ВК-1 (РД-45) — первый советский турбореактивный двигатель, производившийся серийно.
Технические характеристики:
Длина, мм 2640
Диаметр максимальный, мм 1273
Масса сухая, кг 872
Удельный расход топлива на крейсерском режиме, кг/кгс·ч 1,07
Расход воздуха через компрессор, кг/с 48,2
Степень повышения давления в компрессоре 4,2
Температура газа перед турбиной, °C 897
Взлётная тяга, кгс 2700
Двигатель ВК-1 и его модификации устанавливался на самолеты:
ВК-1 — базовый. Устанавливался на самолётах Ла-176, Ла-200, МиГ-15бис, Як-50.
ВК-1А — доработанный. Ресурс увеличен до 150 часов, а с 6 серии — до 200 часов. Устанавливался на самолётах Ил-28, МиГ-17, Ту-14.
ВК-1Ф — с форсажной камерой (первый в СССР). Тяга на форсаже составила 3380 кгс (форсаж длился до 3 минут). Выпускался в 1951-1958 годах. Устанавливался на самолёте МиГ-17Ф, МиГ-17ПФ.
Lis-5 — польский вариант ВК-1Ф. Устанавливался на истребителе Lim-5 (копия МиГ-17Ф) и его модификациях.
WP-5 — китайский вариант ВК-1Ф. Выпускался с июня 1956 года. Устанавливался на истребителе J-5 (копия МиГ-17Ф) и его модификациях.
WP-5A — китайский вариант ВК-1А. Выпускался с 1957 года. Устанавливался на бомбардировщике H-5 (копия Ил-28).
Серийно выпускался с 1949 г. на моторостроительных заводах в Москве, Перми и Уфе. Производство прекращено в 1958 году. Всего было изготовлено около 20 тыс. двигателей.
Разработка ОКБ-117 под руководством В.Я.Климова (позже Ленинградское НПО им. В.Я. Климова) . Разрабатывался с 1946 года.
История создания и особенности конструкции:
Разработка турбовинтового двигателя ВК-1 началась в 0КБ-117 под руководством В.Я.Климова летом 1946 года. Он являлся развитием двигателя РД-45Ф (лицензионной копии Роллс-Ройс "Нин-II" (Nene)). Была поставлена задача увеличить тягу двигателя на 30%. Одновременно был учтён опыт эксплуатации РД-45. В конструкцию были внесены следующиее изменения: увеличена камера сгорания, изменены лопатки турбины, установлено выходное устройство трубного типа. Эскизный проект был готов в 1947 году. Доводка двигателя проходила достаточно быстро. В начале 1949 года были завершены Государственные испытания и 14 мая вышло Постановление СМ СССР №1889-699 о запуске ВК-1 в серийное производство на моторостроительных заводах в Москве, Перми и Уфе. За создание двигателя ВК-1 в 1949 году В.Я.Климову, С.П.Изотову и Н.Г.Костюку была присуждена Сталинская премия 1 степени.
ВК-1 представляет собой одновальный турбореактивный двигатель с одноступенчатым двухсторонним центробежным компрессором, 9 индивидуальными трубчатыми камерами сгорания и одноступенчатой турбиной. На модификации ВК-1Ф установлена форсажная камера.
Первоначально ресурс ВК-1 составлял 100 часов. Затем он был доведён до 150 часов, позже — до 200 часов. Серийное производство продолжалось до 1958 года. Выпускался по лицензии в Китае, Польше, Чехословакии. Всего изготовлено около 20000 двигателей семейства ВК-1. На базе ВК-1 были разработаны опытные двигатели ВК-5, ВК-5Ф, ВК-7. Отработавшие лётный ресурс двигатели применяются на тепловых машинах АИСТ-5ВМ, АИСТ-5ТМ, ТМ-59, ТМГ-3, ТМС-65, пожарной машине АГВТ-100(157).
