Samara Portal Technology, Computers

Самарский портал "Технологии, компьютеры"

Куда, петербургские жители,
Толпою веселой бежите вы?
Не стелют свой след истребители
У века на самой заре.

Свод неба пустынен и свеж еще -
Достигнут лишь первый рубеж еще.
Не завтра ли бомбоубежище
Отроют у вас во дворе?

А. М. Городницкий, Воздухоплавательный парк

«Кузнецов» - это ПАО «ОДК-Кузнецов», более привычный для моего поколения, как 24-й завод, или завод им. Фрунзе, прославившийся, прежде всего, двигателем НК-12, изделием с необычной судьбой. В 1944 году немецкой фирмой Junkers Motorenbau был разработан турбовинтовой двигатель Jumo 022 с планетарным редуктором и двумя соосными винтами, вращавшимися в противоположные стороны. В других обстоятельствах весь мир бы восхищался гениальными решениями немецких инженеров, а само изделие наверняка было бы доведено до ума фирмой-разработчиком, оставив позади конкурентов. Но Германии уже было не до перспективных проектов, единственный опытный образец этого двигателя даже не успели испытать – нацистская авантюра с претензией на мировое господство и превосходство этнических немцев потерпела крах, превратив лидера технологий (до войны международным языком инженеров считался немецкий) в руины.

После войны этот единственный экземпляр Jumo 022 попадает на куйбышевский Опытный завод №2, расположенный в посёлке Управленческий, сюда же доставляют многих из его создателей и других немецких специалистов общей численностью более шестисот человек и вывезенное из Германии оборудование. Оборудование называлось трофейным, а немцы пленными, хотя согласно Женевской конвенции во-первых, лица, не державшие в руках оружия, военнопленными считаться не могут, а во-вторых, как сказано в этой же Конвенции, «Военнопленные освобождаются и репатриируются тотчас же по прекращении военных действий». Однако, что было то было, и единственное, о чём сейчас, на мой взгляд следует задуматься – какие перспективы могли бы быть у этого сотрудничества? В конце концов, это были не каратели, а инженеры, которым судьба дала шанс проявить свои способности сначала в Германии, потом в СССР, и везде творческий энтузиазм брал верх над идеологией – им было интересно делать своё дело, и они его делали.

В книге В.Н. и М.В. Орловых встречается ставшее банальным выражение «патриоты своего дела», но встречается она в контексте совместной работы немецких «военнопленных» и советских специалистов над совершенствованием двигателя (конкретно – разработки методик расчёта турбины, позволивших на четверть снизить удельный расход топлива). Конечно, радоваться тому, что у тебя получилось, это свойство человеческой натуры («Ай да Пушкин, ай да сукин сын»), но в инженерном деле оно проявляется особенно ярко: чувство, когда удаётся создать то, чего до тебя не было и что после тебя будет жить своей жизнью (ездить, летать), не сравнить ни с чем. Вспомните, с каким азартом работали люди в шарашке, которую описал Солженицын в романе «В круге первом». А для тех, кого не устраивает художественное обобщение, есть книга авиаконструктора Леонида Кербера «Туполевская шарага» (официальное название ЦКБ-29). Конечно, право на жизнь имеет и версия, что азарт этот был вызван тем, что через 5-7 лет ожидалась (или планировалась – сейчас трудно оценить слова Сталина, приведённые в той же книге Орловых) война с США, однако мне сложно поверить, что немецкие инженеры, составляющие на тот момент ядро КБ, горели желанием ещё раз оказаться в стане проигравших – на это раз проигравших уже антисталинской коалиции.

Кстати, не будем забывать, что фирма «Юнкерс» уже имела опыт работы в СССР: в соответствии с договором от 29 января 1923 года «Юнкерс» обязался наладить серийное производство самолётов на бывшем автозаводе «Руссо-Балт» в Филях под Москвой и наладить производство авиационного алюминия. Правда, о двигателях речь тогда не шла, поскольку Junkers Motorenbau GmbH была только создана и ещё не имела опыта, который можно было бы тиражировать.

Клуб IT&Digital директоров «я-ИТ-ы» на фоне Кузнецова. Статья Владислава Боярова. 07.01.2021 г.

Главным конструктором всей этой удивительной организации и был назначен Николай Дмитриевич Кузнецов, а результатом «международного сотрудничества» - двигатель НК-12, в который усилиями коллектива конструкторов трансформировался Jumo 022.

