Author: Баев Л.К. Меркулов И.А.
Tags: военное оборудование военная техника научно-популярная библиотека
Year: 1956
Text
Х НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ
V? БИБЛИОТЕКА r^S
л.К. БАЕВ и И.А.МЕРКУЛОВ
Самолет-ракета
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ БИБЛИОТЕКА
ВЫПУСК 39
Л. К. БАЕВ и И. А. МЕРКУЛОВ
САМОЛЁТ-РАКЕТА
(РЕАКТИВНАЯ АВИАЦИЯ)
ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ,
ПЕРЕРАБОТАННОЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ТЕХНИКО-ГЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
МОСКВА 1956
16-2-1
СОДЕРЖАНИЕ
Введение .............................................. 3
Борьба за скорость полёта .......................... 3
Как работает реактивный двигатель......... . . . 6
Двигатель больших скоростей......................... 8
Рождение реаюивной техники.......................... 9
Жидкостные реактивны^ двигатели . ,............. 12
Прямоточные воздушно-реактивные двигатели.......... 15
Турбореактивные двигатели.......................... 19
За звуковым барьером . ............................. 25
Первые полёты реактивных самолётов................. 29
Реактивные самолёты наших дней...................... 34
Самолёты-автомаш 48
Атомная энергия в авиации .......................... 52
Заключение............................................. 55
Лев Константинович Баев и Игорь Алексеевич Меркулов
Самолё! ракета.
Редактор А Ф Плонский
Слано в набор 17/Х 1955 г Подписано к печати 20/XII 1955 г. Бумага 84 X 1О8’/з2.
Физ печ. л 1,75 Условн печ л 2,87. Уч изд л 2,83 Тираж 150 000 экз. Т-08450.
Цена книги 85 коп Заказ № 884
Государственное издательство гехнико теоретической литературы.
Москва. В-71, Б Калужская, 15
З-я типография «Красный пролетарий» Главполиграфпрома
Министерства культуры СССР. Москва, Краснопролетарская, 16,
ВВЕДЕНИЕ
Ещё недавно единственным типом двигателя, применяю-
щимся в авиации, был поршневой мотор внутреннего
сгорания. Двигатели, работающие по такому принципу, мы
видим на автомобилях, тракторах, теплоходах, моторных
лодках *). В последние годы в авиации, особенно военной,
широко внедряются двигатели нового типа — реактивные.
Что нового вносит в авиацию реактивная техника? Как
работает реактивный двигатель? Почему он обеспечивает
небывалую скорость полёта? Чем отличается полёт реак-
тивного самолёта от обычного? Десятки подобных вопро-
сов возникают у многих при виде серебристого самолёта
без винта, стремительно пролетающего в воздухе.
Реактивная авиационная техника получает в нашей
стране всё большее распространение. Об успехах в этой
области техники, о её особенностях и путях развития рас-
сказывает наша книга.
БОРЬБА ЗА СКОРОСТЬ ПОЛЕТА
Скорость — вот что прежде всего отличает воздушный
транспорт от всех других видов сообщений. В настоя-
щее время созданы самолёты, которые летают быстрее
звука. Это — громадная победа науки и техники. Чтобы
одержать эту победу, надо было преодолеть немалые труд-
ности.
*) О поршневом двигателе внутреннего сгорания читайте книжку
ггой же серии; В. Д, Захарченко, Мотор,
3
Главным препятствием для увеличения скорости полёта
является сопротивление, оказываемое воздухом движению
самолёта. С увеличением скорости сопротивление воздуха
непрерывно возрастает. А чем оно больше, тем большая
мощность необходима, чтобы его преодолеть.
Поэтому борьба за скорость полёта — это прежде всего
борьба за повышение мощности авиационных двигателей.
Перед первой мировой войной, на заре развития авиа-
ции, самолёты летали со скоростью порядка 100 км/час.
В 1940 году один из лучших в то время советских самолё-
тов-истребителей МИГ-3 развивал скорость до 630 км/час.
Такого роста скорости удалось добиться благодаря уве-
личению мощности авиационных двигателей в 20—25 раз.
Не менее важную роль в развитии скоростной авиации
сыграли работы по улучшению внешней формы самолётов.
Изучением сил, возникающих при движении в воздухе
различных тел, занимается наука, называемая аэродина-
микой. Основоположником этой науки является русский
учёный Н. Е. Жуковский, которого В. И. Ленин назвал
отцом русской авиации.
Учёные установили, что сила сопротивления воздуха за-
висит от размеров и формы движущегося тела, от плот-
ности воздуха и скорости движения. При этом сопротивле-
ние воздуха растёт пропорционально квадрату скорости
полёта. Следовательно, сила тяги, обеспечивающая движе-
ние самолёта, также должна расти пропорционально квад-
рату скорости полёта. Таким образом, чтобы повысить ско-
рость самолёта, например, вдвое, необходимо увеличить
тягу его двигателя в четыре раза.
Мощность, потребная для движения самолёта, равна
произведению силы тяги на скорость. Отсюда следует, что
мощность растёт пропорционально кубу скорости.
Поэтому для повышения максимальной скорости,
например, двухмоторного пассажирского самолёта с
400 км/час до 800 км/час необходимо увеличить мощность
его двигателей в 8 раз. И если такой самолёт имел общую
мощность двигателей порядка 2 тысяч лошадиных сил, то
для повышения его максимальной скорости вдвое (без из-
менения форм и веса самолёта) потребуется моторная
установка мощностью в 16 тысяч лошадиных сил.
Но этого мало. Увеличение мощности вызывает возра-
стание веса силовой установки. Современный авиационный
4
двигатель поршневого типа с воздушным винтом и вспо-
могательными агрегатами — так называемая винтомотор-
ная установка — имеет вес примерно 0,5 кг на каждую
лошадиную силу. Это — так называемый удельный вес
силовой установки. Следовательно, увеличение мощности
двигателей с 2 тысяч до 16 тысяч лошадиных сил вызовет
повышение их веса с 1 т до 8 т. Но это требует увеличения
площади крыльев и оперения, а увеличение размеров ле-
тательного аппарата приведёт к росту сопротивления воз-
духа. Таким образом, придётся ещё больше повышать
мощность силовой установки.
Расчёты показывают, что для удвоения скорости по-
лёта необходимо повышать мощность поршневых двига-
телей в 15—20 раз. Соответственно возрастает и расход
горючего.
Ясно, что такой самолёт оказался бы чрезмерно доро-
гим и неэкономичным. Вот почему, несмотря на стремление
повысить скорость полёта, ни у одного пассажирского са-
молёта с поршневым двигателем она не достигала
800 км/час.
Дальнейшее увеличение скорости — ещё более трудная
задача. По мере приближения скорости полёта к скорости
звука *) сопротивление воздуха начинает возрастать всё
сильнее. При этом мощность, потребная для движения
самолёта, растёт уже не пропорционально кубу скорости,
а ещё более резко.
Борьба за скорость побудила совершать полёты на
больших высотах.
Известно, что с высотой плотность воздуха непрерывно
уменьшается. На высоте 12 км она в четыре раза меньше,
чем на уровне моря, а на высоте 32 км — в 100 раз. Следо-
вательно, с увеличением высоты полёта уменьшается со-
противление воздуха. Поэтому при увеличении высоты по-
лёта мощность, требуемая для движения самолёта, будет
возрастать с повышением скорости медленнее. Например,
самолёту, летящему у поверхности земли со скоростью
500 км/час, для полёта со скоростью 1000 км/час на вы-
соте 12 км потребуется увеличить мощность двигателя
не в восемь раз, как при полёте у земли, а только вдвое.
*) Скорость распространения звука в воздухе при температуре
15° С равна 1224 км!час.
2 Самолёт-ракета 5
Однако создание высотной авиации оказалось очень
трудным делом.
Главное препятствие заключалось в том, что поршне-
вые авиадвигатели не могли развивать необходимую мощ-
ность в разреженных слоях атмосферы. Поршневой двига-
тель тем мощнее, чем больше горючей смеси (бензина,
смешанного с воздухом) сгорает в нём за определённое
время. А с подъёмом на высоту, где воздух разрежен, дви-
гатель засасывает его всё меньше и меньше. Количество
горючей смеси падает, и мощность двигателя понижается.
Кроме того, в разреженных слоях атмосферы воздушный
винт, вращаясь, «загребает» меньше воздуха, чем у земли.
Таким образом, на большой высоте уменьшается как мощ-
ность поршневого двигателя, так и тяга винта. Кроме того,
коэффициент полезного действия *) винта высок лишь при
скоростях полёта, не превышающих 800—900 км/час.
Для успешного развития скоростной авиации был не-
обходим лёгкий компактный двигатель, который эффек-
тивно работал бы на больших высотах и при больших
скоростях полёта.
Такой двигатель был создан. Он называется реактив-
ным.
КАК РАБОТАЕТ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
Вот простой пример, поясняющий принцип работы реак-
тивного двигателя. В закрытом сосуде находится
сильно сжатый газ (рис. 1, а). Из физики известно, что в
этом случае давление газа передаётся во все стороны
Рис. 1. Как возникает сила реакции.
с одинаковой силой: оно равномерно распределяется по
стенкам сосуда, который при этом остаётся неподвижным.
*) Коэффициент полезного действия (КПД) показывает, какая
часть затрачиваемой энергии превращается в полезную работу.
6
Но стоит нам удалить одну из стенок, как сжатый газ
устремится через отверстие наружу. Давление газа на про-
тивоположную (по отношению к отверстию) стенку уже не
будет уравновешиваться, и сосуд начнёт двигаться
(рис. 1, б). Это — действие так называемой силы реакции
(слово реакция в переводе с латинского языка означает
«противодействие»).
С подобным явлением мы сталкиваемся, например, при
выстреле из огнестрельного оружия. Каждому, кто стрелял
из ружья или пистолета, известно действие отдачи. В мо-
мент выстрела пороховые газы с огромной силой равно-
мерно давят во все стороны. Давление пороховых газов на
пулю выбрасывает её из орудия, а давление их на дно
гильзы является причиной отдачи.
На таком принципе и основана работа реактивных дви-
гателей.
Основная часть реактивного двигателя — камера сго-
рания. В одной из её стенок имеется отверстие для выхода
газа. Для увеличения скорости и более плавного вытека-
ния газа к отверстию присоединено сопло — труба, рас-
ширяющаяся к наружному концу (рис. 2).
Рис. 2. Камера сгорания.
Все тепловые двигатели — паросиловые установки,
поршневые двигатели внутреннего сгорания, газовые тур-
бины и реактивные двигатели — используют энергию, вы-
деляющуюся при химических превращениях.
Тип двигателя определяется тем, каким путём расшире-
ние газа преобразуется в нём в полезную работу, какие
механизмы воспринимают давление газа.
В двигателях поршневого типа давление газов воспри-
нимается, как известно, поршнем. Движение поршня
через шатун передаётся коленчатому валу, который, в свою
очередь, вращает какой-нибудь механизм: воздушный
2*
7
винт самолёта, гребной винт парохода, колёса автомобиля,
гусеничную цепь трактора. Такой механизм называется
движителем. Взаимодействуя с окружающей средой —
воздухом, водой или землёй,— движитель создаёт силу
тяги, необходимую для движения.
Иное дело — двигатель реактивный. Здесь давление
газа на стенки камеры само по себе без каких-либо проме-
жуточных механизмов создаёт силу тяги, необходимую
для движения аппарата, на котором установлен реактив-
ный двигатель.
В сосуде, изображённом на рис. 1, трудно создать боль-
шое давление, поскольку отверстие слишком велико и газ
свободно вытекает через него. В реактивных же двигате-
лях ширина отверстия для выхода газов значительно мень-
ше диаметра самой камеры.
Силу тяги реактивного двигателя легко измерить с по-
мощью специального прибора — динамометра, устроенного
наподобие пружинных весов.
Определить силу тяги можно и путём расчёта. Она чис-
ленно равна произведению массы газов, вытекающих из
сопла двигателя за одну секунду, на скорость истечения.
ДВИГАТЕЛЬ БОЛЬШИХ СКОРОСТЕЙ
Реактивный двигатель — это двигатель больших скоро-
стей.
