Когда речь заходит о больших транспортных самолетах, редко вспоминают, что их судьба решается задолго до первого полета — еще на этапе выбора силовой установки. Именно с этой развилки началась история одного из самых необычных советских авиационных моторов. В середине 1970-х годов стало очевидно: будущее тяжелой гражданской и военно-транспортной авиации связано с двигателями совершенно иной размерности, чем те, что выпускались в СССР серийно. Ничего подходящего под перспективные машины просто не существовало.
Руководство Министерства авиационной промышленности понимало: чтобы не отстать от мирового уровня, нужен мотор с тягой за двадцать тонн и высоким ресурсом. Таких агрегатов в стране не было даже в виде опытных образцов, пригодных для установки на будущий тяжеловоз. Поэтому родился план, который сегодня может показаться авантюрным, но в тот момент выглядел вполне рационально — отправиться в Великобританию и купить новейшие двигатели Rolls-Royce RB211 22.
Мне особенно интересно, как в этой истории переплелись экономика, политика и инженерная школа. Ведь формально задача выглядела просто: выделили 12 миллионов долларов, на которые предполагалось приобрести минимум восемь британских моторов. По воспоминаниям участника программы В. Г. Анисенко, это была осознанная попытка получить доступ к передовой технологии. Однако британская сторона довольно быстро разгадала замысел. Второй раз повторить трюк сороковых годов, когда в Великобритании закупили партию Rolls-Royce Nene и на их основе вырос советский РД-45, не удалось.
Ранний британский двигатель, ставший когда-то отправной точкой для советского реактивного моторостроенияRolls-Royce выдвинули встречное условие: приобретать не восемь двигателей, а сразу комплект для сотни самолетов. Таких средств выделять никто не собирался, и советская делегация вернулась домой ни с чем. Так закрылась возможность быстро получить готовый западный двигатель для нового поколения тяжелых машин. Пришлось создавать собственный.
Запрос на невиданную тягу
К тому моменту в Советском Союзе уже шло проектирование будущего Ан-124. Самолет должен был поднимать более ста тонн груза и перевозить их на несколько тысяч километров. По мере уточнения требований максимальная взлетная масса машины приближалась к четыремстам тоннам. Это означало, что под крылом должны были работать четыре двигателя с тягой свыше двадцати тонн каждый. Серийно ничего подобного в стране не производилось.
Сначала ориентиром служил американский General Electric TF39, созданный для C-5 Galaxy. Американцы первыми довели до серии большой двигатель с высокой степенью двухконтурности. TF39 выдавал 18,2 тонны тяги, но его ресурс не устраивал советских военных и авиапром. Ан-124 планировали использовать не только в военно-транспортной авиации, но и на коммерческих линиях, поэтому требовался мотор, способный годами работать на гражданских рейсах. В этом смысле британский RB211 выглядел значительно ближе к желаемому результату.
После отказа британцев задача вернулась в Запорожье, в ЗМКБ «Прогресс», которым руководил Владимир Лотарев. Именно там предстояло превратить амбициозную идею в реальный двигатель.
Инженерная матрешка: от большой идеи к уменьшенной копии и обратно
Самое любопытное в этой истории то, что будущий Д-18Т начал формироваться задолго до появления самого «Руслана». Еще в середине шестидесятых Лотарев предлагал построить большой двигатель с высокой степенью двухконтурности для тяжелых транспортных и пассажирских самолетов. Тогда работы притормозили, но конструктор добился разрешения создать уменьшенный вариант мотора, чтобы проверить новую архитектуру, материалы и трехвальную схему.
Этим демонстратором технологий стал Д-36 — двигатель, который на два десятилетия вперед определил развитие советской авиации. Именно он поднимал Як-42 и Ан-72. Получается необычная цепочка: сначала огромный Д-18 существовал только как замысел, затем его уменьшенная версия превратилась в Д-36, ее довели до серии и накопили опыт, после чего уже успешный маленький мотор стал технологической базой для большого Д-18Т.
Такая инженерная матрешка позволила избежать множества ошибок. Но расслабляться было рано.
Проблемы большого размера
Когда диаметр растет, масса роторов увеличивается, окружные скорости лопаток становятся колоссальными, а нагрузки на диски турбин возрастают многократно. Температура перед турбиной поднимается, подшипники испытывают запредельные режимы. А если огромный компрессор решит уйти в помпаж, экипажу становится по-настоящему тревожно. Поэтому от Д-36 взяли прежде всего саму архитектуру и накопленный опыт, но двигатель пришлось проектировать заново.
Д-18Т сделали трехвальным. Внутри находятся три независимых ротора, каждый со своим валом. Отдельно работает вентилятор, отдельно каскад среднего давления и отдельно каскад высокого. Три вала проходят буквально один внутри другого и вращаются с разными скоростями, позволяя каждому каскаду функционировать в оптимальном режиме.
Британская компания Rolls-Royce десятилетиями держалась именно за эту трехвальную архитектуру на RB211, а затем и на семействе Trent. В Запорожье к тому же принципу пришли еще на Д-36. Но масштаб у нового мотора был совершенно иной.
Диаметр вентилятора составил 2,33 метра. Сухая масса двигателя с реверсом — около 4,1 тонны. Длина превышает пять метров. Взлетная тяга — 23 430 килограммов силы. Д-18Т стал первым в СССР серийным авиационным двигателем с бесфорсажной тягой больше 20 тонн.
