Турбовинтовые НК-12, разработанные в начале 1950-х годов, до сих пор остаются на вооружении российских ВВС, поднимая в воздух стратегические ракетоносцы Ту-95МС. За их создание Н.Д. Кузнецову было присвоено звание Героя Социалистического Труда, он стал лауреатом Ленинской премии и генеральным конструктором.

С самого начала холодной войны между СССР и США создание межконтинентального бомбардировщика стало принципиальной задачей для обеих держав. В США фирмой “Конвэр” был построен шестимоторный межконтинентальный В-36 с толкающими винтами за задней кромкой крыла. Но военные действия в Корее показали, что время бомбардировщиков с поршневыми моторами прошло. Тогда компания “Боинг” создала восьмидвигательный реактивный межконтинентальный бомбардировщик В-52. Его первая серийная версия при взлетном весе 190,5 тонны имела дальность 11 820 км, а максимальная скорость составила 1010 км/ч. Информация об этих самолетах достигла СССР, где для межконтинентальных бомбардировщиков имелся только один турбореактивный двигатель - АМ-3. Но его удельный расход топлива был на 17% больше, чем у “американца” J57, что не гарантировало получения требуемой дальности с приемлемым техническим риском. Альтернативой могли стать двигатели другого типа - турбовинтовые, которые, пусть и не были способны сделать самолет рекордсменом по скорости, но обладали многообещающими возможностями в плане экономичности, обеспечения дальности полета.

Все гениальные конструкторы, определявшие ход истории отечественного авиастроения, обладали удивительной способностью предвидеть его перспективы и проявляли твердость в принятии ответственных решений, которые могли казаться большинству окружающих слишком смелыми и неисполнимыми. Так было и с Николаем Дмитриевичем Кузнецовым. Ещё в начале 1950 года, когда пока не шло и речи о возможности оснастить межконтинентальный бомбардировщик отечественными турбовинтовыми двигателями, Кузнецов по собственной инициативе на чал разработку проекта такого ТВД, назвав его “изделие ”И"". Уже через несколько месяцев была в целом определена конструктивная схема (дифференциально-планетарный редуктор, 14-ступенчатый компрессор, кольцевая камера сгорания и четырехступенчатая турбина) и основные параметры: степень повышения давления 13, температура газов перед турбиной 877 градусов, расход воздуха 50 кг/с, а мощность на воздушных винтах 10 000 л.с.

Коллеги, немецкие и советские инженеры, эту идею, мягко сказать, не одобрили. По воспоминаниям участника событий, В.Н. Орлова, начальник бригады компрессоров Ханс Дайнхард “заявил, что создать компрессор для двигателя ”И" в настоящее время невозможно, в связи с тем, что в таком компрессоре получить степень повышения давления 13 нереально". Начальник бригады камер сгорания Манфред Герлах сказал, что не представляет, какими средствами можно обеспечить работоспособность камеры сгорания при таком увеличении теплонапряженности, и тоже считает проект неосуществимым. Начальник бригады редуктора Рихард Эльце назвал планетарно-дифференциальный редуктор, передающий мощность 10 000 л.с. на воздушный винт, плодом фантазии. Тем не менее Н.Д. Кузнецов настоял на своем и предложил разработку, организовав параллельные исследования по элементам конструкции и материалам. “С параметрами двигателя ”И" Николай Дмитриевич поехал к А.Н. Туполеву и предложил ему проработать возможность применения этого типа двигателя в проектах бомбардировщиков дальнего действия", - пишет В.Н. Орлов. Однако Туполев совершенно не заинтересовался предложением и сказал, что его ОКБ как раз завершило разработку дальнего бомбардировщика Ту-85 с поршневыми двигателями и не нуждается в новых турбовинтовых.

“Надо отдать должное Н.Д. Кузнецову, что он не пошел, как говорится, на поводу у более именитых инженеров и не воспринял ”прохладное внимание" знаменитого авиаконструктора к его проекту близко к сердцу, а продолжил продвигать свою идею. Страшно даже подумать о том, что он бросил бы проект и занялся “более востребованными” турбореактивными двигателями разных типов. <…> Кузнецов свой проект не забросил и “пробил” его на самом верху, благодаря чему советские ВВС и авиация ВМФ получили великолепные машины, многие из которых несут боевую службу и по настоящее время". Щербаков В.Л. “Под знаменем НК”.

