| Статьи |
Прямоточные воздушно-реактивные двигатели... Кто хоть немного знаком с этой областью двигателестроения, скажет - "Дело - труба". К будет во многом прав. И не только потому, что основа конструкции ПВРА - кольцевая камера сгорания - "труба". Вся история отечественного ПВРД-строения связана с непрерывным отстаиванием своего места и роли. Широкому применению ПВРД препятствовал ряд объективных обстоятельств, ведь несомненные преимущества "прямоточек" проявляются в основном при скоростях, соответствующих числу М>3, и высотах более 15-20 км, освоение которых в 50...60-е годы было проблематично. Кроме того, постоянно приходилось преодолевать непонимание со стороны руководства отрасли, смежников, бороться с мифами о неэкономичности ПВРД и тому подобное. Б СССР существовало всего одно ОКБ, многие годы занимавшееся разработкой ПВРД. Возглавлял его талантливый конструктор Михаил Макарович Бондарюк...
Михаил Макарович родился 15 ноября 1908 г. в семье железнодорожного кондуктора Макара Трофимовича и Анны Борисовны Бондарюк Михаил был пятым ребенком в семье, которая жила в Дорогомилове. В 1930 г. М.М Бондарюк окончил МВТУ и стал работать в НИИ ГВФ. Его всегда отличало стремление к знаниям, к самообразованию, в результате чего он очень быстро сумел зарекомендовать себя весьма способным инженером с большой эрудицией. С самого начала деятельности Бондарюк активно включился в работу по совершенствованию авиадвигателей. Уже в 1931 г. он опубликовал в бюллетене НИИ ГВФ № 4 свою первую статью "Характеристики и пути развития американских авиамоторов", а в 1932 г. отправился в командировку в Италию, где работал в комиссии по приемке авиадвигателей "Изотта-Фраскини" для самолетов "Савойя" С-55, эксплуатировавшихся в СССР.
Впоследствии под руководством Бондарюка был создан девятицилиндровый авиамотор МГ-31, запущенный в серийное производство для самолетов ГВФ. Но уже в 1939 г. опытно-конструкторские работы по созданию двигателей были исключены из планов НИИ ГВФ Институт сосредоточился на научном обосновании состава самолетно-моторного парка и оборудования трасс Аэрофлота. Михаил Макарович занимался повышением надежности, увеличением сроков службы и экономичности двигателей самолетов Аэрофлота и являлся, по существу, научным руководителем этой работы. В результате проведенных исследований в практику ГВФ была внедрена методика определения наивыгоднейших режимов полета.
Однако делом всей жизни для М М Бондарюка стала работа в области реактивного двигателестроения Он одним из немногих в нашей стране обратил внимание на прямоточные ВРД, оценил их перспективность и еще в 1940 г. вплотную занялся реализацией идеи "в железе" На первых порах Бондарюк сумел убедить заместителя начальника Главного управления ГВФ М.Ф. Картушева в целесообразности создания ПВРД и использования их в качестве ускорителей для тяжелых транспортных самолетов.
21 апреля 1941 г. в НИИ ГВФ было создано экспериментальное конструкторское бюро (ЭКБ-3), которое возглавил Бондарюк. В состав ЭКБ-3 входили С.М. Ильяшенко, ГГ. Фарабин, А. Хува, Н.М Степанов, несколько механиков и чертежников. Бюро размещалось
в двух маленьких комнатах ангара НИИ ГВФ. ЭКБ-3 занималось теоретическими расчетами, конструированием и изготовлением опытных образцов дозвуковых ПВРД и созданием стенда для их
испытаний В конце 1941 г. бюро было эвакуировано в Казань, где оно разместилось в здании авиационного института Здесь к коллективу Бондарюка присоединилась группа Г.А. Варшавского, работавшая
над созданием ПВРД в Институте химической физики АН СССР
В результате работ объединенного КБ в августе 1942 г. на серийном самолете ЛаГГ-3 (зав. № 31213173) были проведены летные испытания первого в стране прямоточного двигателя ВРД-1. И хотя они закончились относительной неудачей (достигнутый прирост скорости при работающих ускорителях - всего 30 км/ч, зато потеря скорости при неработающих ПВРД - 50 км/ч), работы по повышению экономичности и надежности конструкции были продолжены. В 1944 г. ЭКБ-3 разработало новый образец ПВРД, который успешно прошел летные испытания на истребителе Ла-5, обеспечив значительный прирост скорости.
