Навигация:
О чём эта книга
О влиянии активности в политзанятиях на карьерный рост
Немецкий опыт создания реактивных двигателей
Освоение производства немецкого реактивного двигателя ЮМО-004 в Уфе (РД-10)
Временное перемещение в СССР немецких конструкторов и производственников, занимавшихся созданием самолетов и двигателей для реактивной авиации
Руководителем конструкторов становится Фердинанд Бранднер, бывший главный конструктор поршневых двигателей на фирме «Юнкерс»
Выбор стратегии – сосредоточиться на мощных двигателях для бомбардировочной и транспортной авиации
Двигатель ЮМО-022 и борьба за снижение удельных расходов топлива
Турбовинтовой двигатель ТВ-2 — модификация опытного ТВ-022 (ЮМО-022) для модернизации серийного бомбардировщика Ту-4
Турбовинтовой двигатель «изделие И» и его развитие в ТВ-12
Турбовинтовой двигатель ТВ-12 (НК-12) для бомбардировщика Ту-95 – последнее изделие в разработке которого участвовали немецкие специалисты
Спарка 2ТВ-2Ф – временный вариант двигателя для Ту-95
Понятие «листок изменения» (впоследствии «извещение об изменении»)
Как была организована работа немецких специалистов
Совместная работа идеологических противников
Взаимоотношения коллег и культурные отличия
Условия труда немецких специалистов
Отрывок из «Воспоминаний о Самаре» доктора Хейнца Хартлеппа
Не пошедший в серийное производство НК-6 – первый советский двухконтурный двигатель с форсажной камерой
Эпопея со срочной разработкой НК-4 и её провальный финал
Создание ядерной силовой установки для летающей лаборатории Ту-95
Период серьёзных неудач в работе ОКБ Кузнецова
Двигатель НК-8 для пассажирского самолета Ил-62
Переход к широкому использованию титановых сплавов в двигателестроении
Двигатель НК-8-2 для пассажирского самолета Ту-154
Двигатель НК-144 для сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144
Двигатель НК-22 для сверхзвукового бомбардировщика Ту-22М2
Двигатель НК-25 для сверхзвукового бомбардировщика Ту-22М3
Переговоры с английской фирмой Lucas Industries о совместной разработке системы управления на базе БЦВМ
Технологии в отечественном авиадвигателестроении
НК-86 – двигатель для самолета Ил-86
Модификация двигателя НК-86А
Разработка двигателя 8Д717 для первой ступени ракетного комплекса ГР-1
Почему Королев предложил заняться ЖРД для глобальной ракеты ГР-1 именно Кузнецову?
Тонкости русского языка: «подключить», а не «переключить»
Завершение работ по двигателям 8Д517 и 8Д717 из-за отказа от глобальной ракеты ГР-1
Разработка ЖРД для ракетного комплекса Н-1: 11Д111 (НК-33), 11Д112 (НК-43), 11Д113 (НК-39), 11Д114 (НК-31)
ЖРД для лазерных установок
Авиационный двигатель на жидком водороде
Сотрудничество с В.Н.Челомеем по комплексу УР-500
Создание двигателя НК-32 для сверхзвукового стратегического бомбардировщика Ту-160
Авиационные турбореактивные двигатели НК-56 и НК-64 для перспективных тяжёлых транспортных и пассажирских самолётов
Разработка авиационных двигателей не нашедших применения
Продажа двигателей НК-33 (11Д111) и НК-43 (11Д112) компании «Аэроджет»
Книга, приуроченная к 100-летию со дня рождения выдающегося конструктора Николая Дмитриевича Кузнецова, основана на воспоминаниях его современника и коллеги – Владимира Николаевича Орлова (1925-2005), который сквозь призму формирования ОКБ (с момента зарождения до начала ХХI века) рассказывает об основных вехах биографии и творческого пути Генерального конструктора, о создании двигателей марки «НК» и малоизвестных страницах нашего авиадвигателестроения как части истории отечественной авиации, а также о разработках в области ракетной тематики.
22 июня 1941 года началась Великая Отечественная война, а 23 июня он подал комиссару академии первый рапорт, в котором просил направить его в действующую армию. Потом было еще несколько рапортов, но Кузнецова на фронт не отпускали, он был нужен как организатор и преподаватель срочных курсов для авиационных техников запаса при академии. В октябре вместе с академией семья Кузнецовых была эвакуирована в Свердловск. Только в июле 1942 года, после очередного рапорта, в котором Николай Дмитриевич сделал упор на то, что он не только инженер, но и летчик, руководство академии, наконец, отпустило его. Управление кадров ВВС направило Н.Д.Кузнецова в порядке стажировки на Северо-Западный фронт в 6-ю воздушную армию старшим инженером 239 истребительной дивизии в звании майора. Но пребывание на фронте оказалось недолгим.
В октябре 1942 года Николая Дмитриевича вызвал к себе командир дивизии и сообщил, что из ЦК ВКП(б) пришла шифровка с вызовом Н.Д.Кузнецова. В полном недоумении Николай Дмитриевич вылетел в Москву, в авиационный отдел ЦК. Через пару дней в два часа ночи Николая Дмитриевича вызвал секретарь ЦК ВКП(б) Г.М.Маленков, отвечающий за развитие военной авиации и авиационной промышленности, и объявил, что решением ЦК Н.Д.Кузнецов назначен парторгом в ОКБ главного конструктора В.Я.Климова на Уфимский авиационный завод №26. Основная задача Н.Д.Кузнецова, как определил Маленков, – обеспечить скорейшее создание, доводку и запуск в серийное производство нового мощного поршневого двигателя ВК-107А, в котором очень нуждается авиация. Обстановка складывалась сложнейшая: Рыбинский моторный завод и ОКБ В.Я.Климова в конце 1941 года были эвакуированы в Уфу, практически, на пустое место.
Спустя много лет, когда Николай Дмитриевич был уже Генеральным конструктором, он встретился с генерал-лейтенантом Н.А.Соколовым-Соколенком (начальник ВВИА им. Жуковского в 1940-е годы), который объяснил Кузнецову причины этого назначения. Дело в том, что Секретарь ЦК ВКП(б) Г.М.Маленков, с 1937 года курировавший авиацию и авиационную промышленность, в конце 1930-х и в 1940 году периодически делал в академии доклады о коммунистическом движении, международной обстановке и задачах авиации. Во время этих докладов Н.Д.Кузнецов, сначала слушатель, а затем адъюнкт, задавал много серьезных вопросов, и Маленков его заметил.
Когда в сентябре 1942 года встал вопрос о необходимости назначить парторга ЦК в ОКБ В.Я.Климова, причем не просто политически грамотного, но обязательно инженера, и лучше всего военного инженера, Маленков вспомнил, что ему понравился один инженер-капитан в академии Жуковского. Фамилию капитана Маленков забыл и направил запрос на него начальнику академии Н.А.Соколову-Соколенку. После опроса преподавателей и сотрудников академии единогласно установили, что это Николай Кузнецов, который в тот момент уже находился на фронте.
В 1930-е годы в Англии инженер Фрэнк Уиттл в фирме «Пауэр джетс» (Power Jets Ltd.) создал турбореактивный двигатель, состоящий из центробежного компрессора и одноступенчатой осевой турбины. 15 мая 1941 года состоялся первый полет самолета фирмы «Глостер» с этим двигателем, но в дальнейшем работы по этому типу двигателя были практически приостановлены и возобновились только после того, как в 1944 году английские летчики сообщили, что видели немецкий самолет без винта. В Венгрии в 1940 году был создан небольшой турбовинтовой газотурбинный двигатель, но о дальнейших работах в этом направлении ничего не известно. В Германии еще в 1908 году Х.Хольцварт запатентовал газотурбинный двигатель с циклом V-const. В конце 1920-х годов профессор Эрнст Хейнкель запатентовал схему ГТД, у которого сжатие осуществлялось в одноступенчатом осевом и одноступенчатом центробежном компрессоре, приводимом в действие одноступенчатой радиальной турбиной. В 1937 году этот двигатель HeS-1 показал тягу около 130 кг.
С этого периода в Германии в государственном масштабе начались непрерывные работы по созданию реактивных двигателей и самолетов, которые, в отличие от других стран, не прекращались во время войны. К этим работам были подключены фирмы «БМВ», «Юнкерс» и «Даймлер Бенц». Создавались специальные конструкторские бюро: на «БМВ» под руководством доктора Германа Ойстриха, на фирме «Юнкерс» под руководством доктора Ансельма Франца. Результатом этой работы стал запуск в серийное производство в 1944 году двигателей БМВ-003 с тягой 800 кг и ЮМО-004 с тягой 900 кг.
Из этой короткой исторической справки видно, что в 1945 году в деле создания реактивных газотурбинных двигателей Германия значительно опережала остальные страны мира. После войны в советской оккупационной зоне оказались важные производственные центры по созданию двигателей БМВ-003 (завод фирмы «БМВ» в городе Нойштасфурт) и ЮМО-004 (завод фирмы «Юнкерс» в городе Дессау). Оба завода возобновили свою работу как советско-немецкие акционерные общества в сентябре 1945 года после визита советской комиссии по изучению научных и технических достижений Германии в области самолетостроения, которую возглавлял известный авиаконструктор, заместитель Министра авиационной промышленности А.С.Яковлев.
Следует заметить, что после окончания войны главный конструктор фирмы «Юнкерс» по реактивным двигателям доктор Франц предложил советской контрольной комиссии продолжить работы над реактивными двигателями, но ему ответили, что в этом нет необходимости, потому что авиационной промышленности в Германии не будет. В результате Франц выехал в американскую оккупационную зону, а затем в США. По той же причине уехал во Францию и главный конструктор по реактивным двигателям фирмы «БМВ» доктор Ойстрих. На заводе фирмы «Юнкерс» в городе Дессау комиссию возглавляли Н.М.Олехнович и Е.М.Семенов, в городе Нойштасфурте на фирме «БМВ» – А.М.Исаев и Ф.Г.Квасов. Перед ними была поставлена задача собрать и провести испытания серийных двигателей БМВ-003 и ЮМО-004, а также продолжить разработку ранее спроектированных двигателей ...
На фирме «Юнкерс» были собраны несколько двигателей ЮМО004, часть из которых отправлена в СССР, а на остальных продолжались мероприятия по увеличению надежности и тяги. Не останавливались работы и по реактивному двигателю ЮМО-012 с тягой до 3000 кг, основные узлы которого были спроектированы и изготовлены еще во время войны. Был ли он испытан во время войны – точных данных нет. Известно лишь, что в период с 1945 по 1946 год он был несколько переработан, и первые испытания его проведены в Германии в августе-сентябре 1946 года. Третьим двигателем, которым занималась фирма «Юнкерс», был турбовинтовой двигатель ЮМО022 мощностью 6000 л.с. Его проект был готов еще во время войны, а к ее окончанию было проведено первое испытание на специальном стенде со снятием мощности гидротормозом. Усовершенствованием этого двигателя занимались до конца 1946 года. В коллективах смешанных советско-немецких акционерных компаний периодически распространялся слух о том, что немецких специалистов вывезут в СССР.
Этот слух особенно усилился в июле 1946 года, когда начали составлять списки работников на увольнение. Но тогда советское руководство объяснило, что это вынужденная мера, так как наши союзники не хотят, чтобы в Германии развивалась авиационная промышленность. Таким образом, сами немцы составили списки основных работников и списки увольняемых (часть сотрудников была переведена на другие предприятия). 22 октября 1946 года в пять часов утра в соответствии со списком основных работников фирм «Юнкерс» и «БМВ» немецкие специалисты (инженеры и рабочие) вместе с семьями и домашним имуществом под военной охраной были отправлены в СССР.
Одновременно было демонтировано и погружено в специальные эшелоны для отправки основное оборудование производственных цехов, лабораторий, испытательных стендов, ОКБ и других отделов завода. Этим занимался А.А.Овчаров, впоследствии заместитель главного конструктора Н.Д.Кузнецова. Первые немецкие специалисты прибыли в Управленческий городок в конце октября – начале ноября 1946 года, последний эшелон с оборудованием – в декабре того же года.
В конце 1944 года в ОКБ начали поступать сведения о немецких боевых самолетах с реактивными двигателями. Николай Дмитриевич слышал о них еще в академии, был знаком с публикациями профессора Б.С.Стечкина. Он сразу понял, что необходимо действовать в этом направлении. На первых порах Климов его не поддержал, хотя и согласился на включение некоторых научно-исследовательских работ по реактивным двигателям в тематический план ОКБ, основной из которых была доводка новых мощных поршневых двигателей ВК-108, ВК-109. В июле 1945 года за успешное выполнение заданий Правительства Н.Д.Кузнецов был награжден орденом Отечественной войны первой степени.
После окончания войны В.Я.Климов много времени проводил в Москве и заграничных командировках, а в начале 1946 года, вернувшись в Уфу, сообщил, что возглавит новое ОКБ в Ленинграде, которое будет осваивать привезенные им из Англии реактивные двигатели «Дервент» и «Нин». Главным конструктором в Уфе он оставляет Н.Д.Кузнецова. 31 июля 1946 года инженер-подполковник (воинское звание присвоено 22 февраля 1944 года) Николай Дмитриевич Кузнецов приказом МАП назначен Главным конструктором ОКБ завода №26 в Уфе. Главная задача возглавленного им ОКБ – освоение немецкого реактивного двигателя ЮМО-004 с тягой 900 кгс, получившего обозначение РД-10. Работа в этом направлении шла очень успешно. В 1947 году на воздушном параде в Тушино в честь Дня авиации летали реактивные истребители Як-15 с серийным двигателем РД-10.
Освоив немецкий реактивный двигатель, уфимское ОКБ разработало и начало доводку своих двигателей РД-12 и РД-14, которые, к сожалению, завершить не удалось. Здесь имеет смысл сделать небольшое отступление от темы. До Отечественной войны в СССР было три крупных ОКБ, занимавшихся авиационными двигателями: в Москве – ОКБ А.А.Микулина, в Рыбинске – ОКБ В.Я.Климова, в Перми – ОКБ А.Д.Швецова. Кроме того, были еще небольшие моторные ОКБ: в Запорожье – главного конструктора А.Г.Ивченко, в Рыбинске – главного конструктора В.А.Добрынина и в Ленинграде – при серийном моторном заводе. Во время войны все ОКБ, кроме пермского, были эвакуированы вглубь страны. После войны они были возвращены на прежние места, но там, где конструкторские бюро работали во время войны, осталась часть коллективов, которые продолжали заниматься разработкой образцов двигателей.
Кроме того, в 1945 году в Москве было восстановлено ОКБ конструктора А.М.Люльки, и его первый воздушно-реактивный двигатель, получивший впоследствии наименование АЛ-1, в 1947 году успешно прошел госиспытание и был принят в серийное производство. Таким образом, получился явный перебор по количеству ОКБ, занимавшихся созданием новых двигателей для авиации. Поэтому в конце 1947 года в Политбюро ЦК ВКП(б) (вернее, самим И.В.Сталиным) было принято решение о переводе части опытных конструкторских бюро в серийные, основным назначением которых были сопровождение и помощь серийному производству. Уфимское ОКБ попало в разряд переведенных в СКБ, и опытные разработки, которые проводились под руководством Н.Д.Кузнецова, были закрыты.
Когда началась война, завод № 145 был эвакуирован в город Куйбышев и размещен на территории бывшего Управления строительством Куйбышевской гидростанции (отсюда и пошло название поселка – Управленческий). Этот завод принадлежал Министерству вооружения и был образован на базе московского завода № 145 им. С.М.Кирова и киевского завода № 455 им. Артема. Во время войны он производил стрелково-пулеметное вооружение (в основном, пулеметы ШКАС) для самолетовштурмовиков Ил-2 и Ил-10. После войны производственная программа завода была значительно сокращена, персоналу было объявлено о возможности реэвакуации в Москву и Киев. На 1946 год в программу завода было внесено производство детских трехколесных велосипедов. С мая 1946 года на окраине поселка Управленческий началось активное строительство финских сборных домов, в то время как жилая площадь, освободившаяся после возвращения в Москву и Киев части сокращенных рабочих, не заселялась.
Переход на пониженную производственную программу, строительство новых жилых домов при пустующей жилплощади – все это вызывало недоумение у работающих на заводе и порождало массу слухов. Ясность наступила в конце октября 1946 года, когда в поселок прибыл первый эшелон с немецкими специалистами. В условиях характерной для того времени секретности, ни в Постановлении Правительства об образовании опытного завода №2, ни в приказах Министра авиационной промышленности не было указано, что завод, наряду с советскими специалистами, будет комплектоваться немецкими. В действительности, уже в конце 1945 года Политбюро ЦК ВКП(б) приняло решение о целесообразности перемещения на территорию СССР основной части немецких специалистов, конструкторов и производственников, занимавшихся в Германии созданием самолетов и двигателей для реактивной авиации.
Всего на завод в поселок Управленческий прибыл 621 специалист компаний «Юнкерс», «БМВ» и «Аскания», в том числе 453 инженерно-технических работника и 168 рабочих. Официально перед ОКБ и заводом были поставлены те же задачи, что и в Германии: ОКБ №1 должно было заниматься развитием двигателей ЮМО-004, 012, 022, а ОКБ №2 – двигателями БМВ-003, 018, 028. На заводе устанавливалось привезенное из Германии оборудование, создавалась гидрогазодинамическая лаборатория со стендом испытания отсеков камеры сгорания, строилась временная испытательная станция на четыре бокса для испытания полноразмерных двигателей. Она располагалась на том месте, где сейчас находится корпус ИВЦ ОКБ. В середине декабря 1946 года в конструкторских бюро начались плановые работы. ОКБ №1 в течение 1947 года проводило проработки по двигателю ЮМО-004 на увеличенную тягу до 1200 кг, но в производство эти проработки не пошли, а с 1948 года работы по двигателю вообще были прекращены. Вероятно, это объяснялось тем, что на заводе №26 в Уфе уже далеко продвинулись в создании и производстве этого двигателя, который получил наименование РД-10.
В начале 1947 года приступили к проектированию новой модификации двигателя ЮМО-012 – ЮМО-012Б с тягой 3000 кг, который, в отличие от спроектированного и испытанного в Германии в августе-сентябре 1946 года варианта 012А, имел двенадцатиступенчатый компрессор с расходом воздуха 59,4 кг/сек и степенью повышения давления 5,5, кольцевую камеру сгорания по типу камер сгорания фирмы «БМВ» (на варианте 012А была трубчато-кольцевая камера сгорания, состоящая из 8 труб), двухступенчатую турбину с температурой 10501070К и нерегулируемое сопло. Была также изменена, по сравнению с двигателем 012А, силовая схема восприятия осевых сил, которые были замкнуты на задний радиально-упорный подшипник (в 012А она замыкалась на переднем радиально-упорном подшипнике турбины и заднем радиально-упорном подшипнике компрессора). Сухая масса двигателя составляла 1330 кг.
Двигательные ОКБ были организованы согласно «фирменному» принципу: специалисты по проектированию двигателей фирмы «Юнкерс» объединились в ОКБ №1 под руководством главного конструктора доктора А.Шайбе, специалисты «БМВ» – в ОКБ №2 под руководством главного конструктора дипломированного инженера К.Престеля (это официально, а фактически руководителем ОКБ №1 был Е.М.Семенов, ОКБ №2 возглавлял Ф.Г.Квасов). На момент организации ОКБ в их состав были включены всего два прибывших по распределению молодых специалиста: А.Г.Клебанов и Б.Т.Щежин. Других советских специалистов в ОКБ не было.
На базе двигателя ЮМО-012Б в 1947 году был разработан новый проект турбовинтового двигателя ЮМО-022. Первый проект двигателя разрабатывался фирмой «Юнкерс» еще во время войны, были изготовлены и некоторые его детали, но первый экземпляр двигателя так и не был собран. При проектировании рассматривались два варианта двигателя мощностью 6000 л.с. и 5000 л.с. В результате был выбран вариант 5000 л.с. с удельным расходом топлива на взлетном режиме 0,35 кг/л.с.ч. Двигатель ЮМО-022 имел четырнадцатиступенчатый компрессор с расходом воздуха 30 кг/сек и степенью повышения давления 5,1, кольцевую камеру сгорания, трехступенчатую турбину и планетарный редуктор.
В декабре 1947 года чертежи двигателя были направлены («спущены») в производство, а первый двигатель был собран в третьем квартале 1948 года. Один из четырех стендов испытательной станции был переделан для испытаний турбовинтового двигателя (на второй стенд необходимо было установить гидротормоз для съема мощности и систему запуска от пендель-мотора, на третьем стенде испытывались воздушнореактивные двигатели). Первые испытания двигателя ЮМО-022 начались в конце 1948 года.
В ОКБ № 2 занимались, в основном, двигателем БМВ-003. Привезенный из Германии двигатель БМВ-018 не испытывался и в производство не запускался. Проводились проектные работы по турбовинтовому двигателю БМВ-028. 22 ноября 1948 года, после объединения ОКБ №1 и ОКБ №2 в единый коллектив, работы по двигателю были прекращены, в то время как проектирование его было полностью закончено, выпущены рабочие чертежи и переданы в производство, которое начало подготовку к изготовлению.
В конце 1948 года двигатель БМВ-003С должен был проходить государственные испытания, но они не проводились, так как со стороны Министерства авиационной промышленности (МАП) интерес к этому двигателю пропал. У двигателя были проблемные охлаждаемые пустотелые рабочие лопатки колеса турбины, изготавливаемые штамповкой и сваркой из листового материала. На этих лопатках даже во время чистовых испытаний двигателя были прогары задних кромок лопаток. Но закрыли работу по двигателю БМВ-003С, в основном, потому, что в Казани на заводе №16 были проведены госиспытания освоенного в производстве двигателя БМВ-003 с тягой 1000 кгс, получившего обозначение РД-20.
В 1948 году на завод переведены несколько немецких инженеров и рабочих из числа военнопленных. В ОКБ был прислан дипломированный инженер Фердинанд Бранднер, который до 1944 года был главным конструктором поршневого 24-цилиндрового двигателя с жидкостным охлаждением на фирме «Юнкерс». В начале 1944 года работы по этому двигателю были закрыты, и Ф.Бранднера перевели в Вену гауляйтером, курирующим промышленность Австрии (в советской иерархии эта должность аналогична секретарю обкома КПСС по промышленности). Советскими войсками он был взят в плен как военный преступник, но после того как доказал, что он – конструктор, в 1946 году его отправили сначала в Уфу в ОКБ, где главным конструктором в то время был Н.Д.Кузнецов, а в начале 1948 года перевели в ОКБ опытного завода №2. Сейчас трудно установить, по чьей инициативе в середине 1948 года произошло объединение ОКБ №1 и ОКБ №2.
Начальником объединенного ОКБ был назначен Ф.Г.Квасов, неофициальным руководителем конструкторов стал Ф.Бранднер, Е.М.Семенов – ведущим конструктором по двигателю ЮМО-022. Таким образом, в конце 1948 года в производстве велись работы по изготовлению деталей и узлов двигателей ЮМО-012 и ЮМО-022, но в ОКБ все еще продолжались проектнорасчетные работы по совершенствованию двигателей БМВ-003С, БМВ-028 и ЮМО-004.
Немецких специалистов было 239, включая 11 докторов наук. В это число не входил обслуживающий персонал подразделений копировки, светокопии, архива (в нем, кроме советских, работали и немецкие женщины), АХО и машинописного бюро.
15 апреля 1949 года приказом министра авиационной промышленности главным конструктором опытного завода №2 назначен Кузнецов Николай Дмитриевич, который до этого был главным конструктором ОКБ завода №26 в городе Уфе.
Уже тогда, на самом начальном этапе, проявились замечательные качества выдающейся творческой личности Н.Д.Кузнецова: умение видеть перспективу и находить нужную «нишу» для плодотворной и необходимой государству работы ОКБ и завода. Он быстро сориентировался в том, что двигатели БМВ-003С и ЮМО-004 (как маломощные и уже освоенные в серийном производстве на Уфимском и Казанском заводах) не имеют перспективы, и, значит, работу по ним необходимо прекратить. Двигатели ЮМО-012 и БМВ-018 для истребительной авиации слишком тяжелы и имеют плохой удельный расход топлива. Кроме того, на истребительную авиацию работают ОКБ В.Я.Климова, А.А.Микулина и А.М.Люльки, у которых существуют давние традиционные связи с самолетными ОКБ, и если продолжать работу по доводке ЮМО-012 и создавать БМВ-018, то необходимо будет преодолеть жесткую конкуренцию с их стороны. Для дальней и фронтовой бомбардировочной авиации эти двигатели не подходят по показателям удельного расхода топлива. Такие типы самолетов разрабатывают ОКБ А.Н.Туполева и С.В.Ильюшина, а они пока используют форсированные поршневые двигатели А.Д.Швецова и В.А.Добрынина.
Николай Дмитриевич со свойственным ему глубоким пониманием проблемы и обостренным чувством перспективы сразу понял, что потребности ближайших лет обязательно поставят задачу создания для бомбардировочной авиации двигателей такой мощности и таких удельных расходов топлива, которые невозможно получить на поршневых двигателях. Поэтому он принял решение прекратить работы по двигателям ЮМО-012 и БМВ-018 и в качестве основного направления выбрал создание турбовинтового двигателя ЮМО-22. Для максимальной концентрации работ в этом направлении, особенно учитывая малую мощность производства, решено было также прекратить работы и по проектированию турбовинтового двигателя БМВ-028. Этим решением Николай Дмитриевич на долгие годы определил основное направление работ нашего ОКБ – создание мощных турбовинтовых, а впоследствии турбореактивных двухконтурных двигателей для бомбардировочной и транспортной авиации. Это предвидение, основанное на глубоком осмыслении и понимании перспектив развития авиации, блестяще оправдалось и в близком, и в далеком будущем.
По инициативе Николая Дмитриевича была реорганизована структура ОКБ: четко определены количество бригад, их состав и руководство. Основной принцип организации руководства бригадами был следующим: немецкий специалист – начальник бригады, советский специалист – его заместитель. Исключение было сделано для руководства ОКБ, начальником которого был утвержден Ф.Г.Квасов, его заместителем – Ф.Бранднер, ведущим конструктором двигателя ЮМО-022 – Е.М.Семенов.
