Чтение онлайн

Когда же появились публикации с изображением американского новейшего двигателя F100-PW для самолета воздушного боя нового поколения F-15, а затем и F101-GE для бомбардировщика В-1, то мы не увидели в них ничего нового — все это мы уже «проехали», решая проблемы проектирования мотора для перехватчика МиГ-31,о чем написано далее в специальной главе. Начиная с 1970 г. схемы двигателей определились и стали классическими. И самые современные на сегодня F118-GE и F119-PW мало чем отличаются от уже упомянутых двигателей. Удалось, правда, в этих двигателях минимизировать число ступеней турбины, доведя их до (1+1), т. е. по одной ступени для привода вентилятора и компрессора. Носившаяся было в воздухе в 1980-е гг. идея разработки двигателя так называемого изменяемого цикла (ДИЦ), позволявшего сочетать наилучшим образом экономичность на дозвуке (двухконтурная схема) и максимальную тягу на сверхзвуке (турбореактивная схема), оказалась в реализации дорогой. Тем не менее опытные экземпляры такого двигателя F-120 фирмы «Дженерал Электрик» были сделаны и послужили основой для совместного проекта «Дженерал Электрик» и «Роллс-Ройс» — двигателя F-136 для новейшего самолета воздушного боя JSF F-35. Возможно, ДИЦ еще появится, если потребители будут согласны заплатить за это чудо техники. Однако автор этих строк на таком самолете, как и на конвертоплане «Оспри» V-22 для морской пехоты, не полетел бы.

А между тем, и при проектировании этих двигателей (поколение F-100) американцы опять заложили новую концепцию: минимизацию массы двигателя (было задано отношение тяги к весу, равное 8). И все было подчинено этому принципу: деталей было меньше (а следовательно, было меньше и соединений, болтов, фланцев и т. п., что облегчало двигатель), но они были более сложной формы, т. е. требовали разработки новых технологических процессов — обработки на станках с ЧПУ (числовым программным управлением). Универсальное оборудование для производства деталей таких двигателей уже не годилось. Вместо крепежа и отверстий для него в дисках турбины и компрессора, снижающих циклическую долговечность (ресурс), позднее была разработана технология сварки трением и электронно-лучевой сварки — ротора, даже турбины стали сварные. А в двигателе F-101 инновационным было применение одноступенчатой высоконагруженной турбины привода компрессора. Обычно для таких целей применялась двухступенчатая турбина (как, в частности, на том же F100-PW). К чему это тогда привело, мы увидим далее.

Что и говорить, американцы снова сделали шаг вперед и шаг не «тупой», а концептуально мотивированный. Но любой большой шаг вперед влечет за собой и «непредсказуемые» проблемы. Так получилось и с двигателями F100-PWh F101-GE. Ниже в таблице представлена история проблем создания двигателей, возникающих при каждом шаге вперед. Каждая возникающая проблема инициировала интенсивные исследования сущности этой проблемы, а затем и разработку правил проектирования двигателей, которые решали эти проблемы еще на стадии проектирования будущих двигателей.

Так, при создании нового самолета воздушного боя F-15, который американцы, знающие толк в рекламе, назвали «машиной для завоевания превосходства в воздухе», одним из требований было обеспечение высокой энерговооруженности самолета. То есть требовался высокий уровень тяги двигателей. Как только самолет был создан и началась отработка его тактического применения в учебных воздушных боях, то оказалось, что количество смен режима работы двигателей в диапазоне min-max за полет в несколько раз превосходит используемое на двигателях предыдущего поколения. Летчик очень активно начал пользоваться рычагом управления двигателем при маневрировании самолетом, сбрасывая и увеличивая режим работы двигателя. За стандартный часовой полет количество смен режима работы двигателей доходило до 10. Что это означает? Не что иное, как повышенные циклические нагрузки на детали, в первую очередь лопатки турбины. Если учесть, что в двигателях следующего поколения был повышен и уровень температуры газа перед турбиной, то двигателисты столкнулись с принципиально новой проблемой обеспечения термоциклической долговечности лопаток турбины. За 1000-часовой ресурс двигателя лопатки турбины должны были выдерживать без появления трещин 10 000 термоциклов! А 10 4циклов — это уже база испытаний на малоцикловую усталость (10 6циклов — это база испытаний на многоцикловую усталость). Проблема была очень серьезная. И подошли к ее решению американцы очень серьезно: в частности, построили специальный стенд для натурных циклических испытаний лопаток турбины в системе двигателя.

Столь же серьезными проблемами нового двигателя F100-PW, как и для всех двигателей разработки «Пратт-Уитни», были помпаж компрессора при встречной даче газа, автоколебания в форсажной камере сгорания и прочий «джентльменский набор». Правда, автоколебания в форсажной камере были «запрограммированы» еще при проектировании — периодическое наступление на одни и те же грабли (что у нас, что у них). Первоначально фронт стабилизаторов горения в форсажной камере по наружному контуру был расположен в одной плоскости, чего делать ни в коем случае нельзя — об этом уже и студенты знают. Американцы однако сделали (видимо, произошла смена поколений инженеров) и… естественно, напоролись на виброгорение, т. е. автоколебания термоакустической природы.

