Этот двигатель впервые в отечественной практике стал серийным ТРДДФ для истребителя и обеспечил самолетам МиГ-31 непревзойденные до сих пор характеристики.

В начале 1970-х годов истребитель-перехватчик третьего поколения МиГ-25 начал устаревать. Он был приспособлен в первую очередь для борьбы с высотными скоростными самолетами, а к тому времени появились и получили распространение новые, маловысотные цели. Например, принятые на вооружение в США многорежимные бомбардировщики F-111 и FB-111, способные совершать прорыв на предельно низкой высоте, и разрабатываемый многорежимный стратегический B-1A. Большую опасность представляли стратегические крылатые ракеты авиационного и морского базирования. Радиолокатор “Смерч”, а потом “Сапфир”, которыми оснащались МиГ-25П и МиГ-25ПД, не решали задачу уничтожения низколетящих целей. Кроме того, этот самолет, как другие отечественные перехватчики на тот момент, не обладал автономностью, то есть работал только в тесном взаимодействии с наземными пунктами наведения. А двигатели Р15Б-300, оптимизированные для сверхзвукового полета на скорости в 2,35М, не позволяли получить большую дальность на дозвуке, потому что имели высокий расход топлива. Так, из-за недостатка дальности и автономности самолетов районы Крайнего Севера СССР, где не было сплошного радиолокационного покрытия ПВО, могли оказаться незащищенными в случае атаки крылатыми ракетами со стороны Арктики. Нужен был новый перехватчик, способный вести автономные действия и бороться с воздушными целями всех типов во всём диапазоне высот и скоростей. В ОКБ Микояна подготовили проект Е-155МП, будущего МиГ-31.

Истребителю с такими характеристиками нужен был двигатель, имеющий малый удельный расход топлива в крейсерском дозвуковом полете и одновременно высокую удельную тягу на форсаже для достижения больших сверхзвуковых скоростей. За рубежом на боевых самолетах начали применять двухконтурные двигатели. Интересный путь выбрала шведская фирма “Свенска Флюгмотор”. Был куплен американский ТРДД для гражданский самолетов - JT8D и к нему приделана форсажная камера. Этим двигателем, RM.8B, оснащались самолеты JA-37 и AJ-37 “Вигген”. Но максимальная скорость “Виггена” - 2М, а для Е-155МП техзаданием предусматривалась 2,83М. Отечественные военные заказчики продолжали считать, что высокоскоростной полет возможен только с одноконтурными ТРДФ. Поначалу для силовой установки рассматривались варианты развития Р15Б-300, который устанавливался на прототипе будущего перехватчика - МиГ-25, и разработанный рыбинским ОКБ РД36-41 такого же класса тяги (предназначался для ракетоносца-разведчика Т-4 П.О. Сухого). Но одноконтурные двигатели при всех своих достоинствах не могли обеспечить требуемой дальности полета. Главный конструктор пермского ОКБ-19 П.А. Соловьев предложил принципиально новую для советских боевых самолетов схему ТРДДФ, со смешением потоков внешнего и внутреннего контуров в форсажной камере. Это действительно больше подходило для многорежимного истребителя. Такой двигатель без потери в скорости на сверхзвуковых режимах за счет более высокой температуры газа мог бы иметь значительные преимущества в экономичности на дозвуке. И хотя ОКБ Соловьёва ещё не имела опыта создания серийных турбореактивных двигателей для военной авиации, задел по двухконтурной схеме у него был основательный.

Ещё в 1955 году здесь был разработан опытный ТРДДФ Д-20 с тягой 6800 кгс. Он послужил основой для гражданского двухконтурного Д-20П, который выпускался серийно и, в свою очередь, предопределил появление двигателя Д-30. Последний стал одним из самых успешных и массовых гражданских двигателей в своём классе, он устанавливался на пассажирском самолете Ту-134. На базе Д-30 сделали первый экспериментальный отечественный ТРДДФ с форсажной камерой смесительного типа, который получил обозначение А-30Ф (изделие “38”). Он разрабатывался и испытывался в 1965-1969 годах.

Аэродинамический облик компрессора остался тем же, что и у гражданского прототипа, в турбокомпрессорной части были заменены только материалы. Чтобы существенно увеличить тягу, пришлось намного поднять температуру газов перед турбиной. Двигатель развил 11 500 кгс на форсаже. Но этого было недостаточно - требовалось тяга 15 500 кгс.

