Современной молодежи, и даже гражданам зрелым, трудно понять, какой восторг вызывали эти, казавшиеся тогда фантастическими, летающие машины. Серебристые капельки, стремительно рассекающие за собой голубое небо, будоражили воображение молодых людей начала пятидесятых. Широкий инверсионный след не оставлял сомнений в типе двигателя. Сегодня только компьютерные игры наподобие War Thunder, с их предложением приобрести реактивный акционный самолет СССР, дают какое-то представление об этом этапе развития отечественной авиации. Но начиналось все еще раньше.
Возникает резонный вопрос о названии типа летательных аппаратов. По-английски оно звучит кратко: Jet. Русское определение намекает на наличие какой-то реакции. Ясно, что речь идет не об окислении топлива - оно присутствует и в обычных карбюраторных двигателях. Принцип работы реактивного самолета такой же, как у ракеты. Реакция физического тела на силу выбрасываемой газовой струи выражается в придании ему противоположно направленного ускорения. Все остальное - уже тонкости, к которым относятся разные технические параметры системы, такие как аэродинамические свойства, схема, профиль крыла, тип двигателя. Здесь возможны варианты, к которым инженерные бюро пришли в процессе работы, часто находя сходные технические решения, независимо друг от друга.
Отделить ракетные исследования от авиационных в данном аспекте тяжело. В области пороховых ускорителей, устанавливаемых для сокращения длины разбега и форсажа, работы велись еще до войны. Более того, попытка установки компрессорного двигателя (неудачная) на аэроплан Coanda в 1910 году позволила изобретателю Анри Коанде утверждать о румынском приоритете. Правда, конструкция эта была изначально неработоспособной, что и подтвердилось первым же испытанием, в ходе которого летательный аппарат сгорел.
Первый реактивный самолет, способный проводить в воздухе длительное время, появился позже. Пионерами стали немцы, хотя определенных успехов добились ученые других стран - США, Италии, Британии и отсталой тогда в техническом отношении Японии. Эти образцы представляли собой, по сути, планеры обычных истребителей и бомбардировщиков, на которые устанавливались двигатели нового типа, лишенные пропеллеров, что вызывало удивление и недоверие. В СССР этой проблемой инженеры также занимались, но не так активно, делая упор на проверенную и надежную винтовую технику. Тем не менее реактивная модель самолета Би-1, оснащенная ТРД конструкции А. М. Люльки, была испытана непосредственно перед войной. Аппарат был очень ненадежен, азотная кислота, используемая в качестве окислителя, проедала топливные баки, были и другие проблемы, но первые шаги всегда трудны.
В силу особенностей психики фюрера, надеявшегося сокрушить «врагов рейха» (к которым он причислял страны практически всего остального мира), в Германии после начала II мировой войны развернулись работы по созданию разных видов «чудо-оружия», в том числе и реактивных самолетов. Не все направления этой деятельности оказались безуспешными. К удачным проектам можно отнести «Мессершмит-262» (он же «Штурмфогель») - первый реактивный самолет в мире, выпускаемый серийно. Аппарат был оснащен двумя ТРД, имел радиолокатор в носовой части, развивал скорость, близкую к звуковой (более 900 км/ч), и оказался достаточно эффективным средством борьбы с высотными Б-17 («Летающими крепостями») союзников. Фанатичная вера Адольфа Гитлера в чрезвычайные возможности новой техники, однако, парадоксально сыграла скверную роль в боевой биографии Ме-262. Проектировавшийся как истребитель, он, по указанию «свыше», переоборудовался в бомбардировщик, и в этой модификации не проявил себя в полной мере.
Принцип реактивного самолета был применен в середине 1944 года для конструкции бомбардировщика «Арадо-234» (опять же немцами). Он успел продемонстрировать свои необычайные боевые возможности, атаковав позиции союзников, высадившихся в районе порта Шербур. Скорость в 740 км/ч и десятикилометровый потолок не давали шансов зенитной артиллерии поразить эту цель, а американские и английские истребители просто не смогли его догнать. Помимо бомбометания (весьма неточного по понятным причинам), «Арадо» производил аэрофотосъемку. Второй опыт применения его в качестве ударного средства состоялся над Льежем. Потерь немцы не понесли, и если бы ресурсов у фашистской Германии было больше, и промышленность смогла бы выпустить «Ар-234» в количестве более 36 экземпляров, то странам антигитлеровской коалиции пришлось бы туго.
Немецкие наработки попали в руки дружественных в период Второй мировой воны государств после разгрома нацизма. Западные страны уже в ходе завершающего этапа боевых действий начали готовиться к грядущему противостоянию с СССР. Сталинское руководство принимало встречные меры. Обеим сторонам было ясно, что в следующей войне, если она состоится, сражаться будут реактивные самолеты. СССР на тот момент еще не обладал ударным ядерным потенциалом, шла лишь работа над созданием технологии производства атомной бомбы. А вот американцам был очень интересен захваченный «Юнкерс-287», имевший уникальные летные данные (боевая нагрузка 4000 кг, дальность 1500 км, потолок 5000 м, скорость 860 км/ч). Четыре двигателя, отрицательная стреловидность (прообраз будущих «невидимок) позволяли использовать самолет в качестве атомного носителя.
Реактивные самолеты не сыграли решающей роли во время Второй мировой, поэтому основная часть советских производственных мощностей сосредоточила усилия на совершенствовании конструкций и увеличении выпуска обычный винтовых истребителей, штурмовиков и бомбардировщиков. Вопрос о перспективном носителе атомных зарядов был трудным, и его решили оперативно, скопировав американский Боинг Б-29 (Ту-4), но главной целью оставалось противодействие возможной агрессии. Для этого в первую очередь требовались истребители – высотные, маневренные и, конечно же, скоростные. О том, как развивалось новое направление авиационной техники, можно судить по письму конструктора А. С. Яковлева в ЦК (осень 1945 года), нашедшего определенное понимание. Простое изучение трофейной немецкой техники партийное руководство сочло недостаточной мерой. Стране были необходимы современные советские реактивные самолеты, не уступающие, а превосходящие мировой уровень. На параде 1946 года в честь годовщины Октября (Тушино) их нужно было показать народу и зарубежным гостям.
Показать было что, но не сложилось: подвела погода, стоял туман. Демонстрацию новой авиатехники перенесли на Первомай. Первые советские реактивные самолеты, произведенные серией в 15 экземпляров, были разработаны КБ Микояна и Гуревича (МиГ-9) и Яковлева (Як-15). Оба образца отличались реданной схемой, при которой хвостовая часть снизу омывается реактивными струями, выпускаемыми соплами. Естественно, для защиты от перегрева эти участки обшивки покрыли специальным слоем, выполненным из тугоплавкого металла. Оба самолета отличались массой, числом двигателей и назначением, но в целом отвечали состоянию советской авиастроительной школы конца сороковых годов. Главным их назначением был переход на новый тип энергоустановки, но помимо этого выполнялись и другие важные задачи: обучение летного состава и отработка технологических вопросов. Эти реактивные самолеты, несмотря на большие объемы их выпуска (сотни штук), рассматривались как временные и подлежащие замене в самое ближайшее время, сразу же после появления более совершенных конструкций. И вскоре этот момент настал.
Этот самолет стал легендой. Он строился невиданными для мирного времени сериями, как в боевом, так и в спаренном учебном варианте. В конструкции МиГ-15 применены многие революционные технические решения, впервые сделана попытка создания надежной системы спасения пилота (катапульты), его оснастили мощным пушечным вооружением. Скорость реактивного самолета, небольшого, но очень эффективного, позволяла ему одерживать победы над армадами тяжелых стратегических бомбардировщиков в небе Кореи, где заполыхала война вскоре после появления нового перехватчика. Неким аналогом МиГа стал американский «Сейбр», построенный по сходной схеме. В ходе боевых действий техника попадала в руки противника. Советский самолет угнал северокорейский летчик, соблазненный огромным денежным вознаграждением. Подбитого «американца» удалось вытащить из воды и доставить в СССР. Происходил взаимный «обмен опытом» с перениманием наиболее удачных конструкторских решений.
