Spřátelené weby
další odkazy

NIKOLAJ DMITRIJEVIČ KUZNECOV

Prínos vedecko-konštrukčnej školy N. D. Kuznecova k rozvoju výroby leteckých motorov v Sovietskom zväze

Spracoval Ing. Marián Hocko, PhD. na základe ruských zdrojov

Vedenie ОАО СНТК им. Н. Д. Кузнецова

V priebehu 45 rokov, od 1949 do 1994 podnik, ktorého názov sa menil, od skúšobného závodu č. 2, cez Kujbyševsky vedecko-výrobné združenie „Труд“ až po „ОАО СНТК им. Н. Д. Кузнецова“, viedol celosvetovo známy, vynikajúci konštruktér našej doby akademik Nikolaj Dmitrijevič Kuznecov. Pod jeho vedením sa združenie zmenilo na jednu z vedúcich leteckých motorových firiem v Rusku a v bývalom ZSSR. Vytvoril 57 originálnych modifikovaných turbokompresorových motorov pre lietadla rôzneho určenia a ekranoplanov, raketových motorov na kvapalné paliva pre raketovo-kozmický komplex, a taktiež motorov pre pohon plynových prečerpávacích agregátov a elektrických generátorov.

Väčšina motorov vytvorených N. D. Kuznecovom má označenie „prvý“:

• prvý v ZSSR a najvýkonnejší turbovrtuľový motor vo svete;
• prvý v ZSSR a najvýkonnejší dvojprúdový motor s komorou prídavného spaľovania pre nadzvukové lietadla vo svete;
• prvý vo svete raketový motor na kvapalné palivo, ktorý pracoval  s uzatvorenou schémou;
• prvý v ZSSR trojhriadeľový dvojprúdový letecký turbokompresorový motor;
• prvý vo svete letecký turbokompresorový motor, pracujúci s kvapalným vodíkom a ochudobneným zemným plynom.

Nikolaj Dmitrijevič Kuznecov sa osobne zaoberal leteckými atómovými a turbokompresorovými motormi, raketovými motormi na kvapalné palivo, laserovými motormi, leteckými motormi na kryogénné paliva a pod.

Pri rozpracovávaní nových smerov pri vývoji leteckých turbokompresorových a  raketových motorov rôzneho určenia, N. D. Kuznecov vytvoril svoju školu konštruovania, pre ktorú sú charakteristické následné zvláštnosti:

• výber parametrov motora v závislosti od ich hraničných hodnôt;
• hlboké poznanie a zvládnutie procesov, ktoré prebiehajú v sústavách motora a  zapracovanie nových metodik výpočtov a konštruovania;
• rozpracovanie a zapracovanie nových špičkových technológii pre zvýšenie koeficienta využitia materiálu, zníženia prácnosti a zvýšenie spoľahlivosti a technickej životnosti;
• zavedenie perspektívnych materiálov;
• zavedenie termobariérnych a iných povrchov, ktoré zvyšujú odolnosť materiálu proti oteru;
• maximálne zavedenie opatrení zameraných na zvýšenie spoľahlivosti a technického života motorov;
• kontrola zavedených opatrení z hľadiska zvýšenia spoľahlivosti a odolnosti metódami urýchlených skúšok (ekvivalentné, cyklické a rezonančné skúšky).   

N. D. Kuznecov bol mimoriadne skromným človekom. Nikdy a nikde nepripomínal svoje návrhy, teoretické práce, pričom vzťahoval úspechy riadiaceho združenia zásluhami celého kolektívu. Z tohto dôvodu sa mnohé objavy v ruskom leteckom motorovom priemysle javia ako bezmenné.

