Валерий Августинович - Битва за скорость. Великая война авиамоторов

Продольный габарит камеры сгорания определяется низкой скоростью горения при отрицательных температурах окружающего воздуха. Для того чтобы процесс горения завершился в пределах геометрических размеров камеры сгорания, необходимо время. А в движущемся газе, да еще со скоростью 100 м/с, соответственно длина, равная произведению скорости потока на время реакции. Если посмотреть на двигатель, например, ВК-1, то мы увидим, что камера сгорания имеет внушительные размеры в сравнении с компрессором, которые как раз и определяются вышеизложенными соображениями.

Кроме этих проблем, существуют еще и проблемы обеспечения теплового состояния и ресурса как самой камеры сгорания, так и расположенной за ней турбины. Ведь локальная температура в зоне горения достигает 2000 °C, и если хорошо не перемешать продукты сгорания с воздухом, то можно «сжечь» турбину, т. е. ее лопатки. В общем, создание камеры сгорания с «нуля» требует длительной и кропотливой работы опытных инженеров и менее чем за десять лет приличную камеру сгорания создать трудно.

Основные исследовательские работы по нахождению оптимальной схемы организации горения провели немецкие инженеры. Решения, предложенные ими, стали классическими и, по сути, не изменялись в течение пятидесяти лет. Только в последние два десятилетия в связи с изменением приоритетов в сторону уменьшения эмиссии вредных веществ (окислов азота и углерода) появились инновации в области проектирования камер сгорания.

А что же с камерой сгорания АИ-20? А там мы увидим зрелую конструкцию, имеющую основные черты камеры сгорания немецкого двигателя БМВ 109–003. Типология камер сгорания авиационного ГТД имеет две основных ветви: кольцевая и трубчатая. В первом случае камера сгорания имеет кольцевую форму тора, а во втором — несколько (от 6 до 12) отдельных цилиндрических труб, объединяющихся в кольцевое сечение перед самой турбиной. Немецкие инженеры делали и кольцевые (БМВ 109–003), и трубчатые камеры сгорания («Юмо» 109–004). На двигателе АИ-20 стоит камера сгорания БМВ 109–003 один к одному — кольцевая с характерными, погруженными в поток, патрубками смешения воздуха с горячим газом и пусковой форкамерой. Кстати, она и сегодня смотрится вполне современно.

ОКБ Н. Д. Кузнецова к этому времени (1956 г.) было, конечно, значительно более опытным, работая над «настоящим» двигателем НК-12 с уровнем мощности, не имеющим аналогов в мире. Самарские инженеры разработали на конкурс значительно более инновационный проект НК-4, содержащий, в частности, и вошедшие в моду сверхзвуковые ступени компрессора, что позволило сократить габариты и вес двигателя. Компрессор был шестиступенчатый (на 4 ступени меньше, чем в АИ-20!) со степенью сжатия 7,9. Как вспоминает А. П. Зленко, бывший тогда начальником отдела компрессоров в ОКБ А. Г. Ивченко: «Когда проекты двигателей НК-4 и АИ-20 были готовы, их представили на утверждение в ЦИАМ. Первым докладывал Н. Д. Кузнецов, за ним — А. Г. Ивченко. В перерыве члены НТС обменивались мнениями, и я услышал, как один из сотрудников ОКБ Кузнецова сказал: «Проект НК-4 — это «изящная француженка», а АИ-20 — это «украинская баба». Выручил, как всегда, А. Г. Ивченко, нашедший достойный ответ: «Посмотрим, как поведет себя «француженка» зимой, а «украинская баба», наша «Наталка-Полтавка», морозов не боится» (Виленский Ю., Муравьев Ю., с. 149). Речь шла, скорее всего, как раз о розжиге камеры сгорания при отрицательных температурах, что всегда является проблемой.

Сравнительные испытания двигателей на самолетах Ан-10 (с НК-4), построенном в Киеве, и Ан-12 (с АИ-20), строившемся в Иркутске, проходили два года, пока приняли решение в пользу АИ-20. Скорее всего, решение было политическим — у А. Г. Ивченко была мощная поддержка на самом верху. Не только Н. С. Хрущев поддерживал украинский авиапром. Членом Политбюро, курирующим тогда авиапром, был А. П. Кириленко, бывший коллега А. Г. Ивченко по работе, пришедший на работу в Запорожское конструкторское бюро ОКБ-29 после окончания Рыбинского авиационного института одновременно с ним. Если же рассмотреть историю жизни АИ-20, то можно увидеть, что основная работа по модернизации двигателя шла по линии увеличения его ресурса. Правда, и по мощности все-таки было развитие на 10 %. А в части ресурса двигателя, а следовательно, и отработки технологии его производства ОКБ А. Г. Ивченко добилось больших по тогдашним меркам успехов — ресурс АИ-20 до первого ремонта вышел на уровень зарубежных двигателей более 6000 часов. Конечно, этому помогла и принятая концепция «консервативности», т. е. ориентация на невысокий уровень параметров — «украинская хитрость» размена кпд двигателя на кпд движителя. Аллисоновский Т56 для американского военно-транспортного самолета С-130, аналога антоновского Ан-12, был посовременнее. Недавно в Афганистане этот транспортник использовался вообще как… штурмовик — на него поставили мощную, калибром 122 мм, пушку. То, что самолет стал платформой для вооружения, проявилось в полной мере. А для этого особой новизны и совершенства двигателя не требуется. Соответственно и АИ-20 нашел военное применение не только на транспортном Ан-12, но и на морском противолодочном патруле Ил-38, оборудованном соответствующей аппаратурой.

Ниже представлено сравнение по параметрам АИ-20 с зарубежными двигателями-аналогами и последним поршневым мотором Добрынина. Как видно из таблицы, газотурбинные двигатели к этому времени (1950-е гг) уже безоговорочно обошли по всем показателям поршневые, оставив для последних нишу в классе малых (меньше 1000 л.с.) мощностей для легкомоторной авиации. Эту нишу (спортивный самолет Як-18, легкий вертолет Ка-26) ОКБ А. Г. Ивченко сохранило за собой — мотор АИ- 14В мощностью 225 л.с., девятицилиндровая звезда воздушного охлаждения.

Таким образом, можно утверждать, что газотурбинная родословная ОКБ А. Г. Ивченко ведется от того же немецкого корня, что и ОКБ Н. Д. Кузнецова. При том, что последнее оказало большую помощь в трансляции немецкого опыта на Украину.

Поразительно, но технические судьбы ОКБ Н. Д. Кузнецова и ОКБ А. Г. Ивченко взаимно отражаются в дальнейшей истории. И первое, и второе КБ в конце концов перешли к трехвальным схемам двухконтурных двигателей, когда потребовалось повышать параметры, в первую очередь, степень сжатия. Оба ОКБ исповедовали малоступенчатое ядро двигателя. Урок поражения НК-4 в конкурсе с АИ-20, по-видимому, был учтен Н. Д. Кузнецовым: он также стал исповедовать «консерватизм» при выборе параметров новых двигателей, делая упор на совершенствование (кпд) узлов и повышение надежности и ресурса.