По­зна­ва­тель­но - ло­пат­ки ре­ак­тив­но­го дви­га­те­ля.

На­вер­ное, всем из­вест­но, что как ки­тай­цы не ста­ра­ют­ся, ско­пи­ро­вать со­вре­мен­ные ре­ак­тив­ные дви­га­те­ли они не могут. Все. что могли - ско­пи­ро­ва­ли и по­лу­чи­ли свою СУшку, а вот дви­га­тель все равно при­хо­дит­ся по­ку­пать в РФ. Вот толь­ко что про­чи­тал ста­тью на ВиМе :http://www.warandpeace.ru/ru/news/view/74298/ "Китаю до сих пор не уда­ет­ся ско­пи­ро­вать­со­вре­мен­ный ре­ак­тив­ный дви­га­тель". При­чем, я по­ни­маю, что там имеют место уль­тра­со­ве­ре­мен­ные тех­но­ло­гии, на­ра­бот­ки, ма­те­ма­ти­ка и про­чее, про­чее, про­чее... Но для того, чтобы по­ни­мать более де­таль­но в чем тут соб­ствен­но дело ре­ко­мен­дую про­чи­тать сле­ду­ю­щую ста­тью.

ДВИ­ГА­ТЕ­ЛИ И МА­ТЕ­РИ­А­ЛЫ 

Мощ­ность лю­бо­го теп­ло­во­го дви­га­те­ля опре­де­ля­ет тем­пе­ра­ту­ра ра­бо­че­го тела - в слу­чае ре­ак­тив­но­го дви­га­те­ля это тем­пе­ра­ту­ра газа, вы­те­ка­ю­ще­го из камер сго­ра­ния. Чем выше тем­пе­ра­ту­ра газа, тем мощ­нее дви­га­тель, тем боль­ше его тяга, тем выше эко­но­мич­ность и лучше ве­со­вые ха­рак­те­ри­сти­ки. В га­зо­тур­бин ном дви­га­те­ле име­ет­ся воз­душ­ный ком­прес­сор. Его при­во­дит во вра­ще­ние га­зо­вая тур­би­на, си­дя­щая с ним на одном валу. Ком­прес­сор сжи­ма­ет ат­мо­сфер­ный воз­дух до 6-7 ат­мо­сфер и на­прав­ля­ет его в ка­ме­ры сго­ра­ния, куда впрыс­ки­ва­ет­ся топ­ли­во - ке­ро­син. Поток вы­те­ка­ю­ще­го из камер рас­ка­лен­но­го газа - про­дук­тов сго­ра­ния ке­ро­си­на - вра­ща­ет тур­би­ну и, вы­ле­тая через сопло, со­зда­ет ре­ак­тив­ную тягу, дви­жет са­мо­лет. Вы­со­кие тем­пе­ра­ту­ры, воз­ни­ка­ю­щие в ка­ме­рах сго­ра­ния, по­тре­бо­ва­ли со­зда­ния новых тех­но­ло­гий и при­ме­не­ния новых ма­те­ри­а­лов для кон­стру­и­ро­ва­ния од­но­го из наи­бо­лее от­вет­ствен­ных эле­мен­тов дви­га­те­ля - ста­тор­ных и ро­тор­ных ло­па­ток га­зо­вой тур­би­ны. Они долж­ны в те­че­ние мно­гих часов, не теряя ме­ха­ни­че­ской проч­но­сти, вы­дер­жи­вать огром­ную тем­пе­ра­ту­ру, при ко­то­рой мно­гие стали и спла­вы уже пла­вят­ся. В первую оче­редь это от­но­сит­ся к ло­пат­кам тур­би­ны - они вос­при­ни­ма­ют поток рас­ка­лен­ных газов, на­гре­тых до тем­пе­ра­тур выше 1600 К. Тео­ре­ти­че­ски тем­пе­ра­ту­ра газа перед тур­би­ной может до­сти­гать 2200 К (1927^оC). В мо­мент за­рож­де­ния ре­ак­тив­ной авиа­ции - сразу после войны - ма­те­ри­а­лов, из ко­то­рых можно было из­го­то­вить ло­пат­ки, спо­соб­ные дли­тель­но вы­дер­жи­вать вы­со­кие ме­ха­ни­че­ские на­груз­ки, в нашей стране не су­ще­ство­ва­ло. 
Вско­ре после окон­ча­ния Ве­ли­кой Оте­че­ствен­ной войны ра­бо­ту по со­зда­нию спла­вов для из­го­тов­ле ния тур­бин­ных ло­па­ток на­ча­ла спе­ци­аль­ная ла­бо­ра­то­рия в ВИАМе. Ее воз­гла­вил Сер­гей Ти­мо­фе­е­вич Киш­кин. 

