Реактивный двигатель

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.

Me 262 V5 (PC+UE), W.Nv. 262000005 с неубирающимся трехстоечным шасси.

Тот же самолет с ракетными стартовыми ускорителями Borsig RI-502, июнь 1943 г.

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.

Me 262 V7 (VI+AB) после катастрофы во время семнадцатого полета 21 февраля 1944 г. Этот прототип имеет еще фонарь пилотской кабины старого образца.

Техосмотр двигателя Jumo 004 А на прототипе Me 262 V3.

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.

Me 262 V6 (W.Nr. 130001, VI+AA) — первый экземпляр с трехстоечным шасси с передним колесом, убираемым в полете.