Климовские турбовинтовые

Реактивные двигатели обладают рядом существенных преимуществ перед поршневыми и вообще винтовыми двигателями на больших, особенно сверхзвуковых скоростях полета. Для средних скоростей более экономичными являются турбовинтовые двигатели.

Разработка такого двигателя в ОКБ Климова была начата в 1947 году. Немного позже двигателю был присвоен индекс ВК-2. Ведущим конструктором был назначен Сергей Васильевич Люневич, который, еще будучи в Уфе, глубоко изучил материалы по немецкому турбовинтовому двигателю ЮМО-012, материалы английских специалистов по проектированию турбореактивных двигателей и выполнял расчеты по двигателю РД-10. Начальниками основных бригад были: С. А. Кирзнер (осевой компрессор), Г. М. Аванесов (турбина), Ю. А. Ламм (камера сгорания), Б. Н. Кузнецов (опора), Б. И. Лужин (топливно-регулирующая автоматика), М. У. Анцелович (редуктор), Б. И. Вольфсон (доводка).

Двигатель ВК-2 был спроектирован в одновальной схеме. Конструктивно он состоял из осевого компрессора, девяти трубчатых камер сгорания, выхлопного сопла и редуктора привода винта. Полученные характеристики свидетельствовали, что возможности схемы турбореактивных двигателей с центробежным компрессором были исчерпаны.

Наступало время осевых компрессоров, которые дали возможность использовать меньшее лобовое сопротивление двигателя. С разработкой новой для ОКБ конструкции осевого компрессора справились блестяще. Большую роль в этом сыграл Сергей Александрович Кирзнер, который ранее работал в ОКБ А. М. Люльки и имел опыт создания осевого компрессора. Проектирование двухступенчатой турбины проводилось под руководством Гургена Минасовича Аванесова, благодаря умению и знаниям которого были получены высокие результаты. Ведущий конструктор С. В. Люневич внес значительный вклад в создание методик по расчетам высотно-скоростных и дроссельных характеристик. Он же руководил газодинамическими расчетами, проведением экспериментальных испытаний и испытаний полноразмерного двигателя.

Специально для испытания двигателя с винтом была построена испытательная станция на территории завода «Красный Октябрь» на Кушелевке. Она состояла из двух боксов с шумоглушением на линии всасывания. Начальником этой станции стал Грант Ишханович Мирзабекян.

В 1950 году двигатель ВК-2 успешно прошел чистовые (с заказчиком), а в марте 1951 года – и государственные испытания. Таким образом, ВК-2 стал первым отечественным турбовинтовым двигателем. Он был подготовлен для летных испытаний на летающей лаборатории.

Но обстоятельства сложились неожиданно неблагоприятно. На летающую лабораторию раньше ВК-2 был поставлен двигатель НК-4 главного конструктора Н. Д. Кузнецова. При проведении этих испытаний произошла авария. Самолет сгорел. Владимир Яковлевич принял решение прекратить дальнейшие работы по двигателю ВК-2. К тому же почти одновременно с ВК-2 были созданы уже упоминавшийся выше двигатель НК-4 и двигатель АИ-20 главного конструктора А. Г. Ивченко практически с такими же параметрами. Климов сосредоточил все силы и возможности ОКБ на создании двухконтурного турбореактивного двигателя.

Это решение было воспринято сотрудниками ОКБ с большим сожалением. По мнению специалистов, ВК-2 имел очень хорошие перспективы для совершенствования и дальнейшего развития. И уже после ухода из жизни Владимира Яковлевича в министерстве все отчетливее звучало мнение: «Не зарыли бы тогда двигатель Климова – сейчас были бы впереди планеты всей».

Еще в начальной стадии проектирования двигатель ВК-2 был представлен на рассмотрение ведущим авиационным ОКБ и институтам страны. Интерес к этому двигателю проявили С. В. Ильюшин и А. Н. Туполев, к которому В. Я. Климов еще в 1947 году обратился с просьбой о содействии в работах по ВК-2, в частности о выходе с предложением в Правительство по выпуску Постановления на разработку под него туполевского самолета.