Один из героев Корейской войны и кавалер многих боевых орденов Б.С. Абакумов отзывался о супернадежности двигателя ВК-1: "Надо сказать, что при резком маневрировании в группе очень трудно держаться ведомым в строю, когда у всех двигатели работают на максимале, а тем более, если допустишь малейший "зевок" в маневре. Тут могли выручить или маневр скоростью без увеличения тяги двигателя за счет незначительного снижения по вертикали, или мощь безотказного двигателя. Особенно это относится к ВК-1, установленному на МиГ-15бис. На максимальном режиме он мог работать почти весь полет. И чем дольше работал, тем лучше тянул. Даже когда по 8 лопаток турбины выбивало осколками или пулями, "Владимир Климов-1" продолжал надежно и устойчиво работать. Так было у Г.И. Геся, проведшего почти весь бой с разбитыми лопатками турбины и только на выравнивании при посадке почувствовавшего, что двигатель заклинило".
За создание двигателя ВК-1 в 1949 г. руководителям завода — В.Я. Климову, С.П. Изотову и Н.Г. Костюку — была присуждена Сталинская премия 1-й степени.
Этот материал находился в редакциях журналов “Авиация и космонавтика” и “Крылья родины” и готовился к опубликованию еще в 1992 году в честь 100-летия со дня рождения В.Я.Климова. Но одни члены редакции “потеряли” статью при переезде редакции в другое здание, а другие оказались лично заинтересованы в ее невыходе и приватизировали материал в духе того времени. Здесь она будет опубликована в прежнем виде, чтобы показать какая масса знаний в ней содержалась.
В июле 2002 г. исполнится 110 лет со дня рождения выдающегося конструктораавиационных двигателей академика дважды Героя Социалистического Труда четыреждылауреата Государственной премии СССР генерал-майора Владимира Яковлевича Климова.Это имя знакомо авиационным специалистам всего мира. В годы Великой Отечественной войны большая часть истребителей (самолеты Як, ЛаГГ), а также основные фронтовые бомбардировщики (СБ, Пе-2) и их модификации, были оснащены двигателями,созданными под его руководством: М-100, М-103, ВК-105, ВК-107 и большим числом ихмодификаций. За их создание еще в 1940 г. ему было присвоено звание Героя Социалистического Труда.
В.Я.Климов умер в сентябре 1962 г. В 1957 г. он удостоен звания ГерояСоциалистического Труда во второй раз. Но что же создано В.Я. Климовым за годы после войны? Познание значительной части авиационных специалистов ограничиваетсятурбореактивными двигателями с центробежными компрессорами РД-45 и ВК-1, созданными в конце 40-х годов. До сих пор этот период деятельности не освещен.
Первая работа ОКБ Главного конструктора В.Я.Климова в области реактивных двигателей приходится на 1945 г. В это время ОКБ находилось в Уфе, куда оно было эвакуировано из Рыбинска. Предстояло досконально изучить трофейные немецкие ТРД ЮМО-004Б, разработать их чертежи и организовать серийное производство. Все работы осуществлялись под непосредственным руководством Н.Д.Кузнецова - первого заместителя В.Я.Климова. Серийно этот ТРД выпускался под обозначением РД-10 с 1946 г. для истребителей Як-15 и ряда опытных самолётов.
В июне 1946 г. инициатива В.Я.Климова воплотилась в решение правительства об организации в Ленинграде на заводе №466 нового ОКБ под его руководством. В.Я.Климову, также как и другим Главным конструкторам А.А.Микулину и А.М.Люльке, поставлена задача по созданию отечественных реактивных двигателей. В октябре 1946г. началось проектирование турбореактивного двигателя ВК-1. Исходными данными послужили публикации в журналах и фотографии английского ТРД "Нин"1, в том числе его продольного разреза. Было решено создать на его основе конструктивно подобный двигатель с увеличенной на 30% тягой при неизменных габаритных размерах и расходе топлива.
