Role of the Research Institute of Engines (NIID) in the development of special transport engines

Full Text

В Советском Союзе существовала стройная система разработки и производства объектов вооружения и военной техники (ВВТ), а также создания научно-технического задела, позволяющая обеспечивать паритет и превосходство отечественных образцов ВВТ над зарубежными аналогами. В состав научно-исследовательских институтов 7-го Главного Управления Миноборонпрома СССР, отвечавшего за бронетанковую технику, помимо головного предприятия - ВНИИ Транспортного Машиностроения, входил ВНИИСтали, ответственный за броневую защиту и НИИД - головной институт по двигателям бронетанковой техники - поршневым и газотурбинным. Научно-исследовательский институт двигателей создан на базе лаборатории № 7, ранее - отдел нефтяных двигателей (ОНД) ЦИАМ им. П.И.Баранова. Со времени основания ЦИАМ в 1930 году это был один из двух ведущих отделов института. Другим был отдел бензиновых двигателей. Организатором и первым руководителем ОНД был выдающийся конструктор и ученый Алексей Дмитриевич Чаромский. Алексей Дмитриевич Чаромский, начальник ОНД ЦИАМ, Главный конструктор Завода имени В.А.Малышева по двигателям Aleksey D. Charomskiy, Head of the Department of Oil Engines at the Central Institute of Aviation Motors, Chief Designer of the Plant of Engines named after Vyacheslav A. Malyshev В 1930-40 гг. ОНД являлся передовой организацией в СССР по быстроходным дизелям. Здесь был создан самый мощный в мире в те годы авиационный дизель АН-1. Большое влияние ОНД оказал на создание танкового дизеля В-2, лучшего танкового мотора времен Великой Отечественной войны. На завершающем этапе доводки В-2 Главным конструктором был назначен Т.П. Чупахин - ведущий сотрудник ОНД, которому в 1941 г. за разработку новой конструкции дизеля была присуждена Сталинская премия. В ОНД (позднее - лаборатории № 7) ЦИАМ работали такие известные ученые-двигателисты как Т.М. Мелькумов, А.И. Толстов, Л.М. Белинкий, И.В. Астахов, Д.А. Портнов, В.А. Кутовой, Б.Я.Гинзбург и др.т В 1952 г. в связи с прекращением работ по авиационным дизелям лаборатория № 7 была расформирована. В это время в авиации широко внедрялись газотурбинные двигатели, которые обеспечивали качественный скачок в основных характеристиках - скорости, грузоподъемности и высотности летательных аппаратов. По инициативе начальника лаборатории № 7 профессора Анатолия Игнатьевича Толстого группа сотрудников лаборатории обратилась с письмом на имя И.В. Сталина с просьбой сохранить ее и передать заинтересованному ведомству. Просьба мотивировалась тем, что в лаборатории был накоплен большой опыт по разработке и испытаниям быстроходных дизелей. В октябре 1952 г. вышло Постановление Совета Министров СССР о выделении лаборатории из состава ЦИАМ им. Баранова и преобразовании ее в самостоятельную единицу - Научно-исследовательскую лабораторию двигателей (НИЛД) с подчинением Минтрансмашу СССР. Директором НИЛД был назначен профессор А.И.Толстов. В дальнейшем НИЛД был переподчинен Миноборонпрому СССР (1957 г.) и переименован в Научно-исследовательский институт двигателей (НИИД) (1958 г.). Под председательством А.И. Толстова был организован Ученый совет, в состав которого вошли такие крупные ученые как А.С. Орлин, В.В. Уваров, Ю.А. Степанов, М.А. Хайлов, главные конструкторы И.Я. Трашутин, Б.Г. Егоров. За плечами НИИД - история развития отечественных дизелей - вначале (с 1930 г.) для авиации, а затем - с середины 1950-х годов - для наземной военной техники. По предложению института, основанному на имевшемся у него конструкторском и экспериментальном заделе [1, 2, 3], с 1954 г. были развернуты работы по 2х-тактному пятицилиндровому дизелю с противоположно движущимися поршнями для танка Т-64. Сотрудник института А.Д.