Создание такого двигателя было сопряжено с высокими техническими рисками, связанными с общим недостаточным уровнем теоретических и практических знаний по применению ТРДДФ на сверхзвуковом самолете. “Неизвестно было, сохранит ли работоспособность компрессор двигателя, ”привыкший" работать с дозвуковым незатененным воздухозаборником, при его взаимодействии со сверхзвуковым входом… - пишет В.Г. Августинович. - Выдержит ли турбина повышенную температуру газа при условии, что температура охлаждающего воздуха достигает 700 градусов цельсия". По словам Валентина Григорьевича, конструкторам ОКБ-19 предстояло опровергнуть несколько теоретических догм, которые ученые на тот момент считали незыблемыми. Одна из них гласила, что максимальная температура газа перед турбиной должна поддерживаться начиная со взлетного режима у земли Но таким образом получить лобовую тягу на скорости 3000 км/ч, которая указывалась в техническом задании на самолет, не представлялось возможным. Необходимое решение было уже опробовано на одноконтурном турбореактивном двигателе с форсажем РД36-41. Для получения заданной тяги на высоте 20 км и скорости 3200 км/ч рыбинским конструкторам пришлось увеличить температуру газа на этом режиме по сравнению со взлетной на 75 градусов. Для ТРДДФ этого оказалось мало. Потребовалось добавлять к температуре газа на взлетном режиме 150 градусов.

“Как только определилась размерность двигателя, попытались расчетным способом определить возможность форсирования Д-30Ф до нужного уровня. Ничего не получалось, что бы ни делали. Конечно, можно было просто увеличить размеры двигателя, но это - новое ”железо" и, самое главное, длительные сроки. Возможность будет упущена. Нужно было “сварганить” двигатель-демонстратор из “готового” или почти готового “железа”. В наличии имелось две размерности ядра-газогенератора: Д-30 и Д-30КУ, отличающиеся на 25%. Первый был маловат, а второй - великоват. Почему-то никому не приходило в голову взять готовый компрессор газогенератора Д-30КУ и … “отрезать” от него первую ступень. Достаточно простая задача комбинаторики. В этом случае размерность ядра-газогенератора точно подходила под заданную. Предложение такой комбинации было сделано автором этих строк. Если от компрессора высокого давления Д-30КУ одну ступень отрезали, то к вентилятору Д-30 одну ступень приставили спереди. Получилось то, что надо: расход воздуха 150 кг/с, тяга 15 500 кгс. Двигатель становился реальным". В.Г. Августинович, доктор технических наук, сотрудник Пермского ОКБ.

Для демонстрационного варианта будущего Д-30Ф6 была разработана программа повышения температуры газа перед турбиной с увеличением скорости полета самолета, ставшая потом известной как “температурная раскрутка”. Благодаря ей обеспечивалась нужная тяга на высоте 20 км при скорости 2500 км/ч. Теперь догма была опровергнута и для двухконтурных двигателей с форсажем.

Конструкция турбины содержала много новшеств, в частности касающихся системы охлаждения. “Ключевым узлом, обеспечившим успех проекта, оказалась конструкция высокотемпературной турбины. Как обычно, первоначальная ”готовая" конструкция турбины с Д-30КУ развалилась при горячих испытаниях с имитацией полетных условий (300 градусов цельсия на входе в двигатель). Потом оказалось, что и в прогнозе максимальной температуры газа ошиблись на … 100(!) градусов. Пришлось разрабатывать эту турбину по-серьёзному и заново. Новую компоновку турбины, которая подтвердила свою работоспособность при температуре газа около 1370 градусов, разрабатывал опытнейший конструктор ОКБ Соловьева М.С. Пресман. В результате этой работы в ОКБ был совершен скачок по уровню температуры газа в 200 градусов". Августинович В.Г. “Битва за скорость. Великая война авиамоторов”.

Однако ученые ЦИАМ по-прежнему считали создание двухконтурного двигателя с форсажем со столь высокими параметрами для таких больших скоростей полета в принципе невозможным. Об этом они и написали в официальном отрицательном заключении на проект. Но несмотря ни на что, генеральный конструктор ОКБ Микояна Р.А. Беляков решил рискнуть и принял предложение П.А. Соловьёва. По воспоминаниям Павла Александровича, “всё равно боялись страшно. Вот совещания у Устинова (секретаря ЦК КПСС, отвечавшего за оборону) начинались с дискуссии - можно ли сделать такой двигатель? Не верили. Всё время поднимали то один вопрос, то другой… А вот Батицкий (главнокомандующий ПВО) сильно давил, и Устинов видимо, хотел такую машину заиметь. И он там объявил, что будем делать этот двигатель. А двигатель Туманского отложили в сторону”.

