Валерий Августинович - Битва за скорость. Великая война авиамоторов

• Название: Битва за скорость. Великая война авиамоторов
• Автор: Валерий Августинович
• Издательство: М. : Яуза : Эксмо, 2010. — 448 с.: ил.
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2010
• ISBN: 978-5-699-43214-1

Борьба за господство в воздухе — это прежде всего ВОЙНА МОТОРОВ. Опыт Второй Мировой показал, что именно превосходство в скорости является решающим фактором в воздушном бою, а отставание СССР в моторостроении стало главной «ахиллесовой пятой» наших ВВС в Великой Отечественной войне. Вся история авиации есть ожесточенная БИТВА ЗА СКОРОСТЬ, а значит — за мощность авиадвигателей, по праву считающихся вершиной технологии и доказательством научно-технической состоятельности государства.

Эта книга — первое серьезное исследование великой войны моторов, продолжавшейся весь XX век и определившей развитие авиапромышленности, — от первых поршневых двигателей до новейших газотурбинных, от неуклюжих «этажерок», летавших со скоростью мопеда, до гиперзвуковых стратосферных суперджетов последнего поколения. Будучи признанным авторитетом в области проектирования авиационных двигателей с более чем 40-летним стажем, автор лично участвовал в этой битве за скорость, а его книга не только в высшей степени компетентна, но еще и на редкость увлекательна, читаясь как захватывающий технотриллер.

---

Аналогичный конкурс был объявлен и нашими ВВС. В нем участвовали фирмы «МиГ», «Су» и «Як». Нужны стали и новые двигатели. Ключевым требованием для нового двигателя стала его многорежимность в сочетании с высоким уровнем тяги: энерговооруженность нового самолета требовалась неслыханно высокая — близкая к единице на боевом режиме. То есть самолет мог висеть вертикально, уравновешивая свой вес тягой двигателей. Вскоре мы это увидим в новых эффектных фигурах высшего пилотажа, разработанных российскими летчиками-испытателями: «кобра» и «колокол».

Все это стимулировало технологический прорыв. Надо отметить, что вплоть до конца 1960-х гг. принципиально новых технических разработок в турбореактивных двигателях (в сравнении с самолетами) по отношению к немецкому научно-техническому заделу почти не появилось. Многие технические решения были предложены и даже апробированы еще немецкими инженерами.

И вот сейчас настало время сделать шаг вперед. Все условия в СССР для этого были. Хрущева, главного противника авиации, сняли в 1964 г. К власти пришло новое руководство в лице Брежнева, покровительствовавшего отечественному военно-промышленному комплексу. Спустя два года, в 1967 г., в только что построенном новом столичном аэропорту Домодедово было устроено авиашоу для высшего руководства страны. Все самолетные КБ демонстрировали свои «новейшие» разработки. Но оказалось, что прорывных проектов нет. Есть малоудачные гибриды реализации зарубежных идей и отечественных, уже существующих разработок. Самолеты с «частично» изменяемой стреловидностью крыла, «частично» вертикально взлетающие и т. п.

Более того, буквально в это же время на Ближнем Востоке произошла «Шестидневная война» между Израилем и альянсом Египта и Сирии, показавшая неспособность ВВС этого альянса противостоять израильской (американской) авиации. Конечно, одним из факторов израильской победы была самонадеянность арабских генералов, открыто, как на параде, расположивших свои самолеты на аэродромах без всякого укрытия (капониры, подземные стоянки и т. п. отсутствовали) да еще в условиях минимального времени подлета с израильских баз. Конечно, факт, что израильские самолеты применяли специальные бомбы для вывода из строя бетонных взлетно-посадочных полос, прицельно сбрасываемые с малых высот. Конечно, французские «миражи», стоящие на вооружении ВВС Израиля, в целом были не хуже «мигов». Но выявились и неприятные системные вещи. Так, двигатели, установленные на советские самолеты, не имели автономных систем запуска. Их запуск производился от аэродромного энергоисточника. То есть для подготовки самолета к вылету необходимо было ждать, пока автомашина с энергоузлом подъедет к самолету.

Дорогое время терялось, и самолеты оказывались уязвимыми на аэродромах.

С точки зрения повышения весовой отдачи самолета как боевой платформы это решение казалось оптимальным. Ведь функция наземного запуска нужна только на земле и поэтому может быть обеспечена наземными же средствами. Требуемая мощность постороннего источника для раскрутки ротора компрессора до 10–15 % числа оборотов от максимального значения, когда уже можно подавать топливо в камеру сгорания, составляет ни много ни мало, а 100–200 л.с. и соответственно имеет заметный вес. В воздухе раскрутка ротора до тех же 10 % осуществляется набегающим потоком воздуха (авторотация), и дополнительный источник мощности не нужен. На транспортных самолетах функция наземного запуска осуществляется с помощью вспомогательной силовой установки (ВСУ), т. е. небольшого газотурбинного двигателя, от компрессора которого отбирается сжатый воздух и подается по трубе к воздушной турбине, установленной на двигателе. Она через редуктор и раскручивает ротор компрессора. А на боевом самолете с автономным запуском обычно устанавливается не воздушный, а турбостартер, т. е. та же ВСУ, но с прямым приводом на вал компрессора. В боевых условиях оказалось, что без автономного запуска самолеты беззащитны. После этого были введены жесткие требования на время запуска: от нажатия кнопки «запуск двигателя» до выхода его на максимальный режим время не должно превышать 100 секунд.

