ЦИАМ – научный центр отечественного авиационного двигателестроения

Авиация – одна из вершин научно-технической мысли мировой цивилизации первой половины ХХ века. Именно ученые внесли существенный вклад в совершенствование летательных аппаратов на заре становления авиации и продолжают играть важную роль в этом процессе сегодня. На протяжении 88 лет «Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова» (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») в сотрудничестве с ЦАГИ, ВИАМ и ведущими ОКБ обеспечивает достижение высокого уровня технического совершенства авиационных двигателей и определяет векторы развития отечественного авиадвигателестроения. Наряду с другими организациями – научными подразделениями министерств высокотехнологичных отраслей, ЦИАМ входит в золотой интеллектуальный фонд России.

Авиадвигатель – самое наукоемкое механическое устройство по плотности инноваций и высоких технологий на кубический сантиметр. Сделать конкурентоспособный двигатель можно только решив целый комплекс сложнейших вопросов на стыке самых разных областей науки и технологий. Разработка прорывных технологий и схемных решений, совершенствование лопаточных машин, улучшение рабочего цикла, повышение быстродействия систем автоматического управления, использование инновационных материалов – далеко не полный перечень сфер деятельности ученых-исследователей Института.

Развитие науки авиационного двигателестроения в ЦИАМ тесно связано с историей нашей страны.

1930–1941 гг. ОТ СОЗДАНИЯ – К КУЗНИЦЕ КАДРОВ

Институт был создан в 1930 г. при понимании руководством страны державообразующей роли авиации. Стратегические задачи СССР в этой области серьезно уточняются уже в первом пятилетнем плане развития народного хозяйства (1928-1932 гг.). Требуется обеспечить «достижение темпов роста гражданской авиации до уровня передовых капиталистических стран, организацию производства моторов отечественной конструкции и отказ от импорта иностранных моторов, значительное расширение опытного строительства для поиска самолетов лучших типов». Для комплексного решения научно-технических проблем авиадвигателестроения 3 декабря 1930 г. принимается решение о создании Института авиационных моторов. ИАМ был сформирован путем слияния винтомоторного отдела ЦАГИ с отделом опытного моторостроения авиазавода № 24 (ныне – НПЦ газотурбостроения «Салют»). Первым начальником ИАМ стал кадровый военный специалист ВВС РККА И.Э. Марьямов.

Главной задачей Института было «обеспечение воздушного флота отечественными авиамоторами, которые по своему техническому уровню должны соответствовать лучшим мировым достижениям». В ИАМ создаются два конструкторских подразделения: отдел бензиновых двигателей, который в 1931 г. возглавил В.Я. Климов, и отдел нефтяных двигателей под началом А.Д. Чаромского. В каждом из отделов организованы КБ для проведения работ по конкретным моторам, возглавляемые главным конструктором – руководителем проекта. Ценой огромных усилий авиапром Страны Советов добился значительных успехов уже в первую пятилетку: производство самолетов в 1932 г. по сравнению с 1928-м возросло в 2,7 раза, моторов – в 6 раз. За этот период построено 56 типов опытных самолетов и 17 типов опытных моторов, из которых запущены в серийное производство 11 типов самолетов и 5 типов моторов.

Ключевую роль ИАМ в авиационном двигателестроении подчеркнул факт его переименования в 1932 г. в Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ).

В 1933 г. ЦИАМ присвоено имя П.И. Баранова. Петр Ионович Баранов (1892-1933) был видным советским государственным деятелем. Будучи заместителем наркома тяжелой промышленности и начальником Главного управления авиационной промышленности, он фактически выполнял функции первого министра отечественного авиапрома. Баранов считал, что самолеты и моторы страна должна уметь делать сама, и они должны быть лучше заграничных. Он говорил: «Я знаю, это дело трудное, но наш воздушный флот будет первым в мире. Крыльям нашим – большой полет». И действительно: расправив крылья, СССР смог не только приблизить технический уровень своей авиации к лучшим зарубежным аналогам, но и превзойти их. Подтверждением тому являются рекордные беспосадочные перелеты экипажей Валерия Чкалова и Михаила Громова через Северный полюс в Америку в 1937 г. Перелеты эти были совершены на советских самолетах с советскими моторами.

