Почему создавали самолеты с ракетными двигателями

Реактивный самолет — история создания и значение термина

Реактивные самолёты, впервые появляющиеся в небе, вызывали восторг у всех, кто имел возможность наблюдать их. Самолёты с реактивными двигателями пришли на смену обычным винтовым летательным аппаратам. Первый реактивный самолёт был спроектирован ещё в 1910 году, однако из-за множества несовершенств в конструкции он так и не поднялся в воздух, сгорев на земле в первом же испытании.

В годы после Второй мировой войны реактивные летательные аппараты занимали всё большую долю в используемой авиатехнике. Когда люди видели в небе инверсионный след определённой ширины, они сразу же понимали, какой двигатель установлен на летательном аппарате, рассекающим небо в данный момент.

Реактивные двигатели нашли применение не только в военной технике, но и в гражданской авиации, предназначенной для перевозки пассажиров. На данный момент большинство имеющихся самолётов оснащены реактивными двигателями.

Всего существует несколько видов реактивных двигателей:

  • Турбореактивные;
  • Пульсирующие;
  • Прямоточные;
  • Жидкостные;
  • Ракетные двигатели.

В этой статье мы рассмотрим значение понятия реактивного двигателя, поговорим об истории развития авиации, использующей эту технологию.

Значение термина «реактивный»

Если судить по корню этого слова, можно предположить, что в основе работы двигателя лежит какая-то реакция. Имеется ввиду не химическое окисление — оно проходит и в обыкновенных карбюраторынх двигателях. В случае реактивного двигателя действует такой же принцип, как у ракеты. В одно направление выбрасывается газовая струя под высоким давлением, толкая тело, реагирующее ускорением, направленным в противоположную сторону.

Довольно сложно отделить ракетные и авиационные исследования в вопросе реактивных двигатель. Разработки в направлении установки компрессионного двигателя на аэроплан велись ещё задолго до войны — речь идёт о том самом самолёте, сгоревшем в 1910 году.

Первые реактивные самолёты

Первые шаги были совершены немецкими учёными, однако преуспели в этом направлении другие государства — Италия, США, Великобритания и Япония, на тот момент отстающая в вопросах технологического развития от других мировых стран. Первые самолёты с реактивными двигателями вызывали удивление тем, что у них отсутствовали винты, многие пилоты изначально не доверяли таким авиаконструкциям.

СССР также вели разработки в этом направлении, однако больше концентрировались на усовершенствовании имеющихся винтовых самолётов. Был разработан и построен самолёт Би-1, крайне несовершенный и ненадёжный. Азотная кислота проедала топливные баки, также имелись другие технические осложнения.

Штурмфогель

Германия вела активную разработку всех видов военной техники, стараясь применить новые открытия и технические решения, способные переломить ход войны и получить существенное преимущество над вооружёнными силами противников. Одним из этих направлений были реактивные самолёты.

В ходе этих разработок немцы построили первый самолёт с реактивным двигателям, поступивший на серийный выпуск. Этим самолётом был Мессершмит-262 или Штурмфогель. Эта авиамашина развивала скорость свыше 900 километров в час, что было невероятно для тех времён. Он оказался успешным средством для борьбы с тяжёлыми бомбардировщиками Б-17.

В какой-то момент с немецких верхов поступило странное указание — переоборудовать этот истребитель в бомбардировщик, что привело к тому, что самолёт не смог раскрыть своего потенциала.

Арадо

Этот самолёт также является немецкой разработкой. Его отличие от прошлого рассматриваемого самолёта в том, что он изначально проектировался как бомбардировщик. В ходе военных действий продемонстрировал прекрасные боевые качества — скорость в 750 километров в час и высота полёта в 10000 метров не оставляли зенитным орудиям никакого шанса подбить его. Истребители американцев и Великобритании не догнали его.

Помимо того, что Арадо сбрасывал бомбы, пусть и не слишком точно из-за высокой скорости, он также осуществлял фотосъёмку, выполняя функции разведки. Во время применения этих самолётов в боевых целях, немцы практически не несли потерь. Если бы они смогли построить большее количество этих единиц авиатехники, сражаться с ними было бы ещё сложнее.

Уже в последние годы ещё не закончившейся второй мировой войны США и СССР взаимно готовились к противостоянию друг с другом. С обоих сторон велись активные разработки реактивных двигателей для авиатехники, поскольку всем было ясно, что в случае ещё одной войны без их использования обойтись не удастся.

СССР на тот момент не имела собственного ядерного вооружения. В свою очередь, США захватили самолёт «Юнкерс287», который, в силу своих технических характеристик, был пригоден для использования в качестве носителя для атомной бомбы.

Реактивная авиация после войны

Во время войны СССР не вело активных разработок реактивных двигателей, так как они так и не сыграли в ней решающей роли. Однако в её последние годы встал вопрос о необходимости иметь на вооружении носитель атомного оружия, для чего Советским Союзом был скопирован Боинг Б-29.

Однако для обороны против вероятной агрессии были необходимы быстрые и манёвренные высотные истребители. Изучение немецкой военной техники, полученной в качестве боевых трофеев, посчитали недостаточным для решения этого вопроса. Авиаконструкторы приступили к проектированию самолётов, превосходящих мировой уровень.

Як и МиГ

Два конструкторских бюро разработали экземпляры реактивных самолётов, на которых были установлены тугоплавкие материалы в тех местах, где сопла сопрекосались с фюзеляжем, что защищало корпус от перегрева. Основной задачей был переход на новые виды энергоустановки, однако эти разработки рассматривались как временные варианты, пока им на смену не пришёл МиГ-15.

МиГ-15 стал легендарной авиаединицей. В нём применили множество смелых инноваций — в их числе первая в мире надёжная система спасения пилота (катапульта), также машину снабдили мощным пушечным вооружением. Великолепные лётно-технические и боевые характеристики позволяли мигу одерживать победы над армадами тяжёлых бомбардировщиков в Корее.

