АИ-25 – первый в СССР двухконтурный двигатель малой тяги. В 1960–1970-е годы во всех регионах нашей страны была хорошо развита сеть местных воздушных линий: более 40% авиапассажиров пользовались региональными рейсами. Самолеты курсировали между городами и небольшими райцентрами, словно электрички. На маршрутах малой протяженности, от нескольких десятков до 1500 километров, тоже нужны были реактивные крылатые машины, а для них – современные двигатели в классе тяги от 400 до 3500 кгс.
В 1965 году начал создаваться самолет местных воздушных линий Як-40. Среди разработчиков двигателей объявили конкурс. Участвовали в нём ОКБ-300 С. К. Туманского и Запорожское машиностроительное конструкторское бюро (ЗМКБ) «Прогресс» под руководством А. Г. Ивченко.
АИ-25, первый для запорожцев двухконтурный турбореактивный двигатель, имеющий тягу 1500 кгс, был признан лучшим. В мире он тоже стал одним из первых в своем классе: здесь советских конструкторов опередили только американцы, создав на базе турбореактивного J85 фирмы General Electric двухконтурный двигатель с вентиляторной приставкой CF700, и французы, разработав Aubisque (Turbomeca).
Автором идеи АИ-25 был А. А. Маренков, перешедший на Запорожский моторостроительный завод из ОКБ А. А. Микулина. «С 1958 года являясь первым на заводе ведущим конструктором по осваиваемому в то время в серийном производстве двигателю АИ-20, Маренков внимательно отслеживал состояние авиационной техники в мире и современные (на тот период) тенденции её развития. Произведя необходимые технико-экономические расчеты о рентабельности и целесообразности своего предложения, Маренков представил докладную записку с предложением организовать разработку нового двигателя и его производство на запорожском заводе» .
АИ-25 имеет небольшой вес, он достаточно прост по конструкции и технологичен в производстве. Обладает большим запасом газодинамической устойчивости на всех рабочих режимах, высотах и скоростях полета. Степень двухконтурности – 2, параметры рабочего процесса – умеренные. Выполнен он по двухроторной схеме. Состоит из трехступенчатого осевого компрессора низкого давления, восьмиступенчатого компрессора высокого давления, разделительного корпуса, кольцевой камеры сгорания с 12 форсунками, одноступенчатой неохлаждаемой турбины высокого давления, двухступенчатой турбины низкого давления с охлаждаемыми дисками, корпуса задней опоры с двухконтурным реактивным соплом. Запуск осуществляется посредством воздушного стартера.
Двигатель оборудован противообледенительным устройством, способен работать в диапазоне температур окружающего воздуха от -50 до +60 °С. Для предотвращения образования льда на 25 лопатках сварного входного направляющего аппарата через них в условиях обледенения пропускается горячий воздух, отбираемый из-за компрессора высокого давления.
Ротор компрессора низкого давления – барабанно-дисковой конструкции, консольный. Передний подшипник установлен в разделительном корпусе, а задний – в расточке корпуса центрального привода. Рабочие лопатки закреплены в дисках шарнирно, что устраняет их изгиб от окружных сил. Входной направляющий аппарат компрессора высокого давления имеет поворотные лопатки с зафиксированным по результатам испытаний углом установки. Ротор – барабанно-дисковой конструкции с осевой стяжкой дисков. Из-за его малых размеров используются стяжные болты на всю длину ротора. Рабочие лопатки закреплены в дисках с помощью замков типа «ласточкин хвост» и фиксируются с двух сторон в осевом направлении пластинчатыми замками. Для того чтобы обеспечить устойчивую работу компрессора высокого давления на нерасчетных режимах, предусмотрены клапаны перепуска воздуха за 3-й и 5-й ступенями в канал наружного контура двигателя.
Камера сгорания – прямоточная, кольцевая. Диффузор выполнен с разделителем потока воздуха за компрессором и внезапным расширением. Жаровая труба имеет 12 головок со стабилизаторами, через которые в полость камеры сгорания поступает поток первичного воздуха. Рабочие лопатки турбины высокого давления – с бандажными полками, крепятся на диске попарно с помощью замка «ёлочного» типа, что в СССР сделано впервые. Позже парные замки-«ёлочки» в турбине высокого давления станут традиционными для Запорожского моторостроительного КБ и будут применяться только им.
