НК-12

НК-12 — это семейство советских и российских турбовинтовых двигателей, разработанных в ОКБ-276 (ныне — ПАО «Кузнецов», Самара) под руководством Николая Дмитриевича Кузнецова. Двигатель является одним из самых мощных турбовинтовых двигателей в мире, устанавливался на стратегический бомбардировщик Ту-95 и его модификации, а также на военно-транспортный самолёт Ан-22 «Антей». Производство серийных модификаций началось в 1950-х годах и продолжается по настоящее время в виде ремонтных и модернизированных версий.

История создания

Предпосылки

В середине 1940-х годов в СССР возникла потребность в создании межконтинентального стратегического бомбардировщика, способного нести ядерное оружие и достигать территории США. Разработка такого самолёта (будущего Ту-95) была поручена ОКБ А. Н. Туполева. Для обеспечения требуемых лётно-технических характеристик — дальности полёта около 15 000 км и крейсерской скорости не менее 800 км/ч — требовался двигатель исключительной мощности.

Разработка

В 1949 году ОКБ-276 (главный конструктор Н. Д. Кузнецов) получило задание на создание турбовинтового двигателя мощностью около 12 000 л. с. Работы велись на базе опыта, полученного при изучении трофейных немецких газотурбинных двигателей (в частности, Jumo 012 и BMW 018). В результате был спроектирован двигатель ТВ-12, который после успешных испытаний в 1952 году был запущен в серийное производство под обозначением НК-12 (НК — «Николай Кузнецов»).

Первые полёты Ту-95 с двигателями НК-12 состоялись в 1952 году. В 1955 году самолёт был принят на вооружение. В дальнейшем двигатель неоднократно модернизировался, его мощность возросла до 15 000 л. с. в версии НК-12МВ и до 18 000 л. с. в версии НК-12МП.

Конструкция

Общая схема

НК-12 представляет собой одновальный турбовинтовой двигатель с двухкаскадным центробежным компрессором, кольцевой камерой сгорания и трёхступенчатой турбиной. Отличительной особенностью является разделение воздушного потока: часть воздуха поступает в компрессор, а часть — в кольцевой канал вокруг двигателя для охлаждения турбины и создания дополнительной тяги.

Основные узлы

• Компрессор: 14-ступенчатый осевой компрессор с регулируемыми направляющими аппаратами на первых ступенях. Степень повышения давления — около 9,5.
• Камера сгорания: кольцевая, с 12 форсунками. Обеспечивает равномерное сгорание топлива при высоких температурах.
• Турбина: трёхступенчатая осевая, с охлаждаемыми лопатками первых ступеней. Рабочая температура газа на входе в турбину — до 850 °C.
• Выходное устройство: сопло с регулируемым сечением, обеспечивающее дополнительную реактивную тягу (до 10% от общей мощности).

Редуктор

Двигатель оснащён планетарным редуктором, который понижает обороты вала турбины (около 8000 об/мин) до оборотов воздушного винта (около 750 об/мин). Редуктор — один из самых нагруженных узлов, его масса составляет около 800 кг. Для смазки редуктора и подшипников используется масляная система с принудительной циркуляцией.

Воздушный винт

НК-12 работает в паре с двумя четырёхлопастными соосными воздушными винтами противоположного вращения (диаметр — 5,6 м). Такая схема позволяет эффективно преобразовывать мощность двигателя в тягу при относительно небольших габаритах винтов. Лопасти винтов — металлические, с изменяемым шагом, управляются гидравлической системой.

Модификации

Серийные

• НК-12 (ТВ-12) — базовая версия мощностью 12 000 л. с. (1952 г.).
• НК-12М — модернизированная версия с увеличенной до 14 000 л. с. мощностью (1955 г.).
• НК-12МВ — версия для Ту-95МС с повышенной надёжностью и ресурсом (мощность — 15 000 л. с.).
• НК-12МП — наиболее мощная серийная версия (18 000 л. с.), устанавливалась на Ан-22 «Антей» и Ту-95МСМ.
• НК-12МА — версия для пассажирского самолёта Ту-114 (мощность — 15 000 л. с.), отличалась пониженным уровнем шума.

Экспериментальные

• НК-12СТ — стационарная версия, использовавшаяся в качестве газотурбинного привода для газоперекачивающих агрегатов (мощность — 10 000 л. с.).
• НК-12Э — версия с электрогенератором для наземных энергоустановок.