В ответ на отечественную разработку американцы создали «Сейбр», некий аналог МиГ-15. Один из экземпляров самолёта МиГ был угнан корейцами и продан США для изучения, а подбитый «Сейбр» солдаты СССР вытащили из воды. Таким образом, две сверхдержавы обменивались опытом.

Гражданская реактивная авиация

Британцы ещё в конце сороковых годов прошлого века выпустили на свои авиалинии авиалайнер «Комета», снабжённый реактивными двигателями. Он обрёл большую популярность, хоть и не отличался надёжностью — в первые годы его использования случилось немало катастроф.

Гражданские самолёты с реактивными двигателями разрабатывали и в Советском Союзе — одни из них был Ту-104, разработанный на основе бомбардировщика Ту-16. Несмотря на случающиеся катастрофы, разработки в этом направлении не прекратили. Постепенно прорисовывался образ надёжного реактивного лайнера, отодвигая винтовые двигатели всё дальше на второй план.

Источник

Самолеты с ЖРД, или тупиковое развитие авиации

В начале 40-х годов прошлого века, скорость поршневой авиации достигла своего предела, 700 км/час. Дальнейшее увеличение скорости поршневых машин, было возможно только при значительном увеличении массы двигателя. Так, для того чтобы увеличить скорость самолета до 1000 км/час, необходимо было увеличить массу двигателя в 6 раз. Что, само по себе, не имело смысла.

В это время, прямоточные (ЖРД) двигатели уже были разработаны, а турбореактивных двигателей еще не было.

Отличия турбореактивных двигателей от реактивных двигателей

Для сгорания топлива (керосина) необходим окислитель. В турбореактивных двигателях роль окислителя выполняет кислород, содержащийся в воздухе и подаваемый в камеру сгорания под давлением. Сжатие воздуха, подаваемого в камеру сгорания, осуществляется многоступенчатым компрессором.

В реактивных двигателях, окислителем была азотная кислота, а топливом, все тот же, керосин. Оба компонента размещались на борту самолета.

Концепция самолета с ЖРД

Концепцию самолета с ЖРД обосновал С.П. Королев. Реактивный двигатель мог разогнать самолет до больших скоростей за несколько секунд, но посадить самолет на таких скоростях не представляется возможным. Поэтому, Королев предложил оснащать такими двигателями истребители-перехватчики.

При обнаружении самолета противника, истребитель-перехватчик должен взлететь и, обладая высокой скоростью, догнать и уничтожить самолет противника. А затем, имея запас высоты и скорости, спланировать на посадку.

Такие самолеты были дешевы при производстве и в эксплуатации. Полет самолета, с работающим двигателем, продолжался всего несколько минут. Поэтому, ему не требовалась мощная защита, дорогое навигационное оборудование, а запас топлива только на время работы двигателя.

Первый самолет с реактивным двигателем начал проектироваться в ОКБ Болховитина в июле 1940 года. Самолет БИ-1 имел запас топлива 705 кг, на две минуты полета. Рама самолета и лафет под пушки были металлическими, вся остальная конструкция деревянная.

В мае 1942 года, был совершен первый полет истребителя БИ-1. Он продолжался 3 минуты и 9 секунд, на скорости 400 км/час. Всего было проведено 7 испытательных полетов, все они прошли на больших скоростях. По результатам полетов было решено построить 20 машин.

23 марта 1943 года, летчик испытатель Бахчиванджи, поднял самолет в воздух и разогнал его до скорости 800 км/час. После выработки топлива, самолет сорвался в пике, летчик погиб. Причину такого поведения самолета установить не удалось. Проект был закрыт.

В 1945 году ОКБ Лавочкина, Сухого и Яковлева пытались создать свои истребители с реактивными двигателями, но их всех тоже постигла неудача.

Читайте другие мои статьи по этой теме.

Причины неудач

Несмотря на то, что металлические конструкции самолета, делались из металлов не подверженных коррозии, они все равно ржавели. Пары азотной кислоты, также проникали в кабину пилота, создавая аварийную ситуацию. Во время испытаний самолетов, во всех трех ОКБ, происходили частые отказы реактивных двигателей, а также взрывы самолетов в полете.

К тому же, появились данные, о ходе боевых действий немецких реактивных самолетов, против авиации союзников. Часто немецкие летчики, из-за большой скорости самолетов, не успевали прицеливаться и пролетали мимо цели. Но самым большим курьезом было то, что когда самолеты, израсходовав топливо, начинали планировать, их сбивала тихоходная авиация противника. Счет, по сбитым самолетам, был не в пользу немецкой реактивной авиации.

Учитывая все полученные данные, в СССР дальнейшая разработка самолетов с реактивной тягой была прекращена, также было и в других странах мира.

Понравилась статья, ставьте лайки и подписывайтесь на канал. Вам не трудно, а мне стимул для написания других статей.

Источник

Реактивная авиация России. Начало развития. Перспективы.

