Ознакомительная версия.
Двигатель ВК-3 предназначался для высотного сверхзвукового истребителя И-3 (И-380) конструкции Микояна, который начал строиться в июне 1953 года. Однако этому истребителю не суждено было подняться в воздух…
На двигателе ВК-3 был установлен регулятор поддержания постоянной температуры перед турбиной на форсажном режиме, действующий путем изменения подачи топлива в форсажную камеру. Двигатель был снабжен противо-обледенительной системой – подачей горячего воздуха для обогрева носков лопаток и входного устройства. В двигателе были применены новые для того времени сверхзвуковые ступени компрессора, изготовленные из титанового сплава. Применение титана имело большие преимущества в обеспечении прочности дисковых замков и самих дисков, а также давало ощутимый выигрыш в массе. Проектирование и профилирование сверхзвуковых лопаток было совершенно новым делом для специалистов ОКБ (и не только для них, но и для всех остальных ОКБ и ЦИАМ).
Вопросы проектирования, профилирования и прочности решались конструкторами и прочнистами под руководством С. А. Кирзнера, В. И. Образцова и Р. Б. Скворцова. Вопросы обработки титановых лопаток – под руководством главного металлурга А. В. Коробкова и главного технолога А. Т. Кладовщикова. Проблемами отработки масляной системы и системы суфлирования при полетах на больших высотах занимались М. У. Анцелович, Т. В. Дудников, Л. Л. Гружевский, приводами агрегатов – В. Е. Формозов, В. П. Сорогин, А. В. Чигиринов.
Сложной проблемой, требующей проведения экспериментально-расчетных работ, оказалась отработка процесса смешения потоков контуров при разных режимах работы двигателя. От смешения потоков сильно зависела эффективность работы форсажной камеры.
Почти в течение полутора лет велись работы в термобарокамере, в результате чего были отработаны система включения топливных коллекторов, стабилизация горения, процесс регулирования смешения и регулирования сверхзвукового сопла. Система регулирования двигателя явилась сложным комплексом управления подачи топлива, поддержания постоянными оборотов и температуры газов, управления створками смешения и сверхзвуковым соплом.
После пятилетней работы двигатель был доведен до необходимой надежности. Основные данные были получены. В 1956 году двигатель прошел государственные испытания на ресурс 100 часов. Двигатель ВК-3 проложил в СССР дорогу целому направлению в авиадвигателестроении – двухконтурным турбореактивным двигателям. ВК-3 был представлен на летные испытания на истребителе-перехватчике И-3У, которые проходили на базе ЛИИ в Москве. Руководили ими Изотов и Люневич.
В том же 1956 году были получены выдающиеся для того времени результаты: скорость истребителя И-3У при взлетной массе 9220 кг достигала 1960 км/ч, высота – более 18 000 м. Практически проверочно-доводочные испытания были закончены, расчетные параметры получены. Однако по «организационным» причинам работы не были продолжены.
За создание двигателя ВК-3 большая группа конструкторов, экспериментаторов и испытателей была награждена орденами и медалями. Двигатель ВК-3 стал прообразом ВК-9. Из записок Климова 1954 года: «…Нашему заводу оказана большая помощь со стороны Министерства в том, что производство двигателя ВК-9 передано другому заводу…»
В 1953 году на базе ВК-3 начал разрабатываться двигатель, получивший обозначение ВК-13. Главным отличием этого двигателя было применение охлаждаемой турбины. Охлаждение производилось воздухом, продуваемым через сопловые и рабочие лопатки. Это позволило поднять температуру примерно на 250 К (с 1150–1180 до 1400 К). Повышение температуры дало возможность увеличить тягу двигателя на бесфорсажном режиме на 10 % при сохранении габаритных размеров и массы двигателя. Кроме этого, на форсажном режиме была увеличена степень форсирования с 1,35 до 1,45, что позволило получить тягу около 10 000 кг. Другими конструктивными новшествами стали экранированные камеры дожигания и поворотные лопатки задних направляющих аппаратов компрессора.
Создание охлаждаемой турбины в ОКБ В. Я. Климова было первой попыткой в отечественной авиационной промышленности. Были также внесены некоторые изменения в систему управления и регулирования двигателя. Еще одно нововведение касалось расположения агрегатов, которое изменялось по требованию заказчика.
В охлаждаемой турбине основной проблемой был способ охлаждения рабочих лопаток. Климов дал указание создавать лопатки сразу в двух вариантах: лопатки с оболочкой и лопатки, составленные из двух частей. Оба варианта давали возможность обрабатывать внутренние канавки для пропуска охлаждаемого воздуха. Это было хорошей гарантией эффективного охлаждения.
Особенно привлекательным казался вариант лопатки, составленной из двух частей. На внутренней стороне каждой части наносились канавки. Разъем частей образовывался по цилиндрической поверхности, дающей возможность точной обработки поверхности разъема и их хорошего прилегания. Затем в вакууме под давлением производилась пайка частей жаропрочным припоем, что обеспечивало хорошее прилегание поверхностей разъема.
Вариант с оболочкой представлял лопатку, состоящую из профильного стержня с нанесенными на нем канавками охлаждения, и надетую оболочку из тонкого листа. Соединение оболочки со стержнем осуществлялось припаиванием жаропрочным припоем. Как и в первом случае, пайка производилась в вакууме под давлением. При этом оболочка хорошо прилегала к стержню, образуя профилированную лопатку.
В обоих вариантах важно было обеспечить хорошее качество пайки. До конца так и не удалось добиться 100 %-ного качества пайки: в отдельных случаях проявлялись местные непропаи.
Доводочные работы по двигателю проходили с трудностями из-за дефектов охлаждаемых лопаток. В 1960 году работы над двигателем ВК-13 были прекращены по тем же причинам, что и по ВК-3. К сожалению, на долгие годы были прекращены интересные и перспективные работы по созданию охлаждаемых лопаток и турбин. Идея охлаждаемой лопатки, состоящей из двух частей, была использована только в начале 1980-х годов в одном из московских ОКБ. Опыт, полученный по вакуумной пайке под давлением, был успешно использован позднее, при изготовлении выходных сопел специальных двигателей.
Кроме того, на двигателях ВК-3 и ВК-13 были опробованы многие перспективные конструкторские решения: две первые высоконапорные сверхзвуковые ступени компрессора из титанового сплава, поворотный входной направляющий аппарат – двухпозиционный на ВК-3 и управляемый по программе на ВК-13; регулируемые направляющие аппараты – одна ступень на ВК-3 и пять ступеней на ВК-13; регулируемый смеситель потоков на входе в форсажную камеру для обеспечения регулирования степени двухконтурности в пределах 0,1–0,3; прорабатывались также варианты двигателя с регулированием разделения потока. Таким образом, создавался научно-технический задел для будущих двигателей.
Ознакомительная версия.