А. Н. Туполев согласился, и в 1948–1949 годах в его ОКБ прорабатывался проект самолета-фоторазведчика, получившего внутреннее обозначение «84». Под ВК-2 было рассмотрено несколько вариантов «84». Но проект был закрыт раньше, чем были выпущены двигатели ВК-2, поэтому самолетам этим не суждено было подняться в воздух.

После закрытия работ по ВК-2 все силы ОКБ Климов переключил на проектирование первого советского турбореактивного двухконтурного двигателя, создание которого главный конструктор задумал еще задолго до окончания работ по ВК-2. Владимир Яковлевич одним из первых советских двигателистов увидел в нем большую перспективу и будущее.

В 1951 году в ОКБ приступили к разработке эскизного, а затем и рабочего проекта двигателя. Ему был присвоен индекс ВК-3. Ведущим конструктором стал Сергей Васильевич Люневич.

Конструктивно двигатель ВК-3 состоял из 10-ступенчатого осевого компрессора с двумя первыми сверхзвуковыми ступенями, кольцевой камеры сгорания, осевой трехступенчатой турбины, двенадцати труб второго контура, камеры смешения и форсажной камеры с регулируемым сверхзвуковым соплом. За первыми двумя ступенями компрессора производился отбор воздуха во второй контур и трубами передавался в камеру смешения.

Степень двухконтурности изменялась по режимам работы двигателя: максимальная двухконтурность (около 0,5) – на крейсерском режиме, где требовалась максимальная экономичность, и минимальная двухконтурность (около 0,25) – на максимальном режиме, на котором достигается наибольшая скорость полета и производится взлет. Смешение потоков первого и второго контуров регулировалось изменением соотношения площадей входа в камеру смешения. В компрессоре имелся двухпозиционный регулируемый входной направляющий аппарат, используемый при запуске двигателя. Для беспомпажного прохода низких оборотов имелся регулируемый направляющий аппарат восьмой ступени и перепуск воздуха в атмосферу за восьмой ступенью компрессора. Такая механизация компрессора в то время была новшеством.

Двигатель ВК-3 предназначался для высотного сверхзвукового истребителя И-3 (И-380) конструкции Микояна, который начал строиться в июне 1953 года. Однако этому истребителю не суждено было подняться в воздух…

На двигателе ВК-3 был установлен регулятор поддержания постоянной температуры перед турбиной на форсажном режиме, действующий путем изменения подачи топлива в форсажную камеру. Двигатель был снабжен противо-обледенительной системой – подачей горячего воздуха для обогрева носков лопаток и входного устройства. В двигателе были применены новые для того времени сверхзвуковые ступени компрессора, изготовленные из титанового сплава. Применение титана имело большие преимущества в обеспечении прочности дисковых замков и самих дисков, а также давало ощутимый выигрыш в массе. Проектирование и профилирование сверхзвуковых лопаток было совершенно новым делом для специалистов ОКБ (и не только для них, но и для всех остальных ОКБ и ЦИАМ).

Вопросы проектирования, профилирования и прочности решались конструкторами и прочнистами под руководством С. А. Кирзнера, В. И. Образцова и Р. Б. Скворцова. Вопросы обработки титановых лопаток – под руководством главного металлурга А. В. Коробкова и главного технолога А. Т. Кладовщикова. Проблемами отработки масляной системы и системы суфлирования при полетах на больших высотах занимались М. У. Анцелович, Т. В. Дудников, Л. Л. Гружевский, приводами агрегатов – В. Е. Формозов, В. П. Сорогин, А. В. Чигиринов.

Сложной проблемой, требующей проведения экспериментально-расчетных работ, оказалась отработка процесса смешения потоков контуров при разных режимах работы двигателя. От смешения потоков сильно зависела эффективность работы форсажной камеры.