Чаромский был назначен Главным конструктором этого двигателя на заводе им. Малышева (г. Харьков). В компоновке, расчетах, проведении исследований и доводке двигателя, получившего индекс 5ТД (позднее - 5ТДФ) большую практическую помощь оказали специалисты института. Впоследствии, до принятия танка Т-64 с двигателем 5ТДФ на вооружение в 1967 г., в институте было выполнено более 200 работ по обеспечению заданных параметров рабочего процесса, надежности цилиндропоршневой группы, топливной аппаратуры, системы холодного пуска и других систем. В дальнейшем институт тесно сотрудничал с ХКБД завода им. Малышева по созданию под руководством Главного конструктора Н.К. Рязанцева форсированных модификаций этого двигателя в 6-цилиндровом исполнении - 6ТД (1000 л.с.), 6ТД-2 (1200 л.с.) и опытного двигателя 6ТД-АФ (1500 л.с.). Двигатель 5ТДФ (вид со стороны нагнетателя) 5TDF engine (view from the supercharger side) По мере возникновения задач росла и развивалась организационная структура института - помимо КБ и основных тематических отделов по турбопоршневым и газотурбинным двигателям были созданы: отдел научно-технической информации, приборный отдел, позднее преобразованный в отдел вычислительной техники и разработки приборов для испытаний двигателей, отдел эксплуатации, отдел прочности, отдел горючесмазочных материалов, отдел стандартизации, патентное бюро, отдел испытаний двигателей, отдел метрологии, отдел народнохозяйственной продукции. В 1964 г. с Московского тормозного завода институту было передано КБ по специальному электрооборудованию. Этим КБ в 1960-80 гг. был разработан ряд генераторов (Г-6,5, Г-731 и др.), стартер-генераторов (СГ-10 и СГ-18), пускорегулирующая аппаратура для двигателей. В дальнейшем КБ разработало вентильные генераторы мощностью от 6 до 30 кВт (ГП-6,5, ГП-10, ГП-26 и др.), превосходящие по удельным массогабаритным показателям коллекторные генераторы в 2…2,5 раза и генераторы переменного тока фирмы "Бош" в 1,25…2 раза. Лев Иванович Пугачев директор НИИД (1966-1991 гг.) Lev I. Pugachev, Director of the NIID (1966-1991) В 1959 г. приказом Министерства обороны в НИИД было учреждено военное представительство. Для лучшего взаимодействия с заводами и институтами отрасли были организованы базовые группы на заводе им. Малышева, на Челябинском тракторном заводе, в ЛНПО им. В.Я. Климова, на полигоне МО в Кубинке (с 1972 г. - 38 НИИИ БТТ). В развитие института в 1960-80-е годы большой вклад внес Лев Иванович Пугачев, который был директором Института на протяжении 25 лет (1966 - 1991). Параллельно с работами по 5ТДФ институт постоянно участвовал в развитии модификаций двигателей семейства В2 [3, 4, 5, 6]. На примере двигателей этого семейства можно проследить, как удачно выбранная конструктивная схема двигателя обеспечила ему невиданное долголетие и позволила использовать его модификации в четырех поколениях отечественных танков - Т-34, Т-54/55/62, Т-72 и, наконец, современном Т-90. В декабре 2019 г. исполнилось 80-лет со времени создания этого двигателя. Семейство В-2 (Главные конструкторы И.Я. Трашутин, В.И. Бутов, В.И. Гордеев, В.С. Мурзин) - это целая эпоха в отечественном танковом двигателестроении, в развитие которого институт также внес большое число принципиальных решений по совершенствованию рабочего процесса, топливной аппаратуры, цилиндропоршневой группы, схемы и агрегатов воздухопитания, а также методологии испытаний, новых ГСМ и др. Многолетние творческие связи институт имел и с конструкторским бюро Барнаульского завода транспортного машиностроения [6]. Этим КБ было разработано и освоено в производстве завода унифицированное семейство танковых дизелей УТД (главные конструкторы Е.И. Артемьев, Б.Г. Егоров). Семейство охватывало диапазон мощностей от 220 до 735 кВт (300…1000 л.