В этом же году В.Я.Климов в составе группы специалистов посещает Англию для ознакомления с образцами реактивных двигателей. Англия к этому времени стала ведущей в мире в данной области. Результатом этой поездки стала покупка около 60 двигателей "Дервент"5 и "Нин"1 для изучения их советскими специалистами и обеспечения возможности проектно-конструкторских работ по реактивным самолетам до появления аналогичных отечественных двигателей. "Нин"1 конструктивно подобен двигателю "Дервент"5, но имеет большие габариты, большую производительность центробежного компрессора, а значит и большую (на 450 кГ) тягу при одинаковых удельных расходах топлива. В 1947-48 годах эти двигатели были установлены на опытные образцы новогопоколения реактивных самолетов Ту-77, Ту-73, Ту-78, Ла-168, Ла-174, МиГ-15, И-212, И-215 и др.
В ОКБ В.Я.Климова развернулись работы по созданию на основе закупленных двигателей более мощных и более совершенных образцов. Но на создание нового двигателя требуется несколько лет, а самолетостроители ждать не могли. Поэтому постановлением правительства в феврале 1947 г. В.Я.Климов с группой своих конструкторов откомандировывается в Москву и назначается главным конструктором ОКБ завода № 45. Задачей ОКБ-45, причем срочной, определено воспроизведение двигателя "Нин"1, выпуск его рабочих чертежей и организация серийного производства под названием РД-45 (название двигателя соответствует номеру завода). Рабочие чертежи должны быть готовы к середине апреля 1947 г. Аналогичная задача поставлена перед ОКБ завода № 500 (Главный конструктор В.М.Яковлев) по воспроизведению двигателя "Дервент"5 под названием РД-500.
В 1947 г. ленинградское ОКБ В.Я.Климова выделяется из завода в самостоятельное ОКБ-117. Одновременно с созданием ВК-1 на основе двигателя "Дервент"5 началось проектирование одного из первых в стране турбовинтового двигателя ВК-2.
Здесь необходимо подчеркнуть, что в Англии было закуплено именно определенное количество двигателей "Нин" и "Дервент", а не лицензия на их производство, как это часто упоминается в литературе. В случае лицензии задача состояла бы в основном в налаживании серийного производства. В данном же случае требовалось произвести изучение конструкции и характеристик двигателя, поверочные расчеты, определить структуру и марки материалов для изготовления деталей и разработать технологии получения этих материалов, подготовить рабочие чертежи и другую техническую документацию для производства и эксплуатации двигателей.
В этой статье вернемся к моим любимым двигателям. Я уже говорил о том, что турбореактивный двигатель в современной авиации – основной. И упоминать его в той или иной теме мы еще будем часто. Поэтому пришла пора окончательно определиться с его конструкцией. Конечно же не углубляясь во всевозможные дебри и тонкости:-). Итак авиационный . Каковы основные части его конструкции, и как они взаимодействуют между собой.
1.Компрессор 2.Камера сгорания 3.Турбина 4. Выходное устройство или реактивное сопло.
Компрессор сжимает воздух до необходимых величин, после чего воздух поступает в камеру сгорания, где подогревается до необходимой температуры за счет сгорания топлива и далее уже получившийся газ поступает на турбину, где отдает часть энергии вращая ее (а она, в свою очередь компрессор), а другая часть при дальнейшем разгоне газа в реактивном сопле превращается в импульс тяги, которая и толкает самолет вперед. Этот процесс достаточно хорошо виден в ролике в статье о двигателе, как тепловой машине.
Турбореактивный двигатель с осевым компрессором.