А переход на одноступенчатую турбину привода компрессора в двигателе F101-GE привел к неприятным следствиям в виде термического рассогласования статора и ротора турбины при выходе непрогретого двигателя на максимальный режим и обратно. «Толстая» ступица диска ротора турбины прогревалась (охлаждалась) в разы медленнее, чем «тонкий» корпус статора. В результате на максимальном режиме долгое время сохранялся увеличенный радиальный зазор между лопатками турбины и сопряженным корпусом. Это приводило к потере кпд и соответственно длительному «забросу» температуры газа перед турбиной на 60*. Соответственно при сбросе газа возникала вероятность врезания лопаток в корпус из-за быстрого охлаждения последнего. Пришлось увеличивать величину радиального зазора и терять из-за этого кпд турбины. Когда фирма «Дженерал Электрик» создала альянс с французской SNECMA для производства серии двигателей CFM для европейских «аэробусов», то она в качестве своего пая передала «сердце» двигателя F-101, т. е. компрессор, камеру сгорания и турбину высокого давления с ее «непрогретостью». Этот «дар» оказался «троянским конем»: в результате двигатели серии CFM долго еще не обеспечивали желаемой экономичности. В будущем на двигателях для коммерческих самолетов больше никогда не ставили одноступенчатых турбин привода компрессора. Радикальным образом проблема термического согласования ротора и статора турбины решена конструктивно только недавно на все том же инновационном двигателе ЕЗЕ.

Но вернемся к самолету воздушного боя. Как пишет Самойлович: «Вначале П. Сухой хотел отказаться от участия в конкурсе, мотивируя это тем, что наше отставание в радиоэлектронике не позволит нам создать относительно легкий самолет. Упорство П. Сухого продолжалось несколько месяцев, пока ему не «выкрутили руки» и он дал команду на начало работ. В основу аэродинамической компоновки крыла была положена концепция так называемого «синусоидального крыла». В начале 1960 г. в английском журнале «Aerocraft Engineering» были приведены результаты продувок такого крыла в аэродинамических трубах, причем с визуализацией его обтекания, которые показали, что на синусоидальном крыле с острой кромкой возникает присоединенный вихрь, практически не отрывающийся до самых концевых сечений. Французы получили аналогичные результаты на так называемом «готическом» крыле.

Таким образом, к тому моменту, когда в начале 1971 г. П. О. Сухой дал указание приступить к разработке, мы были уже отчасти готовы. В выходные (чтобы никто не мешал) на работу вышли три человека: Владимир Антонов, Валерий Николаенко и я. Так появилась на свет первая компоновка самолета Т-10 — будущего Су-27. При этом под влиянием самолета Т-4МС вся поверхность новой машины выполнялась набором деформированных аэродинамических профилей, а потом на нее надстраивалась головная часть фюзеляжа и подвешивались мотогондолы. Такая компоновка получила название «интегральной». Кроме того, на основе летных испытаний самолета Т-4 было принято решение выполнять самолет статически неустойчивым на дозвуковых скоростях полета с электродистанционной четырехкратно резервированной системой управления. Антонов и Николаенко проводили необходимые расчеты и прорабатывали наиболее ответственные узлы, а я вычерчивал компоновку. Не все у нас получилось сразу. В частности, никак не вписывалась схема с трехопорным шасси. Поэтому на этой, первой компоновке шасси было выполнено по велосипедной схеме с распределением нагрузок как при трехопорной схеме. Подкрыльные опоры убирались в обтекатели на крыле. В понедельник доложились П. О. Сухому. Он внимательно рассмотрел компоновку и велел делать продувочную модель для трубы Т-106 ЦАГИ. Результаты продувок были очень обнадеживающими — при умеренном удлинении, равном 3,2, мы получили значение максимального аэродинамического качества 12,6. Несмотря на то что работа по новой машине шла вовсю, не оставляли сомнения: а вдруг мы упустили еще какой-нибудь более выгодный вариант? В процессе проектирования мы имели достаточно подробную информацию из открытой зарубежной печати о компоновочных схемах, разрабатывавшихся в США по программе YF-15. Откровенно говоря, мне нравилась компоновочная схема фирмы «Нортроп», которая была похожа на нашу, и я опасался, что конкурс выиграет именно этот их проект. И когда было объявлено, что конкурс выиграла фирма «Мак Доннелл», я облегченно вздохнул. Надо сказать, у нас к тому времени была разработана компоновка по типу «Мак Доннелл» F-15 и проведены продувки модели в ЦАГИ. Поэтому я приобрел уверенность, что F-15 никогда не догонит Су-27 по своим летно-техническим характеристикам. Не исключалось, правда, что в открытой печати нам подсовывали дезинформацию. Когда же в начале 1972 г. самолет F-15 продемонстрировали журналистам и появились его фотографии и общие виды, я полностью успокоился. Кстати, в то время к П. Сухому приехал начальник ЦАГИ Георгий Петрович Свищев и, входя в кабинет, произнес знаменательные слова: «Павел Осипович! Наше отставание превратилось в наше преимущество. Самолет взлетел, и мы знаем, какой он есть». Если говорить о фирме «Мак Доннелл», то мне кажется, что при создании F-15 она находилась под влиянием компоновки самолета МиГ-25».

