НК-12 — турбовинтовой авиационный двигатель, разработанный в СНТК Кузнецова (ОКБ-276) в 1950-х годах. Устанавливался на стратегический бомбардировщик Ту-95 и на его различные модификации (Ту-142 и пассажирский Ту-114), а также на Ан-22 и на экраноплан A-90 «Орлёнок». Каждый двигатель приводит в движение два четырехлопастных пропеллера диаметром около 6 метров, вращающихся в противоположных направлениях. НК-12 является самым мощным серийным турбовинтовым двигателем в мире^[2]. 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. Изначальная мощность составляла 14800 л.с., мощность модернизированного НК-16 — 16000 л.с.

История создания

«022»

В 1946 году в посёлке Управленческий, расположенном на берегу Волги в 30 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 немецкие специалисты^[3]. 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.

Из письма заместителя министра авиапромышленности М. М. Лукина директору завода № 2 Н. М. Олехновичу от 6 декабря 1946 г.^[3]:

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»."

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 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 пришел 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.

ТВ-2 и 2ТВ-2Ф

C 1951 г. двигатель получившил русское наименование ТВ-2 («турбовинтовой двигатель-2»). Вместо обычного четырёхлопастного пропеллера были применены соосные винты противоположного вращения.

Специалистам выдали новое задание: построить ТВД большой мощности — 12000 л.с. Такие двигатели требовались для нового стратегического бомбардировщика Ту-95.

Самым простым методом обеспечить требуемые характеристики новой силовой установки было соединение вместе двух форсированных ТВ-2 с передачей мощности на один общий редуктор. Однако, сначала стендовые испытания, а затем и катастрофа Ту-95 с двигателями 2ТВ-2Ф показали, что для надежной работы необходимо создавать новый двигатель.

ТВ-12

На новом двигателе число ступеней турбины увеличили до пяти. Благодаря созданию нового жаропрочного сплава нимоник появилась возможность повысить давление в компрессоре и увеличить температуру газа перед турбиной. Для повышения КПД двигателя выполнили большое количество исследований по уменьшению потерь в лопаточных машинах, применили уплотняющие вставки, позволяющие минимизировать радиальные зазоры в турбине, создали пустотелые охлаждаемые лопатки оригинальной конструкции. Был изготовлен новый редуктор, решены вопросы регулирования ТВД с соосными винтами противоположного вращения.

В результате всех этих мероприятий удалось добиться требуемой мощности, высокой надежности и хорошей топливной эффективности двигателя. По удельному расходу топлива он оказался намного экономичнее своего предшественника ТВ-2.

В начале 1953 г. закончилась сборка двигателя. Он получил обозначение ТВ-12.

Испытания

Стендовые испытания ТВ-12 прошли успешно. Двигатель продемонстрировал требуемую мощность и высокий ресурс. Создание ТВ-12 (НК-12) было финальной работой, в которой участвовали немецкие специалисты. В конце 1953 г. последние немцы покинули завод. Окончательными испытаниями и последующим усовершенствованием двигателя занимался советский коллектив под руководством Н. Д. Кузнецова.

Для его лётных испытаний в 1953 году специально были оборудованы три самолета Ту-4ЛЛ («Летающая лаборатория»)^[2]. Двигатель ТВ-12 был установлен на месте правого внутреннего поршневого мотора АШ-73. При этом ТВ-12 превосходил АШ-73 по мощности более чем в 5 раз, а его винты по диаметру были больше примерно в 1,5 раза. Испытания проводили ведущий летчик-испытатель М. А. Нюхтиков и ведущий инженер Д. И. Кантор. После Госиспытаний в конце 1954 в феврале 1955 года был совершен первый полет самолета «95-2», второго прототипа Ту-95 с двигателями ТВ-12. Серийный двигатель стал называться НК-12 — по первым буквам имени и фамилии руководителя опытного завода.