Утром 27 марта 1943 года первый советский реактивный истребитель «БИ-1» взлетел с аэродрома НИИ ВВС Кольцово в Свердловской области. Проходил седьмой по счету испытательный полет на достижение максимальной скорости. Достигнув двухкилометровой высоты и набрав скорость около 800 км/ч, самолет на 78-й секунде после выработки топлива неожиданно перешел в пике и столкнулся с землей. Сидевший за штурвалом опытный летчик-испытатель Г. Я. Бахчиванджи погиб. Эта катастрофа стала важным этапом в развитии самолетов с жидкостными ракетными двигателями в СССР, но хотя работы по ним и продолжались до конца 1940-х годов, данное направление развития авиации оказалось тупиковым. Тем не менее эти первые, хотя и не слишком удачные шаги оказали серьезное влияние на всю дальнейшую историю послевоенного развития советского авиа- и ракетостроения. «За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных…» – эти слова основоположника реактивной техники К. Э. Циолковского стали получать реальное воплощение уже в середине 1930-х годов ХХ века. К этому моменту стало ясно, что дальнейшее значительное увеличение скорости полета самолетов за счет возрастания мощности поршневых моторов и более совершенной аэродинамической формы практически невозможно. На самолетах должны были устанавливаться моторы, мощность которых не могла быть уже увеличена без чрезмерного возрастания массы двигателя. Так, для увеличения скорости полета истребителя с 650 до 1000 км/ч необходимо было мощность поршневого мотора увеличить в 6 (!) раз. Было очевидно, что на смену поршневому двигателю должен был прийти реактивный, который, имея меньшие поперечные размеры, позволял бы достигать больших скоростей, давая большую тягу на единицу веса.Реактивные двигатели разделяются на два основных класса: воздушно-реактивные, которые используют энергию окисления горючего кислородом воздуха, забираемого из атмосферы, и ракетные двигатели, содержащие все компоненты рабочего тела на борту и способные работать в любой среде, в том числе и в безвоздушной. К первому типу относятся турбореактивные (ТРД), пульсирующие воздушно-реактивные (ПуВРД) и прямоточные воздушно-реактивные (ПВРД), а ко второму — жидкостные ракетные (ЖРД) и твердотопливные ракетные (ТТРД) двигатели. Первые образцы реактивной техники появились в странах, где традиции в области развития науки и техники и уровень авиационной промышленности были чрезвычайно высоки. Это, в первую очередь, Германия, США, а также Англия, Италия. В 1930 г. проект первого ТРД запатентовал англичанин Фрэнк Уиттл, затем первую рабочую модель двигателя собрал в 1935 г. в Германии Ганс фон Охайн, а в 1937-м француз Рене Ледюк получил правительственный заказ на создание ПВРД.
В СССР же практическая работа над «реактивной» тематикой велась главным образом в направлении жидкостных ракетных двигателей. Основоположником ракетного двигателестроения в СССР был В. П. Глушко. Он в 1930 г., тогда сотрудник Газодинамической лаборатории (ГДЛ) в Ленинграде, являвшейся в то время единственным КБ в мире по разработке твердотопливных ракет, создал первый отечественный ЖРД ОРМ-1. А в Москве в 1931–1933 гг. ученый и конструктор Группы изучения реактивного движения (ГИРД) Ф. Л. Цандер разработал ЖРД ОР-1 и ОР- 2.
Новый мощный импульс развитию реактивной техники в СССР придало назначение М. Н. Тухачевского в 1931 г. на пост заместителя наркома обороны и начальника вооружения РККА. Именно он настоял на принятии в 1932 г. постановления Совнаркома «О разработке паротурбинных и реактивных двигателей, а также самолетов на реактивной тяге…». Начатые после этого работы в Харьковском авиационном институте позволили только к 1941 г. создать рабочую модель первого советского ТРД конструкции А. М. Люльки и способствовали старту 17 августа 1933 г. первой в СССР жидкостной ракеты ГИРД-09, которая достигла высоты 400 м. Но отсутствие более ощутимых результатов подтолкнуло Тухачевского в сентябре 1933 г. к объединению ГДЛ и ГИРД в единый Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ) во главе с ленинградцем, военным инженером 1 ранга И. Т. Клейменовым. Его заместителем был назначен будущий Главный конструктор космической программы, москвич С. П. Королев, который через два года в 1935 г. был назначен начальником отдела ракетных летательных аппаратов. И хотя РНИИ подчинялся управлению боеприпасов Наркомата тяжелой промышленности и основной его темой была разработка ракетных снарядов (будущей «Катюши»), Королеву удалось вместе с Глушко рассчитать самые выгодные конструктивные схемы аппаратов, типы двигателей и систем управления, виды топлива и материалов. В результате в его отделе к 1938 г. была разработана экспериментальная система управляемого ракетного оружия, включающая проекты жидкостных крылатой «212» и баллистической «204» ракет дальнего действия с гироскопическим управлением, авиационных ракет для стрельбы по воздушным и наземным целям, зенитных твердотопливных ракет с наведением по световому и радиолучу. Стремясь получить поддержку военного руководства и в разработке высотного ракетоплана «218», Королев обосновал концепцию ракетного истребителя-перехватчика, способного за несколько минут достигать большой высоты и атаковать самолеты, прорвавшиеся к защищаемому объекту.Но 30 июня 1939 г. немецкий пилот Эрих Варзиц поднял в воздух первый в мире реактивный самолет с ЖРД конструктора Гельмута Вальтера «Хейнкель» He-176, достигнув скорости в 700 км/ч, а через два месяца и первый в мире реактивный самолет с ТРД «Хейнкель» He-178, оснащенный двигателем Ганса фон Охайна, «HeS-3 B» с тягой 510 кг и скоростью 750 км/ч. Через год в августе 1940 г. взлетел итальянский «Капрони-Кампини N1». В мае 1941 г. совершил свой первый полет британский «Глостер Пионер» Е.28/29 с ТРД «Уиттл» W-1 конструктора Фрэнка Уиттла.Таким образом, лидером в реактивной гонке становилась нацистская Германия, которая кроме авиационных программ начала осуществлять и ракетную программу под руководством Вернера фон Брауна на секретном полигоне в Пенемюнде. В 1938 г. РНИИ был переименован в НИИ-3, теперь «королевский» ракетоплан «218–1» стал обозначаться «РП- 318–1». Новые ведущие конструкторы инженеры А. Щербаков, А. Палло заменили ЖРД ОРМ-65 В. П. Глушко на азотно-кислотно-керосиновый двигатель «РДА-1–150» конструкции Л. С. Душкина. И вот почти после года испытаний в феврале 1940 г. состоялся первый полет «РП-318–1» на буксире за самолетом «Р 5». Летчик-испытатель?