В АН­ГЛИЮ ЗА МЕ­ТАЛ­ЛОМ 

Первую оте­че­ствен­ную кон­струк­цию тур­бо­ре­ак­тив­но­го дви­га­те­ля еще до войны со­здал в Ле­нин­гра­де кон­струк­тор авиа­ци­он­ных дви­га­те­лей Архип Ми­хай­ло­вич Люль­ка. В конце 1930-х годов он был ре­прес­си­ро ван, но, ве­ро­ят­но, пред­ви­дя арест, чер­те­жи дви­га­те­ля успел за­ко­пать во дворе ин­сти­ту­та. Во время войны ру­ко­вод­ство стра­ны узна­ло, что немцы уже со­зда­ли ре­ак­тив­ную авиа­цию (пер­вым са­мо­ле­том с тур­бо­ре­ак тив­ным дви­га­те­лем был немец­кий "хейн­кель" He-178, скон­стру­и­ро­ван­ный в 1939 году в ка­че­стве ле­та­ю­щей ла­бо­ра­то­рии; пер­вым се­рий­ным бо­е­вым са­мо­ле­том стал двух­мо­тор­ный "мес­сер­шмит" Me-262. Тогда Ста­лин вы­звал Л. П. Берия, ко­то­рый ку­ри­ро­вал новые во­ен­ные раз­ра­бот­ки, и по­тре­бо­вал найти тех, кто у нас в стране за­ни­ма­ет­ся ре­ак­тив­ны­ми дви­га­те­ля­ми. А. М. Люль­ку быст­ро осво­бо­ди­ли и дали ему в Москве на улице Га­луш­ки­на по­ме­ще­ние под пер­вое кон­струк­тор­ское бюро ре­ак­тив­ных дви­га­те­лей. Свои чер­те­жи Архип Ми­хай­ло­вич нашел и вы­ко­пал, но дви­га­тель по его про­ек­ту сразу не по­лу­чил­ся. Тогда про­сто взяли куп­лен­ный у ан­гли­чан тур­бо­ре­ак­тив­ный дви­га­тель и по­вто­ри­ли его один к од­но­му. Но дело упер­лось в ма­те­ри­а­лы, ко­то­рые от­сут­ство­ва­ли в Со­вет­ском Союзе, од­на­ко име­лись в Ан­глии, и со­став их, ко­неч­но, был за­сек­ре­чен. И все-​таки рас­шиф­ро­вать его уда­лось. 
При­е­хав в Ан­глию для озна­ком­ле­ния с про­из­вод­ством дви­га­те­лей, С. Т. Киш­кин всюду по­яв­лял­ся в бо­тин­ках на тол­стой мик­ро­по­ри­стой по­дош­ве. И, по­се­тив с экс­кур­си­ей завод, где об­ра­ба­ты­ва­ли тур­бин­ные ло­пат­ки, он возле стан­ка, как бы невзна­чай, на­сту­пил на струж­ку, упав­шую с де­та­ли. Ку­со­чек ме­тал­ла вре­зал­ся в мяг­кую ре­зи­ну, за­стрял в ней, а потом был вынут и уже в Москве под­верг­нут тща­тель­но­му ана­ли­зу. Ре­зуль­та­ты ана­ли­за ан­глий­ско­го ме­тал­ла и боль­шие соб­ствен­ные ис­сле­до­ва­ния, про­ве­ден­ные в ВИАМе, поз­во­ли­ли со­здать пер­вые жа­ро­проч­ные ни­ке­ле­вые спла­вы для тур­бин­ных ло­па­ток и, самое глав­ное, раз­ра­бо­тать ос­но­вы тео­рии их стро­е­ния и по­лу­че­ния. 

Было уста­нов­ле­но, что ос­нов­ным но­си­те­лем жа­ро­проч­но­сти таких спла­вов слу­жат суб­мик­ро­ско­пи­чес кие ча­сти­цы ин­тер­ме­тал­ли­че­ской фазы на ос­но­ве со­еди­не­ния Ni₃Al. Ло­пат­ки из пер­вых жа­ро­проч­ных ни­ке­ле­вых спла­вов могли дли­тель­но ра­бо­тать, если тем­пе­ра­ту­ра газа перед тур­би­ной не пре­вы­ша­ла 900-1000 К. 

