В небе завтрашнего дня

Гильзин Карл Александрович

И, наконец, последний пример.

Хорошо известна основная слабость прямоточного двигателя. Несравненный по своим качествам при полете с большими сверхзвуковыми скоростями, он оказывается совершенно беспомощным при взлете и малых скоростях полета. Самолет с прямоточным двигателем должен иметь еще один двигатель — для взлета. Обычно для этой цели устанавливается либо турбореактивный, либо ракетный двигатель.

Но, может быть, создание нового двигателя, сочетающего в себе свойства прямоточного и ракетного, позволило бы достигнуть лучших результатов? Так родилась идея еще одного двигателя-гибрида — ракетно-прямоточного. В этом двигателе, похожем на обычный сверхзвуковой прямоточный, в центральном теле установлен жидкостный

ракетный двигатель. Ракетный двигатель работает на взлете и на очень больших высотах, где тяга прямоточного двигателя из-за малой плотности атмосферного воздуха очень низка. Но на ряде режимов работают оба двигателя. При этом показатели у «гибрида» лучше, чем у исходных двигателей в отдельности. Ракетно-прямоточный двигатель может быть использован для самолетов с очень большой скоростью и высотой полета.

Конечно, кроме перечисленных, есть и другие двигатели-гибриды. Но еще больше существует возможностей для их создания. Кто знает, какой из них станет двигателем будущего…

Глава VI. «Экзотические» топлива и «экзотические» двигатели

Из этой главы читатель узнает о новых топливах для авиационных двигателей и о новых, необычных двигателях со столь же необычными свойствами.

Реактивная техника уже предоставила в распоряжение авиации двигатели различного типа. Некоторые из них способны развивать те огромные тяги, без которых невозможен сверхзвуковой полет со всевозрастающей скоростью.

Большая тяга — главное требование к современному авиационному двигателю. Главное, но не единственное. На самом деле, нужен ли, допустим, авиационный двигатель, развивающий колоссальную тягу и поэтому способный за короткое время разогнать самолет до большой скорости, но поглощающий за это же короткое время все топливо, запасенное на самолете? Расчеты и опыт показывают, правда, что и с помощью такого двигателя можно совершить дальний полет 17*. Поэтому не должна быть исключена вероятность использования и такого полета, при котором двигатель работает лишь короткое время, а затем самолет совершает на огромных высотах баллистический полет с возможным последующим планированием в нижних слоях атмосферы. Однако это потребовало бы полной перестройки авиационной техники, а в пассажирской авиации, например, где значительные инерционные перегрузки недопустимы, вызвало бы серьезные трудности.

Поэтому авиацию больше интересует двигатель, не просто позволяющий достигнуть огромных скоростей полета, но и обеспечивающий достаточную длительность такого сверхскоростного полета.

Но как уменьшить необычайную прожорливость реактивных двигателей?

Двигатели для сверхскоростного полета развивают колоссальную тягу, чтобы преодолеть сопротивление воздуха. Понятно, что увеличенная тяга означает и увеличенное потребление топлива. В самом деле, если допустить, что турбореактивный двигатель расходует килограмм топлива в час на каждый килограмм развиваемой им тяги, то при тяге 1000 килограммов он будет расходовать тонну топлива за час полета, а при тяге 50 тысяч килограммов, очевидно, 50 тонн в час.

Сократить расход топлива можно двумя путями: уменьшив величину тяги, необходимой для совершения полета с данной скоростью, и уменьшив часовой расход топлива на каждый килограмм тяги (его называют удельным расходом).

Само собой разумеется, что уменьшение тяги, необходимой для совершения полета, зависит и от двигателя — чем меньше его вес и размеры, тем меньшим будет сопротивление самолета. Это делает ясным главное направление развития современных двигателей — они должны иметь малый вес и малый «лоб», то есть малую лобовую поверхность. Основная задача здесь решается конструктором самолета — аэродинамические качества его машины должны быть высокосовершенными. Однако этим путем значительного снижения тяги, потребной

для полета, не получить.

Желанной цели можно достигнуть, только увеличивая высоту полета. На высоте 25–30 и более километров плотность воздуха так мала, что и аэродинамическое сопротивление, пропорциональное этой плотности, тоже становится очень малым. Но, значит, настолько же уменьшается и потребная тяга двигателя. Вот почему скоростная авиация сегодняшнего, а тем более завтрашнего дня, — это авиация высотная. Чем выше — тем быстрее.

Однако ведь далеко не всегда целесообразен полет на больших высотах. А кроме того, сам набор высоты, происходящий на меньшей скорости, требует затраты значительного количества топлива. Поэтому было бы целесообразно создать такой двигатель, который развивал бы тягу, потребную для полета на сравнительно малых высотах со скоростью, © 2–3 раза превосходящей скорость звука, и расходовал мало топлива.

17*См. главу IV «Двигатель-рекордист».

Аэродинамические свойства реактивных самолетов должны быть высокосовершенными (двухдвигательный военный самолет конструкции А. С. Яковлева).

Для решения этой задачи остается, очевидно, один путь — повышение экономичности двигателей, уменьшение удельного расхода топлива. Как хорошо было бы, например, если бы двигатели сверхзвукового полета будущего расходовали раза в два меньше топлива на килограмм тяги, чем современные турбореактивные двигатели, то есть примерно по 0,5 килограмма в час! Но, увы, в действительности, как мы знаем, дело обстоит как раз наоборот: по мере роста скорости полета удельный расход топлива не только не снижается, а наоборот, сильно возрастает. Значит, и этот путь не приводит к цели.

Где же выход? Или задача вообще неразрешима?

Решая ее, авиационная наука и техника ищут новые, более совершенные топлива. Понятно, что от вида топлива зависит очень многое. Если топливо содержит больше энергии, выделяющейся при сгорании в двигателе, то, очевидно, и тяга двигателя будет больше. Но важна не только эта полезная энергия, или, как говорят, теплотворность — калорийность — топлива. Теория и опыт подсказывают, что для увеличения скорости истечения газов из двигателя и, соответственно, его тяги молекулярный вес продуктов сгорания должен быть возможно меньшим 18*.

Какие же возможности улучшения топлив указывает химия?

Авиация всегда работала и работает на углеводородных топливах, получаемых из нефти. В век авиации поршневой это был бензин, теперь — главным образом керосин. А можно ли из нефти получить лучшие топлива?

Следует прямо сказать, что радикального улучшения топлива этим путем добиться нельзя. Чтобы решить задачу, нужно основательно «перетряхнуть» всю периодическую систему элементов Менделеева. Наиболее подходящими могут оказаться топлива на базе совершенно необычных, на первый взгляд, химических элементов. Вот такие-то «экзотические» топлива и исследуются в настоящее время.

Первые результаты оказываются довольно обнадеживающими. Некоторые из наиболее перспективных топлив будущего позволят существенно увеличить продолжительность и, следовательно, дальность полета. Кстати сказать, некоторые из таких «экзотоплив» значительно улучшают также сгорание на большой высоте. Понятно, что для успешного применения этих топлив придется решить немало задач, например удешевить их производство, устранить ядовитость некоторых из них, коррозийное воздействие на металлы других и т. д. Но можно не сомневаться, что в авиации завтрашнего дня «экзотоплива» займут почетное место.