Взгляд из Германии на предысторию создания самого мощного в мире турбовинтового двигателя НК-12

Статья Роберта Клюге из октябрьского выпуска 2020 года журнала «Flugzeug Classic» с немецким взглядом на предысторию создания турбовинтового двигателя НК-12.

Содержание:

Предисловие редакции: Около 75 лет назад в рамках операции «Оссовиахим» на территорию Советского Союза было вывезено более двух с половиной тысяч немецких специалистов, техников и инженеров. Благодаря этой операции советские двигателе и самолетостроение получили импульс, который действует и по сей день. Турбовинтовой двигатель НК-12, который до сих пор остается самым мощным в мире, является одним из результатов этого импульса. О немецком вкладе в создание НК-12 рассказывает Роберт Клюге.

Уже в то время, когда новые технологии реактивных двигателей еще делали свои первые шаги, инженеры-моторостроители начинали задумываться о сочетании турбин, редукторов и воздушных винтов в то, что в конечном итоге будет называться пропеллерной турбиной или турбовинтовым двигателем. Первые успехи были достигнуты в 1940 году в Венгрии, с 1941 года в компании BMW велась разработка мощного турбовинтового двигателя 109-028 (BMW-028), а вскоре к разработке турбовинтовых двигателей присоединилась компания Junkers Motorenbau (Jumo), Дессау. В 1945 году в конце Второй Мировой войны компания Jumo была лидером в создании турбореактивных двигателей с осевыми компрессорами. Об этом свидетельствует первый в мире серийный реактивный двигатель Jumo 004, которыми, в свою очередь, начиная с 1942 года оснащались первые в мире серийные реактивные самолёты Me 262. После окончания войны информация о реактивных двигателях представляла наибольший интерес для союзников. Так, например, американцы в рамках операции «Скрепка» (Paperclip) наняли Ансельма Франца (Anselm Franz), руководителя разработки ТРД Jumo 004. В целом, за короткий период двойной оккупации Дессау, завершившийся в июле 1945 года, американцам удалось привлечь на свою сторону многих высокопоставленных инженеров компании Junkers.

впечатляет, как этот He 177 проносится мимо зрителя. Сразу бросается в глаза необычная силовая установка: турбина с пропеллерами – так называемый турбовинтовой двигатель. Несмотря на то, что этот 177-й появился в воображении нашего художника-оформителя, немцы во время войны уже разрабатывали турбовинтовые двигатели и планировали их испытать He 177. Рисунок Анастасиос Полихронис

турбовинтовые двигатели отличаются относительно низким удельным расходом топлива и поэтому в годы Второй Мировой войны изучалась возможность оснащения «американского бомбардировщика» Messerschmitt Me 264 турбовинтовыми двигателями. Однако работы по ним были прекращены. Снимок из архива журнала «Flugzeug Classic»

После вывода американских войск Красная Армия оккупировала весь Дессау, в том числе и заводы компании Junkers. По инициативе Советской военной администрации в Германии (СВАГ) оставшийся персонал возобновил работу на развалинах заводов, приступив к ремонту и испытаниям двигателей, которые должны были быть отправлены в Советский Союз и к разработке на базе Jumo 004 нового более мощного двигателя Jumo 012. В сентябре 1945 года СМАГ приказала продолжить выпуск предсерийных экземпляров. Разработка нового двигателя продолжалась в Дессау до 1946 года. В конце июля 1946 года начались первые стендовые испытания, которые в конечном итоге не принесли ожидаемых результатов.

после окончания войны немецкие инженеры вновь взялись за разработку турбовинтовых двигателей. Теперь в качестве основы использовался турбореактивный двигатель Jumo 004 (внизу), который использовался в реактивном истребителе Me 262. Снимок из архива журнала «Flugzeug Classic»

В рамках секретной операции «Осоавиахим», проведенной по приказу Сталина и названной в честь военизированной советской военно-спортивной организации Осоавиахим 22 октября 1946 года из Дессау в Советский Союз были отправлены пятьсот специалистов и инженеров Дессау с их семьями и частью их домашнего имущества. Еще почти сто человек вместе с родственниками были отправлены в Россию из расположенного в Штасфурте (Staßfurt) филиала компании BMW, в котором велись работы по реактивному двигателю 018. На восток катились целые эшелоны с материалами, инструментами, испытательными стендами и двигателями. В результате остатки заводов компании Junkers были переданы Советскому Союзу, а персонал компании стал своего рода «живыми репарациями».

