Авиация Второй мировой
На главнуюПоиск на сайте English
 
Моторы Статьи Конструкторы BMW VI - M-17 Моторы Микулина Моторы Климова Моторы Швецова Эволюция... ТВД в СССР Управление ВМГ Мощность ДВС English Rolls-Royce Merlin Rolls-Royce Merlin 25 Справка Авиадвигатели Нагнетатели «Циклон» SR-1820 Испано-Сюиза 12

Создание ТВД в СССР

Соболев Д.А., Хазанов Д.Б.

Опытный завод № 2, куда 3 ноября 1946 г. прибыли эшелоны с немцами—двигателистами, находится в поселке Управленческий, расположенном на берегу Волги в 30 км от Куйбышева и в 6 км от железнодорожной станции Красная Глинка. Поселок возник в конце 30-х годов во время строительства Куйбышевского гидроузла. Там жили рабочие, инженеры, располагались гидрологические лаборатории. Во время войны эти помещения занимал эвакуированный из Москвы 145-й машиностроительный завод им. Кирова.

К приезду немцев в Управленческом провели большие строительные работы отремонтировали существующие здания, возвели новые производственные корпуса и лаборатории, жилые дома для прибывающих работников и их семей. Производственная площадь реконструированного завода составляла 14 га, на ней размещались конструкторский корпус, механические цеха, лаборатории, испытательная станция (построена в 1948-1949 гг.).

Как и завод в Подберезье, опытный завод № 2 был оснащен в основном немецким трофейным оборудованием. В адрес завода прибыло более 1000 вагонов со станками, лабораторными установками и прочим имуществом из Дессау, Галле и других немецких городов.

Численность работающих в 1947 г. составляла около 2500 человек, из них 662 немцы. Среди ведущих немецких специалистов по двигателям, кроме уже известных читателю А.Шайбе и К.Престеля, следует назвать доктора Шайноста, возглавившего отдел прочности и топливный отдел, доктора Фогтса, доктора Шульце, доктора Кордеса.

В начале января 1947 г. к «иноспециалистам» присоединился австриец Фердинанд Бранднер, бывший технический директор двигателестроительного завода фирмы «Юнкерс» в Дессау. В мае 1945 г. он согласился сотрудничать с советскими властями и передал им всю имеющуюся у него техническую документацию. Затем его доставили в Москву для консультаций по вопросам двигателестроения. Бранднер надеялся, что «выкачав» из него всю информацию, ему разрешат вернуться в Вену, куда после войны перебралась из Германии его семья. Но вместо этого МВД отправило его в один из подмосковных лагерей для заключенных. Весной 1946 г., когда по указанию правительства МВД занялось поиском квалифицированных специалистов среди военнопленных для привлечения их к работе в промышленности, Бранднера перевели из лагеря на авиационный завод № 26 в Уфе. В то время это предприятие, возглавляемое В.Я.Климовым. занималось освоением производства реактивных двигателей Jumo 004 (РД-10) и опыт Бранднера очень пригодился. В конце 1946 г. Климов был назначен руководителем ОКБ в Ленинграде, а Бранднера направили на Опытный завод № 2 и зачислили в ОКБ-1, сформированное из «двигателистов» фирмы «Юнкерс». Свою жизнь в России Бранднер позднее описал в автобиографической книге «Жизнь между фронтами».

При организации завода предполагалось, что в СССР немцы продолжат работы, начатые ими в Германии — создание форсированных образцов серийных немецких ТРД Jumo 004 и BMW 003 и новых мощных реактивных двигателей Jumo 012 и BMW 018. Однако в конце 1946 г. появилась новая задача: разработка турбовинтовых двигателей. Из письма заместителя министра авиапромышленности М.М.Лукина директору завода № 2 Н.М.Олехновичу от 6 декабря 1946 г.:

«В ЦАГИ было проведено исследование по определению области рационального применения турбовинтовых двигателей на скоростных бомбардировщиках.

По этим иссчедованиям область рационального применения турбовинтовых двигателей определяется максимальными скоростями от 600 до 900 км/час.

Наибольшая выгода получается на бомбардировщиках с максимальной скоростью порядка 750-800 км/час в зависимости от тоннажа самолета. Эта выгода выражается в увеличении дальности полета на 2000-2500 километров, что составляет примерно 80-100% от всей максимальной дальности полета таких же бомбардировщиков с ВМГ и ТРД

Наиболее целесообразным представляется разработка турбовинтового двигателя, обеспечивающего на высоте Н=8000 метр, при скорости 800 км/час суммарную тяговую мощность порядка 4000-4500 л.с.

