Д. Соболев - История самолетов 1919 – 1945

В 20-е годы авиационный бензин по качеству не отличатся от автомобильного, его октановое чисто равнялось 50. Но к началу следующего десятилетия ученым удалое разработать специальные присадки на основе тетраэтилового свинца, позволяющие заметно повысить детонационную стойкость бензина. В первой половине 30-х годов в авиации стало применяться горючее с октановыми числами 73 и 87, а в 1936 г. для военной авиации в США был введен новый стандарт: бензин с октановым числом 100. Конечно, высокооктановое топливо было дороже обычного, но зато его использование давало возможность на треть повысить мощность двигателей, поднять их высотность [46].

Рис З.58 Пассажирский самолет Боинг-307

Увеличение числа оборотов двигателя и мощности на валу обусловили применение редукторов и использование трехлопастных пропеллеров вместо двухлопастных. Это дало возможность сохранить условия работы винта без увеличения его размеров и скорости вращения. В противном случае окружная скорость концов лопастей могла достичь скорости звука, возникли бы скачки уплотнения и произошло падение КПД пропеллера.

Дальнейшее развитие претерпела конструкция механизма изменения шага винта. Благодаря увеличению диапазона углов установки лопастей появилась возможность реверса тяги (винты создают отрицательную тягу) и флюгерного режима работы пропеллера (угол установки лопасти таков, что сила тяги равна нулю). Реверс тяги винтов применялся для сокращения длины пробега при посадке, а установка лопастей во флюгерное положение позволяла избежать раскрутки винта потоком и связанной с этим опасности повреждения силовой установки при остановке двигателя в полете.

Перед войной в разных странах велись опыты по применению дизелей на самолете. Потенциальные преимущества дизеля заключались в более высокой экономичности этого типа двигателя внутреннего сгорания (на 25-25 %) и возможности использования альтернативных бензину видов топлива: например, мог применяться обычный керосин. Последнее обстоятельство было особенно существенно для Германии, которая не обладала собственными запасами нефти и, как показал опыт первой мировой войны, в случае блокады имела бы серьезные проблемы с обеспечением авиации высококачественным бензином.

Большая экономичность дизеля делала этот тип двигателя особенно привлекательным для тяжелых самолетов с большой дальностью полета. Так, испытания советского авиадизеля AH-1A на бомбардировщике ТБ-3, проходившие в начале 1937 г показали увеличение дальности на 18 % по сравнению со стандартным ТБ-3 с моторами М-34РН [7, с. 100]. Немцы в период "испанской войны" применяли дизель-моторы ЮМО-204 и ЮМО-205 на бомбардировщиках Юнкере Ju-86 и Дорнье Do-18K. В СССР в конце 30-х годов под руководством А. Д. Чаромскогобыл спроектирован авиадизель АЧ-30 взлетной мощностью 1500 л.с.; в годы второй мировом войны его устанавливали на дальних бомбардировщиках Пе-8 и Ер-2.

Но в целом, несмотря на сообщения о многочисленных достоинствах дизелей, они не получили широкою применения в авиации. Основным недостатком этого типа двигателя был его большой вес по сравнению с обычным бензиновым ДВС. Из-за большой степени сжатия и резкого (ударного) нарастания давления газов в цилиндре при вспышке, характерного для дизеля, его детали должны были иметь большую толщину. В результате удельный вес немецкого авиадизеля ЮМО-205 образца 1937 г. составлял 1,04 – в полтора раза больше, чем у бензинового ЮМО-211С, того же года выпуска [7, с. 90, 102].

В самом конце 30-х годов появились первые опытные образцы принципиально нового типа авиационной силовой установки – воздушно-реактивного двигателя (ВРД). Преимущества такого двигателя заключались в простоте конструкции (нет пропеллера, отсутствует поршневая группа и т.д.) и в том, что развиваемая им сила тяги не уменьшается с ростом скорости и значительно меньше зависит от высоты полета.

Теория ВРД была разработана в 20-е гады. Тогда же появились первые проекты реактивного двигателя с газовой турбиной (В. Базаровидр.)[47]. Однако практическому воплощению идеи препятствовала недостаточная термостойкость конструкци- онных материалов: металлические лопатки турбины не могли выдержать температуру около тысячи градусов за камерой сгорания. К тому же, скорости самолетов были невелики, и применение ВРД не представляло особого смысла – его КПД был бы слишком мал(25*).

