Советские авиационные конструкторы А.М. Люлька и Н.Д. Кузнецов

В начале 30-х годов группа инженеров Военно-воздушной академии имени Н.Е. Жуковского под руководством профессора В.В. Уварова работала над созданием двигателей новой, никому не известной конструкции. Это были газотурбинные двигатели. В это время несколькими конструкторскими группами в Москве, Ленинграде и Харькове было поручено спроектировать паровые авиационные турбины для больших самолетов, разрабатываемых А.Н. Туполевым. Попытка применить в авиации паровые турбины вызвалась тем, что возможное использование пара в качестве рабочего тела и его дешевизна на первый взгляд сулили экономичность, простоту и легкость. В Харьковском авиационном институте (ХАИ) проектировалась авиационная паровая турбина, а также конденсатор для охлаждения и преобразования в воду пара, отработанная самолетной установкой. Однако если проектирование турбины осуществлялось более или менее успешно, то с преобразователем пара в воду дела обстояли иначе. Большое лобовое сопротивление радиатора этой установки сводило на нет экономические преимущества всей установки перед авиационными дизельными установками. Также, объем конденсатора получался чрезмерно большим.

В поисках средств повышения экономичности паровой установки принимается решение ввести в эту установку вспомогательную газовую турбину. Появляется новое название - парогазотурбинная установка. Впрочем, в дальнейшем пришлось отказаться в схеме силовой установки от пара и перейти к чисто газотурбинному двигателю. Это произошло в 1937 году.

В те годы камнем преткновения при проектировании и постройке новой силовой установки явилась газовая турбина. Ее применение в турбореактивных двигателях эффективно при высокой температуре газа перед лопатками турбины. Материалов же, работающих в условиях высоких температур, в то время не было, и трудно было ожидать их появления в ближайшем будущем. Так и встал вопрос о создании для авиации низкотемпературных турбореактивных двигателях.

Работы шли медленно. Однако, в результате появился проект "Ракетный турбореактивный двигатель" (А.М. Люлька). Но поскольку этот проект не нашел поддержки со стороны членов совета института, Люлька отправляется в Москву. Экспертная комиссия, в состав которой входил профессор В.В. Уваров, одобрила выдвинутые в проекте предложения по созданию силовой установки подобного типа.

В.В. Уваров занимался разработкой и созданием турбовинтовых двигателей и считался крупным специалистом в области этого нового вида силовых установок для авиации. Больше всего в проекте В.В. Уварова заинтересовало теоретически обоснованное применение относительно низких температур рабочих лопатках турбины.

Люлька А.М. переводится из ХАИ в СКБ-1 (специальное конструкторское бюро).

Специальное Конструкторское Бюро, созданное по решению правительства, работало при заводе, имевшим хорошую производительную и экспериментальную базу. В этом бюро велись работы по парогазотурбинным установкам, а также турбореактивным двигателям. Руководителем проекта турбореактивного двигателя и стал А.М. Люлька.

В короткое время, а это был предвоенный период, в СКБ-1 удалось завершить выполнение рабочего проекта реактивного двигателя РД-1, который должен был иметь тягу 530кгс, и подготовить рабочие чертежи всех узлов и деталей двигателя. Вопрос о парогазотурбинных установках для авиации к этому времени был снят, и реактивный двигатель, турбореактивный в частности, является и в настоящее время наиболее перспективным авиационным двигателем.

В целях повышения экономичности А.М. Люлька предложил схему двухконтурного турбореактивного двигателя. Таким образом, приоритет в разработке схемы двухконтурного турбореактивного двигателя принадлежит советским конструкторам.

Предполагаемый двигатель отличается от известного турбореактивного двигателя применением низконапорного вентилятора, установленного за входным диффузором двигателя, и разделительного потока воздуха за вентилятором на два потока, из которых проходит через компрессор, камеру сгорания и турбину, образующие внутренний контур, а другой - по внешнему контуру, смешиваясь затем с продуктами сгорания внутреннего контура перед общим реактивным соплом.

