В руководстве страны решили, что двигатели для боевых самолетов не нужны. Занялись космосом. Но это продолжалось недолго. Стали проектировать А/1-21. И вот он уже на выходе. Его передали для изготовления на Омский моторостроительный завод им. Баранова. Началось его освоение. Создали бригады, режим работы: месяц в командировке, два — дома. И так на протяжении примерно двух лет. Это было в начале 70-х годов. По маслосистеме двигатель шел трудно. Вообще маслосистема вещь капризная. То мало давление масла, то велико давление суфлирования и расход масла великоват, то температура масла высокая… Но довели.
Михаил Михайлович Костюченко на заводе работал с 1956 года в бригаде регулирования вначале инженером- конструктором, далее начальником бригады и далее ведущим конструктором. В 1978 г. назначен заместителем главного конструктора по системам автоматического регулирования, летным испытаниям двигателей и их эксплуатации, а потом главным конструктором.
При непосредственном участии М.М. Костюченко были совершены первые полеты самолетов Су и МиГ.
Первый вылет или первые полеты новых самолетов даже с отработанными двигателями, как правило, поднимают ряд новых вопросов не только по системам самолета, но и по двигателям. Так, в первом полете самолета Су-24 с двигателями модификации «89» на высоте 9 км отмечены помпажи левого и правого двигателя поочередно при работе на максимале. Дефект устранен по предложению М.М. Костюченко перерегулировкой положения нижних аппаратов компрессора передних ступеней.
«Создание двигателя третьего поколения АЛ-21, — вспоминает Михаил Михайлович, — пережило два этапа: в соответствии с техническим заданием на двигатель для самолетов Су-17, Су-24 и самолета МиГ-23 двигатель создавался в классе: расход воздуха 89 кг/с. Однако уже на стадии летных испытаний самолета Су-24 выявилась необходимость форсирования двигателя. Такая же необходимость появилась и для самолета МиГ-23 или его модификации МиГ-23Б — «бомбёр», как его называли создатели. Замена первых ступеней компрессора позволила форсировать двигатель и ввести его в класс с расходом воздуха — 104 кг/с. Начался второй этап. Возросли требования к двигателям по надежности, маневренности, экономичности. Появились многие новые требования к системе регулирования.
Для выполнения всех задач потребовались новые конструктивные решения: новые датчики температуры воздуха на входе в двигатель (при обязательном их дублировании из-за большого числа функций этих датчиков, принципиально новые топливные насосы на давление 210–250 кг/см2; новые форсажные насосы на частоту вращения 25 000 об/мин; новый автомат приемистости, работающий по внутридвигательным параметрам для обеспечения во всем диапазоне полета заданного времени приемистости при одновременном обеспечении необходимых запасов устойчивости и другие конструктивные решения.
За создание топливного насоса высокого давления для управления площадью реактивного сопла взялся главный конструктор Иван Иванович Зверев. Проблема в то время казалась очень серьезной: другие фирмы (Ф.А. Коротков и Полянский) с этой проблемой не справились. Из того времени приведу почти комичный эпизод: Архип Михайлович для обсуждения возможности создания такого насоса поехал в Балашиху к И.И. Звереву. Я сопровождал его. В приемной секретарь Ивана Ивановича отказалась нас пропустить или доложить о приезде Люльки под предлогом, что главный конструктор сильно занят и беспокоить его докладом о нас она не будет. После долгих прений секретарь нехотя пошла доложить о нашем приезде. Через несколько секунд дверь открылась, Иван Иванович быстро вышел к нам, радостно приветствовал Архипа Михайловича (из-за его спины выглядывала удивленная секретарь). После обстоятельного обсуждения нашей просьбы вскоре в КБ Зверева началось проектирование уникального в то время насоса НП-96.