В. П. Федоров на высоте 2800 м отцепил буксировочный трос и запустил ракетный двигатель. За ракетопланом появилось небольшое облачко от зажигательного пиропатрона, потом бурый дым, затем огненная струя длиной около метра. «РП-318–1», развив максимальную скорость — всего лишь в 165 км/ч, перешел в полет с набором высоты.Это скромное достижение все же позволило СССР вступить в члены довоенного «реактивного клуба» ведущих авиационных держав. Успехи немецких конструкторов не прошли незамеченными для советского руководства. В июле 1940 г. Комитет обороны при Совнаркоме принял постановление, определившее создание первых отечественных самолетов с реактивными двигателями. В постановлении, в частности, предусматривалось решение вопросов «о применении реактивных двигателей большой мощности для сверхскоростных стратосферных полетов».
Массированные налеты люфтваффе на британские города и отсутствие в Советском Союзе достаточного количества радиолокационных станций выявили необходимость создания истребителя-перехватчика для прикрытия особо важных объектов, над проектом которого с весны 1941 г. начали работать молодые инженеры А. Я. Березняк и А. М. Исаев из ОКБ конструктора В. Ф. Болховитинова. Концепция их ракетного перехватчика с двигателем Душкина или «ближнего истребителя» опиралась на предложение Королева, выдвинутое еще в 1938 г.
«Ближний истребитель» при появлении самолета противника должен был быстро взлететь и, обладая высокой скороподъемностью и скоростью, догнать и уничтожить врага в первой атаке, затем после выработки топлива, используя запас высоты и скорости, спланировать на посадку. Проект отличался необычайной простотой и дешевизной — вся конструкция должна была быть цельнодеревянной из клееной фанеры. Из металла изготовлялись рама двигателя, защита пилота и шасси, которые убирались под воздействием сжатого воздуха. С началом войны Болховитинов привлек к работе над самолетом все ОКБ. В июле 1941 г. эскизный проект с пояснительной запиской был отправлен Сталину, и в августе Государственный комитет обороны принял решение о срочной постройке перехватчика, который был необходим частям ПВО Москвы. Согласно приказу по Наркомату авиапромышленности на изготовление машины отводилось 35 дней.Самолет, получивший название «БИ» (ближний истребитель или, как в дальнейшем интерпретировали журналисты, «Березняк — Исаев») строили почти без детальных рабочих чертежей, вычерчивая на фанере его части в натуральную величину. Обшивка фюзеляжа выклеивалась на болванке из шпона, затем крепилась к каркасу. Киль выполнялся заодно с фюзеляжем, как и тонкое деревянное крыло кессонной конструкции, и обтягивался полотном. Деревянным был даже лафет для двух 20-мм пушек ШВАК с боезапасом из 90 снарядов. ЖРД Д-1 А-1100 устанавливался в хвостовой части фюзеляжа. Двигатель расходовал 6 кг керосина и кислоты в секунду. Общий запас топлива на борту самолета, равный 705 кг, обеспечивал работу двигателя в течение почти 2 мин. Расчетная взлетная масса самолета «БИ» составляла 1650 кг при массе пустого 805 кг. В целях сокращения времени создания перехватчика по требованию заместителя наркома авиационной промышленности по опытному самолетостроению А. С. Яковлева планер самолета «БИ» был исследован в натурной аэродинамической трубе ЦАГИ, a на аэродроме летчик-испытатель Б. Н. Кудрин начал пробежки и подлеты на буксире. С разработкой силовой установки пришлось изрядно повозиться, поскольку азотная кислота разъедала баки и проводку и оказывала вредное воздействие на человека.Однако все работы были прерваны в связи с эвакуацией ОКБ на Урал в поселок Белимбай в октябре 1941 г. Там с целью отладки работы систем ЖРД смонтировали наземный стенд — фюзеляж «БИ» с камерой сгорания, баками и трубопроводами. К весне 1942 г. программа наземных испытаний была завершена. Летные испытания уникального истребителя поручили капитану Бахчиванджи, который совершил 65 боевых вылетов на фронте и сбил 5 немецких самолетов. Он предварительно освоил управление системами на стенде.Утро 15 мая 1942 г. навсегда вошло в историю отечественной космонавтики и авиации, взлетом с грунта первого советского самолета с жидкостным реактивным двигателем. Полет, который продолжался 3 мин 9 сек на скорости 400 км/ч и при скороподъемности — 23 м/с, произвел сильное впечатление на всех присутствующих. Вот как об этом вспоминал Болховитинов в 1962 г.: «Для нас, стоявших на земле, этот взлет был необычным. Непривычно быстро набирая скорость, самолет через 10 секунд оторвался от земли и через 30 секунд скрылся из глаз. Только пламя двигателя говорило о том, где он находится. Так прошло несколько минут. Не скрою, у меня затряслись поджилки». Члены государственной комиссии отметили в официальном акте, что «взлет и полет самолета «БИ-1» с ракетным двигателем, впервые примененным в качестве основного двигателя самолета, доказал возможность практического осуществления полета на новом принципе, что открывает новое направление развития авиации». Летчик-испытатель отмечал, что полет на самолете «БИ» в сравнении с обычными типами самолетов исключительно приятен, а по легкости управления самолет превосходит другие истребители.Через день после испытаний в Билимбае была устроена торжественная встреча и митинг. Над столом президиума висел плакат: «Привет капитану Бахчиванджи, летчику, совершившему полет в новое!».Вскоре последовало решение ГКО о постройке серии из 20 самолетов «БИ- ВС», где в дополнение к двум пушкам перед кабиной летчика устанавливалась бомбовая кассета, в которой размещалось десять мелких противосамолетных бомб массой по 2,5 кг. Всего на истребителе «БИ» было совершено 7 испытательных полетов, каждый из которых фиксировал лучшие летные показатели самолета. Полеты проходили без летных происшествий, лишь при посадках случались незначительные повреждения шасси.