После выбора создания турбовинтового двигателя ЮМО-022 в качестве единственного направления работы Николай Дмитриевич перестроил весь рабочий процесс завода на выполнение этой задачи. Нельзя сказать, что переориентация ОКБ и завода проходила безболезненно. Первое время немецкие специалисты были недовольны тем, что закрылась работа по двигателю ЮМО-012, да и руководство завода во главе с директором Н.М.Олехновичем очень болезненно восприняло эту перестройку. Приказ о назначении Н.Д.Кузнецова был составлен так, что не было понятно, подчинен он директору завода или нет. Во всяком случае, Олехнович считал, что Кузнецов находится в его подчинении, и это сильно осложняло работу Николая Дмитриевича. Только в 1951 году во взаимоотношения была официально внесена ясность, и Кузнецов был утвержден ответственным руководителем завода с подчинением ему директора завода.
Основные усилия завода и ОКБ были направлены на подготовку и проведение государственного 50-часового испытания двигателя ЮМО-022. Как уже было сказано ранее, удельный расход топлива у двигателя на взлетном режиме был 350 гр/л.с.ч, в то время как у лучших авиационных поршневых двигателей на аналогичных режимах он составлял 285-295 гр/л.с.ч. Поэтому Николай Дмитриевич параллельно с подготовкой к государственным испытаниям начал проводить большую работу по улучшению КПД основных узлов двигателя с целью получения более низких удельных расходов топлива.
Николай Дмитриевич, как никто другой, так умел увлечь работой, что даже немцы-скептики заразились идеей получения высоких КПД турбины. Тогда мы еще не представляли, какой предельный КПД можно получить, ведь это был 1950 год – заря развития реактивного двигателестроения. Очень увлекся этой работой и начальник отдела турбины доктор Г.Кордес, который создал новую методику расчета турбины с учетом профильных концевых и вторичных потерь энергии потока газа в решетках при учете уравнения радиального равновесия в каналах решеток и неравномерности поля температур на входе в турбину. Нам, работавшим под его руководством, казалось (может быть, субъективно, так как мы не знали, что делается по турбинам за рубежом), что впервые в мире (а в СССР – безусловно) была создана новая совершенная методика расчета и проектирования турбин.
Величайшее предвидение Николая Дмитриевича, решившего на первом этапе достижения низких значений удельного расхода сосредоточиться на совершенствовании конфузорного течения газа в турбине, оправдало себя полностью. В развитие принятого им направления, нашим коллективом была проведена подлинная научно-техническая революция в области расчета и конструирования турбин. Судите сами: за счет совершенствования расчета турбины, профилирования ее рабочих и сопловых лопаток и приложения новой теории к практике конструирования трех последовательно изготовленных вариантов турбины двигателя ЮМО-022 (в это время его наименование сменилось на ТВ-2) за 14 месяцев мы получили снижение удельного расхода топлива с уровня 350 до 265 кг/л.с.ч, при этом КПД трехступенчатой турбины достигал 91,5%. И это в то время, когда профессор В.В.Уваров, немецкий ученый А.Стодола и ЦИАМ считали, что получить в одной ступени КПД выше 88% невозможно! Увлеченные работой, мы не понимали тогда, что это была революция, не осознавали, что совершили переворот в науке, теории и практике проектирования турбин.
Оказывается, дело было в том, что в начале 1951 года ЦИАМ выпустил отчет, в котором было показано, что при параметрах нашего двигателя ТВ-2 (степень повышения давления около 7, температура перед турбиной 1050 К и при идеальном термодинамическом цикле, то есть при КПД всех процессов в двигателе 100%), можно получить удельный расход топлива 280 гр/л.с.ч. Если учитывать, что в тот период теория газотурбинных двигателей только начинала зарождаться, то можно представить, в какое затруднительное положение попала «уваровская» комиссия. Теоретически она считала, что получить удельный расход 265 гр/л.с.ч. невозможно, а практически опровергнуть наши данные ей не удалось. Комиссия уехала в смятенном состоянии. Позже Николай Дмитриевич рассказал нам, что в отчете ЦИАМ были найдены крупные теоретические ошибки, в результате чего отчет был отозван из ОКБ и изъят.
В середине 1950 года началась подготовка «летающей лаборатории» – самолета Ту-4, на котором взамен двух крайних моторов АШ-73К устанавливались двигатели ЮМО-022. 9 марта 1951 года двигатель ЮМО-022 получил официальное наименование ТВ-2. В отличие от двигателя, прошедшего госиспытания, двигатели ТВ-2, установленные на самолет Ту-4, уже имели внедренные мероприятия по улучшению удельного расхода, новую маслосистему с насосами большей производительности, новый турбостартер ТС-1 мощностью 60 л.с., новые воздушные винты АВ-41Б диаметром 4,2 м и ресурс 200 ча- сов. С мая по октябрь 1951 года в Летно-исследователь- ском институте проводились испытания на летающей лаборатории. На двигателях был получен удельный расход топлива на взлетном режиме 257 гр/л.с.ч. Самолет Ту-4 с двигателями ТВ-2 совершил 27 полетов и налетал 72 часа 51 минуту.
8 октября 1951 года Ту-4ЛЛ потерпел аварию из-за пожара в правом двигателе, который произошел из-за попадания топлива в мотогондолу самолета через телескопическое соединение выхлопной трубы двигателя с соплом во время отработки запуска двигателя в полете. На этом работа с летающей лабораторией была закончена, так как появилось новое задание по созданию двигателей ТВ-12 и 2ТВ-2Ф.
в августе 1950 года были проведены чистовые испытания, а в октябре успешно закончились государственные испытания. На двигателе, собранном для госиспытаний, были внедрены еще не все мероприятия по турбине, улучшающие удельный расход топлива, поэтому он составлял 300 гр/л.с.ч. Для автономного запуска двигателей ЮМО-012 и ЮМО-022 немецкие специалисты создали турбостартер ТС-1 (весом 55 кг и мощностью 60 л.с.) – маленький газотурбинный двигатель с редуктором, выходной вал которого был связан через коробку приводов и обгонную муфту типа «Бендикс» с валом двигателя. Камера сгорания турбостартера была однофорсуночной спирального типа. Мощность от турбины через редуктор дифференциально-планетарного типа передавалась на приводной вал, идущий к коробке приводов, и на центробежную ступень компрессора. Оригинальная схема позволяла выбрать для турбины и компрессора оптимальную частоту вращения. На турбине частота вращения была меньше, чем на компрессоре. На приводной вал мощность передавалась сателлитодержателем, а на компрессор – через планетарную шестерню.
Выбрав направление по созданию турбовинтовых двигателей, Николай Дмитриевич, естественно, обдумывал и перспективы его развития. Поэтому уже в начале 1950 года он поручил бригаде перспективного развития, которой руководил доктор Йозеф Фогтс, а заместителем был В.Д.Радченко, разработать проект турбовинтового двигателя мощностью 10000 л.с. под индексом «изделие И». В бригаду входили очень опытные и грамотные немецкие специалисты: доктор Хельмут Гайнрих (основной идеолог и разработчик новых методик термодинамического расчета с помощью j-функций), доктор Макс Лоренц (ведущий специалист по аэродинамическим расчетам, разработавший идеологию воздушных винтов с реверсом), Отто Гассенмайер (основной компоновщик двигателей фирмы «Юнкерс») и другие сотрудники. К расчетам по компрессору были привлечены А.П.Комаров и А.И.Елизаров.
Можно с уверенностью сказать, что в тот период Николай Дмитриевич был единственным в нашем министерстве, кто предугадал, что в условиях разраставшейся «холодной войны» потребуется самолет, способный без промежуточной посадки донести до США «полезный груз» (бомбу) и вернуться обратно. Для этого подойдут только мощные турбовинтовые двигатели, которые по принципу работы и термодинамическому циклу обладают наилучшей экономичностью (наименьшим расходом топлива) по сравнению с другими реактивными и поршневыми двигателями. Только используя такие двигатели, можно будет создать дальний бомбардировщик.
С реактивными двигателями, обладающими значительно худшими показателями удельного расхода топлива, бомбардировщик не сможет принять на борт необходимый «полезный груз», так как в этом случае должен быть полностью заполнен топливом для двигателей. Поэтому Николай Дмитриевич считал необходимым разработать мощный турбовинтовой двигатель. К середине 1950 года эскизная проработка проекта изделия «И» была, в основном, закончена, и на основе ее материалов сделан доклад на специальном совещании в присутствии всех начальников бригад и их заместителей.
После сообщения доктора Фогтса развернулась бурная дискуссия. Первым выступил начальник бригады компрессоров Ханс Дайнхард. Он заявил, что создать компрессор для двигателя «И» в настоящее время невозможно, в связи с тем, что в таком компрессоре получить степень повышения давления 13 нереально. На двигателе ЮМО-022 в 14 ступенях мы получили – 5,9, и в том же количестве ступеней удвоить показатель напорности, по его мнению, нельзя. Такого результата нужно добиваться постепенно, путем повышения сначала до 9, а затем до 13. У нас нет экспериментальных данных по исследованию решеток профилей компрессора, подтверждающих возможность увеличения напорности почти в два раза. Необходимо еще разработать профили лопаток компрессора с увеличенной напорностью, исследовать их характеристики и только после того, как мы убедимся в их возможности дать увеличенный напор в решетке, можно говорить о создании компрессора со степенью повышения давления до 13. На все это уйдет не менее двух лет.
Начальник бригады камер сгорания Манфред Герлах отметил, что рабочий объем и длина камеры сгорания двигателя «И» оставлены такими же, как у двигателя ЮМО-022, а количество сжигаемого в ней топлива удваивается, то есть теплонапряженность камеры сгорания тоже увеличена в два раза. Какими средствами можно обеспечить работоспособность камеры сгорания при таком увеличении теплонапряженности, он не представляет, поэтому не считает проект двигателя «И» реальным. По мнению Герлаха, необходимо вести серьезные исследования на автономном стенде камер сгорания, на что уйдет также не менее двух лет. Далее выступил начальник бригады редуктора Рихард Эльце. Он назвал планетарно-дифференциальный редуктор, передающий мощность 10000 л.с. на воздушный винт, плодом фантазии, а не реалистического расчета, так как основные параметры редуктора – удельная нагрузка на зубья шестерен и окружные скорости вращения шестерен, – по его словам, значительно превышают все известные на реальных проектах величины. Он предложил остановиться на достигнутых значениях удельных нагрузок и окружных скоростей и на их базе спроектировать новый редуктор, который, конечно, будет и по габаритам, и по весу значительно больше, чем представлено в проекте двигателя «И».
Начальник бригады прочности доктор Рудольф Шайност также не поддержал проект, заявив, что все детали и узлы очень напряжены, особенно редуктор, и гарантировать их работоспособность он не может. Кроме того, он заявил, что для дисков и лопаток турбины необходимы новые материалы. Единственный, кто поддержал проект двигателя «И», был начальник бригады турбин доктор Герхард Кордес. Несмотря на то, что впервые в мировой практике создания авиационных газотурбинных двигателей на двигателе «И» была применена четырехступенчатая турбина (все существовавшие и вновь разрабатываемые зарубежные и отечественные двигатели имели одноступенчатую турбину), Кордес считал, что турбину можно сделать работоспособной и с хорошим КПД. Кроме того, он заявил, что, несмотря на то, что проект двигателя «И» вносит в процесс много неизвестного, за него необходимо браться и организовать исследовательские работы по компрессору и другим узлам. Работу, по мнению Кордеса, следует построить так, чтобы параллельно проводить исследовательские разработки по элементам конструкции и по доводке двигателя. Начальник конструкторского бюро от немцев Фердинанд Бранднер своего мнения не высказал, ограничившись лишь некоторыми замечаниями. Учитывая, что Бранднер был очень активным человеком, его молчание было расценено как отрицательное отношение к проекту.
Николай Дмитриевич, завершая совещание, дал задание доработать проект по ряду замечаний, а в целом еще раз подтвердил, что этим двигателем мы будем заниматься, и принял предложение доктора Кордеса о параллельных исследованиях по элементам конструкции, материалам для деталей и работе по доводке. С параметрами двигателя «И» Николай Дмитриевич поехал к А.Н.Туполеву и предложил ему проработать возможность применения этого типа двигателя в проектах бомбардировщиков дальнего действия. Туполев отнесся к этому предложению почти отрицательно, сказав, что его ОКБ только что завершило работу по бомбардировщику Ту-85 с четырьмя двигателями ВД-4К, разработанными в ОКБ главного конструктора В.А.Добрынина, и в ближайшее время он не видит необходимости нового проекта с более мощными двигателями. Возможно, через несколько лет такая необходимость появится, тогда можно будет рассмотреть проект двигателя «И».
Несмотря на эти слова, уже через несколько месяцев Туполев сам пригласил Кузнецова и предложил разработать турбовинтовой двигатель мощностью 12000 л.с. для бомбардировщика Ту-95. Что же повлияло на Туполева, почему он так быстро изменил свое мнение? По словам Николая Дмитриевича, после завершения государственных испытаний самолета Ту-85 встал вопрос о его серийном производстве взамен бомбардировщика Ту-4. Ту-85 имел скорость полета 638 км/ч против 530 км/ч у Ту-4, в два раза большую бомбовую нагрузку, большую дальность полета, но совершить полет в Америку и вернуться назад без посадки он не мог. Кроме того, современные околозвуковые истребители-перехватчики и средства ПВО при такой скорости полета делали полет Ту-85 в Америку малоперспективным. По заведенному порядку того времени, решение о серийном производстве такого объекта, как военный самолет, принималось лично И.В. Сталиным. За этим решением к нему пришли председатель Комиссии по военно-промышленным вопросам В.А.Малышев, министр авиационной промышленности М.В.Хруничев, главком ВВС П.Ф.Жигарев и А.Н.Туполев. Выслушав их предложение, Сталин задумался и задал неожиданный вопрос: «Когда, по вашему мнению, через сколько лет, у нас может начаться война с США?». Начиная с П.Ф.Жигарева, он опросил всех. Все присутствующие были одного мнения, что в ближайшие пять-семь лет войны не будет.
Сталин сказал, что думает так же, и продолжил свою мысль: если в ближайшие семь лет войны не будет, то зачем нагружать нашу промышленность и вкладывать большие деньги в финансирование серийного производства бомбардировщика, который не решает задачу беспосадочного полета в Америку? Не лучше ли потратить это время на создание такой машины, которая могла бы со скоростью не 630 км/ч, а 900 км/ч долететь до Америки и вернуться? Он попросил подумать над этим предложением и через три месяца дать ему ответ, а самолет Ту-85 в серию не запускать. При этом коллективы, которые работали над созданием самолета, отметить наградами и премиями. Сразу после этой встречи А.Н.Туполев вспомнил о предложении Николая Дмитриевича, и в апреле 1951 года бригады нашего ОКБ получили задание на проектирование двигателя.
11 июля 1951 года Постановлением Совета Министров СССР было предписано создать двигатель для самолета Ту-95 и в IV квартале 1953 года предъявить его на государственные испытания. Двигатель получил обозначение ТВ-12, мощность его на взлетном режиме была определена в 12500 л.с., а удельный расход на этом режиме – 0,225 кг/л.с.ч. В отличие от двигателя «И», турбина ТВ-12 была пятиступенчатой. Первый двигатель без редуктора был испытан в марте 1952 года на гидротормозном стенде, где в течение семи месяцев продолжалась отработка его запуска. В то время ни в мировой, ни в отечественной практике не было опыта по перепуску воздуха в компрессоре и механизации направляющих аппаратов компрессора для обеспечения нормального запуска двигателя. Сделаем одно уточнение.
В начале 1952 года мы, впервые на двигателе ЮМО-022 с так называемым «седьмым вариантом» турбины, уже столкнулись с явлением «запирания» компрессора на запуске и поняли, что для нормального запуска необходимо делать управляемые клапаны перепуска воздуха на компрессоре. Однако при проектировании компрессора ТВ-12 ни перепуска воздуха, ни регулируемых направляющих аппаратов компрессора не было предусмотрено. На гидротормозном стенде запуск двигателя ТВ-12 был электрический от пендель-мотора, и на первых запусках была зафиксирована огромная мощность, требуемая на запуск ТВ-12, – 1500 л.с. (!). Начался довольно длинный и трудоемкий процесс изучения того, что происходит в компрессоре на запуске, и проверка действенности мероприятий по снижению мощности на запуске. Только 9 ноября 1952 года при испытании двигателя с клапанами перепуска была получена приемлемая мощность запуска в 150 л.с.
Уже при проектировании двигателя «И» стало ясно, что существовавшая на заводе временная испытательная станция не может быть использована для турбовинтовых двигателей такой мощности. Поэтому были приняты меры по форсированию постройки новой испытательной станции на четыре бокса, которая была заложена в начале 1950 года и в 1952 году запущена в эксплуатацию. Стенды вводились в эксплуатацию еще при недостроенном корпусе.
Первые испытания ЮМО-022 на стенде №1 состоялись уже в августе 1950 года, а в 1951 году были начаты испытания и на втором стенде. Первые испытания двигателя ТВ-2Ф показали, что размеры испытательных боксов 7х7 м при работе двигателя с воздушным винтом большого диаметра не удовлетворяют требованиям испытания. Были построены еще два стенда размером 10,6х10,6 м, эксплуатация которых без шумоглушения началась в 1952 году.
Доводка двигателя ТВ-12 шла очень нервно, под большим нажимом со стороны как А.Н.Туполева, так и министерства. Почти весь 1952 год ОКБ потратило на организацию перепуска воздуха из компрессора на запуске и отработку самого запуска. В 1953 году начались серьезные трудности с доводкой редуктора, поскольку был создан совершенно новый тип планетарно-дифференциального редуктора. Впервые были разработаны теория расчета и принципы конструирования такой схемы. При этом скорости вращения шестерен были увеличены до 70 м/сек, в то время как крупнейший специалист того времени по шестерням профессор А.И.Петрусевич считал, что выше 40 м/сек скорость поднимать нельзя. В процессе доводки была создана специальная система охлаждения и смазки шестерен, обеспечившая их надежность и работоспособность. Компрессор на степень повышения давления 13 впервые не только у нас, но и в мире отрабатывался по КПД и надежности. Пятиступенчатая турбина также делалась впервые. Все это не могло не привести к задержке сроков создания двигателя. И сам А.Н.Туполев, и его заместитель К.В.Минкнер часто посещали завод, интересуясь ходом доводки и выражая неудовлетворенность медленным, по их мнению, темпом работ. Нервничало и министерство, присылая на завод комиссии для оценки эффективности доводки и оказания помощи ОКБ и заводу.
Попутно отмечу, что в 1953 году на протяжении десяти или одиннадцати месяцев Министерство авиационной промышленности работало в составе Министерства оборонной промышленности СССР, министром которого был М.В.Хруничев. В конце 1953 года это объединение было признано нецелесообразным, и Министерство авиационной промышленности было восстановлено во главе с министром П.В.Дементьевым. Следует отметить, что в то время на министерство очень сильное давление оказывал ЦК ВКП(б) – стране нужен был дальний стратегический бомбардировщик Ту-95.
В 1953-1954 году на завод были направлены две большие комиссии, разбиравшие ход доводки двигателя. Первая, под председательством А.А.Микулина, предоставила по результатам проверки отрицательный отзыв о доводке ТВ-12 и предложила «закрыть» двигатель. Вторая – под председательством В.Я.Климова – дала положительный отзыв. Климов во всем поддержал Н.Д.Кузнецова и предложил министерству на полгода оставить его и ОКБ в покое, заверив, что Николай Дмитриевич доведет машину и к концу 1954 года предъявит двигатель на госиспытания. Так и произошло: первый двигатель ТВ-12 успешно завершил испытания в декабре 1954 года, а второй – в марте 1955 года. В такой обстановке происходило становление коллектива ОКБ.
В конце ноября 1953 года последние немецкие специалисты покинули Управленческий. В 1957 году уехавший в Австрию начальник конструкторского бюро Ф.Бранднер опубликовал в швейцарском журнале «Интеравиа» статью о разработке немецкими специалистами в СССР, в Куйбышеве, двигателя ТВ-12. В журнале были приведены схема ТВ-12 и описание конструкции. Из статьи можно было понять, хотя напрямую не говорилось, что идея описанного двигателя и его разработка принадлежат немецким специалистам. Эта статья «подлила масла в огонь» к уже существовавшему мнению, согласно которому немцам полностью принадлежит идея создания двигателя ТВ-12 и его разработка.
В действительности, еще раз повторю, идея принадлежала Николаю Дмитриевичу, а основные расчеты компрессора и турбины выполнены советскими сотрудниками ОКБ. Роль немецких специалистов на этапах проектирования и начала доводки двигателя ТВ-12 была достаточно велика, преуменьшать ее не нужно, но основная часть доводки, и особенно ее завершение, проходили под руководством советских специалистов. Уже в начале 1953 года немцы были уверены, что в конце года они от нас уедут. Мы не могли понять, откуда у них такая уверенность, так как официально мы узнали об этом непосредственно перед их отъездом в начале ноября 1953 года. Поэтому – из лучших побуждений – они старались переложить основной объем работы на наших инженеров. К тому времени у нас, советских инженеров, установились с немцами хорошие деловые отношения.
28 ноября 1953 года все немецкие специалисты с семьями были переведены в Савелово, севернее Москвы, вблизи города Кимры, а в конце 1954 года они вернулись в ГДР. Немецкие специалисты уезжали из Управленческого двумя группами. Первая была отправлена в октябре 1950 года и составила примерно 40-45% немецкого контингента, в основном, в нее вошли производственники, инженеры из ОКБ и техники вспомогательного состава.
В 1954 году была закончена доводка двигателя ТВ-12, которая проходила трудно. Оно и понятно: на двигателе было множество нововведений, и многие вопросы приходилось решать впервые. Впервые применено литье рабочих лопаток турбины, также впервые осваивались детали и узлы из титана. Применены легкосрабатываемые медно-графитовые вставки на статоре турбины, позволившие уменьшить радиальный зазор между рабочими лопатками турбины и статором турбины. Впервые проведены работы по активному регулированию радиальных зазоров в турбине, для чего в конструкцию был введен кожух над статором турбины, в полость которого подавался воздух для охлаждения статора турбины. Решена сложная задача устойчивости и точности регулирования турбовинтового двигателя. При этом впервые успешно использована отрицательная тяга воздушных винтов для торможения самолета при посадке. Одновременно разработана и создана надежная аварийная защита самолета с помощью системы автоматического флюгирования винтов с применением метода прямого измерения крутящего момента на валу двигателя. Принципы и методы, теоретически и экспериментально разработанные при решении этой проблемы, актуальны и сегодня при создании нового поколения винтовентиляторных двигателей нового поколения.
При создании двигателя ТВ-12 решены новые научно-технические задачи: повышение степени сжатия в четырнадцатиступенчатом компрессоре с 7 до 13 при высоком уровне КПД компрессора 88% и получение в пятиступенчатой турбине очень высокого КПД (94,5%). Впервые для многоступенчатого, высоконапорного компрессора отработана система регулирования клапанами перепуска воздуха при выходе двигателя на рабочие режимы работы.
Большая роль в создании двигателя уделялась разработке и внедрению новых материалов. В ОКБ была создана специальная группа по исследованию новых материалов в составе В.И.Цейтлина, В.Л.Скворцова и Н.П.Цаплина, в обязанности которых входили разработка требований, согласование совместных работ с металлургическими институтами, разработка методов проверки новых материалов и внедрение их на двигатель. Кроме того, на двигателе ТВ-12 было еще одно нововведение, которое значительно осложнило доводку, – ротор двигателя был сделан на четырех опорах (по две на турбине и на компрессоре). Наличие такого количества опор создавало неопределенность в нагрузке подшипников, и, чтобы выйти из положения, заднюю опору турбины были вынуждены сделать не жесткой, а податливой.
Двигатели НК-12 в модификации НК-12МВ, повышенного ресурса и мощности, были установлены на стратегических бомбардировщиках Ту-95, самолетах дальней радиолокационной и радиотехнической разведки Ту-126, противолодочных самолетах Ту-142 и 220-местных пассажирских самолетах Ту-114, являющихся гражданской «переделкой» самолета Ту-95. Летные испытания последнего были закончены в 1957 году, и в том же году Ту-114 стал сенсацией на международном Парижском авиасалоне. Разработанная модификация двигателя НК-12МА использовалась на военнотранспортном самолете Ан-22 «Антей», НК-12МК – на экраноплане «Орленок», НК-12МП – на стратегических ракетоносцах Ту-95МС.
В Постановлении Совета Министров от 11 июля 1951 года одновременно с созданием двигателя ТВ-12 была поставлена задача: разработать временный вариант двигателя 2ТВ-2Ф на базе двигателя ТВ-2. А.Н.Туполев и Н.Д.Кузнецов, обсуждая проблему создания двигателя ТВ-12, пришли к выводу, что для ускорения доводки самолета Ту-95 целесообразно на базе форсированного до 6250 л.с. двигателя ТВ-2 (ЮМО-022) создать спаренную мотоустановку с общим редуктором на два двигателя 2ТВ-2Ф. Предполагалось, что на базе уже доведенного на ресурс двигателя ТВ-2 эту «спарку» удастся довести раньше, чем ТВ-12, и начать летные испытания самолета уже в конце 1952 года. Таким образом, ОКБ и завод с 1951 года начали заниматься параллельно двумя двигателями: ТВ-12 и 2ТВ-2Ф.
Конструктивно двигатель 2ТВ-2Ф был выполнен в виде двух рядом расположенных в горизонтальной плоскости двигателей ТВ-2Ф, работающих через независимые зубчатые передачи в корпусе редуктора на два соосных винта противоположного вращения. Топливная, масляная система и система запуска раздельные, системы регулирования также раздельные с выводом управления через кинематику на одну ручку пульта управления. Самолет выполнил 16 испытательных полетов и налетал почти 25 часов.