Рассмотрим для примера реактивный двигатель весом
в 100 кг. Ежесекундно в нём сгорает до 15 кг жидкого
топлива. При этом газы вытекают из сопла со скоростью
порядка 2000 м/сек.
Расчёты показывают, что тяга такого двигателя равна
примерно 3000 кг и остаётся постоянной при любой ско-
рости полёта.
Какова же его мощность?
Мощность реактивного двигателя зависит от скорости
полёта. Чем быстрее летит самолёт, тем большую мощ-
ность развивает его реактивный двигатель.
При скорости полёта 900 км/час полезная мощность
двигателя составит 10 000л. с. А на самолёте, летящем
со скоростью 2700 км/час, этот же двигатель разовьёт
мощность 30 000 л. с. Значит, чем быстрее полёт, тем
эффективнее реактивный двигатель.
8
Коэффициент полезного действия реактивных лета-
тельных аппаратов растёт с увеличением скорости полёта
и достигает максимальной величины, когда скорость по-
лёта становится равной скорости истечения газов из сопла
реактивного двигателя.
В современных реактивных двигателях, работающих
на жидком топливе, скорость истечения продуктов сгора-
ния достигает 2500 м/сек (9000 км/час). Следовательно,
коэффициент полезного действия реактивной установки
будет наибольшим при такой же скорости полёта. С даль-
нейшим увеличением скорости полёта коэффициент полез-
ного действия реактивного двигателя начинает снижаться,
но очень незначительно.
Развивая при больших скоростях полёта колоссальные
мощности, реактивный двигатель по своему весу во много
раз легче поршневых авиационных двигателей.
Как ведёт себя реактивный двигатель на больших вы-
сотах?
Чтобы создать тягу, реактивному аппарату не нужно
отталкиваться от воздуха. Он движется благодаря реак-
ции вытекающих из его сопла газов. Давление газа в ка-
мере реактивного двигателя зависит от количества расхо-
дуемого топлива и от сечения сопла; от внешнего же дав-
ления оно не зависит. Значит, при подъёме на большие
высоты, где воздух разрежен, давление газа внутри ка-
меры реактивного двигателя останется неизменным, в то
время как давление воздуха снаружи будет убывать. Раз-
ница давлений внутри камеры и снаружи возрастёт, в соот-
ветствии с этим увеличится и тяга реактивного двигателя.
Следовательно, с подъёмом на высоту эффективность
реактивных двигателей не только не уменьшается, но даже
несколько увеличивается.
Таким образом, реактивный двигатель полностью отве-
чает тем основным требованиям, которые предъявляет к
двигателям современная авиация.
РОЖДЕНИЕ РЕАКТИВНОЙ ТЕХНИКИ
Простейший реактивный двигатель — это всем известная
пороховая ракета.
Упоминания о пороховых ракетах встречаются в исто-
рии разных народов. Ещё свыше двух тысяч лет назад
9
китайцы, первые изобретатели пороха, успешно применяли
«огненные стрелы» — боевые ракеты — в боях с неприя-
телем, при осаде укреплений. Эти ракеты своими огнен-
ными хвостами и шумом наводили страх на вражеские
войска и нередко обращали их в бегство. Использовали
китайцы и зажигательные ракеты, которыми стреляли из
луков.
Начиная с XVII века, пороховые ракеты широко приме-
нялись в России. В XVIII веке в Индии имелись особые
ракетные части, вооружённые боевыми ракетами. У инду-
сов идею реактивного оружия переняли англичане.
В XIX веке боевые ракеты уже широко применялись в раз-
ных странах Европы.
Родившаяся как боевое оружие, ракета прошла долгий
и сложный путь развития, прежде чем стала мощным
авиационным двигателем сегодняшнего дня. Можно ска-
зать, что реактивный двигатель одновременно и старше
поршневого мотора внутреннего сгорания и моложе его.
Старше — потому, что ракета, простейший реактивный
двигатель, изобретена задолго до поршневого мотора. Мо-
ложе — потому, что реактивные двигатели, способные
обеспечить полёт самолёта, появились всего 10—15 лет
назад.
Идею использования реактивного двигателя для поле-
тов одним из первых наиболее чётко разработал и обосно-
вал революционер-народоволец Н. И. Кибальчич. Нахо-
дясь в заточении, приговорённый к смертной казни, он по-
святил последние дни своей жизни разработке проекта ра-
кетного летательного аппарата. Проект Кибальчича был
замурован в архивах полицейского ведомства, где проле-
жал до 1917 года. Впервые этот проект был полностью
опубликован в 1918 году в журнале «Былое».
В XIX веке немало и других изобретателей стремилось
приспособить реактивный двигатель для летания. Но прак-
тическое применение этих двигателей для полёта человека
натолкнулось на большие трудности. Не было ещё научной
теории, которая могла бы помочь создать лёгкий, мощный
и надёжный реактивный двигатель.
Основы этой теории были заложены трудами замеча-
тельного русского учёного Константина Эдуардовича
Циолковского. В августе 1898 года скромный, ещё никому
неизвестный калужский учитель, он сделал первые в
10
мире расчёты реактивного двигателя. Спустя пять лет,
в 1903 году, в журнале «Научное обозрение» был опубли-
кован выдающийся труд Циолковского, открывший новую
эру в развитии русской и мировой техники — «Исследо-
вание мировых пространств реактивными приборами».
В этом труде учёный теоретически доказал возможность
полёта на ракетах не только в воздухе, но и в безвоздуш-
ном мировом пространстве.
Математически исследовав полёт ракеты, Циолковский
вывел формулу её движения. Он получил уравнение, кото-
рое описывает физическое явление — полёт ракеты — точ-
ным языком математики. Из этого уравнения следует, что
скорость, а следовательно, и дальность полёта ракеты тем
больше, чем быстрее поток газов, вытекающих из реактив-
ного двигателя, и чем большую часть общего веса ракеты
составляет вес топлива. Иначе говоря, секрет быстроты и
дальности полёта ракеты — в увеличении скорости газовой
струи и в уменьшении веса самой ракеты по сравнению
с весом топлива.
В прошлом топливом для ракет служил порох, который
сгорает чрезвычайно быстро, но выделяет сравнительно не-
много энергии. Циолковский предложил использовать бо-
лее эффективные жидкие топлива и создал проект ракеты,
двигатель которой работает на жидком топливе. Он раз-
работал систему непрерывного питания двигателя жидким
топливом и способ надёжного его охлаждения. Им были
разрешены все главнейшие вопросы устройства реактив-
ных аппаратов.
Ученик и последователь Циолковского профессор
А. А. Космодемьянский справедливо сказал: «Идея приме-
нения ракеты для решения научных проблем, использова-
ние реактивного принципа для создания движения меж-
планетных кораблей целиком принадлежит Циолковскому.
Он родоначальник современных жидкостных ракет даль-
него действия, один из создателей новой главы теоретиче-
ской механики».
Значительный вклад в теорию реактивного движения
внёс основоположник теории авиации Н. Е. Жуковский.
В своей статье «О реакции вытекающей и втекающей
жидкости», опубликованной ещё в 1882 году, он впервые в
науке вывел формулу для определения силы реакции струи
жидкости. В своих последующих работах учёный подробно
11
исследовал реакцию истекающей жидкости и вывел фор-
мулу, позволяющую рассчитывать коэффициент полезного
действия струи.
Вопросами теории реактивного движения занимались и
зарубежные учёные. В 1913 году был опубликован ценный
теоретический труд по реактивному движению француз-
ского учёного Пельтри. Широко известны работы амери-
канского профессора Годдарда, опубликовавшего в
1919 году книгу о достижении больших высот с помощью
реактивных аппаратов, и немецкого учёного Оберта.
Особенно широко развернулись работы по теории реак-
тивного движения в последние десятилетия. Исключи-
тельно плодотворным был советский период жизни и дея-
тельности Циолковского. С 1917 по 1935 год (год смерти
учёного) он опубликовал в четыре раза больше научных
работ, чем за весь дореволюционный период своей деятель-
ности. Циолковский стал учителем многих советских учё-
ных и инженеров, посвятивших себя реактивной технике.
ЖИДКОСТНЫЕ РЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Труды к. Э. Циолковского явились теоретической ба-
зой для развития всей современной реактивной тех-
ники. На основе его работ в настоящее время созданы
реактивные двигатели, работающие на жидком топливе —
так называемые жидкостные реактивные двигатели
(ЖРД).
Эти двигатели, особенно в первые годы работы над
ними, предназначались в первую очередь для установки на
ракетах. Поэтому их часто называют ракетными двига-
телями.
Главной частью ЖРД служит камера сгорания (рис. 3).
В ней горючее вступает в химическую реакцию с окисли-
телем. При этом выделяется большое количество тепла,
которое идёт на нагревание и расширение продуктов сго-
рания. Чем больше объём образовавшихся при горении
газов и чем выше их температура, тем большую силу тяги
способен развить реактивный двигатель.
Горючее и окислитель для ЖРД принято называть од-
ним словом: топливо. Первое требование к топливу—
чтобы при сгорании оно выделяло наибольшее количество
тепла. Крайне важна для авиационного ЖРД также плот-
12
ность топлива. Чем она выше, тем больше (по весу)
топлива вместят баки и тем больше будет дальность по-
лёта. Кроме того, топливо должно быть пригодно для
охлаждения двигателя и не разъедать его деталей.
Наиболее подходящее горючее для ЖРД — керосин,
спирт, гидразин; при сгорании они выделяют много тепла,
дешёвы и просты в употреблении.
В качестве окислителя в реактивных двигателях часто
употребляется жидкий кислород. Он недорог, но чтобы
Рис. 3. Камера сгорания жидкостного реактивного
двигателя.
сохранить этот окислитель на самолётах в жидком виде,
его приходится держать в баках при температуре ниже
минус 180° С. Применяются и другие окислители: азотная
кислота и перекись водорода (они богаты кислородом).
В зависимости от вида топлива и режима работы тем-
пература в камерах реактивных двигателей может дости-
гать 4000° С. Поэтому стенки камеры и сопла необходимо
охлаждать. Для этой цели чаще всего используется само
горючее. Прежде чем попасть в камеру, оно проходит по
рубашке сопла и камеры и охлаждает их стенки с внешней
стороны.
В камере ЖРД давление газов составляет обычно не
менее 20—30 атмосфер. Поэтому подавать в неё жидкое
топливо следует под давлением 40—50 атмосфер. Проще
всего это делать с помощью сжатого газа, который из спе-
циального баллона впускается в баки с топливом и вытес-
няет горючее и окислитель через трубопроводы питающей
системы в камеру сгорания.
3 Самолёт-ракета
13
Другой способ питания ЖРД сложнее, но совершеннее.
В систему подачи топлива включены высокопроизводи-
тельные насосы, которые создают необходимый напор
горючего и окислителя перед поступлением их в камеру
сгорания. Насосы приводятся в действие специальной
турбиной. При этом стенки баков с горючим и окисли-
телем не испытывают такого высокого давления, как при
подаче топлива с помощью сжатого газа. Это позво-
ляет уменьшать вес баков и увеличивать количество
топлива.
Очень ответственный момент в работе реактивного
двигателя — его запуск. Советские учёные предложили
надёжный способ зажигания — применение самовоспламе-
няющихся смесей.
Работы по созданию ЖРД начались ещё в 30-х годах.
Первые жидкостные реактивные двигатели в нашей
стране были построены и успешно испытаны энтузиастом
ракетной техники инженером Ф. А. Цандером.
В начале 30-х годов состоялся ряд удачных полётов
сконструированной советским инженером М. К- Тихонраво-
вым метеорологической ракеты с жидкостным реактивным
двигателем. В 1935 году ракета М. К. Тихонравова до-
стигла десятикилометровой высоты. Хорошие результаты
показал двигатель для метеорологической ракеты, по-
строенный в 1936 году по проекту А. И. Полярного *).
В Германии в 1931 году состоялись испытания ракет
Винклера, Риделя и других немецких конструкторов.
В США первые работы по испытанию ЖРД в те же годы
проводил профессор Годдард.