За создание насоса-регулятора по управлению подачей топлива на приемистости по внутридвигательным параметрам и управлению нижних агрегатов компрессора взялся Ф.А. Коротков (ведущий конструктор Д.М. Сегаль). Для выполнения указанных функций этот регулятор должен работать на пространственных (3-компонентных) кулачках, в то время еще не освоенных из-за отсутствия в стране необходимых станков. Но в конце концов работа была выполнена, поставленные задачи решены. За создание форсажного насоса взялся все тот же Ф.А. Коротков (ведущий конструктор Пресняков С.И.). Проблема состояла в том, что насос должен быть большой мощности — 200 л.с. Такая мощность на бесфорсажных режимах (особенно на большой высоте полета) может моментально разогреть всю топливную систему двигателя до аварийного состояния. Задача была решена введением автоматического управления режимом отключения и включения насоса в полете. Для сравнения: наши конкуренты-американцы эту задачу решали введением громоздкой воздушной турбины для привода аналогичного насоса.
Дросселирование тяги двигателя без снижения расхода воздуха на больших скоростях полета было решено ручным управлением площадью регулируемого сопла с одновременным поднятием оборотов малого газа вплоть до максимального значения. Этим методом обеспечили запасы устойчивости воздухозаборника самолета в конце разгона.
При создании системы предупреждения помпажа на двигателе вместо традиционного клапана сброса использовали развитую систему механизации компрессора его девяти всережимных поворотных ступеней и всережимные створки регулируемого сопла. Эта система получила название СУНА (система упреждения направляющими аппаратами). Генеральный конструктор Люлька, понимая важность этой проблемы, создал специальную лабораторию топливо-регулирующей аппаратуры (ТРА), где отрабатывалась совместная работа всех регуляторов в различных условиях полета при участии математической модели двигателя. Архип Михайлович постоянно приходил в лабораторию, где ему приходилось задерживаться до 12 и даже до часу ночи, чтобы решить сложные вопросы. Система была доведена. Двигатель прошел все необходимые специальные и длительные испытания».
«В конструкторское бюро А.М. Люльки я поступил в апреле 1967 года на должность инженера-конструктора 2-й категории, — вспоминает ведущий конструктор Виктор Сергеевич Кириллов. Это было время, когда конструкторское бюро напряженно работало над водородным двигателем для лунной ракеты и над турбореактивным двигателем АЛ-21 Ф. Учитывая мой предыдущий опыт работы в агрегатном конструкторском бюро, меня направили в отдел топливной автоматики, возглавляемый кандидатом технических наук Павлом Алексеевичем Юкало, участвовавшим в создании первого отечественного турбореактивного двигателя ТF-1.
Турбореактивный двигатель АЛ-21Ф, с топливной автоматикой которого мне пришлось непосредственно работать, был двигателем третьего поколения и имел регулируемые направляющие аппараты компрессора и регулируемое всережимное сопло. Именно системы управления этими узлами преподнесли нам большие проблемы и доставили много неприятностей. Так, конструкция системы управления направляющих аппаратов принципиально менялась три раза: от автономного агрегата до узла, встроенного в насос-регулятор. Много пришлось поработать над конструкцией тросовой обратной связи от исполнительных гидроцилиндров к регулятору, так как даже незначительное растяжение троса или заедание его в защитном трубопроводе приводили к колебательному движению гидроцилиндров. Одновременно разрабатывалось использование регулируемых направляющих аппаратов компрессора и регулируемого сопла в качестве системы предупреждения помпажа при тепловом воздействии от ракет и бортового оружия на вход двигателя за счет кратковременной перестройки программ управления.
Особенно запомнились два случая, связанные с неполадками в системе управления направляющими аппаратами.
Ввиду того, что двигатель АЛ-21Ф был наиболее экономичным среди отечественных двигателей этого класса, Министерство совместно с ВВС приняло решение об использовании его на самолетах МиГ-23 и МиГ-235. В одном из первых полетов произошел помпаж двигателя. Двигатель был остановлен и вновь запущен до режима «малый газ», но при увеличении оборотов двигателя снова произошел помпаж. Для самолета с одним двигателем такой отказ мог привести к его потере. Только мастерство летчика-испытателя Петра Остапенко позволило посадить самолет. Анализ записи бортовых регистраторов пара метров показал, что направляющие аппараты компрессе» ра установились в нерасчетное положение. Дефект был устранен заменой насоса регулятора на двигателе. Одна ко при исследовании снятого насоса регулятора на заводе-изготовителе дефект не подтвердился. Дефекты, которые проявляются только периодически, а не постоянно, у нас называются «плавающими» и представляют наибольшую трудность в выявлении. Через некоторое время дефект повторился уже с замененным насосом-регулятором.
