Уменьшить шрифт Увеличить шрифт           Выберите шрифт:     Выберите цвет фона:

Двигатель для сверхзвукового стратега. НК-32 для Ту-160

Эти двухконтурные турбореактивные двигатели с форсажем уже тридцать пять лет остаются рекордсменами: до сих пор ни один двигатель такого типа в мире не смог превзойти НК-32 по тяге.

В конце 1960-х годов в СССР интенсивно развивалось ракетно-ядерное оружие, в то время как авиационная стратегическая составляющая сильно отставала от США. Американцы с 1965 года разрабатывали проект AMSA (Advanced Manned Strategic Aircraft - передовой пилотируемый стратегический самолет). Это был будущий многорежимный межконтинентальный сверхзвуковой бомбардировщик нового поколения В-1, предназначенный на смену В-52. В Советском Союзе межконтинентальной дальностью обладали только дозвуковые Ту-95 и 3М. В ответ на американскую программу было принято решение создать самолет такого же класса. 28 ноября 1967 года вышло соответствующее постановление Совмина СССР. Основными требованиями к новому стратегическому бомбардировщику были большая дальность, позволяющая долететь без дозаправки до США и обратно, и возможность преодоления системы ПВО на большой высоте со сверхзвуковой скоростью или у земли с высокой дозвуковой. Конкурсную разработку поначалу вели ОКБ Сухого (проект Т-4МС) и ОКБ Мясищева, возрожденное в 1967 году (проект М-18). После того как в 1969-м военные заказчики внесли изменения в тактико-технические требования, к конкурсу привлекли и конструкторское бюро Туполева (поменявшее название на ММЗ “Опыт”).

Проекты ОКБ Сухого и Мясищева были очень разными, но в обоих использовалось крыло изменяемой стреловидности. “Туполевцы” представили на конкурс однорежимный ракетоносец на базе компоновочной схемы пассажирского Ту-144.

Вспоминает В.В. Решетников, генерал-полковник, Герой Советского Союза, в 1970-е годы командовавший дальней авиацией СССР. “Рассаживаясь в небольшом зальчике и всматриваясь в развешенные на стенде плакаты, я с удивлением узнал на них знакомые черты пассажирского сверхзвукового самолета Ту-144. Неужели тот самый? <…> Спустя минут пять, а может и десять, я поднялся и, прервав доклад, сообщил, что дальше мы рассматривать предполагаемый проект не намерены, поскольку спроектированный в своё время для нужд ”Аэрофлота" пассажирский самолет… не сумеет воплотить в себе заданные требования для стратегического бомбардировщика. Алексей Андреевич, видимо, был готов к такому обороту дела. Ни словом не возразив, он повернулся к центральному, самому крупному плакату, взял его за “загривок” и с силой потянул вниз. В полной тишине раздался треск рвущегося ватмана. Затем, оборотясь в мою сторону, извинился и сообщил, что для рассмотрения нового аванпроекта он пригласит нас к себе снова". Решетников В.В. “Что было - то было. На бомбардировщике сквозь зенитный огонь”.

Проект ОКБ Туполева отклонили, но какой из двух других вариантов был признан лучшим, до сих пор доподлинно неизвестно: “… Материалы решений конкурсной комиссии до сих пор остаются засекреченными, что дает повод представителям ОКБ Сухого и ЭМЗ им. Мясищева ”трактовать" итог конкурса по-своему". Приходченко И. “Долгая дорога к Ту-160”.

Однако работу над многорежимным стратегическим ракетоносцем поручили именно ОКБ Туполева, мотивировав это недостаточным производственным потенциалом недавно воссозданного коллектива Мясищева и сильной загруженностью ОКБ Сухого. Всю подготовленную по проектам документацию их обязали передать “туполевцам”. По одной из версий, в ОКБ Туполева от документов отказались и начали самостоятельную работу по формированию облика нового самолета, по другой, вариант ОКБ Мясищева был всё же принят ими во внимание, тем более что он во многом перекликался с конструкцией американского соперника.