Рабочее колесо ротора турбины стянуто шестью болтами с цапфой, которая с помощью шлиц соединяется с валом компрессора высокого давления. Такая разъемная конструкция применятся в двигателях малой тяги, отличается меньшим весом и высокой стабильностью работы соединения.
Турбина компрессора низкого давления – неохлаждаемая. Двухступенчатый ротор турбины низкого давления установлен на своих опорах: передней – межвальной и задней – задисковой. Крутящий момент передается на ротор компрессора трубчатой шлицевой рессорой, а осевое усилие – через длинный стяжной болт на переднюю опору компрессора низкого давления. Внутри вала турбины размещён маслопровод для подачи масла к межвальному подшипнику. Рабочие лопатки имеют бандажные полки и крепятся замком типа «ёлочка».
Выходное устройство имеет раздельные реактивные сопла внутреннего и наружного контуров, они сужающиеся, нерегулируемые. На двигателе во всех опорах использовались графитовые контактные уплотнения. Коробка приводов агрегатов находится под разделительным корпусом. Подвеска двигателя универсальная, позволяет устанавливать его в различных вариантах крепления к самолету.
АИ-25 оборудован противопожарной системой, которая способна обнаруживать очаг пожара, сигнализировать о нём и своевременно тушить. Позже, в процессе доводки, добавлен контур ограничения температуры выхлопных газов. В производстве двигателя широко использовались титановые сплавы. Были специально освоены новые технологические процессы, например, электроклепка лопаток направляющих аппаратов на автоматической установке, литье в графитовые формы и другие.
"Одним из новшеств стало применение титана. <…> А именно он дает двигателю малый вес. Но работать с титаном трудно: он очень капризен в производстве, требуются особые условия, оборудование, наконец, навыки. Но и потом, уже в ходе эксплуатации, двигатель с титановыми узлами и деталями может преподнести нежелательные неожиданности, а они в авиации, разумеется, просто недопустимы; здесь всё должно быть абсолютно надежно и стабильно. Разумеется, Ивченко шёл на определенный риск, делая ставку на титан, заменяя им традиционные, многократно проверенные сплавы. Но это не был слепой риск. В КБ провели научные исследования, создали новые, оригинальные технологические процессы, порою это были подлинные технические «изюминки». Всё это и дало возможность сделать скачок в повышении надежности двигателя." Моисеев В. А. Союз крылатых. – К., 1989.
Впервые двигатели АИ-25 подняли в небо самолет 12 октября 1966 года – всего лишь через полтора года после начала разработки Як-40. В газете «Правда» по этому поводу появилась заметка: «…Первый полет… продолжался 24 минуты. Оторвав самолет от земли, Арсений Колосов, сидевший на левом кресле, и Юрий Петров, занимавший место второго пилота, плавно подняли машину на высоту триста метров. Пробили облачность. Сделали два круга и благополучно приземлились. Их первые впечатления: самолет устойчив, в управлении прост…» .
В следующем году на авиационном заводе в Саратове были построены первые серийные Як-40 и завершились госиспытания двигателя. АИ-25 запустили в серийное производство на Запорожском моторостроительном заводе (ныне АО «Мотор Сич»). Самолет дополнительно проверяли в работе на грунтовых и заснеженных аэродромах, в условиях обледенения и т. п. В 1968 году, после некоторых доработок, Як-40 тоже получил положительное заключение госкомиссии.
"Эта машина стала успешно эксплуатироваться Аэрофлотом на обширных пространствах страны, от западных границ до Камчатки и от Памира до Мурманска. Як-40 называют «крылатым автобусом» – название довольно удачное. Свои воздушные рейсы совершает с крейсерской скоростью 550–600 километров в час. Это невысокая скорость в сравнении со скоростью дальних магистральных воздушных лайнеров, но она в 2– 2,5 раза больше, чем, скажем, у Ил-14. Для эксплуатации самолета не требуется сложного наземного аэродромного оборудования. Запуск двигателя производится от бортового пускового агрегата. Упрощена процедура погрузки багажа: пассажиры при входе ставят свои чемоданы в багажное отделение и сами берут их при выходе. <…> Основная идея конструкции самолета – простота." Яковлев А. С. Цель жизни. – М., 1973.