Но 27 марта 1943 г. при разгоне до скорости 800 км/ч на высоте 2000 м третий опытный экземпляр самопроизвольно перешел в пикирование и врезался в землю неподалеку от аэродрома. Комиссия, расследовавшая обстоятельства катастрофы и гибели летчика-испытателя Бахчиванджи, не смогла установить причины затягивания самолета в пике, отмечая, что еще не изучены явления, происходящие при скоростях полета порядка 800 –1000 км/ч.Катастрофа больно ударилa по репутации ОКБ Болховитинова — все недостроенные перехватчики «БИ-ВС» были уничтожены. И хотя позднее в 1943–1944 гг. проектировалась модификация «БИ-7» с прямоточными воздушно-реактивными двигателями на концах крыла, а в январе 1945 г. летчик Б. Н. Кудрин выполнил последние два полета на «БИ-1», все работы по самолету были прекращены. Наиболее успешно была реализована концепция ракетного истребителя в Германии, где с января 1939 г. в специальном «Отделе L» фирмы «Мессершмитт», куда из немецкого планерного института перешел профессор А. Липпиш со своими сотрудниками, шла работа над «проектом Х» — «объектовым» перехватчиком «Me-163» «Комет» с ЖРД, работающим на смеси гидразина, метанола и воды. Это был самолет нетрадиционной «безхвостой» схемы, который ради максимального снижения веса взлетал со специальной тележки, а садился на выдвигаемую из фюзеляжа лыжу. Первый полет на максимальной тяге летчик-испытатель Дитмар выполнил в августе 1941 г., а уже в октябре на нем впервые в истории была преодолена отметка в 1000 км/ч. Потребовалось более двух лет испытаний и доводки, прежде чем «Ме-163» был запущен в серию. Он стал первым самолетом с ЖРД, участвовавшим в боях с мая 1944 г. И хотя до февраля 1945 г. было выпущено более 300 перехватчиков, в строю находилось не более 80 боеготовых самолетов. Боевое применение истребителей «Ме-163» показало несостоятельность концепции ракетного перехватчика. Из-за большой скорости сближения немецкие пилоты не успевали точно прицелиться, а ограниченный запас топлива (только на 8 минут полета) не давал возможности для второй атаки. После выработки топлива на планировании перехватчики становились легкой добычей американских истребителей — «Мустангов» и «Тандерболтов». До окончания боевых действий в Европе «Ме-163» сбили 9 самолетов противника, потеряв при этом 14 машин. Однако потери от аварий и катастроф в три раза превышали боевые. Ненадежно Руководство советской же авиапромышленности в 1941–1943 гг. было сосредоточено на валовом выпуске максимального количества боевых самолетов и улучшении серийных образцов и не было заинтересовано в развитии перспективных работ по реактивной технике. Таким образом, катастрофа «БИ-1» поставила крест и на других проектах советских ракетных перехватчиков: «302» Андрея Костикова, «Р-114» Роберто Бартини и «РП» Королева. Но сведения из Германии и стран союзников стали причиной того, что в феврале 1944 г. Государственный комитет обороны в своем постановлении указал на нетерпимое положение с развитием реактивной техники в стране. При этом все разработки в этом отношении сосредоточивались теперь во вновь организованном НИИ реактивной авиации, заместителем начальника которого был назначен Болховитинов. В этом институте были собраны ранее работавшие на различных предприятиях группы конструкторов реактивных двигателей во главе с М М. Бондарюком, В. П. Глушко, Л. С. Душкиным, А. М. Исаевым, A. M. Люлькой. В мае 1944 г. ГКО принял еще одно постановление, наметившее широкую программу строительства реактивной авиационной техники. Этим документом предусматривалось создание модификаций Як-3, Ла-7 и Су-6 с ускорительным ЖРД, постройка «чисто ракетных» самолетов в ОКБ Яковлева и Поликарпова, экспериментального самолета Лавочкина с ТРД, а также истребителей с воздушно-реактивными моторокомпрессорными двигателями в ОКБ Микояна и Сухого. Для этого в конструкторском бюро Сухого был создан истребитель «Су-7», в котором совместно с поршневым мотором работал жидкостно-реактивный «РД-1», разработанный Глушко. Полеты на «Су-7» начались в 1945 г. При включении «РД-1» скорость самолета увеличивалась в среднем на 115 км/ч, но испытания пришлось прекратить из-за частого выхода из строя реактивного двигателя. Похожая ситуация сложилась в конструкторских бюро Лавочкина и Яковлева. На одном из опытных самолетов «Ла-7 Р» ускоритель взорвался в полете, летчику-испытателю чудом удалось спастись. При испытании же «Як-3 РД» летчик-испытатель Виктор Расторгуев сумел достичь скорости в 782 км/ч, но при выполнении полета самолет взорвался, пилот погиб. Участившиеся катастрофы привели к тому, что испытания самолетов с «РД-1» были остановлены. Одним из самых интересных проектов перехватчиков с ракетным двигателем стал проект сверхзвукового (!) истребителя «РМ-1» или «САМ-29», разработанного в конце 1944 г. незаслуженно забытым авиаконструктором А. С. Москалевым. Самолет выполнялся по схеме «летающее крыло» треугольной формы с овальными передними кромками, и при его разработке использовался предвоенный опыт создания самолетов «Сигма» и «Стрела». Проект «РМ-1» должен был иметь следующие характеристики: экипаж — 1 человек, силовая установка — «РД2 МЗВ» с тягой 1590 кгс, размах крыла — 8,1 м и его площадь — 28,0 м2, взлетный вес — 1600 кг, максимальная скорость — 2200 км/ч (и это в 1945 г.!). В ЦАГИ считали, что строительство и летные испытания «РМ- 1» — одно из наиболее перспективных направлений в будущем развитии советской авиации.