорожского газотурбинного двигателя (но уже с амбициозными инициалами главного конструктора) АИ-20 в классе мощности 3000 л.с., т. е. ниже, чем у последних поршневых моторов АШ-2К и ВД-4К. Последующая модификация АИ-20М как раз сравнялась по мощности с «поршневиками» — 4000 л.с., но в отличие от последних весила в два раза меньше. Проект АИ-20, а затем и его реализация в газотурбинной части представлял собой, по сути, еще все ту же немецкую разработку БМВ 109–003. Да и как иначе? ОКБ А.Г. Ивченко не имело никакого опыта создания газотурбинных двигателей, чтобы за два года спроектировать и предъявить на госиспытания новый двигатель. Особенно это касается малонагруженного осевого 10-ступенчатого компрессора и камеры сгорания. Хотя по сравнению с «Дартом» АИ-20 был неплох. Отсюда и «консервативность» проекта по уровню параметров (степень сжатия 7,6 и температура газа перед турбиной 900 °C, позволяющая ее сделать неохлаждаемой): основной вклад в экономичность силовой установки должен был внести высокоэффективный движитель, т. е. винт с его высоким кпд преобразования работы цикла в тяговую работу, а не газотурбинный двигатель, преобразующий теплоту сгорания топлива в работу термодинамического цикла.

Отдельно надо сказать несколько слов о камере сгорания. Главными проблемами создания эффективной камеры сгорания всегда стесненного в размерах авиационного ГТД являются:

• Малая скорость распространения пламени (10 м/с) из-за низкого коэффициента теплопроводности газа (передачатепла идете помощью молекулярных столкновений по закону Фурье, а газ имеет невысокую плотность, т. е. малое количество молекул в обьеме).

• Сильная или, как принято говорить, экспоненциальная (закон Аррениуса) зависимость скорости химических реакций горения от температуры рабочего тела.

Отсюда организация устойчивого горения и, что не менее важно, розжига камеры сгорания, особенно при отрицательных температурах зимой или на высоте определяет габариты камеры сгорания (поперечный и продольный) и схему организации горения. Малая скорость распространения пламени (10 м/с) входит в противоречие с большой скоростью потока в основных узлах двигателя (в среднем 300 м/с), которая только и позволяет иметь минимальный «лоб» авиационного двигателя. Если ориентироваться на ламинарную скорость горения, то никакого малогабаритного авиационного двигателя не получится, а получится прямоточный котел, как на ТЭЦ, величиной с дом. Минимально допустимая скорость по тракту двигателя составляет 100 м/с (в десять раз выше скорости горения) и даже в этом случае, если посмотреть, то наиболее габаритные места в двигателе расположены как раз в районе камеры сгорания (что основной, что форсажной), где и реализуется этот «пониженный» уровень скорости. Дальнейшее снижение скорости потока до требуемого для устойчивого горения уровня 10 м/с (там, где скорость потока должна быть равна скорости распространения пламени) обеспечивается только в локальной зоне (собственно в зоне горения) созданием обратных токов с помощью, например, постановки плохо обтекаемого тела с поперечным вихреобразованием или организацией осевого вихря с помощью специального завихрительного устройства. Так в ядре вихря создается полный спектр осевых скоростей: от отрицательных значений в ядре вихря (обратный ток) с переходом через ноль до 100 м/с, включая и желаемые для нас 10 м/с, на периферии вихря.

Продольный габарит камеры сгорания определяется низкой скоростью горения при отрицательных температурах окружающего воздуха. Для того чтобы процесс горения завершился в пределах геометрических размеров камеры сгорания, необходимо время. А в движущемся газе, да еще со скоростью 100 м/с, соответственно длина, равная произведению скорости потока на время реакции. Если посмотреть на двигатель, например, ВК-1,то мы увидим, что камера сгорания имеет внушительные размеры в сравнении с компрессором, которые как раз и определяются вышеизложенными соображениями.

Кроме этих проблем, существуют еще и проблемы обеспечения теплового состояния и ресурса как самой камеры сгорания, так и расположенной за ней турбины. Ведь локальная температура в зоне горения достигает 2000 °C, и если хорошо не перемешать продукты сгорания с воздухом, то можно «сжечь» турбину, т. е. ее лопатки. В общем, создание камеры сгорания с «нуля» требует длительной и кропотливой работы опытных инженеров и менее чем за десять лет приличную камеру сгорания создать трудно.

