Двухконтурные двигатели семейства НК-8 обеспечили создание первого в СССР дальнемагистрального реактивного лайнера Ил-62, самого массового в стране среднемагистрального Ту-154 и первого отечественного широкофюзеляжного самолета Ил-86.

Середина ХХ века стала эрой бурного развития гражданской авиации. Первые реактивные самолеты, выйдя на пассажирские авиалинии, принесли с собой казавшуюся фантастической скорость и сравнительный комфорт. За девять лет, с 1950-го по 1959 год, объем пассажирских авиаперевозок в Советском Союзе вырос примерно в десять раз! Немалая доля принадлежала дальним рейсам, в том числе самым протяженным в мире. В 1960-х годах межконтинентальные полеты – в США, Японию, на Кубу – начал самолет Ту-114, но всего через несколько лет он перестал удовлетворять требованиям времени. 

Во-первых, этот турбовинтовой гигант был очень шумным – вынести многочасовой перелет при уровне шума в 108–112 децибел оказывалось нелегким испытанием. Во-вторых, он был сложным и дорогим в эксплуатации лайнером. Эти и другие недостатки стали наследием «военного прошлого» Ту-114, ведь его проектировали на основе стратегического бомбардировщика. «Аэрофлоту» требовался новый дальнемагистральный самолет, созданный по последнему слову техники. 

Именно в этот период появились новые успехи в аэродинамике, разработке конструкции крыла, пилотажно-навигационного и радиосвязного оборудования, а самое главное – в двигателестроении. Таким самолетом должен был стать Ил-62. Он задумывался как максимально безопасный, комфортный и экономичный, не уступающий своим зарубежным современникам – DC-8-50, Boeing-707-320B, Convair 990 и Vickers VC.10. 

В начале 1961 года разработать двигатель для Ил-62 со взлетной тягой 9500 кгс и удельным расходом топлива на крейсерском режиме 0,84 кг/кгс*ч поручили КБ Н. Д. Кузнецова. Для того чтобы уложиться в сроки, конструкторы приняли решение использовать газогенератор опытного НК-6. О нём мы рассказывали в книге «Двигатели боевых самолётов России». 

НК-6, первый в СССР высокотемпературный двухконтурный двигатель, получился самым мощным на тот момент в мире, но «опоздал» – работы по самолетам, для которых он предназначался, были по разным причинам свернуты. Прогрессивная конструкция его газогенератора воплотилась в гражданском НК-8, на создание которого ушло всего три года. 

НК-8 имел следующую схему: две ступени вентилятора и две – компрессора низкого давления на одном валу, шестиступенчатый компрессор высокого давления, кольцевая многофорсуночная камера сгорания, одноступенчатая турбина высокого давления и двухступенчатая – низкого, общее реактивное сопло. Степень двухконтурности была близка к единице (0,984). 

На двигателях НК-8 и НК-8 3-й серии, которых было изготовлено, соответственно, 30 и 102, конструкцию входного направляющего аппарата оставили такой же, как у «военного» НК-6. Чтобы сохранить требуемую густоту решетки, над кольцевым разделителем потоков установили в два раза больше лопаток, чем под ним. Рабочие лопатки первой сверхзвуковой ступени вентилятора имели саблевидную форму для устранения «веерного флаттера» и были без антивибрационной полки. С автоколебаниями (которые называются флаттером) лопатки первой сверхзвуковой ступени компрессора инженеры столкнулись еще на двигателях ВД-5 и ВД-7. «Веерный флаттер» возникает в закрученной лопатке с большой парусностью, и для его устранения еще на НК-6 впервые в мире была применена саблевидная лопатка.

Ротор каскада низкого давления – барабанно-дисковой конструкции. Соединение всех узлов ротора между собой осуществляется фланцами, стянутыми болтами. Механизация компрессора высокого давления включает в себя регулируемый направляющий аппарат и лепестковый клапан перепуска воздуха. Корпус имеет поперечные разъемы, что повышает его непробиваемость. 

Ротор компрессора высокого давления – барабанно-дискового типа. Передняя цапфа выполнена за одно целое с диском первой ступени. Диски рабочих колес и кольцевые проставки соединяются болтами. Рабочие лопатки в обоих каскадах крепятся замками типа «ласточкин хвост». Двухкаскадная турбина имеет одну опору и включает в себя межвальный подшипник. 

Лопатки первого соплового аппарата охлаждаются вторичным воздухом камеры сгорания. Его расход уменьшают вставленные в лопатки дефлекторы. Воздух выходит через щели в задней кромке. Чтобы лучше охлаждался диск турбины высокого давления, к нему пушечным (байонетным) замком прикреплен дефлектор. Воздух движется между диском и дефлектором от ступицы к ободу. 

В конструкции двигателя воплотилось много передовых новинок. Например, широкое использование титановых сплавов – сначала из них изготовляли лопатки, диски и детали статора, а в модификациях и другие узлы и детали. Это значительно снизило удельный вес двигателя. 

В первое время титан доставлял немало хлопот конструкторам. «…Еще на двигателе НК-6… выявилось одно неприятное свойство этих сплавов – большое влияние методов и технологий изготовления на предел их выносливости, – писал В. Н. Орлов, долгое время работавший заместителем главного конструктора ОКБ Н. Д. Кузнецова. – После шлифования например, предел их выносливости снижался почти вдвое. Стало ясно, что при таком резком снижении прочностных свойств о широком применении титановых сплавов говорить не приходилось. Появилась проблема так называемой "вредной технологической наследственности" после механической обработки. В этот период многие авторитетные специалисты высказывали мнение о полной бесперспективности использования титановых сплавов в авиадвигателестроении, но Николай Дмитриевич был уверен, что "наследственность" можно ликвидировать. Для этого необходимо привлечь технологические НИИ и исследовать методы борьбы с этим явлением. Под его руководством и постоянным наблюдением были изучены новые технологические процессы – гидродробеструйная обработка, новые режимы резания, новые инструменты, виброупрочнение. По образному выражению директора завода П. М. Маркина, "чтобы освоить титан, инженерам и рабочим пришлось проделать титаническую работу". И она увенчалась успехом». 

