Отдел турбин, где в то время работал Олег Никутов, возглавлял ведущий конструктор Иван Петрович Федюкин. Это большой труженик, прекрасный инженер-самородок, отлично разбирающийся во всех технологических процессах, связанных в первую очередь с изготовлением узлов и деталей авиационных турбин. В то время отдел сдал в производство компоновку «2+2» — две ступени турбины высокого давления — ТВД и две ступени турбины низкого давления — ТНД. Разработку и выпуск чертежей аппарата закрутки — узел для подвода охлаждающего воздуха в рабочие лопатки ТВД — поручили Олегу Никуто-ву. Первые испытания двигателя с этой турбиной выявили существенные недостатки — неустойчивую работу роторов в зоне рабочих оборотов. Предстояла тяжелая доводка. Архип Михайлович после бурного обсуждения принял принципиальное решение о коренной переделке компрессоров и турбин. После тщательной проработки была выбрана компоновка турбины «1+1» — 1 ступень ТВД и 1 ступень ТНД.
Эта компоновка оказалась удачной и до сих пор сохранена во всех модификациях двигателя АЛ-31Ф. О.Н. Нику-тов успешно занимался роторами. Все начальные чертежи роторных деталей и узлов прошли через его руки. Приобретенный опыт был использован в дальнейшем.
Выпускник МАИ Михаил Куприянович Сладков пришел в 1966 году на преддипломную практику в КБ А.М. Люльки в отдел турбин. «После защиты диплома меня вызвал главный конструктор Михаил Афанасьевич Кузьмин и предложил перейти во вновь созданную бригаду форсажной камеры и реактивного сопла. Я согласился и не жалею об этом. В бригаде работала в основном молодежь, обстановка была деловая, творческая, дружелюбная. Все работали с большим подъемом, всегда старались помочь друг другу. А после работы часто проводили вместе свободное время — играли в футбол, теннис. Я защищал ворота команды бригады в соревнованиях по мини-футболу, участвовал в городских соревнованиях по теннису.
Ведущий конструктор бригады Михаил Михайлович Липовицкий и мой непосредственный начальник Ювеналий Павлович Марчуков встретили меня очень доброжелательно, поручили мне работы, связанные с созданием фронтового устройства АЛ-21Ф, и в дальнейшем помогали осваивать нелегкую работу конструктора. Но в то же время предоставили полную свободу действий, что позволило лучше вникнуть в тонкости работы закрепленного за мной узла. В дальнейшем я возглавил группу конструкторов.
При проектировании АЛ-31Ф в процессе работы над узлами этого изделия пришлось подробно вникать в особенности конструкции и рабочего процесса форсажной камеры двухконтурного двигателя. Ведь такой двигатель мы проектировали впервые.
С Ювеналием Павловичем Марчуковым мы поехали в Пермь за опытом. Нас принял зам генерального конструктора, бывший «форсажник» Виктор Михайлович Чепкин. Он рассказал нам о создании форсажной камеры двухконтурных двигателей. Там, в КБ Павла Александровича Соловьева, создали двухконтурный двигатель для истребителя. Он назывался Д-30Ф6, Павел Соловьев и многие создатели этого двигателя, как и весь коллектив, были удостоены высоких правительственных наград. Виктор Михайлович Чепкин — будущий генеральный конструктор КБ Люльки — получил за него Ленинскую премию, а молодой Михаил Кузменко — будущий генеральный конструктор НПО «Сатурн» — в те годы отвечал за весь объем летных испытаний Д-30Ф6, внеся в создание уникального и душу, и сердце. В ходе доводки форсажной камеры на автономной установке и в составе двигателя был решен ряд вопросов, связанных с прогарами стабилизаторов, виброгорением и коксованием топлива в коллекторах. Эти проблемы удалось снять, применив акустический демпфер, изменив топливоподачу и расположение стабилизаторов».
В середине 70-х годов, когда шло проектирование АЛ-31Ф, в нем было 20 ступеней. Среди них 12 ступеней — компрессора высокого давления. Остальные приходились на компрессор низкого давления и турбину. Известно, что турбореактивный двигатель — очень сложная конструкция, трудоемкая в производстве, и особенно такая, как АЛ-31Ф.
А можно ли снизить его трудоемкость и улучшить технологичность?
На этом настаивали в главном управлении Минавиапрома.
В это время и появилась мысль о сокращении в двигателе числа ступеней.
