История самолётов 1919 - 1945

Соболев Д. А.

Как уже отмечалось, в 20-е годы удалось достигнуть заметного прогресса и развитии авиационных двигателей внутреннего сгорания. За 10 послевоенных лег удельный вес авиамоторов снизился в среднем на одну треть, вдвое возросла мощность, повысилась надежность. Тем не менее, ученые и изобретатели вели поиск новых, более совершенных типов силовых установок для самолетов.

Одним из недостатков, присущих двигателю внутреннего сгорания, было падение мощности с увеличением высоты полета (рис. 1.90». Разряженная атмосфера не обеспечивала карбюратор тем количеством воздуха, которое необходимо для нормального горения смеси, двигатель как бы задыхался. Это делало невозможным полеты на больших высотах, заманчивых тем, что плотность воздуха, а следовательно и аэродинамическое сопротивление, там намного меньше, чем у земли.

Для повышения мощности двигателя на высоте

были созданы специальные «переразмеренные» моторы. Конструкторы шли на преднамеренное завышение объема или степени сжатия двигателя. Так как при работе у земли на полной мощности двигатель быстро бы вышел из строя (обычно фирмы гарантировали возможность не более пятиминутной работы у земли при полном открытии дросселя [22, с. 163]), «полный газ» давался на высоте, при этом конструктивно предусмотренный запас мощности компенсировал потери из-за уменьшения плотности воздуха. Примером «переразмеренного» авиадвигателя 20-х годов является немецкий BMW-6 или его советским лицензионный аналог М-17, имеющий на номинальном (рассчитанном на продолжительную работу) режиме мощность 500 л.с., а на форсированном (взлетном) режиме — 680 л.с. Недостатком этого способа было увеличение веса двигателя по сравнению с обычным двигателем той же номинальной мощности. Так, удельный вес М-17 был 1,08 кг/л.с. — больше, чем у созданного почти на десять лет раньше обычного двигателя «Либерти» [9, с. 71].

Указанная проблема возродила интерес к весьма популярной в XIX веке идее самолета с ракетным двигателем. Как известно, в отличие от обычного мотора, тяга реактивного двигателя не зависит от высоты полета. Кроме того, отношение тяги к весу у ракетного двигателя намного больше, чем у винтомоторной силовой установки.

Рис. 1.90 Изменение мощности двигателя при увеличении высоты полета

Первые практические шаги в этой области были сделаны в Германии в конце 20-х годов. Группа энтузиастов реактивного полета — М. Вальс. Ф. фон Опель. Ф. Зандер и А. Липпиш решили установить пороховой ракетный двигатель на планере. Такой вид летательного аппарата получил впоследствии название «ракетоплан».

Так как ракетный двигатель нужно было разместить так. чтобы не нарушилась центровка аппарата, была выбрана схема «утка». В задней части фюзеляжа установили две пороховые ракеты конструкции Зандера, которые должны были, рабатывать последовательно, одна за другой. 11 июня 1928 г. летчик Ф. Штамер совершил 4 полета на ракетоплане, дальность третьего, самого удачного полета составила около полутора километров. Четвертое испытание едва не закончилось катастрофой. Через две секунды посте запуска двигателя произошел взрыв, и планер загорелся. За счет быстрого снижения Штамеру удалось сбить пламя и благополучно приземлиться. Однако в момент посадки провода электрического запала, изоляция которых сгорела, замкнулись, и воспламенился заряд второй пороховой ракеты. К счастью, пожар удалось быстро потушить и пилот не пострадал [61].

В 1929 г. испытания были продолжены. 30 сентября фон Опель на новом летательном аппарате, на этот раз с хвостовым оперением, установленном на балках за крылом, и снабженном целой батареей из 16 пороховых ракет, совершил 10-минутный полет, во время которого скорость достигала 160 км/ч (рис. 1.91). В конце 20-х — начале 30-х годов опыты по применению ракетных двигателей на планерах проводили также Рааб-Катценштейн, Хети и Эспенлауб в Германии. Катаньо в Италии, Сван в США. Постройкой ракетоплана занималась группа студентов-энтузиастов из Ленинградского политехнического института, но эта работа не была завершена [62, с. 32–33].

Опыты с пороховыми двигателями показали принципиальную возможность полета реактивного летательного аппарата. Однако они не могли дать практического результата. Из-за кратковременности работы порохового РДТТ время полетов, как правило, измерялось секундами. Эксперименты часто сопровождались взрывами и пожарами.