Другой конструктивной новинкой, которую не сразу одобрили в ЦИАМ, была многофорсуночная (139 форсунок) камера сгорания. Она обеспечивала хорошую равномерность поля температур газа на входе в турбину, что повышало надежность двигателя, и почти полную бездымность. На всех последующих изделиях семейства НК применялась именно такая камера сгорания. Однако она была довольно дорогой в производстве и требовала особых технологий изготовления: электрохимических и электрофизических методов обработки, химического фрезерования.

Впервые в отечественном двигателестроении были применены упруго-демпферные опоры роторов компрессора и турбины, предназначенные для снижения общего уровня вибраций и устранения опасных резонансных колебаний. Количество опор на НК-8 по меркам того времени минимально, и это делает двигатель более легким. Среди других особенностей конструкции – рабочие лопатки турбины с пером из бесприпускового литья и с бандажными полками, на которых были выполнены гребешки лабиринтного уплотнения, пластинчатые демпферы подшипников роторных опор. Все приводные агрегаты двигателя расположили в его нижней части. Так обеспечивается легкий доступ к каждому из них. Все узлы и агрегаты масляной и топливной систем установили на самом двигателе.

Система регулирования НК-8 имеет, кроме традиционных гидромеханических, электронный регулятор температуры. «На этом двигателе было внедрено размещение термопар внутри пустотелых лопаток соплового аппарата турбины, что позволило, не загромождая газовоздушный тракт, разместить большое количество термопар с целью лучшего осреднения замера температуры, – отмечает В. Н. Орлов. – Такое размещение термопар выполнено только на двигателях марки "НК". Оно полностью себя оправдало, максимально приблизив место замера к входу в турбину и исключив повреждение лопаток фрагментами термопар при их разрушении». 

Впервые в отечественной практике был разработан метод ускоренных эквивалентных испытаний на основе многочисленных исследований выносливости двигателей. В результате внедрения всех этих новшеств получили экономичный по тому времени двигатель с малым удельным весом. 

В июне 1964 года НК-8 прошел государственные испытания и был запущен в серийное производство на Казанском моторном заводе № 16. Для того чтобы ускорить освоение двигателя в серии, там было создано ОКБ-16 – филиал КБ Н. Д. Кузнецова.

"Широта мышления Н. Д. Кузнецова удивляла и восхищала современников. Занимаясь авиацией, он глубоко вникал в вопросы металлургии, хорошо знал технологию и влияние остаточных напряжений на работоспособность деталей. Н. Д. Кузнецов разработал теорию надежности, которую успешно применял в процессе создания двигателей. Он учил внимательно относиться к проявившемуся дефекту, считая дефект «цепным псом» надежности: залаял – срочно принимай меры. Все двигатели, созданные под руководством Николая Дмитриевича, отличались высокой надежностью и большим ресурсом. Кузнецов впервые в Советском Союзе применил на двигателе НК-8 меры эксплуатации «по техническому состоянию». Эксплуатация «по техническому состоянию» предусматривает проведение осмотра и анализ изменения параметров после выработки гарантийного ресурса: при удовлетворительном состоянии разрешается прохождение эксплуатации на определенное время, после чего процедура повторяется, и так – до состояния назначенного ресурса. Эта система помогала экономить огромные средства." Гриценко Е. А., Игначков С. М. Человек-легенда. Николай Дмитриевич Кузнецов. К 100-летию со дня рождения. – Самара, 2011

В постановлении Совета министров, вышедшем 18 июня 1960 года, указывалось, что самолет Ил-62 должен был иметь практическую дальность полета 4500 км и 165 пассажирских мест в экономическом варианте или дальность 6700 км и 100– 125 мест в варианте первого класса. В ОКБ С. В. Ильюшина проанализировали все возможные компоновки, подходящие для самолетов такого назначения, и выбрали схему низкоплана с расположением четырех двигателей в хвостовой части фюзеляжа. 

Такая схема по сравнению с традиционной, когда двигатели размещаются под крылом, имела много преимуществ. Здесь силовая установка находится далеко от топливных баков и за пределами герметичной пассажирской кабины, а значит, при пожаре в гондолах топливо не воспламенится и возгорания салона не произойдет. Поскольку двигатели стоят высоко, намного меньше становится вероятность попадания в воздухозаборники посторонних предметов со взлетно-посадочной полосы, способных повредить лопатки компрессоров (на самолетах Boeing-707 и DC-8 с низким расположением двигателей повреждения лопаток компрессора – довольно частое явление). Безопасной для двигателей в этом случае будет вынужденная посадка самолета с убранным шасси, а также внезапные крены при взлете или посадке с боковым ветром и в условиях турбулентности – гондолы всё равно не коснутся земли. 

Из-за того, что двигатели размещены близко друг к другу, отказ одного из них не приведет к потере устойчивости и управляемости самолета. Реактивная струя от двигателей при такой схеме меньше влияет на элементы конструкции лайнера. А в пассажирских салонах и кабине экипажа значительно снижается уровень шума и вибраций. 

Но были в схеме с хвостовым расположением двигателей и недостатки. Среди них – увеличение массы всей конструкции и усложнение весовой компоновки, потому что центр масс пустого самолета смещается назад, а загруженного пассажирами и багажом – вперед, причем эта разница между центровками достигает большой величины. 

На Ил-62 вышли из положения оригинальным способом: основные опоры разместили впереди центра масс пустого самолета. А для стоянки и руления по аэродрому создали дополнительную убирающуюся хвостовую опору, которая упрощает погрузку и разгрузку самолета, позволяет расположить рядом с двигателями связанное с ними оборудование. Эта четвертая опора дала возможность обойтись без бустеров, а Ил62 стал единственным в мире тяжелым реактивным самолетом с ручным безбустерным управлением. 