Скорость реактивного самолета – главное его достоинство, и применимо оно не только к бомбардировщикам и истребителям. Уже в конце сороковых на международные авиалинии вышел лайнер «Комета», построенный в Британии. Он создавался специально для перевозки людей, был комфортабельным и быстрым, но, к сожалению, не отличался надежностью: в течение двух лет случилось семь катастроф. Но прогресс в области скоростных пассажироперевозок уже остановить было нельзя. В середине пятидесятых в СССР появился легендарный Ту-104, конверсионная версия бомбардировщика Ту-16. Несмотря на многочисленные летные происшествия, происходившие с новой авиатехникой, реактивные самолеты все в большей степени овладевали авиалиниями. Постепенно формировался облик перспективного лайнера и представления о том, каким он должен быть. Пропеллеры (винтовые движители) применялись конструкторами все реже.
Как практически любая техника, реактивные перехватчики классифицируются по поколениям. Всего их в настоящее время пять, и они отличаются не только годами выпуска моделей, но и конструктивными особенностями. Если концепция первых образцов в своей основе имела наработанную базу достижений в области классической аэродинамики (иными словами, лишь тип двигателя был главным их отличием), то второе поколение имело более существенные признаки (стреловидное крыло, совершенно иная форма фюзеляжа и пр.) В пятидесятые годы существовало мнение о том, что воздушный бой уже никогда не будет носить маневренного характера, но время показало ошибочность такого мнения.
«Собачьи свалки» шестидесятых между «Скайхоками», «Фантомами» и МиГами в небе над Вьетнамом и Ближним Востоком указали ход дальнейшего развития, ознаменовав приход второго поколения реактивных перехватчиков. Изменяемая геометрия крыла, способность многократного превышения скорости звука и ракетное вооружение в сочетании с мощной авионикой стали признаками третьей генерации. В настоящее время основу парка ВВС наиболее развитых в техническом отношении стран составляют машины четвертого поколения, ставшие продуктом дальнейшего развития. На вооружение уже поступают еще более совершенные образцы, сочетающие высокую скорость, сверхманевренность, малую заметность и средства РЭБ. Это поколение пятое.
Внешне и сегодня реактивные самолеты первых образцов не выглядят в своем большинстве анахронизмами. Вид многих из них вполне современен, а технические характеристики (такие как потолок и скорость) не слишком отличаются от современных, по крайней мере, на первый взгляд. Однако при более тщательном ознакомлении с ТТХ этих машин становится ясно, что в последние десятилетия совершен качественный прорыв в двух главных направлениях. Во-первых, появилось понятие переменного вектора тяги, создающего возможность резкого и неожиданного маневра. Во-вторых, боевые самолеты сегодня способны намного дольше находиться в воздухе и преодолевать большие расстояния. Этот фактор обусловлен малым расходом топлива, то есть экономичностью. Достигается он применением, выражаясь техническим языком, двухконтурной схемы (низкая степень двухконтурности). Специалистам известно, что указанная технология сжигания топлива обеспечивает более полное его сгорание.
Их несколько. Современные гражданские реактивные самолеты отличаются низким шумом двигателей, повышенным комфортом и высокой стабильностью в полете. Обычно они широкофюзеляжные (в том числе и многопалубные). Образцы военной авиатехники оснащены средствами (активными и пассивными) достижения малой радиолокационной заметности и радиоэлектронной борьбы. В каком-то смысле требования к оборонным и коммерческим образцам сегодня пересекаются. Экономичность нужна самолетам всех типов, правда, по разным причинам: в одном случае для повышения рентабельности, в другом – для расширения боевого радиуса. И шуметь сегодня нужно как можно меньше как гражданским, так и военным.
fb.ru
Реактивный самолёт — самолёт, приводимый в движение воздушно-реактивным двигателем (турбореактивным двигателем, прямоточным воздушно-реактивным двигателем, пульсирующим воздушно-реактивным двигателем, жидкостным реактивным двигателем и т. п.). Реактивные самолёты составляют основу современной военной и гражданской авиации.
Румынский инженер Анри Коанда в 1910 году создал и испытал самолёт Coanda-1910 с поршневым двигателем, вместо воздушного винта приводившим в движение простейший лопастной компрессор. Позднее, после завершения Второй мировой войны и повсеместного внедрения реактивных двигателей, конструктор утверждал, что созданная им установка была мотокомпрессорным воздушно-реактивным двигателем, что шло вразрез с его же первоначальными публикациями и патентными заявками[1] (нет в приведённом источнике). Из конструкции самолёта, приведенной на фотографии, очевидно[источник не указан 75 дней] что при двигателе расположенном перед деревянным фюзеляжем и незащищённой кабиной пилота (впрочем на фото перед кабиной пилота находятся цилиндры, что исключает прохождение там выхлопных газов), в случае сжигания топлива в воздушном потоке за компрессором самолёт и пилот были бы моментально уничтожены мощным пожаром. Согласно А. Коанда, поток горячих газов действительно сжег хвост самолёта в первом же полёте. Для сравнения, реактивные самолеты 1940-х годов у которых реактивная струя касалась обшивки, например МиГ-9 и Як-15, имели цельнометаллическую конструкцию и дополнительную тепловую защиту в виде листов из жаростойких сплавов, а воздействие горячих газов на пилота было полностью исключено взаимным расположением кабины и двигателей.
Реплика самолёта He 178 в зале прилёта аэропорта Ростока 
Первый прототип Gloster E.28/39, № W4041/G Турбореактивные, пригодные к длительному полёту, значительное преимущество перед поршневым двигателем:
Мотокомпрессорные, условно пригодные к полёту, малое преимущество:
Заимствованная технология:
Германия 
Ту-144ЛЛ в полёте За всю историю авиации было создано только два сверхзвуковых пассажирских авиалайнера.
Пассажирские:
Грузовые:
МиГ-25 
Sukhoi-Gulfstream S-21, эскиз. 
Ракетоплан
dic.academic.ru
Еще в начале XX в. российский ученый К.Э. Циолковский предсказал, что вслед за эрой винтовых аэропланов наступит эра аэропланов реактивных. Он считал, что только с реактивным двигателем можно достичь сверхзвуковых скоростей.
В 1937 г. молодой и талантливый конструктор A.M. Люлька предложил проект первого советского турбореактивного двигателя. По его расчетам, такой двигатель мог разогнать самолет до небывалых в ту пору скоростей — 900 км/ч! Это казалось фантастикой, и к предложению молодого конструктора отнеслись настороженно. Но, тем не менее, работы по этому двигателю начались, и к середине 1941 г. он был уже практически готов. Однако началась война, и конструкторское бюро, где работал A.M. Люлька, эвакуировали в глубь СССР, а самого конструктора переключили на работу над танковыми двигателями.
Но A.M. Люлька был не одинок в своем стремлении создать реактивный авиационный двигатель. Перед самой войной инженеры из конструкторского бюро В.Ф. Болховитинова — А.Я. Березняк и А.М. Исаев — предложили проект истребителя-перехватчика «БИ-1» с жидкостным реактивным двигателем.
Проект был одобрен, и конструкторы приступили к работе. Несмотря на все трудности первого периода Великой Отечественной войны, опытный «БИ-1» все же был построен.
15 мая 1942 г. первый в мире ракетный истребитель был поднят в воздух летчиком-испытателем ЕЯ. Бахчиванджи. Испытания продолжались до конца 1943 г. и, к сожалению, закончились катастрофой. В одном из испытательных полетов Бахчиванджи достиг скорости 800 км/ч. Но на этой скорости самолет вдруг вышел из повиновения и устремился к земле. Новая машина и ее отважный испытатель погибли.
