Двухконтурные турбореактивные двигатели НК-22, созданные на основе двигателя для гражданской авиации, были первыми ТРДДФ для боевого самолета в отечественном авиапроме.

В начале 1960-х годов на вооружении дальней авиации СССР находилось два бомбардировщика средней дальности - Ту-16 и Ту-22. Необходимость в них диктовалась наличием в Европе, на Аляске и в других регионах удаленностью до 3000 км важных наземных целей и расположением в акваториях близлежащих морей и океанов авианосных группировок США, Англии и Франции. Но эти самолеты уже не дотягивали до современного им уровня развития военной техники. Сверхзвуковые Ту-22 изначально создавались как замена дозвуковым Ту-16, боевая эффективность которых перестала отвечать возможностям ПВО. Но и сам Ту-22 имел существенные недостатки. В первую очередь они были связаны с несовершенством системы управления. Следствием стал почти десятилетний срок доведения Ту-22 до приемлемой надежности, внушительный “черный список” из 38 катастроф, относительно малый выпуск (310 единиц) и сохранение на вооружении прежнего Ту-16. Кроме того, Ту-22 был однорежимным, он легко обнаруживался и мог быть уничтожен на большой высоте усовершенствованными системами ПВО.

От однорежимных дальних бомбардировщиков стали отказываться и другие авиационные державы. Американский сверхзвуковой В-58 и британские “Вэлиэнт” и “Виктор” к концу 1960-х были сняты с вооружения, “Вулкан” переориентировали на решение оперативно-тактических задач. Одновременно в США приступили к созданию многорежимного F-111 (хотя это был фронтовой, а не дальний бомбардировщик). Многорежимные бомбардировщики - это самолеты, способные с достаточно большой бомбовой нагрузкой совершать и длительный полет на большой сверхзвуковой скорости, и маловысотный прорыв ПВО на высокой дозвуковой или даже на сверхзвуке. На F-111 впервые в мире были установлены два двухконтурных турбореактивных двигателя с форсажем (TF30-P-3).

В СССР в середине 1960-х годов необходимость полноценной замены Ту-16 и Ту-22 многорежимным бомбардировщиком средней дальности была уже вполне очевидной. Для такого самолета , призванного выполнять боевые задачи в широком спектре высот и скоростей полета, требовался мощный двухконтурный турбореактивный двигатель с форсажем (двухконтурность обеспечивает дальность, форсаж необходимую скорость полета).

Но в то время, когда вся сверхзвуковая боевая авиация мира переходила на ТРДДФ, в СССР для таких самолетов создавали только одноконтурные форсированные ТРД. Задел по двухконтурным двигателям с большой тягой имело ОКБ Н.Д. Кузнецова. Ещё в марте 1954 года его коллектив начал разработку. Это был первый советский высокотемпературный двухконтурный двигатель с форсажной камерой во внешнем корпусе, и получился он самым мощным в мире. На 50-часовых стендовых испытаниях он показал тягу в 22 000 кгс. Но в 1963 году проект закрыли, потому что он опоздал: к этому сроку в ОКБ А.Н. Туполева были свернуты работы по сверхзвуковым двухдвигательным самолетам “106”, “125” и четырехдвигательному сверхзвуковому бомбардировщику “135”, для которых делали этот двигатель. В самолетном КБ сосредоточились на доводке Ту-22.

Практически сразу после НК-6 Кузнецов получил задание на ТРДДФ для сверхзвукового пассажирского Ту-144. Этот самолет разрабатывался параллельно с англо-французским “Конкордом” такого же назначения. Двигатель получил название НК-144. Его конструкция во многом основывалась на схеме НК-6, что должно было сократить сроки создания. НК-144 проектировался с умеренной степенью двухконтурности - 0,6; степенью повышения полного давления - 14,2; температурой газов перед турбиной - 1087 градусов цельсия. Первоначально заданная тяга - 17 500 кгс. 31 декабря 1968 года Ту-144 с четырьмя НК-144 впервые поднялся в воздух. Негласное “соревнование” удалось выиграть: он опередил западный “Конкорд” на два месяца. Ту-144 стал первым в мире гражданским самолетом, который более чем в два раза превысил скорость звука в полете на высоте 16 300 м. На серийных машинах использовалась модификация НК-144А с увеличенной до 20 000 кгс тягой на форсаже. Для повышения устойчивости компрессора была добавлена третья вентиляторная ступень, введено много других улучшений. В феврале 1975 года этот двигатель прошел госиспытания, и через два года Ту-144 начал совершать регулярные пассажирские перевозки Москва - Алма-Ата.