Тем не менее проблема весового несоответствия отдельных частей конструкции не была решена окончательно. Так, если самолет совершал маршруты без груза и пассажиров, для соблюдения центровок в носовой части приходилось устанавливать заполненный водой резервуар весом 3 тонны.

Забавный случай произошел в Латинской Америке. В носовой части самолета для центровки расположен балластный бак, рассчитанный на три тонны воды. И вот как-то на местном аэродроме понадобилось залить бак, и для этого подогнали к самолету пожарную машину. Посмотреть на то, как наш инженер со шлангом в руках заправляет бак, собралось много аборигенов. Один из них не выдержал и спросил: «А зачем в самолете нужно так много воды?» Наш человек не растерялся и гордо ответил: «А у нас там бассейн!» Вениаминов Р. Эпоха «классиков». Как Ил-62 стал «бортом №1» // АиФ – 2016, 12 фев.

Уже на этапе эскизного проектирования конструкторам удалось превзойти требования заказчика, увеличив практическую дальность полета и пассажировместимость (например, в экономическом классе – со 165 до 186 мест). Первый опытный Ил-62, еще с двигателями АЛ-7П несколько меньшей тяги (НК-8 были пока не готовы), поднялся в воздух в январе 1963 года. Этот экземпляр ждала печальная судьба: в одном из испытательных полетов он потерпел крушение, погибли десять членов экипажа. Предположительно, причиной стал помпаж и потеря тяги одним из двигателей. Вторая опытная машина, уже оборудованная четырьмя НК-8, выполнила первый полет 24 апреля 1964 года (командир экипажа Э. И. Кузнецов). В этом же году началось серийное производство самолета на Казанском авиазаводе. 

Во время испытаний стало ясно, что двигатели нужно снабдить реверсивным устройством. Двигательные ОКБ до этого не занимались созданием реверсивных устройств, и первый опыт оказался не так-то прост. Государственные испытания модификации с реверсом – НК-8 3-й серии – закончились в апреле 1967-го, через три года после базового двигателя. На ней установлено реверсивное устройство решетчатого типа с досопловым расположением створок, которые приводились в движение пневматически, от двух силовых цилиндров. 

В НК-8 3-й серии применены торцовые и радиальные графитовые контактные уплотнения масляных полостей опор компрессора, ранее опробованные на опытных НК-6 и НК-8. Кроме того, модификация отличалась наличием привода постоянных оборотов. Производилась она до 1968 года. Именно НК-8 3-й серии стояли на первых в СССР дальнемагистральных реактивных лайнерах, начавших перевозить пассажиров. Реверсом оборудовались два крайних двигателя, другие имели обычные сопла.

А совершенствование двигателей продолжалось. Очень скоро появилась более мощная модификация НК-8-4 со взлетной тягой 10 500 кгс (на 1000 кгс больше) и уменьшенным удельным весом (его масса с реверсом стала на 100 кг меньше, чем у НК-8 3-й серии). Снизить вес удалось благодаря еще более широкому применению титановых сплавов в компрессоре. Конструкцию входного направляющего аппарата изменили. Двенадцать лопаток соединяют наружное кольцо и корпус передней опоры, а еще двенадцать выполнены консольными. Обогрев лопаток конвективно-пленочный – воздух выходит через щели между дефлектором и лопаткой для предотвращения обледенения. Замена входного направляющего аппарата повлекла за собой и проблемы: рабочие лопатки первого колеса вентилятора стали испытывать повышенные напряжения. Чтобы их уменьшить, на пере саблевидной лопатки установили антивибрационную полку. 

В НК-8-4 реализовали оригинальную схему регулятора частоты вращения ротора. Модификация отличалась низким уровнем шума на взлете и отсутствием дымления на выхлопе, что открывало тогда широкие возможности эксплуатации на международных авиалиниях. В 1965 году двигатели НК-8-4 впервые подняли в небо самолет, а в 1968-м прошли госиспытания. На базе этой модификации потом еще были созданы опытный НК-8-5И и малосерийный НК-8-4К. Первый из них рассчитывали установить на модернизированный Ил-62М, но для этого самолета выбрали двигатели Д-30КУ П. А. Соловьёва. Второй предназначался для экраноплана «Орлёнок». 

Серийное производство НК-8-4 продолжалось до 1979 года, было выпущено 674 экземпляра всех его вариантов. На воздушном параде в честь 50-летия Октября, в 1967 году, Ил-62 появился во главе колонны самолетов гражданской авиации как ее флагман. Тем же летом в рамках программы испытаний лайнер совершил дальний перелет по маршруту Мурманск – Северный полюс – Новая Земля – Свердловск – Москва. В сентябре был подписан акт государственных испытаний, и с рейса Москва – Алма-Ата Ил-62 начал регулярные пассажирские перевозки. Лайнер обслуживал протяженные внутренние авиалинии и почти сразу вышел на международные, в том числе трансконтинентальные, трассы. 

Большое внимание конструкторы самолета уделили обеспечению безопасности полетов согласно международным нормам. Например, благодаря резерву мощности двигателей и некоторым техническим решениям самолет при отказе на взлете одного из двигателей мог прекратить взлет и остановиться в пределах взлетно-посадочной полосы или же продолжать взлет с сохранением необходимой безопасной высоты. При отказе одного или даже двух двигателей самолет был способен совершить безопасный полет до ближайшего аэродрома. В случае неудавшегося захода на посадку Ил-62 имел возможность уйти на второй круг даже с двумя отказавшими двигателями. 

В варианте Ил-62 «Салон» этот самолет успел побывать бортом № 1, перевозившим высокопоставленных государственных деятелей. В нём была комната отдыха, просторный зал для совещаний с телевизорами и телефонами, помещения для охраны и прочее.