Проектная система управления ИАМ в скором времени принесла плоды: созданы самый мощный на тот момент авиадвигатель СССР, бензиновый М-34 (конструктор А.А. Микулин), а также дизель АН-1 (А.Д. Чаромский). Два этих знаменитых мотора легли в основу семейств серийных двигателей, применявшихся на многих боевых самолетах, и дали начало целой серии различных модификаций. Так, М-34 стал предтечей двигателя для Ил-2, а технологии АН-1 были применены в В-2 – «сердце» легендарного танка Т-34.

С 1935 г. основная часть конструкторских работ передается во вновь образованные ОКБ, большинство из которых возглавляют выдающиеся ученые и конструкторы, работавшие в ЦИАМ: В.Я. Климов, В.А Добрынин, А.М. Люлька, В.Н. Челомей и другие. Главной задачей ИАМ становятся обеспечение промышленности научно-технической и экспериментальной поддержкой и определение перспектив дальнейшего развития двигателестроения. От проектирования отдельных двигателей Институт переходит к НИР по общим вопросам двигателестроения: рабочий процесс, прочность, система управления, топливоподача, нагнетатели, винты переменного шага и др. Проектная система управления постепенно заменяется функциональной: КБ сменяются научно-исследовательскими отделами и тематическими лабораториями. К началу войны эта перестройка в основном завершилась.

1941-1945 гг. ВСЁ ДЛЯ ФРОНТА, ВСЁ ДЛЯ ПОБЕДЫ!

С началом войны деятельность Института переориентируется на оказание оперативной помощи ВВС и промышленности. Несмотря на то, что на фашистскую Германию работала промышленность оккупированных стран Европы, в результате деятельности ЦИАМ по повышению мощности и высотности двигателей советскому авиамоторостроению удалось добиться качественного превосходства над немецким. В июле 1941 г., во исполнение постановления Совета народных комиссаров об эвакуации, часть оборудования и кадров ЦИАМ перевозится в Уфу. Там сотрудники Института принимают участие в изготовлении и сборке нагнетателей В.А. Доллежаля, позволяющих повышать высотность, и установке их на моторах М-105. Далее моторы проходят испытания на заводе № 26 и отправляются на фронт. С сентября в ОКБ под руководством А.Д. Швецова приступает к работе бригада профессора М.М. Масленникова, принимающая участие в доводке моторов АШ-73, АШ-82 (Ла-5, Ла-7, Су-2, Ту-2) и др. На московской территории ЦИАМ организованы мастерские по ремонту авиадвигателей, как отечественных: АШ-82, М-105, АШ-62, М-25,так и иностранных: «Мерлин XX», «Аллисон» и «Райт-Циклон». На базе Института ведется подготовка летно-технического состава действующей армии по эксплуатации иностранных поршневых двигателей и их агрегатов, поставляющихся в СССР по ленд-лизу. При этом в годы войны ЦИАМ оказывает большую помощь сельскому хозяйству, ежемесячно производя около 40 тыс. деталей сельскохозяйственных машин. 

В 1942 г. начальником Института назначен профессор, д.т.н., генерал-майор инженерно-авиационной службы В.И. Поликовский, ранее работавший начальником винтомоторного отдела ЦАГИ. Испытательная станция преобразована в лабораторию испытания натурных двигателей. С 1948 г. в этой лаборатории развернутся научно-исследовательские работы по турбовинтовым двигателям. Создается специальное подразделение по автоматике авиадвигателей – лаборатория № 17. Руководителем подразделения становится Н.Г. Дубравский. Основные работы лаборатории в годы войны – разработка и внедрение на боевых самолетах систем объединенного управления винтом и газом двигателей под наименованием «ВГ», а также создание гидроусилителя для двигателей АМ-38Ф и АМ-42, который облегчил летчикам управление штурмовиками Ил-2 и Ил-10. В 1942-м также проведен комплекс исследований по улучшению воздушных фильтров для двигателей АМ-38Ф. В результате работоспособность двигателя при полете самолета Ил-2 у земли существенно улучшилась.

В 1943 г. в ЦИАМ создана группа главного конструктора А.М. Люльки по разработке и созданию опытного турбореактивного двигателя ТР-1. Его производство потребовало освоения новых технологий изготовления и сборки сварного стального ротора компрессора, лопаток турбины из жаропрочной стали, лопаток осевого компрессора из алюминиевого сплава, стальных сварных корпусов и др. Спроектированы, изготовлены и прошли летные испытания турбокомпрессоры ТК-3, ТК-М на самолетах различных типов: истребителях Ла-5 с двигателем АШ-82, бомбардировщике В.М. Мясищева с двигателями АШ-72, бомбардировщике Ил-4 с двигателем М-87. Цель испытаний – повышение боевой высоты этих самолетов.