Як-40, как и многие его «гражданские современники», спроектирован по трехдвигательной схеме. Два двигателя установлены по бокам, а третий внутри фюзеляжа, в его хвостовой части. Благодаря этому шум в салоне значительно снижен по сравнению с самолетами того времени, где силовая установка находилась под крылом. Так как АИ-25 не оборудован системой реверса, пришлось сделать самолетное реверсивное устройство, расположив его за средним двигателем.
Дело было так: «После неудачных попыток применения тормозного парашюта и других способов Е. Г. Адлер [сотрудник ОКБ А. С. Яковлева, в будущем – заместитель главного конструктора] предложил установить позади сопла среднего двигателя поворотные реверсивные тормозные щитки (РТЩ), не связанные с конструкцией самого двигателя. При включении реверса они выдвигались бы назад и поворачивались, направляя реактивную струю в стороны, что создавало тормозящий эффект.
<…> Всё бы хорошо, но не сразу удалось добиться синхронности открытия створок. Затем обнаружилось, что после их открытия возникала сильная тряска хвоста самолета. Створки были задуманы слишком длинными, так как предполагалось их использовать не только для реверса тяги, но и как воздушный тормоз в случае отказа среднего двигателя. Поразмыслив, Адлер решил, что этим качеством можно пожертвовать и створки надо укоротить. Когда их обрезали, реверс действительно заработал безотказно». Благодаря реверсивным щиткам пробег самолета при посадке сократился – он составляет всего лишь 400 метров.
Особенность планера – крыло большой площади (70 м2) с простой механизацией, что в сочетании с тремя реактивными двигателями обеспечивает короткий разбег и крутой набор высоты. При отказе любого из трех двигателей самолет может совершить взлет, а в горизонтальном полете способен продолжать движение всего на одном из них.
Как и требовалось в задании, Як-40 мог использоваться на неприспособленных аэродромах без бетонного покрытия, ведь большинство взлетно-посадочных полос в регионах были грунтовыми. В этом самолету помогают шасси с мягкой амортизацией, большие колеса и другие конструктивные решения. Для удобства посадки пассажиров (в стандартных вариантах Як-40 вмещает от 27 до 32 человек) имеется откидной трап.
За создание самолета Як-40 и двигателя АИ-25 генеральному конструктору А. С. Яковлеву и ведущему конструктору ЗМКБ «Прогресс» К. М. Валику была присуждена Ленинская премия.
В 1979–1981 годах на самолете Як-40 и его модификациях было установлено 14 мировых рекордов: высоты без груза и с грузом в 1 и 2 тонны, времени подъема наибольшего груза на высоту 2000 метров и другие. 12 рекордов принадлежат чехословацким лётчикам. Советский женский экипаж в составе лётчиковиспытателей С. Е. Савицкой и Г. Г. Корчугановой установил на Як-40 мировые рекорды подъема груза на высоту 2000 м.
Як-40 имел много модификаций: салонные варианты на 11, 16 или 20 мест; самолет с увеличенной дальностью Як-40Д; десантно-транспортный санитарный Як-40ДТС, предназначенный для десантирования людей, грузов и перевозки сидячих и лежачих раненых с оказанием необходимой медицинской помощи в полете; конвертируемый вариант Як-40К с увеличенной максимальной коммерческой нагрузкой для грузовых и смешанных перевозок; самолеты-метеолаборатории Як-40 «Аква», «Лирос», «Метео», «Фобос», «Шторм» и другие.
Всего было выпущено 1010 самолетов Як-40, 125 из них были проданы в 18 стран мира, в том числе, впервые в практике советского авиапрома, в развитые капиталистические государства – Италию и ФРГ.
Едва самолет сошел с заводских стапелей, развернулась его широкая рекламная кампания. С 1967 года Як-40 регулярно участвовал в международных авиасалонах во Франции, Швеции, Японии, Англии, ФРГ и других странах. Эти небольшие лайнеры посетили пять континентов Земли, не побывав разве что на полюсе, и совершили демонстрационные полеты общей протяженностью около 500 000 км.
