О.БУЛАНОВА
В годы Второй мировой войны, когда был достигнут предел совершенства прежних винтомоторных самолетов, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, начало зарождаться то, что сейчас называют турбореактивной авиацией.
С каждым годом гнаться за скоростями становилось все труднее, поскольку даже незначительный их прирост требовал сотен добавочных лошадиных сил мощности двигателя и автоматически приводил к утяжелению самолета. Увеличение мощности на 1 л.с. вело за собой увеличение массы двигательной установки в среднем на 1 кг. Простые расчеты показывали, что создать винтомоторный самолет-истребитель со скоростью около 1000 км/ч практически невозможно.
Необходимая для этого мощность двигателя в 12000 л.с. могла быть достигнута только при весе мотора порядка 6000 кг. Получалось, что дальнейший рост скорости приведет к вырождению боевых самолетов, превратит их в машины, способные носить лишь самих себя: для оружия, радиооборудования, брони и запаса горючего на борту уже не будет места.
Но даже такой ценой невозможно было получить большого прироста скорости. Более тяжелый мотор увеличивал общий вес машины, что заставляло увеличивать площадь крыла. Это вело к возрастанию его аэродинамического сопротивления, для преодоления которого необходимо было повысить мощность двигателя.
Таким образом, круг замыкался, и скорость порядка 850 км/ч оказывалась предельно возможной для самолета с поршневым двигателем. Выход из этой порочной ситуации мог быть только один: требовалось создать принципиально новую конструкцию авиадвигателя, что и было сделано, когда на смену поршневым самолетам пришли турбореактивные.
Принцип действия простого реактивного двигателя можно понять, если рассмотреть работу пожарного брандспойта. Вода под давлением подается по шлангу к брандспойту и бьет из него. Внутреннее сечение наконечника брандспойта суживается к концу, в связи с чем струя вытекающей воды имеет большую скорость, чем в шланге.
Сила обратного давления (реакции) при этом бывает настолько велика, что пожарный зачастую должен напрягать все силы, чтобы удержать брандспойт. Этот же принцип можно применить в авиационном двигателе.
Самым простым реактивным двигателем является прямоточный. Представим себе трубу с открытыми концами, установленную на движущемся самолете. Передняя часть трубы, куда поступает воздух вследствие движения самолета, имеет расширяющееся внутреннее поперечное сечение. Из-за расширения трубы скорость поступающего в нее воздуха снижается, а давление соответственно увеличивается.
Топливом обычно служит керосин, вбрызгивающийся в камеру сгорания через форсунку. Из камеры продукты сгорания, расширяясь, поступают прежде всего на лопатки газовой турбины, приводя ее во вращение, а затем в сопло, где разгоняются до очень больших скоростей.
Газовая турбина использует лишь небольшую часть энергии воздушно-газовой струи. Остальная часть газов идет на создание реактивной силы тяги, возникающей за счет истекания с большой скоростью струи продуктов сгорания из сопла. Тяга турбореактивного двигателя может форсироваться, т.е. увеличиваться на короткий период времени различными способами.
Газотурбинные двигатели, начиная с 1940 г., произвели настоящую революцию в авиатехнике, но первые разработки по их созданию появились десятью годами раньше. Отцом турбореактивного двигателя по праву считается английский изобретатель Френк Уиттл. Еще в 1928 г., будучи слушателем в авиашколе в Крэнуэлле, Уиттл предложил первый проект реактивного двигателя, оснащенного газовой турбиной.
В 1930 г. он получил на него патент. Государство в то время этим не заинтересовалось, но Уиттл получил помощь от некоторых частных фирм, и в 1937 г. по его проекту фирма «Бритиш-Томсон-Хаустон» построила первый в истории турбореактивный двигатель, получивший обозначение «U». Только после этого министерство авиации обратило внимание на изобретение Уиттла. Для дальнейшего совершенствования его двигателей была создана фирма «Пауэр», имевшая господдержку.
Тогда же идеи Уиттла оплодотворили конструкторскую мысль Германии. В 1936 г. немецкий изобретатель Ганс Охайн, в то время студент Геттингенского университета, разработал и запатентовал свой турбореактивный двигатель. Его конструкция почти ничем не отличалась от конструкции Уиттла. В 1938 г. фирма «Хейнкель», принявшая Охайна на работу, разработала под его руководством турбореактивный двигатель HeS-3B. Он был установлен на самолете He-178, и 27 августа 1939 г. был совершен первый успешный полет.
Конструкция He-178 во многом предвосхищала устройство будущих реактивных самолетов. Воздухозаборник располагался в носовой части фюзеляжа. Воздух, разветвляясь, обходил кабину летчика и попадал прямым потоком в двигатель. Горячие газы истекали через сопло в хвостовой части. Крылья у этого самолета были еще деревянные, но фюзеляж — из дюралюминия.
Двигатель, установленный позади кабины летчика, работал на бензине и развивал тягу 500 кг. Максимальная скорость самолета — 700 км/ч. В начале 1941 г. Охайн разработал более совершенный двигатель HeS-8 с тягой 600 кг. Два таких двигателя были установлены на следующем самолете He-280V.
Испытания его показали хороший результат: самолет развивал скорость до 925 км/ч. Однако серийное производство этого истребителя так и не началось из-за того, что двигатель все-таки оказался ненадежным. Всего было изготовлено 8 He-280V.
Тем временем «Бритиш-Томсон-Хаустон» выпустила двигатель W1.X, спроектированный под первый английский турбореактивный самолет «Глостер G40», совершивший свой первый полет в мае 1941 г.
Английскому первенцу было далеко до немецкого. Максимальная скорость его равнялась 480 км/ч. В 1943 г. был построен второй «Глостер» с более мощным двигателем, развивавший скорость до 500 км/ч. По своей конструкции «Глостер» удивительно напоминал «Хейнкель».