После возвращения из эвакуации ЭКБ-3 перевели из системы ГВФ в ОКБ-293
В.Ф. Болховитинова для подключения к созданию двигательной установки самолета "БИ" (вариант с двумя ПВРД). В 1944 г. КБ Бондарюка вместе с ОКБ-293 влили в состав образованного НИИ-1 НКАП и преобразовали в отдел прямоточных двигателей, а затем - в институтское КБ-2. В августе 1947 г. М.М. Бондарюк был назначен главным конструктором КБ.
В 1946-1947 гг. прошли заводские испытания еще два экспериментальных самолета Ла-126 и Ла-138, оборудованные ПВРД РД-430 с камерой сгорания (КС) диаметром 430 мм (в дальнейшем именно диаметр КС нередко обуславливал индекс "изделия"). Из опыта работ по применению ПВРД на дозвуковых самолетах стало ясно, что их полет с увеличенной скоростью продолжался относительно недолго, зато все остальное время самолет "таскал" двигатель впустую, что снижало его скорость и дальность.
Более перспективным направлением сочли оснащение ПВРП беспилотных крылатых снарядов и экспериментальных ЛА. Под общим руководством Бондарюка разрабатывался ряд одноконтурных дозвуковых ПВРД, таких как РД-165 (проект двигателя для установки на концах лопастей несущего винта экспериментального вертолета И.П. Братухина), РД-350, РД-007 (проект 1947-1948 гг. для самолета-снаряда "10Х" как альтернатива пульсирующего воздушно-реактивного двигателя), РД-700 (он же РД-1). На основе РД-700, разработанного в 1948 г, был создан первый двухконтурный ПВРД РД-1А для опытного реактивного снаряда береговой обороны "Шторм" конструкции ОКБ завода № 293.
На стенде были достигнуты тяга 1500 кгс и
ресурс 1 ч при скорости снаряда, соответствовавшей М=0,8. Работы по этому ПВРД
свернули до начала летных испытаний натурных снарядов.
Таким образом, в первый послевоенный период талантливый и энергичный
коллектив, возглавляемый М.М.Бондарюком и его заместителем Г.А. Варшавским, сумел
создать ряд работоспособных конструкций ПВРД. Основными работниками КБ являлись А.Ф.Макеев, И.М.Вишнепольский, И.Б.Леванов, С.М.Родин, Ю.Н.Глазунов, Н.Д.Домарев, Ю.К.Ефимов,
И.А.Куратов, 1С.И.Платонов, Е.Я.Губер и другие. 1 октября 1950 г. коллектив выл выделен из
состава НИИ-1 МАП и получил возможность работать самостоятельно. Главным
конструктором образованного ОКБ-670 МАП стал М.М.Бондарюк.
В 1950 г. для самолета-мишени спроектировали и построили опытный
двухконтурный дозвуковой ПВРД РД-800. Он послужил ценовой для разработки в 1951-1952
гг. двигателя РД-900 для самолета-мишени Ла-17. Двигатель максимальной тягой 1100 кгс
предназначался для работы на высотах 2...8 км при скоростях попета, соответствующих
числам М=0,42...0,73. РД-900 стал первым изделием ОКБ, выпускавшимся серийно в 1954-1958 гг. на
куйбышевском заводе № 24, и одновременно последним дозвуковым ПВРД коллектива М.М.Бондарюка.
С конца 40-х гг. начались первые теоретические и конструкторские
проработки сверхзвуковых ПВРД (СПВРД), которые в дальнейшем показали свою
незаменимость для беспилотных боевых ЛА (ЗУР, КР, самолетов-разведчиков), летающих на
скоростях М >3,0 и высотах свыше 15...20 км.
Здесь СПВРД превосходит РДТТ и ЖРД по экономичности, а ТРД - по сообщаемой аппарату скорости.
Проведение ряда научных изысканий, экспериментов с моделями сверхзвуковых
диффузоров позволило пополнить теоретический и практический багаж и
перейти к созданию натурных образцов СПВРД. Еще в 1949-1950 гг. в ОКБ был создан
первый отечественный одноконтурный ПВРД РД-550, работающий при сверхзвуковых
скоростях воздушного потока. Он был очень простым по конструкции, не имел агрегатов
регулирования, являлся чисто экспериментальным и предназначался для
беспилотной летающей модели ЛМ-15 (разработанной в ОКБ-293 МАП под руководством
М.Р.Бисновата и В.Н.Елагина). Летные
испытания РД-550 проводились в ЛИИ на летающей лаборатории Ту-12 при скоростях,
соответствовавших М=0,8, и в составе моделей на высотах до 8000 м при М=1,15...1,6. В
сопловой части двигателя размещался сбрасываемый стартовый пороховой
двигатель (подобно РД-1А), разгонявший ЛМ-15 до скорости, необходимой для запуска
СПВРД.
