(495) 234-36-61
На главную страницу блога Почта

Блог «Умные мелочи»

Реактивная авиация

Рубрика: (Как рождались технологии) | Автор: moderator | Дата: 15-10-2013

Метки: , , , ,

К началу Второй мировой войны и особенно в разгар сражений конструкторы военной техники  столкнулись с одной трудноразрешимой проблемой. Эта война была во многом войной моторов, в котором победу одерживал не только умелый, но и хорошо вооружённый солдат. В воздушных схватках преимущество было за более скоростным самолётом, а маневренность отходила на второй план. Высокие скорости позволяли лётчику легко отрываться от преследования и, развернувшись, атаковать самому. Кроме того, высокая скорость набора высоты обеспечивала наилучшую защиту от зенитных орудий врага. На большой высоте зенитные снаряды не представляли большой угрозы скоростным самолётам, а быстрое изменение высоты практически исключало прицельную стрельбу наземных орудий.

Но высокая скорость требует большой мощности двигателя. Закономерность здесь следующая – чтобы повысить скорость самолёта вдвое, мощность двигателя надо увеличить в восемь раз. Но рост мощности поршневого мотора неизбежно связан с увеличением его размеров и веса. На практике для удвоения скорости самолёта с двигателем внутреннего сгорания требуется увеличить мощность мотора в 15-20 раз, чтобы компенсировать возросший вес и размеры двигателя. Ясно, что в реальности подобная задача невыполнима. Конструкторы угодили в технологический тупик. У лучших истребителей Второй мировой войны мощность двигателя составляла 2500-3000 лошадиных сил, а максимальная скорость – около 800 километров в час. Дальнейшее увеличение скорости без принципиальных изменений конструкции самолёта было попросту невозможно. Единственный выход – применение реактивного двигателя.

Фридрих Артурович Цандер

Одним из первых идею применения реактивного двигателя на самолёте в 1920 году высказал Фридрих Артурович Цандер, впоследствии создатель первых советских ракет. В 1933 году, 13 августа, Цандер и его сотрудники группы испытали ракетоплан «ГИРД Р-1» с жидкостным реактивным двигателем ОР-2. Испытания были провалены – на 5 секунде испытаний двигатель прогорел.

Более успешными оказались эксперименты с реактивными двигателями в Германии, где это проблемой занималась целая группа конструкторов — Валье, Зенгер, Опель и Штаммер. Пороховые реактивные двигатели устанавливались на автомобиль, велосипед, дрезину и самолет. В 1928 году были установлены и первые рекорды. Реактивный автомобиль немцев достиг скорости в 100 километров в час, а железнодорожная дрезина разогналась до 300 километров в час. В июне 1928 года в воздух поднялся первый  мире самолёт с реактивным двигателем. Простой пороховой двигатель поднял самолёт на высоту в 30 метров. Полёт длился всего минуту, за которую самолёт пролетел полтора километра. В 1929 году немецкие конструкторы повторили эксперимент. На этот раз самолёт разогнался до скорости в 150 километров в час, более чем вдвое увеличив первый результат.

Сделаем небольшое отступление, чтобы вспомнить, как устроены реактивные двигатели. Самым простым и самым древним по времени изобретения является пороховой двигатель. В нём твёрдое топливо располагается в самой камере сгорания и при горении выделяет кислород, который и расходует. В авиации этот тип двигателя применялся довольно широко в качестве ускорителя. Пороховые двигатели устанавливались под крыльями. В нужный момент лётчик включал зажигание пороховых ракет и увеличивал скорость самолёта примерно на 50 километров в час, что давало преимущество при уходе от врага или, наоборот, в погоне за вражеским самолётом. Простейшим жидкостным реактивным двигателем является прямоточный реактивный мотор. В камеру сгорания впрыскивается топливо – керосин или спирт, а окислителем служит атмосферный воздух, захватываемый соплом двигателя. Этот тип реактивного двигателя позволяет достичь высоких скоростей, но у него есть целый ряд недостатков. Во-первых, он работает только на скорости, поскольку ему нужен набегающий поток воздуха. Значит, стартовать с земли самолёт с прямоточным двигателем неспособен. Нужна либо вспомогательная силовая установка (например, поршневой двигатель с винтом), либо транспортировка самолёта за другим самолётом. Второй недостаток – очень низкая экономичность. На скоростях меньше 2000 километров в час коэффициент полезного действия прямоточного двигателя очень мал, топливо буквально выбрасывается в атмосферу, не совершая полезной работы. И лишь при достижении порогового значения коэффициент полезного действия возрастает и приближается к кпд поршневого двигателя с винтовым движителем. Самым же совершенным авиационным реактивным двигателем является турбореактивный двигатель. Это разновидность прямоточного мотора, в сопле которого перед камерой сгорания установлен лопастной компрессор, создающий давления воздуха, а позади камеры сгорания – лопатки турбины, приводящей в действие этот компрессор. Разновидность турбореактивного двигателя  — турбовинтовой мотор. Здесь турбина не только приводит во вращение лопатки компрессора, но и вращает воздушный винт, который и создаёт тягу. Но серийный турбореактивный двигатель появился на самолётах только в самом конце Второй мировой войны.