Почти в течение полутора лет велись работы в термобарокамере, в результате чего были отработаны система включения топливных коллекторов, стабилизация горения, процесс регулирования смешения и регулирования сверхзвукового сопла. Система регулирования двигателя явилась сложным комплексом управления подачи топлива, поддержания постоянными оборотов и температуры газов, управления створками смешения и сверхзвуковым соплом.

После пятилетней работы двигатель был доведен до необходимой надежности. Основные данные были получены. В 1956 году двигатель прошел государственные испытания на ресурс 100 часов. Двигатель ВК-3 проложил в СССР дорогу целому направлению в авиадвигателестроении – двухконтурным турбореактивным двигателям. ВК-3 был представлен на летные испытания на истребителе-перехватчике И-3У, которые проходили на базе ЛИИ в Москве. Руководили ими Изотов и Люневич.

В том же 1956 году были получены выдающиеся для того времени результаты: скорость истребителя И-3У при взлетной массе 9220 кг достигала 1960 км/ч, высота – более 18 000 м. Практически проверочно-доводочные испытания были закончены, расчетные параметры получены. Однако по «организационным» причинам работы не были продолжены.

За создание двигателя ВК-3 большая группа конструкторов, экспериментаторов и испытателей была награждена орденами и медалями. Двигатель ВК-3 стал прообразом ВК-9. Из записок Климова 1954 года: «…Нашему заводу оказана большая помощь со стороны Министерства в том, что производство двигателя ВК-9 передано другому заводу…»

В 1953 году на базе ВК-3 начал разрабатываться двигатель, получивший обозначение ВК-13. Главным отличием этого двигателя было применение охлаждаемой турбины. Охлаждение производилось воздухом, продуваемым через сопловые и рабочие лопатки. Это позволило поднять температуру примерно на 250 К (с 1150–1180 до 1400 К). Повышение температуры дало возможность увеличить тягу двигателя на бесфорсажном режиме на 10 % при сохранении габаритных размеров и массы двигателя. Кроме этого, на форсажном режиме была увеличена степень форсирования с 1,35 до 1,45, что позволило получить тягу около 10 000 кг. Другими конструктивными новшествами стали экранированные камеры дожигания и поворотные лопатки задних направляющих аппаратов компрессора.

Создание охлаждаемой турбины в ОКБ В. Я. Климова было первой попыткой в отечественной авиационной промышленности. Были также внесены некоторые изменения в систему управления и регулирования двигателя. Еще одно нововведение касалось расположения агрегатов, которое изменялось по требованию заказчика.

В охлаждаемой турбине основной проблемой был способ охлаждения рабочих лопаток. Климов дал указание создавать лопатки сразу в двух вариантах: лопатки с оболочкой и лопатки, составленные из двух частей. Оба варианта давали возможность обрабатывать внутренние канавки для пропуска охлаждаемого воздуха. Это было хорошей гарантией эффективного охлаждения.

Особенно привлекательным казался вариант лопатки, составленной из двух частей. На внутренней стороне каждой части наносились канавки. Разъем частей образовывался по цилиндрической поверхности, дающей возможность точной обработки поверхности разъема и их хорошего прилегания. Затем в вакууме под давлением производилась пайка частей жаропрочным припоем, что обеспечивало хорошее прилегание поверхностей разъема.

Вариант с оболочкой представлял лопатку, состоящую из профильного стержня с нанесенными на нем канавками охлаждения, и надетую оболочку из тонкого листа. Соединение оболочки со стержнем осуществлялось припаиванием жаропрочным припоем. Как и в первом случае, пайка производилась в вакууме под давлением. При этом оболочка хорошо прилегала к стержню, образуя профилированную лопатку.

В обоих вариантах важно было обеспечить хорошее качество пайки. До конца так и не удалось добиться 100 %-ного качества пайки: в отдельных случаях проявлялись местные непропаи.