При этом задача заключалась не только в том, чтобы любой ценой получить огромную тягу. Сделать прожорливую реактивную печку несложно. Нужен был мотор для транспортного самолета, который после взлета еще много часов летит с сотней тонн груза. Поэтому степень двухконтурности довели до 5,6. Более 80 процентов воздуха, засасываемого вентилятором, вообще не попадает в камеру сгорания. Он проходит по наружному контуру и создает значительную часть тяги относительно холодным потоком. Общая степень повышения давления составляла 25, а удельный расход на крейсерском режиме — порядка 0,55 килограмма топлива на килограмм силы тяги в час. Для начала восьмидесятых это были показатели, сопоставимые с крупными западными гражданскими моторами.
Модульность и необычный реверс
Конструкция получилась весьма продвинутой. Двигатель разбили на 17 основных модулей. Идея проста: если вышел из строя конкретный узел, не обязательно снимать четырехтонный мотор и отправлять его целиком через всю страну на завод. Значительную часть модулей можно заменить отдельно непосредственно у эксплуатанта.
Для гражданского самолета это удобно. Для военно-транспортного, который сегодня стоит в Ульяновске, завтра в Африке, а послезавтра вообще неизвестно где, такая схема особенно ценна.
Схематичное изображение силовой установкиРеверс тоже сделали нестандартно. Он работает только во внешнем контуре. Раскаленную струю газогенератора никто вперед не заворачивает. Специальные створки меняют направление именно огромного холодного потока вентилятора. Это решение позволило избежать лишних тепловых нагрузок и упростить конструкцию.
От первого запуска до реальной эксплуатации
Первый полномасштабный Д-18Т запустили 19 сентября 1980 года. Весной 1982 года двигатель отправили летать на летающей лаборатории Ил-76ЛЛ. Программа летных испытаний получилась серьезной: 414 полетов и 1288 часов. А уже 24 декабря 1982 года в воздух впервые поднялся Ан-124.
Темпы сегодня выглядят почти неприличными. Не было десятилетий презентаций, пустых обещаний, выставок и бесконечных репортажей по телевидению. Была исключительно работа.
Однако было бы ошибкой думать, что после слов «создали уникальный двигатель» история заканчивается. Дальше мотор нужно доводить. Первые Д-18Т имели ресурс до ремонта всего около 500 часов, назначенный — порядка тысячи. Для военной машины на начальном этапе это еще терпимо, для коммерческого тяжеловоза — уже смешно, а для гражданской авиации просто неприемлемо. Возникали вопросы к газодинамической устойчивости компрессора, двигатель требовал доводки, а некоторые проблемы проявлялись только в реальной эксплуатации.
Мотор создается не в момент первого запуска и даже не в момент первого полета. Он создается тысячами часов эксплуатации. Точно такой же путь предстоит пройти и современным российским двигателям.
В начале девяностых появился Д-18Т третьей серии. Повысили газодинамическую устойчивость, переработали отдельные узлы, увеличили надежность и ресурс. Межремонтная наработка выросла до 6000 часов, а эксплуатацию разрешили вести по техническому состоянию до выработки ресурса основных деталей. Если бы Советский Союз просуществовал дольше, наверняка появилась бы и версия для гражданской авиации с ресурсом свыше десяти тысяч часов. Но двигатель так и застрял в промежуточном состоянии, и на коммерческий лайнер с таким ресурсом он уже не подходил.
Главный экзамен
Впрочем, свой главный экзамен Д-18Т сдал еще раньше. Ан-124 полетел. Четыре двигателя дают суммарно почти 94 тонны тяги. Самолет получил возможность брать поистине масштабные грузы и летать между континентами. В итоге «Руслан» стал настолько удачной коммерческой машиной, что после распада СССР именно гражданские сверхтяжелые перевозки фактически подарили ему вторую жизнь.
А потом для советской космической программы разработали еще один самолет, и на сцене появился Ан-225. Для перевозки «Бурана» и элементов комплекса «Энергия» нужна была машина еще больше. Разрабатывать новый двигатель уже никто не собирался, поэтому решение получилось максимально простым: под крыло поставили шесть Д-18Т.
Суммарная тяга превысила 140 тонн. Около 25 тонн сухой массы только двигателей. И вся эта конструкция 21 декабря 1988 года подняла в воздух «Мрию». Вот тогда стало окончательно понятно, что неудачная британская закупка завершилась довольно удачно.
Неудачная покупка как удачная инвестиция
Конечно, говорить, что Советский Союз «сам взял и сделал все с нуля», было бы неправильно. Советские инженеры внимательно изучали западный опыт. Сначала ориентировались на TF39, потом хотели получить RB211. Трехвальная схема Rolls-Royce явно была крайне интересна конструкторам. Но натурных RB211 для копирования СССР так и не получил, а серийный Д-18Т в итоге вырос из собственной школы Д-36 и огромного объема самостоятельной доводки.
Мне кажется, именно в этом и заключается красота всей истории. Иногда неудачная покупка оказывается очень хорошей инвестицией. Отказ британцев продать восемь двигателей заставил целую отрасль пройти собственный путь — от уменьшенного экспериментального мотора до серийного гиганта, который десятилетиями несет на себе сверхтяжелые перевозки. И пусть не все планы реализовались до конца, сам факт появления Д-18Т доказал: школа, построенная на собственных ошибках и находках, в долгосрочной перспективе оказывается надежнее любого импортного образца.
