Реактивный двигатель

 

Это может показаться парадок­сом, но концепция силовой установки, способной поднять машину в воздух и двигать ее вперед с помощью реактив­ной силы горячего газа, много старше собственно самолета. Первооткрыва­телем идеи реактивного движения надо считать Герона, жившего за 150 лет до нашей эры. Он построил метал­лический шар с двумя выступающими трубками, выхлопные отверстия кото­рых были направлены в противопо­ложные стороны. После наполнения водой шар подогревался. Через неко­торое время вода закипала, и шар на­чинал вращаться под реактивным дей­ствием струи пара, выходящего через трубки. Самый первый проект, кото­рый можно считать пра-прототипом газовой турбины, датируется 1791 г. Его автором был Джон Барбер. В 1863 г. во Франции появился проект аппа­рата, названного своим автором, Жа­ном Делувриером (Delouvrier; в неко­торых источниках - Charles de Louvrie), членом Академии наук в Париже, «аэронефом» (aeronave). Передвигать­ся он должен был с помощью реактив­ного «мотора», а активным агентом служил водяной пар. Следующий изобретатель реактивной турбины проис­ходил из Швеции - Патрик де Лаваль. На его идеи впоследствии опирались французы, братья Арменго (Armengaud), которые около 1900 г. построили в Париже подобную турби­ну. Первым конструктором, который смог контролировать процесс сгора­ния в камере своей турбины, а следо­вательно - и ее тягу, был немец - Ганс Хольцварт. Его устройство имело не­сколько клапанов, позволяющих регу­лировать давление внутри камеры сго­рания.

Общей чертой всех упомяну­тых конструкций была их полная не­практичность. Это были стационарные аппараты, часто просто лабораторные образцы, и говорить об их практическом применении было просто нереально.

Первые годы развития авиации также характеризовались рядом изоб­ретений, с помощью которых не слиш­ком удачно пытались решить пробле­мы реактивного привода. В 1908 г. сно­ва дали о себе знать французы, а конк­ретно конструктор по имени Караводен (Caravodine). Он построил первый пульсирующий двигатель. Через не­сколько десятков лет такими двигате­лями были оснащены падающие на Лондон летающие бомбы Фау-1 (V-1, Fieseler Fi-103). Другой француз - Марконье (Marconnet) - спустя год после своего коллеги предложил двигатель с компрессором, приводимым в дей­ствие внешним приводом. Это была идея, которую можно считать перелом­ной - основные элементы реактивного двигателя уже существовали. Однако в это время винт начинал свою успеш­ную карьеру, и оба пионера остались только в памяти историков.

Все же изобретательская мысль продолжала действовать. В 1910 г. француз румынского происхождения Анри Коанда, не тратя время на раз работку тяжелых лабораторных уст­ройств, сразу построил самолет, при­водимый в движение винтом, разме­щенным в туннельном кожухе. Он обеспечивал большую тягу, чем обыч­ный винт. Коанда продемонстрировал свой аппарат на авиасалоне в Париже в октябре 1910 г., а 10 декабря выпол­нил на нем попытку взлететь. К сожа­лению, машина разбилась, а сам кон­структор получил тяжелые ранения.

Следующий шаг вперед сдела­ли снова французы. В 1916 г. Огюст Рато (Rateau) сконструировал турбо­компрессор к авиационным двигателям, приводимый в действие энергией выхлопных газов. Его изобретение быстро вызвало интерес в США. Стэн­ли Мосс в 1918 г. получил на двигате­ле «Либерти» с компрессором мощ­ность 366 л.с. на высоте, где «нормаль­ный» мотор развивал только 230 л.с.! Пальма первенства в разработ­ке первой конструкции авиамотора, обладающего всеми элементами пол­ноценного реактивного двигателя, принадлежит опять-таки французам. В 1921 г. Максим Гийом (Guillaume) за­патентовал проект двигателя, снабжен­ного камерой сгорания, компрессором и турбиной, приводимой в движение выхлопными газами. Однако ему не удалось даже никого заинтересовать этой идеей. Поршневые моторы пока еще удовлетворяли всем требованиям, и отсутствовала потребность в риско­ванных предложениях какого-то кон­структора.

