Битва за скорость. Великая война авиамоторов

Августинович Валерий

Следующим шагом в развитии американской бомбардировочной авиации планировался переход сначала к сверхзвуковым (М=2), а затем и к гиперзвуковым (М3) самолетам. В США предполагали, что сверхзвуковой, а тем более гиперзвуковой бомбардировщик будет неуязвим как для авиационных, так и уже для появившихся ракетных средств ПВО. И, конечно, были уверены, что СССР не сможет создать аналогичный гиперзвуковой самолет. Для этого нужен совершенно другой уровень развития науки и техники: нужны новые конструкционные материалы, новое термостабильное топливо, наконец, нужны новые мощные двигатели, способные работать в таком широком диапазоне скоростей полета при высоких температурах воздуха на входе в двигатель. Ведь при торможении потока воздуха от скорости М=3 его температура достигает 300 °C. Хотя, как мы уже отмечали, по части двигателей СССР в это время были впереди США: для «бомберов» нужны были мощные двигатели, которых тогда в США не было. И это сыграло не последнюю роль в том, что, в общем, это соревнование

СССР не только не проиграл, но и, можно сказать, выиграл «по очкам». Но наши «стратеги» не смогли должным образом воспользоваться разработками советских инженеров.

Американский четырехмоторный сверхзвуковой (М=2) бомбардировщик В-58 «Хастлер» пришел на замену самолета предыдущего поколения В-47. И тот и другой, строго говоря, не были стратегическими бомбардировщиками — их дальность полета до 7000 км позволяла им оперировать против СССР без дозаправки в воздухе только с военно-воздушных баз, расположенных вне территории США вблизи границ Советского Союза. На самолете В-58 стояли все те же самые распространенные в американской авиации двигатели J-79-GE, т. е. конструкторские наработки еще немецкого наследия, модифицированные фирмой «Дженерал Электрик». Бомбардировщик В-58 прожил «тихую» жизнь, не участвуя в локальных конфликтах, и быстро и незаметно сошел со сцены. Этому способствовали и его некоторые (какие? — неизвестно) недостатки. Правда, на парижском авиасалоне в Ле-Бурже этот самолет потерпел громкую катастрофу во время выполнения «бочки» на высоте 300 метров. Фирма «Конвэр», которая его разработала, тоже долго не прожила. Самой инновационной в США была фирма «Нортроп», по имени знаменитого авиаконструктора, автора аэродинамической схемы «летающее крыло». По идее, именно этой фирме нужно было давать приоритет при раздаче заказов Министерства обороны. Но в США, как и везде, действуют законы бюрократии: несмотря на объявляемый «конкурс», заказы раздаются по списку, чтобы реализовать принцип «всем сестрам по серьгам», т. е. никого не обидеть. В результате время от времени появляются, прямо скажем, не очень удачные проекты.

Тем временем в Советском Союзе не отстают от США: постановлением Совмина и ЦК КПСС новаторскому ОКБ Мясищева поручается разработка сверхзвукового (максимальное число М полета равно 1,8) четырехмоторного бомбардировщика М-50. На этот самолет планируется поставить двигатели 16–17 разработки Казанского ОКБ-16 П. Ф. Зубца. По сути, «зубцовские» двигатели, ведущие свое происхождение от АМ-3 (Ту-16), и по тяге, и по схеме находились в одном классе с добрынинскими (16 тонн с форсажем). Не очень понятно, из чего исходили, поручая ОКБ-16 создание двигателя для М-50. Скорее всего, это была все та же борьба за серийные заводы. В случае победы добрынинцев большой Казанский моторный завод стал бы производить ВД-7М, а ОКБ Зубца осталось бы не у дел. Но жизнь распорядилась иначе. К моменту эффектной демонстрации первого М-50 в воздушном параде в Тушино в июле 1961 г. ОКБ Мясищева уже более чем полгода назад как закрыто, двигатели Зубца еще не прошли летных испытаний и поэтому не могут быть поставлены на самолет. Самолет М-50 был красив и оригинален. Триумфальный, оказавшийся последним полет единственного четырехмоторного М-50 состоялся с двигателями ВД-7. На подкрыльевых пилонах стояли форсажные ВД-7М, а на консолях крыла — бесфорсажные ВД-7Б с временно ограниченной тягой из-за нерешенных проблем со сверхзвуковой ступенью компрессора. Во время подготовки к тренировочным полетам на борту этого самолета меняли бортовой номер для дезориентации иностранных разведок о реальном количестве таких самолетов. Двигатель «16–17» не пошел, а вот ВД-7М в составе разведчикаТу-22Р эксплуатировался долго и успешно, исключая конфуз в кавказской войне с Грузией в августе 2008 г. Но к этому времени он уже был заменен на НК-22.

