О СОТРУДНИЧЕСТВЕ Н.Д. КУЗНЕЦОВА
С ФГУП "ЦИАМ ИМ. П.И. БАРАНОВА"

Борис Шлемович Ланда, к.т.н.,
Валерий Игнатьевич Гуров, д.т.н.,
Анатолий Иванович Гулиенко, к.т.н.,
Юрий Александрович Ножницкий, д.т.н.
ЦИАМ им. П.И. Баранова

 

Имя одного из самых выдающихся конструкторов ХХ века - Николая Дмитриевича Кузнецова, создавшего самые мощные в мире силовые установки для авиации и космических летательных аппаратов вошло в историю развития авиации и России и всего мира. На протяжении всей своей многолетней конструкторской деятельности, Н.Д.Кузнецов тесно сотрудничал с учеными нашего института практически по всем направлениям создания уникальных, не имеющих, как правило, аналогов, высоконадежных двигателей, создаваемых в интересах обороны, освоения космического пространства, воздушного, водного транспорта и энергетики нашей страны.

Наша работа с ОКБ, возглавляемом Николаем Дмитриевичем началась в начале 50-х годов прошлого столетия, когда в Самаре создавался знаменитый теперь двигатель НК-12. Специально для доводки этого двигателя в высотно-скоростных условиях в Москве, на Авиамоторной была перестроена термобарокамера стенда УВ-3К. Для обеспечения этих испытаний в ЦИАМ специально был спроектирован и изготовлен оригинальный гидротормоз, способный поглощать по тем временам  огромную мощность: 16000 л.с. Посредством этого гидротормоза все модификации двигателя, начиная с прототипов ТВ-2Т и ТВ-2Ф и по серийные НК-12, НК-12М, НК-12МВ. Были испытаны в имитируемых условиях полета. В результате была получена уникальная информация по экспериментальным высотно-скоростным и эксплуатационным характеристикам двигателей, на этом же стенде проводилось тензометрирование лопаток 5 ступени турбины двигателя НК-12МВ для выяснения причин возникновения трещин на них. Эту работу высоко оценивал Николай Дмитриевич. В работе принимали участие В.М. Акимов, А.А. Никитский, Г.Н. Богданов, А.П. Долженков, Б.Ш. Ланда, И.П. Лунев, К.П. Романов, И.П. Федотовский и многие другие.

Большой вклад в решение многих проблем, возникавших при создании этого мощного (N_e = 15000 л.с.) и самого экономичного для того времени (уд. расход топлива равен 165 граммов на л.с. в час. в высотных условиях полета Н = 11 км, V = 720 км/ч) двигателя, внесла бригада специалистов ЦИАМ, возглавляемая В.Е. Михальцевым. Они тесно сотрудничали с Н.В. Первышиным и В.Г. Масловым - ближайшими соратниками Генерального конструктора Н.Д.Кузнецова. Тогда же был решен ряд инициированных Николаем Дмитриевичем важнейших вопросов теоретических и экспериментальных исследований ТВД. Одной из важнейших среди них, в частности оказалась проблема выбора и обоснования программы регулирования двигателя. Программа, основанная на постоянстве частоты вращения ротора, была реализована на семействе двигателей НК-12 и двигателей НК-4. Модификации уникального двигателя НК-12 до настоящего времени широко эксплуатируются.

Все двухконтурные двигатели для магистральных самолетов гражданской авиации, разработанные в возглавляемом Николаем Дмитриевичем ОКБ, начиная с семейства двигателей НК-8 (НК-8-2, 2У, НК-8-4, 4К, НК-86), прошли испытания и доводку на высотных стендах ЦИАМ в Тураево. При анализе результатов испытаний этих двигателей впервые были разработаны и применены математические модели выполненных двигателей и программы их идентификации. В работе по этим двигателям принимал участие большой коллектив тураевского сектора отделения 300 во главе с В.О. Боровиком и В.С. Казанцевым. Полученные при этих испытаниях экспериментальные характеристики узлов были использованы в дальнейшем при выпуске важнейших нормативных документов, таких, например, как Руководство по выбору и проверке запасов устойчивости авиационных двигателей.

Когда под руководством Николая Дмитриевича разрабатывались самые мощные в мире двухконтурные двигатели с форсажной камерой (НК-22, НК-25 и НК-32) для стратегической авиации со сверхзвуковыми скоростями полета, сотрудники ЦИАМ: С.М. Шляхтенко, В.П. Деменченок, Ю.М. Киселев, Р.П. Малыгина, М.М. Цховребов, А.С. Эльперина, Л.А. Шкодо принимали в этой работе самое деятельное участие. Все эти двигатели также испытывались и доводились в термобарокамерах стендов Ц-1М, Ц-2 и Ц-4Н в Тураево.