"Рассказывает заслуженный пилот СССР Александр Петров, который налетал на Ил-62 4 тысячи часов: –…Ил-62 в начале 1960-х был буквально чудом техники. Довелось летать на нём из Москвы во Владивосток, Магадан, Хабаровск, на Камчатку. Это были грандиозные полеты по дуге большого круга. <…> На расчетной высоте самолет развивал значительную путевую скорость, равную, практически, скорости вращения земли. Так, например, на полет из Камчатки в Москву, разница у которых по времени равна 9-ти часам, примерно столько же времени уходило… Так что, вылетев из Петропавловска-Камчатского в 12:00, мы в это же время в конце маршрута оказывались на аэродроме в Домодедово. Ил-62 – исключительно надежный самолет." Смирнов Ю. Реактивный флагман «Аэрофлота» // Крылья Родины. – 2001. – № 1

В 1970 году в производстве его сменил модернизированный Ил-62М. За создание двигателя НК-8 и самолета Ил-62 ведущие специалисты конструкторских бюро Н. Д. Кузнецова и С. В. Ильюшина были награждены Ленинской премией.

Двигатель НК-8 выбрал и А. Н. Туполев, начиная разработку всем известного среднемагистрального Ту-154. В начале 1960-х на линиях протяженностью от 1500 до 3500 км в «Аэрофлоте» трудились целых три совершенно разных пассажирских самолета одного назначения. Самым быстрым из них, развивавшим наибольшую крейсерскую скорость, был Ту-104, самым дальним и экономичным – Ил-18, а Ан-10 имел наилучшие взлетно-посадочные характеристики. Конструктивно эти самолеты сильно отличались друг от друга, а это означало, что «Аэрофлоту» приходилось содержать три разные системы техобслуживания, снабжения, обучения летного состава и так далее. Поэтому нужна была новая машина, способная заменить всех трёх предшественников и соединить в себе их лучшие качества. И еще она должна была вобрать передовые технические достижения, чтобы не устареть в ближайшие 15–20 лет и отвечать всё более строгим международным требованиям. 

Соответствующее постановление правительства вышло 24 августа 1965 года. Поиск оптимальной схемы самолета начался раньше и продолжался около двух лет. Были предложения вновь взять за основу компоновку Ту-104, как происходило в случае с ближнемагистральными Ту-124 и Ту-134. То есть новый лайнер тоже имел бы «военные корни», идущие от бомбардировщиков Ту-16 и Ту-95. А затем решили проектировать с чистого, «мирного» листа, с учетом потребностей отечественного гражданского флота и других возможных заказчиков. Лайнер должен был не уступать строившемуся в США самолету Boeing-727 того же класса. 

Ту-154 создавался под уже существующий двигатель с известными параметрами, и это помогло самолетостроителям наилучшим образом увязать элементы планера и силовой установки. Разработка приспособленной специально для Ту-154 модификации двигателя под названием НК-8-2 началась тоже в 1965 году. Базовым для неё был НК-8 3-й серии с той же взлётной тягой – 9500 кгс. На НК-8-2 конструкторам удалось снизить удельный расход топлива – до 0,79 кг/кгс*ч на крейсерском режиме (у НК-8 3-й серии было 0,83 кг/кгс*ч). Это получилось благодаря установке специального смесителя потоков, который уменьшал потери давления при смешении газов внешнего и внутреннего контуров. 

Провели и другие мероприятия, улучшившие КПД компрессора, камеры сгорания и турбины. Кроме того, у НК-8-2 был новый механизм реверса тяги с управлением от основного рычага управления двигателей, коробка приводов агрегатов под стартер воздушного запуска мощностью 110 кВт (150 л. с.), привод генератора переменного тока постоянной частоты и более эффективная система противообледенения. 

В 1970 году двигатель прошел 300-часовые стендовые испытания и был запущен в серию на Казанском моторостроительном производственном объединении. В следующем году НК-8-2 прошел госиспытания, после чего выпускался еще около года (193 экземпляра), пока его не сменила следующая модификация. 

Для самолета Ту-154 была выбрана распространенная в то время схема низкоплана со стреловидным крылом и задним расположением трёх двигателей. Впервые в отечественной практике все основные системы самолета были многократно резервированы, что повышало его надежность и безопасность. Добавили вспомогательную силовую установку. Основные двигатели работали по принципу избыточной тяги, то есть в крейсерском полете переводились на режим 0,7–0,75 от номинала. Это должно было положительно сказаться на ресурсе двигателей. Передовыми на тот момент решениями было использование необратимых бустеров на всех рулевых поверхностях самолета, конструкция основного шасси с трехосной тележкой и другие. 

Известие о новом лайнере появилось в советских газетах в 1966 году, а первый полет опытная машина совершила 3 октября 1968 года под управлением Ю. В. Сухова. Летные испытания были успешно закончены в декабре 1971 года. Требуемых данных в основном удалось достичь. Впечатляли скоростные характеристики: на крейсерском режиме скорость составляла 950 км/ч. Это очень высокая цифра и для современных пассажирских самолетов. Дальность полета со 164 пассажирами, багажом и резервами топлива – 3500 км. 

В мае 1971 года на Ту-154 начали перевозить почту: из Москвы в Тбилиси, Сочи, Симферополь и Минеральные Воды. Первый регулярный пассажирский рейс, Москва – Минеральные Воды, новый лайнер совершил 9 февраля 1972 года, в день 49-й годовщины «Аэрофлота».

Но на этапе испытаний выяснилось, что нужно повышать экономичность самолета, надежность отдельных его узлов и агрегатов. Расчетный ресурс Ту-154 был в 15 раз меньше заданного. Пришлось заново проектировать крыло и заменять его на всех уже построенных 120 бортах. Взлетный вес самолета вырос, и это привело к необходимости использовать двигатель с увеличенной тягой – НК-8-2У (до 10 500 кгс на взлётном режиме, что на 1000 кгс больше, чем у НК-8-2). 

Серийная модификация, оснащенная НК-8-2У, называлась Ту-154А. Вариант Ту-154Б уже имел требуемый расчетный ресурс – 15 000 полетных циклов (посадок) и многие усовершенствования, которые сделали лайнер вполне надежным и удобным воздушным судном. Модификация НК-8-2У стала более экономичной: удельный расход топлива на крейсерском режиме снизился до 0,766 кг/кгс*ч (на 0,024 кг/кгс*ч). Был повышен запас газодинамической устойчивости, увеличена максимальная обратная тяга при реверсировании. Учитывая опыт доводки базовых моделей, на этом двигателе внедрили технические решения, которые улучшили показатели надежности и ресурса. 