Основные исследовательские работы по нахождению оптимальной схемы организации горения провели немецкие инженеры. Решения, предложенные ими, стали классическими и, по сути, не изменялись в течение пятидесяти лет. Только в последние два десятилетия в связи с изменением приоритетов в сторону уменьшения эмиссии вредных веществ (окислов азота и углерода) появились инновации в области проектирования камер сгорания.

Камера сгорания немецкого БМВ 109–003 — прототип всех камер сгорания.

А что же с камерой сгорания АИ-20? А там мы увидим зрелую конструкцию, имеющую основные черты камеры сгорания немецкого двигателя БМВ 109–003. Типология камер сгорания авиационного ГТД имеет две основных ветви: кольцевая и трубчатая. В первом случае камера сгорания имеет кольцевую форму тора, а во втором — несколько (от 6 до 12) отдельных цилиндрических труб, объединяющихся в кольцевое сечение перед самой турбиной. Немецкие инженеры делали и кольцевые (БМВ 109–003), и трубчатые камеры сгорания («Юмо» 109–004). На двигателе АИ-20 стоит камера сгорания БМВ 109–003 один к одному — кольцевая с характерными, погруженными в поток, патрубками смешения воздуха с горячим газом и пусковой форкамерой. Кстати, она и сегодня смотрится вполне современно.

ОКБ Н.Д. Кузнецова к этому времени (1956 г.) было, конечно, значительно более опытным, работая над «настоящим» двигателем НК-12 с уровнем мощности, не имеющим аналогов в мире. Самарские инженеры разработали на конкурс значительно более инновационный проект НК-4, содержащий, в частности, и вошедшие в моду сверхзвуковые ступени компрессора, что позволило сократить габариты и вес двигателя. Компрессор был шестиступенчатый (на 4 ступени меньше, чем в АИ-20!) со степенью сжатия 7,9. Как вспоминает А.П. Зленко, бывший тогда начальником отдела компрессоров в ОКБ А.Г. Ивченко: «Когда проекты двигателей НК-4 и АИ-20 были готовы, их представили на утверждение в ЦИАМ. Первым докладывал Н.Д. Кузнецов, за ним — А.Г. Ивченко. В перерыве члены НТС обменивались мнениями, и я услышал, как один из сотрудников ОКБ Кузнецова сказал: «Проект НК-4 — это «изящная француженка», а АИ- 20 — это «украинская баба». Выручил, как всегда, А.Г. Ивченко, нашедший достойный ответ: «Посмотрим, как поведет себя «француженка» зимой, а «украинская баба», наша «Наталка-Полтавка», морозов не боится» (Виленский Ю., Муравьев Ю., с. 149). Речь шла, скорее всего, как раз о розжиге камеры сгорания при отрицательных температурах, что всегда является проблемой.

Сравнительные испытания двигателей на самолетах Ан-10 (с НК-4), построенном в Киеве, и Ан-12 (с АИ-20), строившемся в Иркутске, проходили два года, пока приняли решение в пользу АИ-20. Скорее всего, решение было политическим — у А.Г. Ивченко была мощная поддержка на самом верху. Не только Н.С. Хрущев поддерживал украинский авиапром. Членом Политбюро, курирующим тогда авиапром, был А.П. Кириленко, бывший коллега А.Г. Ивченко по работе, пришедший на работу в Запорожское конструкторское бюро ОКБ-29 после окончания Рыбинского авиационного института одновременно с ним. Если же рассмотреть историю жизни АИ-20, то можно увидеть, что основная работа по модернизации двигателя шла по линии увеличения его ресурса. Правда, и по мощности все-таки было развитие на 10 %. А в части ресурса двигателя, а следовательно, и отработки технологии его производства ОКБ А. Г. Ивченко добилось больших по тогдашним меркам успехов — ресурс АИ-20 до первого ремонта вышел на уровень зарубежных двигателей более 6000 часов. Конечно, этому помогла и принятая концепция «консервативности», т. е. ориентация на невысокий уровень параметров — «украинская хитрость» размена кпд двигателя на кпд движителя. Аллисоновский Т56 для американского военно-транспортного самолета С-130, аналога антоновского Ан-12, был посовременнее. Недавно в Афганистане этот транспортник использовался вообще как… штурмовик — на него поставили мощную, калибром 122 мм, пушку. То, что самолет стал платформой для вооружения, проявилось в полной мере. А для этого особой новизны и совершенства двигателя не требуется. Соответственно и АИ-20 нашел военное применение не только на транспортном Ан-12, но и на морском противолодочном патруле Ил-38, оборудованном соответствующей аппаратурой.