Предлагаемый двигатель имеет преимущество в экономичности перед одноконтурным турбореактивным авиационным двигателем при умеренных скоростях полета.

Наряду с работами по двухконтурной схеме двигателя в 1939-1941гг.А.М. Люлька впервые начал заниматься разработками различных схем воздушно-реактивных двигателей, в то числе и схемой ТРД с форсажным устройством.

К маю 1941г. двигатель на 70% был готов в металле. На стенде работали камера сгорания и турбина, в производстве находился компрессор - собственно, это основное, из чего состоит газотурбинный двигатель.

Началась Великая Отечественная Война. Но оставалась необходимость форсирования у нас в стране работ по реактивным двигателям и самолетам.

В 1941 году решением Государственного Комитета Обороны был создан специализированный научно-исследовательский институт по разработке и конструированию для авиации реактивных двигателей всех видов. Там же организуется отдел по исследованию и конструированию турбореактивных двигателей. Руководителем его стал А.М. Люлька.

В 1945г. первый отечественный турбореактивный двигатель был собран и установлен на испытательном стенде. В ходе испытаний удалось достигнуть заветной цифры: тяга - 1250кгс, как и предполагалось по проекту.

По общему предложению представителей промышленности и военных специалистов правительство утверждает решение о постройке летного варианта двигателя, который получил наименование ТР-1 (турбореактивный первый). Для выполнения этого задания была создана экспериментальная база и выделен опытный завод. Главным конструктором назначается А.М. Люлька. В 1947г. двигатель ТР-1 прошел все Государственные испытания на стенде, в ходе которых были получены проектные данные и проверена его надежность. Тяга двигателя составляла 1360кгс, что явилось достаточным для установки его на опытных самолетах П.О. Сухого и С.В. Ильюшина.

28 мая 1947 года был осуществлен первый полет самолета Су-11 с двигателями ТР-1.

В 1946г. коллектив, руководимый А.М. Люлькой, приступает к созданию двигателя тягой 4500кгс, получившего наименование ВРД-5 или ТР-3. Позже этот двигатель под маркой АЛ-5 был запущен в серийное производство.

Параллельно А.М. Люлька занимался проблемой конструирования сверхзвукового компрессора, создание которого позволило бы уменьшить массу и габариты двигателя. Завершением этих работ явилось создание в 1952г. двигателя ТР-7 с осевым компрессором, имеющим первую сверхзвуковую ступень компрессора.

Двигатель ТР-7 (АЛ-7) в своем первоначальном варианте имел тягу 6500кгс и был предназначен для установки на самолет Ил-54.

В области гражданской авиации двигатель А.М. Люльки были установлены на самолете Ту-110, рассчитанном на размещении в его пассажирской кабине 100 человек.

С двигателями, созданными под руководством А.М. Люльки, было установлено на самолетах П.О. Сухого и Г.М. Бериева свыше двадцати мировых рекордов скорости и высоты полета.

Николай Дмитриевич Кузнецов

Среди конструкторов отечественных авиационных двигателей одно из ведущих мест принадлежит Н.Д. Кузнецову.

В конце сороковых годов наша промышленность выпускает первые отечественные реактивные двигатели. В связи с этим направления развития реактивных двигателей были неодинаковы, например, для самолетов-истребителей и бомбардировщиков с небольшим и средним радиусом действия. Для летательных аппаратов (в дальнейшем ЛА), которым в первую очередь необходимо было иметь большую дальность и продолжительность полета (стратегический бомбардировщик), требовалось создать дотоле неизвестный в авиационной технике турбовинтовой двигатель (ТВД). По сравнению с турбореактивными двигателями конструкция ТВД сложнее, более сложна и система регулирования, так как необходимо регулировать углы установки лопастей воздушного винта в зависимости от условий и режима полета.

Первым турбореактивным двигателем, созданным в конце 40-х годов в конструкторском бюро, руководимым Н.Д. Кузнецовым, стал двигатель ТВ-Д.