Модифицировали торцовые контактные уплотнения – для прижатия графитовых колец применили пружины, которые обеспечивают надежный контакт при изнашивании колец. Усовершенствовали насос-регулятор и распределитель топлива. Повысили максимальное давление топлива перед рабочими форсунками. Ввели систему сигнализации опасной температуры подшипников и систему ограничения температуры выходящих газов. В линии откачки масла из опор установили магнитные пробки, которые дают возможность контролировать состояние деталей опор роторов. На двигателях НК-8-2У второй серии, чтобы устранить возможность титановых пожаров, титановый статор компрессора заменили стальным. 

НК-8-2У начали разрабатывать в 1971 году, и уже в следующем двигатель производился серийно. Госиспытания закончились 13 сентября 1973 года. По данным Министерства гражданской авиации, в конце 1980-х годов самолеты с двигателями НК-8-2У и НК-8-4 обеспечивали перевозку почти 50% всего грузо-пассажирского потока СССР. 

«Во время мероприятий по увеличению ресурса и надежности приходилось в эксплуатации сталкиваться с неожиданными дефектами. В декабре 1984 года в аэропорту города Красноярска через две минуты после взлета случилась катастрофа самолета Ту-154. При расследовании причин аварии было установлено, что на третьем двигателе произошло разрушение титанового диска первой ступени компрессора НД из-за возникновения и развития усталостной трещины в ободной части диска вследствие металлургического дефекта – вкрапления в титановый сплав куска нитрида титана размером 10 х 6 мм. Изучение металлургического производства заготовок для дисков компрессора показало его низкий технический уровень: отсутствовал качественный контроль над структурой изготавливаемых заготовок, не принимались меры для исключения попадания инородных тел в структуру заготовок. Вот так иногда Николаю Дмитриевичу с коллективом приходилось заниматься изучением возможности проявления дефектов буквально от руды.» Орлов В. Н., Орлова М. В. Генеральный конструктор Н. Д. Кузнецов и его ОКБ. – Самара, 2011

Долгое время Ту-154 был основным советским среднемагистральным лайнером. Девять самолетов Ту-154Б были переоборудованы в грузовые варианты Ту-154С. Разные модификации Ту-154 с двигателями семейства НК-8 поставлялись на экспорт в Венгрию, Болгарию, Чехословакию, Румынию, КНДР, на Кубу. Некоторые машины эксплуатируются до сих пор. 

Однако уже в 1970–1980-х годах двигатели Н. Д. Кузнецова на самолетах Ил-62 и Ту-154 уступили свое место изделиям ОКБ П. А. Соловьёва. «Главное направление по совершенствованию КПД основных узлов, определяющих экономичность, достигло предела, но термодинамический цикл двигателя можно было улучшить, например, за счет увеличения степени повышения давления и температуры перед турбиной, – считал В. Н. Орлов. – Конечно, это привело бы к серьезным переделкам двигателя, но оставлять удельный расход топлива на уровне 0,76–0,8 кг/кгс*ч в 1970-х годах было, безусловно, ошибкой нашего ОКБ. Тем самым мы позволили моторостроителям Пермского ОКБ потеснить нас в области гражданской и транспортной авиации». 

На Казанском моторостроительном ПО эта модификация была выпущена большой серией – более 2500 экземпляров. Суммарная наработка двигателей НК-8-2У превышает 32 миллиона часов. На авиазаводе в Куйбышеве (ныне Самара) начиная с 1972 года было выпущено 42 экземпляра Ту-154, 78 – Ту-154А и 486 – Ту-154Б.

"…Ту-154 направился в следующую страну – Судан. На борту самолета, выполнявшего демонстрационный полет, находились местные авиационные специалисты, летчики, бизнесмены. И они были поражены условиями, в которых была выполнена посадка. <…> Как и аэропорт Аддис-Абебы, аэропорт Хартума не имел никаких технических средств, облегчавших заход на посадку. Но к тому же разыгралась еще непроглядная пыльная буря. За века подобных бурь здешний песок превратился в мельчайшую взвесь. В дополнение ко всему ветер достигал 20 м/с и дул поперек полосы, жара – под 40 °. <…> После обеда техники проверили двигатели – боялись песка. Но пыльная взвесь оказалась не столь опасной. И вечером самолет покидал уже Хартум. За целый день никто другой не прилетал сюда и не улетал отсюда. Местный шеф-пилот сказал нашим летчикам, что здесь никому и в голову не могло прийти, что в такую погоду можно сесть на этом аэродроме. «Так, в грозу и пыльную бурю, – говорил Борисов, – мы завоевали авторитет нашему самолету»." Амирьянц Г. А. Летчики-испытатели. Туполевцы. – М., 2008

В середине 1960-х годов «газотурбинная революция» в гражданской авиации продолжалась. Реактивных пассажирских самолетов появлялось всё больше, они становились всё более быстрыми и экономичными, авиабилеты сильно подешевели. Естественно, объем пассажирских воздушных перевозок стремительно вырос. И это привело к перегрузке главных аэропортов мира. Случалось даже так, что самолету приходилось ожидать разрешения на посадку дольше, чем занимал весь его рейс из пункта отправления! 

Интервал между взлетами и посадками в некоторых аэропортах сократился до 45 секунд, а свободных площадей стало очень мало из-за скопления самолетов и обслуживающей техники. Всё это ухудшало техническое обслуживание и в целом было небезопасно. Поэтому стало очевидным, что нужно создавать самолеты с большой пассажировместимостью, от 250 до 500 мест. Их использование позволило бы сократить число машин на воздушных трассах и снизить себестоимость перевозок. 

