Двигатель бесконечных перспектив

Холодная война неизбежно диктовала свои условия. Каждый вызов заокеанских противников требовал адекватных ответов. И они находились. Однако 27 июля 1972 года перед советской авиационной промышленностью была поставлена задача, казалось, за гранью возможного. Дело в том, что именно в этот день впервые поднялся в воздух 18-тонный американский истребитель F-15 «Eaglе» - уникальная разработка фирмы McDonnell Douglas. Новый самолет был оснащен двумя двигателями F-100-PW-100, суммарная форсажная тяга которых составляла 21 тс. Таким образом, впервые в истории тяговооруженность боевого самолета при нормальной взлетной массе превысила единицу. Новый американский истребитель мог легко переманеврировать любую советскую машину, без проблем догнать ее и, если потребуется, также легко оторваться от погони. Перчатка была брошена. Медлить с ответом было нельзя.

«Помощь» с Запада

Решение о том, кто будет проектировать советский аналог, было принято в том же году на заседании Научно-технического совета министерства авиационной промышленности и Военно-воздушных сил. Взвесив все за и против, НТС постановил разделить программу по созданию нового истребителя между двумя ОКБ – П.О. Сухого и А.И. Микояна – М.И. Гуревича. Каждое из них занялось постройкой собственного самолета, однако требования были для всех одинаковыми: советский аналог должен превосходить американского конкурента по всем основным параметрам как минимум на 10%.

Оговоримся сразу, что в рамках этого материала мы коснемся только разработки ОКБ П.О. Сухого – истребителя Су-27, потому что именно на него и был установлен тот двигатель, ради которого и писалась эта статья.

Итак, работы по созданию Су-27 проходили довольно-таки успешно. В 1975 г. было завершено эскизное проектирование истребителя, а спустя всего год вышло соответствующее постановление ЦК КПСС и Совета министров СССР о создании самолета. Одновременно было принято решение и о выборе типа двигателя для новой машины. Согласно проекту, в состав силовой установки Су-27 должны были войти два мощных и экономичных двухконтурных турбореактивных двигателя с форсажными камерами нового поколения. На основе заключения ЦИАМ по трем альтернативным вариантам перспективных двигателей (АЛ-31Ф, Д-30Ф-9 и Р59Ф-300) разработка силовой установки для Су-27 была доверена московскому машиностроительному заводу «Сатурн», возглавляемому генеральным конструктором А.М. Люлькой. Его проект выглядел более проработанным.

Для нового двигателя были заданы беспрецедентно высокие характеристики. Так, например, требования к взлетной тяге составляли аж 12 500 кгс, а минимальный удельный расход топлива не должен был превышать 0,62 кг/кгс ч, что практически на четверть было меньше аналогичного показателя серийного ТРДФ АЛ-21Ф- 3 (0,76 кг/кгс ч). Таким образом, инженерам ОКБ А.М. Люльки нужно было найти правильный баланс: с одной стороны обеспечить истребителю тяговооруженность на взлете и в воздушном бою более единицы, а с другой – добиться до той поры невиданной экономичности мотора.

Для обеспечения заданных характеристик двигатель решено было строить по двухконтурной схеме с трехступенчатым компрессором низкого давления, девятиступенчатым компрессором высокого давления и одноступенчатыми турбинами высокого и низкого давления. При этом планировалось получить значительное повышение температуры газов перед турбиной: не менее 350 – 400 градусов по сравнению с АЛ-21Ф-3. И вроде бы, можно было бы приступать за реализацию проекта, но нет! В ОКБ неожиданно поступает информация о двигателе F-100-PW-100. Пренебрегать ей глупо, и А.М. Люлька решается внести в свой проект значительные изменения. Конструктор оснащает перспективный турбокомпрессор четырехступенчатым вентилятором, двенадцатиступенчатым компрессором высокого давления и двухступенчатыми турбинами высокого и низкого давления. Именно в такой компоновке в августе 1974 г. был собран первый опытный образец АЛ-31Ф. Однако стендовые испытания показали, что получить заданные характеристики при данной схеме двигателя не представляется возможным. А, значит, нужно возвращаться назад, к исходной компоновке. От американского проекта советскому конструктору в дальнейшем пригодился только четырехступенчатый вентилятор.

На пути к совершенству

Над новым проектом весьма напряженно трудились не только специалисты ОКБ А.М. Люльки. В частности, завод «Салют» подключился к работе по созданию АЛ-31Ф практически сразу после выхода постановлений ЦК КПСС и Совмина и уже в 1977 г передал «Сатурну» ряд изготовленных узлов двигателя. Но шли годы, а создать завершенный вариант двигателя так и не удавалось. Разработчики «Сатурна» непрерывно вносили изменения в конструкцию мотора, в технологию изготовления его агрегатов и деталей. Этого требовали результаты испытаний, в ходе которых то и дело обнаруживались конструктивные недоработки.

