вернемся в библиотеку?

«Наука и жизнь» 1935 г. №8

Проблема развития реактивной авиации

Борьба за скорость


Развитие авиации ясно показывает характерную и ярко выраженную тенденцию к постоянному увеличению скоростей полета. В настоящее время уже осуществлено пассажирское движение со скоростью до 350 км/час, примером чего служат американские воздушные линии, обслуживаемые самолетами фирмы Локхид. В Германии созданы такие машины, как шестиместный «Хейнкель Не-70» с максимальной скоростью в 360 км/час; во Франции — «Бреге 460-Т» со скоростью в 385 км/час и целый ряд других.

Еще большие достижения в отношении скоростей имеются в военной авиации. Все новейшие истребители обладают скоростями выше 400 км/час. Французский двухпушечный истребитель «Девуатин-371» показал на предварительных испытаниях скорость в 420 км/час; истребитель-гидросамолет «Девуатин-503» развивает максимальную скорость в 430 км/час; польские истребители последних образцов, демонстрировавшиеся на международной авиационной выставке в Париже, имеют скорости порядка 415—420 км/час.

Борьба за скорость в коммерческом и военном воздушном флоте находит яркое выражение в установлении соответствующих рекордов. 25 декабря 1934 г. французский пилот Дельмот установил последний мировой рекорд скорости для сухопутных самолетов равный 514 км/час. Для гидросамолетов рекорд скорости установлен итальянским летчиком Франческо Аджело, который в 1933 г на озере Гарда в Детенцано на гидросамолете «Макки-Кастольди М-72» развил скорость в 682 км/час. Для осуществления такой колоссальной скорости ему потребовался мотор «Фиат АС-6» мощностью в 2 800 л. с. Через полтора года, 23 октября 1934 г, в результате продолжительной и напряженной подготовительной работы Аджело удалось установить новый рекорд скорости — 709,2 км/час. Для достижения этой скорости самолет «Макки-Кастольди» был еще более усовершенствован и облегчен, а мощность мотора доведена до 3100 л. с. Расход топлива при столь значительной мощности был так велик, что всех запасов бензина хватало на работу двигателя лишь в течение получаса. Это показывает, что существующие рекордные скоростные машины почти лишены возможности брать какой-либо груз и пригодны лишь на самое непродолжительное время полета. По этой причине достигнутые рекорды скорости не скоро будут использованы для пассажирских или даже для военных самолетов при условии пользования обычными бензиновыми двигателями и при полетах в нижних слоях атмосферы.


Рекордный самолет „Макки-Кастольди М-72“, на котором итальянский пилот Ф. Аджело установил рекорд скорости — 709,2 км/час


Сопротивление воздуха при разных скоростях полета

Сопротивление воздуха является основной причиной, тормозящей развитие скоростной авиации и делающей экономически невыгодной эксплоатацию самолетов, обладающих большими скоростями. Если легкому гоночному самолету, рассчитанному на работу в течение всего нескольких часов и поднимающему запасы топлива лишь на 30 минут полета, для достижения скорости в 700 км/час потребовался мотор мощностью свыше 3 тыс. л. с., то военному или пассажирскому самолету с необходимым грузом и длительным временем полета потребуется для достижения такой же скорости гораздо более мощная моторная установка, которую не может создать авиационная техника настоящего времени. Еще больше препятствий встречается при увеличении скорости самых гоночных машин, потому что с увеличением скорости полета необходимая мощность растет пропорционально кубу скорости; если бы мы желали достигнуть полета со скоростью звука (т. е. немного более 1 200 км/час), то нашему самолету потребовался бы мотор мощностью порядка 30 тыс. л. с.

Завоевание стратосферы

Для того чтобы добиться дальнейшего значительного увеличения скоростей полета и создать сверхскоростную пассажирскую военную авиацию, необходимо совершать полеты в разреженных слоях атмосферы, где менее плотный воздух окажет меньшее сопротивление движению самолета, т. е. необходимо летать в области стратосферы, где возможно осуществление скоростей полета до 2—3 тыс. км/час. Поэтому борьба за скорость есть борьба за завоевание стратосферы.

Отсюда понятен интерес, который вызывают широкие исследования стратосферы, проводимые во всем мире в целях ее освоения и подготовки для завоевания самолетами. Однако создание стратосферных самолетов является сложной технической задачей, решение которой требует упорного напряжения всех сил авиационной техники. До настоящего времени рекордной высотой подъема самолета является достигнутая в апреле 1934 г. итальянским пилотом Ренато Донати высота 14 400 м. В декабре 1934 г. безвременно погибший смелый и знающий американский пилот Вилли Пост, известный по своему кругосветному перелету, сделал попытку достигнуть 15 км, но из-за порчи кислородного аппарата вынужден был пойти на снижение раньше достижения предполагавшейся высоты; по его расчетам он достиг 14600 м, но эта высота официально не зарегистрирована и вызывает некоторые сомнения.

