Страница 89 из 93
На пути к повышению мощности самолетов есть и другое препятствие. При небольших скоростях полета винт имеет высокий коэффициент полезного действия, но при скорости полета в 800 километров в час и более эффективность винта уменьшается. Когда лопасти винта начинают рассекать воздух со скоростями, превышающими скорость звука, возникает особое «волновое сопротивление», во много раз превышающее обычное сопротивление трения лопасти о воздух. На преодоление этого сопротивления затрачивается значительная доля мощности мотора.
Для дальнейшего увеличения скорости полета поршневый мотор и винт становятся все менее пригодными. Наоборот, воздушно-реактивные двигатели, мало пригодные для полета с небольшой скоростью, с увеличением скорости полета становятся очень удобными.
При современных скоростях полета повышение давления в двигателе невелико, поэтому при истечении через сопло воздух расширяется незначительно — температура его мало понижается, и огромная тепловая энергия уносится с отходящей струей неиспользованной. Эффективность такого двигателя поэтому очень низка. Только при сверхзвуковой скорости полета, когда повышение давления внутри двигателя будет достаточно большим, он станет выгодным.
Простейший воздушно-реактивный двигатель может работать только во время полета, поэтому он не способен самостоятельно поднять самолет в воздух.
В настоящее время применяются гораздо более совершенные двигатели — турбо-реактивные.
В таком двигателе для уменьшения потерь тепловой энергии, уносимой потоком, перед камерой сгорания во внутреннем потоке ставится компрессор, повышающий давление воздуха до нескольких атмосфер. Компрессор вращается турбиной, приводимой в действие горячим воздухом, выходящим из камеры сгорания.
Турбина — самый компактный из известных сейчас двигателей. Мощность в несколько тысяч лошадиных сил может быть получена с одного диска турбины диаметром значительно меньше метра. Но проектирование ее представляет большие трудности. Необходимо сконструировать прочную турбину, способную выдержать огромные окружные скорости и высокие температуры воздуха.
Основное преимущество турбо-реактивного двигателя перед поршневым — небольшой вес и малые размеры.
Экономичность турбо-реактивного двигателя при скорости полета 900–1000 километров в час такая же, как у самолета с обычным мотором, но при дальнейшем увеличении скорости экономичность реактивного двигателя будет расти, тогда как у винта она падает. Этот двигатель, в противоположность поршневому двигателю, не требует высокосортного бензина, он работает на керосине.
Турбо-реактивный двигатель прост в управлении и обеспечивает самостоятельный взлет самолета.
Появление турбо-реактивных двигателей сразу подняло авиацию на новую ступень. Самолеты с такими двигателями уже летают со скоростями, достигающими 1000 километров в час, имея при этом продолжительность полета, измеряемую не минутами, а часами.
Турбо-реактивный двигатель представляет собой весьма совершенную машину, и создание его опиралось на последние научные достижения газовой динамики, аэродинамики и других областей механики, на высокий уровень современного машиностроения и большой размах исследовательской работы.
Реактивные двигатели и реактивную авиацию ждет бурное развитие. Советские ученые и конструкторы упорно работали и работают в этой области.
Реактивные самолеты, показанные в День авиации в 1946 году на Тушинском аэродроме, были не единственными новинками советской авиации для широкой публики.
Не меньшее внимание зрителей привлекли новые пассажирские самолеты, из которых особенное впечатление произвел геликоптер.
Геликоптер
Простая идея геликоптера возникла значительно раньше мысли о самолете. Первую попытку построить геликоптер сделал, как мы видели уже, Ломоносов. Окончательное же решение проблемы приблизил Борис Николаевич Юрьев, которому, как уже говорилось, в 1912 году была присуждена на Международной выставке в Москве золотая медаль «за прекрасную теоретическую разработку проекта геликоптера».
