Валерий Августинович - Битва за скорость. Великая война авиамоторов

Встает вопрос о необходимости, наряду с созданием новых дальних реактивных бомбардировщиков, теперь же начать улучшать летные качества самолета Ту-4 и нового дальнего бомбардировщика за счет установки на них турбовинтовых двигателей ВК-2 или ТВ-022, повысив в первую очередь максимальную скорость полета этих самолетов». (Ту-4 до 700 км/час и Ту-85 до 750–800 км/час) [13].

Так закончилась эра боевой винтовой авиации с поршневыми моторами. На очередном этапе «войны моторов» победу одержали турбореактивные двигатели. Попытки модернизации самолета Ту-85 путем замены поршневых моторов на турбовинтовые быстро закончились. Уникальный самолет Ту-85 так и остался в одном экземпляре. Несмотря на лучшее (в 1,5–2 раза) отношение мощности к массе мотора у газотурбинных двигателей в сравнении с поршневыми, воздушный винт ограничивал скорость полета самолета. А реактивные истребители, используя вместо тяги винта реактивную тягу струи газов, потенциально не имели такого ограничения — было ясно, что и «сверхзвук» не за горами. Повысить живучесть бомбардировщиков можно было, только выходя на большие скорости. А для этого нужно было переходить на реактивную газотурбинную технику и принципиально новые аэродинамические схемы самолетов. Немцы поняли это еще до войны.

ГЕРМАНСКИЙ ПРОРЫВ

Как же Германия опередила всех, даже США, безусловного лидера в авиационном моторостроении 1930-х гг. и разработчика передовых систем турбонаддува, в создании реактивных двигателей? Конечно, неслучайно. Хотя первые патенты на газотурбинный и прямоточный воздушно-реактивные двигатели получили французские инженеры Жиллом (Charles Guillaume) в 1923 г. и Лоран в 1913 г. (в 1933 г. французский инженер Ледюк запатентовал схему авиационного прямоточного двигателя), по традиции все еще демонстрируя уже уходящее первенство Франции в авиации, огромная реальная работа по «оседланию» начинающейся новой инновационной волны была сделана именно в Германии. Происшедшая смена поколений инженеров, стремление Германии и ее интеллектуальной элиты к возврату былой мощи, большой научный задел в аэродинамике, государственная программа поддержки авиационных инноваций как ключевого фактора победы в будущей войне, грамотно выстроенное (чрезвычайно компетентное) управление ограниченными ресурсами — все эти факторы обеспечили успех. Наконец, поражение всегда лучше учит, чем победа. Технология организации этого прорыва представляет интерес и сегодня как пример успешного проектного подхода при ограниченных ресурсах. Минимум бюрократии, максимум творчества, командная работа. Нечто подобное мы наблюдали в СССР при создании ракетных двигателей в 1960-е гг., чему автор был свидетелем, в частности, в Воронежском конструкторском бюро химавтоматики (так оно называлось по конспиративным соображениям) под руководством Косберга.

Ретроспективно кажется естественным переход от поршневого к турбореактивному двигателю. Ведь поршневые моторы четвертого поколения с турбонаддувом фактически уже были турбопоршневыми: воздух последовательно проходил через центробежный компрессор, затем через поршневую группу и далее через лопатки турбины, приводящей компрессор. Казалось, чего проще: заменить поршневую группу на турбокомпрессор с камерой сгорания — и все дела. В этом случае такты термодинамического цикла поршневой группы функционально и пространственно разделяются: сжатие «поручается» компрессору, горение — камере сгорания, а расширение и произведение работы — турбине. Но конструкторы-поршневики считали, что возможности поршневых моторов еще не исчерпаны. Можно создать еще более мощные моторы пятого поколения. И такие моторы были созданы, например 4000 л.с. мощности 28-цилиндровый мотор ОКБ Швецова АШ-2К, четырехрядная «звезда» со спирально расположенными друг относительно друга рядами цилиндров. Но эти «динозавры» оказались настолько сложны в производстве и доводке и в довершение к этому тяжелы, что всем стало ясно, что эра боевых поршневых авиамоторов закончилась.

А турбореактивными двигателями первыми начали заниматься инженеры совсем другого поколения (рождения 1910-х гг.): Охайн в Германии, Уиттл в Великобритании, Ендрассик в Венгрии, Люлька в СССР. Удивительно, что в США в 1930-е гг. эти работы не велись вообще.

Тому способствовал анализ Национальной академии наук США о бесперспективности установки газовых турбин на самолеты из-за их большого веса (?!) [68], сделанный в январе 1941 г., когда первые самолеты с реактивными двигателями были уже сделаны в «железе». И в Великобритании отсутствовала государственная поддержка развития этого направления по сходной причине: еще в 1919 г. по заказу Министерства авиации был проведен и анализ возможности применения газовых турбин в авиации. Результатом был так называемый «доклад Стерна», и котором отмечалось, что «на настоящей стадии развития турбины внутреннего сгорания не подходят для самолетов по весу и расходу топлива» [66]. Пионеры авиационного турбостроения не имели никакого отношения ни к разработке поршневых моторов, ни к официальной системе — они вышли совсем из другой среды.

Как же все начиналось в Германии? После Первой мировой войны небольшую государственную поддержку исследовательским проектам оказывало Министерство связи(!). Первый контракт на исследования пульсирующего воздушно-реактивного двигателя (ПуВРД) получил в 1931 г. инженер Пауль Шмидт. Пульсирующий двигатель тоже кажется естественным переходным звеном от поршневого мотора с горением топлива при постоянном объеме (поршневой камере) к воздушно-реактивному двигателю непрерывного процесса горения при постоянном давлении. Пульсирующий двигатель — это комбинация горения в отдельной камере сгорания при постоянном объеме (для чего необходимы в ней клапаны, рудимент поршневого мотора с его поршнем-синтезатором всех функций обеспечения цикла) и раздельных функций сжатия в компрессоре и расширения в турбине. Кстати, как мы увидим далее, эта схема двигателя (ПуВРД) имеет тенденцию к возрождению сегодня, разумеется, с новым содержанием — созданием высокоэффективного детонационного двигателя.

После прихода Гитлера к власти для эффективного управления авиапромышленностью и исследованиями в 1933 г. создается Министерство авиации во главе с Герингом. К 1935 г. сложилось полноценное управление авиационными разработками в виде отдельной структурной единицы Технического управления минавиации, имевшего пять отделов: исследований, разработок, производства, контрактов и испытаний. В 1936 г. во главе Технического управления стал Эрнст Удет, летчик, инженер, авторитет в области авиации. Было создано семь испытательных центров, старейшим и наиболее известным из которых был Е. Штелле-Рехлин под командованием майора Беренса.