В результате многолетних работ по созданию ЖРД
эти двигатели достигли высокого совершенства. Совре-
менный жидкостный реактивный двигатель, имея вес не-
многим более ста килограммов, развивает тягу до 10 тонн.
Это значит, что при полёте со скоростью 5 тысяч км/час
он способен развить полезную тяговую мощность около
200 тысяч лошадиных сил. На каждый килограмм веса
такого двигателя придётся около 2000 л. с,— в тысячу раз
больше, чем у лучших поршневых моторов с воздуш-
ным винтом!
*) Подробнее о метеорологических ракетах см. в книжке этой же
серии: В. К. Щукин, Штурм неба.
14
ПРЯМОТОЧНЫЕ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫЕ
ДВИГАТЕЛИ
Самолёты с ЖРД могут развивать огромные скорости,
недостижимые для самолётов с реактивными двига-
телями других типов. Однако для работы ЖРД необхо-
димо очень много окислителя; это обременяет реактивный
самолёт тяжёлым грузом и сильно снижает продолжи-
тельность и дальность его полёта. Поэтому перед учё-
ными и конструкторами встала задача создать такой
двигатель, который не требовал бы для своей работы
запасов окислителя, а использовал кислород окружаю-
щего воздуха.
И такие двигатели были созданы. В 1929 году совет-
ский учёный проф. Б. С. Стечкин (ныне академик) раз-
работал теорию реактивных двигателей, использующих
в качестве окислителя атмосферный воздух. Эти двига-
тели получили название воздушно-реактивных двигателей,
или, сокращённо, ВРД.
Познакомимся с простейшей схемой такого двига-
теля (рис. 4). ВРД представляет собой удобообтекаемое
Схема пряматошага СРД для
доздуюдод схаряяпг/ лалё/ла
Дадле/ше-------------Слодас/лд
Рис. 4. Схема прямоточного воздушно-реактивного двигателя для
дозвуковой скорости полёта. Внизу показано изменение давления
и скорости газа внутри двигателя.
сигарообразное тело со сквозным каналом, по которому
движется воздушный поток. Для работы двигателя
3*
15
необходимо, чтобы давление в его камере было больше
атмосферного. Поэтому поступающий в камеру сгорания
воздух должен быть предварительно сжат. Сжатие осуще-
ствляется здесь без помощи компрессора (устройства для
сжатия воздуха).
Ещё в XVIII веке членом Петербургской Академии
наук Даниилом Бернулли был открыт важный физи-
ческий закон, говорящий о том, что при движении
жидкости или газа по расширяющемуся каналу с умень-
шением скорости струи давление газа (жидкости) по-
вышается.
Входящая в ВРД струя воздуха направляется в ка-
меру сгорания по расширяющемуся каналу, так назы-
ваемому диффузору. Чем больше скорость входящего
воздуха, тем выше давление в конце диффузора. При
скорости 1000 км/час это давление ещё очень незначи-
тельно— всего 1,5 атмосферы, что совершенно недоста-
точно для эффективной работы двигателя. Но уже при
скорости полёта 2000 км/час оно может быть доведено
до 5 атмосфер.
Когда самолёт, на котором установлен ВРД, движется
со скоростью, меньшей скорости звука, давление в струе
воздуха начинает увеличиваться ещё впереди двигателя
и затем продолжает постепенно возрастать вдоль всего
диффузора. При полёте со сверхзвуковой скоростью кар-
тина сжатия воздуха резко меняется. Исследования пока-
зали, что при входе в двигатель скорость сразу, скачком,
становится меньше скорости звука, а давление также
скачком возрастает на несколько атмосфер.
Сжатый в диффузоре воздух поступает в камеру сго-
рания. Здесь в воздушную струю впрыскивается горючее.
Тепло, выделяющееся при сжигании горючего, идёт на на-
гревание воздуха. При этом объём воздуха сильно увели-
чивается. Поток газов, образовавшихся при горении,
с большой скоростью устремляется через сопло наружу.
Чем выше температура в камере, тем сильнее расши-
ряются газы и тем больше становится скорость их исте-
чения.
В камерах ВРД рассматриваемого типа температура
достигает 2000—2500° С. Проходя через камеру, воздух
расширяется в 4—6 раз. И примерно во столько же раз
увеличивается скорость его в конце камеры.
16
Из камеры газы поступают в сопло. Чтобы весь объём
газов прошёл через суженное отверстие сопла, скорость
газов должна возрасти ещё больше.
Обычно скорость газов по выходе из сопла примерно
в два раза превосходит скорость встречного потока воз-
духа. Учёные установили, что если скорость истечения
меньше звуковой, то соплу следует придать форму сужаю-
щегося конуса. Если же скорость истечения больше ско-
рости звука, то сопло делается сначала сужающимся,
а затем расширяющимся.
На рис. 4 и 5 показано, как изменяется скорость и дав-
ление газа при движении его по каналу ВРД.
Воздух свободно проходит по каналу через весь дви-
гатель, никуда не сворачивая и не встречая на своём пути
никаких механизмов. Поэтому двигатели такого типа по-
лучили название прямоточных ВРД.
В камере сгорания такого двигателя нет дна. Тяга пря-
моточного ВРД возникает в результате давления газа
на стенки двигателя. Площадь выходного сечения сопла
обычно значительно больше площади входного сечения
диффузора. Кроме того, распределение давления по по-
верхности диффузора отличается от распределения дав-
ления по стенкам сопла. В результате действия всех сил
давления газа на стенки прямоточного ВРД возникает
сила тяги. Величина этой силы численно равна произведе-
нию массы воздуха, проходящего через двигатель в 1 сек.,
на прирост скорости воздушной струи.
Чем больше скорость движения прямоточного ВРД,
тем выше его коэффициент полезного действия: при ско-
рости 1000 км/час КПД равен примерно 8—9%, а при
удвоении этой скорости достигает 30%—выше, чем у
поршневого авиадвигателя.
По своей конструкции прямоточный ВРД весьма прост.
Передняя часть двигателя — внутренний диффузор и
внешний удобообтекаемый кожух (кок) обычно изготов-
ляются из лёгких сплавов. Камера сгорания и сопло сде-
ланы из листовой жароупорной стали. Внутри камеры
помещаются форсунки — устройства для распыления
горючего, электросвеча для его воспламенения и раз-
личные устройства для улучшения процесса горения.
Горючее подаётся к форсункам из баков с помощью
насоса.
17
Посмотрим, что дает авиации прямоточный ВРД.
Возьмём двигатель диаметром 1 м, весящий около 400 кг.
При скорости полёта 1000 км]час такой ВРД, расхо-
дуя 2 кг бензина в секунду, разовьёт тягу до 2000 кг и
ПЗРД для небольшой сберхз&дкобой снодоста полёта
12ддм/сея
>5]daw _ бЛапш
Рис. 5. Схемы сверхзвуковых прямоточных ВРД (ПВРД).
мощность до 7400 л. с. Удельный вес двигателя составит
0,054 кг]л. с.— почти в 10 раз меньше, чем у современных
поршневых двигателей. Но расход бензина будет вчетверо
больше.
18
При скорости 2000 км/час свойства прямоточного ВРД
изменятся неузнаваемо. Сжигая вдвое больше горючего,
двигатель создаст вчетверо большую тягу. Мощность его
при этом составит около 60 000 л, с. Удельный вес дви-
гателя окажется ничтожно малым — в 70 раз меньше, чем
у поршневых двигателей.
Как ведёт себя ВРД на разных высотах?
С высотой плотность воздуха падает. Поэтому при по-
стоянной скорости полёта уменьшается количество про-
ходящего через двигатель воздуха. Отсюда понятно, что
тяга ВРД с высотой падает, но она падает несколько мед-
леннее, чем плотность атмосферного воздуха. А расход
горючего пропорционален плотности воздуха: ведь для
нагрева, меньшего количества воздуха нужно меньше го-
рючего. Поэтому экономичность ВРД, которая опреде-
ляется расходом горючего на единицу тяги, с подъёмом
на высоту улучшается.
Как видим, прямоточный ВРД эффективен лишь на
больших скоростях. При скоростях, меньших 1000 км/час»
развиваемая им тяга мала. А на месте такой двигатель
совсем не даёт тяги, так как нет потока встречного воз-
духа. Значит, прямоточный ВРД не может обеспечить
взлёт самолёта.
Чтобы воздушно-реактивный двигатель стал более
экономичным на малой скорости и смог обеспечить взлёт
самолёта, надо сжимать поступающий в камеру воздух
с помощью компрессора. Но на работу компрессора тре-
буется затрачивать большую энергию; необходим доста-
точно мощный двигатель, который приводил бы компрес-
сор в действие.
Современные поршневые авиационные двигатели не
годятся для этой цели: они слишком велики и тяжелы.
Как же быть?
ТУРБОРЕАКТИВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
О современной технике широко применяются паровые
О турбины. Но турбина может работать не только на
паре, но и на газе. Газовая турбина при малых размерах
и весе развивает громадную мощность.
Русский инженер Н. Герасимов ещё в 1909 году
спроектировал воздушно-реактивный двигатель, в кото-
19
ром компрессор приводился в действие такой газовой тур-
биной. Эта плодотворная идея используется во всех совре-
менных компрессорных воздушно-реактивных двигателях.
Воздушно-реактивные двигатели с компрессором, при-
водимым в движение газовой турбиной, получили назва-
ние турбореактивных двигателей, или, сокращённо, ТРД.
В полёте встречный воздух, поступающий в ТРД че-
рез переднее входное отверстие, идёт к компрессору и
сжимается им в несколько раз (рис. 6). Сжатый воздух
Вход
воздуха
Направление полёта Сопловый аппарат
турбины
| ^Форсунки
Номера сгорания
Компрессор
Распределение давления и спорости вдоль канала ТРД
^Сопло _ Истечение
газовой струи
Турбина
-------давление ---------спорость
Рис. 6. Схема турбореактивного двигателя. Внизу показано изменение
давления и скорости газа в двигателе.
попадает в камеру сгорания, куда впрыскивается жидкое
горючее (обычно керосин). Образующиеся при сгорании
этой смеси газы подаются к лопаткам газовой турбины.
Диск турбины закреплён на одном валу с колесом ком-
прессора. Поэтому горячие газы, проходящие через тур-
бину, приводят её во вращение вместе с компрессором. Из
турбины газы поступают в сопло. Здесь давление их па-
дает, а скорость возрастает. Выходящая из двигателя га-
зовая струя создаёт реактивную силу — тягу двигателя.
Турбореактивный двигатель способен развивать зна-
чительную тягу и при работе на месте. Он может обеспе-
чить взлёт самолёта. Экономичность ТРД на дозвуковых
скоростях полёта намного выше, чем прямоточного ВРД.
20
И только на сверхзвуковых скоростях, порядка
2500 км]час, расход горючего для обоих типов двигателей
становится одинаковым.
Познакомимся подробнее с конструкцией и работой
отдельных элементов турбореактивного двигателя.
Компрессоры в ТРД бывают осевого и центробежного
типа.
Простейший осевой компрессор представляет собой
колесо с лопатками, укреплённое на валу и помещённое в
канал, по которому движется воздух. При быстром вра-
щении колеса лопатки, подобно лопастям вентилятора,
сжимают проходящий по каналу воздух и увеличивают
его скорость. Ряд неподвижных лопаток, помещаемых за
рабочим колесом, выравнивает поток воздуха и снижает
его скорость. При этом возрастает давление воздуха. При
Рис. 7. Ротор осевого компрессора.
такой конструкции воздух перемещается вдоль оси ком-
прессора. Отсюда и название — «осевой».
Осевой компрессор с одним рабочим колесом может
поднять давление примерно в 1,3 раза. Чтобы повысить
давление ещё больше, лопатки располагают несколькими
рядами. Каждый ряд рабочих (вращающихся) лопаток с
рядом спрямляющих (неподвижных) называется сту-
пенью компрессора. Обычно применяются многоступенча-
тые осевые компрессоры с числом ступеней от 8 до 16.
В таких компрессорах рабочие лопатки крепятся на
отдельных дисках или на общем пустотелом валу, так на-
зываемом барабане. Барабан, или диски с лопатками, на-
саженные на вращающийся вал, называется ротором
(рис. 7). Неподвижные спрямляющие лопатки крепятся
к кожуху компрессора.