Так началась разработка будущего многорежимного межконтинентального стратегического ракетоносца-бомбардировщика Ту-160. Проект самолета под обозначением “70” с изменяемой геометрией крыла был предъявлен на новый конкурс в 1975 году и получил одобрение заказчика.

Для этого самолета требовался ТРДДФ тягой 25 000 кгс на взлетном форсажном режиме. Такие характеристики имел двигатель разработки ОКБ Н.Д. Кузнецова - НК-25. Но его показатели удельного расхода топлива не позволяли получить необходимую дальность полета даже при идеальной аэродинамике. Нужно было создать более экономичный вариант. Так в 1977 году началась разработка двигателя НК-32 (изделие “Р”).

НК-32 стал развитием предыдущих двигателей конструкторской школы Н.Д. Кузнецова - НК-144, НК-22, НК-25, предназначенных для тяжелых сверхзвуковых самолетов, и вобрал в себя их основные достоинства. С ближайшим своим “родственником”, НК-25, он был максимально унифицирован по многим узлам и агрегатам - это предусматривалось приказом министерства и упрощало работу конструкторам самолета. Но поскольку удельный расход топлива на разных режимах у НК-32 должен был получиться ниже, приняли более высокие значения параметров термодинамического цикла. Степень повышения давления увеличена с 25,9 (у НК-25) до 27,1; температура газа перед турбиной - с 1312 до 1347 градусов цельсия. Степень двухконтурности уменьшилась с 1,45 до 1,4 за счет увеличения частоты вращения каскадов среднего и высокого давления внутреннего контура.

"В процессе проектирования и доводки конструкция базового двигателя была усовершенствована по надежности, экономичности и ресурсу, были внесены следующие изменения:

– перепрофилированы рабочие лопатки турбины первой и второй ступеней с целью увеличения КПД турбины;

– применено активное регулирование радиальных зазоров в турбине;

– предусмотрено отключение охлаждения полки рабочей лопатки первой ступени турбины на крейсерском режиме полета;

– аннулирован теплообменник в системе охлаждения лопаток соплового аппарата и рабочего колеса первой ступени турбины;

– отбор воздуха от компрессора перенесен с 13 ступени на 12 ступень;

– установлен новый смеситель потоков перед форсажной камерой с меньшими гидравлическими потерями;

– установлено автомодельное реактивное сопло, позволяющее увеличить дальность полета за счет повышения его качества;

– установлены клапаны перепуска воздуха из компрессора СД за шестой ступенью для обеспечения необходимых запасов газодинамической устойчивости…;

– поставлены новые сопловые и рабочие лопатки первой ступени турбины с вихревой системой охлаждения;

– усилен диск четвертой ступени турбины;

– введена новая опора турбины с внешним подводом воздуха на охлаждение силовых стоек…". Орлов В.Н. Орлова М.В. “Генеральный конструктор Н.Д. Кузнецов и его ОКБ”.

В ОКБ Туполева также опирались на имеющийся опыт, связанный с созданием тяжелых машин: дальнего дозвукового бомбардировщика Ту-95, сверхзвукового ракетоносца средней дальности Ту-22М и сверхзвукового пассажирского Ту-144. “От каждого из перечисленных самолетов были взяты самые необходимые свойства, которые в результате и определили облик нового ракетоносца и всей новой ударной стратегической авиационной системы в целом, - пишет Е.И. Гордон в книге ”Ту-160". - Так, использование на тяжелом самолете изменяемой в полете стреловидности крыла, впервые внедренное на Ту-22М, обеспечивало требуемую многорежимность боевого применения, а крыло большого удлинения на минимальных углах стреловидности, как на Ту-95, давало высокое значение аэродинамического качества на дозвуковой скорости и, соответственно, большую дальность полета на этих режимах. Интеграция центральной части фюзеляжа и подкрыльевые многорежимные воздухозаборники, апробированные на Ту-144, стали основой создания совершенной конструктивно-силовой схемы и высокоэффективной многорежимной силовой установки".