Архип Михайлович поручил перспективному отделу во главе с Александром Васильевичем Воронцовым разработать эскизный проект с сокращенным количеством всех ступеней АЛ-31Ф.
К выполнению непростой задачи приступили расчетчики бригады Сергея Дмитриевича Решедько и конструкторы бригады Константина Васильевича Кулешова. В результате тщательных расчетов и подбора компоновки удалось найти приемлемое число ступеней, вместо прежних 20 оставили 15. На компрессоре высокого давления стало не 12, а 9. Уменьшено вдвое число ступеней турбин, а компрессор низкого давления остался без изменений. Из Министерства авиационной промышленности торопили, требовали быстрее представить новую компоновку двигателя.
Перспективщики работали до полуночи. И вот готов красивый складывающийся плакат, гармошка, изображающая АЛ-31Ф с новой компоновкой, уменьшенным числом ступеней. Через два дня Архипу Михайловичу надо ехать с ним на доклад в министерство, а он приболел и не видел еще чертежи. Генеральный конструктор пригласил с чертежами к себе домой в Безбожный переулок А. Воронцова, А. Решедько, К. Кулешова, П. Гусева. Внимательно рассмотрев их, выслушав своих сотрудников, он одобрил эскизный проект и сказал: «Молодцы, хлопцы». «Незадолго до нашего визита к Архипу Михайловичу, — вспоминает Павел Гусев, — его семья въехала в новую квартиру в совминовском доме, построенном для выдающихся людей страны. В квартире было несколько комнат, большой холл, обширная кухня, кладовая, передняя, большая лоджия. Архип Михайлович с удовольствием устроил нам экскурсию по квартире, показал свой кабинет. В нем и в холле несколько стеллажей и шкафов со множеством книг. Немало книг было с автографами. Чувствовалось, что новая квартира ему нравится, действительно она удобна для отдыха, работы и для приема гостей. И обставлена с большим вкусом.
Мог ли тогда представить себе генеральный конструктор, что спустя двадцать лет эту прекрасную квартиру его наследницам — дочери, внучке и правнучке — придется сдавать в аренду, а самим снимать «хрущобу» на первом этаже и жить на разницу в оплате этих неравноценных квартир. Кстати, дочь Люльки, Лариса, кандидат технических наук, доцент, преподавала на факультете двигателей в МАИ, внучка Галя тоже окончила этот факультет и работает в Научно-техническом центре им. А. Люльки.
Архип Михайлович вскоре докладывал в министерстве: «В модифицированном АЛ-31Ф число ступеней сокращено на четверть. В производстве он будет технологичнее, менее трудоемким, себестоимость его станет ниже. А все параметры — тяговооруженность, расход воздуха, удельный расход топлива, экономичность, указанные в техническом задании на проектирование двигателя, сохранены».
С тех пор прошло много лет, а двигатель с этой компоновкой успешно летает на многих самолетах.
Двигатель 4-го поколения АЛ-31Ф в дальнейшем позволил установить на самолете Су-27 более 30 мировых рекордов. Но путь к этим достижениям был весьма тернист, ведь вначале этот двигатель имел много болезненных дефектов. Например, был весьма серьезный дефект в компрессоре, связанный с затрудненной перекладкой поворотных направляющих аппаратов. Когда на серийном заводе в Уфе проявился в очередной раз дефект с поворотными аппаратами, туда послали непосредственного начальника Игоря Уварова, ведущего конструктора бригады Р.Е. Беленького. Двигатель разобрали, продефектировали, ничего не нашли, собрали, и дефект повторился снова.
После этого Люлька послал Уварова, так как у него был некоторый опыт по этому дефекту. Ехал он с весьма тяжелым настроением, потому что надо было исправлять недостатки, которые не устранил его начальник. В дороге сочинял программу действий. Главный конструктор двигателя АЛ-31Ф В.К. Кобченко и главный инженер Уфимского завода В.Н. Дрозденко дали ему полную свободу действий. Приходилось работать иногда в три смены, следя за каждой операцией сборки и анализируя производственные отклонения в изделии. В конце концов причина была найдена и дефект устранили. Когда утром представительная комиссия проверяла запуски двигателя и работу направляющих аппаратов, то не поверили приборам и заставили их заменить, так как давление в управляющих гидроцилиндрах было неправдоподобно малым, то есть усилия перекладки аппаратов стали мизерными. В дальнейшем программа устранения этого дефекта была введена в техдокументацию на серийных заводах в Уфе и Москве. Игорь Емельянович Уваров получил личную благодарность А.М. Люльки на заседании специальной комиссии.