Ниже представлено сравнение по параметрам АИ-20 с зарубежными двигателями-аналогами и последним поршневым мотором Добрынина. Как видно из таблицы, газотурбинные двигатели к этому времени (1950-е гг.) уже безоговорочно обошли по всем показателям поршневые, оставив для последних нишу в классе малых (меньше 1000 л.с.) мощностей для легкомоторной авиации. Эту нишу (спортивный самолет Як-18, легкий вертолет Ка-26) ОКБ А.Г. Ивченко сохранило за собой — мотор АИ-14В мощностью 225 л.с., девятицилиндровая звезда воздушного охлаждения.

Таким образом, можно утверждать, что газотурбинная родословная ОКБ А.Г. Ивченко ведется от того же немецкого корня, что и ОКБ Н.Д. Кузнецова. При том, что последнее оказало большую помощь в трансляции немецкого опыта на Украину.

Поразительно, но технические судьбы ОКБ Н.Д. Кузнецова и ОКБ А.Г. Ивченко взаимно отражаются в дальнейшей истории. И первое, и второе КБ в конце концов перешли ктрехвальным схемам двухконтурных двигателей, когда потребовалось повышать параметры, в первую очередь, степень сжатия. Оба ОКБ исповедовали малоступенчатое ядро двигателя. Урок поражения НК-4 в конкурсе с АИ-20, по-видимому, был учтен Н.Д. Кузнецовым: он также стал исповедовать «консерватизм» при выборе параметров новых двигателей, делая упор на совершенствование (кпд) узлов и повышение надежности и ресурса.

По-настоящему ОКБ А.Г. Ивченко состоялось к моменту разработки им трехвального двигателя Д-36 (1977 г.) для самолета Як-42, когда сам основатель газотурбинной тематики ОКБ уже ушел из жизни (в 1968 г.), не дожив до 65 лет. Дальше пришел успех и в разработке на основе Д-36 турбовального Д-136 для тяжелого вертолета Ми-26, и в разработке двигателя большой тяги Д-18 для тяжелого транспортного самолета Ан-124 «Руслан», и в новом так называемом винто-вентиляторном Д-27 для нового «Антонова-70», опередившего аналогичную разработку европейского военно-транспортного самолета А-400М. Историческая роль А.Г. Ивченко велика — он спас Запорожское ОКБ от возможного послевоенного забвения и создал школу конструирования газотурбинных авиадвигателей на Украине.

По-другому развивалось ОКБ П.А. Соловьева, как мы помним, тоже в 1953 г. после завершения короткой эры поршневой авиации оказавшееся «у разбитого корыта», и тоже вначале выполнявшего субподрядные работы для ОКБ Н.Д. Кузнецова. Ирония судьбы, но в течение последующих многих лет моторные ОКБ Кузнецова, Соловьева и Ивченко будут жестко конкурировать между собой на рынке двигателей для магистральных самолетов, исповедуя различные концепции развития авиационных двигателей. То есть это была не борьба личностей, а борьба идей, школ проектирования, персонифицированная в личностях главных конструкторов.

В начале 1950-х гг. проектов реактивных военных самолетов было много — начало (фаза «А») инновационной волны плюс относительная дешевизна самолета как системы. Ни дорогостоящего оборудования, ни сложного вооружения тогда еще не было. Не было и уникальных требований вроде снижения заметности в разы и десятки раз, требующих для своего выполнения создания новых материалов, тысяч часов экспериментов и т. д. Это сейчас новый самолет — целая история. А тогда проекты легко предлагались, но и так же легко закрывались. Поэтому попадание в проект не давало стопроцентной гарантии успеха. Так получилось и с туполевским проектом двухрежимного (дозвук+сверхзвук) тактического бомбардировщика, для которого Туполевым был выбран Д-20, первый двухконтурный газотурбинный двигатель разработки ОКБ-19. Проект не был реализован в том виде, как задумывался. Правда, была в этом и вина моторного отдела ОКБ Туполева.