Первый самолет с реактивным двигателем «Messer-schmitt Ме-262» появился в небе перед самым концом второй мировой войны. Он производился на хорошо замаскированных заводах, размешенных в лесу. Один из таких заводов в Горгау — в 10 км к запалу от Аугсбурга по автобану — поставлял крылья, носовую и хвостовую секции самолета на другой «лесной» завод неподалеку, который осуществлял финальную сборку и поднимал готовые самолеты прямо с автобана. Крыша строений красилась в зеленый цвет, и обнаружить такой «лесной» завод с воздуха было почти невозможно. Хотя союзникам удалось засечь взлеты «Ме-262» и разбомбить несколько неукрытых самолетов, расположение завода они смогли установить только, после того, как заняли лес.
Первооткрыватель реактивного двигателя англичанин Фрэнк Уитл получил свой патент еще в 7 930 г. Первый реактивный 
самолет «Gloster» был построен в 1941 г. ив мае прошел испытания. Правительство от него отказалось — недостаточно мощный. Полностью раскрыли потенциал этого изобретения лишь немцы, в 1942 г. собравшие «Messerschmitt Ме-262», на котором и воевали вплоть до конца войны. Первым советским реактивным самолетом был «МиГ-9», а его «потомок» — «МиГ-15» — вписал много славных страниц в боевую историю войны в Корее (1950—1953).
Пользуясь преимуществом в скорости, «Ме-262» вели «свободную охоту» за советскими самолетами, оснащенными поршневыми двигателями.
В эти же годы в фашистской Германии, утратившей на советско-германском фронте превосходство в воздухе, все более интенсивно развертываются работы над реактивными самолетами. Гитлер надеялся, что с помощью этих самолетов он снова перехватит инициативу в войне и добьется победы.
В 1944 г. самолет «Messerschmitt Ме-262», оснащенный реактивным двигателем, был запущен в серийное производство и вскоре появился на фронте. Немецкие летчики с большой опаской относились к этой необычной машине, не имеющей привычного винта. Кроме этого на скорости, близкой к 800 км/ч, ее затягивало в пикирование, и вывести машину из этого состояния было невозможно. В авиационных частях далее появилась строжайшая инструкция — ни в коем случае не доводить скорость до 800 км/ч.
Тем не менее, даже с таким ограничением «Ме-262» превосходил по скорости все другие истребители тех лет. Это позволило командующему гитлеровской истребительной авиацией генералу Голланду заявить, что «Ме-262» — «единственный шанс организовать реальное сопротивление противнику».
На Восточном фронте «Ме-262» появились в самом конце войны. В связи с этим конструкторские бюро получили срочное задание создать аппараты для борьбы с немецкими реактивными самолетами.
А.И. Микоян и П.О. Сухой в помощь обычному поршневому мотору, расположенному в носовой части аппарата, добавили мотокомпрессорный мотор конструкции К.В. Холщевникова, установив его в хвосте самолета. Дополнительный двигатель должен был запускаться, когда самолету требовалось придать значительное ускорение. Это было продиктовано тем обстоятельством, что двигатель К.В. Холщевникова работал не более трех-пяти минут.
Первым закончил работу над скоростным истребителем А.И. Микоян. Его самолет «И-250» совершил полет в марте 1945 г. В ходе испытаний этой машины была зарегистрирована рекордная скорость 820 км/ч, впервые достигнутая в СССР. Истребитель П.О. Сухого «Су-5» поступил на испытания в апреле 1945 г., и на нем после включения дополнительного хвостового двигателя была получена скорость, превышающая 800 км/ч.
Однако обстоятельства тех лет не позволили запустить новые скоростные истребители в серийное производство. Во-первых, война закончилась, даже хваленый «Ме-262» не помог вернуть фашистам утраченное превосходство в воздухе.
Во-вторых, мастерство советских пилотов позволило доказать всему миру, что даже реактивные самолеты можно сбивать, управляя обыкновенным серийным истребителем.
Параллельно с разработкой самолета, оснащенного «толкающим» мотокомпрессорным двигателем, в конструкторском бюро П.О. Сухого был создан истребитель «Су-7», в котором совместно с поршневым мотором работал жидкостно-реактивный «РД-1», разработанный конструктором В.П. Глушко.
Полеты на «Су-7» начались в 1945 г. Испытывал его пилот Г. Комаров. При включении «РД-1» скорость самолета увеличивалась в среднем на 115 км/ч. Это был неплохой результат, однако вскоре испытания пришлось прекратить из-за частого выхода из строя реактивного двигателя.
Аналогичная ситуация сложилась в конструкторских бюро С.А. Лавочкина и АС. Яковлева. На одном из опытных самолетов «Ла-7Р» ускоритель взорвался в полете, летчику-испытателю чудом удалось спастись. А вот при испытании «Як-3» с ускорителем «РД-1» самолет взорвался и его пилот погиб. Участившиеся катастрофы привели к тому, что испытания самолетов с «РД-1» были прекращены. К тому же стало ясно, на смену поршневым должны были прийти новые двигатели — реактивные.
После поражения Германии в качестве трофеев СССР достались немецкие реактивные самолеты с двигателями. Западным же союзникам попали не только образцы реактивных самолетов и их двигателей, но и их разработчики и оборудование фашистских заводов.
Для накопления опыта в реактивном самолетостроении было принято решение использовать немецкие двигатели «JUMO-
004» и «BMW-003», а затем на их основе создать собственные. Эти двигатели получили наименование «РД-10» и «РД-20». Кроме этого конструкторам A.M. Люльке, А.А. Микулину, В.Я. Климову было поручено создать «полностью советский» авиационный реактивный двигатель.
Пока у «двигателистов» шла работа, П.О. Сухой разработал реактивный истребитель «Су-9». Его конструкция была выполнена по схеме двухмоторных самолетов — два трофейных двигателя «JUMO-004» («РД-10») размещались под крыльями.
Попытка установить на истребитель «Як-3» ракетный ускоритель стандартной конструкции привела к трагедии — в полете самолет взорвался и его пилот погиб.
Наземные испытания реактивного мотора «РА- 7» проводились на летном поле аэродрома в Тушино. Во время работы он издавал страшный шум и выбрасывал из своего сопла клубы дыма и огня. Грохот и зарево от пламени были заметны даже у московской станции метро «Сокол». Не обошлось и без курьеза. Однажды на аэродром примчалось несколько пожарных машин, вызванных москвичами тушить пожар.
Самолет «Су-9» трудно было назвать просто истребителем. Летчики обычно называли его «тяжелым истребителем», так как более точное название — истребитель-бомбардировщик — появилось только к середине 50-х гг. Но по своему мощному пушечному и бомбовому вооружению «Су-9» вполне можно было считать прототипом такого самолета.
У такого размещения моторов были как недостатки, так и преимущества. К недостаткам можно отнести большое лобовое сопротивление, создаваемое расположенными под крыльями моторами. Но с другой стороны, размещение двигателей в специальных подвесных мотогондолах открывало к ним беспрепятственный доступ, что было немаловажно при ремонте и регулировке.
Кроме реактивных двигателей самолет «Су-9» содержал много «свежих» конструкторских решений. Так, например, П.О. Сухой установил на свой самолет стабилизатор, управляемый специальным электромеханизмом, стартовые пороховые ускорители, катапультируемое сиденье летчика и устройство по аварийному сбросу фонаря, прикрывающего кабину летчика, воздушные тормоза с посадочным щитком, тормозной парашют. Можно сказать, что «Су-9» был целиком создан из новшеств.
Вскоре опытный вариант истребителя «Су-9» был построен. Однако было обращено внимание на то, что выполнение виражей на нем для летчика физически тяжелое.
Стало очевидным, что с возрастанием скоростей и высоты полета летчику все труднее будет справляться с управлением, и тогда в систему управления самолетом было введено новое устройство — бустер-усилитель, наподобие гидроусилителя руля. Но в те годы применение сложного гидравлического устройства на самолете вызвало споры. Даже опытные авиаконструкторы отнеслись к нему скептически.