В летно-испытательный институт ЛИИ выехали ведущий конструктор отдела регулирования Михаил Михайлович Костюченко и ведущий конструктор насоса регулятора от КБ Ф.А. Короткова Давид Меерович Сегаль. При разборке агрегата выяснилось, что в зазор золотниковой пары узла управления направляющими аппаратами попала стружка из плохо промытых трубопроводов, сработал, как говорят ныне, человеческий фактор. Не буду говорить о технических подробностях появления и исчезновения дефекта, главное, его удалось обнаружить и избавиться от него.
Второй случай с подобным проявлением произошел при первом опробовании двигателя АЛ-21 Ф на первом серийном самолете Су-24 на заводе им. В.П. Чкалова в Новосибирске. В этом случае тоже был виноват человеческий фактор. Была нарушена технология термообработки пластин, по которым скользили центрирующие штифты поворотного кольца направляющих аппаратов, в результате чего на пластинах образовались трещины, которые и привели к заклинке направляющих аппаратов.
При создании системы автоматического управления двигателя четвертого поколения АЛ-31Ф был использован накопленный опыт, поэтому доводка в основном шла по корректировке и обеспечению точности программ управления. Была проведена большая работа по исследованию влияния самолетного воздухозаборника и радиолокационного излучения на характеристики системы автоматического управления, а также большая работа по увеличению ресурса и надежности входящих в систему агрегатов».
«Каждый новый двигатель рождается тяжело, — говорит Ювеналий Павлович Марчуков — главный конструктор в 1982–1996 годах. — В бытность создания двигателей третьего поколения он был начальником отдела основных и форсажных камер сгорания. При проектировании АЛ-21Ф у нас был уже большой опыт создания семейства двигателей АЛ-7Ф. Мы широко его использовали, и поэтому АЛ-21Ф рождался в меньших муках, но трудностей все-таки было немало.
ВВС и КБ Сухого в середине 1969 г. выдвинули требования об увеличении тяги двигателя АЛ-21 Ф для фронтового бомбардировщика Су-24 (заводской шифр Т-6) без существенного изменения его габаритов, а только за счет повышения параметров двигателя.
АЛ-21 Ф, заводской индекс «85», прошедший доводку, начали серийно изготавливать на Омском машиностроительном заводе им. Баранова «Полет».
К этому времени закончили проектирование и изготовление АЛ-21Ф-2 (заводской индекс «87»). АЛ-21 Ф привлек внимание ОКБ Микояна для МиГ-23 при условии увеличения его тяги до 11 000—11 500 кгс, что могло обеспечить летно-технические характеристики для МиГ-23 и Су-24. Уже в январе 1970 г. «Сатурн» приступил к созданию на базе АЛ-21Ф двигателя АЛ-21Ф-3 (заводской индекс «89») Работы по АЛ-21Ф-2 были прекращены, за исключением некоторых узлов, конструкцию которых применили на двигателе АЛ-21 Ф-3.
МАП Приказом от 27 января 1970 г. обязало провести срочные доводочные работы двигателя, а в мае 1970 г второй экземпляр установить для испытаний на МиГ-23Б.
Модификацию двигателя провели установкой дополнительной ступени на входе в компрессор. При этом расход воздуха через двигатель увеличивался с 88 кг/с до 104 кг/с.
За счет введения охлаждаемой рабочей лопатки первой ступени турбины температура газов перед турбиной повышалась с 1270 до 1400 °C. Для ускорения создания изделия решили применить турбину двигателя АЛ-21 ф-2 с минимальными переделками — заменили материал рабочих лопаток второй ступени, узлы маслосистемы, систем топливопитания и регулирования, электрооборудование и коммуникации двигателя. Коэффициент преемственности двигателя АЛ-21 Ф-3 относительно АЛ-21 Ф равен 83,5 %. «Первый экспериментальный образец 89-го изделия был собран в январе 1970 г., — говорит Ф.А. Ожигин, — а в феврале проведены его стендовые испытания, при которых подтверждены заявленные данные.