Единственным прорывным, инновационным самолетом, показанным в 1967 году и оказавшим влияние на соотношение сил главных глобальных игроков (США и СССР), был новый тяжелый перехватчик МиГ-25. Это было заметно даже по его внешнему облику — двухкилевой хвостовой стабилизатор выделял этот самолет среди прочих. Этот самолет произвел сильное впечатление на Пентагон. Но… эта инновация была отражением американской инновации. МиГ-25 должен был решать задачу противодействия американскому разведывательному самолету SR-71. После прекращения в 1960 г. полетов самолета-разведчика U-2 в США решили разработать самолет-разведчик на другом принципе неуязвимости: большую высотность заменили рекордной скоростью (М3). Первый полет SR-71 совершил в декабре 1964 г. Советских самолетов, способных летать с такой скоростью, не было. Было принято решение срочно разработать перехватчик, способный сбивать или хотя бы «отгонять» «американца». И такой самолет был разработан в ОКБ Микояна. Двигатель Р15БФ2-300 для него проектировало прославленное микулинское ОКБ-300, традиционно «приписанное» к ОКБ-155 Микояна так же, как ОКБ-165 Люльки было «приписано» к ОКБ Сухого. Этот «кинжальный», как его называли, перехватчик, по сути, был однорежимным сверхзвуковым самолетом. Он наводился на цель с земли и находился на боевом дежурстве на земле, в случае необходимости взлетая и осуществляя разгон-набор на заданную точку встречи по траектории минимального времени разгона-набора с преимущественно сверхзвуковой скоростью. Для реализации этой ограниченной задачи и был разработан классический турбореактивный двигатель с суммарной степенью сжатия в компрессоре 5 (имелось в виду, что на дозвуке самолет не летает, а на сверхзвуке большая степень сжатия не нужна — торможение скорости набегающего потока в воздухозаборнике, т. е превращение кинетической энергии в потенциальную, обеспечит необходимую степень сжатия).

А вот в США в середине 1960-х гг. перешли от проектирования двигателей по принципу «что получится», классическим примером которого является проектирование двигателя JT3D («Пратт-Уитни») для «Боинга 707», к концептуальному, целевому подходу. Для этого было открыто щедрое финансирование научно-технического задела по федеральным программам на государственные, бюджетные деньги. И здесь сразу США пошли в отрыв, конечно, с крупными «синяками» и «шишками», но — вперед. Особенно это ярко проявилось в проектировании двигателей на фирме «Пратт-Уитни». Вначале произошел переход скачком на двигатели с высокой (5–8) степенью двухконтурности для дозвуковых самолетов большой дальности, первым из которых был военно-транспортный С-5 «Galaxy» (двигатель TF-39-GE), совершивший первый полет уже в 1968 г. США пошли в отрыв, а в СССР авиадвигателестроение стало «тормозить», не сумев воспользоваться уже имеющимся заделом. Причиной этого в первую очередь было отсутствие прорывных проектов самолетов и снижение инновационности самой авиамоторной науки. Как мы увидим далее, переломный 1970-й год застал нашу отраслевую науку врасплох.

При проектировании двигателя с большой двухконтурностью JT9D-PW для 350-тонного (вот это размах!) пассажирского самолета В-747 в основу был заложен принцип минимизации количества опор роторов. И здесь мы должны задать вопрос: а сколько вообще роторов должно быть в турбореактивном двигателе? Один? Два? Три? Четыре? Принцип здесь простой: из школьной физики известно, что мощность — это произведение силы на скорость. В компрессоре или турбине сила, действующая в окружном направлении на лопатки, пропорциональна углу поворота потока между лопаток, а скорость — это окружная скорость вращающихся с диском лопаток.

Угол поворота ограничен геометрией (на 180°, к примеру, поток разворачивать просто бессмысленно), а окружная скорость — сверхзвуковой скоростью на концах лопаток (волновые потери сильно снижают эффективность преобразования скорости в давление). Таким образом, для уменьшения количества ступеней компрессора и турбины стараются иметь максимально возможную окружную скорость. Если двигатель двухконтурный, то вентилятор и компрессор высокого давления имеют разные диаметры из-за разного расхода воздуха через них. Значит, при одинаковой окружной скорости эти нагнетатели (и вентилятор, и компрессор) будут иметь разные обороты, и чем больше степень двухконтурности, тем больше эта разница. То есть в двухконтурных двигателях минимальное количество роторов, а следовательно, и валов, равно двум.

Исключением является французский двухконтурный одновальный двигатель военного назначения М-53. Здесь пошли на снижение эффективности компрессора высокого давления ради уменьшения количества трудноохлаждаемых «горячих» опор-подшипников — двигатель применяется на сверхзвуковом самолете, да и степень двухконтурности у него невысокая, соответственно невелика и разница диаметров вентилятора и компрессора.