Полеты Вилли Поста замечательны тем, что они представляют не скачок на рекордную высоту с последующим немедленным спуском, а продолжительные полеты в области стратосферы с использованием ее преимуществ в отношении увеличения скорости полета.

Для развития стратосферной авиации рядом иностранных фирм развернута работа по созданию специальных стратосферных самолетов, к числу которых принадлежат построенные немецкой фирмой Юнкерс стратоплан «Ю-49» и французский стратоплан Фармана «F-AKFK». С обоими стратопланами уже производились испытания на небольших высотах

В Советском Союзе также ведется работа по созданию стратопланов. Под руководством инж. В. А. Чижевского разработан оригинальный проект, осуществление которого далеко продвинет вперед дело завоевания стратосферы.

Однако широкому развитию высотных полетов и применению их в пассажирской или военной авиации мешает неприспособленность обычной винтомоторной группы к работе в разреженных слоях воздуха.

Для обеспечения нормальной работы мотора необходимо подавать определенное количество воздуха, что требует наличия сложных и весьма тяжелых компрессоров, сжимающих разреженный воздух стратосферы. На работу компрессора приходится затрачивать значительную часть мощности мотора, причем с увеличением высоты полета доля поглощаемой мощности растет, и при определенной степени разреженности воздуха вся мощность мотора должна будет итти только на компрессию воздуха. Ясно, что при таких условиях полет будет невозможен. Кроме того, часть мощности теряется на воздушном винте, который в условиях стратосферы работает с более низким коэфициентом полезного действия.

Указанные трудности ограничивают потолок стратопланов высотой порядка 20 км (по данным инж. В. А. Чижевского, — см. его доклад в Академии наук на конференции по изучению стратосферы); высоту 20—22 тыс. м можно считать абсолютным потолком самолетов, снабженных авиационным двигателем. А между тем наиболее интересными являются высоты в 25—30 км, где возможно осуществление скоростей до 3 тыс. км в час.

Винтомоторные стратопланы не могут удовлетворить условиям таких высот. Создавшиеся сложные технические противоречия может разрешить только новый тип двигателя, который дополнит или частично заменит на определенном этапе современную винтообразную группу и обеспечит дальнейшее развитие авиации.

В настоящее время перед нашей авиацией стоит боевая задача — создать надежные стратопланы для свободного полета на высоте 14-15 км. Решение этой задачи полностью может обеспечить нормальная винтомоторная группа, которая не исчерпала всех своих возможностей. Но для развития более мощной высотной авиации, для овладения экономически более выгодными слоями воздуха необходимо поставить во всей широте вопрос о новом типе двигателей. Таким двигателем является реактивный мотор, который может служить сильнейшим средством завоевания стратосферы.

Реактивные двигатели

Реактивный двигатель прямой реакции, или, как его можно назвать, ракетный мотор, работает независимо от окружающей среды: он не нуждается в атмосферном воздухе, так как имеет с собой запасы окислителя и топлива, и действие его основано не на принципе отталкивания от внешней среды, а на законе отдачи, или реакции вытекающих газов, взаимодействие которых с ракетным аппаратом обусловливает движение последнeгo на основе равенства количества движения истекающих газов и самого аппарата. Поэтому ракетные моторы теоретически не имеют для своего применения границ высоты и скорости полета.


Коэфициенты полезного действия разных двигателей

Прототипом ракетного двигателя является обыкновенная ракета, получающая движение путем отбрасывания части своей массы с некоторой скоростью в противоположную сторону.

Движение ракетного аппарата происходи благодаря использованию энергии пороха, жидкого топлива, топлива металлического, или сжатых газов. Во всех случаях газы, находящиеся под давлением вследствие ли процесса горения и расширения от повышения температуры или благодаря предварительному сжатию насосом, вылетают с значительной скоростью из сопла ракетного двигателя и обусловливают этим наличие реактивной силы или тяги. Главной задачей в развитии реактивного движения является в настоящее время создание надежного ракетного мотора на жидком топливе, которое значительно превосходит по калорийности все сорта порохов и более удобно, чем металлические горючие.