Для дальнейшей отработки на стендах и в полете собрали 20 двигателей. Летные испытания двигателя 89–02 на самолете МиГ-23 проводились в июне 1970 года. Первый вылет летчика-испытателя Петра Остапенко подтвердил существенное улучшение летно-технических данных. Значительно сократилось время разгона самолета, на базе 600—1100 км/ч оно составило 21–23 с, расходы топлива оказались сниженными на 20 %. При этих испытаниях были подтверждены высокие запасы устойчивости двигателя, что существенно расширило пределы использования самолета по маневру.
Положительно оценивая данные стендовых и летных испытаний первых образцов двигателей АЛ-21 Ф-3 ВПК, Военно-Промышленная комиссия Совмина СССР решением от сентября 1970 г. и Приказом МАЛ от 28 сентября того же года поручили заводу «Сатурн» довести двигатель АЛ-21Ф-3 с тягой 11000—11500 кгс и предъявить его на совместные с ВВС стендовые 100-часовые испытания в четвертом квартале 1971 года.
ЦИАМу, ЦАГИ, заводам Сухого и «Сатурн» поручалось подготовить двигатель АЛ-21 Ф-3 к установке на самолет Су-24.
Самолет МиГ-23 с двигателем АЛ-21 Ф-3 предлагалось предъявить на совместные испытания с ВВС в первом квартале 1971 года, а в четвертом квартале начать серийный выпуск. Кроме МиГ-23Б и Су-24 двигатель АЛ-21 Ф-3 совместным решением МАЛ ВВС предлагалось установить и на Су-17М. Обеспечение опытной летной эксплуатации трех типов самолетов велось параллельно с доводкой двигателя. Установка двигателя сразу на три типа самолетов требовала дополнительных доработок узлов для его унификации и выделения для этого многих двигателей, что задерживало их доводку.
Заместитель главного конструктора Марк Филиппович Вольман начал работать в конструкторском бюро сразу после окончания МАИ в 1955 году.
Руководителю дипломного проекта Архипу Михайловичу Люльке, вероятно, понравился тщательный и технически зрелый анализ высотно-скоростных характеристик двухвального ТРД, который Вольман выполнил в дипломной работе, и он направил его в перспективную бригаду.
Казалось, судьба Вольмана определилась: он находил подходы к оптимизации характеристик перспективных двигателей, включая атомных, поступил в аспирантуру, сдал экзамены, определился с темой диссертации. Руководителем диссертационной работы стал заместитель начальника ЦИАМ по перспективе, крупный ученый К.В. Холщевников.
Но однажды этот путь был прерван. В 1957 году в работе КБ по двигателю АЛ-7Ф возникла острейшая проблема. Самолет Су-7 ОКБ Сухого с двигателем АЛ-7Ф не мог увеличить скорость полета более 1,7 маха, хотя потенциальные возможности были. При этой скорости необходимо открывать перепуск воздуха из средних ступеней компрессора, иначе происходил «срыв» компрессора. Получение скорости полета не менее двух махов руководство страны считало важнейшей задачей в острейшем соревновании с США.
А.М. Люлька принял предложение бывшего работника КБ Майкова о внедрении кольцевого перепуска над первой ступенью компрессора, хотя идея практически не была опробована. С целью сокращения сроков проектирование выполнялось «мгновенно», детали изготавливались по компоновкам и недооформленным чертежам, работали в три смены.
Для проведения точного анализа результатов испытаний двигателя Архип Михайлович значительно усилил методическую бригаду испытаний, переведя в нее группу специалистов во главе с Юрием Николаевичем Бытевым. Просьбу Вольмана дать ему 1,5–2 года для завершения и защиты диссертации не приняли. Подобная ситуация повторялась еще два раза.