ЛИТЬЕ ВМЕ­СТО ШТАМ­ПОВ­КИ 

Ло­пат­ки пер­вых дви­га­те­лей штам­по­ва­ли из спла­ва, от­ли­то­го в пру­ток, до формы, от­да­лен­но на­по­ми­на­ю­щей го­то­вое из­де­лие, а затем долго и тща­тель­но об­ра­ба­ты­ва­ли на стан­ках. Но здесь воз­ник­ла неожи­дан­ная слож­ность: чтобы по­вы­сить ра­бо­чую тем­пе­ра­ту­ру ма­те­ри­а­ла, в него до­ба­ви­ли ле­ги­ру­ю­щие эле­мен­ты - воль­фрам, мо­либ­ден, ни­о­бий. Но они сде­ла­ли сплав на­столь­ко твер­дым, что штам­по­вать его стало невоз­мож­но - фор­мов­ке ме­то­да­ми го­ря­чей де­фор­ма­ции он не под­да­вал­ся. 
Тогда Киш­кин пред­ло­жил ло­пат­ки от­ли­вать. Конструкторы-​мотористы воз­му­ти­лись: во-​первых, после литья ло­пат­ку все равно при­дет­ся об­ра­ба­ты­вать на стан­ках, а глав­ное - как можно литую ло­пат­ку ста­вить в дви­га­тель? Ме­талл штам­по­ван­ных ло­па­ток очень пло­тен, проч­ность его вы­со­ка, а литой ме­талл оста­ет­ся более рых­лым и за­ве­до­мо менее проч­ным, чем от­штам­по­ван­ный. Но Киш­кин сумел убе­дить скеп­ти­ков, и в ВИАМе со­зда­ли спе­ци­аль­ные ли­тей­ные жа­ро­проч­ные спла­вы и тех­но­ло­гию литья ло­па­ток. Были про­ве­де­ны ис­пы­та­ния, после чего прак­ти­че­ски все авиа­ци­он­ные тур­бо­ре­ак­тив­ные дви­га­те­ли стали вы­пус­кать с ли­ты­ми тур­бин­ны­ми ло­пат­ка­ми. 
Пер­вые ло­пат­ки были сплош­ны­ми и долго вы­дер­жи­вать вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру не могли. Тре­бо­ва­лось со­здать си­сте­му их охла­жде­ния. Для этого ре­ши­ли де­лать в ло­пат­ках про­доль­ные ка­на­лы для по­да­чи охла­жда­ю­ще­го воз­ду­ха от ком­прес­со­ра. Идея эта была не ахти: чем боль­ше воз­ду­ха из ком­прес­со­ра уйдет на охла­жде­ние, тем мень­ше его пой­дет в ка­ме­ры сго­ра­ния. Но де­вать­ся было неку­да - ре­сурс тур­би­ны необ­хо­ди­мо уве­ли­чить во что бы то ни стало. 

Стали кон­стру­и­ро­вать ло­пат­ки с несколь­ки­ми сквоз­ны­ми охла­жда­ю­щи­ми ка­на­ла­ми, рас­по­ло­жен­ны ми вдоль оси ло­пат­ки. Од­на­ко скоро вы­яс­ни­лось, что такая кон­струк­ция ма­ло­эф­фек­тив­на: воз­дух сквозь канал про­те­ка­ет слиш­ком быст­ро, пло­щадь охла­жда­е­мой по­верх­но­сти мала, тепло от­во­дит­ся недо­ста­точ­но. Пы­та­лись из­ме­нить кон­фи­гу­ра­цию внут­рен­ней по­ло­сти ло­пат­ки, вста­вив туда де­флек­тор, ко­то­рый от­кло­ня­ет и за­дер­жи­ва­ет поток воз­ду­ха, или сде­лать ка­на­лы более слож­ной формы. В какой-​то мо­мент спе­ци­а­ли­ста­ми по авиа­ци­он­ным дви­га­те­лям овла­де­ла за­ман­чи­вая идея - со­здать це­ли­ком ке­ра­ми­че­скую ло­пат­ку: ке­ра­ми­ка вы­дер­жи­ва­ет очень вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру, и охла­ждать ее не нужно. С тех пор про­шло почти пять­де­сят лет, но пока никто в мире дви­га­те­ля с ке­ра­ми­че­ски­ми ло­пат­ка­ми так и не сде­лал, хотя по­пыт­ки про­дол­жа­ют­ся. 