Вообще, существует реальная коллизия в отношениях моторных и самолетных ОКБ (та же самая проблема на другом уровне существует и в отношениях между моторными и агрегатными ОКБ). И обусловлена эта коллизия тем, что техническое задание на разработку двигателя выдает самолетное КБ, точнее, его моторное подразделение (являющееся интерфейсом между моторным и самолетным ОКБ), не имея полного представления о свойствах двигателя как системы. Ведь реальным проектированием двигателей моторное подразделение самолетного КБ не занимается. Метод его работы — сравнительный. Как грамотно сформулировать технические требования к двигателю в этом случае? Хорошо сейчас, когда есть развитые математические модели самолета и двигателя, позволяющие провести итерации подгонки множества требований под все условия полета. И то требуется искусство или опыт, которые уходят вместе с людьми. К тому же и сам самолет в процессе реального проектирования обычно «плывет» по массе в сторону увеличения, а двигатель надо заказывать на ранней стадии проектирования самолета, иначе он не успеет.

К примеру, в неявном виде может существовать требование ограничения предельной потери высоты полета самолета при отказе двух двигателей на четырехмоторном магистральном самолете: ситуация пролета над Гималаями. Если его не заложить в техническое задание на двигатель в виде потребной величины тяги на этом режиме, то потом возникнет неприятный сюрприз — двигатель может оказаться «маловат», как известная кольчужка из фильма «Александр Невский». И тому подобное. Но в 1950-е гг. всего этого не было и в технических требованиях на двигатель могли быть элементарно не учтены присущие ему ограничения. Так случилось и с проектом двигателя Д-20: задали только потребную тягу для обеспечения взлета, после чего оказалось, когда двигатель уже был сделан, что запаса тяги не хватает для быстрого перехода самолета через звуковой барьер из-за большого волнового сопротивления самолета. То есть двигатель оказался маловат. Оказалось, что размерность двигателя зависела именно от этого критического режима, а не от взлета. Правда, А.Н. Туполев компенсировал потерю заказа, переориентировав эту разработку двигателя в гражданское русло. Он решил сделать ближнемагистральный самолет — «половинку» уже успешно летающего среднемагистрального самолета Ту-104. С его лоббистскими способностями это сделать было просто. Так появился проект Ту-124 и двигатель к нему Д-20П, где «П» означает «пассажирский». Беда заключалась только в том, что Д-20 изначально проектировался как короткоресурсный военный двигатель, т. е. с применением более простых конструктивных решений, в первую очередь в части охлаждения (скорее без охлаждения) подшипниковой опоры турбины, а для «пассажира» ресурс двигателя должен был быть большим, ну никак не меньше, чем у уже летающего АИ-20 (6000 часов). Все это вскоре дало о себе знать: при выключении двигателя на самолете Ту-124 после пробега и остановки при посадке двигатель начинал нещадно дымить белым дымом — разлагалось масло при контакте с горячим диском турбины.

Пока утрясались все эти детали, возникла необходимость создания силовой установки для нового большого, долгое время самого большого в мире, вертолета Ми-6. Опыт работы с КБ Миля у П.А. Соловьева уже имелся на предыдущей машине Ми-4, и это оказалось решающим при выборе разработчика двигателя. Первоначально силовую установку для этого вертолета спроектировали в ОКБ-19 в составе двух газотурбинных кузнецовских двигателей ТВ-2М и редуктора Р-6. Однако работа шла трудно — двигатель был «чужой», редуктор на передачу 11 000 л.с. от горизонтального выходного вала двигателя на вертикальный винт вертолета не имел мировых аналогов и проектировался на базе опыта предыдущей модели меньшей мощности. А в это время уже «поспело» и ядро будущего двухконтурного двигателя Д-20П, а именно компрессор, камера сгорания и турбина. Именно это ядро, включая силовую, так называемую «свободную» (т. е. механически не связанную с ротором турбокомпрессора) турбину привода винта вертолета, и составило новый газотурбинный двигатель, размерность которого как раз подошла для силовой установки вертолета Ми-6. Подвергся модификации и редуктор, получивший обозначение Р-7. Было принято решение предъявлять на госиспытания в 1957 г. силовую установку именно в таком виде: два турбовальных (как позже стали называть вертолетные ГТД) двигателя со свободной турбиной, получивших обозначение Д-25В, и редуктор Р-7.