NK-12

Koncom štyridsiatych a začiatkom päťdesiatych rokov sa všetky zahraničné, ako aj sovietske, konštrukčné kancelárie leteckých motorov zaoberali rozpracovaním reaktívnych leteckých turbokompresorových motorov. V roku 1950 N. D. Kuznecov navrhol rozpracovať turbovrtuľové motory so špecifickou spotrebou paliva cm = 230 až 250 g.ks^-1.h^-1 na vzletovom režime pre strategické letectvo. Jeho návrh však nenašiel pochopenie, vzhľadom na skutočnosť, že sa uvažovalo o nemožnosti dosiahnuť nižšiu špecifickú spotrebu paliva ako u piestových leteckých motorov. Nikolaj Dmitrijevič spochybnil toto tvrdenie a stanovil pre kolektív úlohu podrobne preštudovať plynodynamické procesy leteckých turbokompresorových motorov. Výsledkom tohto procesu bola novorozpracovaná metodika výpočtu plynovej turbíny. Realizovaná práca umožnila predložiť konštruktérom lietadiel turbovrtuľový motor s nevídane nízkou špecifickou spotrebou paliva pre diaľkové lety bez doplnenia paliva počas letu až 15 000 km. Ani veľký konštruktér lietadiel A. N. Tupolev okamžite nepochopil význam navrhovaných myšlienok N. D. Kuznecova, avšak neskôr prijal rozhodnutie o vytvorení legendárneho lietadla Tu-95 s turbovrtuľovými motormi „NK“. V USA požiadavka na vytvorenie podobného motora nebola úspešne vyriešená.

N. D. Kuznecov bol veľmi všestranným vedcom a konštruktérom, ktorý sa neuzatváral len do rámca problematiky konštrukcie leteckých motorov. V roku 1953 prišiel k záveru, že v  neďalekej budúcnosti strategické letectvo bude smerovať k nadzvukovej rýchlosti letu, čo znamená, že turbovrtuľové lietadla sa z dôvodu odporu vrtuli stanu nepoužiteľné. Vznikla myšlienka použiť namiesto vrtule dúchadlo s plášťom. Začiatkom roka 1953, za priamej účasti Nikolaja Dmitrijeviča a pod jeho riadením, skupina inžinierov OKB prvýkrát vo svete prakticky pristúpila k rozpracovaniu teórie dvojprúdových turboreaktívnych motorov. Ideu a prvé rozpracované štúdie dvojprúdového leteckého turbokompresorového motora Nikolajev Dmitrijevič predniesol na posúdenie vedecko-technickej rade Ministerstva leteckého priemyslu. A. N. Tupolev, ktorý už plne dôveroval Nikolajevovi Dmitrijevičovi, podporil túto jeho myšlienku, avšak ešte dlho potom existoval odpor proti tejto myšlienke. Pravdou však je, že najvýznamnejší konštruktéri leteckých motorov A. A. Mikulin a A. D. Švecov podporili Nikolaja Dmitrijeviča. Je možne smelo povedať, že teória dvojprúdových leteckých turbokompresorových motorov bola v  základe rozpracovaná pod vedením N. D. Kuznecova. 

Tu-95SM

Pri rozpracovaní dvojprúdových leteckých turbokompresorových motorov N. D. Kuznecov navrhol ich doplniť komorou prídavného spaľovania. Pod jeho vedením bola rozpracovaná teória takého dvojprúdového motora s prídavným spaľovaním a v roku 1956 vytvoril prvý svetový dvojprúdový letecký turbokompresorový motor s prídavným spaľovaním NK-6 s ťahom 17 000 kp (166770 N) na režime prídavného spaľovania. Podobný typ motora sa v USA objavil až o 15 rokov neskôr. Neskôr Nikolaj Dmitrijevič ako prvý vo svete prišiel s návrhom komory prídavného spaľovania, na vstup ktorej sa privádza zmiešaný prúd vzduchu z vonkajšieho prúdu a plynu z vnútorného prúdu.

Uzatvorená schéma raketových motorov na kvapalinové palivo bola známa v polovici päťdesiatych rokov, t. j. ešte predtým keď sa N. D. Kuznecov začal zaoberať problematikou raketových motorov. Avšak definovaná bola len myšlienka, seriózna práca v tejto oblasti nebola vykonaná. Najskúsenejší sovietsky konštruktér raketových motorov na kvapalinové motory akademik V. P. Gluško v roku 1958 na porade výrobcov rakiet predpokladal začiatok prác na raketovom motore, ktorý bude pracovať s uzatvorenou schémou na obdobie sedemdesiatych rokov. Podobný názor mali aj raketoví odborníci v USA, ktorí až v sedemdesiatych rokoch začali tvoriť takýto raketový motor.