Естественно, все зарекомендовавшие себя схемы были доработаны для достижения максимальной эффективности нового самолета в соответствии с последними научно-техническими достижениями. Внедрили целый комплекс совершенно новых конструкторско-технологических решений. Программа создания изделия “70” стала мощным системоразвивающим инструментом как для отечественной авиационной промышленности, так и для целого ряда смежных отраслей. В общей сложности в ней было так или иначе задействовано около 800 предприятий и организаций различного профиля.

В 1977 году эскизный проект Ту-160 был принят заказчиком,, хоть и с некоторыми замечаниями. По воспоминаниям В.В. Решетникова, разработка этого самолета давалась авиаконструкторам непросто: “В овальном зале КБ Туполева Алексей Андреевич, весь собранный и чуть торжественный, представлял аванпроект нового бомбардировщика, нареченного Ту-160. <…> В новых, непривычных очертаниях был он строг и суров, хотя имел некое портретное сходство с американским В-1… <…> Я со своей ”командой", переросшей в макетную, а затем и в госкомиссию по созданию Ту-160, помногу и часто работал в КБ. Почти каждое утро уточнялась весовая сводка: проклятый вес сначала единицами, а потом, объединяясь в десятки тонн, полз, как температура у обреченного больного, а смежники, во всяком случае большинство из них, создавшие бортовую “начинку” и системы вооружения, не стыдясь и не каясь, вправляли в самолетные объемы свой фирменный отяжелевший конгломерат вчерашнего дня. И нет преград им, поскольку нет и конкурентов. Скользя и балансируя, как над бездной, ЦАГИ спасал первоначальные расчеты, считал и пересчитывал аэродинамические характеристики, выдавая очередные рекомендации, но они под тяжестью нарастающего веса снова рушились".

Чтобы освободить место для грузоотсека вблизи центра масс, приняли решение разместить двигатели попарно в горизонтальной плоскости под интегральным центропланом. Выбору такого варианта предшествовало большое количество продувок разных компоновок на 14 моделях!

В 1978 году первый двигатель НК-32 был поставлен на испытания. Летные исследования на летающей лаборатории начались двумя годами позже. В марте 1981 года, после доводочных мероприятий, двигатель предъявили на госиспытания, которые решили проводить в два этапа из-за высокой сложности самолета и его силовой установки. На первом предполагалось проверить соответствие основных данных двигателя заявленным требованиям и его надежность при стендовой работе.

В результате первого этапа на некоторых режимах двигатель продемонстрировал необходимые значения удельного расхода топлива, но на бесфорсажном режиме это показатель был превышен на 3%, а на высотном скоростном форсажном - на 11%. Естественно, с этим излишком нужно было бороться. Ко второму этапу госиспытаний требовалось внедрить мероприятия по дальнейшему улучшению экономичности, а также по повышению газодинамической устойчивости. Однако уже тогда на куйбышевском серийном заводе ( он стал называться КМПО им. М.В. Фрунзе) начался выпуск двигателя НК-32 первого этапа.

