Читать книгу "Битва за скорость. Великая война авиамоторов - Валерий Августинович"

Такое радикальное (в два раза) уменьшение числа ступеней турбокомпрессора с сохранением кпд стало возможным только на базе развитого математического моделирования аэродинамики, или 3D (трехмерных) моделей течения. Чисто экспериментальным способом синтезировать сложные конфигурации профилей лопаток было бы невозможно. Здесь и США, и Европа опередили нас и, надо сказать, по нашей же недальновидности (т. е. недальновидности нашей системы управления авиационной наукой). Предпосылки же для создания отечественной системы проектирования в виртуальной трехмерной реальности были начиная с середины 1970-х гг.

Европейский самолет воздушного боя «Тайфун». Фарнборо-2008.

В 1976 г. ученый из Харькова В.Н. Гнесин впервые опубликовал статью с инновационной разработкой трехмерной нестационарной модели статор-ротор взаимодействия в ступени турбины, на базе которой можно было создать ту самую виртуальную реальность. Учитывая высокий уровень советской научной школы в области газовой динамики, задача была вполне решаема, если бы… такая задача была поставлена и создана сетевая система разработчиков (по европейскому типу) для ее решения. Но, как всегда, тогда победила научная бюрократия и связанная с ней ведомственная амбициозность.

Двигатель EJ-2000 для европейского истребителя «Тайфун»: вид со стороны створчатого регулируемого сопла. Фарнборо-2008.

В этом раунде «войны моторов» победу за первенство по очкам можно присудить американцам. Но… борьба продолжается. Играть в высшей лиге само по себе престижно, пусть и не на первом месте. Ведь задачи обеспечения обороноспособности в воздушном пространстве никуда не исчезли. Проблемой же в России, как всегда, остается внятная и просчитанная стратегия на годы вперед с учетом имеющихся возможностей. Какие самолеты нам нужны? В каком количестве? Раньше в эпоху СССР было «проще»: смотрели на соперника — США и делали с некоторым лагом (5–8 лет) то же, что и он. Теперь пора думать самостоятельно.

Стратегии развития США и России принципиально разные. Экономика США основана на капитализации ее политической мощи, для чего необходимо иметь превосходство в вооруженных силах над всеми странами мира. Ведь с нормальной экономической точки зрения поведение США абсурдно: при дефиците торгового баланса и бюджетном дефиците производить гигантские затраты на вооружение. Но все становится логичным, если принять другую модель развития — как гаранта сохранности мировых денег за счет военно-политической мощи. Особенно в периоды мировых экономических рецессий или политических нестабильностей. Для этого их даже можно создавать искусственно в различных регионах мира. Тогда повышенные риски для бизнеса направляют денежные ресурсы в надежную гавань Уолл-стрита. В этом случае бюджетный дефицит покрывается выпуском гособлигаций, которые за доллары выкупают остальные страны. Доллары же эти страны получают за продажу своих товаров в США. Так доллары возвращаются в экономику США, где они поддерживают потребительский спрос. Круг (военная мощь — дефицит бюджета — облигации, гарантированные мощью — импорт излишней мировой ликвидности — сохранение и приращение военной мощи) замыкается, а долг по типу карточного записывается «на манжете». Поскольку часть капитала всегда существует в накопительной форме (пенсионные фонды, страховые, сбережения граждан и т. п.), то для нее неважно, в чем она монетизирована. США — это всемирный банк. Правительство же гарантирует покупку своих облигаций, т. е. превращение их в конвертируемую валюту в любой момент. Но одновременное предъявление гособлигаций США к оплате обрушит мировую экономику, что не выгодно никому. В фазы кризисов капиталы уходят в доллары и золото, а в фазы развития — в акции и нефтяные фьючерсы. Так и живут. А вот всем остальным странам приходится жить экономически, т. е. без бюджетного дефицита с ограничениями затрат на оборону.

На сегодня последним достижением техники в области авиационных двигателей для самолета воздушного боя является двигатель F-136 совместной разработки лидеров авиамоторостроения «Дженерал Электрик» и «Роллс-Ройс». Хотя от него пока отказались при выборе двигателя для JSF F-35, но с точки зрения инновационности этот двигатель на сегодня является самым интересным. Кратким его описанием мы и закончим этот раздел книги. Здесь же мы увидим, что инновационное развитие авиационных двигателей выдыхается — они уже не могут радикально улучшить характеристики самолета как системы вооружения в целом. Главную роль здесь играет информационное обеспечение, радар (например, с активной фазированной, или фасеточной, решеткой) и само вооружение.

Прежде всего — о размерности двигателей этого назначения. Взлетный вес современного самолета воздушного боя установился уже довольно давно — еще в 1970-е гг. (20–30 тонн). Соответственно и размерность (тяга) двигателя тоже не претерпевает сильных изменений: 15–18 тонн — вот ее уровень. Вариации зависят в том числе и от выбранного количества двигателей на самолете: два или один. В нашей стране уже давно перешли на двухдвигательные самолеты, даже легкие типа МиГ-29, а в США до сих пор идут на риск применения одного двигателя на легких самолетах (F-16, JSF F-35). При этом в случае отказа двигателя в полете самолет, как правило, теряется. Так, одно время каждый месяц ВВС США теряли в среднем по одному однодвигательному самолету F-16. Недавно на авиашоу МАКС-2009 автор этих строк был свидетелем отказа двигателя во время выполнения показательного пилотажа, о чем было объявлено по радио, на французском самолете Альфа-Джет пилотажной группы «Патруль де Франс», после чего самолет благополучно приземлился на полосу — на самолете было два двигателя. Что было бы при наличии одного двигателя на этом самолете, нетрудно представить.

Но речь здесь идет не о самолете, а о двигателе. А вот двигатель F-136 представляет выдающийся инновационный продукт сам по себе. Научно-технический задел по нему разрабатывался давно (с 1970-х гг.) по различным федеральным программам, а начиная с 1994 г. по специальной федеральной программе Министерства обороны США, так называемой программе IHPTET (integrated high- performance turbine-engines program, т. е. «программа разработки газотурбинного двигателя с высокими характеристиками»). Эта программа предусматривала интеграцию всех существующих инновационных технологий, включая композиционные материалы, достижения в аэродинамике и т. д. в готовый продукт — двигатель с характеристиками (отношение тяги к весу, минимальное количество деталей и соответственно стоимость и др.), превосходящими существующие аналоги. Наиболее оригинальным был вариант двигателя для самолета, способного взлетать вертикально, хотя предусматривались варианты двигателя и для самолета обычного взлета и посадки.

Имея «стандартную» степень двухконтурности для такого типа машин (0,4–0,5), этот двигатель имеет компрессор, обеспечивающий очень высокую степень сжатия 35 всего в восьми (!) ступенях (схема 3+5, т. е. три вентиляторные ступени и пять ступеней компрессора). Соответственно турбина выполнена по схеме 1 +3, т. е. одна ступень приводит компрессор и три — вентилятор двигателя (одна ступень) и подъемный вентилятор (две ступени). Но при этом на двигателе широко используется механизация не только компрессора (все лопаточные венцы статора поворотные), но и, что инновационно, турбины высокого давления (механически изменяется площадь соплового аппарата) — достижение при разработке двигателя изменяемого цикла.