МОТОР

РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Казалось бы, в лице бензинового мотора авиация полу-

Чила могучее и надёжное «сердце», которое в состоя­нии обеспечить большие скорости самолётов.

Однако действительность говорит иное.

На очень больших скоростях, порядка 800—900 кило­метров в час, которые уже достигнуты современными

Самолётами, воздушный винт — движущий орган маши­ны — перестаёт надёжно тянуть самолёт. Какую бы боль­шую мощность мы ни подводили от мотора к винту, он на больших скоростях всё равно не потянет самолёт быстрее. Воздушный винт и обычный поршневой бензиновый мотор не в состоянии обеспечить самолёту очень больших скоростей.

На помощь авиации приходит совершенно новый дви­гатель — реактивный.

У нас, в России, были впервые разработаны основные типы реактивных двигателей и произведены теоретиче­ские исследования их работы и полёта в пределах и за пределами атмосферы.

Впервые наиболее чётко о возможности применения реактивного двигателя в авиации сказал в 1881 году в своём завещании приговорённый к смертной казни за изготовление бомбы, убившей Александра II, революцио­нер-народник Николай Иванович Кибальчич.

Заключённый в каземат Петропавловской крепости, за несколько дней до своей смерти Кибальчич составил «Проект воздухоплавательного прибора»—первый проект реактивного летательного аппарата. «Находясь в заклю­чении,— писал он,— за несколько дней до своей смерти, я пишу этот проект. Я верю в осуществимость моей идеи, и Эта вера поддерживает меня в моём ужасном положении».

Не желая унести в могилу тайну своего замечательного изобретения, революционер просил устроить ему перед смертью свидание с кем-либо из учёных, чтобы передать свой проект потомкам. В свидании Кибальчичу отказали.

После Великой Октябрьской революции этот замеча­тельный проект ракетоплана, который мог перемещаться в воздухе и в безвоздушном пространстве, был найден среди особо секретных дел царской охранки.

Но ещё до того, как был извлечён из архивов охранки проект Кибальчича, с идеей реактивного полёта выступил великий русский учёный Константин Эдуардович Циол­ковский.

В 1903 году в журнале «Научное обозрение» появи­лась его статья «Исследование мировых пространств ре­активными приборами». В этой работе Циолковский по­шёл значительно дальше Кибальчича; он дал не только строго научное обоснование возможности использования
реактивного двигателя для полётов, но и разработал первые конструкции ракетопланов.

Непрерывно совершенствуя свои изыскания, углубляя их, великий «фантаст и мечтатель», к<ак его называли в те дни, занимался вполне реальным делом.

Увлечённый мыслью о межпланетных полётах, Циол­ковский сорок пять лет назад создал проект жидко­стного реактивного двигателя, который по принципу своему явился предшественником современных жидко­стных реактивных двигателей самолётов и реактивных снарядов.

В те годы, когда воздухоплавание только ещё утверж­далось, Циолковский уже говорил: «За эрой аэропланов винтовых должна следовать эра аэропланов реактивных или аэропланов стра­тосферы».

Что же представ­ляет собой реактив­ный двигатель? Как он работает?

С давних пор пе­редвижение по зем­ле в нашем сознании

Прочно связано с вращающимся коле­сом. Вращение — ос­нова современной техники. И когда мы говорим о двигате­ле — будь то паро­вой, внутреннего сго­рания или электри­ческий,— мы знаем, что его работа за­ключается во враще­нии; мотор вращает колёса автомашины, винт корабля, винт самолёта, кото­рые сообщают в конечном итоге поступательное движение тому или иному виду транспорта.

Реактивный двигатель не имеет ни колёс, ни винтов; он создаёт тягу, как бы отталкиваясь от газов, которые в нём самом образуются.

Основное преимущество реактивной техники — про­стота. Взгляните на современный бензиновый авиамотор в разрезе. Какое обилие механизмов, колёс, поршней и многих других частей упрятано в этот двигатель. Реактив­ный же двигатель очень прост. Имея ту же мощность, реактивный двигатель в три-четыре раза легче поршне­вого авиамотора. Кроме того, он имеет малый размер, а это позволяет придать самолёту обтекаемую форму, необходимую для уменьшения сопротивления воздуха в

Полёте. По управлению своему и по обслуживанию новый тип двигателя также проще обычных авиамоторов.

Как же работает такой двигатель?