Через 1,5 года Вольмана назначили начальником бригады испытаний на внешних стендах в Тураевском филиале. Ввод в строй четырех стендов, которые работали днем и ночью, решение ежедневных вопросов, возникающих при испытаниях АЛ-21Ф, анализ этих результатов заставляли работать весь коллектив испытателей конструкторского отдела на пределе возможностей. Регулярно задерживались на работе, приезжали из филиала домой не только вечером, но нередко ночью или утром. Стендовики звонили домой в любое время суток. Но со временем жена Вольмана на звонок из филиала ночью отвечала: «Дайте хоть немного отдохнуть. С 11 до 6 часов будить мужа не буду». Скандал по этому поводу в семействе Вольмана по-настоящему не разгорелся, так как испытатели ночью звонить перестали.
«В 1973 году на испытательной базе нашего предприятия в Тураеве, — рассказывает главный конструктор Виктор Викторович Куприк, — были завершены работы по вводу в эксплуатацию стенда для испытаний двигателей с параметрами воздуха на входе, соответствующими полетным (наддув и подогрев воздуха на входе в двигатель). Воздух от компрессорных установок ЦИАМ с давлением до 3 кгс/см2 избыточных по специально проложенному по территории института и нашей площадки в Тураеве трубопроводу подавался на стенд. На стенде с помощью специально сконструированной камеры сгорания воздух подогревался до температуры 200–230 °C и через успокоитель воздушного потока подавался на вход в двигатель. В этом же году на этом стенде были проведены испытания нескольких двигателей АЛ-21ФЗ, в том числе и серийного изготовления. На первом же испытании был выявлен дефект, имевший место также в эксплуатации, касание диска 3-й ступени турбины о статор, что подтвердило обоснованность проведения испытаний в земных условиях и в условиях полета.
На последующих испытаниях были проведены мероприятия по устранению выявленных дефектов, направленных на улучшение характеристик двигателя по системе наддува опор, устранение прогаров и подгаров стабилизаторов пламени в форсажной камере. Испытания имели положительный результат, и все мероприятия были немедленно внедрены в серийное производство.
Начались летные испытания на самолете Су-24. Но когда на этот самолет поставили двигатель второй поставки вместо АЛ-21 первого этапа, то в полете на высоте 9 км было отмечено возникновение помпажа как правого, так и левого двигателей. Проблему устранили перерегулировкой положения направляющих аппаратов первых ступеней, при этом расход воздуха снизился с 104 кг/с до 102 кг/с. Таким образом, расход воздуха на самолете Су-24 составляет 102 кг/с, а на самолетах МиГ-23Б и Су-17—104 кг/с».
Серию Су-17 стали выпускать на заводе в Комсомольске-на-Амуре, ныне КнААЛО. В это время в КБ А. Люльки уже разработали новый современный, более мощный и экономичный двигатель АЛ-21 Ф, который как нельзя лучше подошел для самолета Су-17. Первый полет самолет с новым двигателем совершил в 1971 году. Эта модификация получила название Су-17М. Уменьшение размеров двигателя и его веса позволили увеличить запас топлива, и это значительно улучшило летно-технические характеристики самолета, увеличило массу и состав подвешиваемого оружия, что дало самолету Су-17М существенное преимущество на всех режимах его применения. Это был значительный шаг вперед. На самолеты поступил большой заказ от наших ВВС и от дружественных нам стран. Серийное производство Су-17М началось в 1972 году. Под индексом Су-20 самолеты поставляли в ВВС стран Варшавского договора и ближневосточных государств.
«Критические ситуации, — по мнению заслуженного летчика-испытателя Александра Исакова, — возникают, как правило, не в самых сложных полетах. Выполняешь полетное задание, все идет как положено, еще несколько минут — и посадка, но вдруг…
Шли испытания Су-17М. Сделали несколько десятков полетов. Они подтвердили надежность всех систем, отличные пилотажные качества, изменяемая геометрия крыла широко раздвинула возможности боевого применения, отлично работал АЛ-21 ФЗ.
Полет подходит к концу. Позади испытание на максимальную скорость. Осталось проверить над аэродромом отключение и запуск двигателя. Рычаг управления на «СТОП». Двигатель отключился, обороты турбины быстро уменьшились. Через несколько секунд можно запускать двигатель. И вдруг на приборной доске погасли все лампочки, стрелки приборов стали на 0. Самолет обесточился.