Осенью 1971 года начались стендовые испытания опытного образца Д-30Ф6. 16 сентября 1975-го самолет Е-155МП с двумя Д-30Ф6 совершил первый полет (летчик-испытатель А.В. Федотов). За период лётных исследований было потеряно два самолета - первый опытный и первый серийный. Обошлось без жертв и это, по сравнению с результатами других создаваемых машин, было вполне неплохим показателем. Однако оба происшествия случились по вине двигателей.

В течение восьми лет испытаний, начиная с первого стендового, шла глубокая доводка Д-30Ф6, адаптация его узлов к реальным условиям работы (было задействовано 35 опытных экземпляров). В итоге размерность, определенная ещё в 1969 году, сохранилась, но очень многое претерпело изменения. В первую очередь материалы: двигатель теперь полностью изготавливался только из титана и никеля. Много усилий было вложено в совершенствование форсажной камеры, её смесителя и фронтового устройства, чтобы улучшить систему розжига и повысить устойчивость процесса горения в высотных условиях. В 1977 году на Пермском моторостроительном заводе началось серийное производство Д-30Ф6, а через два года он выдержал государственные испытания.

Двигатель Д-30Ф6 имеет модульную конструкцию, повышающую технологичность и ремонтнопригодность. Компрессор низкого давления состоит из пяти ступеней и имеет степень повышения полного давления 3, компрессор высокого давления - 10-ступенчатый со степенью повышения полного давления 7,05 (в расчетной точке - 8). Входной направляющий аппарат КВД выполнен поворотным. Окружная скорость на концах рабочих лопаток первого рабочего колеса - 325 м/с. Ротор компрессора высокого давления - дискового типа с усилением последних ступеней. Компрессоры относительно малонапорные, что позволило получить требуемый запас устойчивости.

Камера сгорания - прямоточная трубчато-кольцевая, с 12 жаровыми трубами. Турбина высокого давления - охлаждаемая двухступенчатая. Воздух для охлаждения сопловых и рабочих лопаток обеих ступеней отбирается за пятой и последней ступенями компрессора высокого давления. Для снижения температуры охлаждающего воздуха установили воздухо-воздушный теплообменник. Такое техническое решение было доведено до серии впервые в мире. Чтобы снизить температуру основных дисков и лопаток, к дискам прикреплены покрывные дефлекторы. Между основными дисками установлены два промежуточных - с лабиринтными уплотнениями. Турбина низкого давления - двухступенчатая неохлаждаемая. Впервые в отечественном серийном двигателе используются форсажная камера смесительного типа и регулируемое всережимное сопло створчатой конструкции., дозвуковая часть которого управляется автономно принудительно, а сверхзвуковая - аэродинамически. Интересной особенностью конструкции сопла являются выполненные на проставках второго ряда отверстия, закрывающиеся со стороны проточной части шарнирно закрепленными клапанами. Отверстия с клапанами обеспечивают подавление вредных колебаний газа на нерасчетных режимах. Площадь критического сечения сопла меняется в зависимости от режима работы двигателя поворотом створок первого и второго рядов с помощью 18 гидроцилиндров.

Разжигается форсажная камера с четырьмя кольцевыми стабилизаторами пламени методом “огневой дорожки”. Эта система ранее была реализована на опытном ТРДФ РД-36-41 рыбинского ОКБ-36. Для улучшения розжига также впервые были установлены устройства, ускоряющие испарение топлива после его подачи в форсажную камеру.

В системе автоматического управления первых экземпляров Д-30Ф6 использовали два независимых электронных устройства - ограничитель температуры газа за турбиной и корректор максимальной частоты вращения ротора, повысивший точность регулирования в два раза по сравнению с гидромеханическим регулятором. Затем была разработана и применена уникальная электронно-цифровая система регулирования с полной ответственностью РЭД-3048, которая, как пишет доктор технических наук В.А. Зрелов, превосходила аналогичные американские системы, стоявшие на двигателях истребителей F-15 и F-14 середины 1980-х годов. В случае отказа электронная система дублируется гидравлической системой, что обеспечивает безопасность полета.