Забегая вперед, отметим, что именно этот летательный аппарат и заодно с ним силовая установка получили широкий резонанс в мире и сделали известным конструктора авиадвигателей П.А. Соловьева. И, надо отметить, заслуженно. В первую очередь благодаря созданию уникального редуктора — механической передаче большой мощности с высокой степенью редукции (1/70). Для снижения частоты вращения на выходном вале винта в 70 раз (обороты винта 110 об/мин, а обороты силовой турбины — 7700 об/мин) по сравнению с частотой вращения на входном вале силовой турбины редуктор имеет четыре ступени механической передачи. При этом во столько же (70) раз возрастает крутящий момент на валу, который надо компенсировать увеличением размеров диаметра вала. Чтобы представить, что это такое, достаточно указать на массу редуктора — 3250 кг (!) и размеры: высота 2,82 м и ширина 1,65 м. То есть сам редуктор весил на 30 % больше, чем оба газотурбинных двигателя Д-25В. Кроме этого, вся эта трансмиссия должна была еще и обеспечивать работоспособность силовой установки (отключение редуктора от силовой турбины) в случае выключения одного или обоих двигателей в полете и т. д. Муфта свободного хода, без которой в этом случае не обойтись, заставила пережить немало. Ее, хоть и редкий, отказ приводил к тяжелым последствиям в виде катастрофы вертолета. Долго не могли разобраться, при каких условиях нормальная было работа муфты вдруг прекращалась.

Наконец, смазка и охлаждение. Все — проблема в таких сложных системах. Само изготовление, включая сборку и обкатку шестерен редуктора, требует очень высокой культуры производства. Не надо забывать, что мощность в редукторе, в отличие от газовой турбины, передается контактным, т. е. механическим способом. А чем больше мощность, тем больше поверхность контакта зубьев шестерен при их взаимодействии. Соответственно чем больше поверхность контакта, тем труднее обеспечить сам этот контакт по всей поверхности из-за погрешностей изготовления. Шлифовка и притирка зубьев — это один из самых тонких технологических процессов, требующих прецизионного оборудования. А сборка такого редуктора? Любые отклонения соосности валов шестерен приводят к нарушению поверхности контакта с последующим выкрашиванием зубьев. Короче, изготовление авиационных редукторов — это уникальное производство. Неслучайно в качестве альтернативы механической передачи мощности на винт рассматривались схемы безредукторной передачи с помощью тихоходной многоступенчатой силовой турбины, соосной с валом винта. Но в жизни такие схемы распространения не получили — общая масса трансмиссии не становилась меньше. Наиболее интересной была схема, в которой в качестве источника мощности силовой турбины использовался двухконтурный двигатель, а турбина работала на смеси газа и воздуха наружного контура, имеющего низкую температуру. В этом случае вертикально расположенная турбина получалась одноступенчатой и тихоходной, а степень редукции уменьшалась. Не нужна становилась и проблемная коническая шестеренчатая передача. Хотя такая схема в виде проекта Д-30В не была реализована на вертолете, но была сделана в горизонтальном варианте расположения турбины для привода опытных компрессоров на испытательном стенде в Шеньяне (КНР) по заказу китайских товарищей и успешно там эксплуатируется.

Ми-6, а потом и рекордный В-12 с удвоенной силовой установкой Д-25В впоследствии установили множество мировых рекордов по грузоподъемности. Ми-6 и его модификация Ми-10 — «летающий кран» — активно использовались в народном хозяйстве, особенно в труднодоступных северных районах свыше 30 лет до появления тяжелого вертолета В-26 с запорожским двигателем Д-136.

