Битва за скорость. Великая война авиамоторов
Шрифт:
В 1965 г. КБ Соловьева приступило к «осаде» возможных заказчиков, разрабатывая различные техпредложения и проспекты новых двигателей на базе уже созданного Д-30 для Ту-134. Проекты были от самолетов вертикального взлета (в то время занимались этим и Сухой, и Бартини с его идеей сети противолодочных гидросамолетов ВВА-14, т. е. «вертикально взлетающая амфибия») до вертолетов. Разумеется, были и «стандартные» проекты для магистральных самолетов. Линейка магистральных самолетов в мире тогда (1960-е гг.) выглядела следующим образом (см. таблицу ниже).
| № п/п | Тип самолета | США | Англия | СССР (1960-e) | СССР (1970–1990) |
| 1 | ВМС | DC-9 Douglas 2
| ВАС 1.11 British Aircraft Corporation 2 x Spey (RR) | Ту-134 2 x Д-30 | Ту-164 (проект) |
| 2 | CMC | B-727 Boeing 3 х JT8D (PW) | Trident 3 x Spey (RR) | Ту-154 3 x HK-8-2 | Ty-154M 3 x Д-30КУ |
| 3 | ДМС | В-707 Boeing 4 х JT3D (PW) | VC-10 Vickers 4 x Conway (RR) | Ил-62 4 x HK-8-4 | Ил-62М 3 х Д-30КУ |
И здесь происходит «чудо» (которое можно было бы и предвидеть проектировщикам самолета) в виде ЧП: уже эксплуатирующийся самолет, флагман Аэрофлота, ИЛ-62 с двигателями Кузнецова (НК-8-4) не может перелететь через Атлантический океан в Америку без промежуточной посадки при сильном встречном ветре — не хватает топлива. Политический скандал — имиджу СССР нанесен урон. И в это время проект двигателя с увеличенной более чем вдвое степенью двухконтурности (а следовательно, и с улучшенной на 10 % экономичностью) в сравнении с конкурентом, попадает к С.В.Ильюшину. Задача обеспечения беспосадочного перелета может быть быстро решена. Одновременно для ускорения решением министерства подключалась производственная база Пермского моторного завода с самого начала цикла создания двигателя (т. е. еще на стадии выпуска опытной партии с первого двигателя). Революционное решение в духе 1930-х гг.: освоение серии идет одновременно с опытной доводкой. Темпы поражают: 2 мая 1966 г. только-только выпущено техзадание на проектирование узлов (термодинамический расчет и определение основных геометрических сечений), а за лето уже выпущены чертежи, осенью изготовлена оснастка, а уже 31 декабря произведен первый запуск двигателя, в ходе которого подтверждена заявленная экономичность.
Но… успех проекта был обеспечен, как всегда, в первую очередь правильным выбором схемы двигателя и размерности его ядра — газогенератора. И решающую роль здесь сыграл ЦИАМ в лице Л.Е. Ольштейна, заявившего: «Бустерные ступени — только через мой труп». Первоначальный проект «по бедности» предполагал использование готового ядра двигателя Д-30, а необходимое увеличение тяги в 1,5 раза (проектируемый двигатель был другого класса тяги) планировалось получить за счет «наддува» поставленными впереди «бустерными» ступенями на валу низкого давления вместе с вентилятором. Как мы помним, еще американцы «наелись» проблем с «бустерными» ступенями на двигателе TF-30 (самолет F-111). Эти ступени плохо работают при неоднородном поле скоростей потока воздуха на входе в двигатель. Поэтому двигатель JT3D такой схемы нормально работал на В-707, где двигатель подвешен под крылом и имел незагроможденный вход. А вот F-111 с загроможденным сверхзвуковым входом и Ил-62 с расположением двигателей в хвостовой части самолета, куда приходит вихревая пелена с крыла, создавали проблемы для работы бустерных ступеней. Так случилось и с НК-8: при увеличении угла атаки крыла самолета Ил-62 компрессор двигателя входил в срывной режим и двигатель приходилось выключать, чтобы не «сжечь» турбину. Тогда же (1966 г.), уже будучи в годах, С.В. Ильюшин при принятии решения о замене двигателя надтреснутым голосом сказал: «Если двигатель не будет «помпить» при увеличении угла атаки, то я ставлю его на самолет».
Л.Е. Ольштейн был выдающимся инженером, специалистом по компрессорам. Столь же крупным ученым- прочнистом в ЦИАМе был И.А. Биргер, внесший большой вклад в создание отечественных авиационных двигателей. В области разработки и эксплуатации авиадвигателей, как и в политике, всегда существует проблема необходимости принятия решений в условиях неполноты информации. Рано или поздно приходится осознанно рисковать, и далеко не каждый ученый или инженер способен на это. Так вот, и Биргер, и Ольштейн обладали этим редким качеством.