В начале книги мы приводили сравнение между пушкой и двигателем внутреннего сгорания. Посмотрим внимательно ещё раз, как стреляет пушка. Мы поджигаем порох. Он взрывается. Снаряд вылетает из ствола-ци­линдра под давлением газов. Но в это же мгновение сама пушка под давлением тех же газов откатывается в проти­воположную сторону (рис. 22). Почему это происходит? Газы, образующиеся при выстреле в стволе пушки, да­вят во все стороны одинаково. При этом давление газов о днище ствола пушки не уравновешивается противопо­ложным давлением со стороны ядра, так как ядро выле­тело и никакой жёсткой стенки для газов уже нет. Это давление газов о днище ствола и откатывает пушку назад. Если из пушки продолжать стрелять непрерывно и не закреплять её, она будет непрерывно катиться под дей­ствием силы отдачи или, как её называют, реактивной силы в сторону, обратную направлению выстрела. На этом и основана работа реактивного двигателя. Для по­лучения реактивной тяги в таком двигателе необходимо, чтобы из него вытекала непрерывная струя газов в сто­рону, противоположную движению самого двигателя.

Тяга реактивного мотора тем больше, чем больше га­зов выходит из двигателя и чем больше скорость их исте­чения.

Но как заставить выходить из двигателя постоянный мощный поток газов?

Каждый, наверное, видел обыкновенную паяльную лампу. В горелку этой лампы поступают бензиновые пары. Они смешиваются с воздухом и сгорают. Голубой язык пламени с рёвом вырывается из горелки, вытягиваясь далеко вперёд. Кажется, что вся лампа содрогается от раскалённого потока вылетающих газов.

Паяльная лампа и напоминает современный реактив­ный двигатель. Поток значительной массы газов может быть получен за счёт сгорания большой массы топлива. В технике для этой цели могут служить керосин, бензин, бензол, спирт и т. д. Чем больше тепла они дают при сгорании, тем больше скорость истечения образующихся газов и тем сильнее тяга двигателя.

Для горения необходим кислород. Он применяется либо в виде окислителей, например азотной кислоты, пере­киси водорода, либо в чистом виде: в виде жидкого кисло­рода или кислорода из воздуха.

В зависимости от того, в каком виде используется в двигателе кислород, они разделяются на жидкостные и воздушные.

Жидкостный реактивный двигатель (или кратко ЖРД) прост по конструкции и не отличается от двигателя, предложенного и разработанного Циолков­ским (рис. 23). Он состоит из камеры сгорания, в которую из специальных баков вводятся горючее и окислитель. Так как в камере сгорания развивается давление до 20 атмосфер, горючее накачивается в камеру насосами.

Современный ЖРД при сжигании одного килограмма топлива в секунду даёт толкающее усилие, равное при­мерно 200 килограммам.

Ввиду большого расхода горючего действие этого дви­гателя на самолётах пока ещё непродолжительно, практи­чески не превышает 10—15 минут. Зато мощность ЖРД не ограничена и не зависит от высоты полёта самолёта, а лишь от того, сколько топлива сгорает в данный момент.

ЖРД применяется в авиации как двигатель для раз­гона тяжело нагружённых самолётов при взлёте, а также в скоростных истребителях-перехватчиках и ракетных снарядах.

ЖРД — это пока единственный двигатель, который может практически работать в безвоздушном простран-

НапраВление .... дВиз/сения-

Стве. Лишь упомянутый недостаток его — большой расход топлива — задерживает широкое использование этого двигателя в авиации.

Как же увеличить продолжительность работы реактив­ного двигателя?

Попробуем отказаться возить с собой окислитель в виде жидкого кислорода, азотной кислоты и т. д., а б уд ей забирать его прямо из воздуха. Самолёты с воздуш­но-реактивными двигателями (ВРД) берут с собой только горючее, кислород же засасывается с воз­духом. Воздушно-реактивные двигатели для обычных скоростей современных самолётов экономичнее жидкост­ных примерно в 10 раз.

В настоящее время существует несколько систем ВРД.

Посмотрим, как работает пульсирующий воздушно - реактивный двигатель (ПуВРД). Он представляет собой цилиндрическую трубу с установленными внутри неё клапанными решётками и форсунками (рис. 24). Через переднее отверстие в двигателе сквозь открытые решётки клапанов воздух попадает в камеру сгорания. В это же мгновение туда с помощью форсунок впрыскивается горючее и поджигается. Клапанные решётки сами захло­пываются от внутреннего давления газов. Теперь двига-

Тель напоминает ствол пушки, закрытый с одного конца. Газы вырываются из заднего отверстия, как из ствола, создавая реактивную тягу. В следующий момент новая

Порция воздуха врывается сквозь клапанные решётки, снова впрыскивается горючее и опять происходит взрыв.

Двигатель работает отдельными толчками, создавая тягу самолёту.

Но можно построить ВРД и без решёток — это так называемый прямоточный воздушно-реактив - ный двигатель (ПВРД). Он имеет цилиндрический корпус (рис. 25). Переднее отверстие в корпусе несколько меньше заднего, откуда выходят реактивные газы. При большой скорости самолёта сквозь переднее отверстие
врывается воздух, который служит окислителем для горю­чего, поступающего из форсунки. Газы, образующиеся от сгорания горючего в сильной воздушной струе, проходящей через двигатель, нагревают этот воздух, и он от этого стремится расшириться и с огромной си­лой вырывается через заднее отверстие двигателя. По­этому грубо можно сказать, что тяга этого двигателя получается как бы только за счёт «разгона воздуха», который входит в двигатель и покидает его в сильно разогретом состоянии.