А на выходе (1960 г.) уже был и двухконтурный двигатель Д-20П для ближнемагистрального самолета Ту-124. Создать серийный авиационный двигатель — это значит создать школу конструирования, без школы ничего не выйдет. Двигатель Д-20П по своим параметрам тоже был инновационным. Имея степень двухконтурности около единицы, он опередил на некоторое время мирового лидера — «Роллс-Ройс» с его однотипным двигателем «Спей». Правда, история создания двигателя «Спей» тоже была драматичной. Спроектированный в 1959 г. (т. е. одновременное Д-20П) под маркой RB.141 для перспективного трехдвигательного ближнемагистрального самолета «Де Хэвиленд» DH 121 с расположением двигателей «на хвосте», он мог вместе с самолетом завоевать большой рынок. Но…при оценке рынка перевозок национальной английской компанией Бритиш Еропеан Эйруайз (ВЕА) последняя совершила ошибку в прогнозах и потребовала сделать самолет меньшей вместимости, тем самым добровольно отдав мировой рынок американскому конкуренту (аналогу DH. 121) «Боинг-727». Политическое руководство, как обычно, не поняло ситуацию и согласилось с национальным авиаперевозчиком. «Роллс- Ройс» уменьшила двигатель и с ним «Трайдент» вошел в эксплуатацию в 1963 г. Кроме того, ошибку допустили и проектировщики двигателя при оценке внешнего сопротивления мотогондолы, что привело к занижению проектной степени двухконтурности: думали, что сопротивление будет больше. В результате степень двухконтурности двигателя «Спей» RB. 163 была выбрана равной 1, в то время как оптимальным значением для такого типа двигателей было 2 (как на советском Д-30КУ разработки ОКБ Соловьева). Позже англичане переделали «Спей» на большую степень двухконтурности, но… было уже поздно.

А американцы воспользовались просчетом английских авиаперевозчиков и быстро сделали «Боинг-727» и «Дуглас-9» с самым массовым двигателем JT8D разработки «Пратт-Уитни». Общее количество выпущенных двигателей составило 11845 штук, а суммарный налет двигателей на 2008 г. (за сорок пять лет) составил рекордные 600 (!) миллионов часов. Правда, и американцы не решились принять степень двухконтурности выше единицы. То ли на англичан смотрели, то ли просто испугались риска. Позже и они переделали свой двигатель, получивший обозначение JT8D-209 на большую степень двухконтурности (до 1,75).

В 1962 г. волна ракетного бума докатилась и до ОКБ Соловьева в Перми — влиятельный при Хрущеве главный конструктор В. Челомей, заместителем которого был сын Хрущева, начал проектирование нескольких крупных боевых ракет. Потребовались двигатели. П.А. Соловьев любил все новое, а авиация была не в фаворе — Хрущев решил переориентироваться на ракетную технику. Начинать с нуля — пустое дело, идти решили по проверенному пути: взять готовый прототип и форсировать его по тяге до требуемого уровня. В ходе этой работы планировали приобрести необходимый опыт разработки ракетных двигателей и создать производственную и испытательную базы. В качестве прототипа был принят воронежский жидкостный ракетный двигатель разработки ОКБ («Химавтоматика») С. А. Косберга, имевшего к этому времени успешный опыт создания двигателей для верхних ступеней ракет. Так замкнулась, казалось, линия судьбы Косберга с Пермью: здесь он бывал в эвакуации, курируя внедрение насоса непосредственного впрыска для ALLI- 82ФН во время войны, теперь — как издалека шефствующий над моторным ОКБ. Косберг, кстати, базировался на площадке Воронежского механического завода, бывшего до войны моторного завода № 16. И поршневые моторы разработки Запорожского ОКБ здесь продолжали делать и испытывать.

К этому времени на заводе № 19 им. Сталина, переименованном в з-д им. Свердлова, уже было развернуто серийное производство ракетных двигателей конструкции В.П. Глушко, т. е. суперсложная технология была освоена. До сих пор здесь производится двигатель первой ступени ракеты «Протон».

