Битва за скорость. Великая война авиамоторов

Между тем в конце 1970-х гг. на «гражданском» фронте по заказу государства разрабатывается линейка новых самолетов: дальнемагистральный ИЛ-96, среднемагистральный Ту-204 и ближнемагистральный ИЛ-114. Эти самолеты были аналогами уже эксплуатировавшихся на Западе соответственно американских «Боинг-767», «Боинг-757». Как и в случае предыдущего поколения магистральных самолетов, советский авиапром просто повторял без всяких инноваций западные модели, но с лагом почти на целое поколение. Очевидно, что прямую конкуренцию с Западом в таком случае выиграть невозможно, что и произошло при открытии рынка в 1990-е гг.

Но пока мы — в 1980-х гг. Предстоит новая схватка с конкурентами за двигатели. Вначале конкурентов заранее развели по классам тяги: Н. Д. Кузнецову отдали «большой» двигатель под ИЛ-96, П. А. Соловьеву — «средний» под Ту-204, КБ Климова, где генеральным уже был С. П. Изотов — «малый» турбовинтовой под ИЛ-114. К этому времени ОКБ Соловьева уже десять лет, как вело проектные работы на бумаге по двигателю такого типа (ставшего в конце концов ПС-90), примеряясь к возможной, но так и несостоявшейся, ремоторизации ИЛ-86. Каждый год отдел перспективных разработок КБ Ильюшина (во главе КБ в это время был уже Г. В. Новожилов) заказывало проекты двигателя вокруг одних и тех же параметров. К этому времени ОКБ при разработке двигателя Д-30Ф6 уже освоило высокие температуры, и это дало шанс обойти конкурента по «обходному пути» термодинамической эффективности. Главным «козырем» ОКБ Н. Д. Кузнецова была провозглашаемая им надежность разрабатываемых им двигателей, имевших меньший уровень температуры газа перед турбиной.

Как измеряется надежность авиационных двигателей? Основным показателем надежности является наработка парка двигателей данного типа на одно выключение в полете по причине отказа двигателя за текущий год эксплуатации. Двигатели считаются имеющими хорошую надежность, если этот показатель имеет уровень не ниже 100 000 часов на одно выключение в полете. То есть если большая авиакомпания, к примеру, имеет парк двухдвигательных магистральных самолетов в количестве 100 штук, то за год суммарный налет двигателей этой авиакомпании составит примерно 600 тыс. часов (при среднем налете воздушного судна 3000 часов в год). Это означает, что допускается за год иметь шесть выключений двигателей в полете. Такая надежность достигается не сразу после начала серийного производства и эксплуатации. Но, начиная с некоторого времени, показатели стабилизируются и могут объективно свидетельствовать о надежности всей системы. Если сравнить показатели надежности типичных авиационных двигателей (американских JT9D, CF6-50 и российского ПС-90), то мы не увидим большой разницы Все эти двигатели в вышеприведенном смысле надежны. И, как показывает опыт, нет прямой зависимости надежности двигателя от уровня температуры газа перед турбиной. Надежность двигателя в большой степени зависит от надежности элементов системы (комплектующих), стабильности технологии производства и грамотного обслуживания двигателя в эксплуатации.

«Роллс-Ройс», создав инновационный трехвальный двигатель большой двухконтурности для широкофюзеляжных самолетов, тем самым создал и моду на «трех-вальность». И Запорожское КБ под руководством Лота-рева (сменившего Ивченко), и Самарское КБ Кузнецова поддались этой моде и, несмотря на сложность трансмиссии, сделали-таки трехвальные двигатели для грузового самолета большой вместимости АН-124 (двигатель Д-18), ближнемагистрального самолета Ту-334 (двигатель Д-436) и стратегического бомбардировщика Ту-160, аналога американского В-1, (двигатель НК-32).

Выбором облика будущего ПС-90 П. А. Соловьев занимался лично, как никаким другим двигателем. Изучая на выставках в Ле-Бурже и Фарнборо зарубежные двигатели-аналоги большей размерности с их впечатляющими фланцами корпусных деталей, он пришел к четкому для себя выводу о предельном диаметре вентилятора (не более 2 метров). «Мастодонтов» делать мы не будем». Не сразу был сделан и окончательный выбор между двухвальной традиционной схемой двигателя и модной в то время трехвальной. В конце 1979 г. Соловьев принял решение в пользу традиционной схемы. Так же остро шла борьба внутри ОКБ о выборе размерности компрессора. В КБ было две базовых размерности, отличающихся на 25 % по расходу воздуха. От выбора размерности при ограничении на диаметр двигателя зависело очень многое, в первую очередь степень двухконтурности, а следовательно, и экономичность будущего проекта. Были и риски по повышенной температуре газа и ограниченности форсирования двигателя по тяге в случае выбора меньшей размерности компрессора. Здесь никто не может предложить решения, кроме главного конструктора — это его выбор. Соловьев принял решение в пользу приоритета экономичности и — выиграл, как показали последующие события.