Значительным этапом в жизни Н.Д. Кузнецова было проектирование и доводка двигателя НК-144 для сверхзвукового пассажирского самолета Ту-144. Для обеспечения испытаний двигателя в натурных условиях полета в филиале ЦИАМ в Тураево был модернизирован стенд Ц-1А, во входном устройстве которого было размещено сверхзвуковое аэродинамическое сопло. Двигатель устанавливался на стенде в компоновке с самолетным воздухозаборником. Такая схема испытаний была одобрена Николаем Дмитриевичем. В испытаниях принимали участие Б.М. Силин, Ю.И. Дегтярев, Е.М. Таран и др.

Совершенно уникальным творением в деятельности Николая Дмитриевича было создание намного опередившего свое время мощных ЖРД тягой 150 тс - для 1-й ступени, 180 - для 2-й ступени и по 40 тс для 3-й и 4-й ступеней для ракетного комплекса Н-1, предназначенного для пилотируемого исследования Луны. Новым в этих двигателях была многоразовость их запусков и "замкнутая" схема топливопитания, которая еще нигде не применялась. Американские ракетостроители начали заниматься ею только через 15 лет. Двигатели работали на экологически чистом топливе "кислород - керосин".  Специалисты ЦИАМ под руководством профессора В.Р. Левина проделали по этой тематике очень большой объём теоретических, расчётных и экспериментальных работ. Были разработаны методы математического и физического моделирования процесса запуска, в том числе "горячего" запуска без предварительного захолаживания подводящих магистралей и криогенных насосов (М.М. Калнин и В.А. Шерстянников). Выполнен цикл работ по исключению неустойчивости рабочего процесса в камере сгорания и газогенераторе на основе фундаментальных экспериментально-теоретических исследований (В.Е. Дорошенко). Проведена доводка совместно со специалистами ОКБ мощных высоконапорных турбонасосных агрегатов (ТНА) с выпуском обобщающей монографии под редакцией академика Н.Д. Кузнецова, в которой доказательно обоснована ключевая роль ТНА в создании мощных ЖРД (В.Р. Левин, В.И. Гуров, А.И. Елизаров, К.Н. Шестаков).

Заместитель начальника ЦИАМ В.Р. Левин являлся председателем межведомственной комиссии по приемке двигателей для ракеты Н-1. В ней в качестве членов Межведомственной комиссии (МВК) участвовало 12 сотрудников ЦИАМ.

Двигатель НК-33 (модифицированный многоразовый вариант исходного прототипа) до сих пор не имеет аналогов в своем классе по показателям удельной тяги и удельного импульса. В середине 90-х годов ЖРД НК-33 успешно прошел цикл жестких испытаний на огневом стенде фирмы "Аэроджет" (США) с последующей закупкой ею около 50 экземпляров этого двигателя.

Опыт работ над НК-33 позволил в дальнейшем существенно облегчить создание двигателей ракетно-космической системы "Энергия-Буран". Модификации двигателей этой системы успешно используются в создании ракетно-космической техники разных стран.

Много сил и энергии было отдано Николаем Дмитриевичем в конце 70-х - начале 80-х г.г. прошлого столетия разработке двигателя НК-56 тягой 18 т для 350-местного самолета Ил-96. Этот двигатель был спроектирован с рекордно низким для того времени удельным расходом топлива CRKP=0,58 кг/кгс-ч в высотных условиях полета. Для обсуждения проекта этого двигателя в ОКБ была направлена группа ведущих специалистов ЦИАМ (В.А. Сосунов, В.Т. Митрохин, Ю.А. Иванов, Б.А. Пономарев, В.И. Силюк, Б.Ш. Ланда). Третий экземпляр двигателя НК-56 прошел испытание в ТБК стенда Ц-4Н и практически подтвердил заявленную экономичность (в условиях Н=11 км, Мп=0,8 было получено CRKp=0,591 кг/кгс-ч), что было большим достижением. Однако, доводка двигателя НК-56 была прекращена после того, как в объявленном Минавиапромом конкурсе на создание унифицированного двигателя тягой 16 т для самолетов Ил-96 и Ту-204, решение было принято в пользу другого двигателя. В сжатые сроки в ОКБ на базе НК-56 был разработан двигатель НК-64, но поскольку времени на доводку двигателя практически не было (по условиям конкурса), при сравнительных испытаниях в ТБК НК-64 несколько уступил своему конкуренту ПС-90. Именно на этот двигатель и была сделана ставка, что сильно огорчило Генерального конструктора, но зато подтолкнула к поиску новой схемы двигателя.

В Самаре впервые в мире были созданы экспериментальные двигатели НК-88 и НК-89, работающие на экологически чистом криогенном топливе. Исследования в обеспечение создания этих двигателей проводились в ЦИАМ в рамках программы "Холод". Руководил работами начальник ЦИАМ С.М. Шляхтенко, а в их выполнении принимало участие большое количество сотрудников, в том числе Р.И. Курзинер и Д.Г. Пажи.