21
Первый турбореактивный двигатель с осевым компрес-
сором в нашей стране был спроектирован в 1937 году ин-
женером А. М. Люлька.
На другом принципе основан центробежный компрес-
сор. Как показывает само название, здесь для сжатия
воздуха используется действие центробежной силы*).
Центробежный компрессор состоит из насаженной
на вал крыльчатки — диска с лопатками, расположен-
ными на его боковой стороне, и кожуха, окружающего
крыльчатку.
Воздух входит через отверстие в кожухе, подхваты-
вается лопатками быстро вращающейся крыльчатки и под
действием центробежной силы отбрасывается от центра к
краям. Чем быстрее вращается крыльчатка, тем большее
давление создаёт компрессор. Центробежные компрессоры
создают давление до 4—5 атмосфер.
Коэффициент полезного действия центробежных ком-
прессоров меньше, чем осевых. Однако благодаря про-
стоте и малому весу центробежные компрессоры первое
время широко применялись в ТРД. В последующие годы
чаще стали применяться более эффективные осевые ком-
прессоры. На рис. 8 показан турбореактивный двигатель
с многоступенчатым осевым компрессором.
Камеры сгорания ТРД (числом от 6 до 10) обычно
располагаются между компрессором и турбиной, вокруг
вала двигателя. В каждой камере установлена форсунка
для распыления топлива. В одной или двух камерах уста-
навливаются электросвечи для воспламенения горючего и
дополнительные форсунки, работающие только при запу-
ске двигателя. В остальных камерах воспламенение горю-
чего происходит через соединительные трубки. Благодаря
непрерывному горению новые порции горючего воспла-
меняются от раскалённых газов.
Температура пламени горящего керосина очень вы-
сока (более 2000° С). Поэтому раскалённые газы в ка-
мере ТРД смешиваются с дополнительным количеством
воздуха. Чтобы сохранить высокую температуру пламени,
*) Центробежная сила всегда возникает при вращении любого
тела. Направлена она от центра вращения к окружности. Примером
проявления центробежной силы служит натяжение нити при враще-
нии привязанного к ней грузика.
22
Рис. 8. Турбореактивный двигатель с осевым компрессором.
необходимую для хорошего горения керосина, и значи-
тельно понизить температуру газов, выходящих из ка-
меры, воздух, поступающий из компрессора, разделяют
на два потока. Примерно одна пятая его часть поступает
в жаровую трубу, т. е. в ту часть камеры, где происходит
основной процесс горения. Остальной же воздух омывает
с внешней стороны стенки жаровой трубы и охлаждает
их. Горячие газы, выходящие из жаровой трубы, смеши-
ваются со всей массой воздуха и образуют газовоздуш-
ную смесь с температурой, уже не опасной для лопаток
турбины.
Турбина состоит из так называемого соплового аппа-
рата и ротора. Сопловый аппарат — это ряд неподвиж-
ных направляющих лопаток. Их форма подобрана так,
что между ними образуются сужающиеся каналы. В этих
каналах скорость газов резко возрастает. Вырывающиеся
из соплового аппарата газы с огромной скоростью посту-
пают на лопатки турбины и заставляют её быстро вра-
щаться.
Ротор .турбины, то есть вал, соединённый с ним диск и
укреплённые на ободе диска рабочие лопатки, движу-
щиеся с большой скоростью в потоке раскалённых газов,
делаются из лучших сортов стали и специальных жаро-
стойких сплавов.
Проходя через турбину, газы отдают ей часть своей
энергии. Другая её часть идёт на повышение скорости га-
зов в сопле двигателя.
В полёте на малых скоростях тяга ТРД с ростом ско-
рости немного уменьшается, а затем снова начинает расти
до скорости примерно 2500 км/час. При скоростях по-
рядка 3000 км)час тяга ТРД резко уменьшается.
С высотой тяга турбореактивного двигателя, как и
прямоточного ВРД, постепенно падает. Но поскольку при
полёте в разреженном воздухе самолёту требуется мень-
шая тяга, чем у поверхности земли, его скорость от этого
не падает, а дальность полёта значительно увеличи-
вается.
С ростом числа оборотов двигателя тяга ТРД повы-
шается. Но пока скорость вращения ротора не достигла
примерно 1000 оборотов в минуту, мощность турбины
настолько мала, что её не хватает даже для вращения
компрессора, и двигатель не может работать. Чтобы за-
24
пустить двигатель, то есть раскрутить ротор до оборо-
тов, обеспечивающих самостоятельную работу ТРД,
применяют небольшие вспомогательные двигатели —
стартеры.
Вес турбореактивных двигателей превышает вес ЖРД
и прямоточного ВРД. Но зато расход горючего у ТРД
на околозвуковых скоростях во много раз меньше.
Один из современных ТРД с осевым 13-ступенчатым
компрессором имеет тягу до 4500 кг. Двигатель весит не-
много более 1100 кг. Его длина 3,7 м, максимальный
диаметр 1 м. Компрессор повышает давление воздуха в
семь раз.
В настоящее время авиация осваивает ТРД с тягой в
10—11 тонн. При скорости 2000 км/час это соответствует
мощности около 80 тысяч лошадиных сил.
ЗА ЗВУКОВЫМ БАРЬЕРОМ
Каждый самолёт новой конструкции подвергается все-
сторонним испытаниям в полёте; проверяется проч-
ность новой машины, надёжность её управления, скорость,
«потолок», маневренность.
Особенно важно выяснить поведение нового самолёта
на больших скоростях.
Лет 10—12 назад, испытывая истребитель на пикиро-
вании (т. е. при крутом спуске) с работающим мотором,
лётчики столкнулись со странным явлением. Когда ско-
рость достигала примерно 900 км/час, поведение само-
лёта становилось непонятным: он переставал слушаться
лётчика, управление требовало больших усилий. Начина-
лась вибрация — быстрые колебания рулей, крыльев, затем
всего самолёта. Случалось, что самолёт полностью терял
управление и даже разрушался в воздухе.
Исследования показали, что эти непонятные явления
связаны с приближением к скорости звука. При этом не
все типы самолётов вели себя одинаково. Заранее никогда
нельзя было предвидеть, что случится с машиной в зоне
околозвуковых скоростей.
Научные исследования позволили объяснить эти яв-
ления. Оказалось, что картина обтекания воздухом тела,
движущегося со звуковой скоростью, резко меняется, при-
обретая новые особенности.
25
Как известно, всякое тело при своём движении в воз-
духе испытывает сопротивление. На больших скоростях
сопротивление воздуха резко возрастает. Например, если
скорость самолёта повышается от 300 до 600 км/час, сила
сопротивления воздуха увеличивается вчетверо, а повы-
шение скорости этого же самолёта от 600 до 1200 км/час
вызовет рост сопротивления воздуха уже примерно в
20—30 раз.
Чем это объясняется?
Мы знаем, что звук — это волновые колебания частиц
воздуха. Вот движется тело. Оно толкает находящиеся
впереди него частицы воздуха. Эти толчки передаются
вперёд от одних частиц к другим со звуковой скоростью.
Любой толчок, любое колебание, самое слабое изменение
давления распространяются в воздухе со скоростью
звука. Частицы воздуха, находящиеся на некотором рас-
стоянии впереди тела, получают как бы сигнал в виде зву-
ковой волны. Они расступаются и, давая телу дорогу,
плавно обтекают его по сторонам. Тело продвигается впе-
рёд, преодолевая сравнительно небольшое сопротивление.
Такова картина перемещения тела в воздухе с дозвуко-
вой скоростью.
Но что произойдёт, если скорость движения сравняется
со звуковой?
Скорость распространения колебаний, вызванных дви-
жущимся телом, останется попрежнему равной скорости
звука. Но с этой же скоростью движется и само тело. Сле-
довательно, оно будет двигаться наравне со звуковыми
волнами. В этом случае колебания воздушных частиц,
возникающие при движении тела, уже не смогут «изве-
стить» о его приближении находящиеся впереди частицы
воздуха. Не получив волнового «сигнала», частицы воз-
духа не успеют расступиться.
Происходит как бы удар воздушной струи о тело.
В месте этого удара возникает так называемая ударная
волна или скачок уплотнения — область сильно сжатого
воздуха.
При звуковой скорости тело неотступно движется за
порождаемыми им самим колебаниями воздуха. Оно ок-
ружено летящими вместе с ним упругими звуковыми вол-
нами. Накладываясь друг на друга, эти волны образуют
перед телом «барьер» сильно уплотнённого воздуха.
26
Рис. 9. Полёт со
сверхзвуковой скоро-
стью, Самолёт обго-
няет порождённые им
волны. Слагаясь, эти
волны образуют ко-
нус возмущения.
При движении со сверхзвуковой скоростью тело
обгоняет звуковые волны. Позади него остаётся вереница
звуковых волн. В каждый момент времени летящее тело
возбуждает всё новые и новые зву-
ковые волны. А ранее возникшие
волны расширяются, растут. Сла-
гаясь, они образуют за телом об-
ласть уплотнённого воздуха — конус
возмущения. В вершине конуса нахо-
дится само тело. Этот конус тем
острее, чем больше скорость движе-
ния (рис. 9).
Ударные волны, вызываемые те-
лом, движутся вместе с ним со сверх-
звуковой скоростью. Они возмущают
окружающую воздушную среду и вы-
зывают дополнительное волновое со-
противление.
На поверхности конуса возмуще-
ний, где происходит скачок уплотне-
ния, одновременно с повышением
давления резко, также скачком, возра-
стает и температура воздуха. Допол-
нительное сопротивление при полёте
со звуковыми скоростями — непосред-
ственный результат превращения ме-
ханической энергии (движение тела)
в тепловую (сжатие и нагрев воздуха
в зоне скачка). Мощность двигателя
самолёта, летящего со звуковой ско-
ростью, расходуется в конечном счё-
те на нагревание возмущённого им
воздуха.
Пытливая мысль учёных и инже-
неров успешно изыскивает пути пре-
одоления звукового барьера. И в пер-
вую очередь эта работа сказывается
на форме современного самолёта.
Внешний вид сверхзвукового самолёта весьма необы-
чен. Фюзеляж его имеет более острую, чем у дозвуковых
самолётов, переднюю часть; крыло очень тонкое, с ост-
рыми кромками (рис. 10). Такое крыло, как и сильно
27
зоокм/час
заострённый артиллерийский снаряд, испытывает значи-
тельно меньшее сопротивление на сверхзвуковых скоро-
стях полёта.
Этого мало: крыльям современных скоростных само-
лётов придают стреловидную форму. Такое крыло, если
посмотреть на него сверху или снизу, несколько напоми-
нает наконечник стрелы. Интересно отметить, что ско-
ростной самолёт может иметь стреловидные крылья, об-
ращённые остриём как вперёд, так и назад.
Стреловидные крылья и оперение обдуваются набе-
гающим воздухом косо, под углом. Это несколько сгла-
живает те неприятные явления,
которые возникают на около-
звуковых скоростях полёта.
Преодоление звуковой пре-
грады легче всего осуществить
не у земли, а на больших вы-
сотах. Объясняется это тем, что
более разреженный воздух ока-
зывает меньшее сопротивление
движению самолёта. Поэтому
самолёт сверхзвуковых скоро-
стей — это высотная машина.
Приближаясь к «звуковому
барьеру», лётчик должен зара-
нее знать, когда он наступит.
Но скорость звука связана с
температурой, она меняется на
одной и той же высоте в зависимости от состояния
атмосферы, от погоды. Вот почему пилоту, летящему на
скоростной машине, недостаточно знать скорость само-
лёта. Создан специальный прибор, который показывает
так называемое «число М» — отношение скорости полёта
к скорости звука в воздухе в данный момент. Если шкала
этого прибора показывает «0,99» — значит, самолёт
вплотную подошёл к скорости звука. Когда прибор по-
казывает «1,01» — это значит, машина уже обогнала
звук.
Перед авиацией стоит ещё одна проблема — проблема
высоких температур.
Кто не знает природного явления — «падающие
звёзды». Эти небесные пришельцы — крохотные космиче-
800-1200км/час
Рис. 10. Профили крыла
для различных скоростей
полёта.
28
ские тела — врезаются в земную атмосферу со скоро-
стями в десятки километров в секунду. При этом обра-
зуется сильно сжатая воздушная «подушка». Газ в ней
накаляется до нескольких тысяч градусов и испускает
яркий свет— его мы и видим, когда наблюдаем «падаю-
щую звезду».
Нечто подобное может произойти с самолётом, летя-
щим со сверхзвуковой скоростью. Уже при скорости по-
рядка 2500 км/час температура крыльев и фюзеляжа до-
стигает примерно 200° С. Следовательно, сверхзвуковой
самолёт должен быть оборудован специальной аппарату-
рой для искусственного охлаждения, по крайней мере, ка-
бины пилотов.
ПЕРВЫЕ ПОЛЁТЫ РЕАКТИВНЫХ САМОЛЁТОВ
Под руководством Коммунистической партии в нашей
стране созданы крупнейшие, оснащённые новейшим
оборудованием научно-исследовательские авиационные ин-
ституты, построены прекрасные заводы, воспитаны заме-
чательные кадры авиаконструкторов, учёных, инженеров
и изобретателей, специалистов по реактивной технике.
Настало время свершиться пророческим словам Циолков-
ского: «За эрой аэропланов винтовых должна следовать
эра аэропланов реактивных».
И советские люди открыли новую эру в авиации.
Первый полёт человека на самолёте с жидкостным
реактивным двигателем был совершён в нашей стране.
Этот полёт состоялся в феврале 1940 года. Лётным испы-
таниям предшествовала большая подготовительная работа.
Спроектированный инженером Л. С. Душкиным жидкост-
ный реактивный двигатель прошёл всесторонние завод-
ские испытания в лаборатории. Затем его установили на
планёр. После того, как двигатель успешно прошёл на-
земные испытания на планёре, приступили к лётным ис-
пытаниям. Реактивный самолёт забуксировали обычным
винтовым самолётом на высоту 2 км. Лётчик В. П. Фё-
доров отцепил трос и, отлетев на некоторое расстояние от
самолёта-буксировщика, включил реактивный двигатель.
Двигатель устойчиво работал до полного израсходования
топлива. По окончании моторного полёта летчик благопо-
лучно спланировал и приземлился на аэродроме.
4 Самолёт-ракета 29
Вскоре советский конструктор В. Ф. Болховитинов
спроектировал самолёт с жидкостным реактивным двига-
телем Л. С. Душкина. Самолёт и реактивный двигатель
строились в 1941 году на одном из авиационных заводов,
эвакуированных вглубь страны. В тяжёлых условиях
пришлось заводскому коллективу создавать этот самолёт.
Часть оборудования завода ещё лежала в ящиках на за-
снеженной площадке. Рабочие и инженеры строили но-
вые заводские корпуса, жильё. Для постройки реактив-
ного самолёта не хватало материалов и инструментов»
Несмотря на всё это, коллектив завода уже к декабрю
1941 года построил реактивный двигатель. Параллельно
создавался и самолёт. Тогда же началась подготовка и к
лётным испытаниям.
Первое испытание новой машины в воздухе было воз-
ложено на лётчика-испытателя капитана Г. Я. Бахчи-
ванджи.
Наступил долгожданный день. 15 мая 1942 года со-
стоялся первый самостоятельный взлёт с земли самолёта
с ЖРД.
Ещё с утра всё было готово к старту. Но густая низ-
кая облачность не позволяла начать испытания. Во второй
половине дня наступило прояснение. Облака поредели,
появились большие просветы голубого неба. Бахчиванджи
сел в кабину реактивного самолёта. Это был небольшой
остроносый самолёт-моноплан *) с убирающимися шасси
и хвостовым колесом. В носовом отсеке фюзеляжа
были расположены две 20-миллиметровые пушки, бое-
запас к ним и радиоаппаратура. Далее помещались
кабина лётчика, закрытая фонарём, и топливные баки.
В хвостовой части самолёта находился двигатель. Отсут-
ствие воздушного винта придавало машине необыч-
ный вид.
Ровно в 19 часов высоко в небо взлетела зелёная ра-
кета — сигнал к старту. Лётчик включил двигатель. Из
сопла вылетела огненная струя газов, и машина стреми-
тельно побежала по взлётной полосе. Быстро оторвав-
шись от земли, она устремилась ввысь. Через несколько
секунд после взлёта реактивная машина достигла такой
большой высоты, что была едва различима. Лишь яркой
*) Моноплан — самолёт с одной парой крыльев.
30
точкой виднелось в синем небе вырывавшееся из двига-
теля пламя.
Казалось, самолёт мчится, гонимый огненным вихрем.
Бахчиванджи взглянул на указатель скорости и не пове-
рил глазам: стрелка стояла у поразительно высокой
цифры. Но прибор не обманывал, а между тем лётчик
почти не чувствовал огромной скорости полёта.
Выполнив задание, Бахчиванджи пошёл на посадку и
благополучно приземлился на аэродроме.
Вслед за капитаном Бахчиванджи и другие совет-
ские лётчики совершили полёты на этом реактивном
самолёте.
В 1943 году испытания самолётов с жидкостными
реактивными двигателями происходили в США. Год
спустя состоялись полёты немецких реактивных истреби-
телей конструкции Мессершмидта.
Одновременно с испытаниями ЖРД проводились ра-
боты по созданию воздушно-реактивных двигателей.
Интересные экспериментальные работы по воздушно-
реактивным двигателям велись ещё в 1932—1935 годах
под руководством профессора Ю. А. Победоносцева.
На основе классических работ по теории ВРД акаде-
мика Б. С. Стечкина и богатого экспериментального мате-
риала, полученного под руководством Ю. А. Победонос-
цева, одним из авторов этой книги, И. А. Меркуловым,
были спроектированы ракеты с прямоточными воздушно-
реактивными двигателями. Их испытания проводились в
1938—1939 годах. Для взлёта ракеты из пускового станка
применялись пороховые стартовые реактивные двига-
тели. Они сообщали ракете скорость до 100 м]сек. Затем
включался воздушно-реактивный двигатель и ракета с
возрастающей скоростью набирала высоту.
В 1939—Г940 годах состоялись лётные испытания соз-
данных И. А. Меркуловым прямоточных воздушно-реак-
тивных двигателей на самолётах И-152 и И-153 конструк-
ции Н. Н. Поликарпова (рис. И). Двигатели были уста-
новлены на нижних плоскостях самолёта как дополнитель-
ные моторы. Первые полёты проводил опытный лётчик-
испытатель П. Е. Логинов. На заданной высоте он разго-
нял машину до максимальной скорости и включал
воздушно-реактивные двигатели. Тяга этих дополнитель-
ных моторов увеличивала максимальную скорость полёта.
zj.*
31
В январе 1940 года состоялось официальное испытание
работы прямоточных воздушно-реактивных двигателей на
самолёте. Стартовав с Центрального аэродрома
им. Фрунзе в Москве, лётчик Логинов на небольшой вы-
соте включил реактивные двигатели и сделал несколько
кругов над районом аэродрома.
Рис. 11. Самолёт И-153 «Чайка» конструкции Н. Н. Поликарпова
с дополнительными прямоточными воздушно-реактивными
двигателями.
В суровые годы Великой Отечественной войны многие
советские авиаконструкторы разрабатывали воздушно-
реактивные двигатели. Были проведены лётные испыта-
ния самолётов с различными типами реактивных двига-
телей.
Коллектив авиаконструктора А. И. Микояна в 1943—
1944 годах начал работы над истребителем И-250 с комби-
нированной двигательной установкой. Она состояла из
поршневого двигателя жидкостного охлаждения с воздуш-
ным винтом и воздушно-реактивного двигателя, компрес-
сор которого получал вращение от поршневого мотора.
Воздух проходил по каналу под кабиной лётчика и по-
ступал в компрессор ВРД. Реактивная струя выходила
через сопло в хвостовой части фюзеляжа. Свой первый
полёт И-250 совершил в марте 1945 года. Во время лёт-
ных испытаний была достигнута скорость полёта, значи-
тельно превышающая 800 км/час.
Вскоре этот же коллектив конструкторов создал реак-
тивный истребитель МИГ-9. На нём в нижней части фю-
зеляжа устанавливались два турбореактивных двигателя.
32
Тонкое крыло самолёта имело трапециевидную форму
и было снабжено закрылками. 24 апреля 1946 года
лётчик-испытатель А. Н. Гринчик совершил на самолёте
МИГ-9 первый полёт. Максимальная скорость этой ма-
шины превысила 900 км/час.
В тот же день был совершён первый полёт на реактив-
ном истребителе конструкции А. С. Яковлева.
В 1947—1948 годах прошёл лётные испытания совет-
ский реактивный истребитель Як-23, который развивал
Рис. 12. Реактивный истребитель Як-23.
ещё большую скорость (рис. 12). Это был одноместный
цельнометаллический моноплан. Большие скорости полёта
вызвали необходимость применить катапультируемое си-
дение, чтобы лётчик в аварийных случаях без труда мог
покинуть самолёт.
Работы по созданию самолётов с воздушно-реактив-
ными двигателями велись и за рубежом.
В августе 1940 года в Италии состоялся полёт первого
реактивного самолёта, построенного фирмой Капрони по
проекту инженера Кампини. На этом самолёте был уста-
новлен так называемый мотореактивный двигатель, в ко-
тором воздушный компрессор приводился в действие
поршневым двигателем. Однако такой тип ВРД не нашёл
дальнейшего применения в авиации. В 1941 году в Англии
состоялись первые лётные испытания самолёта с турбо-
реактивным двигателем Ф. Уитла. Двигатель развивал
тягу около 400 кг.
33
РЕАКТИВНЫЕ САМОЛЁТЫ НАШИХ ДНЕЙ
Прошло всего 15 лет после первых полётов на самолётах
с реактивными двигателями, но реактивная авиация
достигла за это время выдающихся успехов. Современ-
ные реактивные самолёты по скорости и высоте полёта
оставили далеко позади самолёты с поршневыми двига-
телями.
Создание реактивных самолётов потребовало проведе-
ния широких экспериментальных исследований. Опытные
реактивные самолёты со множеством измерительных при-
боров представляют собой настоящую летающую лабора-
торию. При лётных испытаниях одного из опытных са-
молётов производилось измерение давления воздуха на
его поверхность более чем в 400 точках. Общий вес спе-
циальных измерительных приборов на этом самолёте со-
ставлял около 300 кг.
Эксплуатация реактивных самолётов выдвинула но-
вые задачи в деле обеспечения безопасности лётного
состава.
Для полёта на больших высотах в разреженных слоях
атмосферы на современных самолётах устраиваются гер-
метические кабины с непрерывной подачей кислорода для
дыхания людей. Независимо от высоты полёта внутри
кабины автоматически поддерживаются нужные для чело-
века давление воздуха, температура, влажность и чи-
стота воздуха.
За последнее время учёные и конструкторы создали
много различных приборов и приспособлений, облегчаю-
щих труд лётчика. Например, чтобы облегчить управле-
ние рулями самолёта на большой скорости, широко при-
меняются обслуживающие механизмы, или, как их назы-
вают, сервомеханизмы. Чтобы обеспечить безопасность
посадки самолёта в трудных метеорологических усло-
виях, например в тумане, используются новейшие ра-
диолокационные приборы *).
На больших скоростях изменение скорости и напра-
вления полёта не должно быть слишком резким. Чрез-
мерно быстрое изменение скорости движения (большое
*) О радиолокации см. брошюру «Научно-популярной библио-
теки» Гостехиздата: Ф. И. Честнов, Радиолокация.
34
ускорение или резкое торможение) человеческий организм
воспринимает как значительное увеличение силы тя-
жести; поэтому на реактивных скоростных самолётах
имеются специальные автоматические аппараты, кото-
рые следят за тем, чтобы возникающие ускорения не
превышали безопасной для человеческого организма
величины.
Скорость современных реактивных истребителей так
велика, что лётчик не в состоянии сам выброситься из ка-
бины с парашютом. Поэтому большинство реактивных
истребителей имеет так называемое катапультируемое
сидение; в случае аварии самолёта оно «выстрели-
вается» вместе с лётчиком из самолёта и опускается на
парашюте.
Реактивные двигатели внесли существенные изменения
в конструкцию самолёта. Большинство современных ско-
ростных самолётов имеет стреловидные или треугольные
крылья и сильно скошенное назад хвостовое оперение. На
самолёте с турбореактивным двигателем необходимо де-
лать большие отверстия для входа воздуха и выхода
газов. Чтобы предохранить хвостовое оперение от дей-
ствия вылетающих из сопла газов, возникает необхо-
димость значительно поднять его. Это нужно и для
нормальной работы рулей на большой скорости, чтобы
на них не попадал возмущённый крылом воздушный
поток.
Какие двигатели применяются на современных ско-
ростных самолётах?
До скоростей полёта порядка 800 км/час попрежнему
самым эффективным остаётся авиационный двигатель
с воздушным винтом. В последние годы вместо поршне-
вого двигателя стал применяться газотурбинный двига-
тель с воздушным винтом, так называемый турбовинтовой
двигатель (ТВД). Этот авиационный двигатель имеет
меньший удельный вес, чем поршневой, а по экономич-
ности не уступает последнему.
На скоростях полёта от 900 до 2500 км/час самым вы-
годным считается сейчас турбореактивный двигатель.
При скорости свыше 2500 км/час отпадает необходи-
мость в компрессоре для сжатия воздуха и наиболее
эффективным оказывается прямоточный воздушно-реак-
тивный двигатель.
35
Полёт с высокой скоростью требует большой затраты
энергии. Самолёты с прямоточным ВРД, двигаясь со ско-
ростью, в 2—5 раз превосходящей скорость распростра-
нения звука, будут расходовать много горючего. Продол-
жительность их полёта при современном уровне техники
и химии горючих веществ будет раз в пять меньше, чем
винтовых самолётов. Однако за короткое время своего
полёта такие самолёты успеют покрыть значительное
расстояние.
Когда же авиация подойдёт к скоростям, свыше 5000—
6000 км/час и полёты будут происходить на высоте в не-
сколько десятков километров, где атмосфера сильно раз-
режена, самым эффективным и даже единственно возмож-
ным из известных нам сейчас двигателей окажется
жидкостный реактивный двигатель.
Большой расход топлива в ЖРД делает полёт с ним
весьма кратковременным. Но дальность полёта может
быть весьма велика.
В настоящее время авиация ещё не достигла таких
огромных скоростей полёта. Но уже теперь ЖРД оказы-
ваются наиболее выгодными для летательных аппаратов,
рассчитанных на непродолжительное действие. Общее ко-
личество израсходованного при этом топлива будет не
слишком велико, а применение лёгкого и простого реак-
тивного двигателя обеспечит ценные лётные качества
машины.
Наибольшее распространение реактивные двигатели
получили в военной авиации. Это и понятно: ведь большая
скорость — одно из основных требований, предъявляемых
к боевым самолётам, особенно к истребителям. Поэтому
реактивные двигатели начали применять прежде всего на
самолётах этого типа. В настоящее время истребители и
бомбардировщики имеют скорости от 1000 до 1500 км/час.
При этой скорости самым эффективным типом двигателя
является ТРД. И поэтому именно он стал основным дви-
гателем в современной истребительной и бомбардировоч-
ной авиации.
Высокими качествами обладает советский реактивный
истребитель МИГ-15 со стреловидным крылом и опере-
нием (рис. 13). На самолёте был установлен турбореак-
тивный двигатель с центробежным компрессором. МИГ-15
совершил первый полёт 30 декабря 1947 года.
36
Конструкторское бюро, работающее под руководством
С. А. Лавочкина, создало реактивный истребитель Ла-15
(рис. 14). Как и МИГ-15, самолёт Ла-15 имел стреловид-
Рис. 13. Реактивный истребитель МИГ-15.
ное крыло, был оборудован герметической кабиной, ката-
пультируемым сидением, тормозными щитками и мощной
механизацией крыла.
Рис. 14. Реактивный истребитель Ла-15.
На рис. 15 приведена схема современного реактивного
истребителя. В передней части фюзеляжа — широкое от-
верстие, в которое поступает воздух для питания ТРД.
37
Рис. 15. Устройство современного одноместного реактивного истребителя.
Воздух идёт по каналам, расположенным по бокам ка-
бины лётчика, в центральную часть фюзеляжа, где уста-
новлен двигатель. Выходящие из двигателя газы по длин-
ной трубе направляются в хвостовую часть самолёта, а от-
туда — наружу. Каналы для протекания воздуха и газов
имеют значительные размеры и занимают много места в
фюзеляже. Для работы ТРД требуется каждую секунду
около 40 кубометров воздуха.
На рис. 16 изображён современный реактивный само-
лёт с треугольным крылом.
Рис. 16. Реактивный самолёт с треугольным крылом в полёте.
На нём установлен ТРД с тягой в 5 тонн. При работе
на форсированном режиме двигатель развивает тягу около
7 тонн. Двигатель имеет 16-ступенчатый осевой компрес-
сор, состоящий из двух отдельных агрегатов с 9 и 7 сту-
пенями. Компрессор, повышающий давление воздуха в
12,5 раза, приводится во вращение от 3-ступенчатой га-
зовой турбины. Этот истребитель имеет взлётный вес бо-
лее 12,5 тонны. По сообщению иностранной печати, он
достиг на высоте 20 км, при полёте со снижением, ско-
рости около 2000 км/час. Это испытание показало, что
самолёт обладает достаточной прочностью конструкции и
эффективностью органов управления для полёта на столь
больших скоростях.
39
Отдельные самолёты-истребители с ТРД при горизон-
тальном полёте достигали скорости 1800—1900 км/час.
Теперь турбореактивные двигатели применяются и в
бомбардировочной авиации.
В настоящее время строятся реактивные бомбардиров-
щики различных классов. Один из лёгких бомбардировщи-
ков с двумя ТРД развивает скорость около 1000 км/час.
Дальность беспосадочного полёта превышает 5 тыс. км.
На этой машине был установлен официальный мировой
рекорд высоты — 20 км.
Один из средних бомбардировщиков (рис. 17) имеет
четыре турбореактивных двигателя с тягой по 4300 кг
Рис. 17. Стратегический реактивный бомбардировщик.
каждый. Радиус действия этого самолёта — более 4000 км,
максимальная скорость—1100 км/час. Самолёт может
подниматься на высоту до 16 км.
Другая реактивная машина — сверхтяжёлый бомбар-
дировщик весом около 170 тонн. Его восемь ТРД разви-
вают вместе тягу в 40 тонн. Скорость этого самолёта —
1050 км/час, дальность полёта— 12 800 км. Экипаж со-
стоит из девяти человек. Как видно из рис. 18, этот
самолёт имеет высоко расположенные стреловидные
крылья, под которыми в четырёх гондолах укреплены
двигатели.
Уже не раз на воздушных парадах в Москве сотни
тысяч зрителей любовались полётом машин, сочетающих
небывалую скорость и мощь,— советских реактивных
40
бомбардировщиков. Яркой демонстрацией могущества
советской реактивной авиации явился воздушный парад на
Тушинском аэродроме в Москве в День Воздушного флота
СССР — 3 июля 1955 года. Он наглядно показал прогресс
отечественной авиационной науки и техники. Всего восемь
лет назад — в августе 1947 года — здесь, на Тушинском
аэродроме, был впервые показан высший пилотаж на реак-
тивных самолётах. А каких замечательных успехов доби-
Рис. 18. Многомоторный реактивный бомбардировщик.
лись за этот небольшой срок советские самолётостроители,
как выросло мастерство наших лётчиков!
Вот что писала «Правда» об этом воздушном параде.
«...Возникшая на горизонте точка со сказочной
быстротой вырастает в сверкающий реактивный истреби-
тель, управляемый майором т. Лапшиным. Самолёт про-
носится над аэродромом и молниеносно уходит в зенит.
Совершив под самыми облаками петлю Нестерова, сме-
лый пилот стремительно бросает машину к земле, потом,
как молния, проносится над головами зрителей. Самолёт,
идя круто кверху, одновременно переворачивается вокруг
своей продольной оси, штопором ввинчивается в небо.
Взгляд не поспевает проследить за машиной — на такой
скорости движется она в воздухе.
Всеобщее восхищение вызвал высший пилотаж звена
реактивных истребителей полковника Бабаева. С непре-
взойдённым мастерством три машины, сомкнутым стро-
ем, взмывали вверх, делали перевороты через крыло,
виражи. И все сложные маневры лётчики выполняли
41
одновременно, в какие-то доли секунды. В их полё-
те смелость сочеталась с мастерством, бесстрашие —
с опытом.
Но всё это было как бы только прелюдией к показу
искусства группового пилотажа на самолётах-молниях.
На воздушной арене — два звена реактивных истре-
бителей. Одно из них возглавляет подполковник Фокин,
другое — подполковник Стеценко. Точно выдерживая
строй, звенья расходятся в стороны, а затем ложатся на
встречный курс, с огромной скоростью сближаются и
в самый последний момент снова расходятся, взмывая
вверх.
Свист рассекаемого воздуха, гул могучих двигателей
возвещают о появлении девяти реактивных истребителей
под командованием полковника Шульженко. Вот они, об-
гоняя звук, вонзаются в поднебесье, там описывают дугу
и на полной скорости входят в пике. Самолёты выпол-
няют сложные упражнения так слаженно, словно ими
управляет один человек. Красив и безукоризненно чёток
их полёт.
Буря восторга прокатывается по полю, когда на гро-
мадной скорости проходят тяжёлые реактивные бомбар-
дировщики новой конструкции. Флагманский корабль,
который ведёт полковник Сухомлин, эскортируют че-
тыре истребителя.
За флагманом следуют всё новые и новые исполин-
ские машины. Они кажутся вычеканенными из серебра.
Ярко горят алые пятиконечные звёзды на высоких килях
самолётов. У них сигарообразный фюзеляж и скошенные
назад могучие крылья.
Воздушные корабли обладают невиданной доселе
скоростью и высотой полёта. Они оснащены надёжным
навигационным оборудованием. Их экипажи могут ле-
тать по приборам на дальние расстояния при любой по-
годе, на больших высотах. ...Волна за волной пролетают
тяжёлые бомбардировщики. Во главе колонн — полков-
ник Нюхтиков и Герой Советского Союза полковник Ива-
нов, налетавший свыше двух миллионов километров.
Строем «клин» показались новые эскадрильи бомбарди-
ровщиков. Их ведёт один из старейших лётчиков
страны — полковник Лукин. Экипажи этих великолепных
машин находятся в надёжных руках людей, в совершен-
42
стве овладевших новой могучей техникой, которой Родина
вооружила свои Военно-Воздушные Силы.
Дополняя демонстрацию авиационной мощи Страны
Советов, вслед за тяжёлыми кораблями промчались реак-
тивные истребители. Их колонны возглавляли полков-
ники Вовк и Астахов. С земли даже не успели по-настоя-
щему разглядеть последнее звено самолётов, которым
командовал майор Алексеев. Они не пронеслись, а бук-
вально промелькнули над аэродромом...»
На рис. 19 вы видите четырёхмоторный реактивный
бомбардировщик, эскортируемый истребителями.
Рис. 19. Четырёхмоторный реактивный бомбарди-
ровщик, эскортируемый истребителями.
Турбореактивные двигатели начинают применяться и-
в гражданской авиации. С весны 1955 года на воздушной
линии Москва — Новосибирск начали курсировать реак-
тивные почтово-грузовые самолёты ИЛ-20. Каждый день
в 3 часа утра с Внуковского аэродрома под Москвой они
отправляются в рейс по маршруту Москва — Сверд-
ловск — Новосибирск. На борту самолётов — матрицы
столичных газет. Благодаря использованию этих скорост-
ных машин жители крупнейшего промышленного города
Сибири — Новосибирска — читают московские газеты в
один день с москвичами.
В День Воздушного флота СССР 3 июля 1955 года
над Тушинским аэродромом на большой скорости прошёл
впервые показанный на авиационном параде советский
реактивный пассажирский самолёт.
Вождение пассажирских самолётов на больших ско-
ростях и высотах имеет свои особенности. Некоторые
43
метеорологические явления, происходящие в высоких
слоях атмосферы, ещё недостаточно изучены.
С высоты хорошо опознаются крупные населённые
пункты, водоёмы, большие реки и лесные массивы. Но
такие ориентиры, как железные дороги, малые реки
и т. п., заметны плохо. Поэтому экипажу высотного само-
лёта необходимо изучать все характерные крупные ориен-
тиры в районе трассы.
Исключительно большая роль в управлении реактив-
ным самолётом принадлежит автоматике. При полёте
с большой скоростью и на большой высоте человеку
трудно придерживаться заданного пути, малейшее нару-
шение курса даже в короткое время приводит к боль-
шим отклонениям от трассы. На помощь лётчику при-
ходит автопилот, который с недоступной человеческо-
му организму точностью ведёт самолёт по заданному
курсу.
Для обеспечения безопасности полётов реактивных
самолётов в сложных метеорологических условиях с ними
устанавливается двусторонняя радиосвязь.
Важной проблемой для реактивных машин является
увеличение дальности беспосадочного полёта. Один
путь решения этой проблемы — применение дополни-
тельных баков с топливом. Обычно их подвешивают
под крыльями и сбрасывают после израсходования
заключённого в них горючего. Однако такие баки увеличи-
вают сопротивление воздуха, ограничивают скорость са-
молёта и его маневренность. Поэтому ищут и другие пути
увеличения дальности полёта.
Весьма многообещающей оказалась идея пополнения
запасов топлива в воздухе от специальных самолётов-за-
правщиков.
Сейчас успешно разрабатываются и практически осу-
ществляются различные способы заправки реактивных
самолётов в воздухе. Обычно заправка в полёте про-
изводится следующим образом. Самолёт-заправщик
подлетает к заправляемому самолёту. Продолжая полёт
на некотором расстоянии от него, самолёт-заправщик по
специальному шлангу перекачивает необходимое количе-
ство топлива в баки заправляемой реактивной машины.
Заправка самолётов в воздухе может производиться
неоднократно. С такими многократными заправками уже
44
был осуществлён беспосадочный полёт самолёта вокруг
земного шара.
Для увеличения дальности беспосадочного полёта
реактивных машин создаются специальные скоростные
реактивные самолёты-заправщики. Так, американской
фирмой «Боинг» создан самолёт с четырьмя турбореак-
тивными двигателями, предназначенный для использова-
ния в качестве «воздушного танкера» — для заправки
самолётов горючим в воздухе. Скорость его — 800 км/час,
высота полёта — 12 000 м, дальность 4800 км.
Площадь крыльев у реактивных машин обычно
меньше, чем у винтомоторного самолёта такого же веса.
Благодаря большой скорости полёта несущие поверхно-
сти реактивного самолёта развивают достаточную подъ-
ёмную силу. Это и понятно — ведь подъёмная сила крыла
тем больше, чем выше скорость. Но по этой же причине
минимальная посадочная скорость полёта у реактивного
самолёта больше, чем у поршневого. Взлетают и садятся
реактивные машины на большей скорости и с большим
разбегом, чем винтомоторные, а значит, нуждаются в луч-
шем аэродроме, в более длинных взлётно-посадочных до-
рожках. В этом — существенный недостаток реактивных
машин.
В последнее время в ряде стран ведутся разработки
и лётные испытания самолётов нового типа, которые на-
зываются конвертопланами. Эти машины имеют обычно
турбореактивные или турбовинтовые двигатели с тя-
гой, превышающей взлётный вес машины. Благодаря
этому конвертоплан может взлетать и приземляться
совершенно отвесно на улицах города, в горах, тай-
ге и т. д. Надо ожидать, что в скором будущем
реактивные конвертопланы получат широкое распро-
странение.
Современная авиация идёт к освоению новых, всё
больших скоростей полёта. Недалёк тот день, когда в эк-
сплуатацию поступят самолёты, обладающие скоростью
в 3—4 тысячи км/час. При таких скоростях, как мы уже
говорили, наиболее эффективны прямоточные воздушно-
реактивные двигатели.
Самолёт с прямоточным ВРД должен быть оборудо-
ван дополнительным двигателем для взлёта и набора
высоты. Возможно сочетание прямоточного ВРД и ТРД.
45
Самолёт с такой комбинированной силовой установ-
кой будет взлетать и набирать скорость за счёт тяги
турбореактивного двигателя, а на большой скорости
будут работать оба двигателя или один прямоточ-
ный ВРД.
Большие перспективы имеет также применение на
самолёте комбинированной силовой установки, состоящей
из ЖРД и прямоточного ВРД. Взлёт такого самолёта
должен происходить с помощью ЖРД, а затем будет
включаться прямоточный ВРД. При достижении боль-
ших скоростей продолжает работать один ПВРД.
На рис. 20 изображён построенный по проекту фран-
цузского инженера Ледюк опытный самолёт с прямоточ-
ным ВРД, предназначенный для полёта со скоростью,
Рис. 20. Самолёт с прямоточным воздушно-реак-
тивным двигателем.
в два раза превышающей скорость звука. Двигатель рас-
положен внутри фюзеляжа, который является его корпу-
сом. Поток воздуха входит в двигатель в кольцевое от-
верстие между фюзеляжем и кабиной. Для взлёта на
концах крыльев установлены два лёгких турбореак-
тивных двигателя. Самолёт имеет вес 6 тонн. Из них
одна треть приходится на долю топлива. При полёте с
46
максимальной скоростью у поверхности земли прямоточ-
ный двигатель развивает тягу 64 тонны.
Этот самолёт предполагается использовать в качестве
истребителя-перехватчика. Он может перехватить совре-
менный бомбардировщик на высоте 15 км менее чем за
три минуты, включая подготовку к взлёту и взлёт.
Создание пассажирских машин с прямоточными воз-
душно-реактивными двигателями имеет огромное на-
родно-хозяйственное значение. Полёт на таких машинах
от Л4осквы до Владивостока будет продолжаться всего
около двух часов.
Ещё большую скорость полёта могут обеспечить ЖРД.
В настоящее время построен один из опытных самолётов
с четырёхкамерным реактивным двигателем, работаю-
щим на жидком кислороде и спирте. Подача топлива
в камеру двигателя осуществляется с помощью турбона-
сосов. Величина тяги может регулироваться путём вклю-
чения и выключения отдельных камер. Каждая работаю-
щая камера развивает тягу 680 кг. Самолёт цельнометал-
лический. Полный полётный вес — около 8 тонн, в том
числе 6 тонн топлива. Расход топлива очень велик, по-
этому продолжительность полёта с включёнными двига-
телями весьма ограничена — всего 4,5 минуты. Чтобы
полнее испытать самолёт на больших высотах, его подве-
шивали к мощному многомоторному самолёту и подни-
мали на высоту 7—9 км. Там он переходил на самостоя-
тельный полёт. Во время испытательного полёта на вы-
соте 21 км самолёт достиг скорости 2650 км/час, что при-
мерно в два с половиной раза превосходит скорость звука
Человек на этом самолёте летел быстрее, чем винтовоч-
ная пуля!
Этот самолёт достиг высоты в 27 км.
Дальнейшее усовершенствование жидкостных реактив-
ных двигателей сделает применение их на самолётах бо-
лее эффективным. В настоящее время на каждый кило-
грамм сжигаемого в секунду топлива жидкостный реак-
тивный двигатель развивает тягу примерно 250 кг. Когда
конструкторы реактивных двигателей в содружестве с хи-
миками, изыскивающими новые топливные смеси, смогут
увеличить эту цифру до 400, то продолжительность, а сле-
довательно, высота, скорость и дальность полёта самолё-
тов с ЖРД неизмеримо возрастут. Самолёт с ЖРД, имея
47
запас топлива в количестве 75% от взлётного веса, смо-
жет пролететь около 10 000 км. Его максимальная скорость
превысит 15 тыс. км/час.
Таковы возможности применения на самолётах различ-
ных силовых установок. Как видно, все типы современных
авиационных двигателей дополняют друг друга. Вместе
они помогают авиации в борьбе за скорость, дальность,
высоту, экономичность и безопасность полёта.
САМОЛЁТЫ-АВТОМАТЫ
Развитие авиационных реактивных двигателей при-
вело к созданию самолётов-автоматов.
При полёте со сверхзвуковыми скоростями сопротивле-
ние воздуха, как мы уже знаем, становится очень боль-
шим. Поэтому конструкторы стремятся сократить раз-
меры и вес самолётов. Тяжёлые и громоздкие поршневые
двигатели препятствовали этому. С появлением лёгких и
компактных реактивных двигателей стало возможным
создавать летательные аппараты весьма малых размеров.
Однако теперь этому стал мешать вес и размеры лётчика.
Перед конструкторами встал вопрос о замене лётчика
прибором.
Самолёт-автомат имеет ряд преимуществ перед самолё-
том, управляемым человеком. Такой самолёт может иметь
очень небольшие размеры и вес. При полёте с большой ско-
ростью возникают большие ускорения, особенно в полёте
по криволинейной траектории (на виражах, при вы-
ходе из пикирования и т. д.); приборы выдерживают
в несколько раз большие перегрузки, чем человеческий
организм. Самолёт, управляемый прибором автопилотом,
может самостоятельно взлететь, совершить полёт по за-
данному маршруту и вернуться на свой аэродром.
В народном хозяйстве такие самолёты будут успешно
применяться на экспрессных воздушных линиях, достав-
ляя срочные грузы и авиапочту.
Возможно применение самолётов-автоматов и в каче-
стве боевого средства. В авиационной литературе описано
много различных конструкций самолётов-автоматов с ре-
активными двигателями всех типов. Эти машины соче-
тают основное свойство самолёта — управляемость — с ог-
ромной скоростью. Боевые самолёты-автоматы часто
48
называют самолётами-снарядами, управляемыми снаря-
дами или крылатыми управляемыми ракетами дальнего
действия.
Самолёты-автоматы — действенное средство защиты
важных объектов от нападения вражеских бомбардиров-
щиков. В настоящее время тяжёлые реактивные бомбарди-
ровщики способны совершать полёты на высоте до 20 км.
Они могут нести управляемые авиабомбы, сбрасываемые
за 10—15 км до цели. Для борьбы с такими бомбардиров-
щиками будут применяться скоростные истребители
с ТРД. Борьбу с нападающими бомбардировщиками могут
вести также истребители-перехватчики с ЖРД.
Зенитная артиллерия окажется мало эффективной в
борьбе с такими бомбардировщиками. Предположим,
что реактивный бомбардировщик летит со скоростью
900 км/час. При обстреле его из зенитных орудий с дистан-
ции, превышающей дальность полёта управляемых авиа-
бомб, снаряд будет находиться в воздухе примерно 15 се-
кунд. За это время бомбардировщик пролетит около 4 км.
Достаточно ему отклониться хотя бы на полградуса от пер-
воначального курса — и снаряд пройдёт от него на рас-
стоянии более 30 метров. А при искусном маневрировании
бомбардировщика вероятность попадания в него зенитного
снаряда становится ничтожно малой. Для успешного пора-
жения быстро летящего самолёта нужен снаряд, напра-
вление полёта которого можно было бы изменять в зависи-
мости от движения цели. Артиллерийский снаряд здесь
непригоден: его курс после того, как он покинул орудие,
не поддаётся никакой корректировке.
Здесь на смену зенитному орудию приходит лёгкий
и компактный реактивный двигатель, способный развивать
большую тягу и сообщать управляемому зенитному сна-
ряду необходимую скорость. Такие реактивные управ-
ляемые снаряды представляют собой небольшие автома-
тические самолёты, по размерам уступающие истребителю,
а по скорости, высотности и маневренности значительно
превосходящие его.
Самолёты-снаряды оборудованы автоматической ап-
паратурой для наведения их на цель. Существует мно-
го различных систем управления самолётами-снаря-
дами. Испытывались самолёты-снаряды, управляемые
по радио с земли или с другого самолёта, пилотируе-
49
мого лётчиком, а также самолёты-снаряды с систе-
мой самонаведения на воздушную цель. Разраба-
тываются и другие способы управления самолётами-
снарядами.
Один из управляемых снарядов имеет длину 6 м, диа-
метр 0,3 м, вес 450 кг. Его скорость составляет
2,5 тысячи км/час, потолок 23 км, дальность полёта
около 60 км. При испытаниях в среднем каждый второй
такой снаряд поражал бомбардировщик, летящий на вы-
соте 9 км.
На рис. 21 показан опытный американский самолёт-
снаряд «Матадор». Это цельнометаллический моноплан
со стреловидным крылом. Силовая установка его со-
Рис. 21. Самолёт-снаряд «Матадор».
стоит из ТРД и дополнительной пороховой ракеты, кото-
рая работает только на взлёте, после чего сбрасывается.
Длина машины 12 м, диаметр около 1,3 м. Максимальная
скорость 1100 км/час, дальность 800 км. Запускает-
ся самолёт-снаряд с подвижной установки, смонтиро-
ванной на автоприцепе (рис. 22). Управление снарядом
производится на расстоянии — с земли или с борта
самолёта. Это оружие предназначено для поражения на-
земных целей.
50
На рис. 23 показан беспилотный истребитель с двумя
прямоточными воздушно-реактивными двигателями. На
высоте 18 км этот самолёт летит в 2,5 раза быстрее звука.
Рис. 22. Взлёт самолёта-снаряда с помощью стартового порохового
реактивного двигателя.
Такой истребитель предназначен для борьбы с самолётами
противника. Для этого он вооружён управляемыми реак-
Рис. 23. Беспилотный реактивный истребитель.
тивными снарядами. Во время полёта наземные станции
наведения направляют его в сторону приближающихся
вражеских самолётов.
51
На расстоянии 5 километров от противника истреби-
тель выстреливает в него реактивными снарядами. Пред-
полагается, что этот автоматически действующий истреби-
тель обеспечивает перехват и уничтожение бомбардиров-
щика в пределах до 400 км.
АТОМНАЯ ЭНЕРГИЯ В АВИАЦИИ
Новые, исключительные возможности для прогресса
реактивной авиации открывает применение атомной
энергии *). Пуск 27 июня 1954 года в нашей стране пер-
вой промышленной атомной электростанции показал прак-
тическую возможность создания атомных силовых уста-
новок. Теперь перед наукой и техникой стоит задача ис-
пользования атомной энергии не только для выработки
электроэнергии, но и на транспорте.
Основной частью транспортного атомного двигателя
ближайшего будущего явится «атомный котёл», в котором
протекает так называемая цепная ядерная реакция рас-
пада атомного «топлива». Этот процесс идёт с выделением
огромного количества тепла. Таким образом, атомный
котёл может быть использован как своеобразная топка в
обычной паросиловой установке.
Цепная реакция в атомном котле может происходить
лишь в том случае, если количество распадающегося ве-
щества не меньше известной величины — так называемой
критической массы.
Атомный котёл испускает в окружающее простран-
ство мощное радиоактивное излучение, губительно дей-
ствующее на всё живое. Поэтому такой котёл необходимо
окружать толстым слоем свинца или бетона. Атомная
силовая установка оказывается чрезмерно тяжёлой.
Несомненно, однако, что в будущем учёные и инже-
неры создадут достаточно лёгкие атомные авиационные
двигатели.
Отличительной особенностью атомного двигателя яв-
ляется то, что даже в течение весьма длительного времени
он расходует ничтожно малое количество атомного «топ-
*) О том, что такое атомная энергия и как её получают, подробно
рассказывается в книжке этой же серии: В. А. Лешковцев, Атом-
ная энергия.
52
лива» и долгое время может работать без заправки.
Атомный двигатель будет потреблять в сотни тысяч раз
меньше «горючего», чем современный бензиновый двига-
тель такой же мощности. Например, 1 кг атомного
«топлива» выделяет такое количество энергии, которое
достаточно для непрерывной работы двигателя мощ-
ностью 5000 л. с. в течение трёх с лишним лет. Это значит,
что практически атомный двигатель может работать до
тех пор, пока не выйдет из строя вследствие износа или
поломки деталей.
Как уже говорилось, наиболее распространённым ти-
пом реактивного двигателя является сейчас ТРД. Поэтому
первой атомной силовой установкой в реактивной авиа-
ции явится, скорее всего, атомный турбореактивный дви-
гатель (АТРД). Этот двигатель будет иметь много общего
с обычным ТРД. Основное отличие между ними — в том,
что в атомном двигателе нагрев воздуха будет произво-
диться не путём сжигания керосина, а за счёт тепла,
выделяемого атомным котлом. На том месте, где в ТРД
помещается камера сгорания, в АТРД будет распола-
гаться теплообменник. В теплообменнике находится не-
сколько рядов трубок, по которым циркулирует сильно
нагретая жидкость или даже расплавленный металл. Эта
жидкость или легкоплавкий металл нагревается в атом-
ном котле и передаёт своё тепло сжатому воздуху. Нагре-
тый в теплообменнике воздух будет вращать турбину и,
вылетая через сопло в атмосферу, создавать силу тяги.
Самолёт с таким двигателем будет иметь практически
неограниченную дальность полёта, так как расход атом-
ного «топлива» ничтожен.
Для полёта на больших, сверхзвуковых скоростях
могут быть созданы прямоточные ВРД на атомном «топ-
ливе» (рис. 24). В таком двигателе, как и в обычном
прямоточном ВРД, сжатие воздуха осуществляется в
диффузоре, под действием скоростного напора воздушного
потока. Сжатый воздух, проходя по специальным каналам
через атомный котёл или теплообменник, сильно нагре-
вается и с огромной скоростью выходит из сопла двига-
теля.
Можно ожидать также создания атомного ЖРД, у ко-
торого камеру сгорания заменяет атомный котёл. Для
работы такого АЖРД не нужно горючего и окислителя,
53
поскольку источником энергии для него служит не хими-
ческая реакция (горение топлива), а процесс расщепле-
ния атомных ядер. Однако для получения тяги в атомном
реактивном двигателе, как и в любом реактивном двига-
теле вообще, необходимо отбрасывать назад какое-либо
вещество. В атомных воздушно-реактивных двигателях
для этой цели служит воздух. Чтобы создать реактивную
струю в атомном ЖРД, можно использовать, например,
простую воду. В атомном котле она будет испаряться;
образовавшийся пар нагреется до высокой температуры и,
поступив в сопло, вылетит из него с большой скоростью,
создавая реактивную силу.
встречный
еаздут
Раскалён-
ный воздух
Диффузор
Ртошный
котёл
Рис. 24. Схема прямоточного ВРД на ядерном горючем.
Если в АЖРД удастся осуществить температуру в
3000° С и выше, то вода будет не только испаряться, но и
разлагаться на водород и кислород. Это вызовет ещё
большее увеличение объёма газов. А чем больше объём
газа, тем больше и совершаемая им работа. Поэтому для
АЖРД желательно выбрать такое вещество, которое при
испарении образует наибольшее по объёму количество
газа.
Известно, что 1 кг продуктов сгорания керосина в
кислороде при 2000° С и атмосферном давлении имеет
объём 6 л/3; 1 кг воды при испарении и нагревании до
2000° С даёт около 11 ж3 водяного пара. А.1 кг водорода
при тех же условиях занимает объём 100 >и3. Значит, водо-
род, расширяясь, совершит гораздо большую работу. При
одинаковых давлениях и температуре в атомном котле
и камере сгорания ЖРД скорость истечения водоро-
да будет в четыре раза больше, чем скорость истечения
£4
продуктов сгорания керосина. Во столько же раз возра-
стёт и тяга.
Расчёты показывают, что в ЛЖРД можно достиг-
нуть скорости истечения водорода в 10 — 12 тысяч м/сек.
Это даст возможность развить небывалую скорость по-
лёта — порядка нескольких десятков тысяч километ-
ров в час!
Атомного двигателя в авиации ещё нет. Практическое
осуществление атомных реактивных двигателей требует
решения ряда сложных технических проблем. Однако
нельзя сомневаться в том, что в недалёком будущем атом-
ные самолёты будут созданы.
Повидимому, атомный двигатель будет использован
прежде всего на самолётах-автоматах. Ведь там не нужно
заботиться о предотвращении вредного действия радио-
активного излучения па человеческий организм Следова-
тельно, отпадает необходимость в защитных устройствах,
которые значительно утяжеляют атомный двигатель.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Советская реактивная авиация развивается небывало
быстрыми темпами Настало время широко использо-
вать выдающиеся достижения реактивной авиации для
мирной жизни людей, для развития скоростного почтового
и пассажирского транспорта.
Легко представить себе, какие возможности открывают
перед нами пассажирские самолёты, обладающие такими
скоростями полёта, которые уже освоены военной реак-
тивной авиацией. При сверхзвуковой скорости полёта весь
путь от Москвы до Владивостока можно будет покрыть
за пять часов. Это значит, что человек, вылетевший из
Владивостока в 12 часов дня по дальневосточному вре-
мени, прибудет в Москву в тот же день в 11 часов
дня, обогнав в полёте видимое движение Солнца по не-
босводу! Полёты с такой скоростью — реальность на-
ших дней.
А пассажирские самолеты с турбореактивными двига-
телями смогут совершать полёты со скоростью в 2—3 ты-
сячи км/час. Полёт с такой скоростью из Москвы в Дон-
басс потребует меньше времени, чем поездка по кольцевой
линии Московского метрополитена.
55
Но и эти машины не будут пределом неисчерпаемых
возможностей науки и техники.
Советский учёный Ф. А. Иандер ещё в 1932 году в сво-
ей книге «Проблема полёта при помощи реактивных
аппаратов» писал о возможности создания летательных
аппаратов с жидкостными реактивными двигателями, спо-
собных летать со скоростью в десятки тысяч км/час. Вы-
ходя с такой скоростью из плотных слоёв атмосферы, воз-
душный реактивный корабль по инерции будет двигаться
по дуге эллипса над земным шаром, покрывая расстояние
в тысячи километров. Полёт на расстояние 10 тысяч кило-
метров можно будет совершить за 40 минут.
Такие сверхскоростные полёты сейчас могут показаться
очень смелой фантазией. Но развитие пауки и техники
часто превосходит самые, казалось бы, несбыточные фан-
тазии прошлого.
Развитие сверхскоростной реактивной авиации не
только приведёт нас к тому, что облёт вокруг земного
шара за несколько часов будет обычным делом, но и от-
кроет человечеству путь к полётам в космическое про-
странство.
Цена 85 коп.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ТЕХН ИКО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ БИБЛИОТЕКА
Вып. 16. А. А. Введенский. Электричество в нашей
жизни.
Вып. 17. А. л. колесников, Из чего состоит вселен-
ная.
Вып. 18. а. п. крючков. Искусственный каучук.
Вып. 19. Проф. а. и. Китайгородский. Кристаллы.
Вып. 20. Проф. в. в. Кудрявцев. Движение молекул.
Вып. 21. г. н. берман. Счёт и число.
Вып. 22. о. А. реутов. Органический синтез.
Вып. 23. к. А. ГЛАДКОВ. Дальновидение.
Вып. 24. н. Г. НОВИКОВА. «Необыкновенные» небесные
явления.
Вып. 25. н. в колобков. Грозы и бури.
Вып. 26. А. И. погумирскиЙ и б. п. КАВЕРИН. Производ-
ственный чертёж.
Вып. 27. Проф. р. в. КУНИЦКИЙ. День и ночь. Времена
года.
Вып. 28. Е. в. Болдаков. Жизнь рек.
Вып. 29. а. в. кармишин. Ветер и его использование.
Вып. 30. г. А. зисман. Мир атома.
Вып. 31. в. с. сухоруких. Микроскоп и телескоп.
Вып. 32. н. в. гнедков. Воздух и его применение.
Вып. 33. А. н. Несмеянов. Меченые атомы.
Вып. 34. в. Д. охотников. В мире застывших звуков.
Вып. 35. с. Г. СУВОРОВ. О чём говорит луч света.
Вып. 36. г. в. бялобжеский. Снег и лёд.
Вып. 37. м. с. тукачинский. Как считают машины.
Вып. 38. с. Д. Клементьев. Управление на расстоянии.