Однако уже через несколько месяцев всё изменилось. Туполев сам обратился к Кузнецову по поводу новых турбовинтовых двигателей. Его Ту-85, имевший по сравнению с Ту-4 неплохие показатели скорости полета и грузоподъемности, оказался не способен противостоять современным реактивным истребителям и средствам ПВО. И.В. Сталин не дал разрешение на серийное производство этого самолета, поставив перед авиаконструктором задачу добиться лучших характеристик.

А.Н. Туполев счел невозможным получить дальность более 12 000 км на самолете с реактивными двигателями. В 1951 году в докладной записке на имя Сталина он сообщал: “… Мы пришли к выводу, что с реактивными двигателями можно сделать бомбардировщик с большими скоростями. Однако дальность полета такого бомбардировщика свыше 10 000-11 000 км получить крайне трудно, так как для этого потребовалось бы перейти к созданию уникального самолета очень большого тоннажа и большой размерности. Таким образом, рационального решения поставленной задачи с использованием реактивных двигателей получить нам не удалось. Появление у нас в Союзе отечественных турбовинтовых двигателей Кузнецова, прошедших Государственные стендовые испытания, поставило на реальную почву возможность создания у нас дальних бомбардировщиков с турбовинтовыми двигателями. На основании проведенных расчетов выяснилось, что с турбовинтовыми двигателями бомбардировщик с разумной размерностью (не более 130-160 тонн) может получиться со значительно большей дальностью, чем с реактивными, и она может быть доведена до 14 000-15 000 км и даже до 18 000 км” (текст приводит Д.А. Соболев в своей книге “История самолетов мира”.

Теперь Андрей Николаевич согласился с идеей Н.Д. Кузнецова, правда, с условием, что мощность двигателей составит не 10 000, а 12 000 л.с. Предложение поддержали в правительстве и 11 июля 1951 года вышло постановление Совета Министров о создании самолета Ту-95 с четырьмя турбовинтовыми двигателями ТВ-12. Пока разрабатываются ТВ-12, чтобы не задерживать испытания и последующую доводку бомбардировщика, на него предполагалось установить уже почти готовые двигатели 2-ТВ-2Ф такой же мощности. 2-ТВ-2Ф - это “спарка”, состоящая из двух расположенных рядом, бок о бок, двигателей, которые работают на общий дифференциальный редуктор, передающий мощность на два соосных винта противоположного вращения. “Двигатели между собой и редуктором соединялись силовыми элементами, содержащими и элементы крепления к самолету, - пишет В.А. Зрелов в учебном пособии ”Отечественные газотурбинные двигатели. Основные параметры и конструктивные схемы". - Топливная, масляная системы и система запуска являлись раздельными. Система регулирования - также раздельная с выводом управления на одну ручку пульта управления". Форсирования до 6250 л.с. входящих в спарку двигателей ТВ-2 добились использованием нового жаропрочного сплава в конструкции турбины, что позволило повысить температуру газа перед турбиной, и повышением расхода воздуха через двигатель.

Заявленная в проекте практическая дальность полета - 15 000 км, максимальная скорость - 920-950 км/ч, а крейсерская - 750-820 км/ч. На летные испытания самолет со “спарками” нужно было предъявить осенью 1952 года, а с ТВ-12 на взлетном режиме должна была составлять 12 500 л.с. при удельном расходе топлива 0,225 кг/л.с.ч. От эскизного проекта изделия “И” предполагаемая схема ТВ-12 отличалась пятиступенчатой турбиной. Таким образом, опытный завод и КБ начали параллельные работы по двигателям ТВ-12 и 2ТВ-2Ф.

Первые экземпляры 2ТВ-2Ф были собраны в том же, 1951, году. В следующем он прошел чистовые испытания, а в 1953-м - государственные. Правда, не с первой попытки. В январе 1953 двигатель не выдержал госиспытания из-за разрушения зуба шестерни вала редуктора и обрыва 10 болтов фланца несущей трубы. В апреле “экзамен” вновь не был пройден из-за отказов прочностного характера деталей редуктора и элементов крепления.