В СССР переселенцы сначала должны были освоиться с новыми, как правило, более суровыми условиями жизни. Специалисты по разработке планеров самолетов, возглавляемые Брунольфом Бааде и принимавшие участие в создании бомбардировщика с крылом обратной стреловидности Ju 287, базировались в городке Подберезье, Московская область, и были отделены от возглавляемых Альфредом Шайбе (Alfred Scheibe) моторостроителей, расселенных в поселке Управленческий (сокращенно «Упра») недалеко от Куйбышева (ныне Самара). Теперь профессиональный обмен был невозможен, что еще больше снизило эффективность и мотивацию всех участников.

турбореактивный двигатель Jumo 012, являвшийся дальнейшим развитием двигателя Jumo 004, разрабатывался компанией Junkers до 1945 года. Более мощный реактивный двигатель предназначался для тяжелого бомбардировщика Ju 287. Данный двигатель был реализован уже на территории Советского Союза. Снимок из архива журнала «Flugzeug Classic»

Первоначально в Куйбышеве основное внимание было сосредоточено на дальнейшей разработке реактивного двигателя Jumo 012, но данные работы шли с умеренным успехом. Изменение в деятельности моторостроителей принес австриец, который в течение некоторого времени прожил в Советском Союзе.

Австриец как вдохновитель

Фердинанд Бранднер, родившийся в Вене в 1903 году. Брандлер работал в Кйлбне в компании Humboldt-Deutz, но в апреле 1937 года переехал в Дессау и устроился на работу в компанию Junkers в качестве специалиста по дизельным двигателям. В компании Junkers Фердинанд Бранднер сыграл свою роль в создании

«лучшего авиационного двигателя всех времен»
(Lorenz, 2005),

– рядного радиального двигателя Jumo 222, который, будучи вершиной поршневого двигателестроения, так и не был запущен в серийное производство. В конце войны Бранднер в звании штандартенфюрера СС руководил серийным производством турбореактивных двигателей Jumo 004 на заводе компании Junkers в Мюльденштайне (Muldenstein), а затем бежал на родину в Австрию. Будучи гражданским лицом Бранднер был интернирован советскими властями и в июле 1945 года после промежуточных остановок в Радебойле (Radebeul) и Дессау был отправлен в Москву. На многочисленных допросах в тюрьме советские следователи выкачивали технические знания из «убежденного товарища по партии» (Brandner, 1967):

«Я знал, что мне не справиться с ложью».

Первоначально Бранднер работал в Уфе специалистом по двигателям, а затем в январе 1947 года его перевели в Куйбышев на вновь созданные опытно-конструкторское бюро (ОКБ) и опытно-экспериментальный завод, где он снова смог работать с бывшими коллегами. В своих воспоминаниях он писал:

«Когда прибыли станки, многое сломалось […]. Но после этого началось чудо русской импровизации. Русские разобрали каждую машину и с поразительной точностью отремонтировали ее, творя чудеса вместе с нашим обученным персоналом.»
(Brandner, 1967)

05 – Фердинанд Бранднер (слева с корзиной полной дров и в центре снимка с таксой в кругу специалистов по камерам сгорания) с 1947 года жил в Куйбышеве и работал главным конструктором смешанной группы специалистов компаний Junkers-и BMW. Снимок из архива Хойгера Лоренца (Hoiger Lorenz)

Его первой заслугой стал отказ от Jumo 012A и разработка новой камеры сгорания, объединяющей в своей конструкции результаты работ компаний Junkers и BMW. В конечном итоге эта камера сгорания была применена в двигателе Jumo 012B, первый прототип которого был создан в 1947 году. К этому также добавлялся талант Фердинанда Бранднера мотивировать объединенную рабочую силу Junkers и BMW и убеждать советских заказчиков в необходимости значительных инвестиций в фундаментальные исследования, испытательные стенды и разработку новых конструкционных материалов. В частности, металлургии отводилась ключевая роль в исследовании новых сплавов.

Турбореактивный двигатель Jumo 012B с тягой 3000 кгс предназначался для установки на советские истребители, и его окончательная версия вполне убедительно показала себя на испытаниях осенью 1948 года. Однако к этому времени советские конструкторские бюро Микулина и Люльки создали более мощным турбореактивные двигатели, в результате чего Jumo 012B в серийное производство запущен не был. Но немцы своей целеустремленностью заработали хорошую репутацию, и советскими властями был издан другой приказ. Теперь немецкие специалисты должны были проектировать не турбореактивный, а турбовинтовой двигатель. В принципе, для немецких специалистов это была новая область деятельности, хотя компания из Дессау уже имела в этой области некоторые ноу-хау.

