НК-12 — турбовинтовой авиационный двигатель, разработанный в СНТК Кузнецова (ОКБ-276) в 1950-х годах специально для стратегического межконтинентального бомбардировщика Ту-95. Двигатель устанавливался на Ту-142 и пассажирский Ту-114, а также на Ан-22 и на экраноплан A-90 «Орлёнок». Каждый двигатель приводит в движение два четырёхлопастных пропеллера диаметром около 6 метров, вращающихся в противоположных направлениях. Данный двигатель является самым мощным серийным турбовинтовым двигателем в мире. Самолёты с двигателями НК-12 по сей день остаются одними из самых быстрых винтовых самолётов, а транспортный Ан-22 «Антей» с двигателями НК-12МА был на момент создания самым большим самолётом в мире.
Серийное производство — с 1954 года. Изначальная мощность составляла 14800 л.с..
История создания
«022» В 1946 году в посёлке Управленческом, расположенном на берегу Волги в 10 км от Куйбышева, был организован опытный завод № 2. На его базе было сформировано два конструкторских бюро: ОКБ-1 (главный конструктор А. Шайбе), и ОКБ-2 (главный конструктор К. Престель), численность работающих в 1947 г. составляла около 2500 человек, из них 662 немцев. При организации завода предполагалось, что в СССР немцы продолжат работы, начатые ими в Германии — создание форсированных образцов серийных немецких ТРД Jumo-004 и BMW 003 и новых мощных реактивных двигателей Jumo 012 и BMW 018. Однако в конце 1946 г. появилась новая задача: разработка турбовинтовых двигателей.
В ЦАГИ было проведено исследование по определению области рационального применения турбовинтовых двигателей на скоростных бомбардировщиках.
По этим исследованиям область рационального применения турбовинтовых двигателей определяется максимальными скоростями от 600 до 900 км/час.
Наибольшая выгода получается на бомбардировщиках с максимальной скоростью порядка 750—800 км/час в зависимости от тоннажа самолёта. Эта выгода выражается в увеличении дальности полета на 2000—2500 километров, что составляет примерно 80-100 % от всей максимальной дальности полета таких же бомбардировщиков с ВМГ и ТРД.
Наиболее целесообразным представляется разработка турбовинтового двигателя, обеспечивающего на высоте Н=8000 метр при скорости 800 км/час суммарную тяговую мощность порядка 4000-4500 л. с.
Предлагаю срочно дать задание главным конструкторам гг. Шайбе и Престелю на проектирование и постройку в 1947 году винтовой установки для двигателей «ЮМО-012» и «БМВ-018».
После серии опытно-конструкторских работ по турбовинтовым двигателям «022» и «028», мотокомпрессорному реактивному двигателю «032» и турбореактивному «003с» в 1948 году было принято решение объединить два ОКБ (главным конструктором объединённого ОКБ стал А. Шайбе, руководителем группы предварительного проектирования — Ю. Фогте, группы конструирования — Ф. Бранднер) и сосредоточить усилия на разработке одного двигателя — «022». В середине 1948 г. проектирование двигателя завершилось, три экземпляра передали в производство. В 1949 г., в самый разгар работ по «022», на завод № 2 пришёл новый руководитель — Николай Дмитриевич Кузнецов. Он уже имел опыт работы по немецким реактивным двигателям: в 1946 г. вместе с Климовым и Бранднером на заводе в Уфе осваивал производство Jumo 004.
ТВД «JUMO-022» → ТВ-022 (редакция 26.05.16) В 1946 г., в 30 км от Куйбышева, на берегу Волги, близ посёлка Управленческого, был создан опытный завод № 2, в котором организовали два конструкторских бюро: ОКБ-1 (главный конструктор А. Шайбе), и ОКБ-2 (главный конструктор К. Престель). В 1947 г. штат работников завода № 2 составил около 2500 человек, в их числе 662 немецких специалистов. В штатах ОКБ на 40 советских специалистов приходилось 325 немецких конструкторов, которым предстояло продолжить начатые в Германии разработки форсированных образцов серийных ТРД Jumo-004 и BMW 003 и новых мощных ТРД Jumo 012 и BMW 018..