с.) и нашло самое широкое применение в ВГМ и на колесных шасси. В середине 1960-х годов в связи с разработкой танков нового поколения остро стал вопрос о создании компактной и мощной силовой установки на базе газотурбинного двигателя. Отделом ГТД института, в составе которого в середине 1970-х годов насчитывалось около 90 ИТР, в том числе 11 кандидатов наук, разрабатывались возможные пути реализации в газотурбинном двигателе специфичных требований, предъявляемых к двигателю транспортной машины. Были развернуты работы по расчету, конструированию и испытаниям основных узлов - турбин, компрессоров, камер сгорания, теплообменников, систем топливоподачи и регулирования, а также по решению таких проблемных для транспортного ГТД вопросов как экономичность, тормозная мощность, приемистость [6]. Не останавливаясь на всех этапах пройденного пути, следует отметить лишь ряд пионерских работ, выполненных институтом: · разработка совместно с ОКБ-6 ЧТЗ (Главный конструктор В.Б. Михайлов) первого специального (а не конвертированного из вертолетного прототипа) танкового газотурбинного двигателя с теплообменником ГТД-700, заданные параметры которого были получены буквально с первого образца; · разработка и экспериментальное исследование на модельном двигателе ТС-12М способов улучшения динамических и тормозных характеристик двухвального ГТД, в том числе проведенное впервые в СССР исследование регулируемого соплового аппарата силовой турбины для этих целей; · разработка совместно с тем же КБ, впоследствии преобразованном в СКБ "Турбина", газотурбинного двигателя ГТД-Т3 мощностью 320…450 л.с. для боевой машины пехоты БМП-1, который успешно прошел 300-часовые заводские стендовые испытания. Испытательный корпус СЭБ НИИД Test building of the Solnechnogorsk Experimental Base (SEB) of the NIID institute Создание ГТД мощностью 1000 л.с. для танка Т-80 было поручено ЛНПО им. В.Я. Климова (главный конструктор С.П. Изотов), одному из лучших ОКБ Минавиапрома по вертолетным двигателям. На Калужском моторном заводе с 1976 г. было организовано серийное производство этого двигателя. В 1977 г. танк Т-80 с двигателем ГТД-1000Т был принят на вооружение, на год раньше, чем разработанный в США танк М1 "Абрамс" с газотурбинным двигателем AGT-1500. Создание танка Т-80 явилось важным этапом в развитии отечественного танкостроения и подтвердило достигнутый в СССР высокий уровень конструкторской мысли и технологических решений. Дальнейшие опытные работы по танковому ГТД ЛНПО им. В.Я. Климова продолжало в направлении создания двигателей увеличенной мощности (ГТД-1000ТФ, ГТД-1250, ГТД-1250Г и ГТД-1500Г). Институт принимал участие в испытаниях двигателей в ЛНПО им. В.Я. Климова, в пробеговых и войсковых испытаниях танков, провел ряд работ по снижению расхода топлива на режиме "малого газа", по созданию совместно с ЦНИИАГ (1972 г.) и экспериментальной отработке на стенде НИИД макетного образца системы автоматического и полуавтоматического переключения передач в КП. Институт предложил перейти на алюминиевые радиаторы системы охлаждения, отработал конструкцию и технологию изготовления этих радиаторов, обеспечивающих снижение массы и повышение в том же объеме тепло-рассеивающей способности примерно на 20 % по сравнению с латунными радиаторами. Алюминиевые радиаторы прошли необходимые виды испытаний и были введены в конструкторскую документацию ряда объектов. С расширением работ по двигателям отрасли рос и развивался научный и производственно-экспериментальный потенциал института. После преобразования Челябинского филиала НИИД в самостоятельное предприятие СКБ "Турбина" в 1970 г. было принято Правительственное решение о строительстве в подмосковном Солнечногорске экспериментально-производственной базы института (СЭБ). Первая очередь строительства была введена в строй в 1986 г. и включала инженерно-лабораторный корпус, корпус экспериментальных стендов