Od začiatku prác na raketových motoroch na kvapalné palivo v roku 1959 sa Nikolaj Dmitrijevič rozhodol rozpracovať tieto motory s uzatvorenou schémou. Je treba zvýrazniť, že S. P. Koroljov, pre ktorého sa tieto motory vytvárali, v plnej miere podporil N. D. Kuznecova.

Ťažkosti pri vytváraní raketových motorov na kvapalné palivo, pracujúce s  uzatvorenou schémou, boli veľmi veľké. Mnohé otázky teórie a konštruovania takýchto motorov sú stále nedoriešené. Významnú úlohu pri rozpracovaní raketových motorov na kvapalné palivo zohrala skutočnosť, Nikolaj Dmitrijevič zapracoval už osvojenú metodológiu vytvárania leteckých turbokompresorových motorov. Takéto revolučné riešenie viedlo k prehodnoteniu mnohých používaných teoretických prístupov a metód konštruovania u konštruktérov raketových motorov. Boli vytvorené nové uzly a agregáty pre raketové motory na kvapalné palivo, ktoré sa podstatne odlišovali od predchádzajúcich z hľadiska hmotnosti, spoľahlivosti a  taktiež z hľadiska princípu činnosti. V šesťdesiatych rokoch vytvorené kyslíkovo-kerosínové motory NK-33, NK-39, NK-43, NK-31 pre mesačný komplex N1, do súčasnej doby zostali neprekonané z hľadiska parametrov a spoľahlivosti vo svojej ťahovej triede ako aj použitého paliva.

Je treba povedať, že skúsenosti získané N. D. Kuznecovom pri vytváraní raketových motorov na kvapalné paliva s uzatvorenou schémou sa ukázali skutočne bezcenné pre rozpracovanie kozmickej techniky. Následne boli všetky raketové motory na kvapalné palivo ostatných konštruktérov projektované s uzatvorenou schémou. Mnohé skôr neznáme otázky teórie a konštrukcie raketových motorov na kvapalné palivo s uzatvorenou schémou boli rozpracované pod vedením a pri bezprostrednej účasti N. D. Kuznecova. Avšak v učebniciach teórie raketových motorov na kvapalinové palivo chýbajú zmienky o úlohe N. D. Kuznecova.

Ku koncu päťdesiatych rokov, pri vytváraní leteckých turbokompresorových motorov, ktoré pracovali s vysokými teplotami a vysokým stupňom stlačenia kompresora sa takmer všetky konštrukčné kancelárie v ZSSR aj v zahraničí, stretli s problémom, ktorý bol spojený s činnosťou hlavných spaľovacích komôr – nerovnomernosťou teplôt na vstupe do plynovej turbíny, ktorá viedla k prepaľovaniu lopatiek plynovej turbíny. Nikolaj Dmitrijevič navrhol spôsob odstránenie tohto problému. Množstvo palivových dýz v hlavných spaľovacích komorách leteckých turbokompresorových motorov bolo zväčšené zo zvyčajných 12 až 24 na 130 až 140 ako je to obvykle u raketových motorov na kvapalné palivo. Toto riešenie malo za následok zásadnú zmenu teoretických a konštrukčných princípov vytvorenia hlavných spaľovacích komôr leteckých turbokompresorových motorov.

Vedenie „HИИ“ nepodporilo tento názor. Avšak Nikolaj Dmitrijevič nepodľahol týmto odmietavým názorom a doviedol túto prácu do prakticky realizovateľného konca. A tak hlavné spaľovacie komory majú už 35 rokov tradičnú konštrukciu pre všetky motory rodiny „HK“. Americkí konštruktéri prišli na myšlienku hlavných spaľovacích komôr s veľkým počtom palivových dýz až v polovici sedemdesiatych rokov.

Koncom osemdesiatych rokov N. D. Kuznecov pristúpil k vytvoreniu dvojprúdového  leteckého turbokompresorového motora s mimoriadne vysokým obtokovým pomerom, ktorý bol určený pre lietadla civilného letectva. Nikolaj Dmitrijevič navrhol vytvoriť motor s obtokovým pomerom m = 16. Nie je však možné povedať, že myšlienka dvojprúdových motorov s mimoriadne vysokým obtokovým pomerom bola navrhnutá len N. D. kuznecovom. Teoretické práce k tejto otázke sa objavovali v ZSSR, ako aj za hranicami. Avšak presadzujúc nové myšlienky, Nikolaj Dmitrijevič vždy postavil pred kolektív OKB úlohu s veľkým rozsahom. Vytvorený dvojprúdový motor NK-93 s obtokovým pomerom m = 16,7 bol považovaný za nový kvalitatívny skok v teórii a praxi výroby leteckých motorov.