При разработке НК-88 и НК-89 потребовалось решить ряд проблем, связанных с подачей криогенного топлива и его регулированием. Впервые был реализован двухтопливный принцип построения системы подачи и регулирования, заключающийся в том, что двигатель мог работать как на обычном топливе (керосине), так и на альтернативном криогенном топливе. При этом запуск и останов двигателя осуществлялся на керосине, а затем производился переход на подачу в камеру сгорания криогенного топлива. Агрегаты керосинового контура подачи продолжали работать, но керосин сливался обратно в топливный бак. Для обеспечения стабильности подачи криогенного топлива производилась его газификация перед подачей в камеру сгорания в специальном теплообменнике, установленном на выходе из двигателя (В.М. Калнин, Ф.Н. Олифиров, А.И. Гулиенко и др.).

Апофеозом разработок Николая Дмитриевича можно считать создание высокоэкономичного турбовинтовентиляторного двигателя НК-93 с движителем оригинальной схемы. Этот двигатель с взлетной тягой 20 т.с., в определении облика и параметров которого принимали участие Д.А. Огородников и В.А. Сосунов, отличается высочайшей экономичностью (СR=0,52 кг/кгс·ч при МП=0,8 и Н=11 км), что обусловлено принятыми параметрами рабочего процесса (в частности, степенью двухконтурности m = 16,8). В двигателе применен двухрядный винтовентилятор с противоположным вращением ступеней, снабжённых поворотными лопастями, привод которого осуществляется через редуктор, рассчитанного на мощность ~30000 л.с.

К сожалению, работа по двигателю, которую завещал Николай Дмитриевич своим соратникам, не была завершена из-за длительного отсутствия финансирования разработки. В настоящее время двигатель рассматривается как технологический демонстратор для базовых перспективных двигателей нового поколения редукторных схем. Согласно имеющейся информации, именно такая схема будет служить основой для двигателей пассажирской и транспортной авиации будущего.

Будучи по своей первой специальности прочнистом, Николай Дмитриевич огромное внимание уделял обеспечению конструкционной прочности и надежности авиационных двигателей. По этому направлению он тесно сотрудничал с отделением прочности ЦИАМ. Самые плотные деловые контакты были у него, в частности, с руководителями этого подразделения института - Р.С. Кинасошвили и И.А. Биргером.

Авиационные и ракетные двигатели Николая Дмитриевича всегда отличались высокими надежностью и ресурсом. Не случайно двигатели "НК" стали первыми отечественными авиационными двигателями успешно отрабатывающими большие ресурсы в варианте наземных силовых приводов. Кстати, Николай Дмитриевич был активным поборником применения ГТД в энергетических и силовых приводах - электростанциях и станциях перекачки газа. Тем не менее при создании и эксплуатации двигателей НК возникали серьезные проблемы, связанные с обеспечением прочностной надежности (например, дефекты дисков турбины двигателей НК-8, переднего дефлектора дисков турбины двигателя НК-25, рабочей лопатки ТВД двигателя НК-86 и др.). Николай Дмитриевич очень внимательно относился к исследованиям дефектов и разработке мероприятий по их предотвращению. Именно поэтому, ресурс всех его прошедших окончательную доводку двигателей столь высок. Высококвалифицированный коллектив прочнистов ОКБ решал эти задачи в тесном контакте со специалистами ЦИАМ (И.А. Биргером, Л.А. Козловым, Б.Ф. Балашовым, Ю.М. Халатовым, Т.К. Брагиной, И.В. Демьянушко и др.).

Николай Дмитриевич и его ближайшие помощники вместе со специалистами ЦИАМ первыми в стране начали широко использовать для подтверждения ресурса двигателей и их основных деталей эквивалентные и эквивалентно-циклические испытания, а Н.Д. Кузнецов совместно с В.И. Цейтлиным опубликовали на эту тему монографию, на протяжении многих лет сохраняющую свою актуальность.

При непосредственном участии Николая Дмитриевича в ОКБ была создана уникальная база прочности, включающая большое количество установок для исследования статической и динамической прочности турбомашин. База позволяет использовать новые методы испытаний и исследований: голографическую интерферометрию, испытания на многоцикловую усталость при высоких нагружениях, испытания на термомеханическую усталость и др.

Нормы прочности авиационных и ракетных двигателей, Положение об установлении и увеличении ресурсов авиационных двигателей, Положение по проведению испытаний авиационных ГТД в ТБК ЦИАМ и другие важнейшие нормативные документы, подготовленные ЦИАМ по вопросам разработки и эксплуатации АД, получили высокую оценку Николая Дмитриевича.

Н.Д. Кузнецов был председателем научного Совета АН СССР по вопросам надежности, а И.А. Биргер был его заместителем. Проводимые этим Советом мероприятия всегда были заметными событиями. Тесное взаимодействие и большая личная дружба Николая Дмитриевича и Исаака Ароновича послужили основой продолжающегося и поныне сотрудничества самарской и циамовской научных школ в области прочностной надежности. Не случайно в кабинете начальника отделения динамики и прочности ЦИАМ рядом с портретами выдающихся прочнистов - циамовцев висит большой портрет Николая Дмитриевича.

Сотрудничество с самарским ОКБ, руководимым Н.Д. Кузнецовым навcегда останется одним из наиболее светлых периодов в долгой биографии ЦИАМ.