Таким образом, во втором де­сятилетии XX века во Франции были разработаны, а зачастую и запатенто­ваны решения, которые потом будут признаны новаторскими и необычай­но смелыми. Стоит также вспомнить о ракетном двигателе, как о специфичес­кой разновидности реактивного при­вода. Такие разработки проводились в то время в Германии. 11 июня 1928 г. Фриц Стамер первый раз в истории техники летел на аппарате с ракетным приводом. Планер конструкции про­фессора Александра Липпиша (Lippisch) назывался «Ente» («Утка») и был оснащен двигателем на твердом топливе конструкции инженера Зандера (Sander). Полет «Ente» трудно, соб­ственно, назвать пилотируемым в пол­ном смысле этого слова. Пилот никак не мог влиять ни на двигатель, ни на поведение самолета в воздухе. Момен­том, когда он получал контроль над машиной, был период планирующего полета - перед включением двигателя и после исчерпания запаса его топли­ва. Между ними был только стреми­тельный набор скорости. Недостатка­ми ракетного двигателя как силовой установки для самолета были короткое время работы и требующее особой за­боты топливо. Двигатель на твердом топливе давал большую тягу на малое время, причем его невозможно было регулировать, что исключало его при­менение на самолетах. В свою очередь жидкое ракетное топливо вынуждает усложнять схему двигателя и ставит высокие требования к конструкцион­ным материалам, в том числе и топлив­ных баков. В этом могли убедиться пилоты ракетных Me-163 Komet, для которых вероятность взрыва горюче­го или только его протечки (его состав­ляющие были очень агрессивными ве­ществами) представляла несравненно более реальную угрозу, чем истребите­ли союзников.

В межвоенные годы не дрема­ли и англичане. В 1930 г. Фрэнк Уиттл (Whittle) получил патент N 347206 на реактивный двигатель с компрессором и осевой турбиной, камерой сгорания и круглым соплом.

Как видно, идеи «безвинтово­го» самолетного привода не были заб­рошены. Однако господство испытан­ных и постоянно усовершенствуемых машин с поршневыми моторами было безраздельным. Реактивный двигатель рассматривался как игрушка, не име­ющая практического значения. Попыт­ку изменить такое положение дел пред­принял в середине тридцатых годов итальянец Алессандро Вольта. В пери­од с 30 сентября по 6 октября 1935 г. он даже организовал целую конферен­цию (так называемый «Конгресс Воль­та»), посвященную проблеме созда­ния... сверхзвуковых (!) самолетов. Одним из выступавших был профессор Адольф Буземанн, который предста­вил стреловидные крылья, как лучше отвечающие полету на больших скоро­стях. Едва участники конференции ус­пели разъехаться по домам, как моло­дой ученый из Геттингенского универ­ситета Ганс Иоахим Пабст фон Охайн (Ohain) 10 ноября 1935 г. запатентовал (патент N 317/38) разработанный им еще ранее реактивный двигатель. Сле­дующий год был занят его постройкой и испытаниями. Первоначально все делалось в различных случайных по­мещениях, выступавших в роли лабо­раторий. Счастье усмехнулось Охайну в апреле 1936 г., когда его пригласил к сотрудничеству и предложил все необ­ходимые средства Эрнст Хейнкель.

В марте 1937 г. группа Охайна представила опытный экземпляр дви­гателя HeS 2A с тягой 1,33 кН, который уже мог получить практическое приме­нение. Хейнкель распорядился интен­сифицировать работы и гарантировал всяческое содействие. Подобный мо­тор начала разрабатывать и фирма БМВ (BMW GmbH). Успехи Охайна привели к тому, что Хейнкель приступил к подготовке строительства опыт­ного самолета, на который можно было установить реактивный двига­тель. В это же время Хейнкель встре­тился с Вернером фон Брауном, про­водившим в Пенемюнде исследования жидкотопливных ракет. Плодом их совместной работы стал вышеупомя­нутый экспериментальный Не 112 (су­ществовало несколько таких машин; одним из них был Не 112 V3, другими прототипами из серии А-0 - V4, V7, V8). Сам Хейнкель вскоре построил ракет­ный Не 176 и первый в истории дей­ствительно летающий реактивный са­молет - одноместный Не 178, оснащен­ный двигателем HeS 3В с тягой 5,1 кн. Первый исторический полет состоял­ся в пять утра в воскресенье 27 августа 1939 г. Пилотом, который поднял са­молет с аэродрома Росток-Мариенэхе, был Эрих Варзиц.

Министерство авиации (Reichsluftfahrt Mmisterium - RLM) уже ранее начало оценивать потенциаль­ную пользу, которую могла бы прине­сти разработка боевого самолета с ре­активным двигателем. Фирма Хейнкеля находилась в привилегированном положении, обладая пальмой первен­ства в постройке таких машин. В её конструкторских бюро одновременно работали и над планером, и над двига­телем. Поэтому нет ничего удивитель­ного в том, что Не 280 опередил кон­курентов и 2 апреля 1941 г. совершил первый полет (с двигателем HeS 8A тягой 5,96 кН). Его испытания проде­монстрировали как достоинства (на­пример, большую скорость), так и до­вольно много недостатков - в частно­сти, при скорости порядка 800 км/час двойное вертикальное оперение начи­нало опасно вибрировать. Устранение таких недостатков требовало много времени и денег. Но существовала еще одна фирма, которая почти одновре­менно разрабатывала подобный само­лет - Messerschmitt AG.