Шаг к турбовинтовым двигателям

Бранднеру и его коллективу не пришлось начинать разработку с нуля, тем более что ТРД Jumo 012B послужил хорошей основой. Рабочим названием нового двигателя было ТВ-022 (турбовинтовой двигатель 022; обозначение Jumo больше не разрешалось использовать), и срок разработки был рассчитан на пять лет. После успешного завершения работ немецкие специалисты должны были вернуться на родину, что помимо выплаченных зарплат и премий, еще больше стимулировало их трудовой энтузиазм.

В результате двигатель был готов к государственной приемке уже в 1950 году – всего через два года, – то потребовало успешного завершения «государственных стендовых испытаний» в виде непрерывной работы двигателя на стенде в течение 100 часов. С 1949 года к быстрому успеху причастен и новый руководитель ОКБ «Упра» Николай Кузнецов.

Этот инженер, родившийся в 1911 году, уже имел опыт проектирования газовых турбин. До 1946 года Николай Кузнецов работал в Уфе под руководством Владимира Климова и после переезда последнего в Ленинград стался в Башкирии и занял его должность главного конструктора. Уже там он познакомился с несколькими немцами. В свою очередь для Бранднера Уфа также была промежуточной остановкой в Советском Союзе перед переездом в Куйбышев. В любом случае Николай Кузнецов проявил организаторский талант и во многом облегчил жизнь работавшим с ним немцам.

Николай Дмитриевич Кузнецов (1911-1995) возглавил в Куйбышеве конструкторское бюро, которому позднее было присвоено его имя. Снимок: drugoigorod.ru

При мощности, эквивалентной примерно 5000 лошадиных сил, эксплуатационная готовность двигателя, который вскоре получил обозначение ТВ-2, была подтверждена еще в 1950 году. В варианте ТВ-2Ф данный двигатель имел некоторый успех в качестве силовой установки первых военно-транспортных самолетов Ан-8 и Ан-10, а на его базе в ОКБ Павла Соловьёва был создан вертолетный двигатель ТВ-2ВМ. Но успех поначалу не оказал ожидаемого влияния на жизненные планы проживавших на Волге немецких специалистов:

В сентябре 1950 года пришло неутешительное известие, что только части группы немецких специалистов будет разрешено вернуться домой. Вероятно, лучшие работали слишком хорошо и должны были продолжать работать в СССР. Что конкретно стояло за этим решением? Холодная война требовала нового оружия, а новому стратегическому бомбардировщику, разработка которого велась в ОКБ Туполева, требовался двигатель, способный развивать мощность более десяти тысяч лошадиных сил!

На этот раз все хотелось сделать как можно более быстро. Первой разработкой Фердинанда Бранднера был ответ на советское предложение соединить два двигателя ТВ-2 общим редуктором. Во время работ Бранднер так подбодрял своих сотрудников:

«Если нам и на этот раз удастся запустить двигатель, и мы сможем показать 12000 л.с., то, мы, наконец, получим билеты домой.»
(Brandner, 1967)

В тупике

Первоначально удалось увеличить мощность двигателя ТВ-2Ф до 6000 л.с. за счет изменения технологических параметров, таких как расход воздуха, степень сжатия и температура исходящих газов, после чего Бранднер и его команда соединили два двигателя общим редуктором с целью получения спаренного двигателя 2ТВ-2Ф. При этом Бранднер не преминул указать Кузнецову на технические риски этого решения, которые заключались в конструкции соответствующего редуктора. Фактически вибрации оказывали сильное воздействие на первичные валы редуктора спаренного двигателя 2ТВ-2Ф. Разработку второго редуктора Фердинанд Бранднер поручил специалисту по приводным механизмам Герману Бокерману (Hermann Bockermann).

С трудом прошедший через урезанную программу стендовых испытаний, спаренный турбовинтовой двигатель впервые поднялся в воздух 12 ноября 1952 года на первом прототипе межконтинентального бомбардировщика Ту-95. Первоначально полеты шли достаточно успешно. Однако 11 мая следующего года из-за поломки шестерни в третьем двигателе разрушился картер коробки передач, что привело к падению самолета и трагической гибели экипажа. В результате по испытаниям грозного бомбардировщика был нанесен серьезный удар.

