Первая часть — Керосиновые топки Як-40 и Ту-95:
Вот двигатель Д-25В, два таких стоят на тяжёлом вертолёте Ми-6:
2,5 метра длиной, меньше полутора тонн массы — и мощность 5500 лошадиных сил. Тепловозный дизель 5Д49 мощностью 4000 л. с. весит 20 тонн! В чём секрет мощности газотурбинных двигателей?
В непрерывной работе камеры сгорания. Камера сгорания поршневого двигателя работает мгновения: вот поршень в такте сжатия подходит к верхней мёртвой точке, горючая смесь уже поджигается, чтобы успеть сгореть (это называется опережением зажигания или впрыска) и после прохода поршнем мёртвой точки начинает на него давить в полную силу. И задолго до нижней мёртвой точки начинает открываться выпускной клапан цилиндра: давление в цилиндре стремительно падает и уже не впечатляет поршень, надо быстрее выпустить отработавшие газы, освободить место для свежих.
Если повезёт, если двигатель оснащён турбокомпрессором, то это остаточное давление выходящих газов ещё поработает, как пепел тёщи в песочных часах любящего зятя — давление раскрутит турбину, которая раскрутит компрессор, а он зарядит цилиндры свежей смесью. О наддуве тепловозных дизелей рассказано в статье «ТЭД-16»:
Поршням не надо будет с потерями всасывать свежую смесь — её с избытком подаст турбокомпрессор. Это повышает КПД, то есть мощность и экономичность, но не решает проблему радикально — скромные камеры сгорания, зажатые между поршнями и головками, всё равно работают поочерёдно.
Поэтому за огромными удельными мощностями, чтобы с тонны снимать несколько мегаватт (1 МВт ≈ 1360 л. с.) — это к газотурбинным двигателям. Статья началась с двигателя вертолёта Ми-6, о котором я неспешно рассказываю во второй части «Вертолётных зарисовок»:
А о самом Ми-6 пишет самый молодой командир Ми-6 в СССР Шевчук А. В., все его произведения выложены на Прозе.ру, а на Дзене их по согласованию с автором выкладывает один из читателей на канале «Рассказы командира Ми-6»:
К Д-25В вернёмся чуть позже, а пока взглянем на «вундерваффе» — Юнкерс Мотор-004 или просто JUMO-004, двигатель германского истребителя Второй Мировой Me-262 «Швальбе»:
Камера сгорания у него — архаичной сегодня, но только изобретённой тогда трубчатой конструкции, с отдельной жаровой трубой на каждую топливную форсунку. Вот она внутри кожуха, бочкообразной формы:
Справа по фото — передняя часть, здесь находится лопаточный завихритель, о котором рассказано в первой статье на примере НК-12:
А вот задняя часть, как видно по предыдущему снимку, весьма необычна — не открывается сразу к турбине, а закрыта, газовый поток выходит через щели между пластинами. Далее по пути к турбине газы проходят длиннющий по современным меркам газосборник:
Очевидно, что пластины на выходе из жаровой трубы затормаживают и завихряют поток, чтобы он лучше перемешался с охлаждающим воздухом. Турбине в этом двигателе и так тяжко — резкое движение рычагом управления двигателем (РУДом) её сжигало.
Хватит о вражьем двигателе, перейдём к нашему шедевру начала 1950-х, самому мощному на тот момент реактивному двигателю в мире АМ-3, он же РД-3. Его турбостартёр в разрезе показан на двух видео в конце оглавления «Пламенный мотор»:
Для начала взглянем с торца, в профиль, на похожую на крыло лопатку компрессора:
Она похожа на крыло не только профилем, но и материалом — у АМ-3 алюминиевый компрессор. У создававшихся параллельно двигателей компрессоры чаще были стальными, позже пошли и титановые, и из других сплавов.
