Юный техник, 2003 № 04 - Журнал «Юный техник»

Лучше всех получился турбовинтовой двигатель Н.Д.Кузнецова. Возможно, немаловажную роль в успехе Н. Кузнецова сыграло то обстоятельство, что после капитуляции Германии Н.Кузнецов возглавлял работу конструкторского бюро, в работе которого принимали участие немецкие специалисты, обогнавшие к тому времени в деле создания реактивных двигателей весь мир на добрых десяток лет.

Однако двигатель Кузнецова обладал уникальными характеристиками. В 1956 году он показал взлетную мощность 12 500 л.с. при весе 2900 кг и расходе топлива 165 г/л.с. в час, а через два года расход топлива на крейсерской скорости снизили до 158 г/л.с. в час, а взлетную мощность повысили до 15 000 л.с. Это был самый мощный, экономичный и легкий двигатель в мире. Таким он остается и сегодня. Двигателю присвоена марка НК-12. Самолеты-ракетоносцы Ту-95 (рис. 4), оснащенные им, вот уже 50 лет стоят на вооружении.

В отличие от американского В-52, они никогда не применялись в боевых операциях. Их боевые дежурства лишь служили грозным предупреждением.

Рассмотрим схему турбовинтового двигателя НК-12 (рис. 5).

Рис. 5. Устройство турбовинтового двигателя НК-12:

1 — соосные винты; 2 — редуктор; 3 — компрессор; 4 — камера сгорания; 5 — газовая турбина.

Основная часть тяги в нем создается двумя соосными винтами, вращающимися в противоположные стороны. Это повышает их КПД и позволяет заметно снизить диаметр. Винты получают энергию от газовой турбины. Поскольку она вращается в десять раз быстрее, чем это нужно винтам, между ними и турбиной стоит понижающий редуктор. Он передает мощность в 15 000 л.с., но по размерам не больше коробки передач крупного автомобиля. Далее следуют компрессор и турбина.

Эти узлы сильно влияют друг на друга. Например, плохо сделанный компрессор отнимет на себя значительную часть мощности турбины, если же и турбина плохо работает, то на полезную мощность останется совсем мало. Поэтому Николай Дмитриевич улучшал все одновременно. По его инициативе была применена новая методика расчета. Это позволило довести внутренний КПД турбины до 93 %, а компрессора — до 88 %. Такое высокое качество этих агрегатов еще никем не превзойдено.

Между лопатками турбины и корпусом двигателя часто был зазор, через который бесполезно уходила значительная часть потока газов. Зазор этот оставляли нарочно, чтобы лопатки, удлиняясь от нагревания, не коснулись корпуса и не сломались. Н.Д.Кузнецов покрыл корпус мягким металлом и позволил лопаткам прирабатываться к своему месту. Утечки газов снизились во много раз. Эти и многие другие меры позволили довести совершенство двигателя до таких пределов, которые, как сказано, никто в мире не смог превзойти.

Однако двигатель НК-12 на протяжении многих десятилетий модифицировали, приспосабливали для новых целей.

Так, например, для пассажирского самолета Ту-114 и гигантского военно-транспортного самолета «Антей» важнее всего был ресурс двигателя — возможность долго работать без ремонта. Его увеличили, немного утяжелив двигатель. С 1972 года в нашей стране началось строительство экранопланов — гигантских самолетов, летящих низко над морем на воздушной подушке (рис. 6). На них стояли варианты НК-12, приспособленные к работе в морских условиях.

Рис. 6

Места добычи нефти, газа, как правило, находятся далеко от дорог и обжитых мест. Но для перекачки добываемого на них топлива требуются мощности в десятки тысяч киловатт. Доставлять в такие места паровые турбины или дизели очень дорого из-за их большого веса.

С 1964 года начали создавать варианты НК-12, способные работать на нефти и газе. Некоторые из них оснащены подшипниками с магнитной подвеской. Вал ротора вращается, совсем не касаясь стенок. При этом он, естественно, не изнашивается. Некоторые из таких установок с двигателем НК-12 проработали без ремонта более ста тысяч часов.

Несколько слов о человеке, создававшем эти замечательные двигатели. Родился Николай Кузнецов 23 июня 1911 года. Его детские годы прошли под Ташкентом. В 1923 году семья переехала в Подмосковье, в село Семеновское, где жил его дед, работавший кузнецом. В возрасте четырнадцати лет, закончив школу, Николай пошел на курсы трактористов и начал с друзьями строить аэросани. Потом поступил на моторостроительное отделение авиационного техникума. Дальше его жизненная карьера развивается стремительно.