Компрессоры бывают трех видов. Центробежные, осевые и смешанные. Центробежные обычно представляют собой колесо, на поверхности которого выполнены каналы, закручивающиеся от центра к периферии, так называемая крыльчатка.При ее вращении воздух отбрасывется по каналам центробежной силой от центра к периферии, сжимаясь сильно разгоняется и далее попадая в расширяющиеся каналы (диффузор) тормозится и вся его энергия разгона тоже превращается в давление. Это немного похоже на старый аттракцион, который раньше в парках был, когда люди становятся по краю большого горизонтального круга, опираясь спиной на специальные вертикальные спинки, этот круг вращается, наклоняясь в разные стороны и люди не падают, потому что их держит (прижимает) центробежная сила. В компрессоре принцип тот же.
Этот компрессор достаточно прост и надежен, но для создания достаточной степени сжатия нужен большой диаметр крыльчатки, что не могут себе позволить самолеты, особенно небольших размеров. Турбореактивный двигатель просто не влезет в . Поэтому применяется он мало. Но в свое время он был применен на двигателе ВК-1 (РД-45), который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15, а также на самолеты ИЛ-28 и ТУ-14.
Крылчатка центробежного компрессора на одном валу с турбиной.
Крыльчатки центробежного компрессора.
Двигатель ВК-1. В разрезе хорошо видна крыльчатка центробежного компрессора и далее две жаровые трубы камеры сгорания.
Истребитель МИГ-15
В основном сейчас используется осевой компрессор. В нем на одной вращающейся оси (ротор) укреплены металлические диски (их называют рабочее колесо), по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». А между венцами вращающихся рабочих лопаток размещены венцы неподвижных лопаток (они бычно крепятся на наружном корпусе), это так называемый направляющий аппарат (статор). Все эти лопатки имеют определенный профиль и несколько закручены, работа их в определенном смысле похожа на работу все того же крыла или лопасти вертолета, но только в обратном направлении. Теперь уже не воздух действует на лопатку, а лопатка на него. То есть компрессор совершает механическую работу (над воздухом:-)). Или еще более нагляднее:-). Все знают вентиляторы, которые так приятно обдувают в жару. Вот вам пожалуйста, вентилятор и есть рабочее колесо осевого компрессора, только лопастей конечно не три, как в вентиляторе, а побольше.
Примерно так работает осевой компрессор.
Конечно очень упрощенно, но принципиально именно так. Рабочие лопатки «захватывают» наружный воздух, отбрасывают его внутрь двигателя, там лопатки направляющего аппарата определенным образом направляют его на следующий ряд рабочих лопаток и так далее. Ряд рабочих лопаток вместе с рядом следующих за ними лопаток направляющего аппарата образуют ступень. На каждой ступени происходит сжатие на определенную величину. Осевые компрессоры бывают с разным количеством ступеней. Их может быть пять, а может быть и 14. Соответственно и степень сжатия может быть разная, от 3 до 30 единиц и даже больше. Все зависит от типа и назначения двигателя (и самолета соответственно).
Осевой компрессор достаточно эффективен. Но и очень сложен как теоретически, так и конструктивно. И еще у него есть существенный недостаток: его сравнительно легко повредить. Все посторонние предметы с бетонки и птиц вокруг аэродрома он как говорится принимает на себя и не всегда это обходится без последствий.
Камера сгорания . Она опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб (они называются жаровые трубы). Для организации процесса горения в комплексе с воздушным охлаждением она вся «дырчатая». Отверстий много, они разного диаметра и формы. В жаровые трубы подается через специальные форсунки топливо (авиационный керосин), где и сгорает, попадая в область высоких температур.
Турбореактивный двигатель (разрез). Хорошо видны 8-ми ступенчатый осевой компрессор, кольцевая камера сгорания, 2-ухступенчатая турбина и выходное устройство.