Доводочные работы по двигателю проходили с трудностями из-за дефектов охлаждаемых лопаток. В 1960 году работы над двигателем ВК-13 были прекращены по тем же причинам, что и по ВК-3. К сожалению, на долгие годы были прекращены интересные и перспективные работы по созданию охлаждаемых лопаток и турбин. Идея охлаждаемой лопатки, состоящей из двух частей, была использована только в начале 1980-х годов в одном из московских ОКБ. Опыт, полученный по вакуумной пайке под давлением, был успешно использован позднее, при изготовлении выходных сопел специальных двигателей.

Кроме того, на двигателях ВК-3 и ВК-13 были опробованы многие перспективные конструкторские решения: две первые высоконапорные сверхзвуковые ступени компрессора из титанового сплава, поворотный входной направляющий аппарат – двухпозиционный на ВК-3 и управляемый по программе на ВК-13; регулируемые направляющие аппараты – одна ступень на ВК-3 и пять ступеней на ВК-13; регулируемый смеситель потоков на входе в форсажную камеру для обеспечения регулирования степени двухконтурности в пределах 0,1–0,3; прорабатывались также варианты двигателя с регулированием разделения потока. Таким образом, создавался научно-технический задел для будущих двигателей.

Двигатель ВК-3 послужил базой для создания еще одного оригинального двигателя – двигателя Д, который предназначался для тяжелого самолета С. В. Ильюшина. Оригинальность этого проекта заключалась в том, что вентилятор второго контура размещался над свободной одноступенчатой турбиной, которая располагалась за турбиной компрессора. Рабочая лопатка этой турбины разделялась на два яруса – верхний, который принадлежал вентилятору, и нижний – турбине. Между ярусами располагалось лабиринтное уплотнение.

В этой конструкции необычайно сложным было обеспечить прочность лопатки и эффективную работу уплотнительного лабиринта. Аэродинамический расчет лопатки проводился под руководством С. А. Кирзнера с участием В. В. Старовойтенкова. Отработкой турбинно-вентиляторной лопатки занимались В. Н. Пушков, Б. Г. Писарев, Р. Б. Скворцов, Н. А. Межуй, А. Н. Рожанский и другие. Доводочные испытания проводились в основном на полноразмерном двигателе. Была получена тяга около 8500 кг. Готовились испытания на летающей лаборатории. Но, как и в остальных случаях с двигателями серии ВК-3, в 1960 году, после ухода Владимира Яковлевича на пенсию, работы были прекращены в начальной стадии доводки и продолжения не имели.

В 1957 году в ОКБ Климова поступил заказ от Лавочкина – разработать маршевый турбореактивный двигатель с форсажной камерой для крылатой ракеты. Двигатель получил название ВК-15. Ведущим конструктором двигателя стал Гурген Минасович Аванесов.

Двигатель ВК-15 (и его поздняя модификация ВК-15Б) развивал тягу 9600 кг при степени сжатия, равной 5,2. Конструкцию имел упрощенную, ротор двухопорный. Расход воздуха в стендовых условиях составлял 90–100 кг/с.

Для производственников это было новой задачей, так как требовало крупногабаритного оборудования. Для испытаний был использован большой бокс новой испытательной станции, только что построенной на загородной площадке в Шувалово.

Всего было изготовлено два двигателя. Но работы были прекращены в начальной стадии из-за совершенно необъяснимого отказа заказчика. Когда Гурген Минасович приехал в КБ Лавочкина для обсуждения дальнейших доработок, его принял не Лавочкин, а после некоторого ожидания – его заместитель. Только Аванесов начал говорить, как заместитель Лавочкина его прервал:

– Не надо.

– Что – не надо?

– Ничего не надо. Мы уже поставили на самолет другую конструкцию. Вернувшийся в Ленинград ведущий конструктор темы сразу пошел к Владимиру Яковлевичу и рассказал о неожиданном решении самолетчиков. Климов как-то устало выслушал, страшно огорчился, но, видимо, уже не удивлялся ничему. Бесцеремонность Лавочкина была одной из тех капель, которые подтолкнули еще полного сил и замыслов конструктора к уходу на пенсию.

