Часовая, минутная, секундная
Многовальные газотурбинные двигатели
Самолет шел на большой высоте, ревя тремя двигателями. Это ненадолго – в программе сегодняшнего испытательного полета выключения и запуски всех трех двигателей. Сухопутный человек спросит: «Зачем тогда такая высота, это же опасно?! Может, лететь пониже, чтобы успеть сесть, если что?». Но нет, в авиации высота – твой друг, она дает время подумать. Сейчас высоты столько, что вообще без двигателей можно сесть – аэродром буквально под нами. Поэтому экипаж работает смело, привычно, со стороны может показаться, что мужики вообще сонные. Но это обманчиво. Командир объявил:
– Выключаем первый.
– Первый? – отозвался бортинженер и принялся привычно крестить приборную панель, положив палец левой руки на переключатель генератора. – Генератор выключен, отбор закрыт… – палец правой руки лег на выключатель отбора, а следом на часы. – …Двигатель охлажден. Первый выключаю?
– Да, первый, – Алексей Владимирович обернулся и убедился, что «кочегар» левой рукой держит стоп-кран левого двигателя.
– Выключаю первый…
Керосин, устав пролезать сквозь тесные распылители форсунок, облегченно хлынул назад. Моментально двигатель с рева перешел на пылесосный звон, хотя в кабине этого никто не услышал: там все перебивает шум скоростного напора, стоящие в хвосте двигатели слышно только на земле. В кабине лишь поползли против часовой стрелки нескольких приборов, загорелось табло давления масла да по пилотажным приборам стал виден легкий завал самолета влево. Геннадий Николаевич – ему из правого кресла ближе – подвел триммеры вправо, отбалансировал машину.
Стрелки тахометра скрестились – первая перескочила вторую, чего никогда не бывает в нормальном полете, и ушла непривычно близко к нулю. Турбина высокого давления, привыкшая первой принимать удар горячих газов от камеры сгорания, сейчас бесполезно крутилась в холодном высотном воздухе, не передавая на компрессор ни джоуля энергии. Компрессоры сейчас раскручивали себя сами, ловя скоростной напор, и почти вся сила напора доставалась первым ступеням – компрессору низкого давления, КНД. Обороты КВД держались еле-еле, но их должно было хватить на запуск в воздухе – чисто на пусковом топливе и свечах зажигания, без стартера. Палец бортинженера уже нырнул в проволочное ограждение к кнопке запуска в воздухе первого двигателя…
Разумеется, проверенный десятилетиями двигатель запустился. А для чего его ротор поделен на два – низкого и высокого давления? Для чего сталинский моторостроитель Александр Микулин рисковал карьерой, впервые в мире проектируя и строя двухвальный двигатель Р-11-300 для МиГ-21? На это есть ряд причин, и главная из них – газодинамическая устойчивость. В предыдущей статье «Механизированная бригада лопаток» в августовском номере рассказано о помпаже – ситуации, когда поток воздуха срывается со спинок лопаток компрессора. Показаны конструктивные решения для борьбы с помпажом – клапаны перепуска и регулируемые направляющие аппараты. Но есть более радикальное решение – разделить компрессор на несколько вращающихся с разными скоростями каскадов. Само собой, вместе с компрессором надо разделить и турбину: каждая часть турбины будет через отдельный вал приводить свою часть компрессора. В качестве наглядного пособия вполне подойдет чертеж НК-8 – двухвального двигателя с богатой родословной, представители семейства которого стоят на Ту-154, Ту-22М2, Ил-86, экраноплане КМ, газоперекачивающих станциях, а совсем далекие трехвальные потомки – на Ту-22М3, Ту-160, неродившемся базовом Ил-96, двух опытных локомотивах-газотурбовозах ГТ1h и опять-таки газоперекачивающих станциях.
Камера сгорания (КС), находящаяся между компрессором и турбиной, не показана. Выходящие из КС газы первым делом отдают энергию турбине высокого давления, которая через вал большого диаметра (вал-бочку на языке разработчика) передает крутящий момент компрессору высокого давления. После ТВД у газов еще достаточно энергии, чтобы вращать и ТНД, которая через длинный тонкий вал приводит компрессор низкого давления. Валы проходят один в другом — как оси стрелок часов: вал-бочка — «часовой стрелки», вал НД — «минутной». КНД с ТНД называются ротором низкого давления, КВД с ТВД — ротором высокого давления. Механической связи между ними нет, одна газодинамическая, поэтому обороты «плавают», и их соотношение зависит от режима работы двигателя. У НК-8 обороты КВД на взлетном режиме равны 7060 об/мин, низкого давления — 5460 об/мин. Тахометр проградуирован в условных процентах, и на взлетном режиме обе стрелки показывают примерно по 96%.