КАК ДЕ­ЛА­ЮТ ЛИТУЮ ЛО­ПАТ­КУ 

Тех­но­ло­гия из­го­тов­ле­ния тур­бин­ных ло­па­ток на­зы­ва­ет­ся ли­тьем по вы­плав­ля­е­мым мо­де­лям. Сна­ча­ла де­ла­ют вос­ко­вую мо­дель бу­ду­щей ло­пат­ки, от­ли­вая ее в пресс-​форме, в ко­то­рую пред­ва­ри­тель­но вкла­ды­ва­ют квар­це­вые ци­лин­дри­ки на место бу­ду­щих ка­на­лов охла­жде­ния (потом стали ис­поль­зо­вать дру­гие ма­те­ри­а­лы). Мо­дель по­кры­ва­ют жид­кой ке­ра­ми­че­ской мас­сой. После ее вы­сы­ха­ния воск вы­тап­ли­ва­ют го­ря­чей водой, а ке­ра­ми­че­скую массу об­жи­га­ют. По­лу­ча­ет­ся форма, вы­дер­жи­ва­ю­щая тем­пе­ра­ту­ру рас­плав­лен­но­го ме­тал­ла от 1450 до 1500^оС в за­ви­си­мо­сти от марки спла­ва. В форму за­ли­ва­ют ме­талл, ко­то­рый за­сты­ва­ет в виде го­то­вой ло­пат­ки, но с квар­це­вы­ми стерж­ня­ми вме­сто ка­на­лов внут­ри. Стерж­ни уда­ля­ют, рас­тво­ряя в пла­ви­ко­вой кис­ло­те. Эту опе­ра­цию про­во­дит в гер­ме­ти­че­ски за­кры­том по­ме­ще­нии ра­бот­ник в ска­фандре со шлан­гом для по­да­чи воз­ду­ха. Тех­но­ло­гия неудоб­ная, опас­ная и вред­ная.
Чтобы ис­клю­чить эту опе­ра­цию, в ВИАМе на­ча­ли де­лать стерж­ни из ок­си­да алю­ми­ния с до­бав­кой 10-15% ок­си­да крем­ния, ко­то­рый рас­тво­ря­ет­ся в ще­ло­чи. Ма­те­ри­ал ло­па­ток со ще­ло­чью не ре­а­ги­ру­ет, а остат­ки ок­си­да алю­ми­ния уда­ля­ют силь­ной стру­ей воды. 
В по­все­днев­ной жизни мы при­вык­ли счи­тать литые из­де­лия очень гру­бы­ми и ше­ро­хо­ва­ты­ми. Но нам уда­лось по­до­брать такие ке­ра­ми­че­ские со­ста­вы, что форма из них по­лу­ча­ет­ся со­вер­шен­но глад­кой и от­лив­ка ме­ха­ни­че­ской об­ра­бот­ки почти не тре­бу­ет­ся. Это на­мно­го упро­ща­ет ра­бо­ту: ло­пат­ки имеют очень слож­ную форму, и об­ра­ба­ты­вать их нелег­ко. 
Новые ма­те­ри­а­лы по­тре­бо­ва­ли новых тех­но­ло­гий. Ка­ки­ми бы удоб­ны­ми ни были до­бав­ки ок­си­да крем­ния в ма­те­ри­ал стерж­ней, от него при­шлось от­ка­зать­ся. Тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния ок­си­да алю­ми­ния Al₂O₃ - 2050 ^оС, а ок­си­да крем­ния SiO₂ - толь­ко около 1700 ^оС, и новые жа­ро­проч­ные спла­вы раз­ру­ша­ли стерж­ни уже в про­цес­се за­лив­ки. 
Чтобы форма из ок­си­да алю­ми­ния со­хра­ня­ла проч­ность, ее об­жи­га­ют при тем­пе­ра­ту­ре более вы­со­кой, чем тем­пе­ра­ту­ра жид­ко­го ме­тал­ла, ко­то­рый в нее за­ли­ва­ют. Кроме того, внут­рен­няя гео­мет­рия формы при за­лив­ке не долж­на ме­нять­ся: стен­ки ло­па­ток очень тон­кие, и раз­ме­ры долж­ны точно со­от­вет­ство­вать рас­чет­ным. По­это­му до­пу­сти­мая ве­ли­чи­на усад­ки формы не долж­на пре­вы­шать 1%. 