Большее практическое значение имели работы по применению пороховых ракетных двигателей в качестве стартовых ускорителей. Если для горизонтального полета самолета было достаточно иметь тяговооруженность порядка 1/10-1/12, то для излета отношение тяги винта к весу долж- но было составлять не менее 1 /4-1/5, Это затрудняло взлет тяжело нагруженных самолетов, особенно ест и старт происходил с мягкого грунта.

Рис. 1.91.

Ракетоплан немецких конструкторов, 1929 г.

Опыты по использованию пороховых ракетных двигателей в качестве вспомогательной силовой установки для облегчения взлета самолета начались в Германии и в СССР в 1929–1930 гг. В Германии по инициативе И. Винклера летом 1929 г. ракетные ускорители были установлены на крыле металлического одномоторного самолета Юнкерс W-34. Самолет был снабжен поплавковым шасси и взлет с ускорителями происходил с воды [63]. В СССР работы по созданию авиационных пороховых стартовых ускорителей возглавил В. И. Дудаков. В 1931 г. было выполнено около 100 взлетов на учебном У-1 с ускорителями (рис. 1.92), затем в 1931–1934 гг. проводились опыты по использованию ракетных ускорителей для взлета тяжелых самолетов ТБ-1. Эксперименты показали, что благодаря дополнительной силовой установке длина разбега уменьшается более, чем в 4 раза [64, с. 64–66].

Подводя итоги опытов по применению твердотопливных ракетных двигателей в авиации, С. П. Королев в докладе на Всесоюзной конференции по изучению стратосферы в 1934 г. заявил: «…если можно говорить о применении пороховых ракетных двигателей к самолетам, то только в качестве вспомогательного средства и, в первую очередь, как мощного кратковременно действующего источника силы для взлета» [65 с. 417]. Будущее подтвердило правоту этих слов.

Задача повышения мощности двигателя и ее сохранение на больших высотах возродила интерес к казалось бы давно забытому паровому авиационному двигателю. Правда, теперь говорилось уже не о поршневом двигателе, а об использовании в авиации паровой турбины. Опыт применения этого типа энергетической установки в различных областях техники показывал, что мощность установки может достигать десятков тысяч лошадиных сил, в то время как мощность двигателя внутреннего сгорания из-за ряда физико-технических ограничений (детонация топлива, жаропрочность материалов, влияние инерционных сил движущихся масс, проблема «лба» при увеличении чиста и размера цилиндров и т. д.) была ограничена величиной примерно 1000 л.с. В связи с характерной для конца 20-х — начала 30-х годов тенденцией к созданию самолетов-гигантов, мысль о применении в авиации сверхмощной паросиловой установки казалась многим очень заманчивой. В начале 30-х годов в авиационных журналах появились проекты самолетных паровых турбин, разработанные изобретателями в Германии, США, Франции, Италии [66, с. 247–305]. В Московском авиационном институте также велись работы по созданию паровой авиационной силовой установки. Однако ни один из этих замыслов не нашел применения. Реализация шеи оказалась невозможной из-за большого веса парового двигателя (напомню о необходимости запаса воды, тяжелом паровом котле) и проблемы размещения конденсатора пара, площадь которого должна была быть значительно больше, чем площадь радиатора двигателя внутреннего сгорания. Созданный в МАИ паровой двигатель при мощности 150 л.с. весил более 300 кг. Еще тяжелее оказался испытанный в США на самолете паровой двигатель братьев Беслер [9, с. 110].

Рис. 1.92. Ракетный ускоритель на самолете У-1

Несмотря на это, работы по проектированию авиационных паровых турбин не пропали даром. Опыт был использован при создании турбореактивных двигателей (ТРД). Этот тип двигателя оказался несравненно более перспективным, т. к. из-за отсутствия необходимости в системах парообразования и конденсации был намного легче, компактнее, удобнее. Преимущества ТРД перед паровой турбиной хорошо понимали и в 20-е годы, однако проблема прочности деталей в условиях высоких температур задержала его появление до конца 30-х годов.

Итак, в поисках новых форм развития самолетов конструкторы и изобретатели далеко не всегда оказывались на правильном пути. Но сам процесс поиска является необходимым условием прогресса. Хотя многие конструкторы необычных самолетов и двигателей и не создали в 20-е — 30-е годы пригодных для широкого использования образцов, в процессе экспериментов решались важные технические вопросы. Например, на первых «летающих крыльях» были отработаны вопросы управления самолетом без горизонтального оперения, опыт конструкции втулки несущего винта автожиров был с успехом использован при создании первых вертолетов, проекты паротурбинной силовой установки благоприятно повлияли на развитие ТРД. Да и сами неудачи помогали избежать в дальнейшем ошибочных направлений в развитии авиации.