Камера сгорания микулинского чемпиона — 14 мощных и тяжёлых жаровых труб:
В головке каждой, как и положено, завихритель:
А самая горячая лобовая половина трубы выполнена с рёбрами для охлаждения, словно цилиндр дизеля трактора «Беларус»:
Вот вид со стороны турбины. Как видим, входящая в раму соплового аппарата турбины задняя часть круглой трубы плавно переходит в квадрат:
Так трубы максимально плотно прилегают друг к другу и создают возможно более ровное кольцо газового потока, идущего на турбину:
Блестящая сопловая лопатка первой ступени турбины, правее — рабочие (роторные) лопатки первой ступени, сопловые и рабочие второй ступени турбины:
Похожим образом устроена камера сгорания на Д-20П, двигателе Ту-124, на основе которого создан Д-25В для Ми-6, только там труб 12. В высоком качестве — не то что в этой статье, написанной в изъятии фотоаппарата — Д-20П показан в 16-й части «Тушкиных...»:
Однако как ни превращай круг в квадрат — ресурс и удельную мощность можно поднять переходом от трубчатой камеры к цельной кольцевой, чтобы турбина получала по-настоящему равномерный поток. Конструкторское бюро Ивченко это поняло ещё в конце 50-х и в АИ-20, который впоследствии поднимал в небо Ан-8, Ан-10, Ан-12, Ил-18 и летает до сих пор, заложило кольцевую камеру:
Впоследствии был создан «АИ-20 на минималках» — меньший по размерам и мощности АИ-24, 2400 л. с. против 4000...5180 у разных модификаций АИ-20. Он по сей день летает на Ан-24 и Ан-26. Редуктор и приборы контроля АИ-20 и АИ-24 показаны в первой части «...силушки богатырской...»:
Малоизвестный сегодня Ан-8 — уж извините за повторение, «Ан-12 на минималках», двухмоторный транспортный самолёт, он у нас давно не летает. Немало материалов о нём собрано на канале «Сайт Авиационной Истории»:
Головки камеры сгорания АИ-20 напоминают оные у трубчатых камер — такие же отверстия под форсунки, такие же завихрители вокруг них, правда, здесь они выполнены не лопатками, а косыми отверстиями:
А вот дальше «обрубки» труб вварены в лобовой лист камеры:
На тот момент создание такой огромной камеры, не боящейся коробления от неравномерного нагрева, уже было большим шагом вперёд. Тем же путём пошло и КБ Кузнецова, сделав на НК-12 похожую камеру с отдельными головками.
На НК-6 головки были сменены плитой с более чем сотней форсунок, а НК-6, хоть сам и не пошёл в серию, дал огромное потомство — НК-8 для Ил-62 и Ту-154, НК-144 для Ту-144, НК-86 для Ил-86, НК-16СТ для газоперекачки, а после глубокой модернизации с добавлением третьего ротора — НК-25 для Ту-22М3 и НК-32 для Ту-160. Подробно камера сгорания, турбина, реверс и форсажная камера НК-8 и НК-144 показаны в 15-х «Тушкиных...»:
Все двигатели отличаются выдающейся надёжностью, а трёхвальные НК-25 и НК-32 впечатляют ещё и необычайной для двигателей малой двухконтурности экономичностью. Вместе с рекордным аэродинамическим качеством это и даёт Ту-160 его дальность. Вот что значит вовремя заложить и потому к нужному сроку отработать современное техническое решение.
В уже упомянутом ЗМКБ Ивченко прогресс тоже не стоял на месте, в конце 1970-х был создан трёхвальный Д-36 с высокой степенью двухконтурности, позволивший, в частности, создать Ан-72 и Ан-74 с обдувкой крыла. С полёта на этом необычном самолёте начинается третий фильм о реверсе.
Вот камера Д-36 в разрезе, в центре видна «матрёшка» валов, проходящих один через другой:
Спереди камера стоит на полых трубах, через которые проходят топливопроводы форсунок.
Форсунок 24, они стоят в лобовом кольце, прикрытом обтекателем. Как видим по отверстиям в обтекателе и стабилизаторах форсунок — воздуха поначалу подводится не так много, основная его часть подаётся в камеру позже:
Первый удар газов камеры сгорания принимают на себя сопловые лопатки ТВД, турбины высокого давления — как видим по отверстиям, охлаждаемые:
Кто знает, изобретут ли ещё конструкторы что-то принципиально новое в конструкции камер? Или ГТД, подобно поршневым двигателям, так и будут развиваться в основном горизонтально, доводкой уже известных конструкций? Посмотрим... А я на сегодня откланиваюсь!