К посадке с остановленным двигателем летчик-испытатель готовится постоянно. Намечает для себя контрольные точки, связанные с высотой полета. При любой возможности выполняет имитационные заходы на посадку. Для управления самолетом есть аварийная система, которую питают аккумуляторы. Но, как говорят, беда не ходит одна. Отказала и аварийная система. Я остался без управления. Ни одна инструкция такие посадки не предусматривает. Но бороться за жизнь новой машины, за свою жизнь нужно до конца. Катапультироваться не пришлось. Самолет долетел до аэродрома. Повреждений не было. На следующий день испытательные полеты продолжались. Когда через неделю другой летчик покинул Су-17М и самолет разбился, я заплакал, было жаль ставшую родной машину, с которой мы вместе спаслись. И вот ее нет».
Испытания пришлось продолжить на другом экземпляре Су-17М.
Широко известно, что превосходный штурмовик Су-25 участвовал в военных действиях в Афганистане. Об этом рассказывали многие летчики.
А о том, что в афганском небе воевали фронтовые бомбардировщики Су-24, Су-24М с двигателями АЛ-21Ф-3, знали немногие. Их участие было совершенно засекреченным. Поэтому они не базировались на территории Афганистана. Полки, принимавшие участие в боевых действиях, базировались в Закавказском округе на аэродроме Копитнари, недалеко от Кутаиси, и в Среднеазиатском округе, на аэродроме Карши в Узбекистане. Сейчас там базируются американские авиасоединения, которые постоянно пополняются.
Командовал одним из полков Су-24 Николай Антонович Кузьминский. В.В. Подвальнюк был штурманом подразделения. «В начале 84-го года был первый вылет, — рассказывает Валерий Васильевич. — Летим над цветущими садами по берегам Амударьи. Пересекли государственную границу, и начались полупустыни, горы Гиндукуш, перевалили через них, подошли к Баграму, сбросили бомбы. Бомбометание выполнялось в горной местности с превышением целей до 2000 м с использованием наземных навигационных систем. Полеты выполнялись днем и ночью в любых метеоусловиях. Так что личный состав испытывал большие физические и психологические нагрузки, связанные с работой при высокой температуре воздуха, сменой времени выполнения задачи (день сегодня — следующая задача ночь и наоборот)».
При боевой работе у самого Пакистана, особенно под Джелалабадом и Кандагаром самолеты проходили вдоль границы и после сброса бомб сразу отворачивали в глубь афганской территории. Бомбя дорогу на Пешавар, где цели лежали в 3–5 км от нее, экипажи проходили в развороте возле самой границы. Для предупреждения угрозы перехвата пакистанскими истребителями поднималось звено МиГ-23 с аэродрома Баграм, дежурившее в зоне между районом нанесения удара и границей на высоте 2000–3000 м выше бомбардировщика.
Несмотря на скрытность ночных вылетов, командование стало принимать дополнительные меры безопасности. Чтобы обмануть наблюдателей противника, начали программировать выход в назначенную точку с разных направлений или отворот перед ней для бомбометания с неожиданного направления, избегая засадных позиций вражеских ПВО на горных вершинах, уход от цели и возвращение на «базу» выбирались с изменением маршрута полета, обязательно меняли курс при повторном ударе по той же цели. В боевой работе фронтовой бомбардировщик Су-24 оказался весьма надежной машиной, случаи отказа по планеру и двигателям АЛ-21Ф были единичны и относились в основном к системам управления силовой установкой, механизацией и гидравлике. Один раз произошел помпаж двигателя на самолете эскадрильи майора Рыбака. Вспышки в сопле заметил его ведомый, после чего летчику пришлось выключить неисправный двигатель, избавиться от бомб и возвращаться домой. Су-24 снизился до рискованной высоты, но долетел благополучно. Были отказы и сложной электроники, иногда не работала бортовая цифровая вычислительная машина (ЦВМ), но постепенно система «прирабатывалась», и неисправностей становилось меньше.