Первым таким лайнером в мире стал Boeing В747, поднявшийся в небо 9 февраля 1969 года. Интересно, что на его облик частично повлияло мнение, которое, как показала жизнь, было ошибочным. В то время считалось, что на средних и дальних линиях вскоре будут господствовать сверхзвуковые самолеты, поэтому В747 изначально разрабатывался как грузо-пассажирский с возможностью полного переоборудования в грузовой. 

Почти одновременно с Boeing работы над широкофюзеляжными самолетами начали фирмы Lockheed и McDonnell Douglas. Затем авиационные фирмы Великобритании, Франции и ФРГ приступили к созданию европейского самолета для сильно загруженных авиалиний малой и средней протяженности, для чего был образован консорциум Airbus Industrie. 

В нашей стране требования создать самолет на 350 пассажиров были оформлены в постановлении правительства 1969 года. Это задание было поручено ОКБ С. В. Ильюшина. Конструкторы рассматривали разные варианты компоновок будущего Ил-86. Остановились на проекте с фюзеляжем, имеющим круглое сечение с диаметром 6,08 метра. Это больше, чем у зарубежных аналогов DC-10, L-1011 и A300, а значит, продольные проходы между креслами в пассажирских салонах получались шире. Девять кресел в ряду решили установить по схеме 3 + 3 + 3. В целом была принята схема низкоплана со стреловидным крылом и четырьмя двигателями на пилонах под крылом. 

А вот с выбором двигателей возникли серьезные трудности. Дело в том, что сначала планировалось применить Д-30КП – последний на тот момент двигатель третьего поколения, уже испытывавшийся на стенде. Его удельный расход топлива был всего на 10% больше, чем у первых представителей следующего поколения двухконтурных двигателей. До нефтяного кризиса 1973 года это было вполне терпимо. Специалисты сделали сравнительные экономические расчеты, которые показали, что если на Ил-86 установить новые двигатели четвертого поколения, то его полная рентабельность сравняется с рентабельностью такого же самолета, но с Д-30КП, только через 12 лет! И то при условии, что сроки и затраты на создание будут выдержаны, а показатели ресурса окажутся не хуже плановых. В итоге разработка двигателей большой степени двухконтурности в диапазоне взлетных тяг от 12 000 до 16 000 кгс была отложена. Тем более что моторные ОКБ в это время были загружены другими проектами, в основном военными. Так началось отставание СССР в использовании двухконтурных двигателей четвертого поколения для средних и дальних магистральных самолетов. 

Однако Д-30КП не попал на Ил-86. В 1974 году министерство гражданской авиации изменило требования к самолету. Практическая дальность полета с 40 тоннами коммерческой нагрузки была увеличена с 2600 км (на такие линии приходился 51% пассажиропотока) до 3600 км (65% пассажиропотока). Расчетный взлетный вес самолета вырос со 186 до 206 тонн, и тяги Д-30КП стало не хватать.

Возможностей повысить взлетную тягу этого двигателя до 13 000 кгс не нашли. Положение критическое: самолёт почти готов, а взлететь ему не на чем. А ведь он должен перевозить пассажиров уже во время московской Олимпиады 1980 года! Тогда представители министерства авиапрома обратились к Н. Д. Кузнецову. 

Итак, в 1974 году, через пять лет после начала работ по самолету, в ОКБ Н. Д. Кузнецова приступили к созданию двигателя для него, взяв за основу газогенератор НК-8-2У. Сначала модификация называлась НК-8-6, затем дефис убрали, и получилось НК-86. 

Камера сгорания – всё та же кольцевая многофорсуночная. Отличалась схема компрессора низкого давления: установили две новые ступени вентилятора и три подпорные ступени (заимствованы у двухконтурных двигателей с форсажем НК-25 и НК-22 для дальних бомбардировщиков Ту-22М3 и Ту-22М). 

Компрессор высокого давления имеет шесть ступеней, турбина высокого давления одноступенчатая, с неохлаждаемыми рабочими лопатками, турбина низкого давления двухступенчатая. В турбине впервые регулировались радиальные зазоры рабочих лопаток путем охлаждения статора турбины на крейсерском режиме. В. Н. Орлов отмечает, что эксперименты в этом направлении проводились ОКБ еще в начале 50-х, тогда как первые упоминания о подобных работах за рубежом появились только в 1978 году. 

Двигатель НК-86 пришлось серьезно доводить по уровню шума, чтобы он соответствовал ужесточающимся нормам. Для этого построили специальный стенд, единственный на тот момент во всей Европе. И впервые в отечественной практике испытали и применили на двигателе звукопоглощающие конструкции. «Эти ЗПК доставили массу хлопот нашим производственникам, – вспоминал В. Н. Орлов, – потому что до нас в СССР ни одна организация не занималась их производством для авиации. Вначале не умели делать ЗПК цилиндрическими (поэтому внутренний контур оболочек вентиляторного воздуха был граненым), потом научились. Серийное производство ЗПК было поручено Куйбышевскому заводу "Металлист". Здесь же серийно выпускали камеры сгорания и реверсивные устройства, поставляя всё это на головной Казанский моторостроительный завод № 16…» 

Звукопоглощающие конструкции представляли собой перфорированные особым образом листы с сотами из титановой фольги. Также, чтобы снизить шумность, увеличили осевые зазоры между венцами ротора и статора вентилятора. На НК-86 впервые в СССР применили комплексную автоматизированную систему диагностирования – «Анализ-86». Она позволяла оперативно оценивать исправность двигателя, прогнозировать его техническое состояние и выдавать рекомендации по устранению отказов. Новинками также были аналоговая электронная система управления двигателем и система защиты при обрыве лопаток компрессора. 