В эксплуатации и по сей день

Однако предвидение Фердинанда Бранднера заключалось не только в том, чтобы полагаться только на одну лошадь – спаренный 2ТВ-2Ф. Бранднеру удалось убедить Кузнецова параллельно со спаркой разрешить ему совместно с Герхартом Кордесом (Gerhart Cordes) разработать новую конструкцию, в которой должна была использоваться пятиступенчатая турбина с мощным 14-ступенчатым осевым компрессором. Рабочим названием нового двигателя была литера «K».

По сравнению с Jumo 022, который, как и в случае с компрессором и камерой сгорания, продолжал служить образцом и основой при разработке, в новом турбовинтовом двигателе предстояло вдвое увеличить расход воздуха. Инженеры приложили немало усилий для профилирования лопастей. Чтобы обеспечить в компрессоре требуемую герметичность Фердинанд Бранднер применил интересный технический прием: он справился с радиальным зазором лопаток, нанеся металлическую смолу (Metallharz) которая автоматически регулировала наиболее благоприятный зазор при приработке лопастей воздушного винта. Однако все усилия могли остаться бесполезными без использования советской высокотемпературной металлургии, которая отвечала за испытания и производство всех необходимых сплавов.

Первоначально лопасти воздушных винтов для обеспечения необходимо жесткости изготавливались из стали толщиной 2 мм, но позднее их конструкцию пришлось ещё раз конструктивно дорабатывать: четыре внешние стойки обеспечивали дополнительную жесткость.

По всем техническим параметрам вращаемые двигателями четырехлопастные соосные воздушные винты противоположного вращения побили все рекорды. Первоначально диаметр винтов составлял пять метров и позднее был увеличен до шести, а благодаря редуктору винты имели частоту вращения до 750 оборотов в минуту.

1) Турбореактивный двигатель Jumo 004, который в основном использовался на истребителях Me 262, стал отправной точкой для всех дальнейших разработок немецких инженеров в Советском Союзе. 2) Разработка Jumo 012 как втрое более мощного 004 началась в 1943 году. Заслугой Бранднера была разработка для Jumo 012B новой камеры сгорания, которая объединила опыт работ компаний Jumo и BMW. 3) Первым турбовинтовым двигателем инженеров бывшей компании Junkers был ТВ-022, созданный на базе Jumo 012B. Позднее Кузнецов доработал его до ТВ-2/НК-2/НК-4. 4) НК-12, являющийся самым мощным турбовинтовым двигателем в мире, был создан на основе немецких ноу-хау, Данные двигатели использовались в бомбардировщиках Туполева, транспортных самолетах Антонова, экранопланах Алексеева а также для выработки электроэнергии. Чертежи из Зрелов, В.А., Карташов, Г.Г.: «Двигатели НК», Самара 1999

Усилия увенчались успехом: в начале 1953 года можно было начать заводские испытания нового турбовинтового двигателя, который вскоре в честь Николая Кузнецова был назван НК-12. Наконец, 16 февраля 1954 года в свой первый полет поднялся второй прототип Ту-95, и по сей день варианты НК-12 поднимают в воздух эти носители ядерного оружия, которые все еще состоят на вооружении российских ВВС.

Среди других самолетов, оснащенных турбовинтовыми двигателями НК-12, можно особо отметить экономичный дальнемагистральный самолёт Ту-114 (первый полет в 1957 году, 32 экземпляра, эксплуатировался примерно до 1983 года), а также тяжелый грузовой самолет Ан-22, являвшийся первым в мире широкофюзеляжным самолётом. Ан-22 впервые поднялся в воздух в 1965 году, к 1976 году был выпущен почти в 70 экземплярах и, также как и Ту-95, все еще находится в почти ежедневной эксплуатации: помимо нескольких самолетов военно-транспортной авиации России, единственный гражданский экземпляр летает в составе украинской авиакомпании Antonow Airlines. В Германии Ан-22 впервые привлек внимание в апреле 2020 года, когда перевозил маски, столь остро необходимые в связи с эпидемией COVID-19.