Z domácej a zahraničnej praxe je známe, že generácie (pokolenia) leteckých turbokompresorových motorov sa menia s periodicitou 7 až 10 rokov. Každá nová generácia motorov je v princípe charakteristická znížením špecifickej spotreby paliva v priemere o 3 až 5 %. Pri prechode od obtokového pomeru m = 6 k obtokovému pomeru m = 16,7 sa špecifická spotreba paliva znížila omnoho podstatnejšie, približne o 15 %, čo zabezpečuje novú kvalitu leteckého motora. Z hľadiska stavu v polovici deväťdesiatych rokov dvojprúdový motor NK-93 predbehol analogické zahraničné práce o 5 rokov. Bohužiaľ, dlhodobý nedostatok finančných tokov môže viesť k strate priority pri vytváraní motora takéhoto typu. Je otázkou cti, že kolektív OKB dokončil prácu pri vytváraní motora NK-93, ktorá mu bola stanovená Nikolajom Dmitrijivevičom.

NK-87

V roku 1974 N. D. Kuznecov pristúpil k štúdiu možnosti vytvorenia leteckého turbokompresorového motora, ktorý by bol schopný pracovať s kryogénnym palivom. Vďaka jeho rozhodnosti boli realizované práce v použití kvapalného vodíka a ochudobneného zemného plynu pre pohon upravených leteckých turbokompresorových motoroch NK-88 a NK-89. V  apríli 1988 bol realizovaný prvý let lietadla Tu-155 s motorom NK-88, ktorý využíval ako palivo kvapalný vodík a v januári 1989 úspešne realizovaný let toho istého lietadla s motorom NK-89. Zahraniční leteckí experti po uskutočnení týchto letov prijali záver, že v tejto oblasti konštruktéri OKB N. D. Kuznecova predbehli západné práce v tejto oblasti o niekoľko rokov.
Všetko, do čoho sa púšťal Nikolaj Dmitrijevič predbiehalo práce podobných domácich a zahraničných firiem. Taký bol štýl práce N. D. Kuznecova.

Ešte v roku 1957 navrhol Nikolaj Dmitrijevič použiť motory, ktoré odpracovali svoj technický život a boli demontované z lietadiel, aby boli použité ako silové pohony pozemných energetických jednotiek. Príslušné návrhy boli odoslané vláde, avšak ostali bez odpovede.

NK-12ST

Následne sa ukázalo, že v roku 1960 sa úpravou použitých leteckých motorov začala zaoberať firma Rolls-Royce a ďalšie popredné zahraničné firmy na výrobu leteckých motorov. Nikolaj Dmitrijevič nástojčivo pokračoval v propagande svojej myšlienky, avšak až začiatkom šesťdesiatych rokov sa mu podarilo dosiahnuť, aby bolo prijaté uznesenie Rady ministrov ZSSR o vytvorení pozemného motora NK-12ST na báze leteckého turbovrtuľového motora NK-12M pre plynový prečerpávací agregát. Neskôr, v roku 1979 Nikolaj Dmitrijevič presadil ešte jedno uznesenie o vytvorení pozemného motora NK-16ST. Tým sa N. D. Kuznecovovi podarilo prakticky realizovať dávnu myšlienku a fakticky otvoriť nový smer vo výrobe leteckých motorov. Predvídavosť Nikolaja Dmitrijeviča bola jednoducho neotrasiteľná, veď použitie ľahkých, kompaktných pozemných motorov leteckého typu umožnilo nielen rýchlo vytvoriť tak potrebný pre štát blokovo-modulový plynový prečerpávací agregát, ale aj zabezpečiť veľký ekonomický efekt. Doktor ekonomických vied A. A. Averjanov, v  osemdesiatych rokoch náčelník oddelenia leteckého priemyslu štátneho plánu, vypočítal, že použitie motora NK-16ST v období od 1983 do roku 1990 zabezpečilo zisk 964 miliónov rubľov (v cenách z osemdesiatych rokov).