И все же бустер установили на «Су-9». Сухой первым полностью переложил усилия с ручки управления самолетом на гидросистему. Положительная реакция пилотов не заставила себя ждать. Управление самолетом стало более приятным и неутомительным. Маневр упростился и стал возможен на всех скоростях полета.
Следует добавить, что добиваясь совершенства конструкции, П.О. Сухой «проиграл» в соревновании бюро Микояна и Яковлева. Первые реактивные истребители СССР — «МиГ-9» и «Як-15» взлетели в воздух в один день — 26 апреля 1946 г. Они приняли участие в воздушном параде в Тушино и тут же были запущены в серию. А «Су-9» появился в воздухе только в ноябре 1946 г. Однако он очень понравился военным и в 1947 г. был рекомендован для серийного производства. Но в серию он не пошел — авиационные заводы уже были загружены работой по выпуску реактивных «МиГов» и «Яков». Да и П.О. Сухой к тому времени уже заканчивал работу над новой, более совершенной машиной — истребителем «Су-11».
От икара до сверхзвукового лайнера«Человек полетит, опираясьне на силу своих мускулов,а на силу своего разума». Н.Е. Жуковский Термин «воздухоплавание» обозначал таюке и летание на аппаратах тяжелее воздуха (самолетах, планерах). Однако мечтать о полетах человек начал гораздо раньше. Построив машины, способные передвигаться по суше, обгоняя самых быстрых животных, и корабли, спорящие с жителями водной стихии, он длительное время продолжал с…
Как и почему они летают?Если кому-нибудь из вас приходилось стрелять в тире из винтовки, то вы знаете, что обозначает термин «отдача». Для остальных поясню. Вы, наверно, не раз видели, как ныряльщик, прыгая в воду с лодки, отталкивает ее в противоположном направлении. По такому же, но более сложному принципу летает ракета, а упрощенный вариант этого процесса как раз и представляет…
Первые самолеты Страны СоветовПервый советский вертолет был построен в стенах ЦАГИ под руководством A.M. Черемухина в августе 1930 г. Там же в присутствии пожарного А.М. Черемухин — по совместительству пилот экспериментального аппарата «ЦАГИ 1-ЭА» — провел первые, наземные, испытания. После этого аппарат был перевезен на один из подмосковных военных аэродромов. Весной 1925 г. один из старейших вертолетчиков России…
Российские соколыНе отставали от мирового авиационного движения, охватившего в первые десятилетия XX в. мир, и российские энтузиасты воздушных полетов. Журнал «Русский спорт» за 1910 г. информировал своих подписчиков: «Идея устройства в Москве аэроклуба, зародившаяся еще в начале зимы и не раз обсуждавшаяся с тех пор в различных частных кружках, нашла, наконец, свою форму осуществления. Теперь мы…
Легендарные “ИЛ”-ыОгромную роль в развитии советской авиационной науки и техники сыграло Опытно-конструкторское бюро, созданное в 1933 г. под руководством С.В. Ильюшина. Первые созданные ОКБ боевые самолеты — дальний бомбардировщик «Ил-4» и бронированный штурмовик «Ил-2» — навсегда вписаны в историю второй мировой войны. В послевоенные годы деятельность ОКБ С.В. Ильюшина была сосредоточена на разработках в области реактивной…
Покорение ледяного царстваЕще в 1914 г. норвежский исследователь Фритьоф Нансен в своей книге «В страну будущего» высказался о том, что авиация будет играть важную роль в освоении Севера, в частности в развитии судоходства через Карское море и устья рек Обь и Енисей. Почти в то же время русскими летчиками были предприняты первые попытки пролететь над Северным морским…
По волнам, по небесам…Летом 1936 г. технический департамент Германии подготовил задание на новый двухместный гидросамолет. Заказ на его разработку осенью 1936 г. получили две немецкие авиастроительные компании «Arado» и «Focke-Wulf». Традиционно считалось, что для создания небольшого поплавкового самолета требуется использование схемы биплана. По такому пути пошел и Курт Танк при разработке своего «Fw-62». Конструкторское бюро «Arado», не отличавшееся…
Уподобившись птицамК сожалению, никому не известно, когда человек впервые поднял голову к небу и обратил внимание на его пугающие размеры и вместе с тем фантастическую красоту. Не известно нам и то время, когда человек впервые заметил парящих в воздухе птиц и в голове его возникла мысль последовать за ними. Как любой, даже самый длинный путь начинается с…
Труба, в которой лечат “болезни” самолетаВ начале 20-х гг. в СССР была предпринята попытка создать первый истребитель собственной конструкции — «И-1» («Ил-400»). Проектирование нового самолета поручили авиаконструктору Н.Н. Поликарпову. Первый же полет самолета закончился неудачей — аппарат после взлета упал на хвост. Специалистам ЦАГИ после длительных исследований удалось найти «болезнь», которой болел новый самолет — у истребителя центр парусности не…
Винтокрылая мощь военной ГерманииВ годы второй мировой войны конструкторы фашистской Германии добились неплохих результатов в области вертолетостроения. И это не случайно, ведь немецкие генералы, считая, что победа в войне во многом зависит от техники, требовали от авиаконструкторов создания самых разнообразных машин — от реактивных самолетов до ракет «U-2», от летающих монстров до загадочных винтокрылов. Перед самым началом войны…
www.poznovatelno.ru
КОМПОНОВКА РЕАКТИВНЫХ САМОЛЕТОВ
1. Общие сведения
Особенности конструктивной и аэродинамической компоновки реактивных самолетов обусловливаются в основном двумя фактами: а) особенностями, присущими силовой реактивной установке, и б) явлениями, возникающими нри полетах на скорости, близкой к скорости звука.
Из особенностей реактивных двигателей на компоновочную схему самолета главным образом влияют отсутствие на реактивном двигателе винта, наличие мощной струи выхлопных газов с высокой температурой, выбрасываемой двигателем назад с очень большой скоростью, и большие расходы горючего.
Из явлений, возникающих при большой скорости полета, на общую схему самолета и его основные параметры в первую очередь влияют: появление местных волновых сопротивлений (волнового кризиса) и связанное с этим нарушение устойчивости и управляемости самолета, а также степень прочности и вибрации частей самолета. Рассмотрим подробнее влияние этих факторов.
2. Особенности реактивных самолетов в связи с отсутствием винта
Отсутствие винта на одномоторном самолете позволяет разместить реактивный двигатель в средней части фюзеляжа (рис. 2, а). Такое расположение двигателя дает возможность поместить экипаж и неподвижное стрелковое оружие в носовой части фюзеляжа, впереди крыла; это обеспечивает хороший обзор из кабины пилота, хорошую прицельность и кучность огня.
Рис 2. Примеры расположения реактивных двигателей на одномоторном самолете:
а — внутри фюзеляжа; б — сверху фюзеляжа; в — снизу фюзеляжа
При таком расположении двигателя ось выхлопного сопла совмещается с осью хвоcтовой части фюзеляжа, благодаря чему при изменении тяги момент сил незначительно изменяется относительно центра тяжести, т. е. балансировка самолета при изменении режима работы мотора почти не нарушается. Наконец, размещение двигателя примерно в середине фюзеляжа освобождает место для уборки носового колеса шасси и позволяет придать заостренную форму носовой части фюзеляжа, что уменьшает сопротивление при больших скоростях полета. По условиям компоновки, внутри фюзеляжа рациональнее размещаются ТКВРД с центробежным компрессором. Двигатели этой конструкции имеют меньшую длину, чем ТКВРД с осевым компрессором, и это дает возможность разместить между пилотом и двигателем керосиновые баки. Общая длина фюзеляжа при этом получается не слишком большой. Такая схема расположения ТКВРД с центробежным компрессором осуществлена, например, на американском самолете «Шутинг Стар».