НК-12 длительное время оставался самым мощным двигателем в мире (формально он остался самым мощным в мире, поскольку главной характеристикой турбореактивных двигателей считается мощность (у одноконтурных, двухконтурных и даже некоторых винтовентиляторных – тяга), а насколько хорош, можно судить хотя бы по тому, что оснащённый этими двигателями самолёт АН-22 был самым большим самолётом в мире, Ту-114 – до появления Боинга-747, самым большим и одновременно самым скоростным пассажирским самолётом в мире. В 1966 году Ан-22 в одном полете установил сразу 12 рекордов, в том числе по грузоподъемности, подняв на высоту более 6,5 километра общий вес 88 тонн. Максимальный же груз, который «Антей» поднял в небо, превысил 100 тонн, а высота составила 7 848 метров. Третьим самолётом с этим двигателем день стал стратегический бомбардировщик Ту-95, совершивший свой первый полёт в 1952 году и эксплуатирующийся и по сей день.

А вот всё, что было потом, удачами назвать трудно, особенно если посмотреть на картину в целом.

Например, было 3 проекта авиадвигателей на альтернативном топливе.

Самый амбициозный – где источником тепла бы служил ядерный реактор. Со времени объявления о ракете (судя по мультяшному изображению – крылатой, то есть по сути беспилотным самолётом), оснащённой ядерной энергетической установкой,

Клуб IT&Digital директоров «я-ИТ-ы» на фоне Кузнецова. Статья Владислава Боярова. 07.01.2021 г.

я где только мог (в первую очередь, конечно, у авиационных двигателистов) пытался выяснить способ преобразования тепла, получаемого я реакторе, в реактивную тягу. Точно мне никто сказать не мог, но все предположения сводились к тому, что в камеру сгорания (точнее, в том место, где у обычного двигателя камера сгорания) устанавливается радиатор, в который от реактора по трубам подаётся теплоноситель. Что-то вроде современных систем охлаждения ноутбуков с тепловыми трубками. Или радиатор устанавливается на сам реактор, но тогда надо или реактор ставить внутрь двигателя или, как вариант, воздух после компрессора должен сделать крюк до радиатора, установленного в фюзеляже, и вернуться к турбине.

Поясню: в «обычном» газотурбинном (да и ракетном) двигателе высокая температура достигается в середине камеры сгорания, причём эта температура может даже превышать (и сегодня превышает) температуру плавления материалов элементов конструкции, которые окружают пламя. Это становится возможным благодаря различным способам охлаждения этих элементов – попросту говоря, высокотемпературное пламя их не касается. Если же получать тепло в реакторе, и с помощью теплоносителей передавать его в теплообменник, находящийся между компрессором и турбиной, тогда, во-первых, температура в реакторе должна быть выше, чем в этом аналоге камеры сгорания (тепло «течёт» только при наличии перепада), во-вторых, непонятно как изолировать элементы трубопровода от протекающего по нему теплоносителя, и в-третьих, непонятно как сделать теплообменник, отдающий тепло со своей поверхности, по эффективности близкий к сгорающей в объёме смеси горючего и окислителя. Задача точно такая же как создание кухонной плиты с поверхностной передачей тепла посуде (кастрюле, сковородке), со временем разогрева продукта таким же, как у микроволновой печи. Простите меня, но я не верю в такую степень тупости инженеров, скорее это было желание отрапортовать о приложенных усилиях, а потом развести руками: мол, пупки рвали, из штанов выпрыгивали, но не получилось.

В книги Орловых эту эпопею венчает фраза: «для того чтобы получить необходимую тягу двигателя, требуется такая высокая температура газов, которую не может дать реактор: расплавятся тепловыделяющие элементы (ТВЭ). Таким образом, вопрос о создании авиационного двигателя, работающего на воздухе, нагретом в атомном реакторе, отпал сам собой». В общем, то, что можно объяснить «на пальцах», получили путём дорогостоящих экспериментов.

Второй по экзотичности – водородный. Орловы пишут, что инициатором использования жидкого водорода в качестве универсального энергоносителя явился Институт атомной энергии, директором которого был Президент АН СССР академик А.П. Александров. В ИАЭ активным сторонником широкого применения жидкого водорода и руководителем этого направления стал академик В.А. Легасов, получивший известность после работы по расследованию причин и по ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, не в последнюю очередь благодаря сериалу «Чернобыль». Оба они были уверены, что дешевый жидкий водород появится к концу 1970-х годов, так как к этому есть благоприятные предпосылки по результатам проработки институтом совместно с химиками дешевых способов его получения. На момент начала разработки авиационный керосин стоил от 120 до 200 рублей за тонну, жидкий водород – 5600 рублей за тонну, то есть в 30 раз дороже. Плюс трудности по его транспортировке, хранению, обеспечению безопасности… После того, как водород вместо того чтобы подешеветь стал стоить 9000 рублей за тонну, работы были свёрнуты. Хотя и здесь казалось бы – кто мешал сначала не дождаться приемлемого по цене горючего, а уж потом строить под него двигатель?