Конструкция

Турбовинтовой двигатель НК-12МВ состоит из следующих основных узлов: 14-ступенчатого осевого компрессора, кольцевой камеры сгорания, реактивной 5-ступенчатой турбины, нерегулируемого реактивного сопла и дифференциального редуктора (передаточное отношение 0,0882^[1]).^[1] Степень повышения давления в компрессоре меняется от 9:1 до 13:1 в зависимости от высоты, а также от положения переменных воздухозаборников и клапанов перепуска воздуха. Скорость вращения вала турбина-компрессор — 8300 об/мин, пропеллера 750 об/мин. НК-12 является самым мощным^[2] и экономичным турбовинтовым двигателем в мире (удельный расход топлива в крейсерском полете — 0,161 кг/л.с.*ч), его также отличает чрезвычайно высокая надежность.

Двигатель подвешивается к демпферам гондолы двигателя самолёта на четырехстержневой раме-подвеске.^[1]

Силовая, несущая часть двигателя состоит из: картера вала заднего винта, картера редуктора, картера турбины, соединенного с картером редуктора четырьмя силовыми раскосами, статора турбины, задней опоры. Эти узлы вместе с картером компрессора образуют остов двигателя, внутри которого размещаются ходовая часть редуктора с валами воздушных винтов, ротор компрессора, ротор турбины, камера сгорания, приводы агрегатов и другие узлы и детали.^[1]

Роторы турбины и компрессора имеют правое направление вращения, смотря по направлению полёта. Компрессор осевого типа, 14-и ступенчатый с регулируемым входным направляющим аппаратом (ВНА) и с 5 клапанами перепуска воздуха дроссельного типа с гидравлическим управлением. Клапаны перепуска воздуха закрываются при число оборотов турбины до 7900 об/мин. Камера сгорания кольцевая с 12 головками, турбина реактивная 5-и ступенчатая^[1]. Коэффициент полезного действия компрессора 0,88, турбины 0,94, что является рекордом до настоящего времени^[2]. Для уменьшения радиальных зазоров были применены легкосрабатываемые покрытия на элементах проточной части статора. Для лопаток турбины были использованы литейные жаропрочные сплавы, которые при высокой температуре имеют пределы длительной прочности выше, чем деформируемые сплавы.

На НК-12 впервые были применена система регулирования подачи топлива в едином блоке (командно-топливный агрегат), регулирование радиальных зазоров в турбине. Из практики зарубежного авиадвигателестроения известно, что попытка создания ТВД мощностью более 10 000 л. с. вызвала большие трудности в конструировании достаточно надежного редуктора с высоким КПД и малой массой и окончилась неудачей. В ОКБ Н. Д. Кузнецова эта задача была решена в содружестве с М. Л. Новиковым — профессором Военно-воздушной академии им. Н. Е. Жуковского благодаря применению зубчатых передач оригинальной конструкции^[4].

С двигателем используются тянущие автоматические соосные НПП «Аэросила»). Руководитель ОКБ-150, К. И. Жданов, получил в 1957 году за их разработку Ленинскую премию^{[источник не указан 1236 дней]}.

Звук пролетающего Ту-95 (26 сек) (инф.)