Je treba spomenúť mimoriadny široký a hlboký záber Nikolaja Dmitrijeviča vo všetkých oblastiach vedy, ktoré organicky vstupujú do teórie a praxe projektovania a tvorby leteckých turbokompresorových motorov a raketových motorov: aerodynamiky, plynovej dynamiky, termodynamiky, teórie prenosu tepla, teórie horenia, teórie regulácie a informatiky, teórie pevnosti a pružnosti, pričom všetky znalosti v oblasti týchto vied, obrazne povediac, sa u neho nenachádzali na samostatných poličkách, ale v tesnej väzbe, čo umožňovalo Nikolajevovi Dmitrijevičovi pri riešení konkrétneho problému pristupovať k nemu z rôznych strán.

N. D. Kuznecov priniesol veľký vklad pri vytvorení súčasnej náuky o spoľahlivosti. Pre zabezpečenie požadovanej úrovni spoľahlivosti v procese experimentálneho dopracovania leteckých motorov boli nim rozpracované:

• metodika zistenia, analýzy a odstránenia nedostatkov konštrukcie („systém defektov“);
• komplexy cieľavedomých programov špeciálnych skúšok pre rôzne etapy odpracovaných súčiastok, založených na optimálnom plánovaní experimentov;
• metodika objavenia nedostatkov konštrukcii, základom ktorej sú výskumy, umožňujúce určiť vzťahy medzi zaťažením a schopnosťou konštrukcie znášať túto záťaž.

Aby bola udržaná dosiahnutá úroveň spoľahlivosti v sériovej výrobe súčiastok N. D. Kuznecov rozpracoval metodiku zabezpečenia výrobno-technologickej spoľahlivosti. Podstatou metodiky je súlad vlastností súčiastok s požiadavkami technickej dokumentácie pri všetkých možných kombináciách hodnôt režimov technologických procesov.

Metodika ekvivalentných urýchlených skúšok, navrhnutá N. D. Kuznecovom, umožňuje riešiť problematiku určenia hraníc prevádzkyschopnosti súčiastok s dlhou dobou technickej životnosti (viac ako 10 000 hodín) za prijateľne krátku dobu. Táto metodika je založená na princípe modelovania faktorov zaťaženia na vyčerpanie technickej životnosti samostatných uzlov a súčiastok.

Posledných 15 rokov života N. D. Kuznecov bol predsedom vedeckej rady pre spoľahlivosť Akadémie vied ZSSR. Aktívne sa zaoberal vypracovaním a zavedením do praxe projektovania:

• zložitých komplexných matematických modelov vysokého stupňa pre LTKM, ktoré umožňujú zahrňovať termodynamiku, plynovú dynamiku a pevnosť základných uzlov motora;
• sústavy zabezpečenia spoľahlivosti v podmienkach sériovej výroby a v prevádzke.

N. D. Kuznecov v domácej praxi, a možno aj vo svete, zaviedol pri výrobe leteckých turbokompresorových motorov a raketových motorov na kvapalné paliva:

• presné odlievanie turbínových lopatiek s postupnou rovnoosou kryštalizáciou, smerovou kryštalizáciou a odlievanie mnohokryštálických turbínových lopatiek zložitej vonkajšej a vnútornej konštrukcie;
• titánové zliatiny;
• nové technologické metódy zvýšenia povrchovej pevnosti súčiastok a uzlov motora, ktoré umožňujú o 20 až 30 % zvýšiť únavovú pevnosť súčiastok a podstatne zvýšiť spoľahlivosť motorov v prevádzke. Na základe myšlienky N. D. Kuznecova boli rozpracované bezprúdový hydraulický spôsob spevnenia mikroguľkami a sklenenými guľkami. Pod vedením Nikolaja Dmitrijeviča bola rozpracovaná metóda vibračného brúsenia a vibračného spevňovania, a taktiež vytvorené technologické vybavenie, ktoré umožňuje prenikavo znížiť podiel ručnej práce pri výrobe súčiastok motorov.

Il-86

Ako príklad je možné uviesť spaľovaciu komoru raketového motora na kvapalné palivo NK-33. Keď v ju roku 1992 uvideli americkí špecialisti, boli veľmi prekvapení, že už začiatkom šesťdesiatych rokov bola vyrobená takým spôsobom, ktorý začali v USA používať až v sedemdesiatych rokoch.