Третья затея – авиадвигатель на сжиженном природном газе. Хотя он, очевидно, дешевле водорода и керосина, но его температура кипения составляет от -152º С до -162º С, в зависимости от содержания метана. То есть, одно дело, когда двигатель используется на газоперекачке и питается тем же газом (простите за тавтологию – в газообразном состоянии), и совсем другое – когда газ надо сжижать, вместо обычных баков использовать сосуды Дьюара и вообще ломать всю систему, начиная от доставки топлива в аэропорты. Короче, и эта идея «не взлетела».

Отдельная история – переключение КБ с самолётной на ракетную тематику и обратно. Это достойно подробной цитаты из книги Орловых:

«В июле 1959 года в ЦК КПСС у Н.С.Хрущева состоялось знаменитое совещание генеральных конструкторов авиационной промышленности. На нем Никита Сергеевич объявил, что авиация как транспортное средство исчерпала себя, что в недалеком будущем будем летать на ракетных комплексах, и авиационные ОКБ необходимо ориентировать на ракеты и ЖРД. А.Н Туполев выступил категорически против такого решения, на что Хрущев заметил: «Ну, Туполев – старый человек, ему трудно изменить направление, пусть остается в авиации, а остальные должны быть подключены или переключены на ракетные дела». 120 121 Выступал на этом совещании и Николай Дмитриевич, который рассказал, что ОКБ, которым он руководит, уже подключено к этим работам и приступило к про - ектированию двигателя для ракетного комплекса ГР-1. ЦК КПСС подготовил проект Постановления по развитию ракетостроения, в котором была записана работа нашего ОКБ по двигателю для ГР-1. В проекте Постановления по этому вопросу было запи - сано: генерального конструктора Н.Д.Кузнецова и его ОКБ переключить на работы по ракетным двигателям. Проектом Постановления занимался секретарь ЦК КПСС по оборонной промышленности Ф.Р.Козлов, которого Н.Д.Кузнецов хорошо знал, когда тот был еще вторым секретарем Куйбышевского обкома КПСС. Николай Дмитриевич неделю потратил на то, чтобы убедить Козлова записать в Постановлении «подклю - чить», а не «переключить». Если бы осталось «переключить», то через некоторое время разработку авиационных двигателей у нас закрыли бы

Но и с ракетными двигателями (ЖРД), разрабатываемых для лунной системы Н-1, не заладилось. При практически равной с американской системой Saturn V (разница в 0,5%) стартовой массе на низкую опорную орбиту она выводила на 40% меньшую массу. Но самое главное, что все 4 испытательных запуска Н-1 закончились аварией на этапе работы первой ступени, после чего работы по ней были закрыты. А затраты были колоссальными: 30 двигателей НК-33 на первой ступени, 8 двигателей НК-43 на второй, 4 двигатели НК-31 на третьей, один двигатель НК-19 на четвёртой… Правда, НК-33 впоследствии выдержал 6 пусков в составе ракеты «Союз-2.1в», но это совсем не то, ради чего было приложено столько сил и потрачено столько денег. У нас любят рассказывать о том, как восхищались американцы этим двигателем, но на самом деле и там не всё так здорово.

Неудача постигла и ОКБ Кузнецова с двигателями НК-4, которые разрабатывались для самолётов Ан-10 и Ил-18 – им предпочли двигатели АИ-20 разработки запорожского КБ. Орловы объясняют этот выбор интригами и кумовством в верхних эшелонах власти, мои украинские коллеги – значительно меньшим диаметром редуктора, что на самом деле видно невооружённым глазом. А насколько важно снижение лобового сопротивления самолёта, это, думаю, не нуждается в пояснениях.

Клуб IT&Digital директоров «я-ИТ-ы» на фоне Кузнецова. Статья Владислава Боярова. 07.01.2021 г.

Клуб IT&Digital директоров «я-ИТ-ы» на фоне Кузнецова. Статья Владислава Боярова. 07.01.2021 г.