Живой свидетель и участник создания советской воздушной мощи, один из ближайших учеников Жуковского, доброй волей и сознанием необходимости перебрасываемый с одного ответственного участка строительства на другой, Борис Николаевич, в сущности, никогда не переставал работать над осуществлением идеи геликоптера. Работали над той же проблемой конструкторы во всех странах мира. Тем не менее лишь к концу второй мировой войны проблема геликоптера была разрешена не только теоретически, но и практически — созданием машин этого типа.
В чем же причина запоздалого развития геликоптера?
«Причин имеется несколько, — говорит Б. Н. Юрьев. — Прежде всего, долгое время конструкторы не имели разработанной теории геликоптера и в первую очередь теории воздушных винтов. Многие из них не поняли необходимости сперва решать вопрос об управлении геликоптера на всех его режимах полета, прежде чем строить опытную машину. Нужно было также решать вопрос о безопасности спуска в случае остановки мотора. Весьма важным для геликоптера является вопрос о его конструктивной схеме и рациональном выборе его основных размеров. В этом отношении геликоптер гораздо труднее, чем аэроплан: неверно выбранные параметры делают геликоптер вообще неспособным подняться в воздух. Все эти вопросы ранее недооценивались, и в результате получались машины, не могущие подняться в воздух и лишь компрометирующие идею геликоптера в глазах авиационных работников. Но важнейшей причиной, тормозившей развитие геликоптера, является технический консерватизм руководителей капиталистической авиационной промышленности. Было ясно с самого начала, что решить задачу геликоптера можно лишь путем разработки его теории и производства многих, дорогостоящих опытов. Как правило, все начинавшиеся в прошлом работы по геликоптерам не доводились до конца: или исчерпывались денежные средства капиталиста, или сами изобретатели пугались трудностей и бросали задачу. Будущий историк, несомненно, будет считать развитие геликоптера печальнейшей страницей в истории развития техники. Можно без преувеличения и с гордостью сказать, что первые реально летающие геликоптеры были созданы в Советском Союзе».
Советские опытные геликоптеры уже в 1930 году действительно летали, а не «прыгали», по выражению Б. Н. Юрьева, как за границей. Опыты эти не получили широкой огласки. Но теоретические работы по геликоптерам публиковались очень широко. До того широко, что листовка с описанием геликоптера Б. Н. Юрьева, строившегося в 1911 году Воздухоплавательным кружком, раздавалась всем желающим на Международной выставке в Москве, где демонстрировался и макет геликоптера. Все новейшие геликоптеры, производящие сейчас сенсацию в Америке и Англии, построены по однороторной схеме Б. Н. Юрьева и весьма напоминают геликоптер «ЦАГИ-ЭА-1», начавший летать в 1930 году.
Геликоптер «ЦАГИ-ЭА-1».
Успешной разработки вопроса мы добились благодаря правильному методу работы, принятому учениками Жуковского еще в студенческом Воздухоплавательном кружке, где была детально разработана теория винта и произведены опыты с моделями геликоптеров. В результате этих работ и была создана новая, однороторная схема геликоптера Юрьева, в которой были решены основные вопросы геликоптера, а именно: управляемость, сообщение поступательной скорости, безопасный спуск при внезапной остановке мотора. Характерной особенностью этой новой схемы являются: один большой винт-ротор, играющий роль несущей плоскости, малый хвостовой винт и автомат-перекос у несущего винта.
«Самым простым геликоптером был бы такой, у которого имелся бы лишь один несущий винт, — говорит по поводу своей схемы Б. Н. Юрьев. — Однако реактивный момент такого винта заставил бы гондолу такого аппарата вертеться в противоположную вращению винта сторону. Для удержания гондолы от вращения необходимо к ней приложить внешний момент, который проще всего получить с помощью тяги маленького винта, действующего на достаточном плече. Отсюда получается простейшая схема однороторного геликоптера с хвостовым винтом, служащим, помимо реактивного момента, еще рулем поворота машины. Получается весьма простая и компактная схема геликоптера.