Двигатели Кузнецова: опережая время
Сегодня исполняется 109 лет со дня рождения легендарного конструктора Николая Дмитриевича Кузнецова. Почти про каждый двигатель, созданный Кузнецовым, можно сказать «первый» или «самый». Это первый отечественный и самый мощный в мире турбовинтовой двигатель, первый в авиации двигатель на криогенном топливе, самый мощный в мире двухконтурный двигатель для сверхзвуковых самолетов и другие рекордсмены. После себя Николай Дмитриевич оставил большое наследие – созданную им школу конструирования двигателей, огромный научно-технический задел, и даже некоторые проекты, которые конструктор не успел завершить. Сегодня эти темы реализовывает ПАО «ОДК-Кузнецов». О пяти интересных двигателях с инициалами «НК» – в нашем материале. НК-12: прорыв в турбовинтовых двигателях В 1949 году КБ Андрея Николаевича Туполева начало работы по созданию перспективного бомбардировщика, способного перелететь океан и вернуться. Правительство в качестве новой машины видело реактивный самолет. Однако Туполев отстаивал концепцию турбовинтового самолета. Как обоснованно считал конструктор, проект реактивного стратегического бомбардировщика обошелся бы стране гораздо дороже. Во-первых, для такой машины просто не существовало подходящего по экономичности двигателя. Туполев же присмотрелся к опытному ТВ-022, который разрабатывался Николаем Кузнецовым. Общеизвестен тот факт, что данная силовая установка была создана на основе первого в мире серийного газотурбинного агрегата немецкой компании Junkers Motorenbau. Как и многие другие страны-победительницы, СССР перенимал некоторые достижения немецкой промышленности. Однако отечественные ученые под руководством Кузнецова так переработали этот проект ТВД, что получился, можно сказать, новый двигатель. Он обладал необходимой для стратегической авиации мощностью – 12 тыс. л. с. Таким образом, двигатель получил название ТВ-12, а в серийное производство вышел как НК-12, по инициалам своего легендарного создателя. Самолет Ту-95 с двигателями НК-12. Фото: Фёдор Леухин / wikimedia.org Первым этот двигатель получил стратегический бомбардировщик Ту-95 «Медведь». Благодаря НК-12 этот самолет мог без посадки и дозаправки пролетать до 15 тыс. км, и брать на борт до 12 тонн вооружения. «Медведь» на службе с 1955 года и до сих пор сохраняет статус самого скоростного турбовинтового самолета в мире. На протяжении более полувека Ту-95 несколько раз модернизировался, а вместе с ним совершенствовался и НК-12. Мощность базовой модели непрерывно возрастала – НК-12М уже получил 15 000 л. с., а мощность модификации НК-16 составила 12 500 л. с. В настоящее время компания «Туполев» проводит очередную модернизацию Ту-95. Помимо Ту-95, двигателем НК-12 в различных вариациях оснащались самолет ДРЛО Ту-126, противолодочный Ту-142, дальнемагистральный пассажирский лайнер Ту-114, тяжелый транспортник Ан-22 «Антей» и экраноплан А-90 «Орленок». НК-12 нашел свое место и на земле – в 1970-е годы на его основе был разработан турбовальный газоперекачивающий агрегат НК-12СТ. До сих пор российские добывающие компании эксплуатируют модификации этого двигателя. НК-32: двигатель для «Белого лебедя» Еще во время работ по турбовинтовому двигателю НК-12, Николай Кузнецов пришел к выводу, что стратегическая авиация должна преодолеть скорость звука. Для этого турбовинтовые двигатели не подойдут. Конструктор нашел выход из ситуации – воздушный винт должен быть заменен вентилятором в оболочке. С начала 1953 года под руководством Николая Дмитриевича началась разработка теории двухконтурных двигателей. Такого до него еще никто в мире не делал. Саму идею пришлось отстаивать в Министерстве авиационной промышленности, и здесь в защиту проекта двухконтурных двигателей выступил сам Туполев. Для преодоления звука Кузнецов предложил не только двухконтурность, но и форсирование двигателя. Так вскоре на свет появился первый в мире двухконтурный с форсажом двигатель НК-6 с максимальной тягой 22 тонны. Его первые испытания состоялись в 1956 году. Стоит отметить, что такие двигатели в США появились спустя 15 лет. Ту-160 с двигателями НК-32. Фото: Дмитрий Терехов / wikimedia.org Этот проект Кузнецова стал базой для многих двигателей 1970-1980-х годов, в том числе для НК-32, которым оснащался легендарный ракетоносец Ту-160 «Белый лебедь». Одному из этих самолетов даже присвоено имя «Николай Кузнецов», отдавая дань роли конструктора в принятии стратегических ракетоносцев на вооружение. Работы над созданием двигателя НК-32 начались в 1977 году, а в серию он вышел уже в 1983 году. Но спустя десять лет серийное производство было прекращено. Однако в 2016 году ПАО «Кузнецов» заявило о том, что возобновляет серийный выпуск двигателей НК-32 для ракетоносцев Ту-160. Новые двигатели устанавливаются на модернизированные самолеты Ту-160М. Двигатели НК-32 второй серии позволят «Белому лебедю» увеличить дальность полета на тысячу километров. НК-144: обогнать звук и «Конкорд» Во время войны боевые самолеты успешно преодолели скорость звука, так что в послевоенные годы стали появляться первые проекты сверхзвуковых пассажирских лайнеров. Вскоре выяснилось, что гражданский сверхзвуковой самолет невозможно быстро создать на базе военного истребителя – нужен другой подход. В 1960-х