В ноябре 1945 г. приказ о постройке «РМ-1» был подписан министром А. И. Шахуриным, но в январе 1946 г. приказ о строительстве «РМ-1» отменен Яковлевым. Похожий Черановский БИЧ-26 (Че-24) сверхзвуковой проект истребителя на основе «летающего крыла» с рулем направления и крылом переменной стреловидности тоже был отменён. Послевоенное знакомство с немецкими трофеями вскрыло значительное отставание в развитии отечественного реактивного самолетостроения. Чтобы сократить разрыв, 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». В 1945 г. одновременно с заданием построить истребитель «МиГ-9» с двумя «РД-20» перед ОКБ Микояна была поставлена задача разработать экспериментальный истребитель-перехватчик с ЖРД «РД-2 М-3 В» и скоростью 1000 км/ч. Самолет, получивший обозначение И-270 («Ж»), вскоре был построен, но его дальнейшие испытания не показали преимущества ракетного истребителя перед самолетом с ТРД, и работы по этой теме закрыли. В дальнейшем жидкостные реактивные двигатели в авиации стали применятся только лишь на опытных и экспериментальных самолетах или в качестве авиационных ускорителей. «…Страшно вспомнить, как мало я тогда знал и понимал. Сегодня говорят: «открыватели», «первопроходцы». А мы в потемках шли и набивали здоровенные шишки. Ни специальной литературы, ни методики, ни налаженного эксперимента. Каменный век реактивной авиации. Были мы оба законченные лопухи. » — так вспоминал о создании «БИ-1» Алексей Исаев. Да, действительно, из-за своего колоссального расхода топлива самолеты с жидкостно-ракетными двигателями не прижились в авиации, навсегда уступив место турбореактивным. Но сделав свои первые шаги в авиации, ЖРД прочно заняли свое место в ракетостроении.В СССР в годы войны в этом отношении прорывом стало создание истребителя «БИ-1», и здесь особая заслуга Болховитинова, который взял под свое крыло и сумел привлечь к работе таких будущих светил советского ракетостроения и космонавтики, как: Василий Мишин, первый заместитель главного конструктора Королева, Николай Пилюгин, Борис Черток — главные конструкторы систем управления многих боевых ракет и носителей, Константин Бушуев — руководитель проекта «Союз» — «Аполлон», Александр Березняк — конструктор крылатых ракет, Алексей Исаев — разработчик ЖРД для ракет подводных лодок и космических аппаратов, Архип Люлька — автор и первый разработчик отечественных турбореактивных двигателей. Получила разгадку и тайна гибели Бахчиванджи. В 1943 г. в ЦАГИ в эксплуатацию была пущена аэродинамическая труба больших скоростей Т-106. В ней сразу же начали проводить широкие исследования моделей самолетов и их элементов при больших дозвуковых скоростях. Была испытана и модель самолета «БИ» для выявления причин катастрофы. По результатам испытаний стало ясно, что «БИ» разбился из-за особенностей обтекания прямого крыла и оперения на околозвуковых скоростях и возникающего при этом явления затягивания самолета в пикирование, преодолеть которое летчик не мог. Катастрофа 27 марта 1943 г. «БИ-1» стала первой, которая позволила советским авиаконструкторам решить проблему «волнового кризиса» путем установки стреловидного крыла на истребителе «МиГ-15». Спустя 30 лет в 1973 г. Бахчиванджи был посмертно удостоен звания Героя Советского Союза. Юрий Гагарин так отозвался о нем: «…Без полетов Григория Бахчиванджи возможно бы не было и 12 апреля 1961 г. ». Кто мог знать, что ровно через 25 лет, 27 марта 1968 года, как и Бахчиванджи в возрасте 34 лет, Гагарин тоже погибнет в авиакатастрофе. Их действительно объединило главное — они были первыми. Наибольший интерес к высокоскоростным воздушно-реактивным летательным аппаратам проявляли и проявляют военные. В директиве министра обороны США (1999 г.) операции в космосе названы сферой жизненных интересов государства и краеугольным камнем американской военной стратегии в XXI веке. И это понятно: воздушно-космические аппараты и гиперзвуковые самолеты смогут достигать любой точки на поверхности Земли с любого аэродрома за десятки минут и наносить удары по стратегическим наземным объектам, перехватывать высоколетящие цели различного типа на дальних подступах к защищаемым объектам.Но такие гиперзвуковые аппараты пригодятся не только военным. Многоступенчатые аэрокосмические системы, состоящие из самолета-разгонщика и возвращаемого орбитального аппарата, обеспечат не только многоразовое использование средств доставки, но и увеличат полезную нагрузку, доставляемую на орбиту. По мере увеличения транспортных потоков по маршруту «земля—орбита—земля» это значительно удешевит доставку грузов, не говоря уж о возможном развитии космического туризма.Для обычного человека выгода будет заключаться в существенном ускорении и интенсификации пассажирских перевозок на дальних, межконтинентальных маршрутах. Самолеты со скоростью 10М за время, не слишком утомительное для пассажиров, — всего лишь половину рабочего дня — смогут перелететь из США или Европы в Австралию, то есть преодолеть 16—17 тыс. км!Словом, перспективы создания гиперзвуковой авиации выглядят многообещающими. Но возникает вопрос: насколько это технически осуществимо и в какой мере готовы к этому страны, добившиеся наибольшего прогресса в авиационно-космических технологиях?Сегодня промышленные технологии существуют лишь для производства самолетов, оснащенных турбореактивными двигателями на керосине и рассчитанных на скорости не более 3М. Для самолетов, способных достичь скоростей 5—6М, применимы существующие конструкции из титана и сплавов, которые выдерживают температуры до 500—600 °С, однако их турбореактивные или турбопрямоточные реактивные двигатели должны работать на более теплостойком углеводородном топливе. Поскольку такие разработки уже имеются, потребуется лишь некоторое усовершенствование существующих технологий.А вот для гиперзвуковых самолетов с М>5—6 и воздушно-космических кораблей нужны совершенно новые технологии, отличные как от современных самолетных, так и от ракетно-космических. Силовая установка для подобных аппаратов должна быть не только экономичной. Ей необходимо работать в беспрецедентно широком диапазоне скоростей — от дозвуковых до гиперзвуковых.Первые идеи по созданию гиперзвукового двигателя были выдвинуты и обоснованы в конце 1950-х – начале 1960-х годов русским ученым Е. С. Щетинковым и рядом исследователей за рубежом. Был изобретен так называемый ГПВРД (так «окрестил» его сам автор) — прямоточный реактивный двигатель со сжиганием горючего при сверхзвуковой скорости в камере сгорания.Вообще-то прямоточный реактивный двигатель может эффективно работать только при сверхзвуковых скоростях (М>2), на режимах взлета и посадки он непригоден. Поэтому для гиперзвуковых самолетов в этих случаях должны дополнительно использоваться обычные турбореактивные или ракетные двигатели. Еще один вариант — разнообразные комбинированные или гибридные силовые установки.