Страна искала и поддерживала молодых людей с хорошими руками и головой. Осенью 1932 года Николай Кузнецов сдал экзамены в Военно-воздушную академию имени Н.Е.Жуковского. Там освоил прыжки с парашютом и получил свидетельство пилота. В апреле 1941 года Николай Кузнецов защитил диссертацию по теории прочности авиадвигателя.

Она отличалась такой новизной, что некоторые академики предложили зачесть ее как докторскую. Но ученый совет решил, что автор слишком молод…

Впоследствии он стал и доктором, и академиком, генеральным конструктором и получил звание генерал-лейтенант-инженер, успев за свою долгую жизнь создать ряд двигателей для сверхзвуковых самолетов и даже для первой лунной ракеты Н-1 (см. «Коллекцию «ЮТ»). Но об этом речь впереди.

А. ИЛЬИН

ПРОЕКТЫ

Повторение непройденного

Не так давно мэр Москвы Ю.М. Лужков выдвинул предложение вернуться на новом уровне к разработанному в 80-х годах XX века проекту использования части водостока северных рек для орошения засушливых районов Центральной Азии. О чем речь? Зачем это нужно?

Уровень цивилизации измеряют обычно достижениями в культуре, науке, технике. И действительно, жизнь немыслима сегодня без радио и телевидения, без машин и самолетов. Только пользуясь всеми этими благами прогресса, не стоит забывать, что ни ракету, ни автомобиль, ни даже простейшую шариковую авторучку не произвести без… обычной воды.

Расходы воды в государстве столь велики, что статистика, описывая их, оперирует не литрами или тоннами, а кубическими километрами — миллиардами кубометров! И вот какая получается картина.

На сельское хозяйство и питьевые нужды в России расходуется 14 куб. км воды в год. Думаете, это главный расход?

Нет, на нужды промышленности из рек и озер человек забирает вчетверо больше — 56 куб. м. Из них 36 используется для охлаждения тепловых электростанций. Остальная вода тратится на различные отрасли промышленности.

Здесь тоже есть цифры, способные вызвать немалое удивление. Например, на получение тонны стали нужно, оказывается, 150 т воды, а тонны никеля — 4000 т. На изготовление тонны бумаги требуется 600–800, а синтетического волокна (это к разговору о шариковых ручках) — до 5000 т воды!

Отметим, что значительную часть этой воды мы забираем у природы временно и возвращаем обратно в загрязненном виде. Но это уже особая тема.

Всего же народное хозяйство России, как вы, наверное, подсчитали, сегодня потребляет 70 куб. км воды в год. Много это или мало? Судите сами: чтобы вместить всю эту воду, нужно построить кубический бак с ребром чуть более 4 км!

С другой стороны, это немного по сравнению с общими запасами воды в России. Часть рек, из которых мы получаем воду, начинаются в горах и завершают свой путь в лесах, долинах и озерах. Но многие, к примеру, Волга, Енисей, Лена, ежегодно отдают свою воду морям и океанам в количестве 3890 куб. км, а на хозяйство уходит не более одного процента имеющейся в стране воды. Так что в России воды даже больше, чем нужно. Плохо только, что распределена она очень неравномерно.

Западная Сибирь, например, постоянно страдает от ее избытка. Значительная часть ее территории весной затапливают воды рек, стекающих в Ледовитый океан. Они смывают с лица земли поселки, а порою и города. И хотя Западная Сибирь по всем меркам территория огромная, мест, пригодных для земледелия, там не больше, чем в Англии, поскольку после паводков остаются болота.

Взгляните на карту. Как много болот в этих местах! Для сельского хозяйства они непригодны, для транспорта — непреодолимая преграда. Кроме того, болота — настоящий рассадник комаров. Каждый квадратный метр болота порождает их за лето около… миллиарда!

Для нас с вами все комары одинаковы. Но энтомологи различают среди них более шестидесяти пород, сменяющих друг друга за лето. Мази, ультразвуковые пищалки, одеколоны и прочие средства эффективны против одного-двух видов, а их вон сколько.

И как бы ни казалась «комариная проблема» мелкой, из-за них летний прирост веса крупного рогатого скота на четверть меньше, чем в средней полосе. А у привычных к этому «зверю» сибиряков летом производительность труда снижается в 1,5–2 раза.