Ещё до этих неудачных испытаний двигатель был установлен на самолет. 12 ноября 1952 года первый опытный Ту-95 с четырьмя 2ТВ-2Ф поднялся в воздух. 16 полетов почти 25 часов в небе были удачными, но затем произошла катастрофа. 11 мая 1953 года на третьем двигателе случился пожар. Средства пожаротушения оказались бессильны, двигатель оторвался от самолета. Винты четвертого двигателя вошли во флюгерное положение, и машина почти вертикально упала на землю. Погибли четыре человека: командир, знаменитый летчик А.Д. Перелёт, штурман С.С. Кириченко, бортинженер А.Ф. Чернов и техник А.М. Большаков. Ещё девяти членам экипажа удалось спастись.

Правительственная комиссия, занимавшаяся расследованием катастрофы, пришла к выводу, что её причиной было разрушение промежуточной шестерни редуктора из-за её недостаточной усталостной прочности, так как шестерня была изготовлена с нарушением технологии. Это могло повлечь за собой разрушение моторамы двигателя, затем разлив топлива и пожар.

Поскольку недостаточная усталостная прочность редуктора проявляла себя и на испытаниях, катастрофа представлялась вполне закономерной. “И сам Туполев, и его заместители, и все члены комиссии обвиняли Николая Дмитриевича во всех смертных грехах, - пишет В.Н. Орлов. - К работе комиссии были подключены сотрудники КГБ, и даже рассматривался вопрос о возможном вредительстве”. Дамоклов меч навис и над двигателем, и над самим самолетом. Обсуждалась идея прекратить все работы по Ту-95. “Вероятно, это сильно подействовало на Туполева, заставило его переосмыслить весь ход обсуждения причин катастрофы и сделать соответствующие выводы, - продолжает Владимир Николаевич. - На следующий день после заседания ВПК вечером в гостиницу Николаю Дмитриевиче позвонил К.В. Минкнер и сказал, что Туполев просит его приехать к нему. Николай Дмитриевич отказался: ”Зачем мне приезжать, Вы хотите устроить похороны по первому разряду? Всё уже решено". Сразу же после этого позвонил Туполев и сказал: “Пришлю машину. Нужно многое обговорить, в ситуации есть большие изменения”. <…> Как выяснилось, Туполев всех сильно ругал и при Кузнецове продолжил: “Что мы наделали? Ведь истина проста: нет двигателя - нет и самолета. А мы всё чуть было своими руками не погубили”…" На следующем заседании комиссии Туполев вступился за Кузнецова: “Обезглавить конструкторский коллектив, убрать руководителя, означает угробить этот мощнейший в мире двигатель, а заодно и самолет Ту-95. Этого делать нельзя. Наши решения должны быть направлены на поддержку двигателя 2ТВ-2Ф и других его вариантов. А для достижения этой цели надо, чтобы главному конструктору двигателя помогли, а не сажали в тюрьму”.

Как раз в эти дни из Куйбышева пришло известие, что двигатель ТВ-12 без замечаний прошел 25-часовые стендовые испытания. В итоге в 1953 году работы по 2ТВ-2Ф были прекращены. Подготовку производства Ту-95 также приостановили. Все ресурсы завода Н.Д. Кузнецова были сосредоточены на создании ТВ-12. Кроме того, к помощи по этому проекту подключили другие предприятия и конструкторские бюро. Так, изготовление некоторых деталей и узлов передали на куйбышевский завод №24 имени М.В. Фрунзе и пермский завод. Руководитель ликвидированного в Куйбышеве ОКБ М.Р. Флисский и часть его коллектива были переведены в ОКБ Кузнецова. Началась подготовка летающих лабораторий на базе Ту-4 к испытаниям ТВ-12.

Доводка двигателя ТВ-12 была долгой и напряженной. Многие конструктивные особенности ещё не имели аналогов, часть узлов и деталей приходилось создавать впервые, а возникающие проблемы - устранять новыми, ещё никем не опробованными решениями. Каждому нововведению сопутствовала глубокая теоретическая проработка и сложный комплекс исследований, в том числе экспериментальных.