Была разработана следующая модификация двигателя - НК-144В, но к тому времени от самолета отказались. По мнению авторитетных специалистов, известных авиационных конструкторов, прекращение работ по самолету Ту-144 было связано с нежеланием руководителей Министерства гражданской авиации СССР “заниматься сверхзвуковой авиацией, требующей постоянного внимания, развития служб техники, определенных затрат” (Близнюк В., Васильев Л. Вуль В. и др. “Правда о сверхзвуковых пассажирских самолетах”.

Двигатель же был вполне состоявшимся, он демонстрировал отличные тяговые характеристики. Появилась идея использовать его для создания многорежимного бомбардировщика. Тяги в 20 000 кгс на форсаже должно было хватить для выполнения весьма высоких требований со стороны военных заказчиков. И это тот редкий случай, когда разработка для гражданской авиации была применена и приспособлена для военных нужд, а не наоборот.

Однако в начале 1960-х годов проект абсолютно нового сверхзвукового дальнего бомбардировщика в СССР на был одобрен “сверху”. И дело не только в предпочтении Хрущевым ракетной тематики или чистом волюнтаризме, но и в банальном дефиците средств. Финансирование авиапрома было урезано, новые стратегические самолеты не заказывали.

А.Н. Туполев пошел на своеобразный маневр: новый самолет он начал разрабатывать под видом модификации прежнего. Поэтому многорежимный бомбардировщик получил название Ту-22М, хотя на самом деле был совсем другой моделью. Предполагалось, что на такое “усовершенствование” уйдет немного времени (впоследствии эти ожидания не оправдались). Работы начались по инициативе ОКБ в 1965 году. Только в ноябре 1967-го удалось добиться частичного ассигнования проекта, и вышло соответствующее постановление Совмина СССР.

Техническое задание предусматривало дальность самолета не менее 5000 км, максимальную скорость 2300-2400 км/ч на высоте, возможность полета на малых высотах с околозвуковой скоростью, боевую нагрузку 11 тонн и возможность базирования на запасных аэродромах ограниченных размеров. Все эти требования были взаимоисключающими доля самолета традиционной аэродинамической схемы. Поэтому авиаконструкторы решили применить крыло изменяемой стреловидности: это обеспечивало и достижение высоких скоростей, и увеличение боевой нагрузки, и дальность полета, и хорошие взлетно-посадочные характеристики. Минусами конструкции было её усложнение, увеличение веса и стоимости самолета. На Ту-22М планировалось установить два турбореактивных двухконтурных двигателя с форсажем НК-144-22 (изделие “ФМ”), тягу которых предполагалось довести до 22 200 кгс.

Двигатель НК-144-22 очень многое перенял от своего гражданского “предтечи”. Почти без изменений была использована конструкция газовоздушного тракта, теми же остались степень повышения давления, расход воздуха и температура газа перед турбиной. Первое испытание НК-144-22 в варианте с двухступенчатым вентилятором прошел в апреле 1968 года (накануне Кузнецову было присвоено воинское звание генерал-лейтенант инженерно-технической службы). На следующий год эта версия двигателя стала производиться серийно. Она устанавливалась на опытный самолет Ту-22М0 и выпущенный малой серией Ту-22М1.

Затем на двигатель, как было и с НК-144А, добавили третью ступень вентилятора - для повышения запасов устойчивости компрессора. “Для этого пришлось полностью перепрофилировать компрессор низкого давления (саблевидная первая рабочая лопатка вентилятора была заменена прямой, а также был введен зауженный тракт на подпорных ступенях компрессора - одновременно на 4% была раскрыта площадь проходного сечения первого соплового аппарата турбины)”, - пишет В.Л. Щербаков в книге “Под знаменем НК. От завода №24 им. М.В. Фрунзе до ОАО Кузнецов”.

Из-за того, что самолет был задуман многорежимным, сопло двигателя сделали эжекторным. Такое сопло позволяет уменьшить потери энергии при сверхкритических перепадах давления. Применили и другие новшества: гидромеханическую систему управления с электронным ограничителем температуры газов перед турбиной и сигнализатор горения топлива в форсажной камере.

Летные испытания двигателя показали, что обеспечиваются не все требуемые характеристики и необходима дальнейшая доводка. В.Н. Орлов, сотрудник ОКБ Кузнецова, вспоминает: "Основными из этих мероприятий были следующие:

– увеличение номинальных значений частот вращения роторов по режимам;

– введение новых лопаток соплового аппарата и колеса турбины первой ступени с улучшенной системой охлаждения;

– введение устройства частичного отключения воздуха, подаваемого на охлаждение турбины ВД на крейсерских режимах работы двигателя <…>;

– снижение гидравлических потерь в компрессоре (поставлены уплотнительные крышки на статоре, уплотнены стыки полок замков лопаток вентилятора), уменьшение радиальных зазоров по рабочим лопаткам и лабиринтам;

– снижение гидравлических потерь в турбине (облагораживание тракта по статору турбины, уменьшение перетекания газа по замкам и полкам рабочих лопаток)".

