Битва за скорость. Великая война авиамоторов - Валерий Августинович

В 1969 г. вдруг оказалось, что основной истребитель-перехватчик ПВО МиГ-25 не обеспечивает прикрытие со стороны Северного полюса в случае атаки крылатыми ракетами с бомбардировщиков, не заходящих на территорию СССР. «Мигам» не хватало дальности и автономности наведения на цель. Минобороны (ПВО) формирует техническое задание на разработку модификации МиГ-25, а фактически нового перехватчика МиГ-31.

Основные риски создания будущего двигателя (Д-30Ф6) для МиГ-31 выглядели следующим образом.

1. Неизвестно было, сохранит ли работоспособность компрессор двигателя, «привыкший» работать с дозвуковым незатененным воздухозаборником, при его взаимодействии со сверхзвуковым входом.

2. Не произойдет ли самовоспламенения паров топлива при впрыске в камеру сгорания, так как температура воздуха превышала 700 °C.

3. Не перегреется ли масло и вместе с ним опоры подшипников в условиях высокой температуры на входе в двигатель 300 °C.

4. Выдержит ли турбина повышенную температуру газа при условии, что температура охлаждающего воздуха достигает 700 °C.

Таким образом, главным риском обобщенно можно было назвать напряженное тепловое состояние создаваемого двигателя, обусловленное применением его на сверхзвуковом самолете. Кроме этих рисков, существовали и две теоретические догмы, которые предстояло опровергнуть:

1. С увеличением скорости полета расчетную степень повышения давления в компрессоре двигателя необходимо уменьшать, при М=3 степень повышения давления не должна быть выше 5 (как на двигателе Р15БФ2-300 для МиГ-25).

2. Максимальная температура газа перед турбиной должна поддерживаться начиная с взлетного режима у земли.

Чем опасно догматическое мышление? Оно заменяет исследование объекта некоей общей схемой. В результате Центральный институт моторостроения (ЦИАМ) оказался в плену догмы, а ОКБ — нет, так как там всегда шли не от общего, а исследовали сам конкретный объект — двигатель — с использованием его математической модели на базе физических уравнений. Ктому времени развитие ЭВМ уже позволяло прогнозировать конкретные характеристики двигателя почти любой схемы с использованием матмоделей отдельных узлов. Поэтому проектировщики, к которым принадлежал и автор этих строк, даже не увидели ничего особенного, что могло бы вызвать какие-то опасения, связанные с физической невозможностью реализации этого проекта.

Вся эта длинная предыстория, кратко описанная выше, как уже отмечалось ранее, нужна для понимания того, как был создан двигатель для перехватчика, который было «невозможно создать» (по заключению ЦИАМ).

И снова Пермское КБ Соловьева «входит в турникет позади сразу двух конкурентов и выходит впереди». На самолете-прототипе МиГ-25 уже стояли двигатели прославленного ОКБ-300, и можно было ожидать предложений от проектировщиков по его развитию. Кстати, именно на этом двигателе была впервые внедрена электронная система управления двигателем. Кроме двигателя Р15БФ2-300 разработки ОКБ-300, уже существовал «в железе» и двигатель такого же класса тяги РД36-41 разработки Рыбинского КБ для сверхзвукового самолета СухогоТ-4. Короче, соперники были достойные. Преимуществом ОКБ Соловьева была освоенная схема двухконтурного двигателя, больше подходившая для многорежимного самолета, чем традиционная схема классического одноконтурного турбореактивного двигателя. По проекту двигатель, не проигрывая на сверхзвуке (за счет более высоких параметров — температуры), существенно выигрывал на дозвуке в экономичности за счет двухконтурной схемы. Но ведь такой двигатель еще надо было сделать!