с производственным цехом и компрессорной станцией, электроподстанцию, градирню и обслуживающие системы. Общая площадь производственных и вспомогательных помещений составила 13 тыс. м2. К 1993 г. было в основном завершено создание в СЭБ комплекса экспериментальных стендов (2-я очередь). В составе СЭБ - более 25 стендов для испытаний дизелей и ГТД (мощностью от 3 до 1100 кВт), стенды для испытаний компрессоров и турбин, агрегатов наддува дизелей, теплообменных аппаратов, пылевых испытаний сопловых аппаратов турбин, одноцилиндровые установки, стенды для испытаний узлов и деталей двигателей из керамических конструкционных материалов, а также других узлов, агрегатов и отдельных элементов энергосиловых установок - всего около 30 стендов. Двигатель В-92С2 Радиатор Холодильная камера V-92S2 engine Radiator Cooling chamber Двигатель ГТД-1250 Дизель-генератор Керамика до 1700К GTD-1250 engine Diesel generator Ceramics up to 1700K Некоторые стенды СЭБ НИИД Test benches of SEB NIID В состав испытательного комплекса [6] вошли: электроподстанция мощностью 16 тыс. кВт, система оборотного водоснабжения производительностью 430 м3/ч с теплосъемом 6,5⋅108 кДж/ч, компрессорная станция производительностью 8 кг/с воздуха давлением 0,8 МПа, склад ГСМ, очистные сооружения для ливневых вод и другие инженерные сооружения. СЭБ НИИД была включена в государственный реестр уникальных стендовых испытательных баз организаций научной сферы. С вводом СЭБ институт сформировался как аналитический, конструкторский и исследовательский центр специального танкового двигателестроения. В конце 1980-х годов НИИД состоял из 14 тематических отделов с общей численностью около 700 человек, в том числе 6 д.т.н., 36 к.т.н. В институте сложились общепризнанные научные школы по рабочему процессу двигателей, разработке цилиндропоршневой группы ТПД, центробежных компрессоров и другие. К числу важных проблем развития отечественного дизелестроения, решенных институтом в 1960-1980 гг., следует отнести решение вопросов работы дизеля на различных сортах топлива ("многотопливность") и обеспечение его "холодного" пуска при температуре ниже минус 10…20 °С. В рамках прикладных НИР были исследованы возможности применения в силовых установках объектов БТВТ двигателей новых схем, в том числе роторного двигателя с воспламенением от сжатия, "адиабатного" двигателя, возможности автономного движения объекта по дну водоемов без доступа воздуха, проблемы аккумулирования энергии в силовых установках с механическими накопителями, пути создания малоразмерных энергоагрегатов, системы электронного управления топливоподачей в ТПД и ГТД, новые схемы турбонаддува и другие. Была разработана методология диагностирования технического состояния двигателей и оценки их надежности по результатам эксплуатации. В 80-х годах институтом проведен большой комплекс работ по разработке и применению конструкционных керамических материалов в ТПД и ГТД (тема «Аксиома»). Многие проведенные в НИИД работы были доведены до практической реализации в ОКР, другие пока ждут своего времени для внедрения и составляют так называемый научно-технический задел. Институт проводил регулярные исследования по анализу технического уровня и направлений развития отечественных и зарубежных двигателей с изучением и оценкой наиболее интересных разработок зарубежных фирм. Информцентр НИИД ежеквартально выпускал сборники "Анализ технического уровня транспортных двигателей", которые пользовались заслуженным вниманием многих предприятий и организаций отрасли. Институтом, как базовой организацией отрасли по стандартизации, выпущены свыше 90 нормативных документов (ГОСТы, ОСТы и другие), проведены работы по каталогизации и оценке надежности двигателей БТВТ, совершенствованию методов стендовых испытаний двигателей. Двигатель В-92С2 V-92S2 engine В конце 90-х годов был проведен комплекс работ по модернизации двигателей объектов БТВТ, завершившихся созданием двигателя В-92С2 мощностью 735 кВт (1000 л.