Однако не все проблемы двигателя были преодолены даже на первых серийных самолетах. Тяжелое летное происшествие, связанное уже не с двигателями, а с неисправностью бортового оборудования (ложное срабатывание сигнализации выработки топлива), привело к трагедии: погибли шеф-пилот фирмы А.В. Федотов и штурман В.С. Зайцев. Александр Васильевич Федотов был опытнейшим летчиком-испытателем. На его счету 18 мировых авиационных рекордов, три из которых абсолютные, в том числе напомним, непревзойденный до сих пор рекорд высоты 37 650 метров на МиГ-25М.

На начальном этапе эксплуатации и самолет, и двигатели ещё нуждались в достаточно сильном усовершенствовании, которое продолжалось в течение нескольких лет после начала серийного производства. Но при этом истребителю МиГ-31 удалось достичь требуемых летных характеристик. Осенью 1980 года самолет выдержал госиспытания, и в следующем году был принят на вооружение ПВО СССР.

Внешне МиГ-31 очень похож на свой прототип, истребитель МиГ-25. Это неудивительно, ведь при создании “тридцать первого” была использована та же аэродинамическая схема, размерность, тип конструкции, отработанный в полетах на огромных скоростях и высотах, многие технологические решения. Но, во многом благодаря принципиально новым двигателям, самолет получил другие возможности. Например, был существенно увеличен радиус перехвата и дальность полета на дозвуковых крейсерских режимах - МиГ-31 мог барражировать в воздухе до четырех часов.

МиГ-31 стал первым истребителем, покорившим Северный полюс. В 1987 году этот длительный полет провел экипаж Р.П. Таскаева (в отличие от МиГ-25, более сложный по управлению МиГ-31 двухместный, с рабочими местами для командира и штурмана-оператора). По словам летчика-испытателя А.Н. Квочура, “полет через Северный полюс - это не какая-нибудь шоу-акция, а ответственная и тяжелая задача по испытанию работы оборудования в сложнейшей навигационной обстановке. И решена она была блестяще, ещё раз продемонстрировав совершенство и надежность МиГ-31 и мастерство пилотировавшего его экипажа. В заключение летчики-испытатели при возвращении пролетели без посадки от Чукотки вдоль всего северного побережья до Москвы. В воздухе экипаж находился около девяти часов…”. Это была уже модификация МиГ-31, оборудованная системой дозаправки. Продолжительность полета без дозаправки составила 3,5 часа.

МиГ-31 отличает от предшественника значительно более совершенное оборудование для поиска и перехвата целей. Тогда это был единственный в мире серийный самолет, на котором стояла мощнейшая бортовая радиолокационная станция с фазированной решеткой, имеющей электронное сканирование. Этот локатор ("Заслон") может распознавать абсолютно все летательные аппараты, в том числе и “невидимые”, защищенные технологией “стелс”. Такая решетка после МиГ-31 появилась только на американском В-2, и то через десять лет. Благодаря ей экипаж может видеть и сопровождать одновременно до 10 целей, находящихся в диапазоне дальности до 300 км, а аппаратура выбирает четыре наиболее опасные и одновременно наводит на них ракеты. Уничтожение обеспечивается в одной атаке.

Эти самолеты могут работать автономно или группами при автоматическом обмене информацией. Группа из четырех МиГ-31 способна “закрывать собой” воздушное пространство протяженностью до 900 км.

Система вооружения тоже была новой. МиГ-31 стал одним из двух в мире самолетов, оснащенных ракетами “воздух - воздух” большой дальности действия. Второй - американский F-14 “Томкэт”. По своему назначению и характеристикам эти самолеты близки - они имеют уникальные системы управления вооружением, обладают большими рубежами перехвата, возможностью продолжительного патрулирования и прочим. Есть конечно и различия - по некоторым показателям лидирует наш МиГ, по другим - американец. Например, комплекс МиГ-31 имеет превосходство по скоростям перехватываемых целей благодаря более высоким скоростным свойствам самого истребителя, а F-14 выигрывает по высотам перехватываемых целей за счет лучших перегрузочных характеристик ракет.

Модификации самолета МиГ-31Б и -БС имели расширенные возможности боевого применения, повышенную надежность, оснащены системой дозаправки в воздухе. Они были подготовлены по рекомендациям государственной комиссии, принимавшей испытания основной версии.