11 мая 1953 года во время испытательного полета произошла катастрофа: на третьем двигателе возник пожар, средства пожаротушения не смогли его ликвидировать, и двигатель оторвался от самолета. Винты четвертого двигателя вошли во флюгерное положение, и самолет, войдя в крутую спираль, почти вертикально устремился к земле. Погибли командир корабля А.Д.Перелет, штурман С.С.Кириченко, бортинженер А.Ф.Чернов и техник по виброиспытаниям из НИИСО А.М.Большаков. Девять членов экипажа спаслись, покинув самолет на парашютах. Отрабатывалось несколько версий катастрофы самолета, но наиболее вероятной представляется следующая версия: разрушилась моторама двигателя, и оторвался один из двух двигателей ТВ-2Ф, что привело к разливу топлива и пожару в мотоотсеке.
Разбор дефекта и причины катастрофы на правительственной комиссии под председательством министра М.В.Хруничева проходил очень нервно. И сам Туполев, и его заместители, и все члены комиссии обвиняли Николая Дмитриевича во всех смертных грехах. К работе комиссии были подключены сотрудники КГБ, и даже рассматривался вопрос о возможном вредительстве. В июле 1953 года на разборе катастрофы в Комиссии по военно-промышленным вопросам у В.А.Малышева поднимался вопрос даже о закрытии работ по самолету Ту-95. Вероятно, это сильно подействовало на Туполева, заставило его переосмыслить весь ход обсуждения причин катастрофы и сделать соответствующие выводы. На следующий день после заседания ВПК вечером в гостиницу Николаю Дмитриевичу позвонил К.В.Минкнер и сказал, что А.Н.Туполев просит его приехать к нему. Николай Дмитриевич отказался: «Зачем мне приезжать, Вы хотите устроить похороны по первому разряду? Все уже решено». Сразу же после этого позвонил Туполев и сказал: «Пришлю машину. Нужно многое обговорить, в ситуации есть большие изменения». Николай Дмитриевич поехал.
В кабинете Туполева собрались все его заместители и несколько начальников бригад ОКБ из двигательного подразделения. По рассказу Николая Дмитриевича, он увидел, что все сидящие в кабинете очень возбуждены, все с красными лицами. Как выяснилось, Туполев всех сильно ругал и при Кузнецове продолжил: «Что мы наделали? Ведь истина проста: нет двигателя – нет и самолета. А мы все чуть было своими руками не погубили: и хороший двигатель, и хороший самолет. Давайте намечать план действий для спасения ситуации». Далее пошел спокойный разговор, и было решено обратиться к Председателю ВПК В.А.Малышеву и предложить согласованный план выхода из создавшегося положения. На следующий день Туполева и Кузнецова принял Малышев, который согласился с предложенным планом действий.
Кстати, в день этой встречи из Куйбышева были получены сведения, что двигатель ТВ-12 проработал без замечаний 25 часов. План действий был следующим: работу над двигателем 2ТВ-2Ф прекратить, а усилия ОКБ и завода сосредоточить на двигателе ТВ-12. Создать на базе самолета Ту-4 три летающие лаборатории для летных испытаний двигателя ТВ-12, для чего на месте правого внутреннего двигателя АШ-73К установить двигатель ТВ-12. Работу над самолетом Ту-95 с двигателями 2ТВ-2Ф также прекратить. Оказать помощь заводу Н.Д.Кузнецова силами других заводов, ОКБ и институтов. В частности, Куйбышевский завод № 24 им. М.В.Фрунзе был подключен к изготовлению ряда узлов и деталей ротора двигателя ТВ-12. Пермский завод обязали изготовить заднюю опору двигателя и шестерни редуктора.
Летом 1953 года было окончательно ликвидировано бывшее микулинское ОКБ на Куйбышевском заводе № 24 им. М.В.Фрунзе, и его главный конструктор М.Р.Флиский переведен в наше ОКБ первым заместителем Н.Д.Кузнецова. Вместе с ним на наш завод пришли опытные конструкторы, среди них С.С.Гасилин, С.М.Гиршович, В.И.Фролов.
В немецких ОКБ не было понятия «листок изменения» (впоследствии «извещение об изменении»). В этом вопросе есть одна тонкость. Дело в том, что на фирме «Юнкерс» не было понятия «листок изменения», а на фирме «БМВ» такие «листки» были, но отсутствовала система их дальнейшего прохождения. Конструктор сам выписывал «листки изменений» и сам же проводил их в чертежах, которые были в цехе. Чертеж подписывался только выпускающим его инженером и начальником бригады, согласование с технологом было на совести выпускающего чертеж инженера, который мог его и не согласовывать. При необходимости изменить чертеж его исполнитель шел в цех, сам вносил исправления или давал новую копию. При ограниченных сроках на создание двигателя и высоком темпе работы эта система была неудобной и вызывала сомнение во внедрении необходимых изменений по результатам доводки двигателя. Поэтому в конце 1949 – начале 1950 года по решению Н.Д.Кузнецова в ОКБ и на производстве нашего завода была внедрена система «листков изменений». Работой по внедрению руководил А.Г.Махнев.
Впервые система «листков изменений» стала использоваться в США с середины 1930-х годов. К нам в СССР она пришла вместе с документацией на американский двигатель «Циклон» фирмы «Райт» (впоследствии «Кертис-Райт»), закупленный в США по лицензии главным конструктором ОКБ Пермского завода А.Д.Швецовым. Этот девятицилиндровый звездообразный двигатель воздушного охлаждения впоследствии получил наименование АШ-62 и в различных модификациях выпускался до начала 1970-х годов. Вначале немецкие специалисты отнеслись к системе «листков изменений» отрицательно, считая, что таким образом высказывается недоверие к конструкторам, выпускающим чертежи. Но потом поняли все ее преимущества и даже усовершенствовали ее, составив четкий алгоритм прохождения листков изменения в ОКБ и отделах завода.
А вот немецкий стандарт на переписку (DJN), к сожалению, у нас не прижился. И в те далекие времена, и сейчас, получая письма от сторонней организации или из министерства, руководитель ОКБ (или его заместители) пишут на этом письме нижестоящему начальнику, что нужно делать; тот, в свою очередь, пишет начальнику ступенькой ниже – и так далее до исполнителя. В результате некоторые письма обрастают написанными разными почерками текстами так, что уже и основного текста не прочтешь, да и указания руководителей бывают непонятны. У немцев же этим стандартом были предусмотрены условные обозначения основных, наиболее часто встречающихся стандартных фраз и приемов, указывающих, что нужно делать по тому или иному тексту письма.
Кроме того, каждый руководитель работал с вполне определенным количеством подчиненных, фамилии которых известны. Фамилии подчиненных по DJN пишутся с сокращением, например: Орлов – Ор., В.В.Харламов – В.Хар., Р.В.Харламов – Р.Хар. и т.д. Я не собираюсь полностью воспроизводить все, что написано в этом стандарте, приведу лишь некоторые примеры. Если письмо нужно принять к сведению, то ставится знак «–», тогда вместо надписи «Орлову В.Н. принять к сведению» пишется «Ор.–». Если письмо нужно принять к исполнению, пишется «Ор.+». Если нужно по этому письму переговорить с руководителем, то пишется «Ор.–0», если подготовить ответ и показать руководителю – то «Ор».?.– И так по всем стереотипным действиям, которые охватывают практически 99% того, что и сейчас у нас пишется на таких документах.
Кроме того, этим же стандартом предусматривались и правила оформления самих писем: что, как и где писать, кто исполнитель бумаги (письма), к какому подразделению завода и ОКБ принадлежит написавший бумагу, о чем бумага (краткое содержание, т.е. одна строчка) и так далее. В целом, работа с немцами проходила дружно и без эксцессов. Работали они очень добросовестно и ответственно.
В мае 1949 года Н.Д.Кузнецов, приехав с группой инженеров из Уфы, провел реорганизацию в работе ОКБ. Он ввел в систему работы ОКБ еженедельные (по средам) научнотехнические совещания с рассмотрением на них состояния доводки двигателей, обсуждением дефектов и различных научно-технических проблем, связанных с их созданием. План этих НТС и темы докладов, а также назначение докладчиков обсуждались у главного конструктора в присутствии Ф.Бранднера, Ф.Г.Квасова и Е.М.Семенова. Все докладчики оповещались заранее. Членами НТС были немецкие начальники бригад, их советские заместители и руководство ОКБ. Рядовые инженеры приглашались в зависимости от темы доклада, по принадлежности, но советским инженерам для общего развития разрешалось посещать все доклады.
Я не был на первом заседании НТС в июле 1949 года (начал работать с сентября 1949 года), но коллеги мне рассказали, что немецкий специалист сделал первый доклад настолько элементарным, будто присутствующие совершенно не знали техники ГТД. Николай Дмитриевич очень тонко и красиво «разобрал» содержание доклада, показав, что докладчик либо не знает дела, либо не хочет делиться своими знаниями. Вывод был такой: если и последующие сообщения будут такими же, то зарплата докладчиков будет снижена и приведена в соответствие с квалификацией. И вообще, со следующей недели начинается переаттестация всех немецких специалистов, так как у руководства появились сомнения в их квалифицированности.
Резонанс от этого НТС в коллективе ОКБ был достаточно большой. Все поняли, что имеют дело с грамотным, твердым руководителем, которого вокруг пальца не обведешь. Немаловажную роль сыграла и угроза снижения зарплаты немцам. Переаттестация была проведена, некоторым Николай Дмитриевич уменьшил оклады, а некоторых даже уволил. На аттестации присутствовали Ф.Бранднер, доктор Кордес, доктор Шайност, доктор Фогте, Карл Престель и доктор Альфред Шайбе. Решение о снижении (или повышении) оклада принималось коллегиально. Одного прецедента на первом НТС было достаточно, чтобы немецкие специалисты почувствовали ответственность и впредь хорошо готовились к докладам.
Вообще, немецкие специалисты относились к Николаю Дмитриевичу с большим уважением, отмечая его ум, умение быстро отделять главное от второстепенного, молниеносно схватывать предлагаемую идею и развивать ее в нужном направлении. Однажды Ф.Бранднер в разговоре с нами сказал, что в лице Кузнецова впервые в жизни (ему в то время было около 60 лет) встретил человека, который по характеру, уму, деловой хватке и целеустремленности соответствовал должности главного конструктора.
На мой взгляд, представляется целесообразным рассказать, как мы работали с немецкими специалистами. Что же собой представляли немецкие специалисты, работавшие в ОКБ? По образованию они делились на дипломированных инженеров, недипломированных инженеров и техников-чертежников. Дипломированный инженер имел образование в таком же объеме, как наши инженеры, окончившие институты. Недипломированный инженер – в объеме шести семестров (трех лет учебы), аналогичных первым трем курсам, то есть хорошие общетехнические знания, включающие все разделы математики (аналитическую геометрию, дифференциальное и интегральное исчисление), начертательную геометрию, все разделы механики (статику, кинематику, динамику), химию (неорганическую и органическую), общее представление о металловедении, физику, теорию механизмов и машин (с проектом), детали машин, сопротивление материалов и другое. Это называлось начальное высшее техническое образование, в Германии оно было бесплатным. Закончив это обучение, можно было перейти на последние два курса в технический университет и получить диплом, но эти два года были уже платными. Вероятно, поэтому основная масса приехавших к нам немецких инженеров была недипломированной.
Интересно отметить, что немецкие сотрудники, получившие образование в двадцатые годы, были дипломированными инженерами, а в тридцатые – недипломированными. Правда, по уровню знаний мы особой разницы не чувствовали. Недипломированный инженер не мог стать доктором наук, для этого необходимо было сначала получить диплом.
Техники-чертежники – это уровень наших специалистов, окончивших техникумы. Работа немецких специалистов отличалась исключительной аккуратностью и пунктуальностью. Немец приходил на работу, открывал дневник, записывал число, месяц, год и писал, что он делает. Если к нему кто-то подходил с вопросом или для обсуждения чего-либо, то после ухода этого человека немецкий специалист записывал: приходил имярек, обсудили такой-то вопрос, вывод. Если имярек приходил с вопросом, то записывались и вопрос, и ответ. На совещании обсуждаемый вопрос и выводы либо сразу фиксировались в дневнике, либо это делалось непосредственно после совещания.
К сожалению, эту сторону их работы мы не восприняли: не оценили по достоинству. На моей памяти только Н.Г.Трофимов по немецкому образцу также пунктуально заносил все данные в свой дневник. А ведь как хорошо и просто было находить у немцев нужную информацию по работе! Работали немецкие специалисты неторопливо, но капитально, тщательно проверяя расчеты и чертежи, подробно обсуждая любые мелочи, не допуская в расчетах и чертежах ошибок, неточностей и двусмысленного толкования. Нашей штурмовщины, аккордных работ они не понимали и не воспринимали, хотя и подчинялись, если сверху шло указание о срочной работе.
Внутри каждой бригады ОКБ немецкие специалисты довольно четко делились на две не равные по численности группы: творческие инженеры (генераторы идей) и исполнители. Попав в разряд исполнителей, выбраться в «генераторы идей» было практически невозможно. «Генераторы» занимались основными расчетами, если это были расчетчики, или основными проектными работами, если это были конструкторы, то есть наиболее интересной работой. Вся «черная», или черновая, работа велась исполнителями.
Такое разделение на конструкторов и расчетчиков было проведено немцами еще в Германии во время войны. В советских ОКБ конца 1940-х годов такого разделения еще не было. Конструкторы, за нимавшиеся проектированием любых узлов ТРД, сами делали расчеты. У немцев же все, кто вел прочностные расчеты, были выделены в специальную бригаду. А внутри таких бригад, как бригады компрессора, турбины, камеры сгорания и регулирования, были специальные подгруппы расчетчиков. В некоторых советских ОКБ в конце 1940-х годов тоже были небольшие группы расчетчиков, в основном, занимавшиеся прочностными расчетами. Например, в Уфе в ОКБ Н.Д.Кузнецова была небольшая группа во главе со Л.М.Шнеерсоном. Но, в основном, для советских ОКБ понятие «расчетчик» в то время четко сформулировано не было.
Почти все немецкие специалисты были членами немецкой национал-социалистической рабочей партии – нашими идеологическими противниками. Первое время была определенная настороженность во взаимоотношениях на работе. По сложившемуся у нас стереотипу, мы считали, что они не будут делиться с нами своим опытом, а будут даже вредить, пользуясь тем, что нас мало и мы еще совсем молодые инженеры. Однако все оказалось по-другому: они охотно делились своим опытом и не только не вредили, но и очень добросовестно трудились даже тогда, когда не были согласны с принципиальным направлением в работе.
Ранее упоминалось, что при обсуждении проекта изделия «И» немцы отнеслись к нему, в основном, отрицательно. Но, после того как Н.Д.Кузнецов принял решение о разработке турбовинтового двигателя ТВ-12 мощностью 12000 л.с., весь немецкий коллектив активно включился в работу по его созданию. Может быть, между собой они и критиковали это решение, но ни разу, даже на начальной стадии работ, мы не слышали от них какой-либо критики, хотя и считали эту особенность свойством немецкого характера. Для них «Befel ist befel» («приказ есть приказ») было прописной истиной. Если руководство (furer) приняло решение – нужно его выполнять, и как можно лучше.
Впоследствии, когда мы уже хорошо сработались, между нами иногда возникали идеологические споры, и немцы говорили нам: «Вы, советские, – странные люди, у вас работа и идеология свалены в одну кучу, и все круто перемешано, поэтому вы и в работе – идеологи социализма. У нас, немцев, работа и идеология строго разделены: на работе мы только инженеры, после работы – пожалуйста, можем заниматься идеологией». Тогда мы считали это беспринципным оппортунизмом. Но это обстоятельство упрощало взаимоотношения в процессе работы.
Приведу пример с доктором Кордесом. При подписке на облигации Государственного займа на развитие народного хозяйства СССР (а в те годы займы были каждый год) доктор Кордес заявил: «Я ни одной копейки на развитие социализма в России не дам». Но когда к нему приходили мы, советские специалисты, с тем или иным вопросом по работе, он очень подробно и четко отвечал, объясняя либо теоретический вопрос, либо – как и что практически необходимо делать. При этом бывало даже так, что ты ему говоришь: «Спасибо, доктор Кордес, я Вас понял». А он в ответ: «Я по вашим глазам вижу, что Вы еще до конца не поняли, послушайте еще раз». Такое отношение было характерно почти для всех немцев.
В процессе доводки двигателей ЮМО-022 и ТВ-12 на моей памяти было два случая, когда при поломке двигателей в ходе испытания мы подозревали вредительство со стороны немцев. В двигателе обнаруживали посторонний предмет. В одном случае это была тряпка в маслосистеме, в другом – контровочная проволока в редукторе. При подробном исследовании причин попадания этих предметов в двигатель обнаруживались халатность и невнимательность наших советских рабочих.
В 1950 году на заводе была организована политучеба. Немцы проявили инициативу и попросили прочитать им лекции по истории ВКП(б). Нескольких инженеров ОКБ (в основном, молодых специалистов и молодых членов партии, в том числе и меня) обязали проводить лекции и семинары по истории партии с немецким контингентом бригад. Все было нормально до тех пор, пока мы не дошли до четвертой главы «Краткого курса истории ВКП(б)» – «Диалектический и исторический материализм». Тут-то все и началось.
В этой главе есть критика философов идеализма Гегеля, Канта, Юма и других. Немцы начали возражать, утверждая, что эти философы говорили не то, что я им рассказываю, и не так, и приводить цитаты, которых ни в «Кратком курсе», ни в других пособиях не было. Короче, загнали они и меня, и других наших лекторов, как это выяснилось потом, в угол. Выручил меня доктор Кордес, который прекратил эту дискуссию, сказав: «Что вы хотите получить от этого молодого человека? Ведь он в подлиннике этих авторов не читал! Давайте обойдем этот вопрос».
Но дальше было не легче, пошла и другая критика. «Вы утверждаете, что вы материалисты. Но это не так – вы чистейшие идеалисты. А вот мы, немцы, – материалисты. Ведь вы даже живете, чтобы работать, а мы работаем, чтобы жить. Поэтому мы материалисты, а вы – идеалисты». Семинар затянулся, я уж не знал, как выбраться из создавшегося положения, и кое-как закончил собеседование. На следующий день, обменявшись впечатлениями с другими лекторами, которые также попали в переплет, мы с В.И.Цейтлиным пошли в партком с извечным вопросом – что делать? Опять цепочка: партком, райком, горком, обком, и через несколько дней – разрешение обойти эту главу и рассказывать только об истории партии.
Но прослушав еще две-три лекции по борьбе с троцкизмом и другими оппортунистическими течениями в партии, немцы заскучали и перестали ходить на семинары. Их заключение было для нас возмутительным: все, как у нас в Германии, та же борьба за власть. Наших опровержений они уже не слушали. Так закончилась эпопея с изучением «Краткого курса истории ВКП(б)».
В 1951 году немецкий инженер из бригады редуктора, фамилию которого я, к сожалению, забыл, был приглашен в цех, где сделали первую отливку картера редуктора. При осмотре картера он обнаружил, что спроектированное им ребро жесткости не позволит собрать в картере шестерню сателлитодержателя – ребро сделано слишком большим и мешает шестерне. В это время нам в ОКБ первый раз выдали премию за работу. Так вот, этот инженер рано утром пришел к Н.Д.Кузнецову и положил ему на стол свою месячную зарплату и премию, сказав, что он грубо ошибся в проектировании картера редуктора и потому не может взять ни зарплату, ни премию. С большим трудом Николай Дмитриевич с помощью Ф.Бранднера уговорил его взять деньги обратно.
Многое нас удивляло и во взаимоотношениях самих немецких специалистов: работают более пятнадцати лет рядом два немецких инженера, а называют друг друга официально по фамилии – «герр Деттмер», «герр Баке». Нам это было непонятно. Или такой пример, который тоже раскрывает специфику немецкого характера. В то время немцы все поголовно курили. Вижу – мой сосед все время как-то странно вздыхает и не курит. Спрашиваю: «Герр Деттмер, Вы что, бросили курить?». В ответ слышу: «Нет, господин Орлов, я забыл дома сигареты». Рядом сидит герр Баке, который курит, и я – курящий, но Деттмер не попросит сигарету – не принято! Угостил я его сигаретой. Каково же было мое удивление, когда после обеда он мне ее вернул. Таковы особенности немецкого поведения и воспитания. немецкого и русского.
В конце 1950 года к нам на завод прибыл заместитель министра авиационной промышленности Лукин, который объявил о скором отправлении первой партии немецких специалистов домой и сказал, что последний немец покинет территорию нашего городка в июле 1952 года. Подошел и прошел июль, а об отправке немцев ничего не было известно. И вот у немцев на календаре появилось, вместо 1 августа, 32 июля, далее 33-е, 34-е и так далее. На наш вопрос, что это такое, они отвечали: «Член Правительства ошибаться не может, его слово твердое, значит, ошиблась природа, и сейчас не август, а июль».
У немцев было создано свое землячество, по типу нашего профсоюза, которое занималось кассой взаимопомощи, общественной работой по организации отдыха, спортивных мероприятий и самодеятельности. Нас очень удивляло то обстоятельство, что приехавшие к нам немцы были хорошо музыкально образованы. На устраиваемых ими вечерах отдыха выступали немецкий симфонический оркестр, состоящий из 32 человек, и два джаз-оркестра по 12-15 человек. Кроме того, было много более мелких коллективов (трио, квартетов и квинтетов), которые еженедельно собирались на квартирах участников и играли классические произведения, а в некоторых случаях и популярную эстрадную музыку. Много было хоровых капелл, которые давали концерты с очень профессионально поставленными номерами. Пели мужчины, женщины и дети. На такие вечера отдыха и выступления самодеятельности немцы приглашали нас.
Особенно нас поражало то, что их руководитель Ф.Бранднер, который в Германии был главным конструктором, а в конце войны даже гауляйтером, пел (и хорошо пел!) на концертах самодеятельности. Мы, например, не могли даже представить, чтобы на сцене мог оказаться наш шеф. А Бранднер пел, и всегда на «бис» по-русски исполнял: «Волга, Волга – мать родная...», – у него был хороший баритон. Вообще, вечерами почти у каждого дома на втором квартале можно было слышать хоровое пение, но вполголоса и не позже 10 часов вечера.
Всегда интересно проходили у них и спортивные соревнования по легкой атлетике, гимнастике и боксу. Помню, на импровизированной спартакиаде был организован шуточный футбольный матч между «северянами» в телогрейках и ушанках и «южанами», разукрашенными под африканских аборигенов. Наиболее распространена у немцев была спортивная игра фаустбол, по типу нашего волейбола: площадка чуть больше волейбольной, в середине на высоте 2,5 метров протянута веревка, мяч размером с баскетбольный. Били по мячу (который, по правилам, мог только один раз удариться о землю на стороне противника) кулаком.
Как-то осенью 1952 года к нам в бригаду турбин зашел наш начальник доктор Кордес, сел на составленные рядом столы и заявил: «Я пришел к вам травить баланду». Мы с Юрой Кудашевым просто обомлели: Кордес был очень сух в общении, обладал свойством подавлять собеседника, к нему все относились с уважением и опаской. Когда он входил в нашу большую комнату, где работало более 20 человек, все сразу затихали – чувствовали, что пришел начальник. Разговоров на вольную тему он никогда ни с кем не вел, и вдруг – такое заявление! Было от чего растеряться.
Он начал говорить о неопределенности их положения, которое не способствует хорошей работе, и о том, что он не понимает, почему нельзя съездить на родину хотя бы на две-три недели, повидать родных и близких, а потом приехать и работать дальше. Он сказал: «Что я буду делать в Германии, где буду работать? Там нет ничего по моей специальности. Что же мне, ночные горшки с аэродинамической точки зрения профилировать? А здесь у меня интересная работа, хороший коллектив. Мне очень нравится работать с вашим оберстом Кузнецовым» (Н.Д.Кузнецов был тогда полковником). Подобное мнение о Николае Дмитриевиче мне приходилось слышать от многих немцев, с которыми я был связан по работе.
Отдыхали немцы только летом, это входило в льготные условия. Отпуск они проводили на волжском острове Зелененький отдельными группами по 5-10 семей в палатках или самодельных шалашах. Некоторые из них были хорошими рыбаками, причем и летняя, и зимняя рыбалка были среди них одинаково популярны. Немцам была разрешена переписка с Германией, даже Западной. Они могли выписывать из Германии газеты и журналы и получать посылки. Интересно, что, со свойственной немцам расчетливостью, они выписывали газеты и журналы не на одну семью, а на несколько – так было дешевле. Им разрешалось отправлять посылки в Восточную Германию – кажется, не более двух в месяц. Домой они посылали, в основном, продукты.
Через их посылки все советские инженеры приобрели хорошие логарифмические линейки. Подобными вопросами у немцев занимался «культуртреггер» (носитель культуры) господин Герман Эссер, работавший в перспективной бригаде ОКБ. Он выписывал газеты, журналы, книги, а также карандаши (хорошие чертежные карандаши у нас были в дефиците), чертежную тушь «Пеликан», линейки, хорошие лекала и прочие принадлежности.
Оплата труда немцев, по сравнению с нами, была действительно льготной. В то время в ОКБ у советских специалистов зарплата была следующей: молодой инженер – 1100 рублей, инженеры III, II, I категорий – 1375, 1650, 1875 рублей соответственно, начальник бригады – 2000 рублей, ведущий конструктор – 2500 рублей, техник – 900 рублей, старший техник – 1200 рублей. А немцы имели следующие оклады: начальники бригад со степенью доктора наук – 5000 рублей, начальники бригад без степени доктора – 4500-4800 рублей, рядовые доктора 4000-4500 рублей, инженеры (в зависимости от категории) – 3200-3800 рублей, техники – 2400-2500 рублей.