При установке на одномоторном самолете ТКВРД с осевым компрессором двигатель вследствие его большой длины приходится размещать либо сверху фюзеляжа (рис, 2, б), либо снизу фюзеляжа (рис. 2, в). Такое расположение неблагоприятно в отношении продольной статической устойчивости и аэродинамического сопротивления: создается большое плечо реактивной силы струи выхлопных газов относительно центра тяжести и увеличивается площадь лобового сопротивления самолета; однако при этом в фюзеляже освобождается место для керосиновых баков, для уборки основного шасси и т. д. Наконец, отсутствие винта позволяет уменьшить высоту шасси, что уменьшает вес самолета и упрощает его эксплоатацию, так как при обслуживании самолета (типа истребитель) на земле не требуется высоких стремянок.
При двухмоторной схеме самолета отсутствие воздушных винтов позволяет поместить двигатели ближе к продольной оси фюзеляжа или даже расположить их непосредственно по бокам фюзеляжа (рис. 3, а). Такое размещение двигателей выгодно при полете с одним остановленным мотором, так как разворачивающий момент от силы тяги работающего двигателя получается меньше. Кроме того, разворачивающий момент при полете с одним остановленным мотором уменьшается еще за счет отсутствия разворачивающего момента лобовых сил воздушного сопротивления остановленного винта (этот момент весьма велик даже в том случае, если лопасти винта повернуты во флюгерное положение).
На многомоторном самолете возможно спаривание реактивных двигателей, расположенных на крыле (рис. 3, б). Это уменьшает лобовое сопротивление самолета и снижает количество просветов в закрылках, что приводит к повышению Cvmax механизированного крыла. Отсутствие винта на реактивном двигателе позволяет осуществить компоновку двухмоторного самолета комбинированного типа, а именно: установить в носовой части фюзеляжа самолета двигатель с винтом, а сзади — реактивный двигатель ТКВРД или ЖРД (рис. 3, в). Самолет такого типа благодаря значительном тяге винта на малых скоростях обладает хорошими взлетными качествами и большой экономичностью (при полете с остановленным реактивным двигателем). При необходимости получения большой скорости полета включение реактивного двигателя резко увеличивает тягу, а следовательно, и скорость полета. Винт приводится в движение либо поршневым мотором, либо газовой турбиной (в этом случае должно быть выхлопное сопло и для переднего двигателя).
Рис. 3. Примеры расположения реактивных двигателей на многомоторных самолетах:
а - два мотора непосредственно по бокам фюзеляжа; б — спаренные установки двигателей четырехмоторного самолета; а — комбинированная установка ТКВРД в носу фюзеляжа и реактивного двигателя в хвостовой части фюзеляжа
Таким образом, основной полет на самолете комбинированного типа совершается при помощи ВМГ, имеющими хороший к. п. д. на сравнительно малых скоростях полета, а реактивный двигатель выполняет функцию ускорителя при разбеге, наборе высоты или при полете на максимальной скорости. Такой самолет по своим свойствам можно считать средним между винтовыми и реактивными самолетами. Максимальная скорость полета таких самолетов меньше, чем чисто реактивных самолетов.
3. Влияние наличия струи выхлопных газов
Высокие температуры и большие скорости выхлопных газов реактивных двигателей (особенно у ЖРД) приводят к необходимости так конструировать самолет, чтобы ни одна его часть не попадала в эту струю. Так, например, на одномоторных самолетах вертикальное оперение приходится располагать сверху хвостовой части фюзеляжа (рис. 2, а), а на двухмоторных самолетах поднимать горизонтальное оперение достаточно высоко и крепить его не к фюзеляжу, а к вертикальному оперению (рис. 3, б и 3, в). Иногда это делается и на одномоторном самолете, например при двухбалочной схеме (см. ниже рис. 24, б). Однако такое расположение уменьшает жесткость крепления горизонтального оперения и усложняет проводку управления рулями высоты. Шасси с носовым колесом необходимо на реактивных самолетах для обеспечения параллельности струи выхлопных газов земле. Если газовая струя направлена под углом вниз, то при работе двигателя на полном газе земля силой струи вырывается целыми пластами.
4. Влияние больших расходов горючего
Малая экономичность реактивного двигателя и большие мощности, развиваемые ими, требуют для полета на реактивных самолетах очень больших запасов горючего. Для размещения на самолете баков с горючим приходится в большинстве случаев увеличивать размеры поперечного сечения фюзеляжа. Поэтому фюзеляжи реактивных самолетов отличаются большой длиной, особенно в носовой части, и большой толщиной. Чтобы по мере выгорания горючего центровка самолета не слишком сильно менялась, баки с горючим размещают вблизи центра тяжести самолета. В некоторых случаях прибегают к установке дополнительных подвесных баков (самолет «Шутинг Стар» США). Значительное количество воздуха, расходуемого ТРД, приводит к дальнейшему увеличению размеров фюзеляжа у одномоторных самолетов, так как в фюзеляже (или рядом с ним) приходится прокладывать воздухопроводы больших поперечных сечений.
5. Влияние сжимаемости воздуха
Явление волнового кризиса требует применения специальных форм крыла как по профилю, так и в плане.
Местные скорости, равные скорости звука, возникают в местах наибольшего сужения струи, в первую очередь это происходит в сопряжении крыла с фюзеляжем. Если впереди этого сопряжения расположить заборные патрубки каналов, подводящих воздух в ВРД, то значительное количество воздуха будет отводиться от этого опасного места; тем самым в местах сопряжения крыла с фюзеляжем, «корость потока уменьшится, а наступление волнового кризиса будет отдалено.
При полете со скоростью, близкой звуковой, нарушаются продольная устойчивость и управляемость самолета при обычной схеме его компоновки, т. е. с оперением, расположенным на хвостовой части фюзеляжа. В этом случае наблюдаются затягивание самолета в пикирование, аэродинамическое заклинение рулей и обратные давления на ручку управления. Эти явления обусловливаются следующим.
а) При возникновении скачка уплотнения центр давления аэродинамических сил, действующих на крыло, сметается по хорде назад, следовательно, возникает дополнительный пикирующий момент крыла.
б) При возникновении волнового кризиса подъемная сила средней части крыла падает, и для сохранения полной подъемной силы крыла приходится увеличивать угол атаки, а при этом увеличивается угол атаки оперения (вернее, уменьшается его отрицательный угол атаки), в результате чего оперение создает момент, затягивающий самолет в пикирование.
в) Вследствие того же падения подъемной силы средней части крыла уменьшается и скос потока за крылом, что приводит к уменьшению отрицательного угла атаки горизонтального оперения α оп (рис. 4). В результате отрицательная подъемная сила оперения Yг о становится меньше, следовательно, уменьшается и момент этой силы относительно центра тяжести самолета. В конечном итоге нарушается балансировка самолета, опять-таки в сторону затягивания самолета в пикирование.
г) Резкое, возрастание сопротивления крыла Хкр на большой скорости полета при низкопланной схеме самолета также увеличивает пикирующий момент этих сил относительно центра тяжести самолета.
Совокупность указанных причин и обусловливает затягивание самолета в пикирование при полете на большой скорости. Чтобы удержать самолет в линии горизонтального полета при увеличении скорости, пилоту приходится отклонять рули вверх (брать ручку на себя), т. е. действовать в обратном направлении, по сравнению с тем, как это необходимо в обычных условиях полета. Это обстоятельство чрезвычайно усложняет технику пилотирования реактивного самолета. Кроме того, при увеличении скорости полета аэродинамические силы на оперении смещаются по направлению к задней кромке, нагрузка на рули возрастает и для их отклонения требуется очень большое усилие. Давление на ручку управления при большой скорости полета получается столь значительным, что пилот даже не может его преодолеть. Такое явление получило название «аэродинамического заклинивания рулей рулей».
Рис. 4. Балансировка самолета на больших скоростях полета
Кроме перечисленных явлений, при полете на скорости, близкой к скорости звука, вследствие срыва потока со средней части крыла возникает вибрация оперения (скоростной бафтинг). В сорванном потоке за крылом образуется так называемая вихревая дорожка, в которой отдельные вихри расположены в шахматном порядке и имеют противоположные направления вращения. Оперение, попадая в эту вихревую полосу, попеременно испытывает сильные удары то сверху, то снизу, вследствие чего и начинает вибрировать.