В конце 1946 г. в рамках программы модернизации серийного бомбардировщика Ту-4, заводу № 2 была поставлена задача разработки турбовинтовых двигателей: 6 декабря 1946 г. Заместитель министра авиапромышленности М. М. Лукин, в письме (от 6 декабря 1946 г.), на имя директора завода № 2 Н. М. Олехновича сообщил: В ЦАГИ было проведено исследование по определению области рационального применения турбовинтовых двигателей на скоростных бомбардировщиках. По этим исследованиям область рационального применения турбовинтовых двигателей определяется максимальными скоростями от 600 до 900 км/час. Наибольшая выгода получается на бомбардировщиках с максимальной скоростью порядка 750—800 км/час в зависимости от тоннажа самолета. Эта выгода выражается в увеличении дальности полета на 2000—2500 километров, что составляет примерно 80-100 % от всей максимальной дальности полета таких же бомбардировщиков с ВМГ и ТРД. Наиболее целесообразным представляется разработка турбовинтового двигателя, обеспечивающего на высоте Н=8000 метр, при скорости 800 км/час суммарную тяговую мощность порядка 4000-4500 л. с. Предлагаю срочно дать задание главным конструкторам гг. Шайбе и Престелю на проектирование и постройку в 1947 году винтовой установки для двигателей «ЮМО-012» и «БМВ-018».:
В первой половине 1948 г., после проведения опытно-конструкторских работ по четырём трофейным германским двигателям (ТВД «022», ТВД «028», мотокомпрессорный реактивный «032», турбореактивный «003с»), было решено объединить ОКБ-1 и ОКБ-2, сосредоточив усилия на рабочем проектировании ТВД «JUMO-022» для его производства на заводе № 2. Главным конструктором объединённого ОКБ назначен — А. Шайбе, руководителем группы предварительного проектирования — Ю. Фогте, руководителем группы конструирования — Ф. Бранднер.
В середине 1948 г. завершилось рабочее проектирование советского развития JUMO-022, и завод № 2 приступил к изготовлению трёх опытных образцов под обозначением ТВ-022.
В 1949 г. (в самый разгар освоения производства ТВ-022), руководителем объединённого ОКБ-276 на заводе № 2 был назначен Николай Дмитриевич Кузнецов, имеющий опыт работы с немецким реактивным двигателям (в 1946 г. Н. Д. Кузнецов совместно с Климовым и Бранднером на заводе в Уфе осваивали производство Jumo 004).
В 1949 г. по распоряжению Н. Д. Кузнецова, все силы ОКБ-276 были сконцентрированы на совершенствовании ТВ-022, на основе внедрения новейшей методики расчёта турбины. В результате вариантного исследования удалось повысить КПД турбины до 93 %.
В июне 1949 г. проведены заводские испытания первого опытного ТВ-022.
В 1950 г. проведены 100-часовые стендовые испытания первого ТВ-022 — прямого воспроизводства германского ГТД JUMO-022. На 100-часовых стендовых испытаниях ТВ-022 развил максимальную эквивалентную мощность 5114 э. л. с., номинальную эквивалентную мощность 4398 э. л. с. и крейсерскую эквивалентную мощность 3672 э. л. с.
Техническая характеристика ТВД ТВ-022: Компрессор — 4-ступенчатый; Камера сгорания: кольцевого типа, с 12 головками из сплава ЭИ-417. Турбина: 3-ступенчатая, диски первой и второй ступеней выполнены охлаждаемыми, диск и лопатки турбины третьей ступени — неохлаждаемые. Nэ.взл. = 5000 л. с. Nэ.кр. = 3000 л. с. Cе.взл. = 0,300 кг/л. с.ч. Cе.кр. = 0,210 кг/л. с.ч. Gв.взл. = 26,5 кг/с n = 7500 об/мин πк.взл = 5,6 Tг.взл = 1120 К Gв.кр = 30 кг/с Lдв. = 4170 мм (без винтов) Dдв. = 1050 мм сухая масса двигателя = 1700 кг масса двигателя без стартера и агрегатов запуска = 1650 кг. Турбостартер: марка ТС-1, мощность 68 л. с. Воздушные винты: марка АВ-41, тянущие, соосные, противоположного вращения передаточное число редуктора привода воздушных винтов: i = 0,145.