Модификации

• Jumo 022: Немецкий проект двигателя имел 11-ступенчатый компрессор.
• ТВ-2: Доведен до производства, использовался очень ограниченно.
• 2ТВ-2Ф: Сдвоенный вариант ТВ-2. Испытания окончились неудачей.
• ТВ-12, он же НК-12: Первый серийный вариант. Предполагалось установить на транспортно-десантный самолет "Ю", но проект был закрыт.^[5]
• НК-12М: ТВД повышенной мощности. Первое испытание НК-12М состоялось в сентябре 1955 года, Госиспытания 19 июня 1956 года.
• НК-12МА: Устанавливался на самолёт Ан-22. Пропеллеры диаметром 6,2 м.
• НК-12МВ: Устанавливался на Ту-95К, Ту-114, Ту-126, ТУ-142. Пропеллеры диаметром 5,6 м и массой 1 155 кг.
• НК-12МК: Устанавливался на экранолёт «Орлёнок».
• НК-12МП: Устанавливался на ракетоносец Ту-95МС и Ту-142М. Серийное производство начато с 1979 года. Он создан на базе мотора НК-12МВ четвертой серии, модернизированного путем установки генератора переменного тока постоянной частоты и связанных с этим новой коробкой проводов, мест крепления на корпусе компрессора, изменения прокладки электроцепей и трубопроводов. С 1987 г., после внесения в конструкцию дополнительных изменений для повышения надежности при условиях климата с высокой влажностью двигатель выпускается под индексом НК-12МП серия 2 или НК-12МПТ^[6].
• НК-16 (ТВ-16): 16000 л.с., 1952^{[источник не указан 1236 дней]}
• НК-12СТ, НК-14СТ: приводы газоперекачивающих агрегатов (подробнее).
• НК-14Э: привод генератора в блочно-модульных электростанциях (подробнее).

Наземное применение

Для решения проблемы транспортировки газа в 1974 году^[7] был создан газотурбинный привод НК-12СТ. В его конструкции осуществлена идея использования авиационного двигателя типа НК-12 в качестве привода газоперекачивающих агрегатов ГПА-Ц-6,3^[4]. Были выполнены работы, позволившие использовать природный газ, перекачиваемый по трубопроводам, в качестве топлива для двигателя. Это позволило обеспечить газоперекачивающие агрегаты мощным газотурбинным приводом с малой массой и небольшими габаритами (мощность привода 6300 кВт), а также осуществить полную автоматизацию газоперекачивающих агрегатов и обеспечить полную автономию двигателя, не требующую дополнительных источников тепла, топлива и водоснабжения^[4].

Серийный выпуск агрегата ГПА-Ц-6,3 был налажен в 1975 г., за время серийного производства изготовлено около 2000 двигателей, их суммарная наработка составила около 40 тыс. часов^[7]. Они эксплуатируются более чем на 100 компрессорных станциях в составе более 800 газоперекачивающих агрегатов^[7].

По состоянию на 2005 год в эксплуатации находилось более 1 750 установок этого типа^[8]. Производительность газоперекачивающего агрегата с данным двигателем - 11 млн. куб. м. газа в сутки^[7].

Однако выработка ресурса и устаревание двигателя диктует необходимость его модернизации. Производитель двигателей НК-12, ОАО «Моторостроитель» подготовил замену двигателю НК-12СТ и начал выпуск более совершенного двигателя НК-14СТ, который полностью взаимозаменяем с ним в газоперекачивающих агрегатах, и является его модифицированной версией. За счет изменения камеры сгорания, турбины турбокомпрессора, основной и свободной турбин удалось повысить мощность и КПД двигателя. Модифицированный двигатель НК-14СТ с регенеративным циклом имеет КПД до 41,5%^[9]. Также он может использоваться в качестве силовой установки для судов на подводных крыльях^[9].

Существует вариант модернизации, заключающийся в замене газотурбинного двигателя НК-12СТ, имеющего КПД 24%, на газотурбинный двигатель производства ОАО "НПО "Сатурн" ГТД-6,3РМ с КПД 33%^[10]. Также предлагаются варианты продления ресурса агрегата, повышение его КПД и мощности за счет поузловой реновации, в частности, за счет замены силовой турбины^[8].

НК-14Э - модификация газотурбинного двигателя НК-14СТ, предназначенная для использования в качестве привода генератора в блочно-модульных электростанциях типа БГТС-9,5 и АТГ-10. На базе этого двигателя спроектирована теплоэлектростанция АТГ-10, способная обеспечить электроэнергией небольшие города и поселки, промышленные и строительные объекты, удаленные от центральных энергоносителей.^[11]

Примечания