Статьи

ПВРД - задание на завтра
ОКБ М.М.Бондарюка

    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.

продолжение >>

Источники информации:

  1. ПВРД - задание на завтра / Е.Ерохин, Двигатель №3 2000 /

Помогали:

  1. Michael Jerdev