Начало 1960-х. Проект фирмы «Норт Америкен» «Валькирия» ХВ-70—ударный и разведывательный самолет США на максимальную скорость полета 3200 км/час, или числом Маха, равном 3. Серьезная и амбициозная заявка, что видно из названия проекта. А вот двигатель J-93-GE для этого самолета, спроектированный на фирме «Дженерал Электрик», воображение не поражает. Эволюционное развитие все того же J-79-GE, что признают и сами американцы. Спустя десять лет после того, как в СССР начали проектировать ВД-7, американцы только-только приблизились к этой размерности по тяге (13–15 тонн с форсажем) на J-93. Его предшественник J-79 имел тягу в диапазоне 7–8 тонн с форсажем, т. е. в два раза меньше. Фактор размерности необходимо учитывать, помня закон «куба-квадрата». При чисто геометрическом моделировании готового двигателя, когда, казалось бы, выполняется и кинематическое подобие потока и никаких сюрпризов ждать неоткуда, можно неожиданно «напороться» на проблемы.

В Советском Союзе после конкурса в 1962 г. запускается аналогичный «Валькирии» проект самолета Т-4 в КБ П. О. Сухого. Опытные самолеты Сухого традиционно имели индексы «С» («стреловидное крыло») или «Т» («треугольное крыло»). Двигатель для этого проекта разрабатывает Рыбинское ОКБ В. Д. Добрынина тягой 16 тонн с форсажем. К 1968 г. двигатель РД36-41 готов для летных испытаний В это время Добрынин уже, к сожалению, покидает

ОКБ, уходя на пенсию, и поэтому его инициалы не сохраняются в марке двигателя: остается только «номерная» марка ОКБ-36. Двигатель по схеме — традиционно «добрынинский»: одновальный турбореактивный. Многоступенчатый (11 ступеней) компрессор с поворотными рядами статорных лопаток приводится двухступенчатой турбиной. В отличие от ВД-7 многострадальную сверхзвуковую ступень компрессора заменили двумя дозвуковыми ступенями. Кроме того, появилась форсажная камера и регулируемое сужающе-расширяющееся сопло — непременные атрибуты двигателей для сверхзвуковых самолетов. Затем, как всегда, начинается длительная «обедня» — цикл обязательных испытаний: специальных, ресурсных, летных на летающей лаборатории Ту-16 и т. д., и т. п. Помимо этого, необходимо устранять дефекты, исправлять ошибки, настраивать системы, осваивать двигатель в серийном производстве. Почти десять лет работы и 30 изготовленных опытных двигателей.