Главный конкурент Пермского ОКБ тоже не дремал. Опережая ОКБ Соловьева в готовности двигателя (его НК-56 уже вовсю проходил стендовые испытания, а в Перми еще только шла поузловая доводка), Кузнецов вышел с предложением делать вместо двух разных двигателей для ИЛ-96 и Ту-204 один, унифицированный для обоих самолетов. Предложение было разумным, тем более это видно сегодня, когда стало ясно, что внутренний рынок имеет достаточный для рентабельного производства объем только в сегменте ближне-среднемагистральных самолетов. Но в процессе оптимизации самолетов (проект Ту-204 сделали двухдвигательным вместо первоначально трехдвигательного, а в ИЛ-96 уменьшили пассажировместимость) под один тип двигателя оказалось, что почти готовый НК-56 великоват. А пермский будущий ПС-90 соответственно маловат. Соловьеву пришлось форсировать двигатель по температуре газа, а Самарскому КБ — полностью переделывать свой двигатель, уменьшая геометрические размеры.

Тем временем был объявлен конкурс на двигатель для этих самолетов, окончательная оценка которого должна была быть сделана по результатам натурных испытаний в термобарокамере, имитирующей высотные условия полета. Изменения условий технического задания на двигатель позволили выровнять шансы, самарский задел готовых сборочных единиц, по сути, был обнулен. Параметры ПС-90 были выше, лучше и экономичность, что и было продемонстрировано на испытаниях.

Победу тогдашний министр авиапрома И. С. Силаев присудил П. А. Соловьеву, несмотря на мнение большинства экспертов в пользу Самары. Позиция экспертов понятна: научно-инженерный потенциал ОКБ Кузнецова, включая мощную лабораторную базу, был объективно выше. Но… судьба в лице министра авиапрома распорядилась иначе.

Как оказалось, это спасло и Пермское КБ и Пермский моторный завод в период краха экономики из-за так называемых «реформ». Инерция позволила «проскочить» этот период, хотя и с потерями, а уже освоенное производство ПС-90 существенно облегчило процесс конверсии авиационных двигателей в наземные газотурбинные установки. Ставка Соловьева на высокие параметры обеспечила конкурентоспособность и наземной техники, о чем тогда никто не задумывался. Наземным применением авиационных двигателей в Пермском ОКБ до 1990-х гг. не занимались — это была прерогатива Самарского КБ. Именно на базе отработавших в эксплуатации турбовинтовых двигателей Н К-12 в ОКБ Кузнецова были созданы первые советские газоперекачивающие агрегаты, которые серийно изготавливали на казанском заводе, бывшем № 16.

Последний «удар» был отбит, когда А. А. Туполев неожиданно попросил увеличить тягу двигателя ПС-90 на 15 % для увеличенной (дальней) модификации самолета Ту-204, получившего обозначение Ту-214. Двигатель и так уже был форсирован в сравнении с первоначальным проектом, и дальнейшее повышение режима было рискованным. Увеличение же геометрических размеров было неприемлемым — нарушалась взаимозаменяемость с таким же двигателем для Ту-204. Что делать? Автор этих строк с коллегой А. А. Пожаринским приехали разбираться в туполевское ОКБ. Пошли к инженерам-аэродинамикам, которые бесхитростно показали нам действительный потребный уровень тяги двигателя при взлете самолета. Оказалось, что при обеспечении взлета Ту-214 даже при одном отказавшем двигателе достаточно тяги 14 тонн. Ас нас просили 18 тонн. То есть даже уже нормального согласованного уровня 16 тонн было лишку! Самолетчики хотели, как всегда, иметь запас на всякий случай, но это было неприемлемо для двигателя. Решение возникло сразу же: ввести так называемый «ЧР» («чрезвычайный режим»), кратковременное использование которого допустить только в случае реального отказа двигателя при взлете. А для этого разработать алгоритм вырабатывания сигнала отказа двигателя при взлете и автоматического вывода исправного (соседнего) двигателя на повышенный до 17,5 тонны тяги режим. Такой алгоритм при участии автора этих строк был разработан и успешно внедрен на самолете Ту-214. Задача была решена. Во время сертификационных испытаний самолета был продемонстрирован надежный взлет при одном выключенном двигателе и выходе на «ЧР» второго двигателя. И в последующей эксплуатации — ни одного отказа алгоритма или ложного срабатывания!