Далее горячий газ попадает на турбину . Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. ЕЕ раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку- пропеллер. Неподвижные лопатки в ней находятся не за вращающимися рабочими, а перед ними и называются сопловым аппаратом. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Больше и не надо, ведь для привода компрессора хватит, а остальная энергия газа потратится в сопле на разгон и получение тяги. Условия работы турбины мягко говоря «ужасные». Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения (до 30000 об/мин). Представляете какая центробежная сила действует на лопатки и диски! Да плюс факел из камеры сгорания с температурой от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Вобщем ад:-). Иначе не скажешь. Я был свидетелем, когда при взлете самолета Су-24МР оборвалась рабочая лопатка турбины одного из двигателей. История поучительная, обязательно о ней расскажу в дальнейшем. В современных турбинах применяются достаточно сложные системы охлаждения, а сами они (особенно рабочие лопатки) изготавливаются из особых жаропрочных и жаростойких сталей. Эти стали достаточно дороги, да и весь турбореактивный в плане материалов очень недешев. В 90-е годы, в эпоху всеобщего разрушения на этом нажились многие нечистые на руку люди, в том числе и военные. Об этом тоже как-нибудь позже…
После турбины – реактивное сопло . В нем, собственно, и возникает тяга турбореактивного двигателя. Сопла бывают просто сужающиеся, а бывают сужающе-расширяющиеся. Кроме того бывают неуправляемые (такое сопло на рисунке), а бывают управляемые, когда их диаметр меняется в зависимости от режима работы. Более того сейчас уже есть сопла, которые меняют направление вектора тяги, то есть попросту поворачиваются в разные стороны.
Турбореактивный двигатель – очень сложная система. Летчик управляет им из кабины всего лишь одним рычагом – ручкой управления двигателем (РУД). Но на самом деле этим он лишь задает нужный ему режим. А все остальное берет на себя автоматика двигателя. Это тоже большой и сложный комплекс и еще скажу очень хитроумный. Когда еще будучи курсантом изучал автоматику, всегда удивлялся, как конструкторы и инженеры все это понапридумывали:-), а рабочие-мастера изготовили. Сложно… Но зато интересно 🙂 …
Элементы конструкции самолета.
Турбореактивный авиационный двигатель ВК-1 (РД-45).
Разработчик: 0КБ-117 под руководством В.Я.Климова
Страна: СССР
Построен: 1947 г.
Разработка турбовинтового двигателя ВК-1 началась в 0КБ-117 под руководством В.Я.Климова летом 1946 года. Основан на британском двигателе Rolls Royce «Nene-II» (англ.), который был продан в СССР с условием не использовать на боевых самолётах. Этот шаг получил очень негативную оценку в западных военных кругах. В 1946 году, перед началом Холодной войны, британское лейбористское правительство во главе с Клементом Эттли, в стремлении поддержать дипломатические отношения с Советским Союзом, дало разрешение компании «Rolls Royce» на вывоз 40 турбореактивных двигателей Rolls Royce «Nene-II».
ОКБ Владимира Климова скопировало «Nene-II», присвоив клону название РД-45 и он стал первым советским крупносерийным турбореактивный двигателем. Выпускался московским заводом «Салют».
По конструкции РД-45 представляет собой одновальный турбореактивный двигатель с одноступенчатым центробежным двухсторонним компрессором, девятью индивидуальными трубчатыми камерами сгорания и одноступенчатой турбиной. От оригинала он отличался большей камерой сгорания и большей турбиной, также было изменено прохождение воздуха через двигатель. В этом двигателе использовался центробежный компрессор, а не более прогрессивный осевой, это требовало большего диаметра фюзеляжа, чем для двигателей с осевым компрессором. Изначально РД-45 вызвал много проблем, связанных с конструкцией и материалами, однако затем его конструкция была улучшена.
Была поставлена задача увеличить тягу двигателя на 30%. Усовершенствования выражались в увеличении камеры сгорания, лопаток турбины, в установке выходного устройства трубного вида и способствовали большему забору воздуха двигателя. Одновременно был учтён опыт эксплуатации РД-45.