Выяснение причин нарушения устойчивости и управляемости самолета позволит наметить способы борьбы с этими явлениями.
Некоторого уменьшения момента, затягивающего самолет в пикирование, можно достичь переходом от низкопланной компоновочной схемы самолета к высокопланной (рис. 5). В этом случае рост сопротивления крыла с увеличением скорости будет создавать кабрирующнй, а не пикирующий момент.
Рис. 5. Схемы реактивных экспериментальных самолетов:
а - бесхвостый самолет; б - самолет утка
Высокопланная схема самолета выгодна также с точки зрения меньших интерференционных влияний фюзеляжа на крыло. При таком расположении несущих поверхностей нет преждевременного срыва потока с верхней поверхности крыла, а следовательно, и преждевременного падения подъемной силы и уменьшения скосов потока в средней части несущих поверхностей. Поднимая горизонтальное оперение высоко над крылом, можно уменьшить вредное влияние изменения скосов потока, а также избежать попадания оперения в завихренный поток от крыла. Наконец, наиболее радикальным средством по устранению вредного влияния крыла на оперение является либо переход к схеме безхвостого самолета (рис. 5, а), либо к самолету типа «утка» (рис. 5, б), у которого горизонтальное оперение расположено впереди крыла. За последнее время наблюдается повышенный интерес к подобным схемам. Об этом говорят многочисленные проекты бесхвостых самолетов и самолетов типа «утка», а также постройка экспериментальных самолетов подобных схем. Краткая характеристика их приведена ниже, в главе X.
Дата публикации на сайте: 15.10.2012
www.airpages.ru
История авиации характеризуется непрекращающейся борьбой за повышение скорости полета самолетов. Первый официально зарегистрированный мировой рекорд скорости, установленный в 1906 году, составлял всего 41,3 километра в час. К 1910 году скорость лучших самолетов возросла до 110 километров в час. Построенный на Русско-Балтийском заводе еще в начальный период первой мировой войны самолет-истребитель РБВЗ-16 обладал максимальной скоростью полета — 153 километра в час. А к началу второй мировой войны уже не отдельные машины — тысячи самолетов летали со скоростями, превышавшими 500 километров в час.
Один из самых скоростных предвоенных самолетов — истребитель МиГ-3
Из механики известно, что мощность, необходимая для обеспечения движения самолета, равна произведению силы тяги на его скорость. Таким образом, мощность растет пропорционально кубу скорости. Следовательно, чтобы увеличить скорость полета винтомоторного самолета в два раза необходимо повысить мощность его двигателей в восемь раз. Это ведет к возрастанию веса силовой установки и к значительному увеличению расхода горючего. Как показывают расчеты, для удвоения скорости самолета, ведущего к увеличению его веса и размеров, нужно повысить мощность поршневого двигателя в 15…20 раз, но примерно с уровня скорости полета 700…800 километров в час и по мере приближения ее к скорости звука сопротивление воздуха увеличивается еще более резко. Кроме того, коэффициент полезного действия воздушного винта достаточно высок лишь при скоростях полета, не превышающих 700-800 километров в час. С дальнейшим ростом скорости он резко снижается. Поэтому, несмотря на все старания авиаконструкторов, даже у лучших самолетов-истребителей с поршневыми моторами мощностью 2500-3000 лошадиных сил максимальная скорость горизонтального полета не превышала 800 километров в час.
Для освоения больших высот и дальнейшего увеличения скорости был нужен новый авиационный двигатель, тяга и мощность которого с увеличением скорости полета не падали бы, а возрастали. И такой двигатель был создан. Это – авиационный реактивный двигатель.
Изобретение реактивного авиационного двигателя предопределило резкий скачок в развитии авиации. Новые самолеты с реактивными силовыми установками были значительно быстрее и мощнее свих аналогов, оснащенных поршневыми авиамоторами.
Реактивный двигатель позволил самолетам преодолеть звуковой барьер, что было практически неосуществимо при использовании поршневых авиамоторов. Современные реактивные самолеты способны двигаться со скоростями, в несколько раз превышающими скорость звука.
В наш век бурного развития авиации мы часто забываем, что все достигнутое в последние годы в области создания авиационных силовых установок является в основном результатом воплощения очень старых идей — их практического применения на базе более высокого уровня развития техники.
Считается, что первые реактивные самолеты поднялись в воздух около 70 лет тому назад. Однако, это не совсем так, сама идея самолета с реактивным двигателем насчитывает более полутора веков, а впервые реактивная тяга оторвала самолет от взлетной полосы … в 1910 г.
Первый реактивный самолет "Коанда-1910"
Однако только в 30-х годах настоящего столетия реактивные двигатели стали серьезно рассматриваться как основные силовые установки для самолетов. Реактивные двигатели нельзя приписать одному изобретателю, их создание является результатом исследований и экспериментов, начатых одновременно и независимо в ряде стран. Тем не менее история первого реактивного самолета начинается с того, что румынскому инженеру Анри Коанда в 1910 году удалось создать и испытать самолет Coanda-1910 на котором стоял мотокомпрессорный воздушно-реактивный двигатель.
Мотокомпрессорный ВРД – двигатель, у которого для привода компрессора используется поршневой двигатель. Воздух входит через специальное отверстие в передней части фюзеляжа в трубу переменного сечения, где поджимается компрессором, который приводится в движение поршневвым авиамотором, одновременно выполняющим функцию камеры сгорания. Затем поток сжатого воздуха омывает этот поршневой мотор воздушного охлаждения и несколько нагревается. Перед поступлением в камеру сгорания воздух смешивается с выхлопными газами от этого мотора. В дополнительной (форсажной) камере сгорания, куда впрыскивается топливо, в результате его сжигания температура воздуха повышается еще больше. Газовоздушная смесь, вытекающая из сопла в хвостовой части фюзеляжа, создает реактивную тягу этой силовой установки. Площадь выходного сечения реактивного сопла регулируется посредством конуса, способного перемещаться вдоль оси сопла.
Идея мотокомпрессорного двигателя принадлежит нашему соотечественнику инженеру Горохову, а уже чуть позже, независимо от него, такую же идею высказал французский инженер Рене Лорэн (Lorin), который в 1908 г. предложил конструкцию своего двигателя.
Реактивный двигатель — это двигатель, создающий необходимую для движения силу тяги путём преобразования исходной энергии в кинетическую энергию реактивной струи рабочего тела; в результате истечения рабочего тела из сопла двигателя образуется реактивная сила в виде реакции (отдачи) струи, перемещающая в пространстве двигатель и конструктивно связанный с ним аппарат в сторону, противоположную истечению струи. В кинетическую (скоростную) энергию реактивной струи в реактивном двигателе могут преобразовываться различные виды энергии (химическая, ядерная, электрическая, солнечная). Реактивный двигатель (двигатель прямой реакции) сочетает в себе собственно двигатель с движителем, т. е. обеспечивает собственное движение без участия промежуточных механизмов, например таких, как воздушный винт.
Хотя создатель первого реактивного самолета Анри Коанда по образованию был инженером-артиллеристом, он больше интересовался проблемами воздухоплавания. В 1905 году он сконструировал самолёт для румынской армии. В 1907—1908 годах он продолжил обучение в Институте Монтефиори в Льеже, где познакомился с Джанни Капрони. В 1908 году Коанда вернулся в Румынию для прохождения службы офицером во Втором артиллерийском полку. Однако вскоре он обратился за разрешением выйти в отставку, и, после получения разрешения, совершил автомобильный рейд в Исфахан и далее в Тибет. По возвращении в Европу поступил в Париже во вновь открывшуюся Высшую национальную школу инженеров и авиаконструкторов (сейчас Высшая национальная школа авиации и космоса). В 1910 году он закончил её, став первым в своём классе и получив специальность авиаконструктора.
