История разработки и эксплуатации одного из первых советских турбовинтовых авиационных двигателей ОКБ Н.Д. Кузнецова – НК-4 изобилует тёмными пятнами, а в отсутствие документов обрастает вымыслом, эмоциональными оценками и предвзятыми суждениями. При этом, как и бывает в большинстве случаев, истина гораздо проще, чем нам её пытаются представить некоторые СМИ и печатные издания.
Хочу также заранее сказать, что разработка и производство турбовинтовых авиационных двигателей в описываемую эпоху была для проектировщиков и испытателей своего рода Terra incognita, многое приходилось делать впервые, иногда по наитию, и обвинять ту или иную конструкторскую школу в ошибках будет неправильно.
Итак,
Как гласит краткая справочная, «википидейная» информация: 27 сентября 1955 г. было принято решение о проектировании нового двигателя НК-4, который создан в рекордно короткий срок: уже 17 апреля 1956 г. он прошел первые испытания. В 1957 году НК-4 прошел государственные испытания, по результатам которых был рекомендован к серийному производству и установке его на новый тогда четырёхмоторный пассажирский самолёт Ил-18.
При этом в процессе эксплуатации самолётов Ил-18, НК-4 показал себя как ненадёжный двигатель. Наиболее частыми конструктивно-производственными недоработками были: обрыв и повреждение лопаток компрессора (что считается очень серьезным дефектом, ведущим к разрушению двигателя и самолёта и к пожару), их обгорание, разрушение стопорных колец и подшипников ротора компрессора и ряд других. При этом с самолётов Ил-18 пришлось снять досрочно 39 двигателей НК-4 вследствие возникновения вышеописанных проблем.
После расследования случая обрыва двигателя в полёте с Ил-18Б 188000703 (СССР-75664) 10 января 1959 г., 5 февраля 1959 года Председатель Госкомитета Совета Министров СССР по авиационной технике генерал-полковник П.В. Дементьев написал письмо, адресованное заместителю начальника ГУ ГВФ Захарову, начальнику ЛИИ Строеву, директору завода №30 Воронину, Генеральному конструктору ОКБ-240 Ильюшину, в котором сказал:
В связи с частыми отказами двигателей НК-4, эксплуатацию Ил-18 с этими двигателями необходимо немедленно прекратить. Перелет Ил-18 с двигателями НК-4 на завод №30 для переоборудования под двигатели АИ-20 разрешается.
Кто помнит советские времена – подтвердит, что замена двигателей на всех серийных самолётах – ЧП с вытекающими из этого оргвыводами и неприятными разговорами с офицерами государственной безопасности. Если такое решение было принято, то иного выхода в данной ситуации не было. К этому моменту промышленность уже выпустила 222 двигателя НК-4, из которых 148 работало на самолётах Ил-18 и 4 на одном опытном Ан-10; 39 было снято по причине брака.
Процесс замены НК-4 на АИ-20 на самолётах Ил-18 затянулся по времени на полтора года. Замену начали в июле 1959 года, когда двигатели АИ-20 получили сначала опытные Ил-18А 187000101 (бывший Л5818) и 188000201 (бывший Л5821), и полностью завершили к концу 1960 года, когда 01.12.1960 г. были ремоторизованы Ил-18Б 188000504 и 18800601. Несколько машин, выбывших к тому времени с лётной службы (188000204, 188000303), так и остались с двигателями НК-4.
Но история двигателя на этом не закончилась. Конструкторское бюро Н. Д. Кузнецова учло свои предыдущие ошибки и в июне 1959 года представило на государственные испытания модернизированный двигатель НК-4А. Вернуться обратно, в программу Ил-18, НК-4А уже было нельзя, но в это самое время ОКБ С.В. Ильюшина проектировало пассажирский самолёт Ил-64, который должен был прийти на смену поршневому Ил-14. Ил-64 планировалось оснастить двумя турбовинтовыми двигателями типа НК-4А или АИ-20А/К.
Испытания двигателя проводились в ГосНИИ ГВФ до конца года, и по их завершению 14 декабря 1960 г. был издано заключение, в котором, в частности, говорилось:
В своем письме от 7 октября с.г. Генеральный конструктор Кузнецов указывает, что двигатель НК-4А подготовлен к серийному производству и летной эксплуатации с ресурсом 500 часов. И дальше он считает возможным в течение 1961–62 гг. довести ресурс двигателя до первой переработки до 1000–1500 часов, и в 1963 г — до 2000 часов. Т.е. уже в начальной стадии эксплуатации нового самолета Ил-64 его двигатель будет иметь ресурс 2000 часов.
Одновременно в письме указано, что уже проведенные мероприятия снижают удельный расход топлива на 5%, и за счет дополнительных мероприятий можно будет снизить удельный расход еще на 5–6%.
Чтобы оценить пригодность двигателя НК-4А для вновь строящегося самолета, его необходимо сравнить по основным данным и конструкции с лучшими зарубежными ТВД и иметь в виду его перспективные возможности дальнейшего развития, учитывая, что он будет эксплуатироваться в ГВФ не менее 10–12 лет. Известно, что окончательное заключение о надежности работы двигателя и о его реальных сроках службы можно сделать на основании длительной летной эксплуатации, что в частности, подтверждается тем фактом, что недостаточная надежность работы двигателя АИ-20 и его принципиальные дефекты особенно четко выявились в 1960 году, после двух лет широкой эксплуатации. Небольшой опыт проверки двигателя НК-4 в летных условиях, с налетом на самолетах Ил-18 2440 часов, показал ненадежность его работы даже в пределах 100–200 часового ресурса.