Следующим этапом явился переход от дозвукового и околозвукового диффузоров
(с прямым скачком уплотнения), которые при скорости набегающего потока до М >2
создавали большие потери энергии, к сверхзвуковому диффузору с центральным
телом, обеспечивающим организацию ступенчатой системы косых и прямого
скачков уплотнения воздуха.
Необходимость натурной отработки заставила сконструировать ракету -
летающую лабораторию для первого такого экспериментального двигателя РД-025. Уже в
1952 г. начались испытания двигателя на баллистической двухступенчатой ракете
"025". После отделения стартового РДТТ первой ступени работающий СПВРД
обеспечивал разгон ракеты до числа М=3,2...3,4 и набор высоты до 15 км. Дальность полета
составила 70 км. Результаты работы сочли удачными, и они легли в основу
проектирования новых СПВРД других ракет.
Во второй половине 50-х гг. на основе ракеты "025" и двигателя для нее в ОКБ
под руководством ведущего конструктора И.М.Вишнепольского были спроектированы
более совершенные образцы: "034" с РД-034 (первый СПВРД, построенный по
интегральной схеме с несбрасываемым пороховым ускорителем, расположенным в
камере сгорания), "036" с РД-036, "036А"
с РД-036А. Их предполагалось использовать в качестве боевых тактических ракет.
Однако эти изделия, в том числе "036" системы "Вихрь", не были приняты на
вооружение, хотя и являлись перспективными. Помимо боевых, по заданию Центральной аэрологической
обсерватории разрабатывалась двухступенчатая ракета "036М" (с РД-036М)
для выполнения исследований на высотах до 130 км Все указанные двигатели имели
несбрасываемый пороховой ускоритель, расположенный в КС.
Для экспериментальной крылатой ракеты (ЭКР) дальнего действия, спроектированной в
ОКБ-1 СП Королева в 1952-1954 гг, создавался маршевый одноконтурный СПВРД с
искривленным каналом воздухопровода. РД-040 проходил всесторонние доводочные
испытания на стенде, а с лета 1954 г - официальные заводские испытания, после
чего был предъявлен на госиспытания.
Проект двигателя обещал получение высоких характеристик высотности 16-26 км,
скорости, соответствовавшей М=2,9-3,3, и продолжительности работы 9 ч. Впервые
СПВРД был оборудован турбонасосным агрегатом (ТНА) и автоматикой
регулирования подачи топлива. Однако от реализации проекта ЭКР с проектной
массой 3,0-3,5 т и дальностью 1500-2000 км отказались еще на этапе проектирования.
Следующим крупным шагом в деятельности ОКБ-670 стало создание мощных маршевых
СПВРД для стратегических межконтинентальных крылатых ракет "Буря"
(ОКБ-301 МАП С.А.Лавочкина) и "Буран" (ОКБ-23
МАП В.М.Мясищева) по постановлению ЦК и
Совмина СССР от 20 мая 1954 г. Для первой КР разрабатывался двигатель РД-012У (ответственный
ведущий конструктор И.Б.Леванов), для второй - РД-018А (Ю.К.Ефимов).
В процессе проектирования (в 1954-1956 гг.) РД-012У конструкторами было рассмотрено
несколько компоновочных схем КС, модели которых отрабатывались на стендах ЦАГИ К
1957 г по окончании всего комплекса стендовой отработки РД-012 был подготовлен
к летным испытаниям Однако в 1958 г. были получены новые ТТТ заказчика (ОКБ-301), и
разработчикам из ОКБ-670 пришлось расширять высотный диапазон запуска
двигателя и повышать его экономичность. Доработанный двигатель с укороченной
камерой сгорания РД-012У с КС диаметром 1700 мм, оборудованный ТНА и системой
регулирования, прошел полный цикл заводских и совместных летных испытаний
(18 пусков) в составе КР "Буря". Двигатель продемонстрировал высокую
надежность работы в экстремальных условиях на больших скоростях, при
высоких температурах, что свидетельствовало о правильности заложенных конструкторских принципов
Маршевая скорость "Бури" на высоте 16-25,5 км соответствовала М=2,8-3,3 Двигатель
непрерывно работал в течение 6 ч, его тяга доводилась до 12 900 кгс. Расчетную
дальность полета 8000 км не удалось получить по причинам, не зависящим от СПВРД. В то время ни один из
существовавших или разрабатывавшихся ЛА не имел столь высоких характеристик, многие из
них не превзойдены и сегодня. В ходе работ по РД-012У был проведен комплекс
фундаментальных теоретических исследований, освоены новые технологии и
материалы, сооружено несколько стендов, разработаны методики испытаний,
используемые и по сей день. В ходе стендовой отработки двигатель РД-018А, создававшийся в
1957-1958 гг для крылатой ракеты "Буран", также продемонстрировал выдающиеся характеристики
Помимо стратегических "крылаток", ОКБ Березняка интенсивно разрабатывало
СПВРД для зенитных управляемых ракет (ЗУР) и противоракет. Пик развития этих работ
пришелся на конец пятидесятых и первую половину шестидесятых годов.