Великолепную организацию работы Пермского моторного завода по освоению производства нового двигателя в тесном взаимодействии с ОКБ осуществляли директор завода М.И. Субботин и главный инженер Д.А. Дическул. Вообще в послевоенной истории Пермского моторного завода самыми крупными вехами явились успешные освоения в производстве
На короткое время (месяц до запуска американского TF-39 для тяжелого С-5 «Galaxy») этот двигатель (Д-30К) реально оказался самым экономичным двигателем в мире. А в классе тяги 10 тонн этот двигатель долго оставался мировым рекордсменом по экономичности. И сегодня транспортные самолеты ИЛ-76 до сих пор успешно эксплуатируются как в коммерческом, так и в военном применении, имея лучшую экономичность, чем американский аналог С-141 («Старлифтер»). За 30 лет было выпущено 8000 этих двигателей. Аналогичный Д-30КУ двигатель создавался в то же время фирмой «Бристоль — Сиддли», но проиграл конкуренцию инновационному проекту «Роллс-Ройса».
Но природу обмануть нелегко: после триумфа первого запуска двигателя и радужных планов предъявить новый двигатель Д-30К на госиспытания уже в следующем 1967 г. к 50-летию Великого Октября началась полоса проблем. «Салат» из лопаток компрессора, оказавшаяся недостаточной термопрочность лопаток турбины и т. д., и т. п. При обрыве достаточно массивной лопатки второй ступени компрессора она «выбривала» все тонкие и «нежные» лопатки последующих ступеней. И так было не один раз, пока разобрались, в чем дело. Кроме того, потребовалась разработка реверсивного устройства. Вся «теория» оценки рисков полетела к черту: там, где ожидались проблемы, с ними справились нормально, а там, где считалось, что все в порядке (в том числе и серийная лопатка турбины Д-30) — возникла существенная проблема, задержавшая испытания двигателя на целый год и потребовавшая больших усилий руководства рыбинского завода и лично его выдающегося директора П.Ф. Дерунова. В конечном счете госиспытания двигатель прошел только в 1971 г., опытная партия составила те же стандартные 30 штук. Серию передали в производство в Рыбинск, где как раз освободились мощности завода.
Но жестокая конкурентная борьба с ОКБ Н.Д. Кузнецова продолжалась уже на идеологическом фронте.
Н.Д. Кузнецов, естественно, не желая замены своего двигателя на флагмане Аэрофлота Ил-62, начал кампанию по дискредитации самой идеи замены двигателя по экономическим соображениям. Он, в частности утверждал, что соловьевский двигатель не будет иметь большого (3000 часов) ресурса из-за повышенной температуры газа перед турбиной, и, кроме того, не будет иметь преимущества и по… экономичности, несмотря на уменьшение удельного расхода топлива на 10 %. Он утверждал, что весь выигрыш по расходу топлива Д-30КУ в крейсерском полете будет скомпенсирован проигрышем во время набора высоты из-за требуемого более высокого режима работы на двигателях с более высокой степенью двухконтурности. Эта кампания, за которой злорадно наблюдали многие «специалисты», длилась довольно долго. Дело в том, что экспериментальное сравнение рутинных полетов самолетов с разными двигателями не так просто — небольшое (5 %) отличие в скорости полета или высоте (всего 1000 метров, например, вместо положенной высоты полета 11 км полет осуществляется на эшелоне 10 км) может существенно повлиять на количество израсходованного топлива. Где были «ученые», совершенно непонятно — ведь эти утверждения элементарно проверяются с помощью тогда уже существовавших математических моделей.
Наконец, для выяснения истины были специально подготовлены два самолета: Ил-62 с двигателями НК-8-4 и Ил-62М с Д-30КУ («модель «К», унифицированный» с Д-30КП). Они одновременно вылетели из Москвы в Хабаровск на одном эшелоне (высоте) и с одинаковой скоростью. По прилете в Хабаровск остаток топлива был слит и проведено прямое сравнение израсходованного за полет топлива. Все стало ясно, и разговоры прекратились. Победил двигатель Д-30КУ. Но эксперимент был уникальный. Кстати, ввиду большого влияния скорости полета на экономичность воздушно-реактивных двигателей оптимальную скорость полета магистральных самолетов с высокой точностью обеспечивает автомат тяги, или, по современному, ВСУТ — вычислительная система управления тягой. Вручную такую задачу выполнить невозможно — летчик будет «в поту», постоянно поддерживая скорость полета с помощью рычага управления двигателем: то прибавляя режим, то убавляя его.
Одновременно с решением проблемы дальности ИЛ-62 ОКБ Ильюшина получает большой заказ от Министерства обороны (ВТА-военно-транспортной авиации) на разработку большой серией грузового самолета ИЛ- 76. На него уже не мыслится никакой другой двигатель, кроме соловьевского Д-30КП (развитие Д-30К, «П» — «перспективный»). Вскоре настает очередь и ремоторизации Ту-154 — преимущество в топливной эффективности нового двигателя очевидно, несмотря на многочисленные «уловки» конкурента. Произошел прорыв на большой рынок (то, что американцы называют «Big Market»). Правда, за счет ухода из ниши ближнемагистральных самолетов, которую со временем занимает Запорожское ОКБ, ныне «Мотор-Сич».