ПО­ЧЕ­МУ ОТ­КА­ЗА­ЛИСЬ ОТ ШТАМ­ПО­ВАН­НЫХ ЛО­ПА­ТОК 

Как уже го­во­ри­лось, после штам­пов­ки ло­пат­ку при­хо­ди­лось об­ра­ба­ты­вать на стан­ках. При этом 90% ме­тал­ла ухо­ди­ло в струж­ку. Была по­став­ле­на за­да­ча: со­здать такую тех­но­ло­гию точ­но­го литья, чтобы сразу по­лу­чал­ся за­дан­ный про­филь ло­пат­ки, а го­то­вое из­де­лие оста­ва­лось бы толь­ко от­по­ли­ро­вать и на­не­сти на него теп­ло­за­щит­ное по­кры­тие. Не менее важна и кон­струк­ция, ко­то­рая об­ра­зу­ет­ся в теле ло­пат­ки и вы­пол­ня­ет за­да­чу ее охла­жде­ния. 
Таким об­ра­зом, весь­ма важно сде­лать ло­пат­ку, ко­то­рая эф­фек­тив­но охла­жда­ет­ся, не сни­жая тем­пе­ра­ту­ру ра­бо­че­го газа, и об­ла­да­ет вы­со­кой дли­тель­ной проч­но­стью. Эту за­да­чу уда­лось ре­шить, ском­по­но­вав ка­на­лы в теле ло­пат­ки и вы­ход­ные от­вер­стия из нее так, чтобы во­круг ло­пат­ки воз­ни­ка­ла тон­кая воз­душ­ная плен­ка. При этом разом уби­ва­ют двух зай­цев: рас­ка­лен­ные газы с ма­те­ри­а­лом ло­пат­ки не со­при­ка­са­ют­ся, а сле­до­ва­тель­но, и не на­гре­ва­ют ее и сами не охла­жда­ют­ся. 
Здесь воз­ни­ка­ет неко­то­рая ана­ло­гия с теп­ло­вой за­щи­той кос­ми­че­ской ра­ке­ты. Когда ра­ке­та на боль­шой ско­ро­сти вхо­дит в плот­ные слои ат­мо­сфе­ры, на­чи­на­ет ис­па­рять­ся и сго­рать так на­зы­ва­е­мое жерт­вен­ное по­кры­тие, за­кры­ва­ю­щее го­лов­ную часть. Оно берет на себя ос­нов­ной теп­ло­вой поток, а про­дук­ты его сго­ра­ния об­ра­зу­ют сво­е­го рода за­щит­ную по­душ­ку. В кон­струк­ции тур­бин­ной ло­пат­ки за­ло­жен такой же прин­цип, толь­ко вме­сто жерт­вен­но­го по­кры­тия ис­поль­зу­ет­ся воз­дух. Прав­да, ло­пат­ки нужно за­щи­щать еще и от эро­зии и от кор­ро­зии. 