В 1944 г. в ответ на запросы моторостроительной промышленности и ВВС Институтом выполняется ряд важных работ: исследования по подбору топливных смесей и оценке влияния моторных факторов на склонность к детонации; высотные испытания двигателя М-106 на стенде до высоты 10 км; войсковые испытания систем, разработанных в ЦИАМ для запуска моторов ВК-105, АШ-82ФН, АМ-38 при низкой температуре без предварительного подогрева; разработка эскизного проекта одновального ТРД с центробежным компрессором и осевой турбиной. В.Н. Челомей с коллективом сотрудников разрабатывают, осуществляют доводку и испытания пульсирующего воздушнореактивного двигателя волнового типа. Двигатели такого типа использовались на немецких самолетах-снарядах Фау-1.

1945–1953 гг. СОЗДАНИЕ РЕАКТИВНОЙ АВИАЦИИ

Указом Президиума Верховного Совета СССР за выдающиеся заслуги в области научно-исследовательских работ по авиамоторостроению 16 сентября 1945 г. ЦИАМ награжден орденом Ленина. Ордена и медали вручены 89 сотрудникам Института.

В 1945 г. в ЦИАМ начата систематическая разработка теории и методов расчета турбореактивных двигателей (ТРД). В 1940-х – начале 50-х гг. создается первое поколение ТРД. Работы по созданию воздушно-реактивного двигателя (ВРД) начались еще в 1920-е. Ряд инженеров и ученых разных стран уже тогда предвидели надвигающийся кризис в авиационном двигателестроении и искали пути выхода из него, в том числе за счет использования реактивных двигателей. В СССР Б.С. Стечкин еще в 1929 г. разработал основы теории ВРД, однако в практических работах дальше всех, благодаря щедрому финансированию, продвинулись немецкие двигателисты. В 1939 г. совершает свой первый испытательный полет самолет Не 178 фирмы «Хенкель» с турбореактивным двигателем НеS3 фон Охайна. С августа 1944 г. организован серийный выпуск реактивных «Мессершмиттов» Ме 262 и «Арадо» Ar234 Blitz с турбореактивными двигателями Jumo 004 производства фирмы «Юнкерс».

В 1943 г. в ЦИАМ В.В. Уваровым, еще в 1930 г. начавшим работы над газовыми турбинами и газотурбинными силовыми установками, был разработан турбовинтовой двигатель комбинированной схемы с использованием тяги как от воздушного винта, так и от выхлопной струи. Первые образцы такого двигателя были построены в 1945-47 гг. К сожалению, работы по его доводке были прекращены. Тем не менее, трудно переоценить вклад В.В. Уварова в создание школы специалистов по газотурбинной тематике. Удачнее складывается судьба разработок А.М. Люльки. Еще в 1937 г. он разработал проект первого в стране авиационного реактивного двигателя. К 1941 г. он на 70% был изготовлен на Кировском заводе. Из-за войны работы приостанавливаются и возобновляются лишь в 1943 г., после формирования в ЦИАМ группы главного конструктора А.М. Люльки по разработке ТРД. Это начинание привело к созданию одного из самого успешных двигательных ОКБ СССР и первого отечественного турбореактивного двигателя ТР-1. В работе над реактивным двигателем пригодился и опыт создания В.Н. Челомеем отечественного ПуВРД в 1942 г. Отдельные вопросы создания реактивного двигателя решались уже при работах по совершенствованию поршневых моторов. Например, основа методологии расчетов сопловых устройств была заложена сотрудниками ЦИАМ Н.Я. Литвиновым и В.М. Микиртичаном при исследовании эффективности применения выхлопных патрубков для повышения тяги поршневых авиамоторов в 1939-1940 гг. Реактивная тяга выхлопа увеличила скорость истребителя ЛаГГ-3 на 20-30 км/ч. В марте 1945 г. разработанный под руководством К.В. Холщевникова мотокомпрессорный Э-3020, представляющий собой комбинацию поршневого и реактивного двигателей, поднимает в небо истребитель И-250 (МиГ-13). Самолет развивает скорость 825 км/ч. При создании Э-3020 были заложены основы методологии проектирования, расчета и согласования узлов ГТД.