Создание такого мотора требует упорной работы и решения целого ряда задач, не встречавшихся до сих пор в технике. Чрезмерно высокие температуры (до 3000° и выше) и большие давления в камере сгорания ракетного мотора вызывают повышенные требования к применяемым материалам и обусловливают необходимость использования новых металлов и огнеупоров; необходимость подачи топлива в камеру с большим давлением требует создания легких и мощных насосов; жесткая экономия в весе заставляет конструктора с величайшим напряжением вести проектирование и экономить каждый грамм металла. Целый ряд задач термодинамики, гидродинамики и теоретической механики также требует своего разрешения для развития ракетной техники.


Ракето-модель Опеля, приводимая в движение 24 пороховыми ракетами

За границей уже более семи лет проводится широкая экспериментальная работа с ракетными двигателями. Немецкая фирма Опель, чтобы изучить действие ракетного аппарата, провела серию испытаний ракетных автомобилей и других ракетных экипажей, используя в качестве двигателя пороховые ракеты конструкции инж. Зандера. В 1928 году состоялись первые испытания ракетомобиля, который во время пробега развил скорость до 100 км/час. В том же году был построен более мощный ракетомобиль, показавший скорость в 240 км/час, и затем ракетная дрезина, дающая скорость в 254 км/час. Инж. Вальер построил ряд автомобилей с ракетными двигателями и ракетные сани, которые развили скорость в 395 км/час. Все эти опыты не имели большого самостоятельного значения, так как применение ракетных двигателей к наземным средствам передвижения ограниченно из-за невозможности осуществления больших скоростей, в то время как ракеты выгодны лишь при больших скоростях; но зато они дали авторам некоторый опыт и позволили в том же году осуществить полет первого ракетного самолета.

Реактивная авиация



Полеты ракетоплана Эспенлаубе. Скорость 150 км/час

На аэродроме Рен-Росситенского о-ва в Вассеркруппе (Германия) после нескольких опытов с моделями 17 июня 1928 г. проводились испытания бесхвостого самолета типа «утка» с двумя пороховыми ракетами в конце фюзеляжа. Ракеты давали тягу по 20 кг в течение 30 сек. каждая. Пилотируемый летчиком Штамером самолет плавно стартовал и пролетел 1,5 км в течение 80 сек., сделав во время полета ряд поворотов. Практический результат этого испытания, конечно, невелик, но оно показало полную возможность полета человека на ракетоплане, точно так же как первый полет бр. Райт открыл эпоху развития авиации.

В следующем году Опель повторил опыты с ракетным самолетом; вслед за ним в 1930 г. немецкий летчик Эспенлаубе провел удачные испытания ракетоплана, достигнув скорости 150 км/час и дальности более 2 км. Бесхвостый самолет Эспенлаубе, построенный в Дюссельдорфе, имел три пороховых ракеты с тягой по 15 кг и временем действия 30 сек. каждая. Вначале запуск ракетоплана производился с помощью другого самолета, от которого он освобождался на высоте 20 м. Затем для старта была установлена ракета с тягою в 150 кг, под действием которой ракетоплан отрывался от земли, сократив длину разбега до 10 м. Этот результат явился крупным достижением в ракетной технике и открыл перспективу применения ракет для старта обычных самолетов в целях сокращения длины разбега, что имеет громадное значение при взлетах с площадок и при многих других обстоятельствах. Немецкая фирма Юнкерс занялась исследованием этого вопроса и провела ряд испытаний с ракетным стартом.


Полет ракетоплана В. Свана (США)

В Италии авиационной фирмой «Пьеро-Магни-Авиационе» был построен по проекту инж. Э. Каттанео ракетный самолет, прошедший серию испытаний на Миланском аэродроме. Самолет представлял деревянную конструкцию с высоко расположенным свободнонесущим крылом. Старт происходил под действием пороховой ракеты с тягою в 400 кг. Полет длился 34 сек., и пройденное расстояние составляло около 1 км.

В США работа в области реактивного движения идет развернутым фронтом. Одновременно работают четыре исследовательские группы под руководством крупнейших специалистов реактивного движения — проф. Р. Годдарда, Булля, Лассера и Шеффера.

В Новой Мексике американский летчик Вильям Сван проводил испытания ракетоплана, на котором были установлены две ракетные батареи по 6 ракет в каждой. Ракеты давали тягу по 20 кг. Первое испытание происходило в Атлантик Сити; запущенный в воздух с помощью команды как обычный планер, ракетоплан набрал высоту в 30 м и, пролетев на ней около 300 м, спустился, не зажигая ракет; затем ракетоплан был снова запущен и ракеты приведены в действие, благодаря чему он поднялся на 60 м и продержался в воздухе 8 минут.