ТВ-2 и 2ТВ-2Ф
В 1950 г. двигатель «022», получивший с 1951 г. русское наименование ТВ-2 («турбовинтовой двигатель-2») был установлен на испытательный стенд. После заводских испытаний он успешно прошёл 100-часовые гос. испытания и был допущен к серийному производству. Его максимальная эквивалентная мощность составляла более 5000 л. с. (мощность на валу — 4663 л. с. плюс реактивная тяга — 469 л. с.). «Двигатель ТВ-022 № 14 по своим конструктивным и эксплуатационным (в стендовых условиях) данным соответствует общим тактико-техническим требованиям ВВС СА», — отмечалось в акте по Госиспытаниям. По окончании испытаний всех немецких специалистов наградили денежными премиями. В 1951 г. два ТВ-2 проходили лётные испытания в ЛИИ на самолёте Ту-4. Их установили вместо крайних поршневых двигателей бомбардировщика. Вместо обычного четырёх-лопастного пропеллера на двигатель устанавливались соосные винты противоположного вращения
Специалистам выдали новое задание: построить ТВД большой мощности — 12000 л. с. Такие двигатели требовались для нового стратегического бомбардировщика Ту-95. Немецкие специалисты, кроме доктора Кордеса — начальника отдела турбин, не поддерживали проект создания ТВД такой мощности, считая, что такой двигатель создать невозможно. Доктор Кордес считал, что турбину, а в первом проекте она была 4-ступенчатой, сделать можно и с хорошим КПД.
Самым простым методом обеспечить требуемые характеристики новой силовой установки было соединение вместе двух ТВ-2 с передачей мощности на один общий редуктор. Кстати, в Германии уже имелся подобный опыт — в 1939 г. фирма Хейнкель построила тяжёлый бомбардировщик Не-177 с четырьмя спаренными двигателями «Даймлер-Бенц». Правда, опыт оказался неудачным — силовые установки перегревались, во время работы возникала сильная вибрация. Но немецкие специалисты на опытном заводе №2 об этом то ли не знали, то ли предпочитали помалкивать. Все надеялись, что после выполнения задания их ждёт долгожданное возвращение на родину, и стремились закончить его как можно скорее. После согласования данной идеи с А. Н. Туполевым как временной меры, позволяющей ускорить начало испытаний бомбардировщика, работы начались .
Прежде, чем создать «сдвоенный» двигатель, необходимо было форсировать существующий ТВ-2. Этого достигли благодаря использованию нового жаропрочного сплава ЭИ-481 в конструкции турбины, что позволило повысить температуру горения. Одновременно, за счёт применения высоконапорных ступеней компрессора с малым относительным диаметром втулки увеличили расход воздуха через двигатель. Во время стендовых испытаний в 1951 г. двигатель ТВ-2Ф развивал мощность 6250 э. л. с.
В том же 1951 г. была закончена сборка двух опытных образцов спаренных двигателей, получивших обозначение 2ТВ-2Ф. Двигатели располагались бок о бок, один немного со сдвигом назад. Мощность их турбин передавались на общий планетарный редуктор с коэффициентом редукции 0.094. Он вращал два соосных винта диаметром 5,8 м. Управление спаренной силовой установкой осуществлялось одним сектором газа, связанным с командно-топливными агрегатами каждого двигателя.
После доводочных работ, в сентябре 1952 г. 2ТВ-2Ф № 13 прошёл 100-часовые стендовые заводские испытания. Посте этого, не дожидаясь результатов государственных испытаний, двигатели установили на самолёт. 12 ноября 1952 г. Ту-95 с четырьмя 2ТВ-2Ф впервые поднялся в воздух. Однако, сначала стендовые испытания, а затем и катастрофа Ту-95 (во время 17-го полёта, хотя 16 предыдущих прошли удовлетворительно) с двигателями 2ТВ-2Ф показали, что для надёжной работы необходимо создавать новый двигатель. Надо сказать, что для ускорения доводки самолёта Ту-95 в соответствии с Постановлением Правительства от 11.07.51г. он был оборудован двигателями 2ТВ-2Ф (пока не было двигателя ТВ-12). Туполев с Кузнецовым выработали план и на следующий день доложили его В. А. Малышеву — Председателю комиссии по военнопромышленным вопросам (ВПК). План заключался в следующем: работу над двигателем 2ТВ-2Ф прекратить, усилия ОКБ и опытного завода сосредоточить на двигателе ТВ-12. Создать три летающих лаборатории на базе самолёта Ту-4 (вместо одного из внутренних двигателей АШ-73ТК установить ТВ-12). Испытания же Ту-95 с двигателем 2ТВ-2Ф временно прекратить.