Однако ракетная тематика в ОКБ просуществовала недолго — даже не успели провести ни одного натурного огневого испытания — осенью 1964 г. Пленум ЦК снял Хрущева с поста генерального секретаря, Челомею урезали финансирование, «Химавтоматика» выиграла (естественно) у Соловьева конкурс на оснащение ракеты двигателями своей разработки. Правда, эти косберговские двигатели и впрямь были хороши. Делать косберговские двигатели стали на пермском заводе, а сам С.А. Косберг погиб в автомобильной катастрофе тогда же, в декабре 1964 г., возвращаясь из Москвы домой с воронежского аэродрома по обледенелой дороге. Молодежь из соловьевского ОКБ стала разбегаться — из новых тем осталась одна: газотурбинный двигатель для Туполева (Ту-134). Со сменой лидера страны сменилась и политика — авиация возвращалась, возвращалось на свой исторический путь и Пермское ОКБ-19. Надо было снова бороться за место под солнцем. Соловьев всегда следовал заветам Сунь Цзы, ограничиваясь модернизированной короткой формулой: «настоящий конкурент заходит в турникет позади вас, а выходит впереди». История показала, что Соловьев оказался прав.

Еще раз подчеркнем: главной проблемой выживания для КБ всегда является недостаточный объем серийного производства. Самолетов Ту-124 было мало, основной «рабочей лошадью» в то время был турбовинтовой четырехмоторный Ил-18 (аналог английского «Вискаунта»), запорожские двигатели которого (АИ-20) большой серией производились тоже в Перми. Поскольку любой серийный завод министерством (тогдашнее министерство, по сути, — огромный концерн по современной терминологии) всегда загружался полностью, то недостаточная серия грозила вытеснением будущих разработок КБ с завода и в перспективе вообще закрытием КБ. Так произошло, например, с Омским КБ, созданным в войну на базе эвакуированного Запорожского (с его двигателем М-88), ставшим в одно время филиалом Пермского в эпоху поршневой техники, затем получившим самостоятельность, а позже закрытым. В новейшее время такая же судьба постигла некогда знаменитое «микулинское» ОКБ-300.

Самому молодому из главных конструкторов — Павлу Александровичу Соловьеву удалось к 1960 г. занять только два летательных аппарата двигателями своей разработки: ближнемагистральный самолет Ту-124 (при поддержке Туполева) и тяжелый вертолет Ми-6, выпускавшиеся к тому же небольшими сериями, несравнимыми с другими самолетами. И то это был успех! Объем же авиационного производства в СССР был гигантский. В 1953 г. на московском заводе № 45, как мы помним, ежегодно выпускали по 3600 двигателей ВК-1 в год, т. е. по десять штук в день! Да и позже, в 1970-е гг., в Рыбинске выпускали в год по 600 двигателей Д-30КП (для военно-транспортного ИЛ-76) разработки ОКБ Соловьева. Учитывая, что в двигателе ВК-1 турбина (наиболее трудоемкий узел) имеет всего одну ступень, а в Д-30КП — шесть ступеней, то становится понятно, что интенсивность производства авиационных двигателей за прошедшие двадцать лет не уменьшилась. Просто двигатели стали минимум в шесть раз сложнее. Тем не менее в Рыбинске в 1970-е гг. вновь вспомнили о конвейерной сборке.

Итак, в 1965 г. ракетную тематику в ОКБ-19 закрыли — Соловьеву не удалось «оседлать» ракетную инновационную волну, которую успешно использовали его коллеги-конкуренты: и Н.Д. Кузнецов, и А.М. Люлька, и В.Я. Климов. Особенно успешно в этом направлении работало КБ Кузнецова, сделавшее удачный ракетный двигатель НК-33 для «лунного» проекта — ракеты-носителя Н-1. В отличие от знаменитой королёвской ракеты-носителя Р7, для которой двигатели делал В.П. Глушко, и боевых ракет В.Челомея, для которых двигатели делал С.А. Косберг, «лунную» ракету Н-1 должны были оснащать двигателями, разработанными в авиапроме. Дело в том, что в качестве топлива для этой ракеты были выбрана криогенная пара кислород+водород, обеспечивающая высокую энергетику, или, как принято в теории ракетных двигателей, высокий удельный импульс (отношение тяги к расходу компонентов топлива). Главный разработчик ракетных двигателей большой тяги В.П. Глушко тяготел к еще более энергетически мощной, но и токсичной паре фтор+водород.