Po Nikolajevovi Dmitrijevičovi ostalo veľké dedičstvo. V prvom rade je to ním vytvorená škola konštruovania motorov a v druhom rade je to veľká zásoba nových rozpracovaných motorov:

• principiálne nový motor – vrtuľovodúchadlový motor NK-93, motor 21. storočia;
• motor NK-89, pracujúci s ochudobneným zemným plynom;
• raketové motory na kvapalné palivo NK-33, NK-43, NK-31, NK-39. Je treba znova podčiarknuť predvídavosť N. D. Kuznecova, ktorý chránil tieto motory počas doby viac ako 20 rokov;
• pozemné motory NK-36ST, NK-37, NK-38ST. Až po smrti Nikolaja Dmitrijeviča, koncom roka 1995, motor NK-36ST s výkonom 25 MW (účinnosť 36%) úspešne prešiel medzirezortnými skúškami. V súčasnej dobe sa motory úspešne používajú ako súčasť plynových prečerpávacích agregátov. Motor NK-38ST s výkonom 16 MW (účinnosť 38%), ktorého medzirezortné skúšky prebehli v roku 2001 začal svoju prevádzku ako súčasť plynových prečerpávacích agregátov v Toliatskej a Pomarskej kompresorovej stanici. Ukončená práca na motore NK-37 s výkonom 25 MW (účinnosť 36,4 %). Na jeho základe bola vytvorená prvá v Rusku tepelná elektráreň s motorom leteckého typu, veľkým výkonom, ktorá pracuje v Bezimjanskej TEC v Samare.    

Podiel Nikolaja Dmitrijeviča na úspechoch sovietskeho letectva a plynového priemyslu je podstatný. Bolo obdobie kedy sa väčšina leteckých pasažierov v ZSSR prepravovala na lietadlách s motormi „NK“. V súčasnej dobe všetky ruské lietadla strategického letectva sú vybavené motormi „NK“, vyše 34 % vyťaženého zemného plynu v Rusku sa prepravuje potrubiami pomocou motorov „NK“.

Nikolaj Dmitrijevič veľmi dobre chápal, že nie je sám vojak v poli, preto venoval veľkú pozornosť výchove kolektívu. Bol neobyčajne trpezlivý a zhovievavý pri vypočutí názorov akéhokoľvek človeka. Ako nikto iný vedel rozprávať s podriadenými, pričom nikdy nezdôrazňoval, že on je nadriadeným.

Tu-22M3

Jedným zo základných princípov života a práce Nikolaja Dmitrijeviča bol osobný príklad. Bol vždy bodrý a energický, najmä keď sa kolektív nachádzal v krajne pesimistickej nálade. Hoci len za tu jednu vlastnosť, umenie v zložitej situácii vytvoriť podmienky pre pokojnú a zladenú prácu kolektívu, ho možno pokladať za mimoriadneho vodcu našej doby.

Nikolaj Dmitrijevič bol skromný človek. Za základ všetkého považoval kolektív. Ak niekoho po zásluhe skritizoval za rôzne nedostatky v práci, vždy to urobil korektne, neponižujúc človeka.

Všetko vyššie uvedené len z malej časti charakterizuje osobnosť generálneho konštruktéra Nikolaja Dmitrijeviča Kuznecova. Bol omnoho mnohostrannejší, omnoho zložitejší aj ako človek, aj ako konštruktér a je o ňom možné povedať mnohé. Je nevyhnutné ešte dodať, že nehľadiac na obrovskú záťaž základnou prácou, Nikolaj Dmitrijevič bol navyše aj štátnym a  spoločenským činiteľom. V priebehu tridsiatich rokov bol poslancom a členom prezídia Najvyššej rady Ruskej republiky. Zásluhy Nikolaja Dmitrijeviča boli ocenené vládou prepožičaním dvojnásobného titulu Hrdina socialistickej práce a 11 vyznamenaniami ZSSR. N. D. Kuznecov bol laureátom Leninovej ceny. Akadémia vied ZSSR v roku 1974 zvolila Nikolaja Ditrijeviča za riadneho člena.      

 

Některé zdroje použitých informací a obrázků:

• http://engine.aviaport.ru/issues/13/page26.html

Poslední aktualizace: 14. 5. 2009