Архив номеров НиТ

Сердце самолета. Часть 1

Рубрика журнала:

Номер журнала НиТ: 

Рис. 1 — Цикл Брайтона


Отечественные ГТД первого поколения

30-е годы ХХ века знаменовались необычайной динамичностью развития авиационной техники. Пятый океан — небо — последним покорился человеку, и человек, словно стремясь наверстать упущенное, бросил все силы на его освоение. В те далекие годы авиация выполняла преимущественно военные задачи, и развитие авиационной техники шло по направлению увеличения скорости, дальности и высотности полета летательных аппаратов. При этом особое значение военные придавали именно скорости, ведь обладание даже небольшим ее превосходством давало летчику возможность уцелеть в воздушном бою, успешно выполнить боевое задание.

К середине 30-х годов самолеты уверенно преодолели рубеж скорости 500 км/час. Основному заказчику — военным — казалось, что дальнейшего увеличения скорости можно легко достичь путем увеличения мощности поршневых авиационных моторов. Но этот, казалось бы, вполне логичный прогноз не нашел подтверждения у ученых.
Уже в те годы стало очевидно, что самолеты, движителями которых выступают воздушные винты, имеют строгий предел возможной скорости полета. На скоростях свыше 700 км/час наблюдалось резкое снижение эффективности винта. На больших оборотах на концах кромок лопастей образуются интенсивные турбулентные вихри, и в создании тяги принимает участие не вся лопасть, а лишь небольшой ее участок (резко падает КПД винта). Попытки компенсировать снижение КПД винта путем увеличения мощности двигателя также не дали результатов. Увеличение мощности поршневого мотора (которое, как известно, примерно пропорционально кубу скорости полета) влекло за собой недопустимое увеличение его массы и габаритов.

Стало очевидно, что дальнейший рост скорости возможен лишь при применении принципиально нового типа авиационной силовой установки. Работы по ее созданию велись одновременно в нескольких направлениях.

Наиболее консервативной была попытка создания самолета с комбинированной силовой установкой. От привычного летательного аппарата с поршневым двигателем он отличался лишь наличием дополнительной компрессорной установки. Осевой компрессор приводился во вращение двигателем через коробку приводов. За компрессором находилась камера сгорания, а за ней — реактивное сопло. Такое решение позволяло несколько повысить скорость и высотность самолета. Опытные самолеты на форсированном режиме достигали скорости 850-900 км/час. Но на номинальном или крейсерском режиме турбокомпрессор превращался в нефункциональный балласт, что приводило к снижению маневренности и продолжительности полета.

Другим направлением поисков в создании силовой установки нового типа была попытка оснастить самолет жидкотопливным реактивным двигателем (ЖРД). Работы по созданию самолета с ЖРД велись в СССР, Германии и США. Применение ЖРД существенно увеличивало не только скорость полета, но и скороподъемность машины, что всегда было особенно актуально для истребителей-перехватчиков. Существенным недостатком такого решения была малая продолжительность полета в связи с высоким расходом топлива. В ЖРД воспламенение горючего происходит за счет окислителя, который находится на борту летательного аппарата. Увеличение объемов перевозимых на борту окислителя и горючего влекло за собой недопустимое увеличение массы и габаритов самолета. Поэтому в конце концов от этой идеи отказались.

Создание газотурбинного двигателя, по сравнению с ЖРД или комбинированной силовой установкой, было наиболее трудоемким и наукоемким процессом, поэтому большинство научных организаций до последнего отказывались проводить исследования в этом направлении. Но, как показало дальнейшее развитие событий, это было единственное верное решение в поисках нового типа силовой установки.

В турбореактивном двигателе, как и в любой другой тепловой машине, реализован цикл Брайтона, известный каждому еще со школьной парты. Создание тяги в ВРД прямой реакции осуществляется за счет энергии реактивной струи, обладающей скоростью, превосходящей скорость полета летательного аппарата.