18 декабря 1981 года поднялся в небо опытный самолет, прототип межконтинентального сверхзвукового бомбардировщика Ту-160, с двигателями НК-32. Экипажем командовал летчик-испытатель Б.И. Веремей, второй пилот - С.Т. Агапов, штурманы М.М. Козел и А.В. Еременко. Борис Иванович Веремей, совершивший на Ту-160 в общей сложности около 600 полетов длительностью более 2000 часов, вспоминал: “Всё шло к тому, что на крыло ракетоносец встанет 19 декабря, в день рождения Леонида Ильича Брежнева. Генсек, как известно, серьезно занимался развитием Вооруженных Сил, и первоначально решили преподнести ему подарок, поднять в тот день новый ракетоносец. Однако специальной установки поставить Ту-160 на крыло 19 декабря не было и старт состоялся на день раньше. …Взлет, набор высоты 2000 м, уход на удаление 150-220 км в зону, возвращение и посадка - крещение ”стошестидесятого" состоялось. <…> Машина вела себя предсказуемо, в первом полете она повторила результат, полученный на стендовых испытаниях. Настало время показать машину высшему руководству. Помнится, как в начале 1983 года на аэродром прибыл Маршал Советского Союза Дмитрий Федорович Устинов. Увидел Ту-160, бегает вокруг самолета, радуется, как говорил он сам - помолодел сразу лет на двадцать. Маршал отложил намеченные встречи в ОКБ и всё отведенное время провел около ракетоносца. Очень был счастлив от того, что у нас есть такой бомбардировщик" (Гордон Е. Ту-160). В феврале 1985 года на первом прототипе впервые была преодолена скорость звука.

В 1983 году в ОКБ Кузнецова начали работы второго этапа по двигателю НК-32. Были усовершенствованы конструктивные узлы и детали компрессора, турбины, форсажной камеры. Так, газодинамические характеристики и КПД компрессора улучшились благодаря тому, что была оптимизирована геометрия профилей по высоте рабочих лопаток и лопаток направляющих аппаратов. Гидравлическое сопротивление в наружном контуре снизилось вследствие использования обтекателей и устранения уступов. Кроме того, как пишет В.Н. Орлов, “подобраны минимальные радиальные зазоры в компрессоре и турбине за счет улучшения концентричности ротора и статора; на КВД применено устройство для управления радиальными зазорами; применены новые лабиринтные уплотнения с наклонными гребешками; улучшено охлаждение турбины, уменьшен расход воздуха, охлаждающего турбину; введена новая улучшенная профилировка рабочих и сопловых лопаток турбины; снижено гидравлическое сопротивление и проведено перераспределение расходов по контурам форсажной камеры”.

В результате превышение удельного расхода топлива на разных режимах, которое было камнем преткновения на первом этапе, устранили. Двигатель НК-32 успешно окончил второй этап государственных испытаний и сменил в производстве на Куйбышевском моторном заводе свои опытные версии. Это был двухконтурный трехроторный двигатель с форсажной камерой. Степень повышения давления на взлетном режиме - 28,4, степень двухконтурности - 1,4. Число ступеней компрессора и турбины совпадает с НК-25: в компрессоре - трехступенчатый вентилятор, 5 ступеней среднего давления и 7 высокого давления; в турбине - одна ступень высокого давления, одна среднего и две низкого давления. Система регулирования двигателя - электронная, с гидромеханическим дублированием, которое включалось при обесточивании самолета. Изменена конструкция коробок приводов из-за появления новых самолетных агрегатов.

Двигатель НК-32 во многом уникален. Это самый мощный в мире ТРДДФ, развивающий 25 000 кгс на взлетном форсажном режиме. На нём, одном из первых в мире, были применены методы снижения радиолокационной и инфракрасной заметности. НК-32 не имеет мировых аналогов по своим параметрам, характеристикам и особенностям конструкции.

Летные испытания Ту-160 продолжались все 1980-е годы. Во время них периодически возникали неприятные ситуации: разрушение двигателя с возникновением пожара, столкновение с птицами, полет и посадка с полным отказом электроэнергетики и т.д. “… Однако такое случалось, в основном, в исключительно неблагоприятных условиях, - пишет Е. Гордон. - В большинстве случаев аварийные ситуации не заканчивались катастрофой. Исключением стала потеря во время испытаний второго самолета головной серии (№1-02) из-за разрушения двигателя и возникшего пожара, тем не менее экипажу летчика-испытателя В.В. Павлова удалось успешно катапультироваться”.