По­ря­док из­го­тов­ле­ния ло­пат­ки таков. Сна­ча­ла со­зда­ет­ся ни­ке­ле­вый сплав с за­дан­ны­ми па­ра­мет­ра­ми по ме­ха­ни­че­ской проч­но­сти и жа­ро­проч­но­сти, для чего в ни­кель вво­дят­ся ле­ги­ру­ю­щие до­бав­ки: 6% алю­ми­ния, 6-10% воль­фра­ма, тан­та­ла, рения и немно­го ру­те­ния. Они поз­во­ля­ют до­бить­ся мак­си­маль­ных вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных ха­рак­те­ри­стик для литых спла­вов на ос­но­ве ни­ке­ля (есть со­блазн еще по­вы­сить их, ис­поль­зуя боль­ше рения, но он безум­но дорог). Пер­спек­тив­ным на­прав­ле­ни­ем счи­та­ет­ся ис­поль­зо­ва­ние си­ли­ци­да ни­о­бия, но это - дело да­ле­ко­го бу­ду­ще­го. 
Но вот сплав залит в форму при тем­пе­ра­ту­ре 1450 ^оС и вме­сте с ней охла­жда­ет­ся. Осты­ва­ю­щий ме­талл кри­стал­ли­зу­ет­ся, об­ра­зуя от­дель­ные рав­но­ос­ные, то есть при­мер­но оди­на­ко­во­го раз­ме­ра по всем на­прав­ле­ни­ям, зерна. Сами же зерна могут по­лу­чать­ся и круп­ны­ми и мел­ки­ми. Сцеп­ля­ют­ся они нена­деж­но, и ра­бо­та­ю­щие ло­пат­ки раз­ру­ша­лись по гра­ни­цам зерен и раз­ле­та­лись вдре­без­ги. Ни одна ло­пат­ка не могла про­ра­бо­тать доль­ше 50 часов. Тогда мы пред­ло­жи­ли вве­сти в ма­те­ри­ал формы для литья мо­ди­фи­ка­тор - кри­стал­ли­ки алю­ми­на­та ко­баль­та. Они слу­жат цен­тра­ми, за­ро­ды­ша­ми кри­стал­ли­за­ции, уско­ря­ю­щи­ми про­цесс об­ра­зо­ва­ния зерен. Зерна по­лу­ча­ют­ся од­но­род­ны­ми и мел­ки­ми. Новые ло­пат­ки стали ра­бо­тать по 500 часов. Эта тех­но­ло­гия, ко­то­рую раз­ра­бо­тал Е. Н. Каб­лов, ра­бо­та­ет до сих пор, и ра­бо­та­ет хо­ро­шо. А мы в ВИАМе на­ра­ба­ты­ва­ем алю­ми­нат ко­баль­та тон­на­ми и по­став­ля­ем его на за­во­ды. 
Мощ­ность ре­ак­тив­ных дви­га­те­лей росла, тем­пе­ра­ту­ра и дав­ле­ние га­зо­вой струи по­вы­ша­лись. И стало ясно, что мно­го­зе­рен­ная струк­ту­ра ме­тал­ла ло­пат­ки в новых усло­ви­ях ра­бо­тать не смо­жет. Нужны были дру­гие идеи. Они на­шлись, были до­ве­де­ны до ста­дии тех­но­ло­ги­че­ской раз­ра­бот­ки и стали на­зы­вать­ся на­прав­лен­ной кри­стал­ли­за­ци­ей. Это зна­чит, что ме­талл, за­сты­вая, об­ра­зо­вы­ва ет не рав­но­ос­ные зерна, а длин­ные столб­ча­тые кри­стал­лы, вы­тя­ну­тые стро­го вдоль оси ло­пат­ки. Ло­пат­ка с такой струк­ту­рой ста­нет очень хо­ро­шо со­про­тив­лять­ся из­ло­му. Сразу вспо­ми­на­ет­ся ста­рая прит­ча про веник, ко­то­рый пе­ре­ло­мить не уда­ет­ся, хотя все его пру­ти­ки по от­дель­но­сти ло­ма­ют­ся без труда. 