«Знакомство итальянцев с самолётом состоялось на международном авиационном салоне в Турине, где во время демонстрационных полётов директор авиакомпании "Аэртиррена" пришёл в полное изумление. Да и не только он, – пишут авторы книги «Самолет Як-40» К. Г. Удалов и О. В. Шам. – В один голос все говорили, что никогда в жизни не поверили бы, что реактивный пассажирский самолёт может проделывать в воздухе подобные трюки. Кстати, было чему удивляться! Як-40 взлетал и садился на 300-метровом "пятачке" аэродрома, демонстрировал исключительную манёвренность и устойчивость на любых скоростях полёта…».
Французские корреспонденты журнала Aviation magazine разделяли мнение итальянцев: «Як-40 оригинален по замыслу, по своим летным характеристикам и размерам. Очень любопытно, что на Западе фактически нет сравнимого с ним самолета. Его можно сопоставить лишь с некоторыми американскими проектами, которые будут реализованы не раньше, чем через несколько лет. Уже сейчас можно признать, что этот самолет с тремя реактивными двигателями отражает давно наметившуюся тенденцию, то есть появление советской авиационной техники на международном рынке в условиях сильной конкуренции».
В 1972 году самолет Як-40 вместе с двигателями АИ-25 успешно прошел комплекс испытаний на соответствие нормам летной годности Англии (BCAR) и – впервые в истории отечественного авиастроения – США (FAR-25).
После Европы Як-40 отправился с показательными полётами в страны Нового Света. Затем Як-40 побывал Мексике, США, Канаде и, перелетев Берингов пролив, вернулся в СССР. В этой командировке самолет прошел в общей сложности около 115 000 километров и посетил 14 государств. А в следующем крупном демонстрационном полете, по Африке, Як-40 показал себя в 17 странах.
В Советском Союзе Як-40 активно эксплуатировался с 1968-го до середины 1980-х годов, полностью заменив на коротких авиалиниях своих поршневых предшественников. Потом он уступил место новому ближнемагистральному Як-42.
Интересно, что в 1990-е годы интерес к мини-лайнеру родом из 60-х возник снова. Тогда появились его корпоративные версии и варианты для ВИП-пассажиров. В начале 2000-х годов самолеты Як-40 уже массово выводились из эксплуатации, однако некоторые экземпляры используются до сих пор.
В 2000 году большой резонанс получила катастрофа Як-40, произошедшая в аэропорту Шереметьево. Она унесла жизни девяти человек, в том числе президента холдинга «Совершенно секретно» Артёма Боровика. Комиссия пришла к выводу, что самолет столкнулся с землей в результате сочетания факторов, связанных как с ошибками в технике пилотирования экипажа, так и с нарушением инженерно-техническим персоналом правил подготовки самолета к вылету после наземного обледенения. Однако с этим заключением согласились не все специалисты.
"Откровенно говоря, очень беспокойно было отправлять нашу сравнительно небольшую машину в далекий и трудный вояж через всю Латинскую Америку, хотя имелся опыт полета в Австралию и обратно. <…> Маршрут проходил по многим городам Колумбии, Эквадора, Перу, Боливии, Чили, Аргентины, Уругвая, Бразилии и Венесуэлы. В большинстве этих мест Як-40 был не только первым советским самолетом, но и вообще первым реактивным лайнером. <…> Порой самолет, только что пронесшийся над громадным ледником, попадал под тропический ливень, а посадку совершал уже при температуре воздуха выше 30 градусов. Як-40 видели над вершиной высочайшего из действующих вулканов планеты Котопахи в Эквадоре и близ священного озера древних перуанцев Титикака. «Техника и здесь не подвела нас, – сообщал после этого руководитель группы советских авиаспециалистов на борту самолета инженер Ю. Чикин. – Двигатели запустились с первой же попытки, и это вселило в нас уверенность в благоприятном исходе демонстрации возможностей самолета на самом высокогорном аэродроме мира...»" Яковлев А. С. Цель жизни. – М., 1973
"Обледенение, на которое ссылались авторы заключения, никем из сотрудников ФСБ, МВД и аэропортовой инспекции… зафиксировано не было. <…> Что произошло на самом деле? На графике, построенном после расшифровок записей «черного ящика», отчетливо видно, что через 2 секунды после отрыва (по записи 776-я секунда) произошло торможение самолета, что свидетельствует об уменьшении тяги двигателей. Оно сопровождалось акустическим хлопком и выбросом языка пламени из левого двигателя, который видели свидетели. Еще через секунду (на отметке 777) самолет стал крениться и разворачиваться влево. Это однозначно указывает на отказ левого двигателя.