Форсунка

Однако при всей своей простоте прямоточный двига­тель будет выгоден только на очень больших скоростях самолёта (2—3 тысячи километров в час), когда воздух будет врываться в переднее отверстие двигателя с огром­ным давлением.

Эти скорости пока ещё не достигнуты самолётом.

Л нельзя ли искусственно увеличить давление входя­щего в двигатель воздуха? Можно.

Техника реактивных самолётов остановилась в настоя­щее время на так называемом турбокомпрессор - ном воздушн о-р еактивном двигателе (ТКВРД). Это сейчас основной двигатель в реактивной авиации (рис. 26). В нём нагнетание воздуха в двигатель производит компрессор — воздушный насос. Вращается

Компрессор от газовой турбины, которая установлена в струе реактивных газов и действие которой мы уже разобрали. ТКВРД может развить достаточную тя­гу при взлёте самолёта, а также на малых скоростях полёта.

Для того чтобы уяснить себе работу наиболее распро­странённого турбокомпрессорного реактивного двигателя, рассмотрим подробнее процессы, которые в нём проте­кают, и попытаемся сравнить их с уже известными нам четырьмя тактами двигателя внутреннего сгорания.

В ТКВРД можно проследить следующие четыре про­цесса: всасывание атмосферного воздуха, сжатие его тур­бокомпрессором, впрыскивание горючего, горение и, на­конец, реактивный выхлоп.

Сравнивая этот двигатель с обычным четырёхтактным двигателем внутреннего сгорания, мы найдём много об­щего. В каждом цилиндре поршневого двигателя по оче­реди повторяются такты: всасывание, сжатие, горение и выхлоп.

В турбокомпрессорном реактивном двигателе также происходит некоторое подобие этих процессов. Однако это осуществляется одновременно и непрерывно, но в раз­ных зонах двигателя.

Таким образом, если четыре такта в цилиндре поршне­вого двигателя чередуются во времени, то в реактив­ном двигателе четыре такта как бы чередуются в про­странстве— по отдельным зонам двигателя. Правда, и роль этих процессов здесь несколько отлична.

Сложность турбокомпрессорного двигателя в сравне­нии с другими реактивными двигателями окупается его совершенными качествами: двигатель даёт большую тягу и хорошо работает на всех скоростях самолёта. Изменяя подачу горючего, можно управлять мощностью этого двигателя.

Каждый из рассмотренных нами типов реактивных двигателей находит, или найдёт в ближайшем будущем, своё применение в авиации: ТКВРД — уже применяется для скоростей, достигающих скорость звука (1 200 км в час), ПВРД — для скоростей в 2—3 раза выше скорости звука и ЖРД — для полёта к стратосфере.

И сейчас, когда первые эскадрильи реактивных само­лётов (рис. 27) уже летают в воздушном океане, когда на

49

Сверхвысоких скоростях полёта поршневой мотор уже уступил своё место реактивному двигателю, хочется ещё раз вспомнить слова Циолковского, сказанные в 1933 году:

«Сорок лет я работал над реактивными двигателями и думал, что прогулка на Марс начнётся лишь через много сотен лет. Но сроки меняются. Я верю, что многие из вас будут свидетелями заатмосферного путешествия».

Только Советская власть дала учёному веру в реаль­ность своих идей, дала ему веру в силы человече­ского творчества. Только Советская власть по-настоя­щему оценила всю глубину и значимость его трудов и стремлений.

Циолковский видел ту силу, которая способна двигать вперёд развитие человечества. В своём письме товарищу Сталину он писал в 1935 году, в год своей смерти:

«Всю свою жизнь я мечтал своими трудами хоть не­много продвинуть человечество вперёд. До революции моя мечта не могла осуществиться. Лишь Октябрь принёс признание трудам самоучки: лишь Советская

Власть и партия Ленина — Сталина оказали мне дей­ственную помощь. Я почувствовал любовь народных масс, и это давало мне силы продолжать работу уже будучи больным...

Все свои труды по авиации, ракетоплаванию и меж­планетным сообщениям передаю партии большевиков и

Советской власти — подлинным руководителям прогресса человеческой культуры. Уверен, что они успешно закончат эти труды».

И если раньше казённая царская наука, окружив не­проходимой стеной молчания дерзновенные проекты ве­ликого учёного, пыталась представить его «калужским чудаком и мечтателем», то освобождённый русский народ понял и воспринял замыслы Циолковского. Знаменитым деятелем науки назвал Циолковского товарищ Сталин.

Наступил день, когда реактивные самолёты поднялись в небо.

И недалеко время, когда первые космические корабли, оснащённые реактивными двигателями, устремятся за пределы земной атмосферы на исследование мировых пространств.