Об эпизодах создания АЛ-31Ф рассказывает главный конструктор автоматического регулирования, испытаний двигателя и других тем Михаил Михайлович Костюченко:
«Наш двухконтурный двухвальный двигатель четвертого поколения мы разрабатывали для Су-27 и дальнейших его модификаций. У двигателя большие отличительные особенности от предыдущих. У него развитая механизация компрессора и реактивного сопла, дополнительная управляемая система подачи воздуха для охлаждения лопаток турбины. Система его регулирования по сравнению с АЛ-21Ф значительно сложнее. Каждая группа направляющих аппаратов управляется от своего компрессора, температура газа меняет свой уровень при включении охлаждения турбины, увеличена степень дублирования разных функций. Такие усложнения потребовали применения электронного регулятора, на который для более надежной работы двигателя возложены дополнительные функции.
Введение дублирования электронного регулятора поставило ряд новых проблем, и в первую очередь обеспечение совместной работы регуляторов.
Проблему решили в лаборатории топливно-регулирующей аппаратуры — ТРА. В электронный регулятор ввели дополнительные корректирующие контуры, разработанные в Саратове в КБ главного конструктора Н.К. Чекунова.
Су-27 — самолет завоевания превосходства в воздухе над территорией противника. Такой самолет должен иметь большую дальность полета, а следовательно, большой запас топлива. При незапланированной срочной посадке необходимо облегчить самолет быстрым выбросом излишков топлива. Так появилось требование к двигателю о внедрении аварийного слива топлива через форсажную камеру мощным форсажным насосом. На стенде система аварийного слива была отработана без приключений, а на самолете проверка этой системы проводилась на аэродроме, когда наступили глубокие сумерки. При первом включении системы на максимальном режиме сливаемое топливо неожиданно вспыхнуло, осветив при этом всю округу. Вспышка сопровождалась ощущением взрыва. Весь экипаж, обычно присутствующий на «гонке» двигателя, не понимая, что произошло, мгновенно оказался на земле. Для избавления от самопроизвольного воспламенения сливаемого через форсажную камеру топлива были сделаны конструктивные изменения в топливной системе: струя сливаемого топлива стала более компактной, без распыла. На первом вылете летчик Владимир Ильюшин перед посадкой включил аварийный слив. Генеральному конструктору М.П. Симонову по белому облаку от сливаемого топлива показалось, что слив недостаточно интенсивен, о чем он тут же нам и высказал свои сомнения. Но на разборе полета летчик сообщил: «Слив очень интенсивный, и при его форсировании можно «прозевать» и остаться без топлива. Увеличивать интенсивность слива нельзя». Больше генеральный конструктор этот вопрос не поднимал.
А тем временем возникали все новые требования к самолетам и двигателям. Для расширения диапазона скоростей полета в сторону низких величин стал необходим управляемый вектор тяги. С ним можно решить многие проблемы: укороченный разбег при взлете, быстрый вывод самолета из плоского штопора, увеличение маневренности и сверхманевренности. Задачи сложные и для двигателя, и для системы управления самолетом. Для их решении нужны были элементы дублирования и резервирования. Не буду рассказывать о конструктивных и технических подробностях создания управляемого вектора тяги. Его действие можно увидеть на Международной выставке двигателей на ВВЦ (ВДНХ) — экспозиция «Сатурн» и на МАКСе в Жуковском. С управляемым вектором тяги двигатель прошел специальные и длительные испытания, а самолет совершил ряд квалификационных и показательных полетов. Система внедрена в серийное производство, установлена на Су-З0МК, закуплена нашими ВВС и ВВС Индии (Су-З0МКИ). Проходит испытания она и на корабельном варианте самолета Су-33».
В военное представительство в КБ полковник Косолапов Илья Иванович был назначен Приказом Главкома ВВС в марте 1977 года, до этого он служил в строевых частях истребительной авиации и в военном представительстве на Московском машиностроительном заводе — ММЗ «Союз», принимал участие в стендовых и летных испытаниях и проведении государственных стендовых испытаниях двигателя Р15Б-300.
«Поэтому, когда я был представлен генеральному конструктору М3 «Сатурн» Архипу Михайловичу Люльке как новый старший военпред, — вспоминает И.И. Косолапое, — заметил, что ему импонирует то, что я не новичок в нашем деле, и он надеется на правильное понимание роли военного представительства в деле создания новых образцов авиационных двигателей и видит в первую очередь военпредов помощниками в деле осуществления грамотного инженерного контроля на всех этапах создания двигателей.