Самолет Су-27 получился, но получился он в том числе и благодаря двигателю. Нужен был не просто двигатель, а легкий и экономичный двигатель, чего в сочетании достичь чрезвычайно трудно. К этому времени наконец и ОКБ Люльки «обрело крылья». После неоригинальных двигателей АЛ-7 и АЛ-21Ф, по сути, уменьшенной копии ВД-7 и схемного аналога J-79-GE, использовавшихся на самолетах Сухого (Су-24) и Микояна (АЛ-21Ф получился очень дорогим и был заменен на самолете МиГ-23 на разработку Тушинского ОКБ Хачатурова Р29-300, явившейся развитием линии двухвального Р11 -300), А. М. Люлька сумел синтезировать из полученного опыта очень хороший двухконтурный двигатель АЛ-31Ф. Ключевым узлом, обеспечившим успех проекта, была высокотемпературная одноступенчатая турбина высокого давления и особенно ее охлаждаемые лопатки с оригинальной «циклонной» схемой охлаждения входной кромки ( М. М. Гойхенберг).

Настали «лихие» 90-е годы, когда «либеральное» государство «бросило» советский авиапром — пусть выживает, как хочет: либерализм, т. е. «свобода!». Это был удар, после которого выжить трудно. Ведь распад или уничтожение сложных структур (социальных или технологических) до атомарного состояния отнюдь не гарантирует переформатирования или создания на их месте более совершенных образований. Пятнадцать лет нищенского существования, публичного опорочивания авиапрома как символа всего советского, дележа собственности, финансовых потоков, некомпетентности управления, неясности стратегии можно сравнить только с таким же периодом после 1917 г. Погибли многие научные, конструкторские и технологические школы, престижность работы в авиапроме была утрачена. Распались технологические цепочки — многие предприятия-поставщики комплектующих либо перестали существовать, либо сменили профиль деятельности. Дорогостоящее оборудование растаскивали и сдавали в металлолом. И так наметившееся еще в 1970-е гг. отставание приобрело характер необратимого. Создается впечатление, что все это было настоящими военными действиями, направленными против с такими усилиями созданного в советское время и достаточно эффективно функционирующего военно-промышленного комплекса СССР. «Война моторов» на земле — какой-то фантастический фильм. Неслучайно последний из «могикан», генеральный конструктор П. А. Соловьев незадолго до своей смерти охарактеризовал тогдашнее состояние госуправления одним словом: «Предатели!» Этот социальный опыт свидетельствует о том, что либеральная модель экономики в том виде, как ее понимают в России, к модернизации экономики и общества, а уж тем более к их инновационному развитию не приводит. Единственный успех «Преображенской» революции августа 1991 г. — это «ритейл» (торговля) и связанная с ним конвертация рубля. При новом российском капитализме вовсю заработали товаропроводящие сети, а вот производство и наука пришли в упадок. Капитал в России — преимущественно торговый, как и был всегда.

Как же выживали советские моторные фирмы в это время 1990-х? Продажей «ноу-хау» в Китай и Корею. Надо отметить, что китайский авиапром был создан с помощью СССР еще в 1950-е гг. Центрами авиационного моторостроения в Китае стали Харбин, Шеньян и позже Сиань. В Китае производились советские двигатели Р11-300 для МиГ-21. Потом во время охлаждения отношений между СССР и КНР и даже вражды в 1970-е гг. Китай приобрел лицензию у «Роллс-Ройса» на производство военной версии двухконтурного двигателя «Спей» с форсажной камерой. Но к началу 1990-х гг. Китай остро нуждался в модернизации своих ВВС, и для этого нужно было не просто закупить образцы современной техники, но и освоить технологии их проектирования и производства. Автору этих строк довелось побывать в эти годы в Шеньяне, где расположен «китайский ЦИАМ» — SARI (Shenyang Aviation engine Research Institute). Поездки в Китай в те годы (1991 и 1992 гг.) были незабываемы, особенно если учесть, что автор этих строк совершил их по железной дороге через всю Сибирь. Особенно запоминающимся был 1992 г. — год расцвета «челночного» бизнеса, когда вагоны поезда Москва — Пекин были забиты буквально доверху знаменитыми челночными сумками с кроссовками и кожаными куртками. Китайские товарищи принимали специалистов хорошо — как правило, селили в лучшем тогда отеле Шеньяна «Роза» с открытым счетом и прикрепленной автомашиной. Побывал автор этих строк и в знаменитой мировой достопримечательности — «Водяной пещере» недалеко от Шеньяна, где сорокаминутная экскурсия проходит на моторной лодке по подземным водоемам с эффектной подсветкой скал, имеющих собственные имена («Мамонт» и др.).