Технические возможности создания авиационного турбореактивного двигателя (ТРД) возникли в 30-е годы. Практика применения паровых и газовых турбин и турбокомпрессоров для высотных двигателей позволила отработать методы проектирования конструкции лопаток и создать для них термостойкие материалы. Тогда же начал формироваться и социальный заказ на такие двигатели. В обстановке стремительной гонки вооружений перед началом второй мировой войны требовалось быстрое развитие летных характеристик самолетов, но потенциальные возможности винтомоторного самолета во многом были уже исчерпаны и прирост скорости и высоты давался с большим трудом. Что касается опытов по применению твердотопливных ракетных установок на летательных аппаратах, то они не оправдали возлагаемых надежд из-за кратковременности реактивного действия. Только воздушно-реактивный двигатель мог обеспечить высокую тягу в течение продолжительного времени.

Сказанное отнюдь не означает, что повсюду была сделана ставка на развитие реактивной авиации. Напротив, многие специалисты скептически относились к новой идее, считая ее технически неосуществимой или не понимая потенциальных возможностей реактивных двигателей. Так, например, когда английский изобретатель Ф. Уиттл в первый раз обратился к министру авиации Великобритании с предложением о создании турбореактивного двигателя, то получил отказ на том основании, что ".„газовая турбина представляет стишком большие практические трудности" [47, с. 72].

Перед войной практические работы по реактивным двигателям пелись Германии, Англии и СССР, причем сравнительно широкий размах они получили только в Германии. Над созданием ТРД там с 1936 г. работали 4 моторостроительные фирмы: Хейнкель, Юнкере, БМВ и Даймлер-Бенц; проводились также работы по авиационным реактивным двигателям на жидком топливе (ЖРД). В Англии программу создания авиационного турбореактивного двигателя возглавил Ф. Уиттл, действовавший сначала как изобретатель-одиночка, поддерживаемый небольшой частной фирмой и только в 1939 г. получивший помощь со стороны государства. В Советском Союзе над проектами ТРД начали работать в 1937 г., а через три года в специальном конструкторском бюро, имевшем большой опыт в строительстве авиационных паровых турбин, приступили к созданию экспериментального двигателя РД-1 по схеме конструктора А. М. Люлька. Однако война прервала эти работы.

Заслуга в создании первых реактивных самолетов принадлежит Германии. Этим страна во многом обязана поддержке приверженцев нового типа двигателя известным авиаконструктором Э. Хейнкелем. По словам Хейнкеля [8, с. 169-170], все началось с его встречи в 1935 г. с Вернером фон Брауном, работавшим тогда под руководством профессора Г. Оберта над созданием ракет с ЖРД. Хейнкель решил предоставить в распоряжение фон Брауна одноместный самолет Не-112 для проверки потенциальных возможностей применения Ж РД в авиации. Двигатель установили в хвостовой части фюзеляжа, дополнив этим обычный поршневой бензиновый двигатель. Испытывал машину военный летчик Э. Варзиц. В 1937 г. самолет был опробован в полетах. Взлет происходил как обычно, с помощью поршневого двигателя, а ЖРД включали уже на высоте, на короткое время; прирост скорости при этом составлял около 100 км/ч. Но однажды Варзиц решился взлететь только на ракетном двигателе. Самолет круто набрал высоту, совершил полкруга над аэродромом и приземлился. Принципиальная возможность полета с ЖРД была доказана.

Тем временем инженер Вальтер из Кельна создал новый, более совершенный тип ЖРД – HWK R-1. Он мог развивать тягу 500 кг в течение 60 секунд (ЖРД конструкции Брауна мог работать только 30 секунд и был значительно более сложен в эксплуатации). Для испытания этого двигателя был построен экспериментальный самолет Не-176. Размеры машины, спроектированной конструктором фирмы Хейнкель Г. Регнером, были предельно малыми: размах крыла и длина аппарата составляли всего по 5 м. На этот раз на самолете не предусматривалось ни пропеллера, ни поршневого двигателя. Пилот (Э. Варзиц) располагался в передней застекленной части фюзеляжа в полулежачем положении (рис. 3.59).

Первый полет Не-176 состоялся 20 июня 1939 г. и продолжался 50 секунд. В июле было выполнено еще несколько полетов. Необычную машину приезжал посмотреть сам Гитлер. Но интерес к самолету быстро прошел. Из-за неэкономичности ЖРД горючего хватало только на очень короткое время, и как боевая машина Не-176 не представлял большого значения.