Так, почти год ушел на отладку механизации направляющих аппаратов компрессора для обеспечения нормального запуска двигателя. В.Н. Орлов вспоминает: “В начале 1952 года мы, впервые на двигателе ТВ-022… уже столкнулись с явлением ”запирания" компрессора на запуске и поняли, что для нормального запуска необходимо делать управляемые клапаны перепуска воздуха на компрессоре. Однако при проектировании компрессора ТВ-12 ни перепуска воздуха, ни регулируемых направляющих аппаратов компрессора не было предусмотрено. На гидротормозном стенде запуск двигателя ТВ-12 был электрический от пендель-мотора, и на первых запусках была зафиксирована огромная мощность, требуемая на запуск ТВ-12, - 1500 л.с. Начался довольно длинный и трудоемкий процесс изучения того, что происходит в компрессоре на запуске, и проверка действенности мероприятий по снижению мощности на запуске. Только 9 ноября 1952 года при испытании двигателя с клапанами перепуска была получена приемлемая мощность запуска …". Был достигнут очень высокий КПД компрессора - 88% при степени повышения давления 9,5.

В 1953 году впервые в мире создан однорядный, очень компактный планетарно-дифференциальный редуктор. “При этом скорости вращения шестерен были увеличены до 70 м/сек, - пишет В.Н. Орлов, - в то время как крупнейший специалист того времени по шестерням профессор А.И. Петрусевич считал, что выше 40 м/сек скорость поднимать нельзя”. Для обеспечения надежности и работоспособности такого редуктора были разработаны новые технологические методы, обеспечивающие точность изготовления зубьев шестерен, и новые принципы охлаждения рабочих поверхностей зубчатых и шлицевых соединений. Всё это широко использовалось потом в редукторах других двигателей.

Турбина также была совершенно новой - пятиступенчатую схему раньше никто не применял. Она получилась высокоэкономичной, значение КПД (94%) остается рекордным до настоящего времени. Рабочие лопатки турбины впервые в отечественной практике изготавливались методом литья из жаропрочных сплавов, которые имеют более высокие пределы прочности при высоких температурах, чем использовавшиеся раньше деформируемые сплавы. Трудоемкость изготовления лопаток при этом снизилась.

На статоре турбины внедрили легкосрабатываемые медно-графитовые вставки, благодаря которым уменьшились радиальные зазоры между рабочими лопатками турбины и статором турбины. “Впервые проведены работы по активному регулированию радиальных зазоров в турбине, - продолжает перечислять конструктивные и технологические новшества В.Н. Орлов, - для чего в конструкцию был введен кожух над статором турбины, в полость которого подавался воздух для охлаждения статора турбины. Решена сложная задача устойчивости и точности регулирования турбовинтового двигателя. При этом впервые успешно использована отрицательная тяга воздушных винтов для торможения самолета при посадке. <…> Принципы и методы, теоретически и экспериментально разработанные при решении этой проблемы, актуальны и сегодня при создании нового поколения винто-вентиляторных двигателей”.

Ещё в 1953 году завод №24 имени М.В. Фрунзе в Куйбышеве начал подготовку к серийному производству ТВ-12. Освоение двигателя серийным предприятием параллельно с его доводкой опытным заводом приносило массу проблем, но гонка за соблюдением сроков не оставляла выбора. В отчете завода за 1954 год указано: “… Конструкции узлов и деталей двигателя систематически изменялись. В 1954 году от главного конструктора получено 5428 изменений, в т.ч. конструктивных - 1030…”.

Объем работ получился колоссальным, и неудивительно, что доводка двигателя сильно затянулась. На завод Н.Д. Кузнецова зачастили комиссии. Самолетчики и представители министерства выражали недовольство темпами доводки двигателя. 

“В 1053-1954 годах на завод были направлены две большие комиссии, разбиравшие ход доводки двигателя. Первая, под председательством А.А. Микулина, предоставила по результатам проверки отрицательный отзыв о доводке ТВ-12 и предложила ”закрыть" двигатель. Вторая - под председательством В.Я. Климова - дала положительный отзыв. Климов во всём поддержал Кузнецова и предложил министерству на полгода оставить его и ОКБ в покое, заверив, что Николай Дмитриевич доведет машину и к концу 1954 года предъявит двигатель на госиспытания". Щербаков В.Л. “Под знаменем НК. От завода №24 им. М.В. Фрунзе до ОАО ”Кузнецов"".