До отмены продовольственных карточек и денежной реформы конца 1947 года немецкий контингент получал продовольственные карточки с литерами «А» и «Б», в зависимости от занимаемого положения и должности. Как видно из сравнения, немецкие специалисты были обеспечены более чем в два раза лучше советских. Кроме того, они имели возможность половину своей зарплаты отправлять в Германию, на льготных условиях переводя рубль на восточногерманскую марку. Официально рубль был равен восточногерманской марке, а немцам разрешили перевод одного рубля за две марки.
Семьи немецких специалистов размещались в изолированных квартирах, за исключением нескольких холостяков, проживавших коммунально. Квартиры находились в двухэтажных домах, построенных во втором квартале Управленческого (сейчас это квартал, ограниченный территорией завода от проходной 14 цеха, улицами С.Лазо и Парижской коммуны), в четырехэтажных кирпичных домах (дома №3 и №5 на улице Симферопольской), в финском и кенигсбергском поселках (которых уже нет).
Для немецких детей была организована средняя школа, где обучение проводилось на немецком языке. До отъезда первой партии немецких специалистов классы в ней были переполнены. Математику, физику, химию и труд преподавали немецкие инженеры, а немецкий язык, литературу и историю – их жены. Остальные предметы вели выпускницы факультета иностранных языков Куйбышевского пединститута. Мне известно, что несколько выпускников этой школы учились в педагогическом и сельскохозяйственном институтах города Куйбышева. Для этого через отдел режима нашего завода получали специальные разрешения. Учились ли немецкие дети в политехническом институте, я не знаю.
Передвижение немцев по области ограничивалось двумя пунктами: поселок Управленческий – город Куйбышев, но на каждую поездку в город заранее оформлялось разрешение через заводской отдел режима.
Мне были не известны никакие интриги или выворачивание наизнанку главных позиций ни со стороны немцев, ни со стороны русских. Отдельные негативные примеры были в пределах цехов. Русские обращались к нам вежливо, со словами «господин». Мы поступали таким же образом. Они всегда были приветливы. После того, как Н.Д.Кузнецов в 1949 году принял общее руководство предприятием как Главный конструктор, каждую среду в 14 часов в его большом бюро проходило рабочее совещание всех руководителей. Их было около сорока (коллег). На совещании обсуждались технические вопросы, принимались решения, определялись задачи, устанавливались сроки их выполнения. Ни один срок не диктовался, а всегда устанавливался в согласии с ответственными за выполнение. Протоколы не писались, каждый заносил в свой рабочий дневник всю касающуюся его информацию. Это было самое лучшее. Царила доверительная открытая атмосфера.
Когда однажды у меня возникли трудности со сроками выпуска стандартной документации, я пошел в русское бюро чертежников, где все чертежи копировались тушью, к начальнику бюро фрау Томберг, и спросил, может ли она помочь мне. Она тотчас обратилась к своим примерно 20 чертежницам с просьбой помочь мне в ночную смену. Добровольно помочь в этом высказались пять девушек. Фрау Томберг выбрала двух лучших. На следующее утро чертежи были готовы. Я подарил два кулька шоколадных конфет.
Еще один эпизод я помню отчетливо. Доктор Шайност сидел на совещании в среду на кресле в заднем ряду и дремал, Кузнецов затронул тему трещин в лопатках направляющего аппарата при последнем опытном запуске. Он обратился к доктору Шайносту и спросил, как он объяснит это. Доктора Шайноста толкнул локтем доктор Шмидт, тот проснулся и сказал, поглаживая рукой подбородок, что мы уже задавали себе этот вопрос: сначала трещин не было, затем они появились, а при следующем запуске трещин опять не было. Все засмеялись, Кузнецов тоже, при этом сказал господину доктору, что к следующему совещанию он ждет от него научный доклад о теоретически возможных причинах образования трещин. Доктор Шайност мобилизовал все свои знания, чтобы разработать научную статью с множеством формул и диаграмм. На следу- ющем совещании он сделал доклад. Теперь боролись со сном другие слушатели. Кузнецов поблагодарил доктора Шайноста, сказав, что это «...выдающееся научное достижение, готовое для академии. Теперь Вы должны эту теорию перенести на практику».
Кузнецов помогал также в решении личных проблем. Так, мой двухлетний сын лежал тогда с дифтерией в больнице города Куйбышева, ухаживала за ним, как обычно, его мама. К моменту выписки возник вопрос, как привезти обоих домой, поскольку водителям такси запрещалась доставка из больницы. На автобусе пациенты из больницы также не транспортировались. Работавшая у меня чертежница Руфа Баракина была свояченицей Кузнецова. Она рассказала ему об этом. Через несколько минут Кузнецов пригласил меня к себе и сказал, что шофер отвезет меня на «Победе» в Куйбышев для того, чтобы привезти моего сына с женой из больницы. Я прошел в гараж и сказал шоферу об этом, в гараже шофер медлил, сделав замечание, что все им распоряжаются. Я сунул ему в руку 20-рублевую ассигнацию, после чего он сказал: «Ну, давай, поехали!». Мы приехали домой. На следующий день Кузнецов спросил меня, взял ли шофер с меня деньги. Я, конечно, ответил: «Нет». Но однажды между немецким шефом Бранднером и Кузнецовым произошел резкий разговор. Речь шла о вопросе возвращения немецких специалистов на Родину. Тут господин Бранднер так разъярился, что схватил стул в комнате Кузнецова и сломал его. На другой день оба опять нашли общий язык.
Мы начинали проектирование по техническому заданию ОКБ А.Н.Туполева, но в процессе работы получили технические требования еще и на сверхзвуковой бомбардировщик от ОКБ В.М.Мясищева. Эти задания существенно отличались друг от друга, поэтому первоначально для каждого самолетного ОКБ мы разрабатывали свой проект двигателя: для А.Н.Туполева – проект «П-4», для В.М.Мясищева – проект «П-8». Но министерство решило, что на оба самолета необходимо поставить один двигатель, поэтому технические задания были объединены в одно, и проект стал называться «П-6» (впоследствии двигатель был назван НК-6).
Бригадой термодинамики были разработаны основные теоретические принципы термодинамического расчета двухконтурного двигателя со смешением потоков внутреннего и наружного контуров перед форсажной камерой сгорания. Мы считали себя пионерами, основоположниками расчета такого типа двигателей. Однако через несколько лет мы достоверно узнали, что это не совсем так. Параллельно с нами разработкой двухконтурного двигателя без форсажной камеры для дозвукового самолета занималось Пермское ОКБ. В 1953 году главный конструктор этого ОКБ А.Д.Швецов начал разработку такого двигателя и завещал своему преемнику П.А.Соловьеву довести ее до реального образца двигателя. Таким образом, одновременно два конструкторских бюро в условиях полной секретности вели проработки и создавали основы теории двухконтурных двигателей.
... на заводе полным ходом шла подготовка производства двигателя НК-6, переоборудовался стенд на испытательной станции для испытаний двигателя такой размерности и с форсажем. В связи с тем, что на двигателе НК-6 появились форсажная камера и регулируемое сопло, в ОКБ была создана бригада форсажной камеры во главе с А.П.Кузнецовым и бригада регулируемого сопла во главе с П.Д.Полукеевым. Бригаду основной камеры сгорания возглавил Л.С.Коровкин. Первый двигатель НК-6 должен был быть собран в декабре 1955 года, но произошло событие, изменившее сроки создания этого двигателя.
В октябре 1955 года после возвращения из Москвы Николай Дмитриевич собрал начальников бригад и ведущих специалистов ОКБ и сообщил, что в связи с большим отставанием в самолетостроении от Запада принято Правительственное решение о создании и развитии в СССР самолетов для гражданской авиации. В 1950-е годы гражданской авиацией страны эксплуатировались лишь морально устаревшие грузопассажирские самолеты Ли-2, Ил-12, Ил-14 с поршневыми двигателями и самолет Ту-104 с реактивными двигателями. Причем Ту-104 был «переделкой» под пассажирский вариант бомбардировщика Ту-16.
В принятом решении предписывалось в короткие сроки создать новые пассажирские самолеты Ил-18 «Москва» и Ан-10 «Украина» с турбовинтовыми двигателями. Кузнецов объявил, что требуемая мощность турбовинтового двигателя составляет 4000 л.с., и мы должны немедленно, отложив работу над двигателем НК-6, начать проектирование такого двигателя, чтобы к концу 1957 года закончить его доводку и провести госиспытания.
В связи со срочной работой по созданию и доводке двигателя НК-4 работы по НК-6 были приостановлены и в ОКБ, и на производстве. Серьезные работы по нему возобновились только в 1958 году. На двигателе предполагалось установить трехступенчатый компрессор низкого давления, у которого над полкой второй ступени располагались вентиляторная ступень со степенью повышения давления 2,2 и окружной скоростью 500 м/сек и четырехступенчатый компрессор высокого давления с высоконапорной первой ступенью. Этот семиступенчатый компрессор удивлял и поражал смелостью своих решений, но до испытаний доведен не был, так как возникли большие трудности в изготовлении крупногабаритной лопатки с разделением пера на наружный и внутренний контуры. Поэтому мы решили поставить на каскад низкого давления две ступени вентилятора и две подпорные ступени внутреннего контура за второй ступенью вентилятора, то есть вернулись к проектному варианту каскада низкого давления 1954 года. Но компрессор высокого давления был оставлен четырехступенчатым.
Испытания НК-6 выявили ряд очень серьезных дефектов: автоколебания рабочих лопаток первой ступени вентилятора и лопаток первой ступени каскада, с их последующей поломкой, большие напряжения в дисках компрессора, низкий уровень КПД и отсутствие запасов по устойчивости. Решения по устранению этих дефектов приводили к коренным изменениям конструкции компрессора. Так, для устранения автоколебаний вентилятора В.И.Бавыкин предложил саблевидную лопатку первой ступени вентилятора, которая в дальнейшем была использована на двигателе НК-8 и его модификациях. Для того чтобы снять напряжения в лопатках компрессора ВД, делались различные варианты бандажирования с помощью тросиков и трубок.
Но в результате пришли к выводу, что эффективно разгрузить лопатки компрессора ВД можно только за счет увеличения количества ступеней с четырех до шести. Сначала перешли на пять ступеней, а затем (в 1960 году) – на шесть, вернувшись к первоначальному проекту. Кроме компрессора, много дефектов было выявлено в форсажной и основной камерах сгорания.
К сожалению, когда наше серийное производство выпустило уже 200 двигателей, на летных испытаниях самолета Ил-18 был обнаружен досадный дефект, повлекший за собой катастрофу самолета. Разрушились кадмированные контровочные кольца сшивных болтов крепления ротора компрессора. Эти стальные кольца шлифовались и кадмировались, что, в соответствии с «эффектом Ребиндера», при длительной работе приводило к их разрушению. Кусочки колец вызывали дисбаланс ротора, повышенные вибрации и разрушение двигателя.
Работа по НК-6 шла очень напряженно и нервно. В начале 1961 года с доводкой камеры сгорания мы зашли в тупик: камера работала плохо и не позволяла довести двигатель в целом. В это время на заводе и в ОКБ-2 полным ходом развернулись работы по жидкостным ракетным двигателем (ЖРД), и Николай Дмитриевич принял очень смелое решение (на основании идеи, осторожно высказанной В.В.Татариновым и В.Н.Орловым) о проектировании камеры сгорания для НК-6 по типу многофорсуночных камер сгорания ЖРД.
Новая камера сгорания позволила в начале 1963 года провести длительные 50-часовые стендовые испытания двигателя НК-6 с форсажной тягой 22 тонны. Но было уже поздно, в июле 1963 года работы по двигателю НК-6 были закрыты в связи с изменением тактико-технических требований к самолету. Полагаю, такая официальная формулировка не отражала истинного положения вещей, и на прекращение работ по двигателю НК-6 в большей степени повлияло то, что руководитель нашего государства Н.С.Хрущев делал ставку на ракеты, а военную авиацию, особенно тяжелую, стремился закрыть.
В 1959 году двигателем НК-6 заинтересовались военные моряки для установки в качестве главного двигателя на быстроходных кораблях противолодочной обороны. Заниматься такими кораблями должен был Зеленодольский судостроительный завод под Казанью (главный конструктор А.В.Кунахович).
Двигатель, созданный для этих целей, первоначально назывался НК-6М, а затем НК-7. Его основные узлы аналогичны узлам двигателя НК-6. Различие было только в замене материала. Магниевые сплавы на опорах и коробках агрегатов (как наиболее подверженные сильной коррозии в морских условиях) были заменены на алюминиевые. В результате этого вес двигателя НК-7 стал 3500 кг, что на 500 кг больше, чем было у НК-6. Форсажная камера работала только при разгоне корабля до выхода на «лыжу», затем отключалась, а для увеличения бесфорсажной тяги в форсажную камеру подавалась забортная вода. Двигатель имел следующие характеристики: номинальный режим – тяга 12 тонн, максимальный бесфорсажный – 14,2 тонн, максимальный форсажный режим – 22 тонны. Финансирование работ по двигателю, впервые для нашего ОКБ, проводилось не из бюджета министерства, а по отдельному заказу военно-морских сил, и отчитывались мы за проведенные работы перед военными моряками. В 1961-1962 годах были проведены испытания с забросом морской воды, которую нам специально прислали из ЦНИИ им. Крылова, и испытания на дизельном топливе.
Постановление Совета Министров СССР о создании двигателя было подписано 30 ноября 1955 года. В кратчайшие сроки была организована штурмовая работа по этому двигателю, получившему вскоре наименование НК-4. Выбор параметров термодинамического цикла двигателя и его схемы занял около двух недель. В связи с тем, что ранее проработок на указанную мощность в ОКБ не было, мы вынуждены были начинать с нуля.
От начала выпуска рабочих чертежей до изготовления первого образца двигателя для испытания на гидротормозном стенде прошло всего 96 дней! Работа была организована так, что конструктор и технолог работали вместе. Чертеж еще только оформлялся, а технолог по этому чертежу уже готовил технологию и перечень необходимых приспособлений и оснастки для изготовления деталей и узлов, тут же подключались конструкторы для проектирования инструмента и оснастки. Все это позволило максимально сократить сроки изготовления двигателя. Двигатель НК-4 имел следующие основные параметры: на взлетном режиме – мощность 4000 л.с., степень повышения давления 7,88, максимальная температура перед турбиной 1250 К, удельный расход топлива 260 гр/л.с.ч; на крейсерском режиме мощность 2150 л.с., удельный расход топлива 220 гр/л.с.ч.
Двигатель НК-4 состоял из следующих основных узлов: редуктора, компрессора, кольцевой камеры сгорания, турбины. Редуктор двигателя – планетарный однорядный со сдвоенными сателлитами, сателлитодержатель соединен с валом воздушного винта. Компрессор – шестиступенчатый осевой, первые четыре ступени со сверхзвуковой профилировкой. Кольцевая камера сгорания с 12 рабочими форсунками. Трехступенчатая турбина с задней опорой, где расположен радиальный подшипник. Лопатки турбины неохлаждаемые, а диски и замки лопаток 1 и 2 ступеней охлаждаемые вторичным воздухом камеры сгорания. Первоначально была применена двухопорная схема установки ротора, которая при доводке двигателя НК-4 настолько плохо себя зарекомендовала, что от нее пришлось отказаться и поставить за компрессором третью опору – роликовый радиальный подшипник. Расстояние между двумя опорами в первом варианте двигателя НК-4 было незначительно больше, чем между опорами компрессора двигателя НК-12, но из-за меньшей жесткости опор и статора двигателя уже после первого запуска ось двигателя получила прогиб между опорами, и в опорах произошло смещение центров осей. При повторном запуске наблюдались большие вибрации двигателя, и подшипники выходили из строя. Наши знания по расчету гибких валов и понимание того, что же способствует повышенной вибрации двигателя, в 1956 году находились еще на очень низком уровне, опыт пришел позже.
В эпопее по отработке двухопорной схемы ОКБ потеряло почти девять месяцев, и только после установки третьей опоры за компрессором началась нормальная доводка изделия. Первое испытание двигателя НК-4 на гидротормозном стенде прошло в апреле 1956 года. Двигатель показал параметры, очень близкие к расчетным. Во время испытания были получены расчетные степень повышения давления, расход воздуха и мощность. Удельный расход топлива был завышен только на 6 г/л.с.ч. Но это завышение было довольно быстро ликвидировано за счет улучшения КПД компрессора. Задержка по доводке двух опор и переход на трехопорную схему привели к тому, что госиспытания были проведены только в октябре 1957 года. Но уже с конца года началось серийное производство двигателя.
В серийное производство на Куйбышевский моторостроительный завод №24 им. М.В.Фрунзе был передан двигатель НК-4А с улучшенными данными по удельному расходу топлива: на взлетном режиме – 245 г/л.с.ч, на крейсерском – 210 г/л.с.ч. С двигателями НК-4 опытного и серийного производства был выполнен весь объем отработки самолетов Ан-10 и Ил-18. Необходимо отметить, что на полгода раньше нас задание на создание турбовинтового двигателя мощностью 4000 л.с. для самолетов Ан-10 и Ил-18 получило и Запорожское ОКБ главного конструктора А.Г.Ивченко. Получилось так, что конкурирующие ОКБ закончили работу одновременно. Двигатель Ивченко АИ-20 был более тяжелым, чем НК-4, в основном, за счет десятиступенчатого компрессора: НК-4 весил 990 кг, а АИ-20 – 1180 кг. В серийное производство АИ-20 был передан позже НК-4, поэтому отработка самолетов была проведена на нашем двигателе.
Перед Министерством авиационной промышленности встал вопрос: какой из двух двигателей выбрать для серийного производства? В этой ситуации А.Г.Ивченко развил бурную деятельность по рекламе своего двигателя. И в министерстве, и в ВПК он говорил: «Кузнецов сделал не двигатель, а «балерину», у него компрессор с тонкими лопатками со сверхзвуковой профилировкой. Они не терпят попадания даже мелких частиц пыли и песка, не говоря уже о попадании птиц. А у нас двигатель – «пышная хохлушка», которой все нипочем». Конечно, ругать чужой двигатель и хвалить свой – это не лучший способ рекламы, но кое в чем он был прав. Тонкие сверхзвуковые профили лопаток двигателя НК-4 были чувствительны к попаданию песка, в результате чего появлялись забоины. Но мы с этим успешно боролись.
В то время мы решили, что в 1959 году министерство предпочло двигатель АИ-20 из-за антирекламы, сделанной А.Г.Ивченко нашему двигателю, и этого инцидента с контровочными кольцами. Двигатель НК-4 был закрыт, что вызвало бурную реакцию в ОКБ. Решено было послать в ВПК делегацию и доказать, что НК-4 лучше, чем АИ-20, по ряду показателей: меньший вес, лучшая экономичность и в полтора раза меньшая трудоемкость, что крайне важно для серийного производства. Делегация под предводительством А.Е.Астапова отправилась в ВПК, где ей объяснили, что претензий к НК-4 нет, просто по решению ЦК КПСС и Совмина Куйбышевский моторостроительный завод подключается к выпуску другой, более важной для страны, продукции и не сможет выпускать НК-4. Запорожский завод уже освоил выпуск АИ-20, и передавать на него НК-4 нецелесообразно, так как потребуются большие средства на освоение его производства, что может привести к срыву выпуска самолетов Ан-10 и Ил-18.
Только через несколько лет мы с В.С.Анисимовым из разговора с одним крупным чиновником ВПК М.М.Малашкиным узнали, в чем дело: «Вы не знаете всей подоплеки этого дела, – сообщил Малашкин. – А она в том, что Ивченко и секретарь ЦК КПСС по оборонной промышленности А.И.Кириченко – друзья с юношеских лет. Ваши двигатели НК-4 и АИ-20 вышли в одно время, и конечно, Кириченко предпочел дать путевку в жизнь двигателю своего друга. Если бы вы сумели на год опередить Ивченко, все могло быть по-другому». Вот так в те времена иногда решались технические вопросы.
... в декабре 1955 года Николай Дмитриевич вызвал к себе в кабинет по одному нескольких инженеров ОКБ и предложил заняться представляющей для всех нас абсолютно «белое пятно» проблемой создания атомного двигателя. Основное условие работы – никаких обсуждений и контактов по этой теме с другими работниками ОКБ.
На первом этапе создания атомного двигателя мы работали интуитивно. Чем именно заниматься и с чего начинать, было абсолютно не ясно не только нам, но и самому Николаю Дмитриевичу. Сложность заключалась и в том, что прежде чем отправиться на встречу с атомщиками, необходимо было пройти растянутую во времени процедуру оформления документов, причем не только отдельных лиц, но и предприятия в целом.
Не имея представления о реальных процессах, протекающих в реакторе, мы начали работу с упрощенной схемы, представив реактор в виде теплообменника с постоянной температурой стенки. Сделав такое предположение, начали расчеты разных схем передачи тепла от реактора к двигателю. Как оказалось, делая расчеты по такой упрощенной схеме, мы не намного ошиблись в размерах активной теплоотдающей зоны реактора.
К концу третьего года работы двигателисты и физики уже знали, как сделать легкий авиационный реактор, как заставить его работать и многое другое. Но оставался без ответа вопрос: что делать с реактором, остановленным после полета самолета, как и чем снимать с реактора остаточное тепловыделение? Этот вопрос не решен до сих пор. Для исследования влияния радиоактивного излучения от реактора на системы самолета коллективом под руководством Николая Дмитриевича для летающей лаборатории на самолете Ту-95 был создан экспериментальный водно-водяной реактор мощностью 100 кВт – ЛАЛ-ВВР (летающая атомная лаборатория – водно-водяной реактор).
Первый пуск экспериментального атомного реактора ЛАЛ-ВВР состоялся 4 июля 1959 года на стенде полигона в Семипалатинске. Он был сделан по авиационным принципам. Реактор без биологической защиты получился сравнительно небольшим: диаметр – 900 мм, высота с выдвинутыми из активной зоны стержнями управления – 1700 мм. В начале 1959 года на территории Института атомной энергии первый натурный образец реактора был показан И.В.Курчатову. Увидев его, ученый не поверил, что такой небольшой реактор может работать, и сказал: «Это – макет, реактор на 100 кВт должен быть больше». Только присутствуя при установке реактора на летающую лабораторию Ту-95, куда ученого пригласил А.Н.Туполев, Курчатов поверил, что это – действующий реактор.
В 1959 году были изготовлены еще два реактора – для наземного стенда и для летающей лаборатории, которые базировались на аэродроме ядерного полигона под Семипалатинском. После цикла наземных испытаний в мае 1961 года начались летные испытания реактора на летающей лаборатории. С мая по август 1961 года было совершено 34 полета.
В конце 1950-х годов было уже совершенно ясно, что для бомбардировочной авиации нужен сверхзвук, а для того чтобы получить необходимую тягу двигателя, требуется такая высокая температура газов, которую не может дать реактор: расплавятся тепловыделяющие элементы (ТВЭ). Таким образом, вопрос о создании авиационного двигателя, работающего на воздухе, нагретом в атомном реакторе, отпал сам собой. В 1961 году Николай Дмитриевич принял решение о расформировании отдела, оставив за небольшой группой инженеров продолжение некоторых работ по жидким металлам и по эксплуатации экспериментального реактора ЛАЛ-ВВР в Семипалатинске (последняя работа закончилась в 1965 году).
Вторую половину 1950-х годов для ОКБ назвать удачной было нельзя: закрыт сверхпрогрессивный проект двигателя НК-6, неудача с НК-4, отрицательный результат в атомной теме, закрыт проект по конвертированию авиадвигателей в наземные силовые установки. Все это, казалось бы, должно наложить на работу и сотрудников ОКБ отпечаток пессимизма, создать настроение уныния. Но этого совсем не было.
Это были «черные годы» в жизни нашего завода, особенно болезненные после больших успехов по двигателю НК-12. Но считать их потерянными для нашего коллектива было бы абсолютно неверно. Это были годы приобретения огромного опыта, и практически все новые разработки, опробованные на двигателях НК-4 и НК-6, в дальнейшем были применены и доведены на двигателях, спроектированных в 1960-1970-е годы.
В конце 1960 года на завод приехал министр П.В.Дементьев и предложил заняться созданием двухконтурного газотурбинного двигателя для разрабатываемого в ОКБ С.В.Ильюшина флагмана гражданского воздушного флота – самолета Ил-62. В узком кругу руководителей ОКБ он сказал: «Руководство страны настроено лишить самостоятельности нашу отрасль, превратив ее в один из главков оборонной промышленности. Рассматривается вопрос о переводе авиационных ОКБ в ракетные. Спасение нашей промышленности – в быстром создании двигателя и самолета Ил-62. Прошу Вас приложить максимум ваших усилий, использовать все возможности и в короткий срок поставить двигатель на самолет. В этом наш шанс на выживание». Николай Дмитриевич принял это предложение, и начался процесс согласования технических условий на двигатель с ОКБ Ильюшина. Нужно было создать двигатель с взлетной тягой 9500 кгс, а на крейсерском режиме – с тягой 2250 кгс при удельном расходе топлива 0,84 кг/кгс.ч.
На проектирование, естественно, наложилось внешнее воздействие политики Правительства, о котором говорил министр, поэтому для ускорения доводки двигателя было решено использовать газогенератор двигателя НК-6. В результате проработки были выбраны следующие параметры: степень двухконтурности - 0,984, степень повышения давления - 10,25, температура газов перед турбиной - 1220 К. Заданные параметры обеспечивались двумя каскадами двигателя: каскад НД (низкого давления) - две ступени вентилятора и две подпорные ступени, приводимый двумя ступенями турбины НД; каскад ВД (высокого давления) - шесть ступеней компрессора, приводимых одной ступенью турбины ВД.
При создании двигателя НК-8 впервые в отечественном двигателестроении широко использовались титановые сплавы, вначале на лопатках, дисках и кольцах компрессора, а впоследствии на модификациях двигателя на валах и других деталях. Кроме этого, в двигателе НК-8 были применены и другие новые технические решения: рабочие лопатки турбины с пером из бесприпускового литья и с бандажными полками, многофорсуночная камера сгорания, графитовые контактные уплотнения масляных полостей, пластинчатые демпферы подшипников роторных опор. Система регулирования двигателя НК-8, наряду с традиционными гидромеханическими регуляторами, включала в себя электронный регулятор температуры.