Применение

Авиация

Основным носителем двигателей НК-12 является стратегический бомбардировщик Ту-95 (все модификации: Ту-95, Ту-95МС, Ту-95МСМ). Самолёт оснащается четырьмя двигателями НК-12, что обеспечивает ему максимальную скорость до 830 км/ч и практическую дальность до 15 000 км. Ту-95 остаётся на вооружении Воздушно-космических сил России и является ключевым элементом стратегической авиации.

Военно-транспортный самолёт Ан-22 «Антей» также оснащался четырьмя двигателями НК-12МП. Благодаря их мощности самолёт мог перевозить до 80 тонн груза на расстояние до 5000 км. Ан-22 эксплуатировался в СССР и России, а также в некоторых других странах.

Пассажирский лайнер Ту-114 (дальнемагистральный, 1957 г.) использовал двигатели НК-12МА. Самолёт совершал рейсы из Москвы в Хабаровск и Нью-Йорк, однако из-за высокого уровня шума и вибраций был выведен из эксплуатации в 1970-х годах.

Наземное применение

Двигатели НК-12 в модификации НК-12СТ использовались в качестве привода для газоперекачивающих агрегатов на магистральных газопроводах. Такие установки работают на природном газе и обеспечивают перекачку газа на расстояния до 1000 км. В 2000-х годах часть двигателей была модернизирована.

Характеристики (НК-12МП)

Эксплуатационные особенности

Шум и вибрации

Двигатели НК-12 известны своим характерным низкочастотным гулом и высоким уровнем шума (до 130 дБ на взлёте). Это связано с работой соосных винтов большого диаметра и особенностями конструкции редуктора. Для снижения шума в пассажирских версиях (Ту-114) применялись дополнительные звукоизоляционные материалы, но полностью устранить проблему не удалось.

Надёжность

Несмотря на возраст конструкции, НК-12 отличается высокой надёжностью. Двигатели проходят регулярные ремонты и модернизации, что позволяет поддерживать их в рабочем состоянии. Зафиксированы случаи работы двигателей с наработкой более 10 000 часов без капитального ремонта.

Эксплуатация в условиях низких температур

Двигатели НК-12 адаптированы для работы в условиях Арктики и Сибири. Они оснащены системами подогрева масла и топлива, а также противообледенительными устройствами.

Современное состояние

По состоянию на 2020-е годы двигатели НК-12 продолжают эксплуатироваться на самолётах Ту-95МС и Ту-95МСМ Воздушно-космических сил России. Производство новых двигателей не осуществляется, однако ПАО «Кузнецов» проводит ремонт и модернизацию существующих агрегатов. В 2015 году была начата программа модернизации НК-12 до версии НК-12МПМ (с увеличенным ресурсом и улучшенными характеристиками).

В наземном применении двигатели НК-12СТ используются на газоперекачивающих станциях, в основном в Сибири и на Дальнем Востоке. Часть из них была заменена на более современные газотурбинные установки, однако некоторое количество продолжает работать.

Интересные факты

• Двигатель НК-12 является самым мощным турбовинтовым двигателем в мире, превосходя по мощности американский Pratt & Whitney T34 (6 000 л. с.) и британский Rolls-Royce Tyne (6 100 л. с.).
• Звук работы НК-12 на взлёте слышен на расстоянии до 10 км. Некоторые пилоты сравнивают его с «рёвом медведя».
• На базе НК-12 создавались экспериментальные газотурбинные установки для железнодорожного транспорта (газотурбовозы ГТ-101 и ГТ-102), однако они не пошли в серию.
• Двигатель НК-12 использовался в качестве привода для газоперекачивающих агрегатов на газопроводе «Уренгой — Помары — Ужгород» (1980-е годы).

Источники

• Кузнецов Н. Д. «Авиационные двигатели ОКБ-276». — Самара: Самарский научный центр РАН, 1999.
• Арлазоров М. С. «Самолёты Туполева». — М.: Машиностроение, 1973.
• Техническое описание двигателя НК-12МП. — Куйбышев: ОКБ-276, 1965.
• Журнал «Крылья Родины», № 5, 2005. «Турбовинтовой гигант НК-12».
• ПАО «Кузнецов». Официальный сайт (раздел «Продукция»).