Прав оказался Климов: первый двигатель ТВ-12 с успехом прошел государственные испытания в декабре 1954 года, второй в марте 1955-го. Он получил наименование НК-12 - по инициалам главного конструктора и числу, соответствующему первоначальной мощности двигателя.

В феврале 1955 года опытный самолет Ту-95/2 с силовой установкой из четырех ТВ-12 совершил свой первый полет. Командиром экипажа был летчик-испытатель М.А. Нюхтиков. Уже на параде 1 мая публике были продемонстрированы три Ту-95, два из которых были серийными. По кодификации НАТО этот самолет обозначили “Медведь”.

Однако государственные испытания Ту-95, которые завершились в октябре 1956 года, показали, что расчетных параметров ему достичь не удалось. Полученная дальность в 12 100 км составляла 81% от заданной. Требовалось усовершенствовать двигатель, повысив его взлетную мощность до 15 000 л.с.

Это задание выполняло ОКБ-24, вновь организованное при заводе им. М.В. Фрунзе. Руководил им А.А. Овчаров, заместитель главного конструктора ОКБ Кузнецова. Модификация НК-12М повышенной до необходимых 15 000 э.л.с. мощности, с винтами АВ-60С диаметром 5,6 м, была готова уже летом 1956 года. Она развивала взлетную тягу 10 500 кгс, а в момент отрыва от земли на скорости 275 км/ч - 6720 кгс. Удельный расход топлива на крейсерском режиме - 0,58 кг/(кгс*ч). Благодаря установки этого двигателя характеристики самолета значительно улучшились: взлетная масса увеличилась до 182 000 кг, запасы топлива до 90 тонн. Соответственно, выросла и дальность полета. Практическая дальность с 5 тоннами бомб и 5-процентным резервом топлива составила 13 200 км. Хоть это было и несколько меньше, чем предписывало постановление 1951 года, но больше, но больше, чем у других созданных на тот момент отечественных дальних бомбардировщиков (М-4 КБ Мясищева продемонстрировал на госиспытаниях дальность 9800 км. Его модификация 3МЕ позже достигнет дальности уже 13 000 км). Максимальная скорость Ту-95М (модернизированный) достигла 880 км/ч, потолок - 11 900 м. С этими данными самолет в октябре 1957 года прошел государственные испытания и был принят на вооружение. Ту-95М несли службу в частях ВВС до 1980-х годов. Семейство самолетов, созданных на основе Ту-95 и Ту-95М, очень велико: число серийных модификаций, опытных версий и летающих лабораторий приближается к пятидесяти.

13 сентября 1958 года успешно выдержал госиспытания и был направлен в серийное производство двигатель НК-12МВ. В нём была применена специально разработанная система автофлюгирования, исключающая возникновение отрицательной тяги на всех режимах полета. Кроме того, НК-12МВ имел увеличенный ресурс: сначала до 200, а затем и до 300 часов. Конструкторско-технологические изменения, которых было более 1400, затронули все основные узлы и детали. “На двигателе впервые применены… короткозамкнутая масляная система, высокооборотные откачивающие масляные насосы с импеллерами, инерционное отделение воздуха из масловоздушной среды с помощью центрифуги”, - указывает В.А. Зрелов.

Эта модификация устанавливалась на стратегических бомбардировщиках и ракетоносцах Ту-95, самолетах дальнего радиолокационного обнаружения и управления Ту-126 и пассажирских Ту-114.

Ракетоносцы Ту-95К были частью системы К-20, предназначенной для поражения наземных целей, и оснащались сверхзвуковой крылатой ракетой Х-20. Самолеты начали поступать в строевые части в 1959 году. После того как на них установили систему дозаправки топливом в полете по схеме “конус”, они получили название Ту-95КД. Позже их сменили Ту-95КМ, доработанные под новое радиотехническое оборудование. Следующим шагом стал комплекс К-95-22 с самолетом-носителем Ту-95К-22, оснащенный крылатой ракетой Х-22 и принятый на вооружение в 1983 году.