Экономичность воздушно-реактивных двигателей можно повысить благодаря переходу на ракетное горючее — жидкий водород или, например, жидкий метан. Водород вообще является идеальным авиационным топливом. Во-первых, он обладает большой теплотворной способностью, давая при сгорании максимум энергии в расчете на единицу массы горючего. Во-вторых, при сжигании он превращается в обычную воду, являясь экологически чистым горючим, что немаловажно.Сейчас общепризнано, что для испытаний и отработки полномасштабных ГПВРД в натурных условиях целесообразнее всего использовать специальные беспилотные экспериментальные аппараты, которые выводятся на траекторию с гиперзвуковой скоростью полета «принудительно», ракетой или самолетом-носителем. Такие системы получили название гиперзвуковых летающих лабораторий , примером здесь может служить российский « Холод ».В 1990-е годы в Центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ) в рамках государ­ственной программы «Орел» были начаты разработки гиперзвуковой летающей лаборатории нового поколения – исследовательского аппарата « ИГЛА », на котором планировалось провести испытания нового модульного ГПВРД — с воздухозаборником, имеющим вертикальные клинья сжатия прямой и обратной стреловидности.В США аналогичные разработки проводились в рамках программ NASP ( National AeroSpace Plane ) и Hyper-X . Что касается последней, ее задачей является демонстрация достижений в области разработки гиперзвукового двигателя непосредственно в реальном полете. Для этих целей был создан беспилотный летательный аппарат Х-43, который при испытаниях в 2004 г. разогнался до скорости более 11 тыс. км/час, что в 10 раз превышает скорость звука.Разработки ГПВРД, начатые более 40 лет назад, сейчас продолжаются во многих странах с развитой авиакосмической промышленностью: в России, США, Великобритании, Франции и др. Однако несмотря на достигнутые большие успехи, задача создания двигателя, который мог бы быть использован в реальном проекте гиперзвукового летательного аппарата, остается пока до конца не решенной.Одной из самых критических проблем в создании гиперзвуковых и воздушно-космических самолетов является интенсивный нагрев летательных аппаратов при движении на сверхзвуковых скоростях. Проблема эта касается как конструкций планера и силовой установки (летный ресурс которых должен составлять не менее 30—60 тыс. часов), так и авиационного топлива, о чем уже упоминалось выше.К нашему времени технологии производства теплостойких конструкций созданы применительно к возвращаемым орбитальным аппаратам. Так, в конце 1950-х годов были разработаны неохлаждаемые так называемые горячие конструкции из жаропрочных сплавов, примером которых может служить сотовая обшивка. Подобные конструкции могут быть использованы и для гиперзвуковых самолетов.Кроме «горячей» конструкции, были предложены еще два типа. Первый — так называемая экранированная конструкция с теплоизоляцией и экраном, отделяющим от теплозащитного слоя силовые элементы двигателя и планера. В этом случае последние работают при умеренных температурах, поэтому для них можно использовать обычные, более легкие материалы.Другой подход заключается в активном охлаждении наружной обшивки аппарата. Привлекательным хладоагентом является жидкий водород, используемый в качестве горючего для двигателя. Наиболее эффективная конструкция предполагает сочетание системы охлаждения с системой конвекции жидкого топлива и с тепловыми экранами, отделенными воздушным зазором от охлаждаемых элементов. Хладоресурс топлива при этом затрачивается для охлаждения как самого двигателя, так и планера.Американские исследования показали, что для охлаждения гиперзвукового транспортного самолета, достигающего скоростей 6М и имеющего ГПВРД обычной, например осесимметричной, конфигурации, должен быть затрачен практически весь хладоресурс топлива. Именно поэтому так важно разрабатывать конструкции воздухозаборника, которые обеспечивают снижение неизбежных тепловых нагрузок на самолет.С начала 1970-х годов в ИТПМ СО РАН проводятся исследования по разработке трехмерных, так называемых конвергентных воздухозаборников. Струя воздуха, захватываемая таким воздухозаборником, сжимается по сходящимся направлениям. В результате поперечное сечение внутреннего канала двигателя приобретает компактную, близкую к круговой форму, чем обеспечивается относительно небольшая (омываемая) площадь наиболее теплонапряженных стенок воздухозаборника и камеры сгорания. Это существенно упрощает теплозащиту двигателя по сравнению, например, с конструкцией с осесимметричным воздухозаборником, имеющим щелевидную форму внутреннего канала двигателя. Конвергентные воздухозаборники обеспечивают также бoльшую степень сжатия при меньших углах наклона поверхностей сжатия.Активнее всего исследования по созданию гиперзвуковых воздушно-реактивных и воздушно-космических самолетов проводились в СССР/России, США и в странах НАТО (Великобритании, Франции, Германии, Италии). Проекты воздушно-космических систем, разрабатываемые в 1980—1990-х годах в этих странах, оказали большое влияние на развитие подобных исследований в азиатском регионе — в Индии, Японии, Китае.Самая широкомасштабная программа по созданию перспективных воздушно-космических систем проводилась в 1985—1994 годах в США. Программа NASP предполагала в основном создание систем военного назначения. Помимо этого в рамках NASP предусматривалось создание гиперзвукового пассажирского самолета Orient Express , предназначенного для межконтинентальных маршрутов.В ФРГ в рамках национальной программы гиперзвуковых технологий в 1985—1986 годах разрабатывался проект двухступенчатой воздушно-космической системы Sänger , одной из целей при этом было обеспечение автономии Европы в области космических полетов.