При поддержке инженера Гюстава Эйфеля и математика и пионера авиации Поля Пенлеве, Коанда начал эксперименты по аэродинамике. В 1910 году в мастерской Джанни Капрони Коанда сконструировал первый прототип реактивного самолёта — самолет Coandа-1910 с мотокомпрессорным двигателем — и представил его на Втором воздухоплавательном салоне в Париже. Самолёт использовал четырёхцилиндровый 50-сильный бензиновый мотора Clerget, нагнетавший воздух в две камеры сгорания, расположенные по бокам фюзеляжа, в которых воздух смешивался с топливом и сгорал, создавая реактивную тягу. Коанда запатентовал эту технологию во Франции в 1910 году и в Великобритании и Швейцарии в 1911 году (В некоторых источниках информация о работе Анри Коанда (Coanda), дает несколько другое наименование аэроплана, оснащенного реактивной установкой "Турбо-Пропульзер" (Turbo-Propulseur).
МкВРД самолета "Соанда-1910" тягой 220 кГс
Аппарат совершил свой первый и последний полёт в октябре 1910, при огромном стечении публики (ранее в этом же месяце Коанда продемонстрировал своё изобретение на Парижском авиасалоне). За штурвалом находился сам конструктор. Для защиты хвоста от выхлопа двигателя Коанда применил закругленные дефлекторы. В полете дефлекторы отклонили пламя из двигателя на хвост самолёта. Хвостовое оперение сгорело и потерявший управление самолёт врезался в амбар. По легенде Коанда тогда впервые обратил внимание на это явление, названное впоследствии "эффектом Коанда". К сожалению дальнейшие работы по самолету были прекращены, автор сосредоточился на разработке обычных самолетов и исследованиях открытого им явления.
Идея создания пульсирующих воздушно-реактивных двигателей (ПуВРД) была запатентована в 1906 г. русским инженером В.В. Караводиным, а год спустя его француз Марконне (Marconnet) сформулировал основную идею и приобрел патент на реактивный двигатель с внешним компрессором. В 1913 году, незадолго до Первой мировой войны, во французском журнале "Ле Аэрофиль" (Le Aerophile) появилась статья инженера Рене Лорэна (Lorin). Он описывал гипотетический летательный аппарат с двигателем, не имевшим каких-либо движущихся частей и состоявшим из впускного диффузора с примыкающей камерой сгорания и следующим за ней реактивным соплом. Рене Лорэн предположил, что скорость такого самолета будет лежать за пределами звукового барьера. В то время такое предположение выглядело фантастическим; сегодня же это устройство, известное как прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), находит широкое практическое применение в виде форсажной камеры сгорания в сочетании с турбореактивным двигателем (ТРД). В 1944 году немецкий инженер профессор Ойген Зенгер (Eugen Senger) предложил подобное усовершенствование для двигателей Me 262, в результате чего их мощность могла кратковременно повышаться.
В 1916 году еще один француз Огюст Рато (Rateau) создал турбокомпрессор. Устройство представляло собой турбину, которая приводилась в действие выхлопными газами. Использовалось оно поначалу в качестве высотного воздушного нагнетателя на с поршневым двигателем. Разработки Рато "довел до ума" американец д-р Стэнли Мосс (Moss). 19 июня 1918 года двигатель "Либерти" с "турбокомпрессором доктора Мосса" на соответствующей высоте показал повышенную мощность - 366 л.с. вместо обычных 230 л.с. Стоит отметить, что компрессор реактивного двигателя Jumo 004 производства фирмы Юнкерс также появился в результате исследовательских работ над турбокомпрессором для поршневого двигателя.
И, наконец, в 1921 года изобретение состоялось окончательно: опять-таки во Франции Максим Гийом (Guillaume) подал заявку на получение патента на двигатель, который обладал всеми признаками современной турбореактивной силовой установки. Гийом поместил камеру сгорания между ступенчатым компрессором и многоступенчатой турбиной. Струя нагретого воздуха, вырываясь из камеры, приводила в движение турбину и связанный с ней турбокомпрессор. Правда, на рисунке патента нельзя рассмотреть реактивное сопло; возможно, Гийом предполагал построить двигатель, известный сегодня под названием "турбовинтовой". Таким образом, уже к 20-м годам XX века появилась (пока еще в форме патентов) возможная альтернатива поршневым авиационным моторам. В Германии была сделана попытка построить реактивный двигатель еще одного вида - ракетный. Основываясь на работах Макса Валье (Valier), Александр Липпиш (Lippisch) разработал самолет типа "утка", оснащенный твердотопливным ракетным двигателем (ТТРД) или, проще говоря, пороховым двигателем пиротехника Зандера (Sander). 11 июня 1928 года в районе Рена Фрицу Штамеру (Stamer) удалось осуществить первый пилотируемый полет на ракетоплане. Правда, очень скоро выяснилось, что ракетный двигатель в соединении с планером не имеет никаких преимуществ перед поршневым мотором, и до сих пор область применения ракетного двигателя в авиации ограничивается лишь несколькими специальными областями.
В Англии в середине 20-х годов XX в. реактивным двигателем занимался А. А. Гриффит (Griffith) из управления RAF (Королевских воздушных сил). А в 1930 году офицер британских ВВС Фрэнк Уиттл (Whittle) подал заявку на изобретение турбореактивного двигателя и получил патент за номером 347206, однако его проект поначалу также не был замечен.В середине 30-х годов XX в. явно обозначился кризис винтовой авиации. С 30 сентября по 6 октября 1935 года в Риме под председательством Алессандро Вольта (Volta) проходил международный конгресс "Высокая скорость в авиации" ("Le alte velocite in aviazione"). Этот так называемый "Конгресс Вольта" представлял собой научную конференцию по вопросам о возможностях сверхзвуковых самолетов. На нем, среди прочего, профессор Адольф Буземанн (Busemann) в качестве средства для уменьшения сопротивления при высоких скоростях предложил свой проект стреловидного крыла. Но главное, на этой конференции каждому ученому стало ясно, что самолету с поршневым двигателем никогда не удастся перешагнуть звуковой барьер.А всего лишь через месяц после конгресса, 10 ноября 1935 года, доктор наук Геттингенского университета Ганс Йоахим Пабст фон Охаин (von Ohain) получил секретный патент за номером 317/38 на турбореактивный двигатель, который он разработал еще в период своего обучения. В апреле 1936 года авиапромышленник Эрнст Хейнкель приглашает фон Охайна к себе и обеспечивает его всем необходимым для успешной работы.
Схемы ТРД из патентов Ф. Уиттла и Г. фон Охайна
Не умаляя роли передовых промышленных стран, таких как Германия и Англия, следует отметить достойный вклад русских ученых и инженеров в создание и развитие авиационной газотурбинной техники.
Основополагающими теоретическими разработками в области реактивного движения и лопаточных машин были еще дореволюционные труды ученых И.В. Мещерского, Н.Е. Жуковского, К.Э. Циолковского. К началу XX века относятся первые проекты ГТД русских инженеров: П. Кузьминского (1900 г.), В. Караводина (1906 г.), Н. Герасимова (1909 г.), А. Горохова (1911 г.), М. Никольского (1914 г.). Изготовление опытного турбовинтового (турборакетного) двигателя мощностью 160 л.с. по проекту М. Никольского было начато в 1914 году на Русско-Балтийском заводе для замены немецкого поршневого двигателя «Аргус» мощностью 140 л.с. на самолете «Илья Муромец». 22 мая 1919 г. в ЦАГИ создано винтомоторное отделение во главе с инженером-механиком Б.C. Стечкиным. Уже в 1929 г. Б.C. Стечкин разработал и опубликовал теорию BPД, получившую всеобщее признание в нашей стране и за рубежом.