Проведенные конструктивные мероприятия с двигателем НК-4А не проверены в летных условиях, по существу, мало затрагивают принципиальные недостатки конструкции, и поэтому нет оснований считать, что двигатель НК-4А подготовлен к летной эксплуатации с 500-часовым ресурсом.
…компрессор [двигателя] НК-4А имеет большие окружные скорости, высокую среднюю напорность ступеней, низкий КПД, связанный со сверхзвуковыми скоростями. Расчеты показывают, что у компрессора НК-4А высокий уровень изгибных напряжений лопаток сверхзвуковых ступеней и меньшие запасы прочности дисков, что, естественно затруднит доводку его в отношении обеспечения высокой надежности работы. В результате наличия ступеней с тонким профилем лопаток, компрессор НК-4А сравнительно более уязвим для попадания посторонних предметов на входе, что подтверждается опытом летной проверки НК-4, а высокий уровень напряжений лопаток обуславливает сравнительно меньший, чем у компрессоров других ТВД, надежность работы.
…сравнительно высокая теплонапряженность камеры сгорания НК-4А при относительно худшем теплоотводе от стенок, особенно в условиях крейсерских полетов и малая относительная длина камеры сгорания, сильно затрудняют получение требуемой долговечности ее, и хорошей равномерности температурного поля перед турбиной.
…окружные скорости лопаток турбин НК-4А на 27% больше, чем у турбины Т56А, в результате уровень напряжений в лопатках вдвое, а в замках лопаток в 6,5 раз больше. Расчеты показывают, что запасы прочности лопаток турбины НК-4А благодаря более низкой температуре в 1-й ступени выше, у 2-й ступени примерно одинаковы, а в 3-й ступени ниже запасов прочности лопаток турбины Т56А. Напряжение в дисках турбины НК-4А выше, а запасы прочности ниже, чем в дисках Т56А. При сравнении надежности работы турбин следует иметь в виду, что на Т56А несмотря на более высокие температуры газов, обеспечена хорошая равномерность температурного поля перед турбиной, за счет конструкции камеры сгорания и наличия прямого регулирования подачи топлива по заданной температуре газов перед турбиной, контролируемой 36 термопарами. Отсутствие на НК-4А указанных мероприятий, а также неблагоприятные условия запуска из-за несовершенства пусковой системы снижают надежность турбины в эксплуатации, о чем свидетельствует то, что шесть НК-4 из числа 39, были досрочно снято по причине оплавления и обгорания лопаток турбины. Следовательно, чтобы получить долговечную и надежную турбину на НК-4А, следует провести ряд конструктивных доработок, в т.ч. и бандажирование лопаток турбины, являющееся проверенным средством повышения надежности работы лопаток. Следует отметить, что бандажирование лопаток турбины НК-4А на практике встретит большие трудности из-за больших окружных скоростей.
…НК-4А по удельному расходу и удельному весу не уступает Т56А, но значительно отстает от Tyne — по удельному расходу для крейсерского режима на 13% и по удельному весу на 10%. Двигатель Bristol Proteus имеет худшие данные по удельному расходу, однако этот двигатель эксплуатируется уже в настоящее время с ресурсом более 2000 часов. Главным недостатком НК-4А является малый срок его службы, который в 5–10 раз меньше, чем у лучших зарубежных ТВД.
Это одновременно характеризует его малую надежность и недоведенность в конструктивно-производственном отношении.
Выводы в заключении по результатам изучения двигателя НК-4А комиссия сделала неутешительные:
1. Анализ конструкции и результаты стендовых и летных испытаний показывают, что достигнутая степень надежности работы деталей двигателя в целом недостаточна для обеспечения в настоящее время 500-часового ресурса в эксплуатации и 1500–2000 часового в 1962–63 гг, т.к. кроме дефектов доводочного характера, устраняемых частными конструктивными мероприятиями, у НК-4А остаются принципиальные недостатки. Такие, как: сверхзвуковые скорости и большие напряжения на лопатках компрессора, высокая теплонапряженность камеры сгорания, высокие окружные скорости и большие напряжения лопаток турбины и другое, сильно затрудняющее получение высокой надежности и больших ресурсов.
2. НК-4А отстает по основным параметрам от лучших современных зарубежных ТВД. Для удовлетворения требований ГВФ необходима коренная переделка двигателя, включающая внедрение и доводку апробированных прогрессивных конструкторских мероприятий, направленных на увеличение надежности и ресурса -- такие, как: устранение сверхзвуковых ступеней компрессора, шарнирное закрепление лопаток компрессора, переработка конструкции камеры сгорания, бандажирование и охлаждение лопаток турбины, прямое регулирование подачи топлива по температуре газов перед турбиной, полная защита от возникновения отрицательной тяги и другие, а также коренное улучшение технологии производства.
3. В связи с вышеуказанным считаем нецелесообразным рекомендовать НК-4А для использования на самолете Ил-64.
Таким образом, возвращение НК-4 в большую авиацию не состоялось.
При перепечатке материала ссылка на канал обязательна.
Спасибо за внимание.