Хотя параметры G40 не только не превосходили те, что имели в то время скоростные винтомоторные самолеты, но и заметно уступали им, перспективы применения реактивных двигателей оказались настолько многообещающими, что английское министерство авиации решило приступить к серийному выпуску турбореактивных истребителей-перехватчиков. В последующие годы сразу несколько английских фирм начало производить различные модификации турбореактивного двигателя Уиттла.
Первым в истории серийным турбореактивным самолетом стал, впрочем, не английский «Глостер», а немецкий «Мессершмитт Ме-262». Всего было изготовлено около 1300 таких самолетов различных модификаций, оснащенных двигателем фирмы «Юнкерс» «Юмо-004B». Первый самолет этой серии был испытан в 1942 г. Он имел два двигателя с тягой 900 кг и скоростью 845 км/ч.
В 1943 г. появился английский серийный самолет «Глостер G41 Метеор». Оснащенный двумя двигателями «Дервент» с тягой каждого по 900 кг, «Метеор» развивал скорость до 760 км/ч и имел высоту полета до 9000 м. В дальнейшем на самолеты начали устанавливать более мощные «Дервенты» с тягой около 1600 кг, что позволило увеличить скорость до 935 км/ч. Этот самолет отлично зарекомендовал себя, поэтому производство различных модификаций G41 продолжалось вплоть до конца 40-х гг.
США в развитии реактивной авиации поначалу сильно отставали от Европы. Вплоть до Второй мировой здесь вообще не было предпринято никаких попыток создать реактивный самолет. Только в 1941 г., когда из Англии были получены образцы и чертежи двигателей Уиттла, эти работы развернулись полным ходом.
Фирма «Дженерал Электрик», взяв за основу модель Уиттла, разработала турбореактивный двигатель I-A. Он был установлен на первом американском реактивном самолете P-59A «Эркомет». Американский первенец поднялся в воздух в октябре 1942 г. Он имел два двигателя, размещавшихся под крыльями вплотную к фюзеляжу. Это была еще несовершенная конструкция.
По свидетельству американских летчиков-испытателей, P-59 был хорош в управлении, но его летные данные оставались неважными. Двигатель оказался маломощным, так что это был скорее планер, чем настоящий боевой самолет. Было построено всего 33 такие машины.
Первым серийным турбореактивным истребителем в США стал «Локхид F-80 Шутинг Стар» с двигателем «Дженерал Электрик» I-40. До конца 40-х было выпущено около 2500 этих истребителей различных моделей. Скорость их в среднем составляла около 900 км/ч. Однако на модификации XF-80B 19 июня 1947 г. впервые в истории была достигнута скорость 1000 км/ч.
В конце войны реактивные самолеты по многим параметрам еще уступали отработанным моделям винтомоторных самолетов и имели множество своих специфических недостатков. Вообще при строительстве первых турбореактивных самолетов конструкторы во всех странах столкнулись со значительными трудностями. То и дело прогорали камеры сгорания, ломались лопатки турбин и компрессоров и, отделившись от ротора, превращались в снаряды, сокрушавшие корпус двигателя, фюзеляж и крыло.
Но, несмотря на это, реактивные самолеты имели перед винтомоторными огромное преимущество: приращение скорости с увеличением мощности турбореактивного двигателя и его веса происходило гораздо стремительнее, чем у поршневого. Это решило дальнейшую судьбу скоростной авиации — она повсеместно становится реактивной.
Увеличение скорости вскоре привело к полному изменению внешнего вида самолета. На околозвуковых скоростях старая форма и профиль крыла оказались неспособными нести самолет — он начинал «клевать» носом и входил в неуправляемое пике. Результаты аэродинамических испытаний и анализ летных происшествий постепенно привели конструкторов к новому типу крыла — тонкому, стреловидному.
Впервые такая форма крыльев появилась на советских истребителях. Несмотря на то, что СССР позже западных стран приступил к созданию турбореактивных самолетов, советские конструкторы очень быстро сумели создать высококлассные боевые машины.
Первым советским реактивным истребителем, запущенным в производство, стал появившийся в конце 1945 г. Як-15. На нем был установлен турбореактивный двигатель РД-10 — копия трофейного немецкого «Юмо- 004B» с тягой 900 кг. Он развивал скорость около 830 км/ч.
В 1946 г. на вооружение Советской армии поступил МиГ-9, снабженный двумя турбореактивными двигателями «Юмо-004B», а в 1947 г. появился МиГ-15 — первый в истории боевой реактивный самолет с тягой 2200 кг., со стреловидным крылом, оснащенный двигателем фирмы «Роллс-Ройс», купленным по лицензии и модернизированным советскими конструкторами,
МиГ-15 поразительно отличался от своих предшественников и удивлял боевых летчиков необыкновенными, скошенными назад крыльями, огромным килем, увенчанным таким же стреловидным стабилизатором, и сигарообразным фюзеляжем. Самолет имел и другие новинки: катапультирующееся кресло и гидравлические усилители рулей.
Он был вооружен скорострельной пушкой и двумя пулеметами (позже — тремя пушками). Со скоростью 1100 км/ч и потолком в 15000 м, этот истребитель в течение нескольких лет оставался лучшим в мире боевым самолетом. Позже конструкция МиГ-15 оказала значительное влияние на проектирование западных истребителей.
С появлением МиГ-15 закончилось детство турбореактивной авиации и начался новый этап в ее истории. К этому времени реактивные самолеты освоили все дозвуковые скорости и вплотную приблизились к звуковому барьеру.
По материалам сайтов pandia.ru и istoriz.ru