НК-144

НК-144 — это советский двухконтурный турбореактивный двигатель (ТРДД), разработанный в 1960-х годах в Куйбышевском моторном конструкторском бюро (ныне — ПАО «Кузнецов», входит в Объединённую двигателестроительную корпорацию) под руководством главного конструктора Николая Дмитриевича Кузнецова. Двигатель предназначался для сверхзвукового пассажирского самолёта Ту-144 и стал первым в мире серийным авиационным двигателем, способным обеспечивать длительный сверхзвуковой полёт в крейсерском режиме без использования форсажа. НК-144 отличался высокой степенью двухконтурности для своего класса и сложной конструкцией, включавшей уникальную систему регулирования и смешения потоков.

История создания

Предпосылки и начало разработки

В начале 1960-х годов в СССР было принято решение о создании сверхзвукового пассажирского самолёта (СПС), способного конкурировать с англо-французским проектом «Конкорд». Для такого самолёта требовался принципиально новый двигатель, сочетающий высокую тягу на взлётном режиме с экономичностью на сверхзвуковом крейсерском режиме (около 2 Маха). В 1963 году вышло постановление Совета Министров СССР, поручавшее Куйбышевскому моторному КБ разработку двигателя для Ту-144.

Проектирование и испытания

Работы велись под шифром «изделие 144» (впоследствии — НК-144). Главным конструктором был назначен Н. Д. Кузнецов. Двигатель проектировался как двухконтурный с форсажной камерой, но в процессе разработки от форсажа на крейсерском режиме отказались в пользу более сложной схемы смешения потоков, позволявшей повысить эффективность без дополнительного расхода топлива. Первый стендовый запуск состоялся в 1965 году. В 1967 году двигатель прошёл лётные испытания на летающей лаборатории Ту-95ЛЛ, где подтвердил заявленные характеристики.

Серийное производство и эксплуатация

Серийное производство НК-144 было развёрнуто на Куйбышевском моторостроительном заводе (ныне — ПАО «Кузнецов»). Первый полёт Ту-144 с двигателями НК-144 состоялся 31 декабря 1968 года. Двигатель устанавливался на все серийные самолёты Ту-144 (около 16 единиц, включая опытные образцы). Эксплуатация продолжалась до 1978 года, когда программа Ту-144 была свёрнута. Основной причиной снятия с эксплуатации стали низкая топливная экономичность и высокий уровень шума, не соответствовавшие международным нормам.

Конструкция

Общая схема

НК-144 представляет собой двухвальный ТРДД со смешением потоков наружного и внутреннего контуров за турбиной. Двигатель имеет:

• Осевой 14-ступенчатый компрессор (8 ступеней низкого давления, 6 ступеней высокого давления).
• Кольцевая камера сгорания с 12 форсунками.
• Одноступенчатая турбина высокого давления и одноступенчатая турбина низкого давления.
• Смеситель потоков за турбиной, обеспечивающий смешение горячего и холодного воздуха для повышения тяги и снижения температуры выхлопных газов.
• Регулируемое сопло с изменяемой геометрией (эжекторное) для оптимизации работы на разных режимах.

Система управления

Двигатель оснащался гидромеханической системой автоматического регулирования (САР), которая контролировала подачу топлива, положение лопаток компрессора и геометрию сопла. Для снижения веса использовались титановые сплавы в конструкции компрессора и корпуса.

Характеристики

• Тяга на взлётном режиме: 17 500 кгс (171,5 кН).
• Тяга на крейсерском сверхзвуковом режиме: около 13 000 кгс (127,5 кН).
• Степень двухконтурности: 0,6 (для сравнения — у современных двигателей этот показатель достигает 10–12).
• Удельный расход топлива на крейсерском режиме: 1,22 кг/(кгс·ч) (высокий по современным меркам).
• Длина: 5,7 м.
• Диаметр: 1,5 м.
• Сухая масса: 2 650 кг.

Применение

Самолёт Ту-144

НК-144 был единственным двигателем, устанавливавшимся на серийные Ту-144. Каждый самолёт оснащался четырьмя двигателями, размещёнными попарно в двух гондолах под крылом. Двигатели обеспечивали самолёту крейсерскую скорость 2 300 км/ч (2,15 Маха) и дальность полёта до 6 500 км. Однако из-за низкой экономичности НК-144 реальная дальность с пассажирами и грузом была ниже — около 3 500 км, что ограничивало маршрутную сеть.

Экспериментальные и исследовательские работы

В 1970-х годах на базе НК-144 были созданы модификации для стендовых испытаний, в том числе с увеличенной степенью двухконтурности (НК-144В). Также двигатель использовался для изучения проблем сверхзвукового горения и шумоподавления.

Модификации

• НК-144 — базовая версия для Ту-144.
• НК-144А — модификация с увеличенной тягой (до 18 000 кгс) за счёт форсирования камеры сгорания.
• НК-144В — экспериментальный вариант с повышенной степенью двухконтурности (до 1,0), не пошедший в серию.
• НК-144-22 — версия с изменённой системой управления для испытаний на летающих лабораториях.

Сравнение с аналогами

НК-144 уступал британскому Olympus 593 по удельному расходу топлива и ресурсу, но превосходил его по тяге на взлётном режиме. Основным недостатком советского двигателя была высокая сложность конструкции и низкая надёжность системы управления.

Критика и проблемы

Топливная экономичность

НК-144 имел один из самых высоких удельных расходов топлива среди сверхзвуковых двигателей своего времени. Это делало эксплуатацию Ту-144 нерентабельной: на маршруте Москва — Алма-Ата (около 3 000 км) самолёт расходовал до 80 тонн топлива, что вдвое превышало расход «Конкорда» на аналогичной дистанции.

Шум и экология

Двигатель создавал высокий уровень шума (до 120 дБ на взлёте), что не соответствовало международным нормам ИКАО, введённым в 1970-х годах. Кроме того, выбросы оксидов азота и углеводородов были выше, чем у современных двигателей.

Надёжность

В процессе эксплуатации отмечались отказы системы управления, особенно в условиях высоких температур и вибраций. Несколько инцидентов с двигателями (в том числе — пожар на борту Ту-144 в 1973 году во время показательного полёта в Ле-Бурже) привели к ужесточению требований к безопасности.

Интересные факты

• Двигатель НК-144 стал первым в мире серийным ТРДД, работавшим на сверхзвуковых скоростях без форсажа. Это достигалось за счёт смешения потоков и оптимизации геометрии сопла.
• Конструкция НК-144 была настолько сложной, что для её обслуживания на земле требовалось до 12 человек технического персонала на один двигатель.
• В 1970-х годах на базе НК-144 разрабатывался проект двигателя для гиперзвукового самолёта (НК-144Г), но работы были прекращены из-за закрытия программы Ту-144.
• Один из сохранившихся экземпляров НК-144 экспонируется в Центральном музее Военно-воздушных сил РФ в Монино.

Источники

• Кузнецов Н. Д. «Авиационные двигатели: теория и конструкция». — М.: Машиностроение, 1975.
• Громов В. И. «Сверхзвуковые пассажирские самолёты: история и перспективы». — М.: Наука, 1985.
• Технический отчёт ОКБ-276 (Куйбышевское КБ) по двигателю НК-144, 1968.
• Журнал «Авиация и космонавтика», № 3, 1970. — Статья «Двигатель НК-144: конструкция и испытания».
• Данные из открытых архивов ПАО «Кузнецов» (Самара).