Из записки Климова: «…Плановое задание по новому турбореактивному двигателю на скорость М > 3 и высоте полета Н = 30 км, разрабатывавшееся в 1957 году под моим руководством, не получило дальнейшего движения. В текущем году (1958-м) был подработан вариант решения этой задачи <с> помощью двух двигателей, работающих параллельно. Предварительные характеристики таких двигателей разработаны конструкторским бюро завода № 117 под моим руководством и находятся на прикидке к самолетам у генеральных конструкторов (тт. Сухого и Ильюшина)».

Приведем еще несколько строк из записки Климова: «На заводе № 117 небольшой группой работников продолжают разрабатываться вопросы по созданию двигателя со свободнодвижущимися поршнями. В текущем году (в 1958-м) были проведены кратковременные испытания двигателя при работе обеих половин расходящихся поршней двигателя. На очереди стоят длительные испытания, для чего необходимо испытать охлаждаемые поршни двигателя… Моя дальнейшая научная деятельность в 1959 году будет направлена на… изучение двигателей со свободнодвижущимися поршнями…».

Великий человек полон великих планов. Но пришли иные времена, изменилась его страна. Лидер государства начинает разворот авиационной державы, с таким трудом создаваемой в течение всей жизни Владимира Климова, на ракетные разработки. И это, как показала жизнь, был первый шаг к предательскому отказу от собственной авиации конца ХХ века.

«Если можете хоть что-то сберечь – сделайте это». Эти слова и философия жизни Конструктора обращены в будущее, в надежды, с которыми страна вошла в новое тысячелетие.

…Начинался новый учебный год. Ирина Владимировна, спешно посадив детей в машину, уезжала из Переделкино в Москву – детей надо было вести в школу. Договорившись с отцом о времени обеда, когда Владимир Яковлевич должен будет подъехать в их квартиру на Ленинградском проспекте, помахав ему на прощание, дочь отправилась в путь.

Владимир Яковлевич, расположившись на террасе в своем любимом кресле, почитал газеты, обратив внимание на статью о новых методиках лечения гипертонии – активными физическими нагрузками. И, как всегда, решил гипотезу проверить на практике. Нашел в чулане топор и долго колол дрова, вспоминая годы послевоенной жизни…

Верочка, любимая и обожаемая жена, ушла из жизни еще в 1953 году. Врачи так и не смогли вылечить ее печень. Как пусто стало вокруг после ее смерти, как одиноко. Радовали только внучата, а их уже было двое.

Ира, окончив в 1948 году МАИ, вышла замуж за самого талантливого однокурсника Володю Степанова. Перед окончательным решением о соединении с Володей дочь спросила тогда мнение отца о своем избраннике. «Это один из лучших инженеров, которых мне довелось встречать на пути. Ну а в остальном – тебе жить, тебе и выбирать», – тактично ушел от обсуждения отец. Владимир Георгиевич Степанов станет талантливым исследователем, главным, а потом и генеральным конструктором авиационных двигателей.

В пятидесятом году у них родилась дочь Татьяна, которая вскоре станет баловнем и любимицей своего деда. А спустя три года появится на свет и сын Алексей. Владимир Яковлевич безумно полюбил своих внуков, но в традициях своего воспитания с Алешей был всегда более сдержан: «Мальчика нужно воспитывать в строгости».

Многое пережито за эти годы. И грандиозные торжества в его честь – 60-летие отмечалось широко, в театре Советской армии. Зал был полон гостей, весь авиационный мир пришел тогда поздравить мэтра российского авиадвигателестроения. А буквально через полгода – обширный инфаркт. В ту зиму, в канун 53-го, Владимир Яковлевич еле поднялся, так тяжело далась ему эта «моторная» болезнь.

Переломный, трагический год. Но в том же 53-м и внук Алеша родился, и он стал академиком Академии наук СССР. Поистине, не бывает абсолютного добра, как и абсолютного зла.

Пятидесятые стали особенно плодотворными в его конструкторской жизни – десятки уникальных разработок. И все – впервые, впервые, впервые… Дважды за эти годы награждался орденом Ленина, дочь шутит: «Все пять орденов Ленина и в один ряд не повесить». В 57-м повторно удостоен звания Героя Социалистического Труда.