Предлагаю срочно дать задание главным конструкторам г.г. Шайбе и Престелю на проектирование и постройку в 1947 году винтовой установки для двигателей «ЮМО-012» и «БМВ-018».»

После консультаций с немецкими специалистами задание уточнили. В постановлении по опытному двигателестроению, утвержденному Советом Министров СССР 11 марта 1947 г., заводу № 2 поручалось:

ОКБ-1 (гл. конструктор Шайбе) — спроектировать и построить: а) ТВД «022» мощностью 5000 л.с.; б) мотокомпрессорный реактивный двигатель «032» тягой 2000 кг.

ОКБ-2 (гл. конструктор Престель) — спроектировать и построить: а) ТВД «028» мощностью 6800 л.с; б) закончить доводку и передать на летные испытания ТРД «003с» тягой 1050 кг.

Работы по ТРД «003С» должны были быть закончены к августу 1947 г., остальные двигатели предписывалось предъявить на испытания в середине 1948 г.30 Тему по форсированному варианту Jumo 004 передали на завод № 26.

В 1947 г. группа бывших сотрудников «BMW» во главе с Карлом Престелем занималась, главным образом, доработкой двигателя «003С», ведь срок окончания этой темы истекал уже в августе. Основные трудности состояли в отсутствии тех жаростойких материалов для изготовления лопаток турбины, которые имелись в Германии. С переходом от немецкого тинидура на отечественный сплав ЭИ-403 ресурс двигателя снизился. На обычном, нефорсированном режиме. ТРД проходил 100-часовые испытания, но при тяге 1050 кг время работы из-за поломок лопаток турбины не превышало 25 часов. В целом, интерес к этому, уже маломощному для 1947 г.. двигателю был небольшим и вскоре эту тему передали на серийный моторостроительный завод № 16 в Казани, занимавшийся выпуском BMW 003 (РД-20). Там, благодаря улучшению конструкции камеры сгорания, турбины и сопла двигателя, удалось повысить его ресурс до 50 часов. Он производился в серии под маркой РД-21. устанавливался на самолетах МиГ—9.

Разработку мотокомпрессорного реактивного двигателя «032», которой занимались специалисты ОКБ А.Шайбе, к концу 1947 г. также прекратили. Как показали расчеты, этот тип силовой установки не обещал каких-либо преимуществ перед обычным ТРД.

Наиболее активно шла работа над турбореактивным двигателем Jumo 012, который должен был стать прототипом будущего турбовинтового двигателя. Напомню, что к осени 1946 г. в Дессау построили два экземпляра этого ТРД. В СССР они подверглись доработке, направленной на повышение их ресурса. Так. по предложению Бранднера, была создана новая камера сгорания, представлявшая собой комбинацию кольцевой камеры двигателей BMW и отдельно расположенных камер сгорания, характерных для «Jumo». Для снижения напряженности внутренних процессов степень сжатия уменьшили с 6 до 4,5. Немало усилий было потрачено на соблюдение точности утла установки лопаток, т.к. нарушение этого параметра вызывало срыв потока, вибрации и другие неприятные явления. Но многие сложные вопросы — распределение температур в сопле, особенности обтекания лопаток, причины возникновения резонансных колебаний и т.п., не могли быть решены без использования прецизионной измерительной аппаратуры, а ее на заводе не имелось.

Наконец, в конце 1947 г. предварительные изыскания завершились и двигатель, получивший обозначение «012Б», передали в производство. Летом 1948 г., когда было изготовлено 5 опытных образцов, приступили к испытаниям. Ответственным за их проведение назначили доктора Ю.Фогтса. Несмотря на все конструктивные меры по повышению ресурса, проблемы возникали одна за другой. Из отчета по опытным двигателям предприятий МАП (1948 г.):

«№ 5 был поставлен на длительные испытания безвзлетного режима в июне месяце. На 28 часу разрушился задний подшипник компрессора. После замены подшипника и других деталей двигатель наработал в июле месяце еще 25 часов. В процессе этого испытания обнаружены трещины на лопатках колеса турбины и на лопатках направляющих аппаратов компрессора. Во второй половине июля месяца этот двигатель ставился на испытания на взлетном режиме, но ввиду обнаруженных дефектов через 10 мин. был снят со стенда.»