Серийное производство реактивных двигателей в Советском Союзе начинается в 1946 г. с двигателя РД-10, созданного на базе трофейного Jumo 004. Первый отечественный ТРД А.М. Люльки ТР-1 запущен в серию в 1947 г. Следует отметить, что в сравнительных испытаниях ТР-1 показал лучшую экономичность, чем Ju 004, при большей тяге и меньшей массе.

Крупное серийное производство реактивных двигателей в СССР началось с выпуска двигателей РД-500 в 1948 г. и ВК-1 в 1949 г. Их разработкой руководит В.Я. Климов, а испытания и доводка проходят при активном участии ЦИАМ. ВК-1 и его модификации поднимают в небо такие легендарные истребители, как МиГ-15 и МиГ-17, бомбардировщики Ил-28 и Ту-14. Экспериментальный Ла-176 с этим двигателем в 1948 г. впервые в СССР превышает скорость звука.

В 1951 г. начаты систематические исследования сверхзвуковых осевых ступеней компрессора, получивших широкое применение на вновь создаваемых двигателях: Р11-300, АЛ-7Ф, ВД-7 и др. В этот период, как и на всех переломных этапах развития авиационной техники, ЦИАМ выступает инициатором и главным разработчиком концептуальных документов, определяющих приоритетные направления национальной технической политики в области авиационного двигателестроения.

1953–1970 гг. ВЫШЕ, ДАЛЬШЕ, БЫСТРЕЕ !

Реактивная авиация переживает период бурного развития, основой которого стало создание ТРД 2-го и 3-го поколений. Институт принимает участие в создании теперь уже легендарных реактивных двигателей А.М. Люльки, А.А. Микулина, В.А. Добрынина, Н.Д. Кузнецова, А.Г. Ивченко, С.К. Туманского, большинство из которых по своему техническому уровню не уступает зарубежным и даже превосходит их. При участии ЦИАМ создаются такие шедевры, как НК-12, который до сих пор остается самым мощным ТВД в мире, и ТРДФ Р11Ф-300 для МиГ-21, имевший в 2,5 раза меньшее количество ступеней, чем его американский аналог J79 для F4.

В ряду выдающихся моторов тех лет стоит и самый мощный в мире на момент создания реактивный двигатель АМ-3 с максимальной тягой 8700 кгс, разработанный А.А. Микулиным в 1949 г. для бомбардировщика Ту-16. В 1955 г. с этим двигателем в небо поднялся Ту-104, который несколько лет являлся единственным в мире реактивным пассажирским самолетом, эксплуатируемым на регулярных маршрутах. Американский пианист Ван Клиберн через 40 лет после своей поездки в СССР вспоминал Ту-104 как одно из трех чудес, поразивших его в нашей стране. Два других – Красная площадь и московское метро.

В связи с созданием в 1950-х гг. мощных ГТД, имеющих увеличенный до 200 кг/с и более расход воздуха и рассчитанных на полет со скоростями, соответствующими числам М>2 на высотах 13...20 км, возникла необходимость создания стендов для их испытаний. 23 октября 1953 г. в подмосковном Лыткарино создан филиал ЦИАМ – Научно-испытательный центр (НИЦ) ЦИАМ, который и по сей день является одним из крупнейших в мире экспериментально-исследовательских комплексов для испытания двигателей и их элементов в самых разнообразных условиях полета.

В 1954 г. в ЦИАМ впервые предложен комплексный параметр согласования режимов работы компрессора и турбины, позволяющий установить связь окружной скорости компрессора, его производительности и напряжения растяжения турбиной рабочей лопатки. Установление такой связи стало одним из фундаментальных положений теории двигателей. Выполнен цикл работ по согласованию ГТД и сверхзвукового воздухозаборника, что явилось основой для создания регулируемых воздухозаборников и систем автоматического управления.

В начале 1960-х гг., в период интенсивного развития ракетной техники, в ЦИАМ выполнен большой комплекс исследований, использованных при создании ракетных двигателей. Институт инициирует отечественные работы по уменьшению шума реактивных двигателей, которые получили развитие в других институтах (ЦАГИ, ГосНИИГА, ЛИИ им М.М. Громова) и предприятиях авиационной промышленности (ОКБ им. А.Н.Туполева, Рыбинское ОКБ, Пермское ОКБМ).