На основе обширных теоретических и экспериментальных работ, проведенных по турбовинтовым двигателям, в начале 50-х годов ОКБ приступило к созданию мощного и экономичного двигателя НК-12. Этот двигатель имел высокую для того времени степень повышения давления в компрессоре и температуру газа перед турбиной, без чего нельзя было получить хорошие данные как по мощности, так и по расходу топлива, что потребовало освоения новых, более жаропрочных материалов. Впервые в этом конструкторском бюро был применен новый высокожаропрочный сплав для изготовления литых монолитных и пустотелых охлаждаемых лопаток оригинальной конструкции, которые применяются в настоящее время на некоторых типах реактивных двигателей.

Турбовинтовой двигатель НК-12 развивал невиданную мощность - 15000л. с. Естественно, потребовалось создание надежного авиационного редуктора для передачи этой мощности.

В ОКБ Н.Д. Кузнецова эта особо сложная задача была решена в содружестве с М.Л. Новиковым - профессором Военно-воздушной академии имени Н.Е. Жуковского благодаря применению зубчатых передач оригинальной конструкции. Для обеспечения устойчивого регулирования всей комплексной силовой установки с огромными соосными винтами, вращающимися в противоположные стороны, требовались совместные усилия двигателистов, винтовиков и самолетчиков. Недаром в одном из первых полетов на самолете с этими двигателями А.Н. Туполев тщательно изучал все тонкости поведения не только силовой установки, но и самолета в целом. Двигатель НК-12 был создан в начале 50-х годов, однако до настоящего времени он является наиболее мощной и экономической силовой установкой этого типа в мировой практике.

Немало времени пришлось затратить на выбор силовой установки для самолета, который должен был иметь грузоподъемность и дальность полета большие, чем любой из существующих отечественных и зарубежных ЛА. После рассмотрения нескольких проектов самолетов с двигателями различных типов, заказчики единодушно решили отдать предпочтение турбовинтовому самолету.

В результате стендовых испытаний модификации двигателя НК-12, установки их на макете самолета и всякого рода "примерок" в наземных условиях и на летающих лабораториях в очень короткие сроки был создан самый грузоподъемный в мире самолет Ан-22.

Силовая установка, разработанная конструкторским бюро Н.Д. Кузнецова, по-видимому, завершает создание этого типа двигателей (мощных ТВД для магистральных самолетов) как в нашей стране, так и за рубежом. Объясняется это тем, что появился газотурбинный двигатель нового типа - двухконтурный (турбовентиляторный). Мы писали об этом раньше.

Вопросы уменьшения шума, создаваемого двигателя, особенно для пассажирских самолетов, всегда привлекали внимание ученых, конструкторов и эксплуатационников. Они встали еще острее при увеличении тяги двигателей современных самолетов.

Именно по этим причинам конструкторское бюро, руководимое Н.Д. Кузнецовым, в 1960 году, приступило к разработке двухконтурного двигателя НК-8, предназначавшегося для межконтинентального пассажирского лайнера Ил-62. Позднее выпускается его улучшенная модификация - НК-8-4. Для самолета Ту-154 был создан еще один вариант этого семейства - НК-8-2. Двухконтурные двигатели должны были иметь данные на уровне современных зарубежных силовых установок, что и было достигнуто благодаря простоте выбранной конструкции двигателя с малым количеством опор, умеренной степени повышенного давления и широкому применению сравнительно новых в авиационном двигателестроении титановых сплавов. Помимо требуемых технических характеристик двигатель, предназначенный для установки на пассажирском самолете, должен отличаться повышенной надежностью.

В конструкции двухконтурного двигателя для первого советского аэробуса Ил-86 получили дальнейшее развитие лучшие черты двигателей семейства НК-8, реализованные в эксплуатацию на самолеты Ил-62.

Под руководством Н.Д. Кузнецова созданы двигатели многих типов для различных аппаратов.

Список литературы

1. Пономарев А.Н. "Советские авиационные конструкторы". Москва, Воениздат, 1990.

2. "История отечественной гражданской авиации". Москва, Воздушный транспорт, 1996.