<…> Экспертам известно, что топливная система Як-40 имеет неприятную конструктивную особенность – из-за повышенной скорости руления, резких поворотов и торможения в ней может возникнуть воздушная пробка, которая приводит к самовыключению двигателя. Что и имело место 9 марта 2000 года в Шереметьево. <…> Судя по записям всё того же «черного ящика», пилоты поняли, что случилось, и среагировали мгновенно. Уже на 778-й секунде (то есть через секунду после отказа – это феноменальная реакция) они попытались развернуть самолет вправо. Едва ли их даже испугала остановка двигателя. На многодвигательном самолете, а тем более реактивном, такая ситуация считается штатной. <…> Но здесь пилотов подстерегала еще одна ловушка, заложенная конструкторами еще 30 лет назад. Дело в том, что у Як-40 был «врожденный дефект». Называется он «поперечная неуправляемость самолета». <…> И что самое страшное: пилотов об этой «конструктивной особенности» не предупреждают." Герасимов В. Т. Воздушный капкан марки Як-40 // Тайны авиакатастроф. Книга вторая. – М., 2011.
В 1973 году началось серийное производство модификации АИ-25ТЛ для чехословацкого учебно-тренировочного самолета L-39 «Альбатрос». Новый вариант был на 85% унифицирован с базовым двигателем, АИ-25, но имел и отличия, связанные в основном с необходимостью увеличить тягу на 15%. Конструкторы подняли температуру газов перед турбиной и степень повышения давления в компрессоре. Это потребовало усиления отдельных деталей и узлов: вала ротора, дисков 1-й и 3-й ступеней, рабочих лопаток 3-й ступени компрессора низкого давления.
Добавлена 9-я ступень в компрессор высокого давления, в статоре появились проставка и направляющий аппарат 9-й ступени. Чтобы обеспечить нужный расход топлива, в топливных форсунках камеры сгорания заменили завихрители. Рабочие лопатки первой ступени турбины стали охлаждаемыми, изменилась технология их производства: теперь они выполнялись особым методом литья с формированием тонких длинных каналов. Также на серийном заводе внедрили техпроцессы изготовления лопаток из титановых сплавов и легированных сталей методом периодической прокатки, точной штамповки и вальцовки. Диск рабочего колеса и сопловой аппарат первой ступени турбины были несколько изменены, вал ротора 2-й и 3-й ступеней – усилен.
Двигатель имеет противообледенительное устройство и специальную систему смазки для выполнения перевернутого полета при отработке фигур высшего пилотажа. Коробку приводов и разделительный корпус усовершенствовали, установили системы защиты и раннего обнаружения неисправностей.
Однодвигательный учебно-тренировочный и учебно-боевой самолет L-39 «Альбатрос» производился в Чехословацкой ССР на предприятии Aero Vodochody.
«Что касается типа самого двигателя, то первоначально предполагалось установить чешский М-720 (заводское обозначение Walter Orion) тягой до 2500 кгс… Советская сторона настаивала на применении двухконтурного двигателя АИ-25 тягой в 1450 кгс, создание которого завершалось в ЗМКБ «Прогресс»…
В конечном итоге выбор сделали в пользу второго варианта, и причиной этого стали не только требования "старшего брата". Всё-таки пражский "Орион" был великоват для легкого УТС, а кроме того, после стендовых испытаний стало ясно, что его доводку быстро завершить не удастся», – пишут авторы статьи «"Альбатрос" – птица Пражской весны» А. Котлобовский, М. Столар и Р. Мараев.
L-39 впервые поднялся в воздух 4 ноября 1968 года (летчик-испытатель Рудольф Духонь). Пока запорожский двигатель еще не был готов, самолет испытывали с выполненным по лицензии в Чехословакии аналогом под обозначением AI-21W.