Несколько позже он высказывал эти мысли о роли и задачах военных представительств в статье газеты «Красная Звезда».
Основным принципом нашей совместной работы было взаимное доверие, не было случаев скрытия от военной приемки выявляемых недостатков по основным параметрам и обнаруженным дефектам, я принимал участие в совещаниях на всех уровнях по вопросам создания двигателей.
Когда определили первый двигатель АЛ-31Ф (изделие «99–06») на 25-часовые стендовые испытания, Архип Михайлович пригласил меня и предложил военному представительству осуществлять контроль в полном объеме в соответствии с требованиями нормативно-технической документации (НТД).
Был издан приказ о введении военного контроля создания двигателей. С этого момента военпред согласовывал техзадание на сборку, испытания, технологические справки и отчеты по результатам испытаний, планы мероприятий по выявлению отклонений, оформление формуляров двигателей на опытную летную эксплуатацию.
После предъявления двигателя АЛ-31Ф на госиспытания появились проблемы с лопатками турбины высокого давления (ТВД). Была форсирована доводка и внедрение рабочей лопатки ТВД с циклонно-вихревым охлаждением, в результате чего успешно были проведены госиспытания и практически эта лопатка, только монокристальная, работает 1000-часовой ресурс.
Продолжая давние традиции сотрудничества между КБ имени П.О. Сухого и КБ имени А.М. Люльки, на Су-27 установили два двухвальных ТРДЦ АЛ-31Ф конструкции Люльки, каждый из которых развивает максимальную форсажную тягу около 12 500 кг. При весе двигателя примерно 1550 кг это выражается в отношении тяги к весу снаряженного двигателя 8:1 — показатель более высокий, чем те, которыми хвасталось большинство (если не все) моделей военных двигателей Запада. Максимальная бесфорсажная тяга двигателя оценивается в 8000–8500 кг.
Двигатель АЛ-31Ф имеет модульную конструкцию и в отличие от других советских военных двигателей рассчитан на большой ресурс в эксплуатации. Двигатель оборудован электронной системой управления подачей топлива, которая поддерживает нужный запас по помпажу при всех полетных условиях и относительных пространственных положениях самолета и гарантирует наилучшую топливную эффективность, внося, таким образом, свой вклад в общие характеристики самолета по дальности и продолжительности полета.
Даже на бесфорсажном режиме Су имеет тяговооруженность примерно 0,8:1 (при боевом весе самолета около 20–21 т), вполне приемлемый показатель, позволяющий самолету иметь отличные летные характеристики.
В облегченном варианте самолет Су-27, имеющий обозначение П-42, установил в 1986–1988 гг. 27 новых рекордов по времени набора высоты, отобрав первенство у самолета F-15. Эти рекорды включают время подъема на высоту 3000 м — 25,373 с, на 6000 м — 36,05 с, на 9000 м — 44,176 с, на 12 000 м — 55,542 с и на 15 000 м — 70,329 с. Превышены все прежние мировые достижения.
Проблема надежного с точки зрения аэродинамики согласования двигателя с планером самолета рассматривалась как один из решающих вызовов, предъявленных конструкторской мыслью с самого начала эры реактивных двигателей. Современная тенденция к созданию высокоманевренного боевого самолета, способного действовать на постоянно увеличивающихся углах атаки, привела к дальнейшему обострению этой проблемы.
Необходимо открыто заявить, что своим Су-27 — «Флэнкером»[5] инженеры КБ им. П.О. Сухого и им. А.М. Люльки продемонстрировали свои наилучшие способности в разрешении противоречий при интеграции двигателя с планером самолета, проявив изобретательность, недоступную для их коллег-профессионалов по обе стороны Атлантики.
Расположение воздухозаборников под передней частью зоны плавного сопряжения фюзеляжа с крылом обеспечило их размещение под широкой плоской поверхностью — там, где и при высоких углах атаки и бокового скольжения воздушный поток приобретает требуемые направленность и равномерность.
Для обеспечения требуемого расхода воздуха через двигатели Су-27 (даже в экстремальных условиях) и чтобы не вызывать ненужных перебоев в работе компрессора воздуховоды сделаны прямыми и короткими и имеют под нижней плоской поверхностью протяженный набор перекрываемых щелевых прорезей типа «венецианских жалюзи». Кроме своего прямого предназначения (дополнять основной поток воздуха с фронтального входного устройства) эти вспомогательные заборники, очевидно, способны обеспечить двигателям почти весь необходимый для их работы расход воздуха.