В 1967 г.специалисты ЦИАМ обобщают результаты исследования рабочего процесса ракетно-прямоточных двигателей различных схем, что, в частности, позволяет создать первую объединенную математическую модель «двигатель - летательный аппарат», в которой при оптимизации учитывается реальное протекание процессов в двигателе.

1970–1989 гг. РАСЦВЕТ АВИАЦИИ СССР

Авиация СССР переживает период расцвета. Практически по всем позициям она вышла на мировой уровень, а зачастую опережает его. В этот период при большом вкладе ЦИАМ создаются реактивные двигатели 4-го поколения: Д-30Ф6 для Миг-31, РД-33 для МиГ-29, АЛ-31Ф для Су-27, НК-32 для Ту-160. Благодаря доводке на стендах НИЦ ЦИАМ при сильно возмущенном неравномерном потоке на входе самолеты МиГ-29 и Су-27 имеют лучшую на тот момент в мире маневренность.

В 1982 г. ЦИАМ награжден орденом Октябрьской революции за заслуги в создании, производстве и испытаниях новой техники.

Институт изучает возможности криогенного топлива – жидкого водорода и метана. Реальность замыслов ученых подтвердил 15 апреля 1988 г. первый в мире полет Ту-155 с двигателем НК-88, работающем на жидком водороде, и (в 1989 г.) на сжиженном природном газе.

1989–2000 гг. НА ПЕРЕЛОМЕ ВЕКОВ

Несмотря на трудное время и для страны, и для Института, благодаря преданности сотрудников своему делу и настойчивости руководства удается не только сохранить основные компетенции ЦИАМ, но и развить их в соответствии с требованиями времени. Исследования Института приводят к прорыву в области гиперзвуковых двигателей. 28 ноября 1991 г. проходит первое в мире летное испытание гиперзвукового ПВРД С-57 в составе гиперзвуковой летающей лаборатории «Холод» при числе Маха М=5,7. Анализ результатов испытаний показывает удовлетворительную работу двигателя и его систем. Интерес к данному событию в мире был таков, что испытания продолжились с участием научных организаций США и Франции. Это послужило импульсом к резкой интенсификации международного сотрудничества ЦИАМ, что следует отнести к положительным результатам этих лет.

2001 г. – НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ. ТЕХНОЛОГИИ БУДУЩЕГО

Институт сохранил коллектив ученых и расширил свой кадровый потенциал. Специалисты ЦИАМ возглавляют всемирно известные научные школы в области физики, проблем энергетики, теории пограничного слоя, турбулентности, горения и теплопередачи, электрогазодинамики, газовой динамики турбомашин, динамики и прочности, теории двигателей, математического моделирования, высокоэнергетических топлив и др.

Символом возрождения отрасли становится ПД-14 – первый российский авиадвигатель 5-го поколения. В ЦИАМ проделан большой комплекс работ как по созданию НТЗ для ПД-14, так и на перспективу: исследуются возможности разработки авиационных двигателей и СУ 6-го поколения для перспективных самолетов и вертолетов 2030-х гг. В процессе выполнения данных НИР предусматривается формирование облика рассматриваемых двигателей, разработка, изготовление и испытания ряда экспериментальных образцов для отработки перспективных конструктивно-схемных решений и ключевых технологий в узлах и системах двигателей и СУ нового поколения с доведением готовности технологий до 3-4 уровня.

ЦИАМ осуществляет полный цикл исследований, необходимых при создании авиационных и аэрокосмических двигателей и газотурбинных установок на их основе, а также научнотехническое сопровождение изделий, находящихся в эксплуатации. ЦИАМ имеет статус Государственного научного центра Российской Федерации. Приказом Минпромторга России Институт признан научной организацией – лидером в области авиационного двигателестроения.

В ноябре 2014 г. ЦИАМ вошел в состав Национального исследовательского центра «Институт имени Н. Е. Жуковского».

В 2017 г. Институт аккредитован Федеральным агентством воздушного транспорта в качестве технически компетентного и независимого Сертификационного центра объектов гражданской авиации.

Ученые и инженеры ЦИАМ прилагают все усилия для того, чтобы будущее отечественной авиации было радужным.


Михаил Валерьевич Гордин,
Генеральный директор ФГУП "ЦИАМ им. П.И. Баранова"


Источник: Журнал "Крылья Родины", № 9-10, сентябрь-октябрь 2018 года