После новой серии доработок, в конце 1948 г. «012Б» поступил на 100-часовые государственные испытания. Успех был близок, но на 94-м часу работы двигателя произошла поломка лопатки турбины.

В 1948 г. под руководством В.Я.Климова в СССР освоили производство лицензионного английского ТРД «Нин», который стал выпускаться под маркой РД-45. При практически той же тяге, как у немецкого «012Б», он был значительно компактнее, и, главное, более чем в полтора раза легче. Это предопределило решение об остановке работ по ТРД «012Б».

Параллельно с испытаниями ТРД сотрудники ОКБ завода согласно заданию МАП вели проектирование турбовинтовых силовых установок «022» и «028». К концу 1947 г. были закончены теоретические расчеты и начат выпуск рабочих чертежей и производственной оснастки. Однако работу тормозила нехватка испытательных стендов и друтого оборудования. Поэтому в 1948 г. решили объединить оба ОКБ и сосредоточить усилия на выпуске одного двигателя — «022».

«Следует сказать, что наличие двух ОКБ. во главе с немецким специалистом и штатом, состоящим, главным образом, из немецких специалистов, в сознании которых не изжиты еще элементы буржуазной конкуренции, не обеспечивало использования опыта одного ОКБ друтим. Таким образом, и эта причина повлияла на решение вопроса объединения ОКБ-1 и ОКБ-2», — писал в отчете за 1948 г. директор завода Н.М. Олехнович.

Главным конструктором объединенного ОКБ стал А.Шайбе, руководителем группы предварительного проектирования — Ю.Фогте, группы конструирования — Ф. Бранднер, ответственным за испытания — К. Престель.

К этомут времени ряды немецких специалистов пополнились советскими молодыми инженерами, выпускниками авиационных ВУЗов. Например, весь первый выпутск моторного факультета Куйбышевского авиационного института в 1947 г. был направлен на завод № 2.

Ф. Бранднер вспоминал:

«Русские, с которыми нам приходилось иметь дело, были любознательны и трудолюбивы, однако при этом очень любили вести бесконечные политические дискуссии. Молодые инженеры как правило имели узкоспециальное образование. Они были превосходно подготовлены теоретически, но совершенно не имели практического опыта.»

Немцам было обещано, что после успешного испытания ТВД всех их отпустят на родину. Это послужило мощным стимулом для дружной работы всего немецкого коллектива.

Как отмечалось. ТВД «022» создавался на основе ТРД Jumo 012. Впервые такой проект возник на фирме «Юнкерс» еще в 1944 г., но тогда реализовать его не смогли. Теперь немцы имели в распоряжении более-менее отработанный двигатель «012» и это вселяло надежды на успех. Однако очень много предстояло сделать заново. По сравнению с прототипом «022» имел трехступенчатую турбину и другие существенные конструктивные отличия. Необходимо было также разработать пропеллер, редуктор, регулятор числа оборотов. Для запуска двигателя сконструировали стартер ТС-1 в виде небольшой газовой турбины, развивающей мощность на валу 60 л.с.

Большое внимание уделялось повышению КПД двигателя, ведь по заданию удельный расход топлива не должен был превышать 0,32 кг/э.л.с. час. Для этого максимально уменьшили радиальный зазор рабочих лопаток компрессора, тщательно спрофилировали входной диффузор двигателя. Во избежание помпажа за пятой ступенью компрессора установили перепускные клапаны. Были проведены теоретические и экспериментальные работы системы регулирования (система «винт-газ»).

В середине 1948 г. проектирование двигателя завершилось, три экземпляра передали в производство. Для испытания двигателя на заводе построили новый тормозной стенд, рассчитанный на мощность 6000 л.с.

В 1949 г., в самый разгар работ по «022», на завод № 2 пришел новый руководитель — Н.Д. Кузнецов. Он уже имел опыт работы по немецким реактивным двигателям: в 1946 г. вместе с Климовым и Бранднером на заводе в Уфе осваивал производство Jumo 004. бывал в Германии для знакомства с реактивной техникой. Будучи умным и общительным человеком, Кузнецов сразу же понравился немцам, отмечал в мемуарах Ф. Бранднер.

