Битва за скорость. Великая война авиамоторов
Шрифт:
В нашем же случае двухконтурных двигателей для дозвуковых самолетов в наружном контуре происходит только сжатие (за счет подвода работы из внутреннего контура) и расширение. То есть с точки зрения термодинамики двигателя (преобразование тепла в работу) это — чистые потери. Выигрыш, точнее, зона оптимальности применения этой схемы, появляется только тогда, когда мы рассматриваем систему в целом вместе с движителем, т. е. преобразователем кинетической энергии двигателя в тяговую мощность с учетом внешнего сопротивления и массы силовой установки.
В двигателях для сверхзвуковых самолетов степень двухконтурности тоже увеличилась, хотя и не так сильно: от 0 до 0,5. И это понятно: высокая скорость полета требует высокой скорости истечения, которая может быть обеспечена сочетанием высокой температуры (постановка форкамеры) и максимально возможной степенью
Уровень максимальной температуры ограничивается в первую очередь прочностными свойствами конструкционных материалов и эффективностью охлаждения горячих деталей (в первую очередь лопаток турбины), а также теплотворной способностью топлива. Так, для жаропрочных никелевых сплавов монокристаллической структуры, широко применяемых в газовых турбинах, допустимый максимальный уровень температуры лопаток составляет 1150 градусов Цельсия (1423К), а максимальная температура пламени типичного углеводородного топлива (метан, авиационный керосин) составляет 2500К.
В тени фигуры А. Микулина, умело «пиарившего» (как сейчас бы сказали) самого себя в глазах «хозяина», т. е. Сталина, остались выдающиеся конструкторы авиационных двигателей В. А. Добрынин, С. К. Туманский и П. Ф. Зубец. Добрынин, вовремя уйдя из-под опеки Микулина, сумел оставить след в истории моторостроения, дав свои инициалы как поршневым, так и турбореактивным моторам. А вот Туманскому и Зубцу в этом смысле не повезло. Туманский, являясь, по сути, главным конструктором послевоенных турбореактивных двигателей ОКБ-300, не вошел в историю в той степени, в какой заслужил. Да и о Добрынине тоже мало пишут — талантливый конструктор был скромным и интеллигентным человеком.
Как мы видим, после войны произошло изменение в расположении моторных ОКБ. Если до войны ОКБ строго располагались на площадках серийных заводов, то после войны такая привязка перестала быть правилом. Ведущие ОКБ Климова, Микулина, Кузнецова, Люльки вместе с опытным производством географически отделились от серийных заводов. Этот процесс начался еще в войну. Первым осознал представившуюся возможность выбора удобной производственной площадки для будущего КБ и не где-нибудь в Рыбинске, а в самой Москве, Александр Микулин. Еще в 1942 г. он сумел убедить Сталина при личной с ним встрече в необходимости отделения ОКБ от серийных заводов и создания при КБ мощного опытного производства. Это был правильный шаг: современному моторному ОКБ, занимающемуся созданием сложных двигателей, собственное мощное производство необходимо. Приходится изготавливать и испытывать множество вариантов конструкций. В эвакуированной Москве осталось много практически опустевших производственных площадок, числящихся за НКАП. Так, на базе одного из небольших заводов в Лужниках в 1943 г. возникло ОКБ-300, ставшее в 1950-е гг. самым именитым в Советском Союзе.
В начале 1950-х двигатели разработки ОКБ-300 делались на серийных заводах в Тушино, Казани, Уфе и Перми. Микулину удалось сделать самое главное — собрать команду профессионалов и оснастить материальную базу новорожденного ОКБ. Здесь работали такие известные люди, как Б. С. Стечкин, С. К. Туманский, П. Ф. Зубец («Прокоп», как его звали коллеги). Борис Сергеевич Стечкин, выпускник МВТУ 1918 г., является главным отечественным теоретиком воздушно-реактивных двигателей. По его учебникам (два тома выпущены в 1956 г. и 1958 г.) училось не одно поколение авиационных инженеров. По влиянию на формирование отечественной школы проектирования авиационных турбореактивных двигателей он стоит в одном ряду с Н. Р. Брилингом, основателем школы проектирования поршневых двигателей. Судьба сводила их вместе. Как вспоминает ученик Б. С. Стечкина — А. Н. Огуречников, впоследствии руководитель отдела прочности завода № 300, один из выдающихся ученых-прочнистов:
«Я впервые увидел Бориса Сергеевича в 1930 г. В комнату со стеклянными перегородками, в которой я работал конструктором бюро главного металлурга Рыбинского авиационного завода, вошел главный металлург Ефрем Ильич Липский, который, обратившись ко мне, сказал: «Алексей, видишь вот тех троих, стоящих в лаборатории механических испытаний у пресса, так двое из них, а может, и все трое — гениальные люди. На мой вопрос: «Кто же они, осчастливившие нас своим присутствием?» — Е. И. Липский ответил: «Вот этот — Борис Сергеевич Стечкин, рядом с ним Александр Александрович Микулин, а следующий — Николай Романович Брилинг» ( Берне,
Б. С. Стечкин, в частности, предложил успешно осуществленную в двигателе Р11-300 схему двухвального компрессора. Не нужно забывать, что то время требовало существенно больших интеллектуальных усилий для понимания процессов, происходящих в турбореактивных двигателях. Математических моделей двигателей в современном смысле тогда не было, не было и того, сегодня огромного, накопленного опыта заблуждений, ошибок и… успехов.