"Именно в такой напряженной обстановке в 1974 году тогдашний министр Дементьев вызвал Кузнецова и, обрисовав положение, предложил начать работу над новым мотором. <…> – Так вот, Пётр Васильевич, – сказал Кузнецов, – принципиально новый мотор, да еще экономичный, за два года построить нельзя. – А что можно, чтобы успеть в положенные сроки? – У меня есть НК-8. В нём большие резервы. За два года его можно будет модифицировать на тягу порядка 13–13,5 тонны. <…> Наш мотор НК-8... прежнего поколения. Тогда вопросы экономичности, сами помните, еще не поднимались так остро. Естественно, что и этот не будет обладать такой экономичностью, как это теперь принято. И тогда начнут говорить за моей спиной, что я плохой мотор сделал. Дементьев усмехнулся: – Ты бы подумал, каково быть в моей шкуре. Ты вот о профессиональном своем уровне конструктора печешься, а я думаю о том, чтобы дать стране самолет. С моторами. А экономичный или нет – это вопрос второй, потому что экономику надо считать по самолету в целом, а не по моторам. У тебя вопрос престижный, а у меня государственный. Так что становись на государственную точку зрения и давай через два года мотор." Лазарев Л. Л. Сотворение мотора. – М.., 1990.

Имеет особенности и реверсивное устройство решетчатого типа: расположение створок – досопловое, с применением пневмосистемы для их привода. «Много неприятностей и огорчений доставила доводка реверса, так как его включение при посадке вызывало неустойчивую работу компрессора и даже "хлопки", – отмечал В. Н. Орлов. – Двигатели, расположенные на пилонах вдоль передней кромки крыла, находились очень близко к земле и неизбежно "заглатывали" реверсивную струю соседнего двигателя, что приводило к помпажу. <…> Кроме того, в двигатель попадает всё, что находится на взлетной полосе, – грязь, песок и прочее. <…> После цикла исследований и изучения опыта иностранных специалистов на реверсе двигателя НК-86 применили решетки реверса со сложным пространственным поворотом потока не только вперед, но и вбок. Однако полностью решить проблему с "хлопками" при помощи этого нововведения не удалось. Только введение уменьшения режима реверсирования по мере торможения самолета… помогло нейтрализовать эту проблему. И, хотя "хлопки" компрессора проявились на некоторых двигателях, летный состав знал, что они не снижают надежности двигателя». 

Взлетную тягу в 13 000 кгс получить удалось, и сделали это, как и требовалось, быстро: в том же 1974 году было проведено первое испытание двигателя. Однако по многим параметрам он закономерно отставал от зарубежных аналогов, так как был двигателем третьего поколения. Степень двухконтурности составляла всего 1,17 (у иностранных образцов того времени – в среднем в четыре с половиной раза больше), а удельный расход топлива на крейсерском режиме – 0,733 кг/кгс*ч (у американских CF6-6, JT9D-3 и английского RB211-22B – в среднем на 13% меньше). Межремонтный ресурс сразу был определен в 3000 часов, тогда как обычно двигателям третьего поколения такие значения устанавливали через несколько лет активной эксплуатации.

22 декабря 1976 года экипаж под руководством Э. И. Кузнецова впервые поднял в небо опытный Ил-86. Уже в следующем году советский аэробус совершил перелет в Париж и был продемонстрирован на международном авиасалоне в Ле-Бурже. 

В апреле 1979-го завершились государственные испытания двигателя, он был передан в серийное производство на Казанское моторостроительное ПО. Самолет тоже успешно проходил испытания: заводская часть завершилась даже раньше срока, затем последовали этапы государственных и эксплуатационных испытаний, итогом которых стала сертификация самолета. 

Перед тем как отправиться в эксплуатацию, Ил-86 совершил 1414 полетов! Лайнер показал соответствие требованиям норм летной годности гражданских самолетов СССР и 24 декабря 1980 года получил сертификат типа. На испытаниях Ил-86 продемонстрировал крейсерскую скорость в 950 км/ч, дальность с максимальной платной нагрузкой и резервами топлива – 3800 км, с 350 пассажирами и багажом – 4350 км. 

Примечательная особенность советского аэробуса – система «багаж при себе плюс контейнеры». Входя в самолет, пассажиры сначала попадали в багажный отсек, расположенный на нижней грузовой палубе, где оставляли на стеллажах свои сумки и чемоданы, а затем поднимались на верхнюю пассажирскую палубу, в салон. Выходя, они также самостоятельно забирали свой багаж. В контейнерах перевозили крупногабаритный багаж и попутный груз. Система была удобной и сильно экономила время. Многие наши аэропорты тогда были плохо приспособлены к обработке большого количества багажа, пассажиры других самолетов могли затратить на его оформление и затем получение столько же времени, сколько длился сам полёт. Не каждый аэропорт обладал и нужным количеством пассажирских трапов, поэтому Ил-86 «возил их с собой»: встроенные трапы обеспечивали более быструю посадку одновременно в три пассажирских салона. Благодаря конструкции трехопорного шасси Ил-86 мог эксплуатироваться на взлетно-посадочных полосах, не приспособленных для тяжелых самолетов. 

Через два дня после получения сертификата советский аэробус совершил первый рейс с пассажирами по маршруту Москва – Ташкент. Еще через три недели он вышел и на международные линии, начав с трассы Москва – Берлин. Основными его направлениями были курортные рейсы средней протяженности с большим пассажиропотоком, например, из Москвы на Кавказ и в Крым. 

Себестоимость перевозок на этих линиях у Ил-86 оказалась на 20% ниже, чем у Ту-154Б. Летал он и на Урал, и в Среднюю Азию, выполнял даже трансатлантические рейсы с промежуточными посадками. Благодаря Ил-86 удалось разгрузить самые напряженные воздушные зоны. Эти самолеты перевозили до 70 тысяч пассажиров в сутки.

В феврале 1980 года при взлете самолета Ил-86 на одном из двигателей возник титановый пожар. Самолет совершил аварийную посадку. Прогорели статор компрессора и наружная оболочка. Это привело к тому, что накануне открытия Олимпиады в Москве эксплуатацию Ил-86 прекратили. Началась почти двухлетняя борьба с титановыми пожарами. Проводились исследования причин возникновения пожара, методов борьбы с ним... 