В 1950 г. двигатель, получивший с 1951 г. русское наименование ТВ-2 («турбовинтовой двигатель-2»). был устаноачен на испытательный стенд. Посте заводских испытаний он успешно прошел 100-часовые госиспытания и был допущен к серийному производству. Его максимальная эквивалентная мощность составляла более 5000 л.с. (мощность на валу — 4663 кг. плюс реактивная тяга — 469 кг). «Двигатель ТВ-022 № 14 по своим конструктивным и эксплуатационным (в стендовых условиях) данным соответствует общим тактико-техническим требованиям ВВС СА», — отмечалось в акте по Госиспытаниям. По окончании испытаний всех немецких специалистов наградили денежными премиями.

В 1951 г. два ТВ-2 проходили летные испытания в ЛИИ на самолете Ту-4. Их установили вместо крайних поршневых двигателей бомбардировщика. Самолет совершил 27 полетов и налетал с испытываемыми двигателями более 70 часов. 8 октября произошла авария из-за пожара в правом ТВ-2. Загорание произошло в момент запуска двигателя в полете из-за попадания топлива в мотогондолу самолета.

Позднее в ОКБ П.А. Соловьева ТВ-2 усовершенствовали, доведя его мощность до 7650 э.л.с. (ТВ-2М). Вместо обычного четырехлопастного пропеллера были применены соосные винты противоположного вращения. Двигатель устанавливался на некоторых советских тяжелых самолетах середины 50-х годов — первых Ан-8, Ту—91. В середине 50-х годов на его основе создали первый советский вертолетный ТВД - ТВ-2ВМ.

Напомню, что после завершения работы по турбовинтовому двигателю немцев обещали отпустить на родину. Действительно, после успешных испытаний ТВ-2 группа немецких специалистов с семьями получила разрешение покинуть СССР. Но отпустили далеко не всех. В 1950 г. из Управленческого на родину уехал 241 немецкий двигателист (вместе с членами семей — 610 человек), но несколько сотен инженеров и рабочих из Германии оставили на заводе. Им выдали новое задание: построить ТВД небывалой мощности — 12000 л.с. Такие двигатели гигантской мощности требовались для нового стратегического бомбардировщика Ту-95, разрабатываемого А.Н. Туполевым.

Самым простым методом обеспечить требуемые характеристики новой силовой установки было соединение вместе двух ТВ-2. с передачей мощности на один общий редуктор. Кстати, в Германии уже имелся подобный опыт — в 1939 г. фирма Хейнкель построила тяжелый бомбардировщик Не-177 с четырьмя спаренными двигателями «Даймлер-Бенц». Правда, опыт оказался неудачным — силовые установки перегревались, во время работы возникала сильная вибрации. Но немецкие специалисты на опытном заводе № 2 об этом то ли не знали, то ли предпочитали помалкивать. Все надеялись, что после выполнения задания их ждет долгожданное возвращение на родину, и стремились закончить его как можно скорее. После согласования данной идеи с А.Н.Туполевым как временной меры, позволяющей ускорить начало испытаний бомбардировщика, работы начались.

Прежде, чем создать «сдвоенный» двигатель, необходимо было форсировать существующий ТВ-2. Этого достигли благодаря использованию нового жаропрочного сплава ЭИ-481 в конструкции турбины, что позволило повысить температуру горения. Одновременно, за счет применения высоконапорных ступеней компрессора с малым относительным диаметром втулки увеличили расход воздуха через двигатель. Во время стендовых испытаний в 1951 г. двигатель ТВ-2Ф развивал мощность 6250 э.л.с.

В том же 1951 г. была закончена сборка двух опытных образцов спаренных двигателей, получивших обозначение 2ТВ-2Ф. Двигатели располагались бок о бок, один немного со сдвигом назад. Мощность их турбин передавались на общий планетарный редуктор с коэффициентом редукции 0.094. Он вращал два соосных винта диаметром 5,8 м. Управление спаренной силовой установкой осуществлялось одним сектором газа, связанным с командно-топливными агрегатами каждого двигателя.

После доводочных работ, в сентябре 1952 г. 2ТВ-2Ф № 13 прошел 100-часовые стендовые заводские испытания. Посте этого, не дожидаясь результатов государственных испытаний, двигатели установили на самолет. 12 ноября 1952 г. Ту-95 с четырьмя 2ТВ-2Ф впервые поднялся в воздух.