Стратегические разведчики Ту-95МР долгое время находились в эксплуатации и использовались для радио- и фоторазведки и патрулирования над акваторией всех четырех океанов планеты. С 1966 по 1997 года боевую службу в частях авиации ВМФ несли самолеты дальней разведки и целеуказания Ту-95РЦ.

С опытного самолета Ту-95В с двигателями НК-12МВ 30 октября 1961 года на полигоне Новая Земля с высоты 12 км был сброшен самый мощный боеприпас за всю историю человечества - водородная бомба потенциальной мощностью 100 Мт (из осторожности её ограничили при испытаниях до 50 Мт). Масса бомбы составляла почти 25 тонн.

Самолет дальнего радиолокационного обнаружения Ту-126 также оснащался двигателями НК-12МВ. Он предназначался для обнаружения на больших расстояниях воздушных и морских целей с передачей информации на командные пункты ПВО. В 1950-х основную угрозу представляли скоростные и высотные цели, и Ту-126 был хорошо приспособлен для их обнаружения. Однако уже в 1960-х появились самолеты, способные проникать к цели на малых высотах, и здесь Ту-126 практически ничем помочь не мог. В 1980-х годах его сменил самолет А-50, созданный на основе Ил-76.

На базе бомбардировщика Ту-95 был разработан также гражданский дальнемагистральный Ту-114. В 1959 году он совершил беспосадочный перелет Москва - Нью-Йорк, спустя несколько месяцев на этом самолете в США с официальным визитом прибыл Н.С. Хрущев. За время эксплуатации Ту-114 перевезли около шести миллионов пассажиров, не потерпев ни одной катастрофы в воздухе.

НК-12МП - самая поздняя модификация НК-12, созданная уже в 1979 году. Отличается от предшественников, в первую очередь, установкой генератора переменного тока постоянной частоты. Этим двигателем оснащались самолеты Ту-142 и Ту-95МС.

Ту-142 - дальний противолодочный ударный комплекс, базовый самолет противолодочной обороны. Он был создан на основе Ту-95РЦ, с некоторыми изменениями в конструкции крыла, шасси, кабины и с новой системой вооружения. С начала 1970-х до середины 1990-х было построено около ста самолетов Ту-142 разных модификаций, многие из которых служат в частях ВМФ и сейчас.

Ту-95МС - стратегический ракетоносец с крылатыми ракетами большой дальности Х-55. Практическая дальность Ту-95МС - 10 500 км. На нём было установлено несколько мировых рекордов. Серийно выпускался с середины 1980-х годов и до начала 1992 года. Самолеты этого типа до сих пор остаются в строю дальней авиации России.

НК-12МА - модификация двигателя для военно-транспортных самолетов Ан-22 “Антей” и Ан-22А. Она отличалась винтами увеличенного диаметра (6 м) АВ-90 с тягой 14 000 кгс вместо АВ-69К, развивавших тягу 9000 кгс. Его мощность на крейсерском режиме (высота 10 км, скорость 600 км/ч) составляла 8080 э.л.с. Двигатель производился серийно с 1966 года.

НК-12МК - версия двигателя для военно-морского флота, устанавливалась на экраноплан “Орлёнок”. Её особенность - в применении коррозионно-стойких материалов и специальных покрытий для эксплуатации в морских условиях. “Орлёнок” мог подниматься на высоту до 3 км и лететь со скоростью 400 км/ч. Двигатель при этом развивал мощность 10 650 э.л.с. НК-12МК выпускались в серии с 1972 года.

17 октября 1967 года на АН-22 “Антей” с двигателями НК-12МА был установлен абсолютный мировой рекорд грузоподъемности - 100,44 тонны были подняты на высоту 7848 метров. Только с 1955 по 1962 год на заводе №24 имени М.В. Фрунзе было произведено 1672 двигателя НК-12 и его модификаций.

Мощный турбовинтовой двигатель НК-12, разработанный в середине 1950-х годов, не имел аналогов в мире на протяжении полувека. Семейство самолетов Ту-95 с этими двигателями многие десятилетия было олицетворением военно-стратегического паритета в “холодной войне” и всё ещё составляет основу стратегической авиации России.