КАК ПРО­ИЗ­ВО­ДЯТ НА­ПРАВ­ЛЕН­НУЮ КРИ­СТАЛ­ЛИ­ЗА­ЦИЮ 

Чтобы кри­стал­лы, об­ра­зу­ю­щие ло­пат­ку, росли долж­ным об­ра­зом, форму с рас­плав­лен­ным ме­тал­лом мед­лен­но вы­ни­ма­ют из зоны на­гре­ва. При этом форма с жид­ким ме­тал­лом стоит на мас­сив­ном мед­ном диске, охла­жда­е­мом водой. Рост кри­стал­лов на­чи­на­ет­ся снизу и идет вверх со ско­ро­стью, прак­ти­че­ски рав­ной ско­ро­сти вы­хо­да формы из на­гре­ва­те­ля. Со­зда­вая тех­но­ло­гию на­прав­лен­ной кри­стал­ли­за­ции, при­шлось из­ме­рить и рас­счи­тать мно­же­ство па­ра­мет­ров - ско­рость кри­стал­ли­за­ции, тем­пе­ра­ту­ру на­гре­ва­те­ля, гра­ди­ент тем­пе­ра­ту­ры между на­гре­ва­те­лем и хо­ло­диль­ни­ком и др. Тре­бо­ва­лось по­до­брать такую ско­рость дви­же­ния формы, чтобы столб­ча­тые кри­стал­лы про­рас­та­ли на всю длину ло­пат­ки. При со­блю­де­нии всех этих усло­вий вы­рас­та­ют 5-7 длин­ных столб­ча­тых кри­стал­лов на каж­дый квад­рат­ный сан­ти­метр се­че­ния ло­пат­ки. Эта тех­но­ло­гия поз­во­ли­ла со­здать новое по­ко­ле­ние авиа­ци­он­ных дви­га­те­лей. Но мы пошли еще даль­ше. 
Изу­чив рент­ге­но­гра­фи­че­ски­ми ме­то­да­ми вы­ра­щен­ные столб­ча­тые кри­стал­лы, мы по­ня­ли, что всю ло­пат­ку це­ли­ком можно сде­лать из од­но­го кри­стал­ла, ко­то­рый не будет иметь меж­зё­рен­ных гра­ниц - наи­бо­лее сла­бых эле­мен­тов струк­ту­ры, по ко­то­рым на­чи­на­ет­ся раз­ру­ше­ние. Для этого сде­ла­ли за­трав­ку, ко­то­рая поз­во­ля­ла толь­ко од­но­му кри­стал­лу расти в за­дан­ном на­прав­ле­нии (кри­стал­ло­гра­фи­че­ская фор­му­ла такой за­трав­ки 0-0-1; это озна­ча­ет, что в на­прав­ле­нии оси Z кри­сталл рас­тет, а в на­прав­ле­нии X-Y - нет). За­трав­ку по­ста­ви­ли в ниж­нюю часть формы и за­ли­ли ме­талл, ин­тен­сив­но охла­ждая его снизу. Вы­рас­та­ю­щий мо­но­кри­сталл при­об­ре­тал форму ло­пат­ки. 
Аме­ри­кан­ские ин­же­не­ры при­ме­ня­ли для охла­жде­ния мед­ный во­до­охла­жда­е­мый кри­стал­ли­за­тор. А мы после несколь­ких экс­пе­ри­мен­тов за­ме­ни­ли его ван­ной с рас­плав­лен­ным оло­вом при тем­пе­ра­ту­ре 600-700 К. Это поз­во­ли­ло точ­нее под­би­рать необ­хо­ди­мый гра­ди­ент тем­пе­ра­ту­ры и по­лу­чать из­де­лия вы­со­ко­го ка­че­ства. В ВИАМе по­стро­и­ли уста­нов­ки с ван­на­ми для вы­ра­щи­ва­ния мо­но­кри­стал­ли­чес ких ло­па­ток - очень со­вер­шен­ные ма­ши­ны с ком­пью­тер­ным управ­ле­ни­ем. 
В 1990-х годах, когда рас­пал­ся СССР, на тер­ри­то­рии Во­сточ­ной Гер­ма­нии оста­лись со­вет­ские са­мо­ле­ты, в ос­нов­ном ис­тре­би­те­ли МиГ. У них в дви­га­те­лях сто­я­ли ло­пат­ки на­ше­го про­из­вод­ства. Ме­талл ло­па­ток ис­сле­до­ва­ли аме­ри­кан­цы, после чего до­воль­но скоро их спе­ци­а­ли­сты при­е­ха­ли в ВИАМ и по­про­си­ли по­ка­зать, кто и как его со­здал. Ока­за­лось, что им была по­став­ле­на за­да­ча сде­лать мо­но­кри­стал­ли­че­ские ло­пат­ки мет­ро­вой длины, ко­то­рую они ре­шить не могли. Мы же скон­стру­и­ро­ва­ли уста­нов­ку для вы­со­ко­гра­ди­ент­но­го литья круп­но­га­ба­рит­ных ло­па­ток для энер­ге­ти­че­ских тур­бин и по­пы­та­лись пред­ло­жить свою тех­но­ло­гию Га­з­про­му и РАО "ЕЭС Рос­сии", но они ин­те­ре­са не про­яви­ли. Тем не менее у нас уже прак­ти­че­ски го­то­ва про­мыш­лен­ная уста­нов­ка для литья мет­ро­вых ло­па­ток, и мы по­ста­ра­ем­ся убе­дить ру­ко­вод­ство этих ком­па­ний в необ­хо­ди­мо­сти ее внед­ре­ния. 