На этих опытных двигателях конструкторы столкнулись с проблемой титанового пожара, возникавшего от трения деталей из титана друг о друга. Были изучены разные способы её устранения, и в результате применены новые жаропрочные сплавы, в частности для изготовления направляющего аппарата трех последних ступеней компрессора высокого давления. Всё это несколько затянуло сроки испытаний.

Но в 1972 году государственные 100-часовые стендовые испытания двигателя, получившего обозначение НК-22, были завершены, и он передан в серийное производство на завод им. М.В. Фрунзе. “Двигатель НК-22 является первым в мировой практике авиадвигателестроения образцом турбовентиляторного двухконтурного с форсажной камерой двигателя большой тяги, производившегося серийно…” - пишет В.А. Зрелов в учебном пособии “Отечественные газотурбинные двигатели. Основные параметры и конструктивные схемы”. Действительно, двигатель Н.К. Кузнецова первым среди серийных ТРДДФ выдержал госиспытания и был рекомендован к установке на бомбардировщик.

НК-22 выдавал взлетную форсажную тягу 20 000 кгс при удельном расходе топлива 1,95 кг/кгс*ч. Его тяга на форсаже была на 47% больше, чем у разрабатывавшегося в то время в США F101-GE-100, двигателя такого же типа для многорежимного стратегического межконтинентального бомбардировщика. Однако довести до заданных 22 000 кгс тягу так и не удалось. Поэтому одновременно с доводкой серийных двигателей НК-22 и планомерным увеличением их ресурса (к 1976 году он составил 750 часов) конструкторы создавали новые модификации.

Так был разработан двигатель НК-23 с четвертой подпорной ступенью компрессора низкого давления и некоторой доработкой узлов и систем. Он был полностью взаимозаменяем с НК-22 в плане привязки к самолету. На этом двигателе удалось достичь более высокой взлетной тяги - 22 000 кгс - при удельном расходе топлива 1,85 кг/кгс*ч. “Но и здесь разработчиков преследовали неудачи, - пишет В.Л. Щербаков, - был построен только опытный НК-23, который прошел стендовые и летные испытания на одном из переоборудованных Ту-22М2, но в серию ”перенапряженный" НК-23 так и не был передан (интересно, что по воспоминаниям Владимира Орлова, на стенде НК-23 обеспечивал даже большую тягу - до 25 000 кгс). В 1977 году работы по нему были прекращены. Все усилия были сосредоточены на новом турбореактивном двухконтурном трехкаскадном двигателе с форсажной камерой, который получил обозначение НК-25 и предназначался для установки на модернизированном Ту-22М3".

Попытка создать НК-23 показала, что возможности дальнейшего развития схемы НК-144-22 исчерпаны и для получения лучших характеристик, особенно в плане экономичности, нужен новый двигатель с другим термодинамическим циклом. По этому в 1971 году ОКБ начало разработку более совершенного НК-25.

Создание самолета шло ещё сложнее. Меньше чем через два года после выхода постановления совершил свой первый полет Ту-22М0 (командир экипажа - В.П. Борисов). Однако оказалось, что его летно-технические характеристики не только не соответствуют требуемым, но даже хуже, чем у самолета-предшественника, Ту-22К, на замену которому он готовился.

Под руководством ведущего конструктора самолета, Д.С. Маркова, провели значительную модернизацию: удлинили крыло, переконструировали воздухозаборники, усовершенствовали системы управления и оборонительного вооружения. Первый экземпляр Ту-22М1 с двигателями НК-144-22 был построен летом 1971 года на Казанском авиационном заводе. Тогда же начались его летные испытания (командир экипажа в первом полете - Б.И. Веремей). Ещё до их окончания приняли решение передать этот вариант самолета в серийное производство. Но Ту-22М1 не смог достичь нужных характеристик. Изготовленные в количестве девяти штук самолеты не поступили на вооружение. Часть из них использовались для последующих испытаний, часть - при переподготовке летчиков в Центре боевой подготовки морской авиации.

Крупносерийной стала следующая версия - Ту-22М2. К тому времени завершились государственные испытания двигателя НК-22, и во многом благодаря его улучшенным параметрам самолет продемонстрировал приемлемые для заказчика характеристики. Первый полет Ту-22М2 состоялся 7 мая 1973 года. Была получена максимальная скорость 1800 км/ч и дальность 5100 км. В 1975 году эти самолеты стали поступать в строевые части, в следующем - были официально приняты на вооружение авиации ВМФ и Дальней авиации. До 1983 года Казанский авиационный завод построил 211 машин Ту-22М2.

Долгий путь, который был проделан от Ту-22М0 с двигателем НК-144-2 до серийного Ту-22М2 с НК-22, был не напрасным. Дальняя авиация наконец получила многорежимный сверхзвуковой самолет, который имел большой потенциал для дальнейшего развития.