B 1923 г. инженер-конструктор B.И. Базаров подал заявку на вполне современную схему одно — вального ТPД с центробежным компрессором. В 1925 г. преподаватели МBТУ Н.Р. Бриллинг и B.B. Уваров обосновали возможность создания мощного авиационного ТBД.
Конструктивная схема ТРД : а – М.Н. Никольского, б – В.И. Базарова
В Великобритании в марте 1936 года основывается фирма "Пауэр Джетс лтд."; цель предприятия - строительство газовой турбины для летательного аппарата по проекту Фрэнка Уиттла. В то же время в магдебургском филиале фирмы "Юнкереc Моторенверке Дессау АГ" профессор Герберт Вагнер (Wagner) излагает свои предложения относительно реактивного двигателя, а в Мюнхене на фирме "БМВ" и ее филиале в Шпандау специалисты приступают к разработке проектов таких двигателей. Успех будет достигнут, но только к концу войны. В середине марта 1937 года фон Охайн и его сотрудники испытывают модель двигателя на водородном топливе - Не S2. Конструктор Хейнкель увеличивает темпы разработок. Его цель — скорейшая постройка и испытания реактивного самолета.
Англичанин Фрэнк Уиттл не отстает от немцев: 12 апреля 1937 года он проводит первое испытание своей конструкции. А третьими в этом ряду стали французы Сансо де Лаво (Sensaud de Lavaud) и Бруне (Brunet), которые на своем небольшом опытном двигателе добились силы тяги в 100 кгс. Но начало войны и скорое поражение Франции помешало завершению работы. Что касается других стран, то в 1937 году их было не слишком много: точнее, только в Советском Союзе А. М. Люлька занимался созданием осевого турбореактивного двигателя, его работы также прекратились с началом войны в 1941 году, и только в августе 1945 года первый советский реактивный двигатель был построен. Таким образом, во второй половине 1930-х годов авиаконструкторы ведущих авиационных держав не только обратили, наконец, более пристальное внимание на идею реактивного двигателя, но и приступили к практическим разработкам этой идеи на самолетах.
Хейнкель He.176 — немецкий реактивный самолёт. Первый в мире самолёт, приводившийся в движение лишь жидкостным реактивным двигателем. Пилотируемый Эрихом Варзитцем (Erich Warsitz), он совершил свой первый полёт 20 июня 1939 года около Варнемюнде. Реактивный самолёт был частным проектом компании «Хейнкель», её директор Эрнст Хейнкель делал акцент на развитие высокоскоростных технологий. Работа над He.176 не была особо выдающейся, но заложила основные принципы развития ракетной техники. Он был оснащен сбрасываемой носовой частью.
Переход к реактивным двигателям действительно был революционным событием в военной авиации. Кризис поршневого мотора наметился уже в 30-е гг. Рекордные самолеты тех лет наглядно продемонстрировали "потолок" развития поршневой авиации. Увеличение мощности двигателя не приводило к пропорциональному увеличению скорости, давая прирост скорости всего на 50-60 км/час. Рекордный самолет "Bf.109V13" 11 ноября 1937 г. достиг средней скорости 610,95 км/час.
Полтора года спустя 30 марта 1939 г. творение фирмы "Эрнст Хейнкель АГ" "Не.100 V8" превысил это достижение более чем на 130 км/час, достигнув 746,606 км/час. Вилли Мессершмитт поднял эту перчатку, и в предпоследний месяц, когда было еще актуально регистрировать рекорды в июле 1939 г., рекордный "Me.209V1" летал со скоростью 755,14 км/час. Рекордных скоростей удавалось достичь только резким наращиванием мощности двигателя. Мотор "DB-601R-III", установленный на "Bf.109V13", развивал мощность 1700 л. с., a "DB-601R-V" на двух других самолетах 2770 л. с.
Расчеты показали, что для одноместного истребителя, развивающего скорость 1000 км/час, необходим мотор мощностью 12 200 л. с.! Только масса самого двигателя составила бы свыше шести тонн, а вес всей машины 15 тонн. Проблема была в резко снижающемся на больших скоростях КПД винта. Альтернативой винту была реактивная тяга. Это было понятно еще в то время, когда в бой шли бипланы и самолеты с гофрированной обшивкой. Поэтому задолго до Второй мировой войны началась гонка за создание боевого реактивного самолета. Уже в конце 1938 г. Вилли Мессершмитт получил официальный контракт на истребитель с реактивным двигателем.
Заметим, что в 1938 г. не существовало ни одного летающего реактивного самолета, а опытный реактивный двигатель "HeS 2A" Ханса фон Охайна развивал на стенде «могучую» тягу в 80 кг. Только год спустя в воздух поднялся первый в истории летающий реактивный самолет одноместный "Не.178", оснащенный двигателем "HeS 3B" с тягой 510 килограммов. Первый исторический полет состоялся в пять утра в воскресенье, 27 августа 1939 г. Он был засекречен настолько, что итальянцы, подняв в воздух в августе 1940 г. реактивный самолет "Капрони-Кампини", громко заявили о своем приоритете в создании реактивной авиации на весь мир.
Однако итальянский самолет был реактивным в современном понимании этого слова весьма условно. Компрессор, нагнетавший воздух в камеры сгорания, приводился в действие поршневым мотором, а не газовой турбиной. По тому же пути пытались идти в СССР. Самолет "И-250" ОКБ Микояна и Гуревича, а также "Су-5" ОКБ Сухого оснащались двигателем "ВК-107Р" с приводом на воздушный винт и компрессор реактивного двигателя.
Но для военных самолетов, тем более тогда, это был тупик. Комбинация двух двигателей делала силовую установку тяжелой и неэкономичной. Задачей конструкторов реактивных двигателей тех лет было создание системы, в которой компрессор приводится в действие газовой турбиной, стоящей на пути исходящих из камеры сгорания газов. Такой двигатель, подобно Мюнхгаузену, тащил себя из болота за волосы и требовал раскрутки компрессора от внешнего источника только в период запуска. Фактически, решить надо было две задачи, создать эффективную газовую турбину и реактивный двигатель в целом. Для материаловедения и технологии того времени, задачи были очень сложными. Достаточно вспомнить какие трудности вызвало освоение турбонадува поршневых моторов, а это существенно более простая задача.
Двигатель HeS3B с тягой 450 кгс
Общим для обоих энтузиастов, создававших первые в мире работающие ТРД, было то, что первые расчеты и проекты они сделали еще в студенческие годы — Ф. Уиттл в возрасте 22 лет на четвертом курсе колледжа Королевских ВВС в Крэнуэлле, а затем на курсах инструкторов летной школы в Уиттеринге (1928.29 г.г.), а Г. фон Охайн, также в возрасте 22 лет, при окончании Геттингенского университета (1933 .34 г.г.).
Г. фон Охайна с 3 апреля 1936 г. работал по контракту с Э. Хейнкелем. 27 августа 1939 г. на самолете Hе-178 с двигателем его конструкции — HeS3B, был совершен успешный полет. Несмотря на это Г. фон Охайну так и не удалось создать массовый серийный ТРД.
Наибольших успехов при создании первого массового серийного реактивного двигателя (Юмо-004) добился другой немецкий конструктор австрийского происхождения — Анслем Франц.
Начатую Ф. Уиттлом в инициативном порядке программу создания и развития английских ТРД можно считать (как и немецкую программу Юмо-004) весьма успешной. Уиттл принял удачную концептуальную идею разработки ТРД — центробежный компрессор с П*К = 4 и двухсторонним входом. Это позволило значительно повысить лобовую тягу двигателя.
От первого запуска экспериментального ТРД Ф. Уиттла W.U. (Whittle Unit), состоявшегося 12 апреля 1937 г., до первого полета однодвигательного реактивного самолета Глостер Е28/39 с ТРД W.1 15 мая 1941 г. прошло четыре года. За это время решалось много проблем. Но главной была проблема создания надежной камеры сгорания, которая претерпела ряд изменений — от кольцевой до трубчатой противоточной, а затем и до трубчатой прямоточной.
alternathistory.livejournal.com