В 1939 году в СССР прошли первые испытания прямоточных реактивных двигателей, которые были установлены на истребителе «И-15» конструкции Николая Николаевича Поликарпова (годы жизни 1892-1944). Реактивные двигатели работали, как вспомогательные ускорители. Но 25 января 1940 года этот же самолёт совершил второй полёт. Поднявшись на небольшую высоту, лётчик-испытатель Логинов включил реактивные двигатели и в несколько кругов совершил облёт аэродрома. Летом того же года эти двигатели были установлены на биплане «И-153», увеличив максимальную скорость на 50 километров в час.

В марте 1940 года в воздух поднялся реактивный самолёт конструкции Королёва и Душкина (создатель двигателя). Это был планер, который отбуксировали самолётом на высоту в 2 километра, а затем лётчик-испытатель Фёдоров отцепил буксир и включил жидкостный реактивный двигатель (ЖРД). Этот двигатель был сконструирован по ракетному принципу, в его камеру сгорания впрыскивалось жидкое топливо и окислитель. Испытания закончились благополучно. Израсходовав запас топлива, лётчик спланировал на полосу аэродрома и приземлился. В истории этот полёт остался, как первое успешное испытание жидкостного реактивного двигателя, который позже станет главным двигателем в области космонавтики.

Но жидкостный реактивный двигатель использовался и в авиации. Уже во время войны 15 мая 1942 года прошли успешные испытания небольшого реактивного самолёта с ЖРД. Это был прототип истребителя, вооружённый двумя пушками и оснащённый радиосвязью. Конструкторское бюро Поликарпова в те же годы спроектировало реактивный самолёт «Малютка» с РЖД, а КБ Михаила Клавдиевича Тихонравова (годы жизни 1900-1974), в будущем создателя космической техники, выпустило военный реактивный самолёт марки «302».

В Германии с 1944 года серийно выпускался истребитель с РЖД – «МЕ-163». В боевых действиях эта машина впервые приняла участие во время высадки союзников во Франции в 1944 году. Для своего времени «МЕ-163» был очень необычной машиной. Стреловидное крыло, отсутствие горизонтального хвостового оперения – рули высоты располагались на крыльях и выполняли функции элеронов. Самолёт не имел шасси. Было только убирающееся хвостовое колесо, а под фюзеляж при взлёте устанавливалась колёсная тележка. После взлёта тележка оставалась на земле, а самолёт приземлялся на стальной лыже длиной около 1,8 метра и шириной 16 см. Фюзеляж «МЕ-163» отличался очень хорошим аэродинамическим качеством, он был очень гладким, «зализанным». Горючее заполняло внутренние полости крыльев, а баки с окислителем устанавливались в фюзеляже. Максимальная скорость достигала 825 километров в час у земли и 900 километров в час на высоте в 4012 километров, а продолжительность полёта при непрерывной работе двигателя не превышала 8 минут (расход топлива за это время составлял 2 тонны – половину веса самого самолёта). Лётчики старались выключать мотор, используя планирующий полёт, и, таким образом, увеличивали продолжительность полёта до 20 минут. Любопытная подробность – этот самолёт всё же имел в передней части фюзеляжа небольшой пропеллер. Это был ветряк, соединённый с генератором, питающим электрооборудование самолёта.

Первый полёт самолёта с турбореактивным двигателем состоялся в Англии в мае 1941 года. Это был «Глостер Е-28/39». А самым удачным серийным самолётом с турбореактивным двигателем можно считать двухмоторный немецкий истребитель «МЕ-262», который, как и «МЕ-163», хода войны изменить уже не мог.

Качественный скачок в области реактивной авиации был совершён уже после Второй мировой войны, когда на вооружении ведущих мировых держав поступили новейшие реактивные самолёты. Одним из лучших военных реактивных самолётов начала 50-х годов был наш «МиГ-15».




Оставить комментарий

 
По всем вопросам, связанным с работой сайта, обращайтесь по адресу: webmaster@elcode.ru