В начале на основе конструкции снаряда "025" была построена
экспериментальная двухступенчатая ракета КМ с крестообразным оперением и
двигателем РД-025 Она предназначалась для изучения влияния углов атаки на работу
двигателя. Всего было выполнено около 10 испытательных пусков ракет КМ. СПВРД
удовлетворительно работал при углах атаки до 7° (при холодных продувках - до 11°).
Двигатель надежно запускался при скоростях, соответствовавших числам М=1,91-1,98, на высотах 1100-1300м имел время работы до
19,75 с и эффективную тягу 300-600 кгс.
Результаты экспериментов с ракетой "КМ" легли в основу работ по созданию зенитной
управляемой ракеты 3М8 для зенитного ракетного комплекса 2К11 "Круг" (постановление
ЦК и Совмина СССР № 188-88 от 13 февраля 1958 г).
Разработка самой ЗУР была поручена ОКБ-8 (главный конструктор Л.В.Люльев), а создание
маршевого СПВРД для нее - ОКБ-670 (ответственный ведущий конструктор И.Б.Леванов).
Изначально для первого варианта 3М8, компоновка которого включала четыре
автономных СПВРД, расположенных симметрично относительно оси ракеты,
разрабатывался одноконтурный РД-07 с КС диаметром 350 мм, начальной тягой около 1650
кгс и диапазоном чисел М=1,8-4,0. Однако после перехода к однодвигательной схеме 3М8 (пришлось
спроектировать новый маршевый одноконтурный РД-07К диаметром 850 мм, который располагался непосредственно в
корпусе ракеты. Его мощность была вчетверо больше, чем у РД-07. Подача топлива
осуществлялась от ТНА. При создании РД-07К пришлось освоить технологию
изготовления камеры сгорания из титанового сплава СТ-4, что обеспечило
снижение массы двигателя на 28 %.
Экспериментальные и доводочные испытания различных компоновок
двигателя проводились в 1959 г, летные в составе ЗУР - в 1960-1964 гг. Заложенные в
двигатель тягой до 7800 кгс возможности обеспечили досягаемость по высоте до 25,5
км и диапазон чисел М=1,8-4,0. В 1964 г. Сухопутные войска и Войска ПВО страны
приняли на вооружение зенитный ракетный комплекс с первой отечественной ЗУР, у
которой в качестве маршевой двигательной установки использовался СПВРД 3Ц4 (РД-07К).
Серийное изготовление началось в том же году на заводах в Челябинске и Тюмени
Данный тип двигателя стал, без сомнения, классическим и выдержал три модификации
Затем появились улучшенные 3Ц4М1 и 3Ц4М2 для модернизированных ЗУР 3М8М1 и 3М8М2.
Параллельно с созданием РД-07К в соответствии с постановлением Совмина №
944-397 от 30 августа 1960 г в ОКБ разрабатывалась модификация этого СПВРД (РД-09) для морского варианта ЗУР комплекса "Круг", однако в следующем году тему исключили из плана.
В качестве маршевого двигателя для дальнего высотного беспилотного перехватчика Р-500 конструкции
ОКБ-155 МАП в 1959-1960 гг. на базе конструкции РД-08А
разрабатывался маршевый СПВРД РД-085 с КС диаметром 850 мм. Он должен был
обеспечивать полет со скоростями, соответствующими М=2,2...4,45 на высотах 5...30
км, и дальность до 1000 км. Особенностью конструкции двигателя было размещение в
центральной игле диффузора порохового двигателя для подъема Р-500 на высоту в 35 км.
Прорабатывался вариант регулируемого диффузора. Работы были прекращены на
этапе доводки двигателя. Основными участниками разработки РД-085 были С.В.Беспалов, И.М.Вишнепольский, Ю.Н.Глазунов,
А.Л.Киселев, Б.Ф.Кожемякин, Я.С.Черняк и др.