На этом двигателе было внедрено размещение термопар внутри пустотелых лопаток соплового аппарата турбины, что позволило, не загромождая газовоздушный тракт, разместить большое количество термопар с целью лучшего осреднения замера температуры. Такое размещение термопар выполнено только на двигателях марки «НК». Оно полностью себя оправдало, максимально приблизив место замера к входу в турбину и исключив повреждение лопаток фрагментами термопар при их разрушении. Благодаря применению новых разработок, выбору передовых для своего времени параметров цикла двигателя, достаточно простой конструкции двигателя с малым числом опор, двигатель получился с малым удельным весом и с высокой экономичностью на уровне лучших зарубежных аналогов того времени. Малый удельный вес – 0,235 кг/кгс – был достигнут за счет применения титановых сплавов.
Многофорсуночная кольцевая камера сгорания, разработанная для двигателя НК-6, при проектировании двигателя НК-8 была принята в качестве основной. Забегая вперед, отметим, что с двигателя НК-8 началась эра многофорсуночных камер сгорания на всех последующих двигателях семейства «НК». Она хорошо зарекомендовала себя в работе, обеспечивая на всех режимах двигателя минимальную неравномерность температурного поля, требуемого для турбины, и почти полную бездымность.
Начиная с титанового варианта компрессора ВД двигателя НК-8, была введена трехплоскостная динамическая балансировка роторов в статоре. Таким образом, сборка компрессора осуществлялась отдельным модулем, который затем отправлялся на общую сборку. Этот принцип строго использовался при разработке всех последующих двигателей. 9 февраля 1961 года вышло Постановление Совета Министров СССР о создании дальнего пассажирского самолета Ил-62 с двигателями НК-8.
В ОКБ-1 полным ходом шла работа по двигателю НК-8. Уже в 1961 году самолетчикам стало ясно, что для эксплуатации самолета Ил-62 в ГВФ – для посадки самолета и для безаварийного прерванного взлета – на двигатель необходимо установить узел реверсирования тяги. Опыта по сооружению реверсивного устройства в двигательных ОКБ не было, и для ускорения доводки совместно с министерством было принято решение передать его проектирование и изготовление в ОКБ Уфимского моторостроительного завода №26.
Первые летные испытания на самолете Ил-62 начались в апреле 1964 года с двигателем НК-8 без реверса. Почти сразу начались неприятности – помпаж компрессора. Самолетчики, конечно, обвиняли нас, но после тщательного исследования было установлено, что помпаж компрессора наводится аэродинамическим следом от так называемого «зуба» на передней кромке крыла. После мероприятий по устранению некоторых дефектов (в основном, по компрессору и камере сгорания) появилась модификация двигателя НК-8 III серии.
При эксплуатации самолета Ил-62 выяснилось, что необходимо увеличить тягу двигателя на взлетном и высотном крейсерском режимах. Поэтому появилась модификация двигателя НК-8-4
Эта модификация была сделана так, что НК-8-4 и НК-8 III серии были взаимозаменяемы. На двигателе НК-8-4 был установлен облегченный компрессор за счет широкого применения титановых сплавов. Но замена входного направляющего аппарата вызвала повышенные напряжения на рабочих лопатках первого колеса вентилятора. Результатом большой работы по устранению этого дефекта стало внедрение бандажной полки на лопасти саблевидной лопатки. Госиспытания были закончены в июне 1968 года, и с 1969 года началось серийное производство.
Следует остановиться подробнее на использовании титановых сплавов в авиамоторостроении (в частности, при создании двигателя НК-8). Дело в том, что применяя титановые сплавы еще на двигателе НК-6 для изготовления лопаток компрессора, выявилось одно неприятное свойство этих сплавов – большое влияние методов и технологий изготовления на предел их выносливости. После шлифования, например, предел их выносливости снижался почти вдвое. Стало ясно, что при таком резком снижении прочностных свойств о широком применении титановых сплавов говорить не приходилось.
Появилась проблема так называемой «вредной технологической наследственности» после механической обработки. В этот период многие авторитетные специалисты высказывали мнение о полной бесперспективности использования титановых сплавов в авиадвигателестроении, но Николай Дмитриевич был уверен, что «наследственность» можно ликвидировать. Для этого необходимо привлечь технологические НИИ и исследовать методы борьбы с этим явлением. Под его руководством и постоянным наблюдением были изучены новые технологические процессы – гидродробесструйная обработка, новые режимы резания, новые инструменты, виброупрочнение. По образному выражению директора завода П.М.Маркина, «чтобы освоить титан, инженерам и рабочим пришлось проделать титаническую работу». И она увенчалась успехом.
После масштабных исследований на заводе и в НИИ был найден путь решения этой проблемы, заключающийся в использовании упрочняющей технологии обработки титановых деталей двигателя. Суть ее состояла в создании на глубине 100-200 мкм остаточных напряжений сжатия с помощью обдувки дробью или микрошариками. Такие технология и оборудование (не только для титановых, но и для других сплавов) были разработаны на нашем заводе и в дальнейшем нашли широкое применение в авиационном двигателестроении. Упрочняющую технологию стали применять не только для лопаток компрессора, но и для дисков, валов, замков лопаток турбин, сепараторов подшипников и многих других деталей. Эта технология не только обеспечила широкое применение титана для снижения удельного веса двигателя НК-8, способствуя повышению его надежности и ресурса, но и распространилась на другие ОКБ и заводы.
В 1964 году к Н.Д.Кузнецову обратился А.Н.Туполев с предложением создать двигатель для пассажирского самолета Ту-154. Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР о его создании вышло 24 августа 1965 года. Двигатель получил обозначение НК-8-2. Проработка показала, что в качестве базового для самолета данной модели можно принять двигатель НК-8 III серии. Первоначально от двигателя требовалась взлетная тяга 9500 кгс, поэтому основные узлы двигателя НК-8 III серии остались без изменения, изменилась только внешняя обвязка двигателя и добавился привод генератора переменного тока постоянной частоты, что потребовало переделки коробки самолетных агрегатов.
С учетом опыта доводки других модификаций двигателя НК-8, опыта эксплуатации на самолете Ил-62 и проведенных исследований в ОКБ, удельный расход топлива был снижен за счет мероприятий по улучшению КПД компрессора, камеры сгорания и турбины, связанных с уменьшением гидравлических потерь давления в газовоздушном тракте. Основная работа была проведена по уменьшению потерь давления при смешении потоков воздуха второго контура с газами внутреннего контура, для чего был установлен специальный смеситель потоков. Впервые в отечественной практике на двигателе применены торцовые и радиальные графитовые уплотнения масляных полостей опор. Степень двухконтурности была увеличена до 1,05 (при степени повышения давления - 9,6 и температуре газов перед турбиной - 1200 К).
В январе 1970 года двигатель НК-8-2 прошел 300-часовые стендовые испытания и был передан на Казанский моторостроительный завод №16 в серийное производство, которое продолжалось до 1973 года. В процессе доводки двигателя НК-8 и его модификаций были проведены специальные испытания по отработке его надежности при попадании на вход в двигатель птиц и кусков льда. Была сконструирована специальная пушка, которая со скоростью, имитирующей скорость полета, выстреливала на вход в двигатель тушки уток, голубей и шарики льда. Летные испытания и эксплуатация самолета Ту-154 показали, что необходима модификация самолета и увеличение тяги двигателя.
Решением двух министерств – авиационной промышленности и гражданской авиации – от 4 декабря 1972 года была принята модификация самолета Ту-154Б с двигателем НК-8-2У. Этот двигатель имел взлетную тягу 10500 кгс с удельным расходом топлива 0,584 кг/кгс.ч, крейсерскую тягу - 2200 кгс с удельным расходом 0,776 кг/кгс.ч. На двигателе были проведены мероприятия по повышению надежности и увеличению ресурса по узлам и системам с учетом опыта эксплуатации двигателей НК-8-4 и НК-8-2. Снижение удельного расхода топлива было получено в результате внедрения ряда мероприятий по повышению КПД основных узлов.
Впоследствии для устранения возможности титановых пожаров Казанский филиал ОКБ разработал двигатель НК-8-2У II серии со стальным статором компрессора, заменив титановые сплавы. По данным Министерства гражданской авиации, в конце 1980-х годов самолеты с двигателями НК-8-2У и НК-8-4 обеспечивали перевозку почти 50% всего грузопассажирского потока СССР. Во время мероприятий по увеличению ресурса и надежности приходилось в эксплуатации сталкиваться с неожиданными дефектами.
В декабре 1984 года в аэропорту города Красноярска через две минуты после взлета случилась катастрофа самолета Ту-154. При расследовании причин аварии было установлено, что на третьем двигателе произошло разрушение титанового диска первой ступени компрессора НД из-за возникновения и развития усталостной трещины в ободной части диска вследствие металлургического дефекта – вкрапления в титановый сплав куска нитрида титана размером 10х6 мм. Изучение металлургического производства заготовок для дисков компрессора показало его низкий технический уровень: отсутствовал качественный контроль над структурой изготавливаемых заготовок, не принимались меры для исключения попадания инородных тел в структуру заготовок. Вот так иногда Николаю Дмитриевичу с коллективом приходилось заниматься изучением возможности проявления дефектов буквально от руды.
В заключение рассказа об истории создания двигателя НК-8 и его модификаций с сожалением отмечу, что с середины 1970-х годов ОКБ Н.Д.Кузнецова перестало заниматься этими разработками. Главное направление по совершенствованию КПД основных узлов, определяющих экономичность, достигло предела, но термодинамический цикл двигателя можно было улучшить, например, за счет увеличения степени повышения давления и температуры перед турбиной. Конечно, это привело бы к серьезным переделкам двигателя, но оставлять удельный расход топлива на уровне 0,76-0,8 кг/ кгс.ч в 1970-х годах было, безусловно, ошибкой нашего ОКБ. Тем самым мы позволили моторостроителям Пермского ОКБ потеснить нас в области гражданской и транспортной авиации.
Практически одновременно с прекращением работ по двигателю НК-6 ОКБ получило задание на проектирование нового двухконтурного двигателя для сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144. В этот период на Западе начиналось создание англо-французского сверхзвукового самолета «Конкорд» с реактивным одноконтурным двигателем «Олимпус» фирмы «Роллс-Ройс» тягой 17100 кгс. Естественно, ОКБ А.Н.Туполева совместно с ОКБ Н.Д.Кузнецова вступили в соревнование с этим проектом. Было много дискуссий по поводу того, какой двигатель выбрать для самолета такого типа: одноконтурный или двухконтурный. В результате пришли к выводу, что двухконтурный двигатель с умеренной двухконтурностью 0,6 более предпочтителен.
На стенде №6 испытательной станции ИС-14 был установлен сверхзвуковой воздухозаборник самолета Ту-144 и проводились испытания по отработке его аэродинамических характеристик с двигателем НК-144. Кроме того, перед воздухозаборником был установлен двигатель НК-8, который подавал на вход в двигатель подогретую смесь воздуха и газа, имитирующую подогрев воздуха при сверхзвуковом полете. Так была решена проблема газодинамической устойчивости вентилятора при высокой неоднородности потока воздуха на входе в него. На всех рабочих колесах вентилятора были применены антивибрационные полки.
Впервые в практике ОКБ для вентиляторных ступеней был внедрен елочный замок крепления лопаток, а для подпорных ступеней – шарнирные замки. При проектировании охлаждаемых лопаток мы опирались на опыт, полученный в доводке двигателя НК-6, но уже с учетом необходимости получения большей надежности и ресурса для пассажирского самолета. Для рабочей лопатки турбины ВД была принята схема охлаждения лопатки с дефлектором, а в процессе доводки для улучшения охлаждения выходных кромок лопаток за дефлектором расположили турбулизаторы. Сопловые лопатки охлаждались так называемым способом душевого охлаждения.
Некоторой корректировке подверглась и методика расчета высокотемпературных охлаждаемых ступеней турбины, работающих при больших перепадах давления, характерных для двигателя с большой степенью сжатия. Дело в том, что при больших перепадах давления на ступенях турбины большое значение имеют щели между полками лопаток, зазоры, уступы, а также начинают влиять места расположения разъемов полок, различного рода канавок, открытых и закрытых присоединенных объемов. При создании двигателей НК-4, НК-8, НК-6 на эти элементы не обращалось особого внимания, но на двигателе НК-144 они начали сказываться. Началась борьба со всевозможными щелями, зазорами, разъемами, уступами, которая дала свои результаты, повысив КПД турбины до расчетной величины.
Камера сгорания при проектировании была принята кольцевой в многофорсуночном варианте. Доведенная на двигателях НК-6 и НК-8, она хорошо себя зарекомендовала и практически не претерпела никаких изменений. Сложнее обстояло дело с проектированием и отработкой создававшейся впервые в мире форсажной камеры для двухконтурного двигателя, работающей на смеси газов и воздуха из обоих контуров. На ней было установлено пять контуров подвода топлива, которые подключались в зависимости от потребной тяги по высоте и скорости полета. Для нее было разработано прямое управление рабочей линией вентилятора (изменение степени повышения давления вентилятора в зависимости от частоты его вращения) на форсажном и бесфорсажном режимах. Эта сложная система была полностью отработана в статических стендовых условиях на заводе и при автономном испытании форсажной камеры в термобарокамере ЦИАМ.
Все получалось хорошо, но когда управление подачей топлива по контурам было поставлено на агрегаты системы управления, то на летных испытаниях Ту-95ЛЛ с двигателем НК-144 начались явления нерозжига, срыва пламени и затухания форсажной камеры, помпаж вентилятора. Информацию о работе форсажной камеры в условиях полета мы получали от сотрудника ЛИИ, который из заднего блистера летающей лаборатории через перископ наблюдал за поведением форсажной камеры. Эта информация не укладывалась ни в какие разумные рамки работы форсажной камеры. В итоге, отвечающий за испытания форсажной камеры начальник отдела горения В.Е.Резник с большим трудом уговорил начальника ЛИИ А.В.Чесалова разрешить ему сделать несколько полетов и самому понаблюдать за поведением форсажной камеры.
Для начала Резник выяснил почти анекдотический факт наблюдения сотрудником ЛИИ: стекла перископа в полете периодически омывались спиртом, иначе выхлопные газы давали на стекла осадок сажи, и ничего не было видно. К концу полета наблюдатель, большой поклонник Бахуса, самостоятельно выбраться из заднего отсека самолета уже не мог, его вынимали. Какое уж тут наблюдение! Информация, полученная В.Е.Резником, многое прояснила. Оказалось, что в динамике система управления клапанами давала сразу большое количество топлива по контурам, что приводило и к срыву пламени, и даже к помпажу вентилятора. В систему управления были введены корректирующие по времени замедлители подачи топлива, и дефекты прекратились.
Еще одной проблемой стала организация розжига и вывода на режим за короткое время многоконтурной форсажной камеры, имевшей десятикратный диапазон изменения расхода топлива. Все усложнялось отсутствием способа определения факта воспламенения топлива. По предложению отдела горения и, в частности, В.Е.Резника, для определения воспламенения топлива было предложено использовать ионизацию газа в зоне горения и создать систему управления розжига по сигналу от ионизационных датчиков. Совместно с отделом регулирования были разработаны принцип действия такого датчика и схема управления.
Учитывая возможность появления помпажа вентилятора при сбоях в системе подачи топлива в форсажную камеру, двигатель НК-144 был оборудован системой защиты при помпаже, которая при возникновении помпажного срыва выводила двигатель из этого режима и автоматически восстанавливала бесфорсажный режим работы. Система была разработана под руководством начальника отдела регулирования А.П.Анисимова, а аппаратная часть (агрегат ППЗ-12) – в Уфимском ОКБ. На двигателе НК-144 в ОКБ Н.Д.Кузнецова начали широко использовать электронную аппаратуру, в том числе, электронный регулятор температуры.
В процессе летных испытаний двигателя выявился дефект в работе регулируемого сопла, створки которого управлялись шестью гидроцилиндрами. Синхронизация работы гидроцилиндров осуществлялась гидравлически, и в условиях работы двигателя на самолете она не срабатывала, поэтому постоянно были перекосы створок сопла. Гидравлическая синхронизация не оправдала себя, и отдел регулирования, который занимался этим вопросом, вынужден был признать свою беспомощность. Тогда Николай Дмитриевич предложил В.П.Мальгину сделать механическую синхронизацию гидроцилиндров.
Мальгин три дня просидел в своем гараже и с помощью консервной банки и подручных средств сделал модель механической синхронизации. В понедельник он принес свою «консервную банку» Николаю Дмитриевичу и на ней показал, как будет работать механизм синхронизации. Разработанный им принцип был принят. Эта механическая синхронизация отлично зарекомендовала себя и использовалась на двигателях НК-25 и НК-32.
... по двигателю наше ОКБ вступило в конкурентную борьбу с ТРД Рыбинского ОКБ. У нашего двигателя, по сравнению с рыбинским ТРД, было преимущество, которое благодаря большой тяге при переходе через скорость звука обеспечивало большую высоту такого перехода и, следовательно, минимальные воздействия звуковой волны на окружающую среду. При разработке НК-144 впервые были установлены и применены рациональные законы управления сверхзвуковым ТРДДФ на бесфорсажных и форсажных режимах, обеспечивающие выполнение большого комплекса требований на взлете, переходе через скорость звука, в сверхзвуковом, дозвуковом и крейсерском полетах.
Еще до летных испытаний самолета Ту-144, в процессе его создания, выявилась необходимость увеличить тягу двигателя НК-144 с целью обеспечения летнотехнических характеристик самолета. Поэтому Постановлением Совета Министров СССР от 19 августа 1964 года было предложено увеличить взлетную тягу двигателя с 17500 кгс до 20000 кгс и крейсерскую тягу до 5000 кгс. Так появилась модификация двигателя НК-144А со следующими параметрами: степень двухконтурности – 0,6, степень повышения давления – 14,75, температура газов перед турбиной – 1390 К; и тяговыми характеристиками: взлетная тяга (с форсажом) – 20000 кгс с удельным расходом топлива – 1,65 кг/кгс.ч; крейсерская тяга (с форсажом) – 5000 кгс с удельным расходом топлива – 1,81 кг/кгс.ч. Чтобы обеспечить повышенную тягу двигателя, к двухступенчатому вентилятору была добавлена третья ступень, а для улучшения экономичности двигателя на крейсерском режиме в конструкцию двигателя введено частичное отключение охлаждающего воздуха первой ступени турбины ВД.
Испытание первого двигателя НК-144А началось в июне 1971 года, а в феврале 1975 года он прошел госиспытания. Двигатель находился в серийном производстве на Куйбышевском моторостроительном заводе №24 им. М.В.Фрунзе до 1978 года.
... заложенное в проект необходимое аэродинамическое качество самолета так и не было получено. Отсутствие требуемого аэродинамического качества объясняло необходимость увеличения тяги двигателя и существенное снижение удельного расхода топлива при крейсерском полете на форсажном режиме. Так родилась следующая модификация двигателя НК-144В, ряд основных узлов которого был доработан. В форсажной камере на четвертом контуре отказались от половины форсунок, распределив убранное из контура топливо по остальным контурам, улучшили аэродинамику регулируемого сопла и провели ряд других мероприятий. Взлетная тяга НК-144В была увеличена до 22000 кгс. Достигнутые значения параметров были подтверждены стендовыми испытаниями в термобарокамере ЦИАМ и на летающей лаборатории. Но дальнейшая отработка двигателя НК-144В прекратилась, так как в 1976 году работы по самолету были приостановлены.
Параллельно с созданием двигателя НК-144А ОКБ-1 начало заниматься проектированием НК-22. Этот двигатель предназначался для сверхзвукового бомбардировщика европейского театра действий Ту-22М2. Первая модификация этого самолета с двигателями ВД7М, разработанная в ОКБ В.М.Добрынина, не устраивала ВВС по тактико-техническим данным, и было принято Постановление Совмина СССР от 28 ноября 1967 года о создании самолета Ту-22М2 с двигателями НК-22. В основе этого двигателя были практически без изменений заложены конструкция газовоздушного тракта НК-144, а также степень повышения давления, расход воздуха и температура перед турбиной этого двигателя.
В апреле 1968 года прошло испытание первого двигателя НК-22 в варианте с двухступенчатым вентилятором. При дальнейшей его доводке для повышения запасов устойчивости компрессоров двигателя с самолетным воздухозаборником было принято решение о внедрении на двигатель трехступенчатого вентилятора, с которым и прошли стендовые и летные испытания. На двигателе НК-22 при внедрении трехступенчатого вентилятора полностью перепрофилирован компрессор низкого давления: саблевидная первая рабочая лопатка вентилятора заменена прямой, введен зауженный тракт на подпорных ступенях компрессора. Одновременно с этим на 4% раскрыта площадь проходного сечения первого соплового аппарата турбины. В ходе летных испытаний выявилась необходимость введения ряда конструктивных мероприятий для того, чтобы обеспечить заявленные удельные расходы топлива и тяговые характеристики.
В период доводки двигателя НК-22 на одном из двигателей НК-144 №51 проявился дефект – прогар корпуса статора компрессора ВД. Причина дефекта – трение титановых рабочих лопаток о неподвижные титановые элементы статора, которое при малой теплопроводности титана приводит к быстрому местному его разогреву и возгоранию при интенсивном обдуве потоком воздуха. Для устранения дефекта на трех последних ступенях компрессора ВД титановый сплав ВТ-9 на направляющих аппаратах был заменен на сплав ЭИ-437А. Впоследствии уже на двигателе НК-86 нам пришлось более серьезно изучать явление «титанового пожара» и вводить мероприятия по его устранению, которые несколько растянули сроки проведения стендовых госиспытаний двигателя, начавшихся в октябре 1970 года и закончившихся в октябре 1972 года.
На двигателе НК-23 были использованы основные узлы, агрегаты и системы двигателя НК-22 с обеспечением полной взаимозаменяемости двигателей на самолете. Для получения заявленной экономичности на дозвуковом и сверхзвуковом режимах в конструкцию двигателя введена четвертая подпорная ступень компрессора НД и доработаны отдельные узлы и системы двигателя. Двигатель НК-23 был отработан на стенде. Летные испытания двигателя подтвердили все заданные характеристики. На стенде двигатель давал даже тягу 25000 кгс. Но в 1977 году работы по нему были прекращены, так как появился новый двигатель НК-25, который показывал более высокие значения удельных параметров.
В процессе летных испытаний самолета Ту-22М2 с двигателями НК-22 руководство ВВС поставило задачу оптимизации летно-технических характеристик самолета, его тяговых характеристик и удельного расхода двигателя, особенно на дозвуковом режиме. Проработка, проведенная в ОКБ-1, показала, что за счет увеличения температуры перед турбиной на НК-22 на взлетном режиме с форсажем можно получить тягу 25000 кгс, но для повышения экономичности двигателя необходим новый, более напряженный термодинамический цикл, то есть нужно проектировать новый двигатель. ОКБ А.А.Туполева одним из ограничений выдвинуло требование сохранить для двигателя НК-25 габаритные геометрические размеры двигателя НК-22.
При формировании облика двигателя для многоцелевого военного самолета Ту-22М3 с большой дальностью дозвукового полета потребовалось провести много конструктивных проработок и термодинамических расчетов с целью выбора оптимальных параметров основных узлов двигателя. При решении этой задачи необходимой оказалась система критериев эффективности (показателей), среди которых следовало выбрать главный, а остальные перевести в разряд ограничений с подвижными границами областей их изменения. Кроме того, к этому времени у Николая Дмитриевича полностью выкристаллизовалась идея создания единого газогенератора для следующих поколений разрабатываемых двигателей. Это существенно осложнило оптимизацию параметров двигателя, так как необходимо было создать такой перспективный газогенератор для двигателя НК-25, у которого степень повышения давления, температура газов перед турбиной, уровни КПД узлов могли стать основой для нового поколения двигателей гражданской и военной авиации. Поэтому совместно с сотрудниками туполевского ОКБ был проведен огромный объем термо-газодинамических исследований и предварительный анализ характеристик двигателя, что позволило решить эту задачу и определить уровень параметров рабочего процесса двигателя НК-25, размерность его основных узлов. При выборе схемы газовоздушного тракта двигателя впервые в нашей авиадвигательной отрасли была решена комплексная проблема выбора количества каскадов высокотемпературных двигателей с большой степенью повышения давления. На выбор параметров термодинамического цикла огромное влияние оказало основное требование – получение высокой экономичности на дозвуковом крейсерском полете самолета Ту-22МЗ.
Двигатель НК-25 — один из первых двигателей в нашей стране, спроектированных по трехвальной схеме. До этого в мировой практике такой схемой занималась английская фирма «Роллс-Ройс». После разработок ОКБ Н.Д.Кузнецова трехвальный двигатель начали создавать в Запорожском ОКБ главного конструктора В.А.Лотарева. В конструкцию компрессоров было внесено много новых элементов: консольные лопатки направляющих аппаратов, сотовые лабиринтные уплотнения, срабатываемые покрытия над рабочими лопатками на роторных проставках, сложный паяный узел 15-го направляющего аппарата, регулирование давления воздуха в разгрузочной полости для управления величиной осевой силы. Камера сгорания была спроектирована многофорсуночной. В процессе ее доводки внесены изменения в фронтовое устройство и жаровую часть – в связи с тем, что температура перед турбиной на максимальном режиме была увеличена до 1645 К, и потребовались мероприятия по улучшению смесеобразования и уменьшению температуры стенок.
Проект каскадов турбины был выполнен с учетом опыта, полученного при проектировании и доводке высотемпературных турбин двигателей НК-144 и НК-22. Однако в конструкции турбин в первом варианте проекта не были учтены многие, уже проверенные, мероприятия по облагораживанию тракта турбины и устранению утечек и перетеканий газа в решетках лопаток. Кроме того, в расчетах цикла двигателя термодинамики заложили уменьшение расхода воздуха, идущего на охлаждение турбины, а охлаждать необходимо было диски, рабочие и сопловые лопатки двух первых ступеней. Как-то не сразу к нам пришло понимание того, что турбина двигателя НК-25 – это новый этап, более высокая стадия развития авиационных турбин, что с увеличением степени повышения давления и температуры перед турбиной существенно увеличилась нагрузка, перепады давления на решетках турбины. Все, что на предыдущих турбинах оказывало небольшое влияние на КПД, на турбине двигателя НК-25 существенно его снижало.