Поставки АИ-25ТЛ начались с конца 1971-го. Через три года самолеты L-39 «Альбатрос» с этими двигателями уже выпускались массово, и производство продолжалось еще четверть века, до 1999-го. В 1972 году L-39 был выбран основным учебно-тренировочным самолетом стран – участниц Организации Варшавского договора. Приобретали «Альбатрос» и многие другие государства. В общей сложности изготовили более 2950 экземпляров L-39. В новое время самолет, обладающий хорошими летными качествами при относительно невысокой стоимости, стали покупать частные лица. Один из состоятельных американцев на собственном L-39 в 1991 году пересек Атлантику. Во Франции семь самолетов L-39 использует коммерческая пилотажная группа Breitling, спонсируемая одноименной швейцарской часовой фирмой. Это одна из самых крупных гражданских команд высшего пилотажа в Европе.
"Машина обладала хорошими пилотажными качествами, позволяя выполнять весь комплекс фигур высшего пилотажа (опытные летчикииспытатели демонстрировали на ней даже «колокол»). Однако с высоты более 1000 м чувствовался недостаток мощности двигателя, особенно на вертикальных маневрах. Пожалуй, силовая установка оказалась самым слабым местом самолета. Из-за проблем с газодинамической устойчивостью выход на большие углы атаки грозил помпажем, перегревом турбины и другими неприятностями. Например, поэтому перед вводом машины в штопор обязательно требовалось перевести двигатель на «малый газ», а после вывода не увеличивать обороты, не убедившись в том, что температура газов за турбиной соответствует норме. К тому же АИ-25ТЛ имел очень низкую приемистость – на «максимал» он выходил за 9–12 с. Летчик фактически не мог рассчитывать на «газ» при маневрировании и выполнении посадки..." Котлобовский А., Столар М., Мараев Р. «Альбатрос» – птица Пражской весны // Авиация и время. – 2005. – № 6
L-39 «Альбатрос» продолжает эксплуатироваться в более чем 30 странах мира. Модификация двигателя АИ-25 серии 2М была разработана для сельскохозяйственного самолета PZL-Мелец М-15. Она отличалась увеличенным отбором воздуха от компрессора, необходимым для перемешивания химикатов в специальных баках, которые распылялись с высоты полета на сельскохозяйственные угодья.
Самолет М-15 был сконструирован при арсеньевском авиазаводе «Прогресс» под руководством главного конструктора Р. А. Измайлова и выпускался в Польше. Первый полет состоялся 9 января 1974 года (летчик-испытатель Тадеуш Голембиовски). В 1979–1981 годах изготовили 172 серийные машины, но они оказались сложными в управлении и обслуживании, недостаточно маневренными и крайне убыточными в эксплуатации. Уже в 1983-м «Аэрофлот» принял решение об их утилизации.
"Итогом… стало довольно неуклюжее «многоэтажное» сооружение, вошедшее в историю под обозначением М-15. <…> Программа М-15 принесла не только экономические убытки, но и ударила по репутации советской и польской авиапромышленности. После показа самолета на 32-м Парижском авиасалоне в 1977 г. за ним на Западе закрепилось хлесткое прозвище Belphegor (мифологическая зверюга, собрат отечественного Змея Горыныча). Зарубежная пресса не уставала язвить в адрес М-15. Одна из этих колкостей стала «классикой жанра»: «Это прекрасный самолет! Он не нуждается в химикатах: как только он пролетит над полем, все насекомые умрут от смеха»." Заярин В. Турбовинтовой наследник Ан-2 // Авиация и время. – 2004. – № 4
Всего было выпущено 9212 двигателей АИ-25 (общий налёт – 66 миллионов часов) и 5771 экземпляр АИ-25ТЛ (наработка к 2017 году – 10,7 миллиона часов). В свое время двигатель АИ-25, разработанный для советского самолета Як-40, принес на региональные воздушные линии реактивные скорости и удобства, которые за всё время смогли оценить около 120 миллионов пассажиров. Жизнь этих лёгких машин оказалась насыщенной событиями и долгой: давно нет СССР – той большой страны, в которой их создали, а они продолжают работать в разных частях света.