Великобритания и Франция начали разработку сверхзвукового авиалайнера – проект получил название «Конкорд». Самолет должен был за три часа перевозить около ста пассажиров через океан, когда на обычном авиалайнере этот путь занимал 6-8 часов. В 1963 году в гражданскую «сверхзвуковую гонку» включаются США и СССР. У нас в стране разработкой такого самолета занялось ОКБ Туполева. Проектом руководил сын знаменитого авиаконструктора – Алексей Андреевич Туполев. Крейсерская скорость нового самолета должна была превысить 2500 км/ч, дальность полета достигнуть 4,5 тыс. км, а количество пассажиров на борту составить 100 человек. Ту-144 с двигателями НК-144. Фото: Павел Аджигильдаев / wikimedia.org 5 июня 1969 года авиалайнер Ту-144 впервые преодолел число Маха. Таким образом он опередил не только звук, но и весь мир – «Конкорд», разработка которого началась раньше, поднялся в небо спустя несколько месяцев. При этом советский Ту-144 по некоторым характеристикам даже обошел своего европейского «собрата». Для создания первого сверхзвукового авиалайнера были разработаны многие передовые решения. Но, пожалуй, главным в этой «сверхзвуковой гонке» стал двигатель – двухконтурный турбовентиляторный НК-144 с форсажной камерой, который позволил превысить скорость звука в гражданской авиации. НК-33: двигатель для «лунной» ракеты В 1958 году Кузнецов познакомился с Сергеем Павловичем Королевым. После полета Юрия Гагарина, Королев размышлял о доставке советских космонавтов на Луну. Для этого нужны были усовершенствованные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). В этом Королев надеялся на помощь Кузнецова. Итак, в 1959 году ОКБ под руководством Кузнецова и при участии Королева начало работать над жидкостно-ракетными двигателями. Было решено разработать ЖРД по замкнутой схеме – в стране и в мире ничего подобного еще не создавалось. Пуск ракеты «Союз-2.1в» с двигателем НК-33А с космодрома Плесецк. Фото: Роскосмос Первое испытание разрабатываемого НК-33 состоялось в ноябре 1963 года. Но двигателю не суждено было стать лунным. В 1966 году не стало Сергея Королева, а спустя три года на Луну вступил первый американский астронавт. В СССР отказываются от лунной программы, хотя в 1972 году двигатели НК-33 и НК-43 уже успешно прошли государственные стендовые испытания. Произведенные двигатели решено было уничтожить, но Кузнецов не мог пойти на такое. Списанные НК-33 и НК-43 хранили в одном из цехов предприятия, пока в 1992 году им не предоставили второй шанс. Тогда в Москве на первой международной выставке «Авиадвигатель» Николай Кузнецов представил миру свои ракетные двигатели. Они произвели настоящий фурор среди иностранных специалистов. В итоге 46 двигателей НК-33 и НК-43 были проданы США. Американские специалисты немного изменили их и переименовали в AJ-26. В 2013 году они три раза вывели на орбиту ракету Antares. Однако в следующем году ракета с AJ-26 потерпела крушение, и от использования НК-33 американцы отказались, заменив на российские РД-181. В 2010 году «Кузнецов» совместно с РКЦ «Прогресс» начал адаптацию НК-33 для ракеты «Союз-2.1в». Обновленный двигатель был назван НК-33А. В России первый старт ракеты-носителя с ним состоялся в декабре 2013 года. Программа летно-конструкторских испытаний «Союз-2.1в» с НК-33А завершилась в прошлом году. Всего было проведено пять пусков, все задачи были выполнены в полном объеме. НК-93: обогнавший свое время Турбовентиляторный двигатель НК-93 заслуженно в перечне самых ярких разработок Николай Дмитриевича. Уже тогда его назвали двигателем XXI века. В конце 1980-х годов Кузнецов начал думать над созданием для гражданских самолетов ГТД со сверхвысокой степенью двухконтурности. Чем больше этот параметр, тем больший КПД двигателя можно получить. Особенно это важно для пассажирских самолетов – здесь высокая степень двухконтурности положительно сказывается на экономической эффективности. К примеру, у современных лайнеров Boeing 737 и Airbus A320 этот параметр на уровне 5,5-6,6. Еще в те годы Николай Дмитриевич решил разработать двигатель с двухконтурностью 16! Сконструированный им НК-93 со степенью двухконтурности 16,7 открыл бы новую главу в авиационном двигателестроении. Переход от степени двухконтурности 6 к 16,7 позволяет уменьшить примерно на 15% удельный расход топлива. Летающая лаборатория Ил-76ЛЛ с двигателями НК-93. Фото: Игорь Бубин / wikimedia.org Первое испытание НК-93 состоялось в декабре 1989 года. Но из-за глобальных перемен в стране, нехватки средств, работы по проекту двигались очень медленно, и только в мае 2007 года НК-93 поднялся в небо на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. В том же году на МАКСе был представлен испытательный Ил-76 с силовой установкой НК-93. В серию уникальный двигатель так и не вышел. НК-93 нашел себе применение на земле. На его основе был разработан промышленный НК-38СТ, который устанавливается на ГПА-16 «Волга». Двигатель НК-93 стал еще одним примером особого стиля Николая Кузнецова – все его проекты на годы опережали работы отечественных и иностранных конструкторов. Научно-технической задел, который остался после выдающегося конструктора, может стать фундаментом для создания новых перспективных моторов, тем самым удерживая место России в лидерах авиационного двигателестроения.