Блестящее решение проблемы работы двигателя на больших углах не привело к игнорированию конструкторами КБ им. П.О. Сухого характеристик двигателя на больших скоростях полета. Поэтому основные двухмерные многоскачковые (вероятно, два косых скачка плюс один прямой) воздухозаборники выполнены регулируемыми. Являясь определенно более тяжелыми и дорогими, чем нерегулируемые конструкции (как у самолетов F-16 и F/А-18), эти воздухозаборники намного эффективнее и значительно выигрышнее в критических для воздушного боя характеристиках, таких, как максимальная скорость, высота и сверхзвуковой полет.
Дополнительной интересной особенностью воздухозаборников «Флэнкера» является титановая сетка системы защиты двигателя от повреждения посторонними предметами (FOD), которая при убирании шасси складывается вниз заподлицо с нижней частью воздуховода у входа и автоматически поднимается в наклонное положение при выпускании шасси. Вся система выглядит более разумно задуманной и намного лучше в плане инженерного решения, чем аналогичное устройство, примененное в самолете МиГ-29.
При выполнении фигуры «Кобра Пугачева» летчик самолета Су-27 из горизонтального полета со скоростью 400–450 км/ч резко выходит на угол тангажа до 110–120 градусов, а затем отклоняет нос самолета обратно вперед для выхода из маневра. Впечатление такое, как будто кобра поднимает свою голову перед броском. Требуется 2,5 секунды для поднятия носа самолета и около 3 секунд для его опускания в исходное положение. Максимальные аэродинамические перегрузки составляют лишь 3,5–4 единицы. Угол атаки растет с опаздыванием по сравнению с углом тангажа вследствие незначительного набора высоты при выполнении маневра, и скорость гасится с темпом 110 км/ч/с при его полете «плашмя» (нижней плоской поверхностью фюзеляжа вперед).
Что особенно впечатляет в этом маневре, так это эффективность управления самолетом Су-27, что подтверждается отсутствием непроизвольного кренения, способностью летчика быстро останавливать резкое кабрирование на угле атаки, близком к 90 градусам, и его способностью возвращать нос самолета в горизонтальное положение. Самолет не сваливается, и не наблюдается «вождение» носа самолета при полете с минимальной скоростью порядка 170 км/ч.
Такой маневр может быть использован в ситуации преследования самолета в хвост, когда преследуемый самолет может выполнить «Кобру Пугачева» с целью более быстрого торможения, чем его противник, чтобы заставить его проскочить мимо цели. Атакуемый самолет тогда будет иметь возможность зайти в хвост противника и использовать способность ориентации носа самолета на малой скорости полета для нацеливания оружия на самолет противника.
По мнению президента фирмы «Эйдетике» Р.К. Скоу, основные преимущества самолета, способного выполнить фигуру «Кобра Пугачева» на больших углах атаки, проявляются при маневрировании на значительно меньших углах атаки. Для большинства самолетов выход на режим больших углов атаки, соответствующих максимальному коэффициенту подъемной силы, сопровождается значительным ухудшением управляемости, однако Су-27 может выполнять маневры с углами атаки до 90 градусов. Поэтому обладает лучшей маневренностью и при меньших углах атаки. Эта способность самолета может быть использована для достижения победы в ближнем воздушном бою.
Присущие самолету Су-27 характеристики позволяют ему решать совершенно две различные задачи в борьбе с воздушными целями противника. Это ПВО территории и сопровождение самолетов-штурмовиков и бомбардировщиков в глубь территории противника, в частности, всепогодного ударного самолета Су-24 при боевых действиях в Западной Европе или на Аляске. Благодаря двигателям АЛ-31Ф самолет Су-27 продемонстрировал в Ле Бурже очень высокую тяговооруженность, выполняя сложные вертикальные маневры после короткого разбега на взлете.
Советский Союз одержал победу в борьбе за превосходство своих истребителей над истребителями США в небе Ле Бурже. Русским удалось добиться этого с помощью своего самолета, чья перспективная конструкция и легкость в управлении поразили специалистов. Советские конструкторы создали восхитительную машину — самолет Су-27, спроектированный в КБ Сухого, считают авиационные эксперты.
Агентство Рейтер. 15.06.89.
А тем, кто еще не убедился в этом, достаточно было увидеть разинутые рты других летчиков, наблюдавших за полетом, который выполнял Виктор Пугачев…