Выявленные дефекты планомерно устранялись. Комплексная программа исследований самолета была очень напряженной и включала полеты на боевое применение. В совместных государственных испытаниях участвовали две опытные и четыре серийные машины. Основные тактико-технические требования удалось подтвердить. В итоге Ту-160 получился уникальным, мощным и красивым самолетом. Он достиг дальности полета с нормальной боевой нагрузкой 14 000 км, практического потолка 15 000 м, мог иметь скорость на большой высоте 2000 км/ч, у земли 1030 км/ч. Такие характеристики были во многом обеспечены мощностью установленных на нём двигателей НК-32. Максимальная взлетная масса этого стратегического бомбардировщика-ракетоносца - 275 тонн!

Поражают и его размеры - размах крыла составляет 55,7 м, а высота 13,1 м (почти с пятиэтажный дом). При этом самолет обладает удивительно изящными, плавными формами (что снижает его аэродинамическое сопротивление) - недаром за Ту-160 закрепилось название “Белый лебедь”.

Ту-160 оснастили современным бортовым оборудованием: прицельно-навигационным комплексом, многоканальным цифровым комплексом связи, сопряженным со спутниковыми системами, бортовым комплексом “Байкал” (контейнеры с ИК-ловушками и дипольными отражателями, теплопеленгатор). В бортовом радиоэлектронном оборудовании самолета задействовано более 100 специализированных ЭВМ. Самолет может поднять на борт до 40 000 кг вооружения, например для поражения целей на сравнительно небольшой дальности - до 24 аэробаллистических гиперзвуковых ракет Х-15.

Самолет серийно производился в Казани на КАПО им. С.П. Горбунова в широкой кооперации с другими заводами МАП. Ещё до завершения государственных испытаний Ту-160 стали поступать в строевые части дальней авиации для опытной эксплуатации. Первые две серийные машины были поставлены в апреле 1987 года в авиаполк дальней авиации, расположенный в Прилуках (Украина).

“В целом строевым летчикам самолет, легкий в управлении, обладавший хорошими разгонными качествами и скороподъемностью, устойчиво летавший на малых скоростях (до 260 км/ч), понравился. При случавшихся ошибках в пилотировании срабатывали система предупреждения и автомат ограничений, не допускавшие возникновения аварийной ситуации. Периодически проблемы возникали с силовой установкой бомбардировщика и особенно при запуске двигателей, случались отказы автоматики в полете. Так, в одном из полетов произошла остановка в воздухе сразу двух двигателей, но достаточный запас тяги позволил экипажу продолжить полет и благополучно посадить машину на аэродроме. Однажды пришлось даже взлетать при одном неработающем двигателе. Были нарекания и по поводу частого разрушения створок сопел двигателей НК-32. Ещё одним ”слабым местом" силовой установки оказались воздухозаборники, из-за вибрации которых образовывались трещины и вылетали заклепки. Этот дефект постепенно устранялся путем замены первых секций воздушных каналов м усиления окантовки передних кромок воздухозаборника". Приходченко И. “Долгая дорога к Ту-160”.

Постепенно маршруты полетов становились всё более протяженными, бомбардировщик и его системы совершенствовались. Естественно, появление такого самолета, долгое время остававшегося строго засекреченным, весьма волновало страны Запада и США. Впервые его фотография просочилась в западную прессу ещё до первого взлета: считается, что её сделал внимательный турист из иллюминатора пассажирского самолета, пролетая над испытательной базой в Раменском.

Наконец, закономерное любопытство представителей западных стран было удовлетворено. В период перестройки многие достижения в сфере военной техники стали демонстрироваться публично. Так, в 1988 году министр обороны США Фрэнк Карлуччи в ходе официального визита посетил авиабазу в Кубинке и наблюдал за полетом в том числе нескольких Ту-160.

В октябре 1989 года и мае 1990 года было выполнено несколько рекордных по скорости, набранной высоте и грузоподъемности полетов на Ту-160. Всего на этих самолетах было зафиксировано 44 мировых рекорда. В 1991 году во время выполнения полета над Норвежским морем Ту-160 впервые встретились с западными самолетами: истребители F-16A американского производства, принадлежащие ВВС Норвегии, перехватили и некоторое время сопровождали в небе наших “Белых лебедей”.