Довольно длительное время в турбину вносились какие-то паллиативные мероприятия, не дававшие существенного эффекта. Только после того как А.Г.Клебанов со своими расчетчиками тайно продул первый сопловой аппарат турбины на установке в газодинамической лаборатории цеха №23 (это почти детективная история) и показал, что он представляет собой «решето», было принято решение о коренной переделке турбины. Много хлопот доставила и отработка системы охлаждения турбины.
В период доводки двигателя НК-25 бригадой охлаждения отдела турбин проделана огромная работа по совершенствованию системы охлаждения первой рабочей лопатки высокотемпературной турбины. В результате исследований был разработан новый тип охлаждения – так называемое вихревое охлаждение. Двигатель НК-25 проходил госиспытания еще с дефлекторной лопаткой первой ступени, но после госиспытаний в серийное производство была внедрена лопатка с «вихревым охлаждением». В этот период уже были внедрены в производство лопатки турбины с направленной кристаллизацией и проводились поисковые работы по литью монокристальных лопаток.
В конце 1970-х годов литье монокристальных лопаток было освоено на нашем производстве, и на Куйбышевском моторостроительном производственном объединении им. М.В. Фрунзе (КМПО им. М.В.Фрунзе, ранее завод №24) началось их внедрение в серийное производство.
НК-25 был предъявлен на госиспытания, но процесс согласования данных, полученных на двигателе, затянулся почти на год. В термобарокамере на НК25 был получен удельный расход топлива на дозвуковом крейсерском режиме на 2% больше, чем требовалось по техническому требованию ВВС. В отечественной и мировой практике такие «переборы» – обычные явления, два процента непринципиальны в удельном расходе топлива. Но при сложно складывающихся взаимоотношениях между Н.Д.Кузнецовым и А.А.Туполевым, который после смерти отца в 1972 году возглавил предприятие, этому «перебору» было придано принципиальное значение. К ликвидации конфликта между генеральными конструкторами было привлечено руководство и министерства, и ВВС, и даже ЦК КПСС.
В результате, госиспытания были начаты только в октябре 1978 года. В заключение Госкомиссии было записано внедрение на первой рабочей лопатке вихревого охлаждения, улучшенного теплозащитного покрытия, усиления дисков всех четырех ступеней турбины. Так появился двигатель НК-25 I серии. Кроме того, при летных испытаниях двигателя на самолете был выявлен дефект – возгорание масла в задней опоре турбины, – который мог привести к катастрофическим последствиям. Анализ дефекта показал, что опору турбины необходимо переделать. После внедрения необходимых мероприятий появилась новая модификация двигателя, получившая наименование НК-25 II серии.
Электроника в системах управления двигателей ОКБ-1 применялась, начиная с двигателя НК-8, постепенно охватывая все большее количество функций. Усложняющиеся с каждым поколением авиационные ГТД требовали все более сложных программ управления, увеличения количества выполняемых функций и повышения точности поддержания параметров двигателя. На повестке дня оказалась проблема применения для этих целей бортовых цифровых ЭВМ. В нашей стране было некоторое отставание в этом вопросе, и с 1974 года Минавиапром вел переговоры с английской фирмой «Лукас» о совместной разработке системы управления на базе БЦВМ. Активное участие в этих переговорах принимал начальник отдела регулирования ОКБ-1 А.П.Анисимов. Однако английское правительство не поддержало этой инициативы, и Минавиапром начал организовывать создание такой системы в отечественных НИИ и ОКБ.
С момента создания двигателя НК-25 Николай Дмитриевич начал проводить в ОКБ и на заводе ресурсосберегающую политику, выразившуюся в увеличении коэффициента использования металла (КИМ) при производстве деталей двигателя. В связи с указанным направлением были проведены исследовательские работы по внедрению методов ротационного раската, изотермической и скоростной штамповки, стесненного гиба, штамповки взрывом и других способов получения малоприпусковых заготовок.
Куйбышевский моторный завод (КМЗ) стал автором гидродробеструйного метода упрочнения и упрочнения микро- и стеклошариками. По инициативе Николая Дмитриевича был разработан и внедрен комплекс установок с программным управлением для упрочнения деталей. На КМЗ был создан экспериментальный цех №20 по разработке и исследованию новых технологических процессов. Впервые в отечественной практике разработан научно обоснованный метод технологического процесса виброшлифования, виброупрочнения, резко снизивший применение ручного труда при выполнении слесарных и отделочных работ. В этот же период на заводе проводились научно-исследовательские работы по применению электрофизических и электрохимических методов обработки деталей из жаропрочных сталей и сплавов. Благодаря этим методам появилась возможность существенно снизить трудоемкость изготовления многофорсуночной камеры сгорания, а также широко применить перфорирование охлаждаемых рабочих и сопловых лопаток турбины. В середине 1970-х годов был создан специальный цех электрохимической обработки (ЭХО) и электроэррозионной обработки (ЭЭО).
... двигатель для самолета Ил-86 должно было создать Пермское ОКБ генерального конструктора П.А.Соловьева, начав проработку двигателя на базе газогенератора двигателя Д-30, так как первоначально Г.В.Новожилов потребовал двигатель с тягой 10,5 тонн. Но в процессе создания Ил-86 самолетчики трижды увеличивали свои требования к тяге и довели ее до 13 тонн. Такого значения на базе газогенератора Д-30 пермские двигателисты получить не могли: для этого, по их мнению, нужно было создать новый газогенератор. Сроки создания самолета и двигателя были очень жесткие: к 1980 году самолет необходимо было довести и опробовать на внутренних пассажирских линиях для того, чтобы перевозить участников и гостей московской Олимпиады. Сделать новый двигатель в такой короткий срок П.А.Соловьев не брался.
В этих условиях министр П.В.Дементьев обратился к Н.Д.Кузнецову: «Выручайте министерство, в короткие сроки сделайте двигатель».
Основными параметрами для обеспечения тяги 13 тонн были выбраны: степень повышения давления - 13,4, степень двухконтурности - 1,15, температура газов перед турбиной - 1260 К. Конечно, на фоне разрабатываемых в 1980-е годы зарубежных авиадвигателей, предназначенных для эксплуатации, этот двигатель был уже устаревшим. Но нельзя забывать и о том, в каких условиях он создавался. ОКБ-1 и завод были загружены работами по двигателям НК-144А, НК-144В, НК-25, параллельно занимались устранением замечаний комиссии после госиспытаниий на двигателе НК-8-2У. Чтобы успеть поднять в воздух самолет Ил-86 с двигателями НК-86 хотя бы к декабрю 1976 года, ничего другого не оставалось, как базироваться на проверенном старом газогенераторе НК-8.
НК-86 представлял собой турбовентиляторный двухконтурный двигатель со смешением наружного и внутреннего контуров в общем выходном устройстве, выполненный по следующей схеме: пять ступеней КНД (две вентиляторные и три подпорные ступени), шесть ступеней КВД, одна ступень ТВД и две ступени ТНД. Вентилятор проектировался на базе первых двух ступеней вентилятора двигателя НК-25, подпорные ступени были взяты с двигателя НК-144.
Впервые в практике ОКБ решалась задача обеспечения жестких норм по шуму, что потребовало увеличения осевых зазоров между венцами ротора и статора вентилятора. На первых экземплярах двигателей для снижения уровня шума устанавливался первый направляющий аппарат вентилятора с наклонными в окружном направлении лопатками. Впоследствии его заменили аппаратом с прямыми лопатками: влияния наклона на уровень шума при испытании на акустическом стенде обнаружено не было. При доводке КНД впервые была использована установка для отработки характеристик отдельных подпорных ступеней.
Первые испытания двигателя, начавшиеся в июле 1974 года, показали, что КПД вентилятора на режимах высотного крейсерского полета не достигает расчетного на 5%. Попытки «разогнуть, выпрямить» линию протекания КПД по приведенной частоте вращения ротора НД ни к чему не привели. За счет коррекции ступеней вентилятора и других мероприятий по узлам двигателя на испытании в термобарокамере ЦИАМ был получен заявленный удельный расход топлива, но выпрямить кривую протекания КПД не удалось.
В феврале 1980 года при взлете самолета Ил-86 на одном из двигателей возник титановый пожар. Самолет совершил аварийную посадку. Прогорели статор компрессора и наружная оболочка. Это привело к тому, что накануне открытия Олимпиады в Москве эксплуатацию Ил-86 прекратили. Началась почти двухлетняя борьба с титановыми пожарами. Проводились исследования причин возникновения пожара, методов борьбы с ним и мероприятий по его ликвидации и локализации. В ходе экспериментов на стенде К-301 на «Химзаводе» были принудительно вызваны пожары на пяти выработавших ресурс двигателях. Один двигатель проверили на специальном стенде в ЦИАМ. Необходимо отметить, что проблемой титановых пожаров практически одновременно с нами начали заниматься зарубежные двигателестроительные фирмы.
Пожар необходимо было вызвать в определенном месте, а это оказалось проблематичным. Помогло предложение конструктора отдела компрессоров В.Р.Вехова, который рекомендовал конструкцию так называемой «титановой спички» – оригинального устройства, состоящего из титановой пластины, дистанционно вводимой в щель в трактовом кольце до касания с ротором. Устройство работало безотказно: двигатели загорались «с первой попытки». С его помощью были проверены все мероприятия по локализации пожара и система защиты. Последние противопожарные мероприятия внедрялись уже в 1986 году. Работа растянулась на целых шесть лет.
Камера сгорания НК-86 была сделана кольцевой и многофорсуночной. Доводка ее не представляла сложности. Двухкаскадная, трехступенчатая турбина с охлаждаемым первым сопловым аппаратом тоже была обычной, но в нее впервые было введено регулирование радиального зазора рабочей лопатки путем охлаждения статора турбины на основном высотном крейсерском режиме работы двигателя.
Много неприятностей и огорчений доставила доводка реверса, так как его включение при посадке вызывало неустойчивую работу компрессора и даже «хлопки». Двигатели, расположенные на пилонах вдоль передней кромки крыла, находились очень близко к земле и неизбежно «заглатывали» реверсивную струю соседнего двигателя, что приводило к помпажу. Летчики жаловались, что при включении реверса в дождливую погоду, когда самолет со скоростью 150-200 км/ч бежит по узкой посадочной полосе, полностью забрызгиваются окна кабины пилотов. Кроме того, в двигатель попадает все, что находится на взлетной полосе, – грязь, песок и прочее.
Только введение уменьшения режима реверсирования по мере торможения самолета, то есть ступенчатого реверсирования, помогло нейтрализовать эту проблему. И, хотя «хлопки» компрессора проявились на некоторых двигателях, летный состав знал, что они не снижают надежности двигателя. 22 декабря 1976 года был совершен первый полет аэробуса Ил-86 с двигателями НК-86. В апреле 1979 года состоялись государственные стендовые испытания двигателя, также были проведены испытания в термобарокамере ЦИАМ и на летающей лаборатории Ил-76.
... двигатель НК-86 разрабатывался в короткие сроки и параллельно с двигателем НК-25, то система регулирования НК-86 создавалась на базе системы регулирования основного контура двигателя НК-25 с некоторой корректировкой характеристик агрегатов и топливным насосом меньшей производительности. Она состояла из электронной (ЭСУД) и гидромеханической частей. Впервые на двигателе НК-86 была разработана и внедрена новейшая автоматизированная система диагностирования «Анализ-86», позволившая после завершения рейса самолетом Ил-86 по записям на магнитной ленте оперативно производить обработку параметров работы двигателя на наземной ЭВМ для оценки исправности и прогнозирования технического состояния двигателя.
Применение этой системы позволяло не только проводить объективный контроль состояния двигателя, повысить безотказность и регулярность полетов, но и сократить объем наземного обслуживания и регламентных работ, значительно уменьшить расход топлива при опробовании двигателей на земле.
В процессе эксплуатации самолета Ил-86 выяснилось, что двигатель НК-86, спроектированный на максимальную взлетную тягу 13 тонн при температуре окружающей среды +150С, не позволяет летом в южных аэропортах брать на самолет полную нагрузку из-за падения тяги при температуре воздуха выше указанной. Требовалось обеспечить постоянную взлетную тягу в температурном диапазоне до +300С. Это привело к необходимости повысить температуру перед турбиной до 1280 К и увеличить ресурс работы двигателя без ремонта, доводя его до 4000 часов. Все это потребовало внедрения на первую ступень турбины монокристаллической рабочей лопатки из материала ЖС-30, усиления дисков турбины всех ступеней, нового соплового аппарата первой ступени с нижним подводом воздуха. Был несколько увеличен запас газодинамической устойчивости компрессора за счет отстройки лопаточных венцов и уменьшен выброс эмиссии NОx и СО на режиме малого газа путем перераспределения расхода топлива между двумя контурами топливопитания форсунок камеры сгорания.
Так появилась модификация двигателя НК-86А, госиспытания которой были проведены в сентябре 1985 года, а с июля по ноябрь 1986 года – стендовые испытания за ресурс 5000 часов. После передачи документации на двигатель НК-86 в казанский филиал ОКБ (КПБМ – Казанское проектное бюро машиностроения под руководством главного конструктора Е.А.Гриценко), на его базе создали модификацию двигателя НК-86 для ракетного корабля-экраноплана «Лунь». Основные параметры двигателя НК-86 остались без изменения.
Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 26 июня 1959 года заводу было поручено создать двигатель 8Д717 тягой 160 тонн для первой ступени ракетного комплекса ГР-1, который разрабатывался в ОКБ С.П.Королева. По совместному замыслу С.П.Королева и Н.Д.Кузнецова, двигатель 8Д717 должен был представлять собой соединение на одной раме четырех автономно работающих одиночных двигателей 8Д517, объединенных общей системой питания жидким кислородом и керосином.
Из бригады испытаний была выделена группа инженеров во главе с Ю.А.Бажминым, которая занималась подготовкой и проведением испытаний «шапок» (Ш-1, Ш-2 и т.д.), «очковых камер» (ОК-1, ОК-2 и т.д.) и полноразмерных двигателей. «Шапка» – это сборка ТНА с газогенератором, но без камеры сгорания, вместо которой устанавливался специальный дроссель-имитатор. Она предназначалась для отработки процессов горения в газогенераторе, запуска двигателя и процессов в ТНА.
«Очковая камера» – сборка всех систем и узлов двигателя, но с камерой сгорания без сопла – предназначалась для отработки процессов сгорания в КС. Мне представляется, что, описывая историю ОКБ-2, полезно вспомнить, как начиналась работа над ЖРД. Досконально ее знал, пожалуй, только Николай Дмитриевич. Первые встречи и переговоры с Сергеем Павловичем Королевым были строго засекречены. Кузнецов никогда о них не рассказывал, а когда мы заводили разговоры об этом, он скупо отвечал и быстро переводил разговор на другую тему.
Фамилию Королева как первого ракетчика я впервые услышал от атомщиков осенью 1956 года. Кто он такой и что собой представляет его фирма, я не знал. Рассказал об этом Николаю Дмитриевичу, но по его удивлению понял – он ничего о нем не слышал. Это подтвердили и его слова: «Странно, я считал, что главной фигурой в ракетных делах является Лавочкин». Когда они впервые встретились, Николай Дмитриевич узнал в нем человека, с которым он беседовал о самолетных ускорителях ЖРД в Казани еще в 1943 году, где Сергей Павлович работал, находясь в заключении. Почему Королев предложил заняться ЖРД именно Кузнецову? Этот вопрос закономерен, если учесть, что наше предприятие никогда ранее не занималось жидкостными ракетными двигателями.
Монополистом в создании мощных ЖРД для тяжелых ракет был В.П.Глушко. Кроме того, в СССР было несколько ОКБ, которые занимались производством ЖРД: главного конструктора Д.Д.Севрука, которое специализировалось на ЖРД тягой до 5 тонн, главного конструктора А.И.Исаева – тягой до 10 тонн на высококипящих компонентах (оба ОКБ в Москве) и ОКБ главного конструктора И.И.Иванова, которое занималось небольшими ЖРД в Днепропетровске. Свое двигательное ОКБ, работавшее над рулевыми ЖРД для ракетных комплексов, было и у С.П.Королева, руководил им главный конструктор М.В.Мельников. В 1958 году на совещании в Государственном институте прикладной химии (ГИПХ), который являлся головным институтом по разработке компонентов топлива для ракет, Глушко изложил свою точку зрения на дальнейшую перспективу развития мощных ЖРД для тяжелых ракетоносителей.
· Жидкий кислород как окислитель для ЖРД не перспективен, он очень взрывоопасен, требует большого времени для доводки и значительно уступает по удельному импульсу топливу с окислителем жидким фтором.
· Открытая схема ЖРД, в которой энергия для привода насосов получается за счет сжигания в газогенераторе не основного топлива двигателя, а вспомогательных компонентов (например, перекиси водорода и керосина), продукты сгорания которых выбрасываются в атмосферу, еще не исчерпала своих возможностей. По такой схеме в конце 1950-х годов были выполнены все отечественные и зарубежные ЖРД.
· Замкнутая схема ЖРД, в которой энергетика для привода насосов получается за счет сжигания в газогенераторе малого количества основного горючего и всего окислителя с последующим использованием продуктов сгорания в основной камере сгорания, требует более высокого давления за насосами, а потому она более сложная. Ее удельный импульс на 15-20% выше, чем у открытой схемы.
В 1960-е годы по этой схеме необходимо провести экспериментальные работы и только в 1970-е приступить к созданию штатных двигателей. Такая программа абсолютно не устраивала Королева. К тому времени он уже вынашивал идею освоения Луны, для чего были необходимы двигатели с высоким удельным импульсом. Создание таких двигателей требовало применения жидкого кислорода в качестве окислителя. Не договорившись с Глушко, Королев начал искать другие ОКБ, которые, обладая достаточными техническими и производственными мощностями, могли бы взяться за разработку ЖРД для его программы. В Москве он обратился к А.М.Люльке и С.К.Туманскому, но они отказались. А.Н.Туполев, с которым Сергей Павлович посоветовался по этому вопросу, предложил обратиться в Куйбышев ...
Выбор размерности двигателя и схемы его топливопитания и энергетики происходил совместно с сотрудниками ОКБ Королева. Двигатель предназначался для первой ступени ракетного комплекса ГР-1 (глобальная ракета). Его отличие от уже существующих баллистических комплексов заключалось в том, что первая и вторая ступени должны были вынести «полезный груз» на опорную орбиту (180-210 км), где он должен был вращаться вокруг Земли достаточно долго и по команде мог быть сброшен практически в любую точку земного шара. Нашей группе поручили работу над двигателем первой ступени, на второй ступени должны были установить двигатель разработки ОКБ М.В.Мельникова.
Облик двигателя уже был намечен: двигательная установка, состоящая из четырех камер сгорания, тягой 36 тонн каждая, установленных на одну общую раму. Решали вопрос о схеме. Я уже говорил, что все отечественные и зарубежные ЖРД имели открытую схему, замкнутая схема с дожиганием в камере сгорания генераторного газа была разработана только в теории. Некоторые работы в этом направлении по двигателям малой тяги (до 10 тонн) велись главными конструкторами Д.Д.Севруком и М.В.Мельниковым, но эти разработки были в зачаточном состоянии. Какие подводные камни таит в себе замкнутая схема, было еще не ясно.
К вопросу выбора схемы примешивалось еще одно обстоятельство, связанное с процессом сжигания компонентов топлива в камере сгорания. Для компонентов керосин-жидкий кислород (их выбор был сразу же продиктован Королевым) в открытой схеме ЖРД в камеру сгорания приходил холодный жидкий кислород и подогретый примерно до 150-1600С керосин. Эта схема смешения и сгорания называлась «жидкость-жидкость», и ее влияние на характер процесса сгорания было достаточно хорошо изучено. В замкнутой схеме ЖРД для тех же компонентов в камеру сгорания из газогенератора поступает газообразный кислород с температурой 320-3500С и подогретый до 150-1600С керосин. Такая схема смешения и сгорания называлась «газ-жидкость», ее влияние на процессы сгорания изучено было слабо. Нам, новичкам в деле создания ЖРД, обе эти схемы смешения были совершенно не известны.
Так было выбрано новое для нашего завода направление – создание ЖРД замкнутой схемы с процессом сгорания компонентов топлива «газ-жидкость». Это был поворотный момент не только для нашего предприятия, но и для всей страны, так как после нас все другие ОКБ стали заниматься только такой схемой. Отмечу, что мы тогда не знали о совещании в ГИПХ и плане В.П.Глушко по развитию ЖРД. Не исключено, что Королев мог не ознакомить с ним даже Кузнецова. Об этом совещании мы узнали через несколько лет, когда уже глубоко погрузились в доводку двигателей. Николай Дмитриевич договорился с Глушко, что в июне 1959 года тот примет наших специалистов в своем ОКБ и проведет с ними техническую учебу, ознакомит с принципами проектирования ЖРД и особенностями его доводки. Нас хорошо приняли и в течение двух недель рассказывали о том, как создавали свои двигатели и агрегаты к ним. Это было интересно и познавательно.
Через несколько лет от моего хорошего знакомого, сокурсника по институту и известного ракетного двигателиста Анатолия Давидовича Дарона, работавшего в ОКБ у Глушко с момента его создания, я узнал, что Валентин Петрович Глушко перед нашим приездом, собрав у себя начальников отделов и бригад, сказал: «Рассказывайте им все, они еще не скоро поймут, что такое ЖРД. Чтобы создать работоспособный коллектив, Кузнецову потребуется 6-7 лет, а может быть, и больше. Конкурентами нам они не станут. Мы за этот период уйдем далеко вперед». Но Николай Дмитриевич сумел так увлечь коллектив, создал такую обстановку вокруг ЖРД, что через три-четыре года обошел Глушко по всем показателям. Кстати, это послужило поводом для обиды: как это Кузнецов посмел шагнуть вперед и обойти признанного корифея и авторитета в создании ЖРД.
Но вернемся к началу работы над ЖРД. Итак, был выбран общий принцип компоновки: четыре камеры сгорания на общей раме и схема двигателя – закрытая с дожиганием генераторного газа. Решался вопрос: делать ли общий турбонасосный агрегат (ТНА) один на четыре камеры сгорания, или каждая камера сгорания будет иметь свой ТНА. Николай Дмитриевич предложил делать ТНА на каждую камеру сгорания, мотивируя это тем, что двигатель в 36-40 тонн может пригодиться для других ракет. Королев с этим сразу согласился, и вопрос был закрыт. Уровень наших знаний был близким к нулю, поэтому в самом начале работы (примерно с мая по июль 1959 года) мы многое принимали на веру от сотрудников ОКБ Мельникова и НИИ.
О том, какие ляпы мы допускали, расскажу на собственном примере. Для начала с легкой руки наших наставников и по их настоянию охлаждать камеру сгорания решили жидким кислородом. Нужно было сделать расчет охлаждения камеры сгорания и определить профиль и геометрию каналов охлаждения ее рубашки. Меня представили Галине Григорьевне Головинцовой – начальнику сектора расчетов отдела камер сгорания ОКБ М.В.Мельникова. На мою просьбу ознакомить с расчетами охлаждения она предложила прочесть методику, разработанную В.И.Иевлевым в НИИ-1. В первом отделе института мне выдали труд объемом в 520 страниц и весом 4,5 килограмма. В первый день мне удалось прочесть 50 страниц сложнейшего текста, почти целиком состоящего из дифференциальных уравнений. На второй день я осилил еще 70 страниц, и это притом, что параллельно мне приходилось принимать участие во всех обсуждениях и совещаниях.
Времени для серьезного изучения не было совсем. Николай Дмитриевич с Михаилом Афанасьевичем Кузьминым торопили: «Давай быстрей, конструктора ждут». Темп работ был принят совершенно сумасшедший: в июне закончить проектирование, сделать макет и в сентябре отправить его в ОКБ Королева. А тут еще 400 страниц нужно читать. Решаю: начать расчет, не разбираясь в методике. Прихожу к Головинцовой, прошу подключить меня к расчетчицам, чтобы с их помощью начать считать охлаждение. Она возмущена: «Я не понимаю ваше руководство, это же авантюризм – в такие сроки делать проект, не зная методики. Мы целый год учим новых инженеров этим расчетам, а вы хотите за три недели спроектировать двигатель». Выговорила мне все, что думала о нас, но помощь оказала. За четыре дня расчет был сделан, и геометрия каналов охлаждения предоставлена конструкторам. В июле у себя в ОКБ мы быстро разобрались в методике, и Виктор Ефремович Резник написал свою методику расчета на 20 страницах (непонятно, зачем нужно было писать 520 страниц!).
В середине 1960 года мы уже хорошо представляли себе, что такое ЖРД, и отказались от охлаждения камеры сгорания жидким кислородом. Жидкий кислород, несмотря на свой большой хладоресурс, не мог быть применен для охлаждения камеры сгорания высокой теплонапряженности, так как для охлаждения ее критического сечения требовалась внутрикамерная пленочная завеса кислородом, что неминуемо привело бы к загоранию стенок камеры. Мы ввели керосиновое охлаждение и подобрали необходимый расход керосина, не изменяя геометрию каналов охлаждения, принятых для кислорода. Большой опыт работы с газотурбинными двигателями и умение вести термодинамические и энергетические расчеты в широком диапазоне режимов их работы с учетом характеристик узлов двигателя позволили нам быстро освоить термодинамические расчеты ЖРД.