Результаты дальнейших испытаний ракетных самолетов не выходят из пределов военных лабораторий и генеральных штабов каждого государства. В иностранной печати лишь изредка проскальзывают краткие сообщения о работах в этой области. По сообщениям английской прессы, фирма Юнкерс строит в настоящее время стратосферный ракетоплан, двигатель которого, повидимому, представляет комбинацию авиационного двигателя и мощной ракетной установки.

Указывая на возможность создания ракетопланов, мы, однако, отмечаем, что эта задача для своего решения требует чрезвычайно большой работы. Помимо сложности конструирования ракетного мотора, основное затруднение заключается в том, что для питания требуются большие запасы горючей смеси. Не нуждаясь для своей работы в кислороде окружающего воздуха, ракетный мотор заставляет брать его с собой на самолете, что чрезмерно увеличивает по сравнению с обычным самолетом вес баков с горючим, и перегружает всю конструкцию, создавая сложную проблему баланса весов, разрешения которой во многом зависит развитие ракетной авиации. В этом деле решающая роль принадлежит химикам, которые должны дать высококалорийные топлива и наиболее выгодные окислители.

В настоящее время самым рентабельным двигателем для стратосферной авиации является особый тип реактивных двигателей — не ракетный, а воздушно-реактивный мотор или, как его называют, «ворем». Этот тип реактивного двигателя не требует для своей работы запасов окислителя, а использует кислород окружающего воздуха. Для подачи воздуха в камеру сгорания используется кинетическая энергия встречного тока воздуха, который, попадая в переднее входное сопло, расширяется там, повышая свое давление за счет снижения скорости, поступает в камеру сгорания, служа и окислителем и рабочим телом.

Теория воздушно-реактивных двигателей была впервые разработана советским инженером Б. С. Стечкиным1, который показал, что коэфициент полезного действия ворема растет с увеличением скорости полета и при скоростях больше скорости звука значительно превосходит к. п. д. авиадвигателей,

Советский изобретатель и теоретик в области реактивного движения инж. Ф. А. Цандер дал ряд проектов воздушно-реактивных аппаратов2, представляющих большой интерес для их дальнейшей разработки.

1 «Техника воздушного флота» № 2, 1929 г.

2 Цандер, Ф. А. Проблема полета при помощи реактивных аппаратов, М. 1932 г.

Имея возможность осуществлять колоссальные скорости полета и работать в сильно разреженных слоях атмосферы, ворем обладает тем громадным преимуществом перед ракетным мотором, что не требует запаса окислителя, которых должно быть в 3-4 раза больше, чем топлива, так как для и сгорания, например, 1 кг бензина требуется 3,5 кг кислорода. Поэтому воздушно-реактивный двигатель является наилучшим двигателем для стратосферы.


Полет воздушно-реактивной торпеды на 1 400 км (по расчетам итальянского ген. Крокко)

Так как ворем может начать работу, только имея некоторую скорость, то аппараты с этими двигателями нуждаются в приспособлениях для разгона, и поэтому сочетание ворема со стартовой ракетой, повидимому, явится наиболее эффективным двигателем для высотной сверхскоростной авиации, т. е, для так называемой суперавиации. В качестве иллюстрации возможности применения воремов для суперавиации приведем расчеты итальянского генерала Д. Крокко, который показал, каких результатов можно добиться в этой области. Д. Крокко сделал расчет для торпеды с воремом общим весом в 1 т, из которого 400 кг приходилось на долю горючего. Такая торпеда должна подняться на высоту 30 км, пролетев при этом 200 км вдоль и израсходовав 300 кг горючего. На достигнутой высоте торпеда совершает прямолинейный полет на 1 000 км со скоростью 3600 км/час, расходуя при этом остальное горючее, после чего идет спуск, в течение которого покрывается еще 200 км. В результате воздушно-реактивная торпеда пролетает 1400 км со средней скоростью 2700 км/час. Результат говорит сам за себя.

Необходимость развития народного хозяйства и укрепления обороны страны ставит перед советской инженерно-технической общественностью и широкими слоями изобретателей ответственную задачу усиленной работы в области развития реактивной техники, в области создания советской суперавиации.

В своей работе мы должны твердо помнить указание тов. Ворошилова: «Кто силен в воздухе, тот в наше время вообще силен».

ЛИТЕРАТУРА

Тихонравов М. К. Ракетная техника.

Цандер Ф. А. Проблема полета при помощи реактивных аппаратов.

«Реактивное движение», сборник № 1 Военно-научного комитета.

Лангемак Г. Э., Глушко В. П. Ракеты, их устройство и применение.

Королев С. П. Ракетный полет в стратосфере.



Физкультурные упражнения студентов института им. Лесгафта — фигура самолета