Между тем государственные стендовые испытания, проводившиеся дважды — в январе и апреле 1953 г.. показывали, что усталостная прочность редуктора силовой установки недостаточна. «Двигатель 2ТВ-2Ф № 14 Государственные 100-часовые стендовые испытания не выдержал, вследствие разрушения зуба правой шестерни вала редуктора двигателя и обрыва 10 болтов среднего фланца несущей трубы после 50 часов режимной работы...», говорилось в январском акте об испытаниях. «Двигатель 2ТВ-2Ф № 15 Государственных 100-часовых испытаний не выдержал вследствие выкрашивания материала на рабочей поверхности зубьев правой ведущей шестерни редуктора, разрушения крышки правого приводного вала и разрушения уплотнения маслопривода в системе управления воздушным винтом после 21 часа режимной работы...», — это уже из апрельского акта.

Это трудно объяснить с позиции здравого смысла, но, несмотря на дважды повторенный вывод госиспытаний о недостаточной прочности ведущей шестерни редуктора двигателя, испытательные полеты Ту-95 продолжались. И случилось то, что должно было стучиться: 11 мая 1953 г. из-за разрушения шестерни редуктора в полете произошел пожар. Ту-95 потерял управление и упал. Погибли командир корабля летчик-испытатель А.Д. Перелет и еще три члена экипажа.

Комментарии

Уже на стадии первых наземных испытаний сдвоенных ТВ-2 стало ясно, что для надежной работы необходимо создавать новый двигатель. В его проектировании, которое началось в 1951 г., принимали участие как немецкие, так и советские инженеры и конструкторы. Были построены новый гигантский испытательный стенд, специальный тормозной пропеллер, приспособления для испытания редуктора и механизма управления шагом винта.

На новом двигателе с расчетной мощностью 12000 э.л.с. чисто ступеней турбины увеличили до пяти. Благодаря созданию нового жаропрочного сплава «нимоник» появилась возможность повысить давление в компрессоре и увеличить температуру газа перед турбиной. Для повышения КПД двигателя выполнили большое количество исследований по уменьшению потерь в лопаточных машинах, применили уплотняющие вставки, позволяющие минимизировать радиальные зазоры в турбине, создали пустотелые охлаждаемые лопатки оригинальной конструкции. Был изготовлен новый редуктор, решены вопросы регулирования ТВД с соосными винтами противоположного вращения. Конструированием планетарного редуктора наряду с русскими специалистами занимался инженер Бокерман, в проектировании пропеллера участвовал другой немецкий инженер, Эндерлайн.

Началу сборки ТВД предшествовало более 100 стендовых испытаний его отдельных систем и агрегатов — камер сгорания, шестерен редуктора, регуляторов «шаг-газ», лопастей пропеллера и др.

В результате всех этих мероприятий удалось добиться требуемой мощности, высокой надежности и хорошей топливной эффективности двигателя. По удельному расходу топлива он оказался намного экономичнее своего предшественника ТВ-2.

В начале 1953 г. закончилась сборка двигателя. Он получил обозначение ТВ-12, а позднее был переименован в НК-12 — по первым буквам имени и фамилии руководителя опытного завода.

Стендовые испытания ТВ-12 прошли успешно. Двигатель продемонстрировал требуемую мощность и высокий ресурс. По мощности и ряду других параметров ему не было и до сих пор нет равных в мире.

Создание ТВ-12 (НК-12) было финальной работой, в которой участвовали немецкие специалисты. В конце 1953 г. последние немцы покинули завод. Окончательными испытаниями и последующим усовершенствованием двигателя занимался советский коллектив под руководством Н.Д.Кузнецова. НК-12 и его модификации успешно применялись на самолетах Ту-95, Ту-114, Ан-22.

Характеристики ТВД, разработанных при участии немецких специалистов
Двигатель Jumo 022
(проект)
ТВ-2 ТВ-12
Начало проектирования 1944 1947 1951 1951
Начало наземных испытаний - 1949 1952 1953
Начало летных испытаний - 1952 1952 1954
Мощность, э.л.с. 6000 5000 12500 12000
Уд. расход топл., кг/э.л.с. час 0,36 0,32 0,25 0,16
Число ступеней компрессора 11 14 14 14
Число ступеней турбины 3 3 3 5
Степень сжатия 5,5 5 6 9,5
Темп. газа перед турбиной, °К   1050   1250
Вес, кг 3000 1700 3780 2900
Диаметр, м 1,08 1,05   1,2
Длина, м 5,6 4,2   4,8

Источники

  • Немецкий след в истории отечественной авиации. /Соболев Д.А., Хазанов Д.Б./

©AirPages
2003-