В ходе экспериментов на стенде К-301 на «Химзаводе» были принудительно вызваны пожары на пяти выработавших ресурс двигателях. Один двигатель проверили на специальном стенде в ЦИАМ. <…> Пожар необходимо было вызвать в определенном месте, а это оказалось проблематичным. Помогло предложение конструктора отдела компрессоров В. Р. Вехова, который рекомендовал конструкцию так называемой «титановой спички» – оригинального устройства, состоящего из титановой пластины, дистанционно вводимой в щель в трактовом кольце до касания с ротором. Устройство работало безотказно... С его помощью были проверены все мероприятия по локализации пожара и система защиты. Орлов В. Н., Орлова М. В. Генеральный конструктор Н. Д. Кузнецов и его ОКБ. – Самара, 2011

В сентябре 1981 года на серийном Ил-86 экипаж лётчика-испытателя Г. Н. Волохова установил в двух полетах 18 мировых рекордов. С коммерческим грузом от 35 до 65 тонн на замкнутом маршруте в 2000 км самолет развил среднюю скорость 971 км/ч, а с коммерческим грузом от 30 до 80 тонн на замкнутом маршруте протяженностью 1000 км – 956 км/ч.

При эксплуатации самолета выяснилось, что двигатели не обеспечивают его полной загрузки летом в южных аэропортах, потому что не развивают нужную взлетную тягу при температуре окружающего воздуха выше +30 °С. Конструкторы решили эту проблему на модификации НК-86А, которая имеет монокристаллические рабочие лопатки первой ступени турбины из материала ЖС-30. В этом двигателе также усилены диски турбины всех ступеней, установлен новый сопловой аппарат первой ступени с нижним подводом воздуха. Несколько повышен запас газодинамической устойчивости компрессора и уменьшен выброс вредных примесей на режиме малого газа путем перераспределения расхода топлива между форсуночными контурами. 

Взлетная тяга двигателя выросла на 300 кгс и составила 13 300 кгс, увеличился и межремонтный ресурс – в два раза, до 6000 часов. Модификация прошла госиспытания и с 1987 года производилась на Казанском МПО. Всего до 1993 года было выпущено около 500 двигателей НК-86 в разных вариантах. Самолетов Ил-86 на Воронежском авиазаводе построили чуть более 100.

Три экземпляра выполнены как летающие командные пункты для управления вооруженными силами в случае ядерной войны (они называются Ил-80). Эти модификации выполняют полеты по сей день. Серьезные летные происшествия с участием этого лайнера можно пересчитать по пальцам, причем двигатели НК-86 ни разу не были их причиной. Однако их недостатки: «прожорливость», шумность и недостаточная тяга, вызванная увеличением взлетного веса при серийном производстве до 215 тонн (ходила шутка, что Ил-86 «взлетает только потому, что Земля круглая») – стали основной причиной прекращения эксплуатации отечественного аэробуса. В начале XXI века он не выдержал конкуренции с самолетами, которые оснащались более экономичными двигателями поколений 4 и 4+. Последний коммерческий рейс Ил-86 совершил в 2011 году.

Самолет Ил-86 и двигатели НК-86 стали рекордсменами по надежности и безопасности: за тридцать с лишним лет службы они «не убили» ни одного пассажира, а перевезли больше 100 миллионов человек.

На базе НК-86 в Казанском проектном бюро машиностроения были разработаны серийные «морские» двигатели НК-87 для экранопланов «Лунь» и «Спасатель». 

Изделия семейства НК-8 стали основой новаторских разработок, связанных с применением альтернативного топлива. 

После энергетического кризиса 1973 года появились прогнозы о том, что разведанные запасы нефти будут исчерпаны в начале наступающего тысячелетия. Авиационный керосин, утверждали эксперты, станет безумно дорогим, а потом и вовсе исчезнет. За рубежом много говорили о возможности создания двигателей на жидком водороде. В СССР эти идеи практически воплотили в реальность. 

ОКБ Н. Д. Кузнецова с середины 1970-х исследовало возможности применения в авиадвигателях криогенного топлива: жидкого водорода или сжиженного природного газа. Жидкий водород почти втрое превосходит углеводородные топлива по теплотворной способности, что делает двигатель невероятно экономичным, и отличается экологической чистотой. Но его использование в роли авиатоплива связано со многими вопросами, которые предстояло решить ученым и конструкторам. Разработанный в ОКБ Н. Д. Кузнецова авиадвигатель на жидком водороде назывался НК-88. Он представлял собой вариант НК-8-2 без изменения газовоздушного тракта и силовой схемы, но со специальной пневмо-гидравликой, системой регулирования и управления, новым насосом и его приводом.

Впервые в мире самолет с двигателем на жидком водороде взлетел в апреле 1988 года. Это был экспериментальный Ту-155, переделанный из Ту-154. На нём заменили только один двигатель, оставив два других работающими на керосине. Удельный расход топлива на крейсерском режиме снизился до невероятной цифры – 0,296 кг/кгс*ч. Тем не менее проект был свернут из-за распада СССР. 

В ОКБ Н. Д. Кузнецова занимались и двигателем на сжиженном природном газе – НК-89. Это топливо тоже дает меньше вредных выбросов в атмосферу, чем керосин, имеет большую теплотворную способность, а стоит примерно так же. Конструкторы создали двигатель с двухтопливной системой питания, который мог работать как на керосине, так и на газе. Он прошел испытания с удовлетворительной оценкой. 

В январе 1989 года экспериментальный самолет Ту-156 с двигателем на сжиженном природном газе поднялся в воздух. В октябре того же года он совершил показательный перелет по маршруту Москва – Братислава – Ницца и потом еще несколько раз летал за границу для участия в выставках и конференциях. 

В 1994 году вышло постановление правительства о создании грузо-пассажирского самолета Ту-156 с двигателями НК-89, работающими на криогенном газовом топливе, но профинансировано оно не было. Достижения российских конструкторов во главе с Н. Д. Кузнецовым в области применения альтернативных видов топлива на авиадвигателях опередили весь мир. Однако этот задел пока не использован.