Да, награды на грудь, а тычки-то – в спину… Даже пенсию родное министерство отказалось оформить как генеральному конструктору. Пришлось получать по военному ведомству, генеральскую. «Ну какой из меня военный?» – снова возмутился в душе Владимир Яковлевич. И не понимали. Не понимали, почему он хочет отказаться от большей суммы. Не в сумме дело. «Я – конструктор, а не генерал. И всю жизнь был и остаюсь инженером».

Прервав нахлынувшие в тишине мысли, Владимир Яковлевич вывел из гаража свою машину и решил пораньше приехать на Ленинградку. «Да, так и не привык я к новой квартире, хотя переехали сразу после войны. Таганский дом как был, так и остался единственным родным очагом. Но уж больно обветшала квартира за годы войны, порастащили из нее все, что только могли…».

Машину Владимир Яковлевич водил великолепно – стаж за рулем около 30 лет. Потому и не замечал ни нарастающего потока машин, возвращающихся с дачного отдыха, ни заканчивающегося бензина. И только в районе Кунцева, перед выездом на Кутузовский, решил свернуть на заправку. Очередь там выстроилась пребольшая. Полчаса, сорок минут, час прошел, а воз и ныне там. Молодежь подъезжала, ловко пристраивалась где-то у изголовья длинного хвоста ожидающих заправки. А он все ждал и ждал, пока не почувствовал что-то неладное…

Сердце вдруг защемило, а голову будто проткнули колом. Владимир Яковлевич решил отъехать в ближайший переулок, принять лекарства и переждать приступ. Но только успел затормозить в одном из московских дворов, как потерял сознание, резко ударившись о руль машины…

Уже и обеденные часы прошли, начало смеркаться, а отца все не было видно. Что с ним? Куда он запропастился? Ирина ходила из комнаты в комнату, ожидая звонка в дверь. Но когда все сроки вышли, а Владимир Яковлевич так и не появился, она позвонила мужу и дрожащим голосом рассказала о пропаже Владимира Яковлевича.

– Не паникуй раньше времени. А то беду и накликать можно. Я поеду на дачу, может быть, он решил не уезжать из Переделкина.

Телефона на даче еще не установили, и такое предположение казалось вполне реальным. Но и на даче Владимира Яковлевича не было. Зять несколько раз проехал знакомым маршрутом, расспрашивал постовых, на постах ГАИ – не было ли каких-либо происшествий. Все тщетно.

И только подняв оперативников МУРа, удалось найти Владимира Яковлевича. Он так и сидел в машине до глубокой ночи, не приходя в сознание. А вокруг продолжалась жизнь, ходили люди, но никто не обратил внимания на застывшего за рулем водителя.

Еще целую неделю Владимир Яковлевич находился в больнице, и врачи пытались вывести его из кризиса. Кровоизлияние в мозг – помочь могла только операция. Но и она не помогла бы подняться вечно несгибаемому Климову.

А в ночь с 8 на 9 сентября 1962 года, в роковом для Климовых 70-летнем возрасте, Владимир Яковлевич скончался. И с той минуты так же пусто и одиноко стало возле его постели родным, и дочь, и зять долго не могли поверить в случившееся…

Похоронили великого русского конструктора, прожившего целую эпоху покорения неба – от первых планеров до полета человека в космос, на Новодевичьем кладбище.

Ленинградский завод, которому отданы последние годы жизни, стал называться именем В. Я. Климова. На здании завода установлена мемориальная доска о том, что здесь когда-то работал выдающийся конструктор-моторостроитель Владимир Яковлевич Климов. В Лефортове, возле ЦИАМа, был установлен памятник. Чтобы помнили…

Но память – в продолжении дела, в возрождении и развитии отечественной авиации.

«Если можете хоть что-то сберечь – сделайте это, люди».

Данный текст является ознакомительным фрагментом.