Если сравнить советский РД36-41 и американский J-93-GE, то они — почти как близнецы, «американец» — чуть полегче. Это даже дало повод американцам упрекнуть Рыбинское КБ в плагиате, но, как мы уже отмечали ранее, даже при наличии технической документации воспроизвести двигатель не так-то просто. Здесь же у ОКБ Добрынина конструкторский задел по двигателям такой размерности был побольше американского: за спиной были и ВД-7, и ВД-7М для дозвукового «ЗМ» и сверхзвукового М-50. Так что облик двигателя для такого типа самолета определялся самим объектом и наличием опыта. Новым для ОКБ-36 и всего советского авиадвигателе-строения здесь было максимальное значение скорости полета — 3200 км/час и связанные с этим проблемы теплового состояния систем двигателя (агрегаты масло-система и т. д.) и большой степени расширения в сопле. Не нужно забывать, что температура воздуха на входе в двигатель после сжатия набегающего потока со скоростью, в три раза превышающей скорость звука, достигает свыше 300 °C. То есть ниже этого уровня температуры воздуха в двигателе нет. Как и чем охлаждать те же агрегаты? Решение — известное: агрегаты поместить в охлаждаемый контейнер, но хватит ли хладоресурса для топлива? Летные испытания показали, что все нормально.

Осуществить полное расширение в механически регулируемом (по площади критического сечения и одновременно по соотношению площадей выходного и критического сечений) сопле с большим перепадом давления и при этом не набрать лишнего веса — задача очень сложная. Створки сопла типа лепестков тюльпана — тонкие и длинные, а следовательно, жесткость их низкая. Трудно обеспечить геометрию сечения сопла, створки нужно охлаждать, а для предотвращения их автоколебаний — снабжать специальными клапанами для выравнивания аэродинамических сил, действующих на створки. Наконец, сам привод для перемещения створок является сложным узлом. Этот привод обычно представляет собой гирлянду (до 18 штук) гидроцилиндров с поршнями, управляемыми топливом под большим давлением, синхронизирующее кольцо и т. д.

Как вспоминает Самойлович, зам. главного конструктора ОКБ П. О. Сухого по проекту Т-4, о процессе создания этого уникального самолета:

«В результате «мозговой атаки» было разработано более 130 вариантов компоновочных схем, из них 34 получили полуофициальное признание и были поставлены на инвентарный учет. В том числе рассматривались компоновочные схемы с ядерными двигателями и с двигателями, работающими на водороде. На основе нескольких компоновочных схем были разработаны сверхзвуковые пассажирские самолеты. Итак, круг поисков сократился в 4 раза, но до выбора окончательного варианта было еще очень далеко. Было ясно, что компоновка двигательной установки должна быть «пакетной», т. е. с размещением всех двигателей в одной мотогондоле. В итоге мы пришли к компоновочной схеме по типу американского стратегического бомбардировщика В-70 «Валькирия».

Это не значит, что мы копировали В-70. Просто назначение самолета диктовало эту единственно возможную компоновку. Появление в 1964 г. информации о SR-71 повергло нас в шок. При одних и тех же летных характеристиках (скорость полета — М=3, дальность полета — 6000–7000 км) назывался вероятный взлетный вес 60–70 тонн. А мы все «ползли» за 100 тонн и ничего сделать не могли. (Самолет получился весом 114 тонн с двумя ракетами «воздух — поверхность». —А.В.). Была разработана компоновка по типу SR-71, и снова ничего не получалось. Это потом мы разобрались, что вся разница в тактическом назначении. Самолет SR-71 никогда не рассматривался в качестве ударного самолета-носителя оперативных ракет класса «воздух — поверхность».

Итак, после утверждения П. Сухим компоновочной схемы самолета с размещением двигателей в единой мотогондоле, КБ в 1966 г. приступило к разработке нового варианта эскизного проекта, а затем и к постройке макета. И как это обычно бывает, чем дальше продвигается разработка, тем больше возникает вопросов. Для нас основные трудности представляли проблемы управляемости самолета и снижения волнового и балансировочного сопротивления. Снижение волнового сопротивления достигалось за счет применения очень тонкого (относительная толщина всего 2,5 %) крыла с острой передней кромкой и фюзеляжа предельно малого с позиции размещения экипажа сечения диаметром 2 метра и большого удлинения, равного 22.