в 1965 году в воздух впервые поднялся большой транспортный самолет Ан-22, оснащенный четырьмя двигателями НК-12МА мощностью по 15200 л.с. каждый. Всего было выпущено 69 самолетов, один из которых до сих пор летает в составе авиакомпании Antonow Airlines и является постоянным гостем в Лейпциге/Галле. Снимок из коллекции Ганса-Хейри Штрапфера (Hans-Heiri Stapfer)

боевой экраноплан А-90 Орленок впервые поднялась в воздух в 1972 году благодаря турбовинтовому двигателю НК-12. Экранопланы должны были участвовать в десантных операциях. В общей сложности было изготовлено пять экранопланов А-90. Снимок из коллекции Алана Уилсона (Alan Wilson); CC BY-SA 2.0

стратегический бомбардировщик-носитель ядерного оружия Ту-95. Первый прототип Ту-95 поднялся в воздух 12 ноября 1952 года и оснащался четырьмя спаренными двигателями 2ТВ-2Ф, но в мае 1953 года самолет разбился. В серийное производство Ту-95 пошел с четырьмя двигателями НК-12. Снимок из коллекции Ганса-Хейри Штрапфера

в период с 1957 по 1976 год был изготовлен 31 дальнемагистральный пассажирский самолет Ту-114, каждый из которых оснащался четырьмя НК-12. До 2006 года Ту-114 (CCCP-76454) стоял у входа в аэродром Домодедово, но затем машина была отправлена на слом. Снимок из коллекции Ганса-Хейри Штрапфера

Также следует сказать, что двигателями НК-12 оснащались дальние морские самолеты-разведчики Ту-142 (первый полет 1968 год), выпущенные примерно в ста экземплярах и состоящие на вооружении авиации российского и индийского флотов. Его максимальная скорость составляет 925 км/ч!

НК-12 в Германии

Благодаря успешным испытаниям двигателя НК-12 возглавляемые Фердинандом Бранднером немецкие специалисты достигли поставленной цели. Смерть Сталина в марте 1953 года также способствовала освобождению «живых репараций», которые были вывезены в Советский союз в рамках операции «Осоавиахим» и которые, как уже было сказано ранее, помимо специалистов в области моторостроения входили и возглавляемые Брунольфом Бааде специалисты по разработке планеров самолетов. В то время как некоторые из бывших сотрудников компании Junkers преуспели в кратковременном возрождении авиационной промышленности ГДР (пассажирский самолет Baade 152, оснащенный турбореактивными двигателями Pirna 014), Фердинанд Бранднер предпочел вернуться в Австрию. Позднее он работал в компании BM и над турбореактивным двигателем E-300 (данным двигателем должен был оснащаться истребитель Helwan HA-300, который Вилли Мессершмитт создавал для Египта), читал лекции в Китае и заработал неплохое состояние. Умер Фердинанд Бранднер в 1986 году в Зальцбурге.

Таким образом, двигатель НК-12 является поразительным результатом хотя и вынужденного, но, тем не менее, чрезвычайно плодотворного германо-советского сотрудничества в начале холодной войны и до сих пор остается впечатляющей частью истории техники. В Германии на двигатель НК-12 можно посмотреть в Техническом музее Шпейера, в экспозиции которого имеется тяжелый грузовой самолет Ан-22. Кроме того, в Немецком музее Мюнхена уверены, что в конце 2021 года во время выставки «Современная авиация» посетители смогут увидеть списанный НК-12 из инвентаря авиакомпании Antonow Airlines. В настоящее время идет непростой процесс приобретения.

сохранившийся двигатель НК-12МА в киевском аэропорту Гостомель, порту приписки авиакомпании Antonow Airlines. Немецкий музей уже много лет работает над тем, чтобы обеспечить его присутствие на своей новой выставке в Мюнхене. Снимок Роберта Клюге

Источники

1. 1. 1. Brandner, Friedrich: Ein Leben zwischen Fronten. München 1967
      2. Hartlepp, Heinz: Erinnerungen an Samara. Oberhaching 2005
      3. Lorenz, Holger: Kennzeichen Junkers. Marienberg 2005
      4. Lorenz, Holger: Das Turbinenflugzeug Dresden-153A von 1959. Marienberg 2015
      5. Müller, Reinhard: Junkers Flugtriebwerke. Oberhaching 2006
      6. Sobolev, Dmitrij: Deutsche Spuren in der sowjetischen Luftfahrtgeschichte. Bonn 2000
      7. Зрелов В.А., Карташов Г.Г. «Двигатели НК», Самара, 1999

источник: Robert Kluge «Technik. Antrieb NK-12. Die Stärkste Propellerturbine der Wilt. Deutsche Gene» «Flugzeug Classic» 2020-10, Seiten 24-31

перевод впервые опубликован — https://vk.com/@710541705-vzglyad-iz-germanii-na-predystoriu-sozdaniya-nk-12