В середине 1980-х начались работы по коренной модернизации МиГ-31. Подготовили и новый вариант двигателя - Д-30Ф6М. Самолет получил более мощное вооружение, оборудование и в результате несколько “потяжелел”. Поэтому взлетную форсажную тягу двигателя повысили на 1000 кгс. Провели и ещё ряд улучшений, в том числе заменили генератор переменного тока с приводом от турбины на интегральный привод-генератор, двухконтурный топливный насос - на интегральный. Первый образец модифицированного двигателя поставили на испытания в 1985-ом. Вскоре состоялся первый полет МиГ-31М. На нём была установлена более мощная радиолокационная станция “Заслон-М” с дальностью обнаружения целей до 320 км, возможностью одновременно сопровождать 24 цели и наводить ракеты на шесть целей. Всего построили шесть экземпляров этих машин, но из-за экономического кризиса серийное производство освоено не было.

Позже, в 1997 году, начали работы по переоборудованию МиГ-31М в обновленный МиГ-31БМ - многофункциональный истребитель, способный поражать высокоточным оружием как воздушные, так и наземные цели. Боевая эффективность МиГ-31БМ по сравнению с МиГ-31 возросла в 2,6 раза.

Первые самолеты МиГ-31БМ поступили на вооружение в 2008 году. По сообщениям Минобороны, в 2013 году экипажи МиГ-31БМ провели рекордный по продолжительности полет на этих истребителях, находясь в небе 7 часов 4 минуты и преодолев более 8000 км с тремя дозаправками в воздухе.

Бесфорсажный вариант двигателя - Д-30В12 (встречается обозначение Д-30-10П и ПС-30В12) - был разработан для высотного разведчика и исследовательского самолета М-55 “Геофизика”. Прочностная доводка этой версии прошла очень гладко, тем более что двигатель предназначался для работы на пониженных режимах в сравнении с форсажным прототипом. Изменения коснулись системы автоматического регулирования, запуска, маслосистемы. Взлетная тяга составила 9000 кгс. В воздух опытный М-55 впервые поднялся в 1988 году. На вооружение этот самолет принят не был, но до сих пор осуществляет полеты для экологических, астрофизических и других исследований. В 1993 году на М-55 установлено 16 мировых рекордов.

Другие модификации двигателя не стали серийными. Например, изделие “70” для экспериментального истребителя С-32-1 (ныне С-37-1 “Беркут”, Су-47) с обратной стреловидностью крыла ОКБ им. Сухого.

В 2003 году на строевой машине МиГ-31 установлено 19 мировых рекордов скороподъемности и набора максимальной высоты полета с коммерческим грузом и без него. МиГ-31 и сейчас является основным дальним перехватчиком ВВС России. По мнению экспертов, по своим тактико-техническим характеристикам он превосходит и будет превосходить в ближайшие 10 лет все современные аналоги. “Иногда применительно к МиГ-25 и МиГ-31 говорят о торжестве грубой силы (силовой установки) над наукой (аэродинамикой), - пишет М. Никольский в статье ”МиГ-31" (Авиация и космонавтика. -2013. - №4). - Отчасти верно, так как особенности аэродинамики самолетов, конструкция воздухозаборников и прочность лобового остекления фонаря кабины не позволяют на практике реализовать 100% тяги двигателей в режиме полного форсажа на некоторых режимах полета. Тем не менее, за счет тонкого крыла (и “грубой силы”!) самолет “протыкает” звуковой барьер гораздо охотнее любого другого современного истребителя. МиГ-31 способен переходить звуковой барьер в горизонтальном полете и в режиме набора высоты, в то время как большинство самолетов переходят скорость М=1 в пологом пикировании. Более того, МиГ-31 способен на средних и больших высотах выходить на сверхзвук без включения форсажа. А ведь данным свойством, как считается, обладают лишь истребители 5-го поколения. <…> Все современные истребители (кроме самолетов 5-го поколения) не являются в полной мере сверхзвуковыми, так как время полета на сверхзвуке ограничено 5-15 минутами из-за разного рода ограничений по конструкции планера. Скорость полета на сверхзвуке МиГ-31 лимитирована только запасом топлива". Необходимость военной авиации России в перехватчике с такими возможностями не вызывает сомнений. На данный момент МиГ-31 - практически единственный самолет, способный перехватывать и уничтожать крылатые ракеты и беспилотные летательные аппараты морского и воздушного базирования, летящие на предельно малых высотах.