Кста­ти, тур­би­ны для энер­ге­ти­ки - это еще одна ин­те­рес­ная за­да­ча, ко­то­рую решал ВИАМ. Са­мо­лет­ные дви­га­те­ли, вы­ра­бо­тав­шие ре­сурс, стали ис­поль­зо­вать на ком­прес­сор­ных стан­ци­ях га­зо­про­во­дов и в элек­тро­стан­ци­ях, пи­та­ю­щих на­со­сы неф­те­про­во­дов. Сей­час стала ак­ту­аль­ной за­да­ча со­здать для этих нужд спе­ци­аль­ные дви­га­те­ли, ко­то­рые ра­бо­та­ли бы при го­раз­до мень­ших тем­пе­ра­ту­рах и дав­ле­нии ра­бо­че­го газа, но го­раз­до доль­ше. Если ре­сурс авиа­ци­он­но­го дви­га­те­ля по­ряд­ка 500 часов, то тур­би­ны на неф­те­га­зо­про­во­де долж­ны ра­бо­тать 20-50 тыс. часов. Одним из пер­вых ими на­ча­ло за­ни­мать­ся са­мар­ское кон­струк­тор­ское бюро под ру­ко­вод­ством Ни­ко­лая Дмит­ри­е­ви­ча Куз­не­цо­ва. 

ЖА­РО­ПРОЧ­НЫЕ СПЛА­ВЫ 

Мо­но­кри­стал­ли­че­ская ло­пат­ка вы­рас­та­ет не сплош­ной - внут­ри у нее име­ет­ся по­лость слож­ной формы для охла­жде­ния. Сов­мест­но с ЦИА­Мом мы раз­ра­бо­та­ли кон­фи­гу­ра­цию по­ло­сти, ко­то­рая обес­пе­чи­ва­ет ко­эф­фи­ци­ент эф­фек­тив­но­сти охла­жде­ния (от­но­ше­ние тем­пе­ра­тур ме­тал­ла ло­пат­ки и ра­бо­че­го газа), рав­ный 0,8, почти в пол­то­ра раза выше, чем у се­рий­ных из­де­лий.

Вот эти ло­пат­ки мы и пред­ла­га­ем для дви­га­те­лей но­во­го по­ко­ле­ния. Сей­час тем­пе­ра­ту­ра газа перед тур­би­ной едва до­тя­ги­ва­ет до 1950 К, а в новых дви­га­те­лях она дой­дет до 2000-2200 К. Для них мы уже раз­ра­бо­та­ли вы­со­ко­жа­ро­проч­ные спла­вы, со­дер­жа­щие до пят­на­дца­ти эле­мен­тов таб­ли­цы Мен­де­ле­е­ва, в том числе рений и ру­те­ний, и теп­ло­за­щит­ные по­кры­тия, в ко­то­рые вхо­дят ни­кель, хром, алю­ми­ний и ит­трий, а в пер­спек­ти­ве - ке­ра­ми­че­ские из ок­си­да цир­ко­ния, ста­би­ли­зи­ро­ван­но­го ок­си­дом ит­трия.

В спла­вах пер­во­го по­ко­ле­ния при­сут­ство­ва­ло неболь­шое ко­ли­че­ство уг­ле­ро­да в виде кар­би­дов ти­та­на или тан­та­ла. Кар­би­ды рас­по­ла­га­ют­ся по гра­ни­цам кри­стал­лов и по­ни­жа­ют проч­ность спла­ва. От кар­би­да мы из­ба­ви­лись и за­ме­ни­ли ре­ни­ем, по­вы­сив его кон­цен­тра­цию от 3% в пер­вых об­раз­цах до 12% в по­след­них. За­па­сов рения у нас в стране мало; есть ме­сто­рож­де­ния в Ка­зах­стане, но после раз­ва­ла Со­вет­ско­го Союза его пол­но­стью ску­пи­ли аме­ри­кан­цы; оста­ет­ся ост­ров Иту­руп, на ко­то­рый пре­тен­ду­ют япон­цы. Зато ру­те­ния у нас много, и в новых спла­вах мы успеш­но за­ме­ни­ли им рений. 
Уни­каль­ность ВИАМа за­клю­ча­ет­ся в том, что мы умеем раз­ра­ба­ты­вать и спла­вы, и тех­но­ло­гию их по­лу­че­ния, и ме­то­ди­ку от­лив­ки го­то­во­го из­де­лия. Во все ло­пат­ки вло­жен огром­ный труд и зна­ния всех ра­бот­ни­ков ВИАМа.

Кан­ди­дат тех­ни­че­ских наук И. ДЕ­МО­НИС, за­ме­сти­тель ге­не­раль­но­го ди­рек­то­ра ВИАМа