Эскизный проект был готов в 1947 году. Доводка двигателя проходила достаточно быстро. В начале 1949 года были завершены Государственные испытания и 14 мая вышло Постановление СМ СССР № 1889-699 о запуске ВК-1 в серийное производство на моторостроительных заводах в Москве, Перми и Уфе. За создание двигателя ВК-1 в 1949 году В.Я.Климову, С.П.Изотову и Н.Г.Костюку была присуждена Сталинская премия 1 степени.
ВК-1 представляет собой одновальный турбореактивный двигатель с одноступенчатым двухсторонним центробежным компрессором, 9 индивидуальными трубчатыми камерами сгорания и одноступенчатой турбиной. На модификации ВК-1Ф установлена форсажная камера.
Первоначально ресурс ВК-1 составлял 100 часов. Затем он был доведён до 150 часов, позже — до 200 часов. Серийное производство продолжалось до 1958 года. Выпускался по лицензии в Китае, Польше, Чехословакии. Всего изготовлено около 20000 двигателей семейства ВК-1. На базе ВК-1 были разработаны опытные двигатели ВК-5, ВК-5Ф, ВК-7. После снятия с самолётов, двигатель ВК-1 оказался востребованным ещё не одно десятилетие, но уже для наземного использования. С помощью ВК-1 аэродромные службы обдували полосу, применяли для удаления льда с взлётно-посадочных полос и рулёжных дорожек. В настоящие время этот авиадвигатель ещё можно встретить в некоторых аэропортах России. Отработавшие лётный ресурс двигатели применяются на тепловых машинах АИСТ-5ВМ, АИСТ-5ТМ, ТМ-59, ТМГ-3, ТМС-65, пожарной машине АГВТ-100(157).
Модификации:
ВК-1 — базовый. Устанавливался на самолётах Ла-176 , Ла-200 , МиГ-15бис , МиГ-15бис (ИШ) , Як-50 (первый с таким названием).
ВК-1А — доработанный. Ресурс увеличен до 150 часов, а с 6 серии — до 200 часов. Устанавливался на самолётах Ил-28 , МиГ-17 , Ту-14 .
ВК-1Ф — с форсажной камерой (первый в СССР). Тяга на форсаже составила 3380 кгс (форсаж длился до 3 минут). Выпускался в 1951-1958 годах. Устанавливался на самолёте МиГ-17Ф , МиГ-17ПФ .
Lis-5 — польский вариант ВК-1Ф. Устанавливался на истребителе Lim-5 (копия МиГ-17Ф) и его модификациях.
WP-5 — китайский вариант ВК-1Ф. Выпускался с июня 1956 года. Устанавливался на истребителе J-5 (копия МиГ-17Ф) и его модификациях.
WP-5A — китайский вариант ВК-1А. Выпускался с 1957 года. Устанавливался на бомбардировщике H-5 (копия Ил-28).
Технические харктеристики:
Модификация: ВК-1
Длина, мм: 2640
Диаметр максимальный, мм: 1273
Масса сухая, кг: 872
Удельный расход топлива на крейсерском режиме, кг/кгс·ч: 1,07
Расход воздуха через компрессор, кг/с: 48,2
Степень повышения давления в компрессоре: 4,2
Температура газа перед турбиной, °C: 897
Взлётная тяга, кгс: 2700
Ресурс, час.: 200
Производитель: завод № 16, Казань; завод № 19, Пермь; завод № 24, Самара; завод № 26, Уфа; завод № 478, Запорожье; Shenyang Liming Aero Engine Co; WSK Rzeszow, Жешув; Motorlet/Walter, Прага.
Двигатель Rolls Royce «Nene-II».
Двигатель ВК-1 в разрезе.
Двигатель ВК-1 в разрезе.
Двигатель ВК-1 в учебном классе ХАИ.
Двигатель ВК-1 в музее авиамоторостроения г. Пермь.
Двигатель «Nene-II» на истребителе МиГ-15 (С-1).
Истребитель МиГ-15 с раскапотированным двигателем ВК-1.
Истребитель МиГ-15 с раскапотированным двигателем ВК-1А.
