Страница 4 из 34
Поэтому установка нового, более мощного двигателя на самолете сравнительно немного увеличивает скорость его полета. Чем больше скорость полета, тем труднее, с помощью поршневого авиационного двигателя добиться нового увеличения скорости. Но еще хуже обстоит дело, когда скорость полета приближается к скорости звука. Из-за потерь, связанных со сжимаемостью воздуха при скоростях полета, близких к скорости звука, сопротивление летящему самолету увеличивается уже пропорционально не квадрату, а пятой и даже шестой степени скорости полета. Это значит, что для увеличения скорости полета всего на 10% винт должен развивать тягу, увеличенную почти на 80°/о. А так как мощность двигателя, как указывалось выше, при неизменном к. п. д. винта пропорциональна произведению тяги на скорость полета, то она должна при этом возрасти примерно в 2 раза!
Кроме того, следует учесть, что при значительном увеличении скорости полета и винт также начинает работать хуже. Это объясняется тем, что при движении лопасти винта с околозвуковой скоростью появляются известные нам неприятности, связанные с сжимаемостью воздуха. В результате при той же тяге на вращение винта приходится затрачивать большую мощность — к. п. д. винта падает.
Следовательно, при увеличении скорости полета на 10% мощность двигателя должна возрасти более чем в 2 раза. При этом размеры и вес двигателя должны остаться прежними, иначе потребная тяга увеличится и весь расчет придется начинать сначала.
Понятно, почему увеличение скорости полета и приближение ее к скорости звука оказались роковым для поршневого двигателя. Пробить «звуковой барьер» (рис. 6) поршневому двигателю не под силу. Для решения этой задачи потребовался двигатель принципиально другого типа. Слава поршневого двигателя как основного двигателя авиации закатилась.
Это не значит, конечно, что поршневые двигатели стали вовсе непригодными для авиации. Они все еще находят широкое применение и будут применяться в авиации долгое время. Но их применение ограничится самолетами с малой скоростью и главным образом большой продолжительностью полета. При этих условиях поршневые авиационные двигатели сохраняют свои достоинства.
Таким образом, поршневые авиационные двигатели уже не только перестали быть единственными двигателями авиации, какими они были в течение почти полувека ее развития, но и не занимают в ней ведущего положения, они отошли на второй план. Основное внимание уделяется теперь не им, а тем новым двигателям, которые пришли им на смену.
Рис. 6. «Звуковой барьер» — непреодолимое препятствие для самолетов с поршневыми двигателями (с увеличением высоты температура воздуха понижается, поэтому скорость звука уменьшается)
Что же это за двигатели, вызвавшие техническую революцию в авиации?
Это — реактивные двигатели.
Глава вторая
Новая эра в развитии авиации
Еще четверть века назад, когда поршневой авиационный двигатель занимал в авиации монопольное положение, каш соотечественник, замечательный ученый и изобретатель, основоположник теории реактивного движения Константин Эдуардович Циолковский утверждал, что будущее в авиации принадлежит не поршневому, а реактивному двигателю. В одной из своих работ, относящихся к 1930 г., он писал: «За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных».
В те годы во многих странах к созданию реактивных самолетов относились, как к делу столь далекого будущего, что говорить об этом считалось равносильно утопическим мечтаниям. Но прошло всего одно десятилетие после пророческого заявления Циолковского, и в воздух взлетели первые реактивные самолеты. А спустя еще одно десятилетие появились тысячи реактивных самолетов, с каждым годом отвоевывая у обычных «поршневых» самолетов все новые и новые позиции.
Преимущества реактивных самолетов перед самолетами с поршневыми двигателями настолько очевидны и бесспорны, что теперь нет ни малейшего сомнения в том, что именно реактивной авиации принадлежит будущее. Сейчас можно с полным основанием говорить о том, что применение реактивных двигателей вызвало подлинную техническую революцию в авиации.
В данном случае речь идет не о каких-нибудь технических усовершенствованиях, пусть даже коренных, а именно о революционных преобразованиях. Эти преобразования имеют такое же значение для борьбы человека за покорение воздушного океана, как и само начало моторного летания, положенное историческим полетом самолета Александра Федоровича Можайского.
Вся история развития авиации до появления реактивных самолетов была историей дозвуковых скоростей полета. Скорость полета неизменно росла, но по мере приближения к скорости звука этот рост замедлялся. Перешагнуть через «звуковой барьер» самолет с поршневым двигателем оказался не в состоянии.
Но этот «звуковой барьер» был преодолен в первое же десятилетие новой эры, эры реактивной авиации. Авиация вышла на простор сверхзвуковых скоростей полета. Теперь уже скорость полета будет непрерывно и быстро возрастать.
Конечно, с развитием реактивной авиации по мере увеличения скорости полета будут меняться и типы реактивных двигателей. Будут претерпевать радикальные изменения и конструктивные формы летательных аппаратов и, может быть, сама методика осуществления полета. Нет сомнения в том, что широкое применение в авиации будущего получит атомная энергия, — это откроет новые замечательные перспективы развития авиации. Но основным двигателем авиации останется двигатель реактивный.
В настоящее время широкое применение в авиации нашли реактивные двигатели только одного типа — турбореактивные. Другие типы реактивных двигателей применяются пока еще в очень ограниченных размерах.
Как и в других областях реактивной техники, большие заслуги в области создания и развития реактивной авиации принадлежат ученым и изобретателям нашей страны. Это в полной мере относится и к турбореактивному двигателю.
Первый в мире патент на турбореактивный двигатель был взят в нашей стране инженером Н. Герасимовым в 1909 г. Еще за много лет до этого в нашей стране высказывались различные оригинальные и смелые идеи использования принципа реактивного движения в воздухоплавании и авиации. Эти идеи принадлежали И. М. Третесскому, Н. С. Соковнину, Н. И. Кибальчичу и другим энтузиастам реактивной техники, не говоря уже о классических работах К. Э. Циолковского. Но именно в патенте Н. Герасимова впервые нашли отражение основные принципы турбореактивного двигателя. По существу это было изобретением турбореактивного двигателя.
Однако еще раньше, в 1892 г., выдающийся русский инженер и изобретатель П. Д. Кузьминский предложил, а затем в 1897 г. построил и испытал первый в мире газотурбинный двигатель. Этот двигатель предназначался для использования не в авиации, а в быстроходном надводном флоте. Он был испытан на Неве, для чего изобретатель установил его на катере, предполагая впоследствии установить подобный двигатель и на самолете.
Двигатель П. Д. Кузьминского, названный им «газопарородом», не являлся реактивным двигателем. Этот двигатель вращал гребной винт катера, однако он имел те же основные части, которые имеют и современные турбореактивные двигатели, также являющиеся двигателями газотурбинными.
Двигатель П. Д. Кузьминского можно считать прототипом так называемых турбовинтовых двигателей, которые уже применяются в авиации и имеют несомненное будущее.
Первый газотурбинный двигатель, предназначенный для самолета, был разработан в 1914 г. лейтенантом флота М. Н. Никольским.
В 1924 г. советский инженер-конструктор В. И. Базаров предложил схему авиационного газотурбинного двигателя, который почти во всех основных чертах приближается к современным двигателям этого типа.
В 1930—1932 гг. проекты авиационных газотурбинных двигателей, в том числе и турбореактивного, были предложены К. Э. Циолковским, который наряду с разработкой двигателей для межпланетных кораблей работал также и над реактивными двигателями для самолетов.