К. А. Гильзин
Воздушно-реактивные двигатели
Последние полтора десятилетия ознаменованы бурным развитием реактивной техники. Идеи, которые в течение многих лет были уделом лишь одиночек-изобретателей и ученых, энтузиастов реактивной техники, стали стремительно воплощаться в жизнь. Реактивные двигатели различных типов и конструкций нашли широкое применение в авиации и артиллерии. Это дало возможность за короткое время достигнуть таких замечательных успехов, главным образом в борьбе за скорость и высоту полета, о которых раньше можно было только мечтать. Но это только начало. Впереди еще более замечательные перспективы, еще более увлекательная борьба за новые достижения.
В настоящее время один за другим отметаются различные «пределы» и «потолки» в развитии авиации и артиллерии, которые выдвигались в прошлом некоторыми учеными. Уже оставлен позади таинственный «звуковой порог», или «звуковой барьер», который еще совсем недавно волновал авиаторов. Ныне реактивные самолеты летают на недосягаемых ранее высотах. Ракеты поднимаются на высоты, измеряемые сотнями километров, залетают в самые верхние слои атмосферы, в ионосферу, достигают границ океана мирового пространства. Теперь уже решается задача создания искусственного спутника Земли, второй Луны — первого искусственного небесного тела; рассматриваются проекты посылки ракет на Луну.
Невиданные возможности открывает стремительно развивающаяся реактивная техника, и неудивительно, что к ней проявляют самый живой интерес широкие круги советских людей.
С каждым днем множится количество типов различных реактивных двигателей, находящих применение в авиации и артиллерии. Появляются новые двигатели, обладающие замечательными характеристиками. Различна судьба этих двигателей. Одни из них появляются на свет для того, чтобы лишь немного расширить область применения реактивной техники или улучшить достигнутые ею результаты; другие занимают ведущее положение, на долгие годы становясь основными, главными двигателями. Наконец, третьи сначала вовсе не находят применения. Это — двигатели будущего, двигатели еще невиданных скоростей полета, при которых они не только получат право на существование, но по своим характеристикам оставят далеко позади те двигатели, которые сегодня занимают ведущее положение в авиации.
Семья реактивных двигателей многочисленна. Но все они делятся на две группы в зависимости от того, нужен ли для работы двигателя атмосферный воздух или не нужен.
Одна группа реактивных двигателей для своей работы не нуждается в атмосферном воздухе. Двигатели, принадлежащие к этой группе, могут работать на очень больших высотах, где воздух крайне разрежен, под водой и в безвоздушном пространстве.
Такие двигатели обычно называются ракетными. К ним относятся и пороховые двигатели реактивных снарядов-мин, которыми вели огонь наши прославленные гвардейские реактивные минометы «катюши», и изобретенные К. Э. Циолковским жидкостные ракетные двигатели — двигатели сверхдальних и высотных ракет, ракетных самолетов и космических кораблей, и гидрореактивные двигатели подводных торпед.
Но в настоящей книге речь идет не о ракетных двигателях. Им посвящены другие книги[1].
Настоящая книга посвящена реактивным двигателям, которые относятся к другой группе. Это так называемые воздушно-реактивные двигатели. Они не могут работать без воздуха, вне атмосферы; для них воздух жизненно необходим, так как в нем содержится кислород, без которого в двигателе не может сгорать топливо.
Воздушно-реактивными двигателями являются турбореактивные двигатели, которые применяются на современных реактивных самолетах, и пульсирующие двигатели, применяющиеся на беспилотных самолетах-снарядах и на некоторых вертолетах, и прямоточные двигатели — двигатели сверхзвукового полета, двигатели завтрашнего дня в авиации.
О всех этих воздушно-реактивных двигателях и будет идти речь в настоящей книге. В ней будет рассказано, как закатилась слава поршневого авиационного двигателя, занимавшего монопольное положение в авиации с момента ее рождения до последних лет; как с развитием авиации был достигнут такой рубеж, когда возникла острая необходимость в новом авиационном двигателе, способном обеспечить полет со скоростями, близкими к скорости звука, а потом и перешагнуть через эту невидимую «звуковую» границу; о том, как появился такой двигатель — реактивный и как с его помощью авиация за короткое время достигла невиданных успехов, о технической революции, произведенной в авиации реактивным двигателем.