Когда мы показали наши расчеты дроссельной характеристики одиночного двигателя специалистам НИИ-1, они пришли в изумление. Начальник отдела НИИ-1 А.И.Агеев и начальник сектора Т.П.Серапионова, увидев наши расчеты, признались, что они так считать не умеют. Они делали расчет в одной точке, на одном режиме (как правило, на заданном номинальном). То же самое было и по вопросам регулирования: не они нас, а Н.Д.Печенкин учил их правильно регулировать ЖРД. Без ложной скромности отмечу, что, благодаря эрудиции и профессиональному опыту нашего коллектива, уже в сентябре-октябре 1959 года во всех вопросах проектирования узлов и агрегатов ЖРД мы не нуждались в опыте ракетных двигательных ОКБ и НИИ-1. Во всех вопросах, кроме одного: мы не знали и не представляли себе, что такое высокочастотное горение в камере сгорания по схеме «газ-жидкость» и как с ним бороться. Но с этим явлением мы столкнулись только через год, когда начались испытания полноразмерного одиночного двигателя.
В июле 1959 года в ЦК КПСС у Н.С.Хрущева состоялось знаменитое совещание генеральных конструкторов авиационной промышленности. На нем Никита Сергеевич объявил, что авиация как транспортное средство исчерпала себя, что в недалеком будущем будем летать на ракетных комплексах, и авиационные ОКБ необходимо ориентировать на ракеты и ЖРД. А.Н Туполев выступил категорически против такого решения, на что Хрущев заметил: «Ну, Туполев – старый человек, ему трудно изменить направление, пусть остается в авиации, а остальные должны быть подключены или переключены на ракетные дела».
Выступал на этом совещании и Николай Дмитриевич, который рассказал, что ОКБ, которым он руководит, уже подключено к этим работам и приступило к проектированию двигателя для ракетного комплекса ГР-1. ЦК КПСС подготовил проект Постановления по развитию ракетостроения, в котором была записана работа нашего ОКБ по двигателю для ГР-1. В проекте Постановления по этому вопросу было записано: генерального конструктора Н.Д.Кузнецова и его ОКБ переключить на работы по ракетным двигателям. Проектом Постановления занимался секретарь ЦК КПСС по оборонной промышленности Ф.Р.Козлов, которого Н.Д.Кузнецов хорошо знал, когда тот был еще вторым секретарем Куйбышевского обкома КПСС.
Николай Дмитриевич неделю потратил на то, чтобы убедить Козлова записать в Постановлении «подключить», а не «переключить». Если бы осталось «переключить», то через некоторое время разработку авиационных двигателей у нас закрыли бы. Николай Дмитриевич со свойственной ему прозорливостью, основанной на глубоком анализе развития авиации, понимал, что в таком случае может произойти крупная стратегическая ошибка, которая нанесет ущерб и нашему коллективу, и стране в целом.
В соответствии с Постановлением, Центральное управление космических средств Министерства обороны (ЦУКОС МО, в начале 1970-х годов переименовано в ГУКОС МО) присвоило нам индексы двигателей: одиночный двигатель – 8Д517, счетверенная установка – 8Д717. Во второй половине 1960 года нам стало известно, что у М.В.Мельникова двигатель второй ступени получается не таким, каким хотел бы его видеть Королев, и нашему ОКБ было поручено создать на базе двигателя 8Д517 двигатель второй ступени ракеты ГР-1 с высотным соплом, получивший индекс 8Д718. В октябре 1959 года макет двигателя 8Д517 был изготовлен и отправлен в ОКБ Королева. Компоновка двигателя была выполнена В.А.Барышевским под руководством и при непосредственном участии Н.Д.Кузнецова. Сергей Павлович был восхищен этим макетом, и все сотрудники его ОКБ приходили на него посмотреть.
В связи с тем, что в начале работы над ЖРД у нас еще не было своей экспериментально-испытательной базы, первые испытания «шапок» и «очковых камер» проводились на стендах НИИ-229 в городе Загорске. Только с 1962 года началась работа на стенде №101 «Химзавода». Вот тогда мы столкнулись с мощным дефектом процесса сгорания в КС – высокочастотной неустойчивостью. Первоначально нашими консультантами по решению этой проблемы были сотрудники НИИ-1 Н.А.Аккерман, М.С.Натанзон и Б.Ф.Гликман. С их помощью мы приобретали техническую грамотность в этом сложном вопросе.
На устранение этого дефекта ушло полтора года. В 1962 году со своими соображениями по решению проблемы из ЦИАМ к нам пришел В.Е.Дорошенко. Трансформирование его идеи пневматической форсунки с выносом энергии в газовод перед головкой камеры сгорания применительно к нашему двигателю дало эффект, и дефект был устранен.
В 1963 году двигатели 8Д517 уже хорошо работали. Но идея С.П.Королева о создании военного ракетного комплекса ГР-1 не была поддержана из-за невозможности длительного хранения жидкого кислорода, что не позволяло в нужный момент совершить быстрый пуск ракеты. Работа по двигателям 8Д517 и 8Д717 была приостановлена в конце 1963 года.
Во второй половине 1960 года, в самом начале работы над двигателями 8Д517 и 8Д717, по инициативе С.П.Королева в отделе № 9 (отдел атомной тематики, начальник отдела В.Д.Радченко) началась эскизная проработка ЖРД для ракетного комплекса Н-1. Как было отмечено ранее, для выполнения лунной программы требовались двигатели замкнутой схемы на компонентах керосин-кислород. При этом для обеспечения требуемого удельного импульса давление в камере сгорания должно было быть не менее 150 кг/см2. Ни у нас в стране, ни за рубежом ЖРД с таким давлением не существовало. Максимально достигнутое давление ЖРД составляло 100 кг/см2. Это был большой скачок вперед. Проработки таких ЖРД показали: для того чтобы получить давление 150 кг/см2, необходимо за основными насосами горючего и окислителя иметь давление свыше 400 кг/см2. Для такого давления в тот период не было требуемых материалов для корпусов насосов. Поэтому для всех проектов было выбрано давление в камере сгорания 150 кг/см2, и в задачу отдела входило определение размерности двигателя, то есть выбор тяги для ЖРД. Мы прорабатывали двигатели в трех вариантах: с тягой 150, 250 и 600 тонн. Это было предложение Николая Дмитриевича, поддержанное Сергеем Павловичем, который несколько раз в процессе проработки этих проектов прилетал к нам и подробно их рассматривал. Сам он был склонен к размерности 300 и 600 тонн.
После поездок представителей этой группы на заводы-изготовители, в проектные институты и ОКБ результат был неутешительным: в стране нет станков для точения корпусов ТНА с высотой центров более 500 мм, в то время как требовалось 900 мм, с точностью обработки на нужном диаметре 0,01 мм. Не было и литейных машин для литья титановых и жаростойких сплавов емкостью заливки выше 75 кг, в то время как было необходимо 1100 кг и так далее. Исходя из этого, Королев выбрал размерность 150 тонн, по его плану двигатель нужно было создать к 1965 году, а в 1967 году уже провести первый запуск комплекса Н-1. Необходимое оборудование для размерности двигателей 300 и 600 тонн в лучшем случае (при нажиме «сверху») могло появиться только после 1965 года.
В дальнейшем Кузнецов и Королев через ВПК организовали этот «нажим», и с 1967 года промышленность страны начала выпускать требуемые станки и другое оборудование. С середины 1961 года к работе по проектированию двигателя тягой 150 тонн было подключено все ОКБ. Параллельно с работами по доводке двигателей 8Д517, 8Д717 и 8Д718 мы начали проектирование двигателей для первой и второй ступеней ракетно-космического комплекса Н-1. Двигатель первой ступени получил индекс 11Д51, второй ступени – 11Д52. В июле 1962 года чертежи основных узлов двигателя 11Д51 были переданы в наше производство. В этот период пришло понимание того, что от первого организационного этапа работы над ЖРД, когда проектирование и доводка двигателя сосредоточивались в тех же бригадах, которые занимались авиадвигателями, необходимо перейти на следующую ступень более высокой организационной структуры.
Ракетно-космический комплекс Н-1 был задуман Королевым как многоступенчатая (7 ступеней) ракета с продольным разделением ступеней. Сначала коллектив нашего завода занимался созданием двигателей для первой и второй ступеней (11Д51 и 11Д52), но в 1963 году нам было поручено разработать двигатели для третьей ступени (11Д53), а в 1965 году – для четвертой ступени (11Д59). Двигатель третьей ступени 11Д53 состоял из связки четырех автономных двигателей тягой по 40 тонн каждый на одной раме, без качания, с общей системой топливопитания.
В отличие от двигателей 8Д517, на двигателе 11Д53 сопло было не земное, а высотное. Двигатель четвертой ступени 11Д59 с высотным соплом и с качанием представлял собой модификацию одиночного двигателя из связки 11Д53. Проектирование ЖРД третьей и четвертой ступеней проводилось специалистами ОКБ-2 и его филиала (ныне ОАО «СКБМ»). В 1964 году практически закончилось строительство «Химзавода» и был пущен в эксплуатацию стенд №120 для испытания ЖРД с тягой до 150 тонн. В 1967 году работы по доводке двигателей 11Д51, 11Д52, 11Д53 и 11Д59 были завершены и проведены их межведомственные (государственные) испытания.
В течение 1968 года, пока ракетчики завершали свою часть работы, мы «подчистили» все узкие и слабые места и полностью закончили стендовую доводку двигателя. Задолго до этого у В.П.Мишина, продолжившего работы после смерти С.П.Королева в 1966 году, состоялось несколько совещаний с участием представителей ЦК КПСС, ВПК и всех главных конструкторов, проектировавших и создававших входящие в состав комплекса элементы и системы (Совет главных конструкторов). С.П.Королев практиковал такой Совет с самого зарождения ракетной техники. На совещании обсуждался вопрос, в какой комплектации собирать первый летный экземпляр ракетыносителя. Николай Дмитриевич предлагал собрать в штатной комплектовке только первые три ступени, а остальные выполнить в виде габаритно-весовых макетов. Кузнецов считал, что для первого полета необходимо ставить задачу вывода ракеты на околоземную орбиту и только после успешной работы такого экземпляра собирать в полной штатной компоновке второй. Но подавляющим большинством голосов Совет принял решение собрать первый экземпляр ракетного комплекса Н-1 в полной штатной компоновке, что и было сделано. Первый пуск ракеты-носителя Н1-Л3 состоялся 21 февраля 1969 года и закончился неудачно. На 68 секунде произошло отключение всех двигателей первой ступени, и ракета упала на землю.
Анализ аварии показал, что на одном из двигателей 11Д51 произошел обрыв трубки с внутренним диаметром 1 мм для измерения давления кислородного газа с температурой 340-3500С за турбиной ТНА. Вытекающей струей кислорода был поврежден принадлежащий ракетчикам незащищенный штатный кабель системы контроля работы двигателей. А повреждение привело к формированию ложной команды на выключение двигателей блока первой ступени. Следует сказать, что этот факт характеризовал разный уровень технической культуры у нас и ракетчиков: все наши двигательные кабели имели металлическую защиту и не боялись воздействия температуры до 3500С, а ракетные кабельные стволы ничем не были защищены.
На следующем экземпляре ракетчики поставили на кабельные стволы защиту. Следующий пуск был назначен на 3 июля 1969 года, но и он завершился неудачей. На 10 секунде из-за пожара в двигательном отсеке блока первой ступени произошло отключение всех двигателей, и ракета упала на пусковой стартовый комплекс. Анализ измерений параметров двигателей показал, что на двигателе №8 на режиме промежуточной ступени произошло разрушение турбонасосного агрегата (ТНА). Этот дефект был для нас и удивительным, и непонятным, потому что во время доводки ТНА не было ни одного случая поломки на режиме промежуточной ступени. Естественно, был выдвинут ряд версий причины аварии, и мы на стенде «Химзавода» пытались воспроизвести подобную ситуацию. Но ни один из наших опытов не дал такого протекания процессов в ТНА, как на разрушившемся двигателе. Только через год мы разобрались, что причиной аварии был обрыв мембраны ракетного датчика измерения пульсаций в трубопроводе окислителя, который устанавливался перед входом в насос ТНА. Мы выяснили, что после приварки мембраны датчика к корпусу на заводе-изготовителе в городе Пензе сварочный шов не подвергался очистке от масла. При реакции масла с кислородом мог произойти микровзрыв в шве и обрыв стальной мембраны, которая, попав в насос окислителя, привела к взрыву.
На последующие пуски ракетного комплекса в трубопроводы подвода топлива на входе в насосы ТНА были установлены защитные сетки. Разрушение стартового комплекса было очень серьезным, и на его восстановление потребовалось почти два года. Период после второго неудачного пуска был очень тяжелым для нашего завода. Непрерывно, одна за другой, нас инспектировали разные комиссии, старавшиеся найти криминал или упущения в доводке двигателя. За 35 недель работы нас посетило 29 комиссий. Проверялся каждый шаг, под сомнение ставилось все. В этот же период и ракетчики, и МОМ, и ВПК начали требовать, чтобы двигатели для первых четырех ступеней ракетного комплекса были многоразовыми. Этот вопрос поднимался еще до первого пуска, но после второго он вылился в конкретное задание.
Для обеспечения многоразовости запуска в конструкцию двигателя 11Д51 пришлось ввести некоторые изменения:
· переделаны уплотнения в насосах ТНА (одноразовые уплотнения заменены на многоразовые);
· управляемые пиропатронами основные расходные клапаны двигателя заменены на клапаны дифференциального типа, управляемые давлением за насосами при принудительной раскрутке ТНА от пиротурбины, что обеспечило максимальное соблюдение последовательности подачи компонентов в зависимости от частоты вращения ТНА;
· введены сменные ампулы с триэтилалюминием для зажигания топлива в газогенераторе и пиросвечи для зажигания топлива в камере сгорания при запуске двигателя;
· введена система продувки керосиновых трубопроводов, полостей газогенератора и камеры сгорания после выключения двигателя по циклограмме нештатного технологического останова (эта система применялась при стендовых испытаниях двигателя и наземных испытаниях блока ракеты).
Было принято решение о том, что еще два пуска ракетного комплекса осуществятся с двигателями одноразового применения, а затем начнут применяться многоразовые двигатели. Перечисленные изменения в конструкции двигателя 11Д111 распространялись на двигатели 11Д112, 11Д113 и 11Д114. Пока решался вопрос об увеличении надежности комплекса и многоразовости двигателей, серийное производство ЖРД было приостановлено почти на год (к этому времени у нас уже была готова партия двигателей), возобновилось оно в конце 1970 года уже выпуском двигателей многоразового действия.
27 июня 1971 года состоялся третий пуск ракетного комплекса. Двигатели первой ступени отработали 50 секунд, после чего комплекс потерял управление. Система контроля по этому каналу выдала сигнал на выключение двигателей блока первой ступени при превышении допустимой величины угла поворота ракеты. Впоследствии выяснилось, что ракетчики перепутали полярность управления рулевыми двигателями, парирующими вращение ракеты вокруг оси. Поэтому при начавшемся вращении рулевые двигатели еще больше ее закрутили, и ракета превысила допустимый угол поворота от намеченного по программе полета. После выключения двигателей ракета упала на землю. Характерно, что в период, когда выяснялись причины вращения ракеты, ракетчики сразу обвинили нас. Они выдвинули версию, согласно которой мы при сборке неправильно определяем ось двигателя, так что при действии силы тяги создается дополнительный момент на закрутку ракеты. Ракетчики также считали, что при течении части выхлопных газов по днищу ракеты (донный эффект) между трубой выхлопных газов пиротурбины и соседним соплом образуется криволинейный канал, способствующий закрутке корпуса ракеты.
Мы потратили много времени, чтобы доказать абсурдность этих версий, но таков был стиль работы ракетчиков при В.П.Мишине. Они уже знали, что у них перепутана полярность на рулевых двигателях, но свалить вину на двигателистов было для них задачей номер один. В 1971-1973 годах продолжалась отработка многоразовых двигателей 11Д111 и 11Д112. Учитывая особое отношение к надежности двигателей, их отработка по плану завершающих работ велась на крайние значения внешних факторов и на ресурс 600 секунд, при максимальном ресурсе в составе ракеты 210 секунд. Работы по двигателю 11Д111 были закончены к середине 1972 года, с июля по сентябрь были проведены межведомственные испытания. По двигателю 11Д112 межведомственные испытания были проведены в июне-августе 1973 года, а по двигателям 11Д113 и 11Д114 – с октября по декабрь 1973 года.
23 ноября 1972 года состоялся еще один неудачный пуск. Двигатели первой ступени отработали 107 секунд. На 95 секунде отключились по программе шесть центральных двигателей, а через три секунды было отмечено повышение температуры в двигательном отсеке, то есть начался пожар. На 107 секунде по сигналу «пожар в двигательном отсеке» отключились все двигатели, и ракетный комплекс упал на землю. И опять обвинили нас. Правда, у нас была возможность избежать нервотрепки в самом начале разбора аварии. Министр МОМ С.А.Афанасьев через заместителя главного конструктора ракетного ОКБ Б.А.Дорофеева предложил Н.Д.Кузнецову считать разрушение одного из ТНА двигателя 11Д51 следствием попадания постороннего предмета. Он мотивировал это тем, что так проще будет объяснить Политбюро ЦК КПСС причину неудачи.
Однако Николай Дмитриевич с этим предложением не согласился. Он считал, что в момент отключения шести центральных двигателей мгновенное снятие 900-тонной нагрузки могло привести к низкочастотным колебаниям рамы, на которой расположены все тридцать двигателей. Это, в свою очередь, могло привести к поломке ракетных труб и вызвать пожар в отсеке. Ракетчики с этим были не согласны и начали искать причины, которые могли вызвать поломку ТНА двигателя. Особую ретивость в отыскании причин проявило НИИТП. Трудно перечислить, что они говорили и писали, ругая наш двигатель. В одном из своих заявлений специалисты НИИТП пришли даже к такому выводу, что 30 двигателей силовой установки блока первой ступени абсолютно ненадежны. Этим незамедлительно воспользовались недоброжелатели выбранной в свое время С.П.Королевым компоновки ракетного комплекса.
... в 1975 году мы получили подтверждение его версии о разрушении ракетного трубопровода окислителя в момент отключения центральных двигателей. Ракетчики провели имитационное испытание на модели блока первой ступени и при снятии нагрузки, аналогичной отключению шести центральных двигателей, получили аналогичную поломку трубопровода. Но это уже было постфактум, после закрытия ракеты. Правда, нам об этом эксперименте ничего не сказали, мы узнали о нем случайно. Действия ракетчиков, направленные на то, чтобы обвинить двигатель и скрыть свои недостатки, привели к плачевному финалу. Неожиданно для всех 17 мая 1974 года на Совете обороны страны протоколом №45/П-137/VII работы по ракетному комплексу были закрыты.
Новую тематику для работы ОКБ-2 удалось определить и принять в течение двух месяцев. Одно направление наметилось еще раньше в 1973 году, когда на меня вышли сотрудники института высоких температур АН СССР (ИВТ АН) и предложили заняться применением ЖРД для создания лазерных установок, и мы начали с ними совместную работу. ИВТ АН, организованный в конце 1960-х годов, занимался проблемой создания промышленного магнитно-гидродинамического генератора (МГД-генератор). Финансировалась эта работа очень хорошо. Для сравнения: на МГД-генератор выделили 200 миллионов рублей, в то время как на остальную промышленную энергетику – 300 миллионов рублей.
В Подмосковье велось капитальное строительство МГД-электростанции мощностью 1000 МВт. Первоначально мы занимались приспособлением нашего двигателя 11Д111 в качестве источника газов для МГД-лазера (МГДЛ), а затем начали разрабатывать проект МГДЛ непрерывного действия. Характерной особенностью 1972-1976 годов было повальное увлечение лазерами, не было ни одного академического или ведомственного НИИ, считавшего себя серьезной научной силой, которое не занималось бы их изучением. Как говорили сотрудники этих институтов, мы все хотим «петь Лазаря».
Что такое МГДЛ? Это устройство, в котором объединены МГД-генератор электрического тока и электроразрядный газовый лазер. В МГД-генераторе кинетическая энергия движущегося с большой скоростью рабочего тела (смеси газов) превращается в электроэнергию, которой и питается лазер. Электроразрядный лазер работает на углекислом газе (СО2), молекулы которого возбуждаются электроэнергией МГД. Колебательная энергия атомов с помощью оптического резонатора преобразуется в лазерное (инфракрасное) излучение с длиной волны 10,6 мкм. Предполагалось создание энергетической установки с МГДЛ мощностью 500 кВт непрерывного действия. Эскизное проектирование установки МГДЛ было выполнено уже в начале 1975 года. Ведущим конструктором по лазерным установкам был назначен А.И.Елизаров. При эскизном проектировании было выявлено большое количество принципиальных вопросов, которые нуждались в качественной экспериментальной проверке и требовали создания ряда крупных экспериментальных стендов и сооружений. К концу 1976 года эта тема была закрыта.
Параллельно с проработкой МГДЛ мы вошли в контакт с ЦКБ «Луч» Миноборонпрома, генеральным конструктором которого в то время был Н.Д.Устинов, сын Д.Ф.Устинова. В тот период нашим ПВО и ПРО сильно досаждали выпускаемые США мейларовые воздушные шары, которые, проходя на большой высоте (до 40 км), фиксировали все наши военные объекты. Конструкция мейларовых шаров была такой, что зенитные ракеты их не уничтожали, а только прошивали насквозь, так как они состояли из большого количества изолированных секций. Появилась необходимость уничтожать их с самолета Ил-76 с помощью лазера. К этой работе привлекли ОКБ-2. Нам пришлось ознакомиться с работами по лазерам у академика Е.П.Велихова в филиале Института атомной энергии им. И.В.Курчатова (ИАЭ) в Красной Пахре и на Владимирском полигоне ЦКБ «Луч».
В результате Николай Дмитриевич остановился на газодинамическом лазере (ГДЛ) непрерывного действия. Проработки этого типа лазера мы делали совместно с ЦИАМ, который тоже начал заниматься этой проблемой. Много неясностей было с управлением лазерного луча. В этом вопросе мы начали сотрудничать с НИИ-2 нашего министерства. Все получалось громоздко, сложно и требовало создания специальной экспериментальной базы на хорошей индустриальной основе.
С 1975 до начала 1977 года ОКБ А.Н.Туполева, несмотря на то что в решении программы «Холод-2» по его инициативе было записано создание летающей лаборатории на базе самолета Ту-154, активных действий по криогенике не предпринимало, хотя его специалисты приезжали к нам и знакомились с новым для них направлением. Мы, со своей стороны, делали первые проработки элементов системы топливопитания с жидким водородом. ОКБ-2 до расформирования проводило, в основном, эксперименты на двигателе НК-144 и занималось проектными работами по переоборудованию двигателя НК-8-2У под жидкий водород. Водородная модификация этого двигателя получила наименование НК-88.
Необходимо сказать, что В.Н.Челомея «в верхах», мягко говоря, не любили. Взлет его карьеры при правлении Н.С.Хрущева был фантастическим. В 1954-1956 году наш завод имел филиал на заводе № 500 в Тушино. Он располагался в двух пролетах третьего этажа заводского корпуса. На втором этаже в одном пролете находилось ОКБ Челомея, численностью около 50 человек. Занимались они прямоточными двигателями и самолетами-снарядами типа немецкого Фау-1. В 1958 году, когда мы посещали его завод в подмосковном Реутово, это был уже большой коллектив. Затем к нему присоединились завод в Филях и другие заводы, и к 1963 году численность сотрудников его предприятия возросла до 40000 человек.
Злые языки в шутку говорили о том, что Челомей так быстро растет, что скоро Большой театр будет клубом его предприятия. Был ли вызван такой рост тем, что у Челомея работал сын Хрущева Сергей, который уже через четыре года после окончания МАИ стал лауреатом Ленинской премии, или другими родственными связями, о которых тоже поговаривали, – сказать трудно. Но, несомненно, Челомей несколько неумеренно пользовался расположением Первого секретаря ЦК КПСС. Было известно, что Н.С.Хрущев несколько раз публично подвергал Устинова разносу за то, что Челомею что-то было не поставлено в срок, а Смирнов два раза ожидал в приемной Челомея по полчаса – примет ли тот его? Такое в высших эшелонах не прощается. После отставки Н.С.Хрущева у В.Н.Челомея кое-что отобрали, но Реутово и Фили остались. Надо признать, что Челомей был талантливым конструктором, имел хороший коллектив ОКБ и много делал для Вооруженных Сил. Когда мы начали работать с его ОКБ над созданием комплекса УР-500М, его поддерживали Министерство обороны и лично министр обороны А.А.Гречко.
С начала 1975 года коллектив ОКБ-2 продолжил заниматься ЖРД 11Д111 и 11Д112. Нашими двигателями заинтересовалось ОКБ академика В.Н.Челомея для модификации своего ракетного комплекса УР-500. Этот комплекс, впоследствии названный «Протон», имел двигатели тягой 150 тонн, работавшие на компонентах топлива несимметричный диметилгидразин - азотный тетраксид разработки ОКБ В.П.Глушко. Переход в этом ракетном комплексе на двигатели той же тяги, но с компонентами керосин - жидкий кислород давал комплексу новое качество за счет существенно большей удельной тяги двигателей. Предполагалось, что новый ракетный комплекс УР-500М будет иметь двухступенчатый носитель с четырьмя двигателями 11Д111М на первой ступени и одним двигателем 11Д112М на второй ступени. В этом случае он сможет выносить на околоземную орбиту до 30 тонн полезного груза, вместо 17,85 тонн для комплекса УР-500.
При этом наши двигатели 11Д111 и 11Д112, разработанные для ракетного комплекса, нуждались в модификации. По двигателю 11Д111 необходимо было увеличить тягу со 154 до 173,8 тонн и ввести качание до 120 в одной плоскости. Модифицированный двигатель получил наименование 11Д111М. По двигателю второй ступени увеличивалась тяга до 190 тонн и вводилось качание в двух плоскостях до угла 2,50. Кроме того, на ребре жесткости выходного диаметра сопла двигателя второй ступени устанавливалось три рулевых двигателя под углом 1200 для компенсации тангажа, рыскания и крена. Этот двигатель получил наименование 11Д112М, отбор газов на рулевые двигатели осуществлялся за турбиной ТНА. Мы должны были спроектировать и изготовить рулевые двигатели. На комплексе УР-500М носитель имел центральную ступень с двигателем 11Д112М, который должен был работать с Земли, и четыре боковых блока с двигателями 11Д111М.