В 1982 г. наш завод изготовил девять двигателей АЛ-31Ф, первый из которых в ноябре был поставлен на длительные испытания. Однако и их результаты оказались неважными: дефекты конструкции были обнаружены вновь. Наиболее существенным из них стало растрескивание и разрушение лопаток турбины высокого давления. Что и говорить, несмотря на затраченные время и силы, мотор по-прежнему нуждался в масштабной доработке. Только задумайтесь: в течение следующего года в систему двигателя АЛ-31Ф работниками «Салюта» было внедрено 1141 изменение, аннулировано 107 и введено вновь 269 узлов и деталей. Таким образом, каждая деталь двигателя как минимум дважды была подвергнута конструктивному или технологическому изменению. Но переломный момент был близко. И пришелся он на 1984 год.

Как раз тогда на «Салюте было внедрено более 300 единиц нового оборудования и станков, из которых 40 – с ЧПУ. Степень автоматизации при проведении сварочных работ достигла 95%. Благодаря этим нововведениям, счет выпущенных двигателейАЛ-31Ф шел уже не на единицы, а на десятки.

В 1985 г «Салюту» удалось внедрить сварную камеру сгорания, усиленные экраны наружного контура, а также освоить производство рабочих лопаток ТВД с циклонно-вихревой матрицей. Двигатель был выставлен на государственные испытания, которые успешно выдержал. Документальное свидетельство чему – акт от 6 августа 1985 г. С того дня, когда АЛ-31Ф был испытан впервые прошло 11 лет… долго? Безусловно! Но результат того стоил.

Неиссякаемый потенциал

В числе основных достоинств АЛ-31Ф можно назвать высокий уровень тяги на форсированных и максимальных режимах, а заодно его гармоничное сочетание с минимальными тягами на малом газе. По величине тяги на полном форсаже новый двигатель на 12% превосходил АЛ-21Ф-3. Кроме того, новый мотор был экономичнее предыдущего на 13-15% и, что важно – легче на целых 25%. Все эти преимущества были достигнуты благодаря существенному повышению газодинамических характеристик турбокомпрессора. Его производительность повысилась на 60%. При этом суммарная степень сжатия воздуха в компрессоре возросла с 14,5 до 23, а температура газов перед турбиной - с 1370 до 1665 К. Кроме того, в АЛ-31Ф были применены прогрессивные конструкционные материалы. В частности – титановые сплавы, доля которых в общей массе конструкции составила 35%. Еще одним важным достоинством нового двигателя являлась модульность его конструкции, благодаря которой при сервисном обслуживании появилась возможность заменять в условиях эксплуатации отдельные модули двигателя. Помимо этого, уникальная конструкция двигателя также обеспечивала возможность ремонта и замены лопаток первой ступени вентилятора и лопаток всех ступеней компрессора высокого давления. Тем не менее, главным плюсом АЛ-31Ф стало, пожалуй, не это, а его поистине неиссякаемый потенциал для последующих усовершенствований.

Особняком в славном ряду модификаций стоит двигатель АЛ-31Ф серии 3, предназначенный для палубного истребителя Су-33. В отличие от базового АЛ-31Ф в этом моторе появился дополнительный особый режим с тягой 12 800 кгс, который может использоваться при взлете самолета с палубы с полной боевой нагрузкой или при экстренном уходе на второй круг.

Еще одна модификация двигателя АЛ-31Ф – АЛ-31ФН была разработана в АО «НПЦ газотурбостроения «Салют». Ее отличительная черта – нижнее расположение коробки агрегатов для китайского истребителя Chengdu J-10.

Несмотря на успех, инженеры «Салюта» продолжили свои работы по модернизации базового мотора. Так появился новый двигатель - АЛ-31Ф М1. Его особенность в четырехступенчатом компрессоре низкого давления (КНД 924-4). Последний, по сравнению с предыдущими прототипами, обладает более совершенной цифровой системой автоматического управления и увеличенным диаметром, обеспечивающим повышение расхода воздуха на 6%. Благодаря нему сила тяги повышается до 13 500 кгс и межремонтный ресурс составляет 1000 часов. Несмотря на то, что двигатель изначально предназначался для самолета Су-27, он также может быть установлен без доработок в истребители Су-27СМ, Су-27СМ2 и Су-30.

Продолжать ряд успешных усовершенствований двигателя АЛ-31Ф можно и дальше. Вот только, чтобы рассказать о каждом из них, наверное, нужно написать не журнальную статью, а целую книгу. Важнее другое – то, насколько уникальным оказался последний двигатель А.М.Люльки, открывающий для новых конструкторов невиданные просторы для творчества вот уже более трех десятков лет. И что-то подсказывает, что его потенциал пока еще полностью не исчерпан.



Дополнительные фотографии:
 

Copyright 2017 АО "НПЦ газотурбостроения "САЛЮТ"

Яндекс цитирования Rambler's Top100