В книге будет рассказано также о том, какие интересные и сложные физические процессы происходят при работе воздушно-реактивных двигателей и как ученые и инженеры овладевают и управляют этими процессами, вписывая блестящие страницы в историю борьбы за овладение силами природы и покорение их человеком; о том, как устроены различные воздушно-реактивные двигатели, каковы их характеристики и их место в авиации настоящего и будущего; о тех замечательных перспективах, которые открываются перед реактивной авиацией будущего, и о том, как ученые и конструкторы борются сегодня за то, чтобы возможное стало действительным.
Автору хочется верить, что среди тех, кто прочтет эту небольшую книгу, может быть, впервые знакомящую их с новой, замечательной отраслью науки и техники, найдутся читатели, которые заинтересуются ею, станут читать все новые и новые книги об этой технике и, может быть, решат связать с ней свою жизнь.
Глава первая
Закат славы поршневого авиационного двигателя
Ноябрь 1935 года. Известный советский летчик Владимир Коккинаки поднимает свою стальную птицу на высоту 14 575 ж, установив этим новый мировой рекорд высоты. Безотказно работает двигатель его самолета на огромной высоте, в крайне разреженном воздухе, в условиях, в которых не пришлось еще побывать ни одному другому двигателю в мире.
Июнь 1937 года. Весь мир, затаив дыхание, следит за небывалым полетом краснозвездного самолета Валерия Чкалова через Северный полюс из Советского Союза в Америку (рис. 1). 63 часа летит самолет над неисследованными просторами ледяных полей Арктики, сквозь туман и снег, сквозь штормы и непогоду. И все это время неутомимо, как часы, работает двигатель самолета, радуя экипаж своим мощным, ровным гулом.
— Замечательный мотор! — говорит Чкалов после посадки.
Тысячи километров без посадки пролетели советские самолеты в известных дальних перелетах Чкалова, Громова, Коккинаки, Гризодубовой и других советских летчиков. Эти победы советской авиации были бы невозможны без совершенных, мощных и экономичных авиационных двигателей, созданных отечественной авиационной промышленностью.
В годы Великой Отечественной войны советская авиация покрыла себя неувядаемой славой в борьбе за свободу и независимость нашей Родины. Десятки тысяч самолетов Военно-воздушных сил нашей страны громили тогда в воздухе фашистских стервятников. На этих самолетах были установлены поршневые авиационные двигатели различных типов, построенные на советских авиационных заводах.
Неудивительно, что поршневой авиационный двигатель стяжал себе большую славу и обеспечил авиации столько замечательных побед. В результате полувекового развития этот двигатель стал высокосовершенной машиной.
Рис. 1. Маршруты дальних перелетов В. П. Чкалова
Представьте себе, что вы находитесь на зеленом ковре Тушинского аэродрома в один из традиционных дней авиации еще в предвоенный период.
Вот над вашей головой стремительно пронесся истребитель, наполнив воздух густым, могучим ревом. Мгновение — и высоко в небе вы видите только серебристую точку, которая вскоре сливается с общим голубым фоном. Там, в бездонной глубине неба, в четком строю проплывают какие-то большие самолеты. Это летят воздушные «линкоры» — тяжелые бомбардировщики. Даже большая высота не скрывает огромных размеров этих многотонных машин.
Что же это за могучая сила, которая поднимает в воздух на многокилометровую высоту воздушные корабли весом в несколько десятков тонн и делает кажущуюся такой неповоротливой на земле машину похожей на стремительную птицу, молнией пересекающую голубой купол небосвода?
Эта сила создается воздушным винтом. Он вращается с огромной скоростью, совершая каждую минуту более тысячи оборотов: его лопасти сливаются в один сверкающий диск (рис. 2).
Рис. 2. Лопасти вращающихся винтов сливаются в сплошные диски (советский тяжелый бомбардировщик в период Великой Отечественной войны в полете)
Каким же образом воздушный винт создает движущую силу, или тягу, как ее называют? Почему он способен служить «движителем», т. е. устройством, создающим движущую силу?