Работу над этим ракетным комплексом В.Н.Челомей поручил своему филиалу ЦКБМ в Филях, где главным конструктором был его заместитель Д.А.Полухин. С этим коллективом мы интенсивно работали на протяжении 1975 года, и в конце года технический проект двигателей 11Д111М и 11Д112М был завершен. Ракетный комплекс УР-500М был очень нужен стране. Тяговооруженность комплекса, которую обеспечивали наши двигатели, позволяла проводить его запуск под большим углом к экватору, благодаря чему космический корабль через короткий интервал времени мог проходить над изучаемой земной поверхностью несколько раз, охватывая каждый раз по 200-300 километров расположенных рядом участков.
26 апреля 1976 года скоропостижно скончался А.А.Гречко, и вместо него министром обороны и членом Политбюро стал Д.Ф.Устинов. Как выяснилось потом, В.Н.Челомей и не пытался продолжать в ЦК разговор по УР-500М. Он, вероятно, хорошо знал, что это бесполезно. Этим и закончились наши работы по модификации двигателей 11Д111 и 11Д112. В этот период в ОКБ-1 были неприятности с доводкой двигателя НК-25, и в конце февраля 1977 года министр авиационной промышленности П.В.Дементьев на коллегии бросил фразу: «У тебя, Николай Дмитриевич, дела по авиации идут плохо, а ты держишь 150 квалифицированных конструкторов на ЖРД и не используешь их. Быстрее закрывай все работы по ЖРД».
В марте 1977 года ОКБ-2 было полностью расформировано. Подводя итоги работы ОКБ-2, отмечу, что коллектив конструкторов, технологов, металлургов и производственников создал непревзойденные до сих пор двигатели 11Д111 (НК-33), 11Д112 (НК-43), 11Д113 (НК-39), 11Д114 (НК-31).
Постановлением Совмина СССР от 19 июля 1975 года нашему предприятию было предписано создать двигатель НК-32 для сверхзвукового стратегического бомбардировщика Ту-160. Предварительная совместная проработка НК-32 с ОКБ А.А.Туполева показала, что за базовый двигатель для этой модели целесообразно принять серийный двигатель НК-25. Поэтому в приказе МАП была отмечена необходимость максимальной унификации узлов и агрегатов обоих двигателей. Экономичность двигателя НК32 на бесфорсажных и форсажных режимах должна была быть более высокой, поэтому значения параметров термодинамического цикла были несколько выше, чем у двигателя НК-25. Степень повышения давления увеличена с 25,9 до 27,1. Температура перед турбиной поднята с 1585 до 1620 К. Степень двухконтурности уменьшилась с 1,45 до 1,4 за счет увеличения частоты вращения каскадов СД и ВД внутреннего контура. Схема каскадов и количество ступеней остались такими же, как на двигателе НК-25. Руководителем работы по созданию двигателя был назначен заместитель главного конструктора Е.М.Семенов, ведущим конструктором – Е.А.Кузьмин.
Летные испытания двигателя проходили на самолете Ту-142ЛЛ. Испытания проводились также в термобарокамере ЦИАМ. В марте 1981 года двигатель НК-32 был предъявлен на госиспытания. Учитывая высокую сложность самолета и его силовой установки, длительные сроки проведения комплекса проверок и отсутствие летных испытаний двигателя на самолете, комиссия приняла решение провести госиспытания в два этапа. На первом этапе требовалось проверить основные данные двигателя на соответствие их тактико-техническим требованиям ВВС и его надежность при стендовых испытаниях.
При завершении доводки двигателя НК-32 возникла необходимость проведения испытаний по отработке запуска двигателя при крайних положительных (60С) и крайних отрицательных (-60С) температурах окружающего воздуха. При положительных температурах испытания сложности не представляли. На вход в испытуемый двигатель подавались газы от стендового двигателя НК-8. Испытания при отрицательных температурах ограничивались проверкой в естественных условиях зимнего времени (от -200 до -300С), поэтому при проведении госиспытаний возникали прения с военным представительством. Строить специальный климатический стенд для разовых испытаний было очень дорого.
По предложению начальника отдела регулирования А.П.Анисимова провели испытание по отработке запусков при подаче на вход в двигатель распыленного жидкого азота на открытом стенде №301 на «Химзаводе». Двигатель при этом закрывался чехлом и термостатировался. Получилось и недорого, и надежно. Второй этап решено было провести с учетом новых мероприятий по экономичности и газодинамической устойчивости после летных испытаний на самолете. На серийном Куйбышевском моторостроительном объединении им. М.В.Фрунзе начал серийно выпускаться двигатель НК-32 I этапа. Для ряда режимов на изделии были получены значения тяги и удельного расхода, соответствующие тактикотехническим требованиям (ТТТ), но на бесфорсажном режиме удельный расход топлива был завышен на 3%, а на высотном скоростном форсажном режиме – на 11%. Ко второму этапу необходимо было улучшить экономичность на этих режимах.
Основные отличия двигателя II этапа от двигателя I этапа заключались в следующем:
· оптимизирована геометрия профилей и частот по высоте рабочих лопаток, лопаток направляющих аппаратов компрессоров, вследствие чего улучшились газодинамические характеристики и КПД компрессора;
· убраны бандажные полки на лопатках девятого колеса КВД;
· уменьшено гидравлическое сопротивление в наружном контуре за счет применения обтекателей и устранения уступов; ·подобраны минимальные радиальные зазоры в компрессоре и турбине за счет улучшения концентричности ротора и статора;
· на КВД применено устройство для управления радиальными зазорами;
· применены новые лабиринтные уплотнения с наклонными гребешками;
· улучшено охлаждение турбины, уменьшен расход воздуха, охлаждающего турбину;
· введена новая улучшенная профилировка рабочих и сопловых лопаток турбины;
· снижено гидравлическое сопротивление и проведено перераспределение расходов по контурам форсажной камеры.
В июле 1987 года после выполнения всех этих мероприятий двигатель НК-32 прошел государственные испытания. Недоборы по удельному расходу, выявленные по результатам госиспытаний первого этапа, были устранены. Сравнительный анализ основных данных показал, что по параметрам рабочего процесса и по абсолютным и удельным характеристикам двигатель является в своем классе самым мощным в мире. По сравнению с НК-25, двигатель НК-32 имел примерно на 5% лучший показатель экономичности в условиях крейсерского дозвукового полета. К сожалению, в связи с резким сокращением финансирования по теме в конце 1980-х и начале 1990-х годов работы по его совершенствованию были почти прекращены. Возобновились они (правда, не в полном объеме) только после того, как газогенератор НК-32 стал использоваться на двигателях НК-36СТ и НК-37 в качестве приводов для газоперекачивающих агрегатов и электрогенераторов.
Двухконтурный турбореактивный форсированный двигатель (ТРДДФ) НК-32, созданный в ОКБ Н.Д.Кузнецова, стал результатом развития многорежимных двигателей большой тяги, предназначенных для тяжелых сверхзвуковых самолетов Ту-144 (НК-144) и Ту-22М (НК-22, НК-25). Двигатель серийно выпускается с 1986 года. К середине 1990-х годов он не имел мировых аналогов, на нем впервые были приняты меры по снижению радиолокационной и инфракрасной сигнатуры.
18 декабря 1981 года состоялся первый полет межконтинентального сверхзвукового бомбардировщика Ту-160 с двигателями НК-32, изготовленными на КНПО «Труд».
9 октября 1981 года вышло Постановление Совмина СССР о создании двухконтурного двигателя НК-56. Конструктивно он был спроектирован по трехвальной схеме со смешением потоков наружного и внутреннего контуров и общим нерегулируемым соплом. Тяга двигателя на взлетном режиме – 18000 кгс, на крейсерском режиме – 3600 кгс при удельном расходе топлива 0,58 кг/кгс.ч. Для получения этих характеристик выбраны следующие параметры термодинамического цикла: степень повышения давления – 23 (на крейсерском режиме – 25,5), степень двухконтурности – 5, максимальная температура газов перед турбиной – 1571 К. Доводка двигателя шла успешно, и в начале 1984 года были проведены 500-часовое и 1000-часовое испытания по эксплуатационной программе и эквивалентное при максимальной температуре перед турбиной за ресурс 3000 часов.
В период доводки двигателя НК-56 за рубежом в стадии окончания разработки находились три двигателя в таком же классе тяг для нового поколения пассажирских самолетов. На английской фирме «Роллс-Ройс» – двигатель RB-211-535Е4, на американских фирмах «Пратт-Уитни» и «Дженерал Электрик» двигатели PW-2037 и CF680А, которые в аналогичных условиях высотного крейсерского полета имели удельные расходы топлива 0,596, 0,585 и 0,614 кг/кгс.ч, соответственно. Это сравнение показывает, что двигатель НК-56 находился в ряду лучших образцов по экономичности. Достигнутые на двигателе НК-56 высокие значения КПД узлов позволили получить взлетную тягу 18 тонн при пониженной температуре газов перед турбиной и удельный расход топлива на этом режиме 0,354 кг/кгс.ч.
Кроме того, наличие предварительного смешения потоков обоих контуров и применение звукопоглощающих панелей позволили обеспечить уровень шума в соответствии с перспективными нормами ИКАО (ИКАО от англ. ICAO – International Civil Aviation Organization – учреждение ООН, устанавливающее международные нормы гражданской авиации) на конец 1980-х годов. Казалось бы, все идет благополучно: параметры получены, сроки не сорваны, мероприятия по улучшению двигателя проведены, но решением министерства работы по нему были прекращены. Чтобы понять причины этого, необходимо распутать сложный клубок человеческих взаимоотношений и технических решений.
Наш двигатель НК-56 создавался по техническому заданию КБ Г.В.Новожилова для дальнемагистрального самолета Ил-96 с взлетной тягой 18 тонн, рассчитанного на перевозку 350 пассажиров. Для среднемагистрального самолета Ту-204 разрабатывался двигатель ПС-90 пермского КБ П.А.Соловьева с тягой 16 тонн. Николай Дмитриевич пропагандировал идею создания единого газогенератора на оба типа самолетов. Помимо сторонников, у этой идеи были противники, главным аргументом которых был следующий: если на двигателе возникнет (проявится в ходе длительной эксплуатации) аварийный дефект, то остановится вся дальне- и среднемагистральная авиация, как это случилось в 1968 году, когда из-за дефекта на двигателе главного конструктора запорожского ОКБ А.Г.Ивченко остановился весь парк самолетов: Ил-18, Ан-12, Ан-10.
Другим аргументом было то, что в СССР три ОКБ занимались двигателями для самолетов гражданской авиации, и если принять единый унифицированный газогенератор Кузнецова, то что делать остальным? В.А.Казаков, хотя и поддерживал Николая Дмитриевича, но решения не принимал. В конце 1981 года министром был назначен И.С.Силаев, с которым у Николая Дмитриевича отношения не сложились.
Николай Дмитриевич, не получив четкого ответа на предложение по унифицированному газогенератору, решил обратиться в ЦК КПСС. Вместе с Г.М.Гореловым он поехал к заведующему сектором авиационной промышленности ЦК КПСС М.К.Редькину и рассказал о своих соображениях и о том, что Силаев не принимает никакого решения. Редькин согласился с доводами Николая Дмитриевича и после его отъезда связался с министром. Со слов заместителя министра Н.А.Дондукова, Силаев рассвирепел, узнав об обращении Кузнецова в ЦК КПСС, и ответил Редькину, что предложение об унифицированном газогенераторе он принял, но считает, что необходимо объявить конкурс и из двух вариантов (НК-56 и ПС-90) выбрать наиболее приемлемый для промышленности. В отместку Николаю Дмитриевичу И.С.Силаев вместе со своим заместителем Л.М.Шкадовым начал оказывать давление на Г.В.Новожилова, чтобы тот заказал двигатель не на 18 тонн взлетной тяги, а на 16.
Впоследствии Новожилов рассказал Кузнецову, что у него в министерстве был очень тяжелый разговор, исход которого решили слова министра: «Генрих Васильевич, Вы все время спорите и не принимаете предложений от руководства министерства. Создается впечатление, что Вы не хотите работать со мной. Что же мне делать в этой ситуации – расстаться с Вами?». Новожилов признался, что был вынужден принять поставленные условия, хотя это и приводило к тому, что самолет требовалось переделать в расчете на 300 пассажиров. Он даже выразил Николаю Дмитриевичу свое неудовольствие по поводу того, что они теперь вынуждены менять уже сданную в производство на Воронежский серийный авиационный завод техническую документацию. Немаловажным оказалось и то обстоятельство, что многие руководители в двигателестроительной подотрасли нашего министерства были выходцами из пермского КБ и завода. Конечно, они всеми силами старались, чтобы в жизнь пошел двигатель из Перми. ЦИАМ в этой ситуации занял нейтральную позицию.
Очень странно себя повел в сложившихся обстоятельствах и А.А.Туполев. Его ОКБ проектировало двухдвигательный самолет Ту-204. При отказе одного двигателя самолету не хватало тяги 16 тонн, нужно было вводить чрезвычайный режим до 18 тонн. Но Туполев предпочел промолчать. Кроме того, в мировой практике двигатель всегда закладывается с резервом по тяге, потому что во время создания самолета постоянно растут требования по комфорту и обслуживанию пассажиров, улучшению аэронавигационных систем, шумоглушению, а это приводит к увеличению взлетного веса. Руководители нашего министерства решили заложить в единый двигатель для двух самолетов Ил-96 и Ту-204 расчетную тягу без резерва.
В итоге, ничего не оставалось делать, как начать проектирование нового двигателя на 16 тонн взлетной тяги, который получил наименование НК-64. Двигатель имел следующие параметры: привзлетная тяга - 16 тонн при удельном расходе топлива 0,37 кг/кгс.ч; крейсерская тяга – 3500 кгс при удельном расходе топлива 0,58 кг/кгс.ч. Для обеспечения требуемых данных были выбраны следующие параметры термодинамического цикла: степень повышения давления – 23,5; максимальная температура газов перед турбиной – 1548 К; степень двухконтурности – 4,33. Диаметр двигателя НК-64 был 1860 мм против 2050 мм для двигателя НК-56. Вентиляторная ступень проектировалась заново с учетом опыта доводки вентилятора двигателя НК-56. Направляющий аппарат был включен в силовую схему двигателя (связь корпуса внутреннего каскада с наружной оболочкой), поэтому его лопатки были широкохордными. У компрессора среднего давления (КСД) изменена профилировка рабочих и направляющих аппаратов двух первых ступеней. Компрессор высокого давления (КВД) был изменен только по направляющему аппарату первой ступени. Камера сгорания, по сравнению с двигателем НК-56, была совершенно новой, ее жаровая часть уменьшена на 120 мм для сокращения времени пребывания в ней топливовоздушной смеси с целью улучшения экологических характеристик двигателя. Естественно, корпус камеры сгорания тоже был новым. Полностью изменена профилировка всех каскадов турбины, конструкция турбины низкого давления (КНД) сделана новой.
Первый полноразмерный двигатель НК-64 был испытан в апреле 1984 года, второй отправлен в термобарокамеру (ТБК) ЦИАМ для подтверждения высотно-скоростных характеристик. В ТБК основной параметр – удельный расход топлива на высотном крейсерском режиме – получен не был, сказалось отсутствие серьезной доводки. Двигатель создавался в большой спешке, связанной со сроками объявленного конкурса. Конкурсная комиссия начала работать уже в конце 1984 года. Николай Дмитриевич договорился с И.С.Силаевым, что обсуждение конкурсных проектов на совместной коллегии МАП и МГА состоится в присутствии разработчиков. В марте 1985 года Кузнецов отдыхал в санатории «Барвиха» под Москвой. С собой он взял все плакаты по двигателю и предупредил нашего московского представителя С.М.Гиршовича, чтобы тот был готов в любой момент ассистировать ему во время доклада.
Однако доклад не состоялся: 20 марта 1985 года без обсуждения и в нарушение всех договоренностей было принято решение в пользу двигателя ПС-90. Протокол конкурсной комиссии подписали только председатель – начальник ЦИАМ Д.А.Огородников и его заместитель – начальник ЦАГИ Г.П.Свищев. Понятно, это был удар не только по нашему предприятию, но и лично по Николаю Дмитриевичу. Но главный удар пришелся на нашу гражданскую авиацию, которая в ожидании двигателя ПС-90 долгие годы была вынуждена обращаться за двигателями к иностранным компаниям.
Учитывая, что оба ОКБ занимались самолетами с нижним расположением крыла, установить на них двигатель с открытым винтовентилятором было довольно сложно, особенно из-за влияния земли при взлете и посадке. Тем не менее, основательное термодинамическое исследование двигателя с задним расположением винтовентилятора открытого типа привело Николая Дмитриевича к решению создать его и исследовать на стенде, так как удельный расход топлива получался очень хорошим – на 20-25% ниже, чем у разрабатываемых за рубежом двухконтурных двигателей следующего поколения. Двигатель был назван НК-110. Он закладывался со следующими параметрами: взлетная тяга - 18 тонн, мощность передаваемая на винтовентилятор, – 19300 л.с., удельный расход топлива на крейсерском режиме – 0,44 кг/кгс.ч, степень повышения давления на крейсерском режиме – 39,1 и 26,1 на взлетном режиме, тяга на крейсерском режиме – 3500 кгс, максимальная температура газа перед турбиной – 1620 К. Создать такой двигатель на уже имевшемся унифицированном газогенераторе было нельзя, поэтому был разработан новый двигатель с двухкаскадным газогенератором. За турбиной низкого давления располагалась трехступенчатая турбина привода винтовентилятора, которая через дифференциально-планетарный редуктор приводила во вращение двухступенчатый винтовентилятор противоположного вращения. Камера сгорания – многофорсуночная, как на НК-64.
В декабре 1987 года начались испытания каскада высокого давления двигателя на стенде №3 ИС-23. В ноябре и декабре 1988 года были проведены испытания газогенератора и полноразмерного двигателя на открытом акустическом стенде «Химзавода». На первом испытании вместо винтовентилятора был установлен обрезанный до 4,7 м воздушный винт АВ-90. Результаты первых испытаний подтвердили правильность термодинамических расчетов. Основной параметр – удельный расход топлива на взлетном режиме в земных условиях – по расчету должен быть 0,17 кг/кгс.ч, а получили – 0,19 кг/кгс.ч. Таким образом, была подтверждена высокая экономичность этого типа двигателя, позволяющая существенно улучшить топливную экономичность самолетов. Самолетные ОКБ настаивали на закапотированном винтовентиляторе из-за возможности более активно бороться на нем с шумом и получить больший, чем у открытого винтовентилятора, КПД и меньший удельный расход топлива. В связи с этим работы по доводке двигателя НК-110 не проводились.
В дальнейшем все двигатели разрабатывались с закапотированным винтовентилятором. Одним из первых был проработан и выпущен проект двигателя НК-63 со взлетной тягой 30 тонн для широкофюзеляжных большой вместимости пассажирских и большегрузных транспортных самолетов. НК-63 был скомпонован из двигателя НК-32 и двухступенчатого закапотированного винтовентилятора, расположенного впереди компрессора. Газовоздушный тракт был усовершенствован с учетом мероприятий по увеличению КПД компрессора и турбины. Винтовентилятор состоял из двухсоосных ступеней, вращающихся в противоположных направлениях. Поворотные лопасти обеспечивали отрицательную тягу при реверсировании. Было предусмотрено широкое применение звукопоглощающих конструкций. Как было отмечено ранее, за рубежом уже рассматривали применение двигателей больших тяг, но в конце 1980-х годов наши самолетчики к этому еще не подошли, и двигатель НК-63 не был востребован.
ОКБ Новожилова для проекта транспортного самолета потребовался двигатель меньшей размерности со взлетной тягой 18 тонн. Это подвело Николая Дмитриевича к идее создания газотурбинного двигателя нового типа – винтовентиляторного двигателя со сверхвысокой степенью двухконтурности. Проектные и экспериментальные исследования по выбору оптимальной схемы винтовентилятора, расположения редуктора, связывающего турбину с винтовентилятором, выбору оптимальной конструктивной схемы и размерности двигателя длились несколько лет. В конце 1988 года ОКБ приступило к проектированию двигателя НК-93 с тягой 18 тонн на взлетном режиме.
Уже в 1989 году самолетчики проявили большой интерес к НК-93 и начали прорабатывать возможность его применения вместо двигателя ПС-90: ОКБ Г.В.Новожилова для самолета Ил-96 и его модификаций, ОКБ А.А.Туполева для самолета Ту-204. Постановление Совмина СССР о создании турбовинтовентиляторного двигателя НК-93 со сверхвысокой степенью двухконтурности 16,7 вышло 6 декабря 1990 года. Руководителем работ был назначен заместитель главного конструктора В.С.Осипов, ведущим конструктором – А.И.Лоцман. С 2001 года работу по двигателю возглавил заместитель главного конструктора В.Р.Вехов. Двигатель был выполнен по трехкаскадной схеме: двухступенчатый винтовентилятор с регулируемым углом установки лопастей винтовентилятора, связанный через планетарно-дифференциальный редуктор мощностью 30000 л.с. с трехступенчатой турбиной; семиступенчатый компрессор низкого давления, приводимый одной ступенью турбины; восьмиступенчатый компрессор высокого давления, приводимый одной ступенью турбины. Степень двухконтурности в зависимости от режима полета менялось от 16 до 18, а степень повышения давления в компрессоре – от 28 до 39.
Для оценки основных технических данных двигателя НК-93 на стенде и в полете потребовалась разработка принципиально новой комплексной методики экспериментальной отработки характеристик двигателя со сверхвысокой двухконтурностью. Это связано с тем, что двигатель с диаметром винтовентилятора 2900 мм не мог проходить испытания в термобарокамере ЦИАМ. Поэтому в основе новой методики, по предложению Б.Д.Фишбейна и С.А.Сватенко, был заложен большой объем испытаний газогенератора в стендовых условиях, модельные испытания винтовентилятора и воздухозаборника, испытания газогенератора в ТБК ЦИАМ и полноразмерного двигателя на летающей лаборатории. Для испытаний модернизировали два стенда в испытательном цехе №14 и открытый акустический стенд на «Химзаводе». На открытом стенде измерялись акустические характеристики в соответствии с перспективными требованиями ИКАО. На этом же стенде проводились испытания, имитирующие взлетно-посадочные условия.
Первый двигатель был испытан в декабре 1989 года. В результате испытаний получена тяга до 20,5 тонн. Расчетно-аналитическая и экспериментальная отработки двигателя показали, что возможно обеспечить необходимые запасы прочности узлов и элементов двигателя на ресурс 20000 часов. Основные задачи в доводке двигателя заключались в устранении недоборов по параметрам турбины, компрессора, проведении ресурсных испытаний всего двигателя и подготовке двигателя к установке на летающую лабораторию. Серийное производство предполагалось на ОАО «Моторостроитель», ОАО «Металлист-Самара» и ОАО «КМПО». 3 мая 2007 года состоялся первый полет летающей лаборатории ИЛ-76ЛЛ с двигателями НК-93. В 2007 году двигатель НК-93 был представлен в экспозиции нашего предприятия на международном аэрокосмическом салоне «МАКС-2007». К большому нашему сожалению, этот принципиально новый двигатель XXI века для гражданской авиации, характеризующий новый шаг в ее развитии, оказался в положении пасынка, на которого правительство страны не обращало внимания.
С 1991 году начались переговоры с американской фирмой «Аэроджет» о возможности применения двигателя НК-33 (11Д111) на американских ракетах «Атлас», «Дельта» и «Титан». Здесь необходимо вернуться немного назад. После того как была закрыта тема Н-1 (Постановлением ЦК КПСС и ССИ СССР №132-51 от 17 февраля 1976 года), нашему предприятию предписывалось в трехмесячный срок списать все затраты по теме, а изготовленную материальную часть уничтожить. Это касалось двигателей и на складах серийного завода, и на нашем предприятии (у нас их скопилось более 150).
При списании затрат требовалось предоставить акты об уничтожении двигателей. Перед выходом этого Постановления Николай Дмитриевич распорядился перевезти все двигатели с серийного завода на склад «Химзавода». Проверять выполнение распоряжения на двигательные заводы города Самары приехал заместитель начальника главка Минфина СССР. Много сил пришлось потратить мне и, особенно, Николаю Дмитриевичу, чтобы убедить этого человека не уничтожать изделия. К счастью, он оказался умным и технически грамотным специалистом. Он закрыл глаза на то, что двигатели не были уничтожены, а оставлены на балансе завода как металлолом. Так нам удалось их сохранить. Именно об этих законсервированных двигателях и шли переговоры с фирмой «Аэроджет».
Переговоры были длительными и только к концу 1994 года приобрели законченную форму, стороны пришли к согласию. Одним из условий покупки двигателей НК-33 американцы выдвинули проведение испытания одного из них на их стенде. В 1995 году двигатель № Ф115026М выпуска 1973 года был направлен на испытание. Без съема двигателя со стенда фирмы «Аэроджет» было проведено пять пусков с суммарной наработкой 410 секунд. Двигатель НК-33, простоявший на складе более 20 лет, показал все требуемые данные. Это была сенсация. После этого в 1996 году был подписан контракт с американцами на поставку 12 двигателей НК-33.
В 1997 году в «Аэроджет» было отправлено еще 34 двигателя: 25 двигателей НК-33 и 9 двигателей НК-43 (11Д112), так как американцев заинтересовала и вторая ступень с высотным соплом. Очень жаль, что в своем отечестве эти двигатели не нашли применения, и нам пришлось для выживания коллектива продать их США. Даже приблизительно похожих по параметрам двигателей в классе тяги 130-170 тонн у американцев не было. Достаточно сказать, что в США только два двигателя были сделаны по замкнутой схеме, и те на компонентах жидкий водород и жидкий кислород, а на компонентах керосин - жидкий кислород по замкнутой схеме не было сделано ни одного.