с.) в ЧТЗ (главные конструкторы В.И. Бутов, В.С. Мурзин). Институт настоял на разработке двигателя со свободным турбокомпрессором (а не с приводным компрессором с турбиной подкрутки, как было первоначально принято). Необходимый для В-92С2 турбокомпрессор был ранее спроектирован в НИИД и изготовлен в СКБ «Турбина». Для обеспечения повышенного теплосъема, связанного с 20%-ным увеличением мощности двигателя, НИИД предложил использовать алюминиевые радиаторы и обеспечил их изготовление и поставку. В 1999 г. три танка Т-90С с радиаторами системы охлаждения, изготовленными в НИИД, успешно прошли в Индии испытания, предшествовавшие заключению контракта на поставку 300 танков Т-90, который существенно оживил танковую отрасль, находившуюся до того в состоянии упадка. С начала 2000-х годов в институте было освоено мелкосерийное производство алюминиевых радиаторов для систем охлаждения силовых установок танков Т-80 и Т-90 и сейчас эта продукция составляет значительный объем производственных работ института [6, 7]. Совместно с ВНИИ НП и заводами отрасли в 1999-2002 гг. был проведен комплекс работ по созданию всесезонного термостабильного масла для высокофорсированных дизелей, завершившийся организацией серийного производства масла М5з/16Д2. В 1990-2000 гг. институт провел НИР по повышению надежности поршней высокофорсированных ТПД и созданию элементов электронных систем топливоподачи и регулирования [7]. По решению Российского агентства по обычным вооружениям и ГАБТУ МО РФ в 2001 г. при НИИД создан межотраслевой Координационный Совет по проблемам развития перспективных силовых установок для объектов БТВТ, в состав которого вошли представители более 30 предприятий и организаций отрасли и Заказчика [7]. Научно-технический потенциал института успешно был применен в конверсионных разработках. В частности, в работах по Московской программе использования альтернативных видов моторного топлива на автомобильном транспорте города в 2005-2008 гг. отработана топливная аппаратура двигателя автомобиля "Бычок" на экологически чистом моторном топливе - диметилэфире. Несколько автомобилей с такой дублирующей системой топливоподачи успешно прошли предварительные испытания и опытную эксплуатацию. Все достижения института в проведении научных исследований и конструкторских разработок основаны на прочных деловых связях с КБ и заводами отрасли. НИИД всегда имел обширные научные связи с предприятиями отрасли и Заказчика, организациями Академии Наук, ВУЗами, прежде всего с МГТУ им. Н.Э. Баумана, в составе которого совместным приказом вышестоящих Министерств были определены 2 базовые кафедры (Э2 и Э3), МАМИ, МАДИ и др., отраслевыми НИИ - ЦИАМ им П.И. Баранова, ЦНИДИ, НАТИ, ЦНИТА, 22, 38 и 45 НИИИ МО и др. В соответствии с Указом Президента РФ от 27 августа 2007 г. институт введен в состав интегрированной структуры - АО "Научно-производственная корпорация "Уралвагонзавод" и в январе 2009 г. преобразован в акционерное общество АО "НИИД". В последние годы институт во-многом утратил свои передовые позиции, однако имеющийся научно-технический задел и технические возможности его испытательной базы в г. Солнечногорске могут позволить решить многие вопросы по развитию и отработке транспортных двигателей. Наука в РФ сейчас переживает тяжелые времена. Доля финансирования науки в бюджете в 2-3 раза ниже, чем во многих других странах. Завершить эту статью мне хочется словами Жолио Кюри: «Страна, которая уничтожает свою науку, неизбежно превращается в колонию».

About the authors

N. I Troitskiy

Bauman Moscow State Technical University

Email: niktro17@rambler.ru
PhD in Engineering Moscow, Russia

References

Supplementary files