Чуть позже, в 1959 г., фундаментальное исследование термодинамики новых тогда двухконтурных турбореактивных двигателей провел и опубликовал А. Л. Клячкин, признанный специалист в этой области, профессор РКВВИУ (Рижское Краснознаменное военно-воздушное инженерное училище), позже преобразованного в РИИГА (Рижский институт инженеров гражданской авиации). И Рижский, и Киевский институты инженеров гражданской авиации были сильными учебными заведениями, кадры для Аэрофлота готовились там хорошо. Автор этих строк как раз в это время учился в вузе и уже изучал только что опубликованную теорию двухконтурных двигателей. Когда же он пришел на работу в ОКБ Соловьева в начале 1964 г., то удивился, что при проектировании, по сути, нового двигателя Д-30 выбрана «неоптимальная» степень двухконтурности (1). Уже тогда казалось, что надо бы ее повысить до 1,5. Позже и англичане, и американцы переделали свои первые двухконтурные двигатели именно в этом направлении.
Но вернемся к структурированию моторной части авиапрома. Как известно, «свято место пусто не бывает». На функционально освободившихся площадках серийных заводов постепенно выросли новые, хотя и менее известные опытно-конструкторские бюро. Вначале эти бюро занимались конструкторским сопровождением серийного производства разработок более именитых КБ, являясь их филиалами, а затем постепенно стали выполнять и функции разработчиков. Благо номенклатура разрабатываемых двигателей была огромна как по назначению, так и по размерности. Так появились ОКБ Хачатурова в Тушино (завод № 500), Сорокина в Уфе (завод № 26), Лусса в Москве на Семеновской (завод № 45), Глушенкова в Омске (завод № 29), Зубца в Казани (завод № 16). В результате опытно-конструкторских бюро стало больше, чем серийных заводов, и началась конкуренция за серийные мощности. Ситуацию «разруливали» в Министерстве авиационной промышленности, но сложились и «группы влияния» — система управления была достаточно сложной. На выбор двигателя решающее влияние оказывали самолетные КБ и, в первую очередь генеральные конструкторы самолетов. И здесь многое определяли личные отношения, верования и т. п. психологические факторы.
После войны основными игроками в авиационном моторостроении стали США, СССР и Великобритания. Причем Великобритания уже имела сложившуюся школу конструирования турбореактивной техники, а в США и СССР только предстояло ее создать. Таким образом, именно Великобритания (фирмы «Роллс-Ройс», «Бристоль» и «Армстронг-Сиддли») шла впереди. Парадокс, но к моменту «войны моторов» на турбореактивном поле позиции главных геополитических соперников США и СССР были почти одинаковы — стартовали они от нуля с разницей в пять лет. Если до войны в США в поршневом авиамоторостроении доминировали фирмы «Кертис-Райт» и «Пратт-Уитни», то с наступлением эры воздушно-реактивных двигателей ситуация изменилась. «Кертис-Райт» долго сопротивлялась, но не смогла адаптироваться к изменившимся условиям и вскоре сошла со сцены. Но зато появилось мощное моторное отделение фирмы «Дженерал Электрик», доселе не участвовавшее в этом бизнесе в качестве основного игрока.
«Дженерал Электрик», фирма, созданная еще Томасом Эдисоном, в начале XX века занималась в том числе и разработкой стационарных турбин для привода электрогенераторов. В 1930-е гг. ее опыт в разработке турбин пригодился при создании турбокомпрессоров наддува авиационных моторов. Большую роль в этом сыграл инженер Сэнфорд Мосс (Sanford Moss). Большая потребность в турбокомпрессорах наддува привела к расширению производственной базы «Дженерал Электрик» — ее продукция производилась на заводах в четырех штатах. Таким образом, к моменту начала инновационной волны развития турбореактивных двигателей «Дженерал Электрик» оказалась наиболее подготовленной в США. В мощном старте и последующем быстром развитии этой фирмы явным образом виден и немецкий след («БМВ»). В этом смысле советским аналогом американской «Дженерал Электрик» является также возникшее после войны ОКБ Н. Д. Кузнецова, ставшее со временем самым мощным КБ в Советском Союзе.