Перспективным направлением в разработках аэрокосмических аппаратов является создание комбинированного воздушно-реактивного двигателя. В аппаратах с такой силовой установкой захватываемый воздух сжижается, затем из него в жидком виде выделяется окислитель — кислород. Накопление жидкого кислорода происходит в фазу достаточно длительного полета в атмосфере, после чего включаются кислородно-водородные ракетные двигатели и аппарат выходит на орбиту. Исследования в этом направлении проводятся в России, США и других странах. Одна из самых известных — многоразовая воздушно-космическая система HOTOL — создана в Великобритании.Первый отечественный проект воздушно-космического корабля был разработан в 1966 г. в НИИ-1(ныне Научно-исследовательский центр им. М. В. Келдыша ), первой государственной ракетной организации страны, где в то время работал Е. С. Щетинков. Почти в это же время проектированием гиперзвуковых летательных аппаратов различного назначения занялись и в ряде опытно-конструкторских бюро Министерства авиационной промышленности. Первый советский проект многоразовой авиационно-космической системы — « Спираль » — начал разрабатываться в ОКБ А. И. Микояна всего через 4 года после полета в космос Ю. Гагарина.В 1970—1980-х годах в ОКБ А. Н. Туполева (ныне АНТК им. А. Н. Туполева ) разрабатывался проект многоразового одноступенчатого воздушно-космического самолета Ту-2000. Для практического освоения технологии криогенных топлив был построен исследовательский дозвуковой самолет Ту-155, а для исследования процессов горения в ГПВРД и аэродинамических явлений при полетах со скоростями при М>6—8 разрабатывался специальный экспериментальный аппарат, близкий по размерам к проектируемому. Однако в трудный послеперестроечный период работы по проекту были приостановлены и продолжены уже в наше время.В 1995—2000-х годах в ОКБ им. А. И. Микояна проводились разработки авиационно-космической системы «МиГАКС», включающей гиперзвуковой самолет-разгонщик и орбитальный самолет, предназначенный для вывода полезных грузов (до 17—18 т) на круговую орбиту высотой 200 км. Рассматривались различные варианты конструкции силовой установки самолета-разгонщика и потенциального топлива (керосин, метан, водород), которые бы соответствовали не только современному, но и прогнозируемому на ближайшие два десятилетия уровню развития технологий.Разработки гиперзвуковых летательных аппаратов различного уровня сложности с ГПВРД или комбинированными силовыми установками проводились и в других научно-исследовательских организациях — в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ), в ЦИАМ, в новосибирском ИТПМ. Эти экспериментальные и теоретические исследования касались, в частности, проблем горения топлив в сверхзвуковом потоке, аэродинамики и аэродинамического нагрева, важных для летно-технической эффективности аппарата в целом.В начале 1990-х годов санкт-петербургским Государственным научно-исследовательским предприятием гиперзвуковых систем (ГНИПГС) была разработана национальная программа «Аякс». В ее основу была положена концепция создания необычного гиперзвукового летательного аппарата — с активным энергетическим взаимодействием планера и двигателя с внешней средой, атмосферой.В уникальном прямоточном реактивном двигателе «Аякса» должны происходить ионизация и магнитогазодинамическое (МГД) торможение воздушного потока, при этом высвободившаяся кинетическая энергия будет преобразовываться в электрическую.«Бесплатное» тепло от аэродинамического нагрева корпуса аппарата и канала двигателя используется для улучшения характеристик потребляемого топлива. Суть идеи состоит в том, что исходный энергоноситель (обычный авиационный керосин) подвергают паровой конверсии, для чего к нему добавляют воду и прогоняют через систему активного охлаждения летательного аппарата, которая включает реакторы химической регенерации тепла, встроенные в обшивку планера и канала двигателя.В результате из углеводородного топлива вырабатывается свободный водород, который, смешиваясь с керосином, образует топливную смесь — конвертин . Эта реакция сопровождается сильным поглощением тепла, что обеспечивает охлаждение нужных частей аппарата. Сам конвертин поступает в камеру сгорания, обеспечивая лучшее горение, чем исходное топливо.В рамках проекта предполагалось разработать летательные аппараты различного назначения: транспортно-пассажирский самолет; самолет-разгонщик; воздушно-космическую систему; испытательные модули и другие. Программа работ была рассчитана на 20 лет, но, к большому сожалению, государственной поддержки не получила. Хотя нужно заметить, что уникальные технологии, которые могли бы быть созданы в рамках «Аякс», нашли бы широкое применение в народном хозяйстве.В ближайшие 10—15 лет можно ожидать практическую реализацию проектов гиперзвуковых крылатых ракет и отдельных разработок экспериментальных летательных аппаратов с ГПВРД. Создание гиперзвуковых самолетов военного назначения и самолетов-разгонщиков не вызывает принципиальных технических затруднений. Основные препятствия на этом пути — высокая стоимость и неопределенность их востребованности в условиях современной международной обстановки.Рациональные доводы в пользу необходимости создания «гиперзвуковых» технологий можно приводить долго, но в глубине души, наверное, каждого из нас таится еще и понятное детское желание — взглянуть на родную планету с высоты полета воздушно-космического корабля. Введение же в эксплуатацию гиперзвуковых транспортных и пассажирских самолетов будет определяться двумя факторами: скоростью роста пассажиропотоков на дальние расстояния и возможностью повышения экономичности аппаратов, что требует значительного технологического прогресса.Будущее гиперзвуковой авиации сегодня просматривается довольно отчетливо. Но даже если бы гиперзвуковые и воздушно-космические самолеты никогда не оторвались от земной поверхности, появившиеся благодаря им современные высокие технологии не стали бы «лишними» человечеству. Теплостойкие материалы и конструкции, результаты исследований процессов горения в до- и сверхзвуковых воздушных потоках, теплостойкие и криогенные топлива, различные подсистемы, работающие в сложнейших условиях, и другие разработки найдут свое место в самых различных, в том числе — неавиационных, отраслях промышленности.

Читайте также:  Самый лучший двигатель камаз

Источник

Adblock
detector