Получив представление об облике и возможностях Ту-160, западные специалисты, естественно, сразу стали проводить аналогии с американским соперником - самолетом В-1В. Действительно, внешне оба самолета очень похожи: они имеют интегральную схему конструкции, крыло изменяемой стреловидности и четыре двигателя. Однако есть и существенные отличия. Ту-160 крупнее по размерам и тяжелее. Для размещения боеприпасов у него есть два грузовых отсека (у американца - один) с большими габаритами. Силовая установка В-1В почти в два раза менее мощная! Его двигатели развивали тягу на форсаже всего 13 700 кгс. Лобовая тяга F101-GE-102 равна 11 000 кгс/м в квадрате, а НК-32 - 20 500. При принятии решения о производстве В-1В в США основное внимание уделили уменьшению радиолокационной заметности. Для этого пришлось отказаться от регулируемых воздухозаборников, не экранировавших компрессоры двигателей, и заменить их на криволинейные каналы. Как следствие, максимальную скорость снизили до 1,25М (1330 км/ч). Ту-160 на испытаниях достигал 2200 км/ч. Основным преимуществом американцев в этой программе стало то, что им удалось построить все 100 запланированных самолетов В-1В и поставить их на вооружение стратегической авиации. Россия же с началом 1990-х годов, развалом экономики и кризисом в военно-промышленной сфере смогла изготовить только 35 машин, включая опытные образцы. Затем нашей стране пришлось приложить огромные усилия для сохранения в своих ВВС хотя бы части созданных стратегических бомбардировщиков. Дело в том, что 19 серийных Ту-160 базировались в Прилуках, и после распада СССР эти самолеты оказались под контролем Украины.

Во второй половина 1990-х Россия выпустила ещё несколько дорогостоящих стратегических сверхзвуковых бомбардировщиков, работа по которым была начата в цехах ещё в советское время. Они поступили на вооружение авиаполка, базирующегося в Энгельсе. А в 1998 году по программе коллективного уничтожения ядерной угрозы, инициированной американцами, началось уничтожение украинских Ту-160. Первый экземпляр препарировали в присутствии американских сенаторов с помощью оборудования, “любезно” предоставленного их же специалистами. Один из разделанных Ту-160 не налетал ещё и ста часов!.

В октябре того же года России удалось договориться с Украиной о передаче нашей стороне восьми украинских Ту-160 (а кроме того, ещё трех Ту-95МС, более 570 крылатых ракет и оборудования) в счет долгов за поставленный газ.

Таким образом, в составе ВВС России стало 16 межконтинентальных сверхзвуковых многорежимных бомбардировщиков. Они продолжили службу, регулярно участвуя в летно-тактических учениях и демонстрируя миру боеспособность стратегической авиации нашей страны. сейчас в российских ВВС 15 “Белых лебедей”.

“Стратегический авиационный комплекс Ту-160 в настоящее время является самым мощным в мире ударным авиационным комплексом, - пишет П.М. Синеокий в книге ”Боевые авиационные комплексы Ту-95МС, Ту-22М3, Ту-160". - Комплекс входит в триаду стратегических ядерных сил и обеспечивает выполнение боевых задач независимо от метеоусловий, времени суток и района земного шара как в глобальных, так и в региональных конфликтах". В настоящее время Ту-160 имеют большой потенциал для модернизации. Есть перспективы оснащения самолета новейшими видами вооружения. В планах - начать дальнейшее совершенствование силовой установки и создать модификацию двигателя НК-32. Восстановлением производства этого изделия занимается предприятие ОДК - ПАО “Кузнецов”. Кроме того, на основе НК-32 возможна разработка двигателя для перспективного авиационного комплекса дальней авиации.

Опубликовано: 07.02.2024

предыдущая запись                    следующая запись