Для другой опытной ЗУР системы "Даль" в соответствии с постановлением Совмина
от 17 августа 1956 г. ОКБ-670 разработало разгонно-маршевые СПВРД с КС диаметром 850 мм. Два двигателя, расположенных на
концах крыльев, должны были обеспечивать разгон ракеты с М=2,0 на высоте 1500 м до М=3,5...4,0
на 25...30 км и дальнейший полет. С учетом потребностей заказчика двигатель был
максимально форсирован по тяге. Все агрегаты смонтировали в центральном теле диффузора. Просчитывались три варианта:
РД-08 (с регулируемым соплом), РД-08А (упрощенный с нерегулируемым соплом) и РД-08Б (форсированный
путем использования кислородосодержащего топлива). Двигатели и ТНА прошли стендовые испытания в 1958-1960 гг.
На основании постановления ЦК КПСС и Совмина № 898-375 от 15 августа 1960 г.
коллектив проводил исследования и разработку СПВРД РД-014 для оснащения ЗУР системы "Даль-М". Четыре двигателя
предполагалось установить по бокам ракеты и использовать в качестве ускорителей второй ступени при М=1,7...3,5 на
высотах 1,5...20 км. Все агрегаты и топливо аналогично РД-085 располагались в центральном теле диффузора. Различные
компоновки КС с конца 1960 г. проходили стендовые испытания. В конструкторских и экспериментальных работах принимали
участие Г.А.Варшавский, Б.Н.Журавлев, Ю.Я.Фишков, Е.Я.Губер и другие. Программу ЗРК "Даль-М" закрыли в 1962 г.
Важным этапом для ОКБ-650 явилось создание двигательной установки, состоявшей из четырех СПВРД РД-015 и
предназначавшейся для разрабатываемой в ОКБ П.Д.Грушина высокоскоростной противоракеты В-1100 (А-350) системы ПРО А-35.
Двигатели РД-015 размещались по пакетной схеме на пилонах и составляли 2-ю ступень ракеты. Одноразовость и кратковременность
действия СПВРД позволили применить одноконтурную схему КС и использовать вместо ТНА баллонную систему топливоподачи,
что упростило и облегчило конструкцию (всего 200 кг). После сброса сопел стартовых РДТТ 1-й
ступени должен был осуществляться выход СПВРД на рабочий режим и дальнейший разгон
до М=4...5 и набор высоты 13...20 км, где включалась в работу 3-я ступень.
Проводившиеся с 1959 г. разработки СПВРД шли в двух направлениях. Создавался
вариант двигателя РД-015, работавший на керосине, и твердотопливный вариант РД-015Т (ракетно-прямоточный). В том же году
осуществлялась отработка КС жидкостного РД-015 на стендах ЦАГИ и ЦИАМа. С июля 1960 г. были продолжены работы только по ракетно-прямоточному
варианту (для ракеты А-350Т). Ведущим конструктором темы был Ю.К. Ефимов.
В соответствии с приказом минавиапрома № 121 от 17 апреля 1964 г. в качестве 2-й
ступени создавался СПВРД РД-046 для опытной трехступенчатой зенитной ракеты В-758 ("22Д") конструкции ОКБ-2 МАП (главный
конструктор П.Д.Грушин). Рабочий проект РД-046, ведущим конструктором по которому был назначен Ю.К.Ефимов, закончили в
декабре 1965 г., в том же году начались летные испытания двигателей в составе ЗУР. Четыре двигателя, размещенные на
крыльях, разгоняли ракету до чисел М=4,0...4,8 на высоте до 20...25 км. Всего было проведено 5 пусков.
По постановлению ЦК КПСС и Совмина № 47-22 от 13 января 1972 г. под руководством ведущего конструктора Ю.К.Ефимова велись
работы по ПВРД 9Д131 для зенитной ракеты 9М38 (МКБ "Новатор", главный конструктор Л.В.Люльев), предназначенной для комплексов 9К37
"Бук" и М-22. Но в серию ЗРК "Бук" пошел с ракетой, оснащенной другим двигателем - твердотопливным.
Тематика деятельности ОКБ-670 постоянно расширялась. Коллективом создавались проекты СПВРД для зенитных управляемых,
крылатых, баллистических ракет и беспилотных ЛА. Кроме того, ОКБ бралось за новые области деятельности. Велись
работы по бортовым источникам электропитания (БИП), гиперзвуковым ПВРД (ГПВРД), ядерным реактивным двигателям (ЯРД) и
ядерным энергетическим установкам (ЯЭУ) для космических аппаратов. Во многом успешность работы всего коллектива была
тесно увязана с личностью его лидера - М.М.Бондарюка.
Источники информации:
Помогали: