Приветствую Вас, Гость! Регистрация RSS

FRAMSA

Воскресенье, 11.04.2021

Два пути

В середине лета 1939 г. обстановка в мире для СССР складывалась довольно напряженной: в Испании франкисты с помощью немецких и итальянских союзников разгромили Испанскую республику, которой СССР оказывал разнообразную, в том числе и военную помощь; в районе реки Халхин-Гол шли напряженные бои против наследников самураев; на западных границах страны с каждым днем нарастала угроза со стороны гигантской мощи фашистской Германии.

Руководство СССР прилагало огромные усилия для ускоренного технического перевооружения РККА, и в первую очередь - авиации, ведь на последнем этапе боев в Испании определенно выявилось отставание наших "ястребков" от лучших германских истребителей "Мессершмитт" Bf109, особенно модификаций D и E. Японские пилоты также сумели доставить "сталинским соколам" немало неприятностей, поскольку их машины оказались примерно равноценными нашим И-16 и "чайкам". Необходим был резкий технический рывок, способный обеспечить качественное превосходство отечественных истребителей над самолетами "вероятного противника". Но такой рывок мог быть осуществлен только на основе внедрения авиационных двигателей нового поколения.

Принципиальная схема жидкостного реактивного двигателя
   1 — магистраль горючего
   2 — магистраль окислителя
   3 — насос горючего
   4 — насос окислителя
   5 — турбина
   6 — газогенератор
   7 — клапан газогенератора (горючее)
   8 — клапан газогенератора (окислитель)
   9 — главный клапан горючего
   10 — главный клапан окислителя
   11 — выхлоп турбины
   12 — смесительная головка
   13 — камера сгорания
   14 — сопло

Скорости некоторых самолетов с поршневыми двигателями конца тридцатых годов достигали 750 км/час. Однако на скоростях свыше 700 км час прироста скорости от мощности двигателя не удается достигнуть. Для увеличения скорости полета необходим более мощный двигатель. Но дальнейшее увеличение мощности требовало непомерного увеличения размеров силовых установок, уже входивших в противоречие размерами самих самолетов. Принципиальным техническим решением в борьбе за скорость явилось превращение самолета из винтомоторного в реактивный, т.е. применение двигателей с реактивной тягой. Для этой цели применяется турбореактивный /ТРД/ или жидкостный реактивный /ЖРД/ двигатель.

Повышение мощности авиамоторов шло одновременно во многих направлениях: как по пути доработки конструкции существующих серийных и экспериментальных двигателей, так и поиска новых конструкторских решений. Картина изысканий разворачивается захватывающим дух разнообразием:

поршневые звездообразные одно- и двухрядные, V-образные прямые и перевернутые, двигатели карбюраторные и с непосредственным впрыском топлива в цилиндры, двигатели паровоздушные и дизельные, прямоточные воздушно-реактивные, турбореактивные одноконтурные и двухконтурные и др.

 

 

Параллельно с развитием двигателей для авиации не менее интенсивно шли разработки и совсем непривычной и мало освоенной авиаспециалистами того времени ракетной техники. Начиная с 1942 года в Германии на станции "Пенемюнде-Запад" осуществлялась разработка системы оружия дальнего действия под названием "Физелер" Fi-103, которой позднее было присвоено наименование самолет-снаряд "Фау-1" (V-1), и к концу второй мировой войны в Третьем Рейхе уже был накоплен огромный опыт по производству ракет. Ко второй половине войны Германия имела ракетные войска и реактивную авиацию.

Ракеты "Фау-1" и "Фау-2" – являются техническими творениями тех далеких лет. За время войны их было изготовлено несколько тысяч штук, и они сыграли значительную роль в войне на Западном фронте.

Ракета "Фау-1" – это фактически беспилотный самолет, имеющий на борту электронное оборудование и мощный заряд взрывчатки. Запускались эти ракеты не только с наземных пусковых установок в Пенемюнде, но и с самолетов "Хейнкель", которые заходили на Лондон и Ковентри со стороны Исландии. К концу войны Германия применила баллистическую ракету "Фау-2", против которой ПВО Великобритании были бессильны. Ракета двигалась к цели, падая с огромной высоты

практически по отвесной траектории, и наносила заметный урон. А в планах Германии было использование следующей модификации, а, вернее сказать, принципиально новой ракеты "Фау-3", обладавшей дальностью 500 и более км с субкосмической высотой подъема 90 км. Эта ракета, несомненно, была бы использована, но война прервала развитие ракетной техники, передав ее в руки США и, частично СССР, которому, к великому сожалению или, может быть, к счастью не удалось захватить выдающегося создателя ракет Вернера фон-Брауна.

В СССР практическая работа над созданием реактивных двигателей проводилась в направлении жидкостно-реактивных двигателей (ЖРД). Жидкостно-реактивный двигатель был предложен в 1903 году знаменитым русским ученым и изобретателем К. Э. Циолковским. Принципиальная схема двигателя остается неизменной и для современных ЖРД. Соответственно третьему закону механики жидкостный реактивный двигатель создает силу тяги за счет высокой скорости вытекания из сопла продуктов сгорания жидкого топлива. Компоненты топлива — горючее 1 и окислитель 2 (см. рисунок) поступают из баков на центробежные насосы 3, 4, приводимые в движение газовой турбиной 5. Под высоким давлением компоненты топлива поступают на форсуночную головку 12 — узел, в котором размещены форсунки, через которые компоненты нагнетаются в камеру сгорания 13, перемешиваются и сгорают, образуя нагретое до высокой температуры газообразное рабочее тело, которое, расширяясь в сопле, совершает работу и преобразует внутреннюю энергию газа в кинетическую энергию его направленного движения. Через сопло 14 газ истекает с большой скоростью, сообщая двигателю реактивную тягу.

На летательном аппарате, использующем ЖРД, размещаются система баков, которые заполнены жидким окислителем и топливом, системы подачи горючего и окислителя и камеры сгорания двигателя. Камера сгорания разделяется на головку, через которую топливо из системы подачи поступает в ее рабочую часть, собственно камеру сгорания и реактивное сопло.

Основой работы ЖРД является процесс окисления топлива окислителем с последующим образованием продуктов сгорания, обладающих большой температурой и скоростью расширения. Однако процессу сгорания должен предшествовать ряд подготовительных процессов, необходимых для наилучших условий преобразования химической энергии в тепловую и тепла в работу расширения. К этим процессам относятся: сжатие, то есть повышение давления топлива, которое необходимо для его распыления и осуществления последующего расширения продуктов сгорания; подача компонентов в камеру сгорания; распыление компонентов топлива и их воспламенение. В качестве горючего применяется обычно керосин или спирт, а окислителя – жидкий кислород, азотная кислота, перекись водорода. При сжигании топлива в камере сгорания давление повышается до 30 и более атмосфер, скорость истечения газов из сопла составляет 2000 – 2500 м/сек, а температура достигает 3000° С. Стенки камеры сгорания и сопла двигателя от чрезмерного нагрева охлаждаются обычно одним или обоими компонентами топлива или водой. Надежное охлаждение ЖРД приобретает важное значение и является одним из первостепенных факторов безотказности их работы. Выделившаяся в результате сгорания топлива тепловая энергия частично превращается в работу расширения продуктов сгорания. Работа расширения затрачивается на увеличение скорости истечения продуктов сгорания, а, следовательно, и на создание тяги.

В камере сгорания двигателя условно можно выделить две зоны: I – зону подготовки и II – зону реакции. В обеих зонах на установившемся режиме сохраняется некоторое постоянное давление реакции. Расширяющееся сопло (сопло Лаваля) образует III зону – зону расширения продуктов сгорания, где они ускоряются и затем выходят с большой скоростью из сопла в атмосферу. В результате этого образуется сила тяги двигателя, действующая в сторону, противоположную вектору скорости истекающих газов. Сила тяги двигателя зависит от массы газов, вытекающих из двигателя, и скорости их истечения через конечное сечение сопла.

Горючее в камеру сгорания ЖРД подается с помощью топливных насосов, для привода которых применяется одноступенчатая или двухступенчатая турбина. Турбина соединена непосредственно с валом редуктора, и приводит во вращение водяной и топливные насосы. Насос жидкого кислорода снабжен отсечным клапаном для отвода паров в бак при запуске и специальным уплотнением, предохраняющим от попадания смазочного масла в жидкий кислород, при смешении которых образуется взрывчатая смесь. При открытии всасывающих клапанов в топливных линиях основных баков наполняются топливные системы и три стартовых бака. В этом положении двигатель считается подготовленным к запуску. При соответствующем положении переключателя запуска в пусковые баки подается из баллонов под давлением азот, действующий на диафрагмы бака горючего, бака воды и поршень бака жидкого кислорода.

Почему же выбор военного руководства в период начала работ с принципиально новыми авиадвигателями пал именно на вариант жидкостно-реактивных двигателей? Предположительно это объясняется рядом причин.

Это единственная известная фотография экспериментального самолета He 176, вероятно, сделанная в Пенемюнде в 1938 году.

  1. Следует отметить, что в конце тридцатых годов и начале сороковых разработки моделей турбореактивных двигателей в Советском Союзе практически не велись. Наряду с этим к тому времени в СССР и за рубежом имелся уже немалый опыт работы по созданию и применению жидкостно-реактивных двигателей различной мощности. Самым первым в мире взлетевшим только с помощью ракетного двигателя был экспериментальный самолет Не 176 фирмы Э. Хейнкеля. Но Эрнсту Хейнкелю никак не удавалось создать удачный реактивный самолет. Подняв в воздух еще в июне 1939 года свой реактивный первенец Не 176 - с ЖРД, Хейнкель не сумел убедить Гитлера в перспективности нового направления самолетостроения. Фюрер не дал хода дальнейшим работам фирмы. "Спасибо, профессор, - резюмировал он после осмотра машины - Ваш самолет мы поставим в музей". И действительно, поставил, где первый в мире ракетный самолет погиб под бомбами авиации союзников.