Окно возможностей для вхождения в эту интересную и перспективную тему открылось в декабре 1969 г. Надо было быстро (за месяц) сформировать обоснованное техническое предложение для самолетчиков; главным конструктором самолета был известный деятель авиапрома Глеб Евгеньевич («Гнев Ебеньич») Лозино-Лозинский. Тем самым была создана возможность совершить прорыв в область высокотемпературных двигателей. Прототип подобного двигателя Д-30Ф на базе гражданского двигателя Д-30 уже три года как был в работе. Но его размерность (расход воздуха 125 кг/с, т. е. максимально возможная тяга 12 500… 13 500 кг) не подходила для МиГ-25. Требовалось же 15 000… 16 000 кг. Как только определилась размерность двигателя, попытались расчетным способом определить возможность форсирования Д-30Ф до нужного уровня. Ничего не получалось, что бы ни делали. Конечно, можно было «просто» увеличить размеры двигателя, но это — новое «железо» и, самое главное, длительные сроки. Возможность будет упущена. Нужно было «сварганить» двигатель-демонстратор из «готового» или почти готового «железа». В наличии имелось две размерности ядра-газогенератора: Д-30 и Д-30КУ, отличающиеся на 25 %. Первый был маловат, а второй — великоват. Почему-то никому не приходило в голову взять готовый компрессор газогенератора Д-30КУ и… «отрезать» от него первую ступень. Достаточно простая задача комбинаторики. В этом случае размерность ядра-газогенератора точно подходила под заданную. Предложение такой комбинации было сделано автором этих строк. Если от компрессора высокого давления Д-30КУ одну ступень отрезали, то к вентилятору Д-30 одну ступень приставили спереди. Получилось то, что надо: расход воздуха 150 кг/с, тяга 15500 кг. Двигатель становился реальным. Коллега автора этих строк А.А. Пожаринский предложил отказаться от «догмы № 2», разработав специальную программу повышения температуры газа перед турбиной с увеличением скорости полета самолета. Это обеспечило получение требуемой тяги во второй критической точке: на высоте 20 км и скорости 2500 км/час. Позже ученые ЦИАМ назвали это «температурной раскруткой». Стало ясно, что двигатель получается. Демонстратор быстро может быть сделан из готовых узлов. За две недели все характеристики были рассчитаны и в срочном порядке переданы в ОКБ Микояна. П.А. Соловьев встретился с генеральным конструктором ОКБ-155 Р.А. Беляковым, и все закрутилось.

И здесь наука в лице ЦИАМ дала письменное отрицательное заключение на проект двигателя, «считая невозможным» создание двигателя с такими высокими параметрами. Прецедента в мире и правда не было, но научный прогноз по смыслу должен выходить за рамки существующего. Техпредложение тем не менее было принято генеральным конструктором ОКБ-155 (МиГ) Р.А. Беляковым — надо было идти на риск. Он же и лоббировал правительственную поддержку, и развернулись работы, особенно интенсивно начиная с 1972 г. Как вспоминал П.А. Соловьев: «Все равно боялись страшно. Вот совещания у Устинова начинались с дискуссии — можно ли сделать такой двигатель? Не верили. Все время поднимали то один вопрос, то другой… А вот Батицкий сильно давил, и Устинов, видимо, хотел такую машину заиметь. И он там объявил, что будем делать этот двигатель. А двигатель Туманского отложили в сторону» (Соловьев, с. 124). Маршал авиации Д.Ф. Батицкий был главкомом ПВО.

Двигатель Д-30Ф6 для МиГ-31.

Клюбчевым узлом, обеспечившим успех проекта, оказалась конструкция высокотемпературной турбины. Как обычно, первоначально «готовая» конструкция турбины с Д-30КУ развалилась при горячих испытаниях с имитацией полетных условий (300° на входе в двигатель). Потом оказалось, что и в прогнозе максимальной температуры газа ошиблись на…100 (!) градусов. Пришлось разрабатывать эту турбину по-серьезному и заново. Новую компоновку турбины, которая подтвердила свою работоспособность при температуре газа около 1370 °C (!), разрабатывал опытнейший конструктор ОКБ Соловьева М.С. Пресман. В результате этой работы в ОКБ был совершен скачок по уровню температуры газа в 200 градусов. Ведь по шкале цветности во время работы двигателя лопатки турбины светятся оранжевым цветом. Эта турбина позволила вскоре создать и двигатель ПС-90А для нового поколения магистральных самолетов — она вошла в новый двигатель один к одному.