Двигатель НК-8, который был создан в начале 60-х, тоже не был удачным. На самолёте Ту-154 его со временем заменили на более экономичный двигатель КБ Соловьёва. Так же НК-8 явился главной причиной преждевременного вывода Ил-86 из эксплуатации, имея большой расход топлива, не удовлетворяя нормам по шуму, обеспечивая слишком малую тяговооружённость самолёта. Ил-96 уже с самого начала был оснащён соловьёвским ПС-90.

По сути, авантюрой был и НК-144, точнее, весь проект Ту-144 с использованием этих двигателей. Попытка достичь сверхзвуковой скорости пассажирского самолёта любой ценой вроде бы увенчалась успехом, только ценой этой стало неприемлемо малая дальность полёта, на которой такая скорость была не нужна.

Развитием НК-144 стал НК-22, затем НК-32, разработка которого началась в 1977 году, а серийное производство в 1983. Конечно, этот двигатель очень мощный, позволяющий самолёту Ту-160 достигать скорость 2 Маха, но со времени его создание авиадвигателестроение сделало впечатляющий рывок. Желающие могут проследить, как за эти годы менялись 3 главных показателя: температура газа перед турбиной, степень повышения давления и степень двухконтурности (у НК-8 она равна 1, у PW-1400G, устанавливаемого на МС-21, она уже 12).

На заводе нас сначала покормили в столовой (точно не советская тошниловка, которую я помню по своей студенческой практике, не просто съедобно, но и вкусно), провели по нескольким цехам. В одном изготавливаются детали шлицевых и зубчатых зацеплений, говоря бытовым языком – шестерёнки. Второй – гальваника, третий – сборка.

Клуб IT&Digital директоров «я-ИТ-ы» на фоне Кузнецова. Статья Владислава Боярова. 07.01.2021 г.

Клуб IT&Digital директоров «я-ИТ-ы» на фоне Кузнецова. Статья Владислава Боярова. 07.01.2021 г.

Клуб IT&Digital директоров «я-ИТ-ы» на фоне Кузнецова. Статья Владислава Боярова. 07.01.2021 г.

Клуб IT&Digital директоров «я-ИТ-ы» на фоне Кузнецова. Статья Владислава Боярова. 07.01.2021 г.

Нарядно, чисто, свежий воздух, все зоны размечены: где проходы, где рабочие места, куда вообще не надо ходить. Светящиеся указатели, да и вообще с освещением просто замечательно. Только для чего всё это, для тех двух моделей двигателей, одной из которых столько же лет, сколько и мне, а другая начала разрабатываться когда я закончил КуАИ? Или для новых разработок? Но тогда надо себе представлять эти разработки: если это будет что-то редукторное типа НК-12, НК-93 или PW-1400G, то там шестерён много, если же что-то вроде безредукторного НК-32, то там, как вы сами понимаете…

И, конечно, у меня, как инженера, вызывает большие опасения мода на так называемых «цифровых двойников». Или в другой версии «умных» цифровых двойников. Дело в том, что инженеры всегда использовали в своей работе виртуальные объекты, описывающие создаваемый продукт: схемы, чертежи, расчёты. С появлением компьютеров эти виртуальные объекты становились всё более информативными, наглядными, но одно оставалось неизменным: для их создания и использования специалист в первую очередь должен был понимать природу реальных объектов, понимать физику, которую описывала математика. Здесь же, по моим ощущениям, всё ставится с ног на голову, телега ставится впереди лошади. Уже не математика является языком описания физики, а физика должна становиться следствием придуманных математиком виртуальных миров. Убедить в этом людей можно, особенно с использованием административного ресурса, но вряд ли получится убедить саму физику.

Но в любом случае жизнь идёт, хочется верить в лучшее, пожелать родному предприятию всяческих успехов, а организаторам мероприятия выразить огромную благодарность за то, что удалось всё увидеть своими глазами.

P.S. Уже в процессе подготовки материала прочитал о новом двигателе «Кузнецова». К сожалению, информация столь противоречива, что понять из этого сумбура инженеру ничего невозможно.

----

«я-ИТ-ы в Поволжье». Что готовит 2021 для CIO/CDO?

«я-ИТ-ы в Поволжье». Что готовит 2021 для CIO/CDO? Статья Владислава Боярова. 28.03.2021 г.

«Изделие РФ»

Клуб IT&Digital директоров «я-ИТ-ы» на фоне Кузнецова

Клуб IT&Digital директоров «я-ИТ-ы» на фоне Кузнецова. Статья Владислава Боярова. 07.01.2021 г.