Краткая история развития

Краткая история развития

В самом ночале 30-х годов в СССР развернулись работы, связанные с созданием реактивного двигателя для летательных аппаратов. Советский инженер Ф. А. Цандер еще в 1920 году высказал идею высотного ракетного самолета. Его двигатель «ОР-2», работавший на бензине и жидком кислороде, предназначался для установки на опытный самолет.

В Германии при участии инженеров Валье, Зенгера, Опеля и Штаммера начиная с 1926 года систематически производились эксперименты с пороховыми ракетами, устанавливавшимися на автомобиль, велосипед, дрезину и, наконец, на самолет. В 1928 году были получены первые практические результаты: ракетный автомобиль показал скорость около 100 км/час, а дрезина — до 300 км/час. В июне того же года был осуществлен первый полет самолета с пороховым реактивным двигателем. На высоте 30 м. Этот самолет пролетел 1,5 км., продержавшись в воздухе всего одну минуту. Спустя немногим более года полет был повторен, причем была достигнута скорость полета 150 км/час.

К концу 30-х годов нашего века в разных странах велись исследовательские, конструкторские и экспериментальные работы по созданию самолетов с реактивными двигателями.

В 1939 году в СССР состоялись летные испытания прямоточных воздушно-реактивных двигателей (ПВРД) на самолете «И-15» конструкции Н. Н. Поликарпова. ПВРД конструкции И. А. Меркулова были установлены на нижних плоскостях самолета в качестве дополнительных моторов. Первые полеты проводил опытный летчик-испытатель П. Е. Логинов. На заданной высоте он разгонял машину до максимальной скорости и включал реактивные двигатели. Тяга дополнительных ПВРД увеличивала максимальную скорость полета. В 1939 году были отработаны надежный запуск двигателя в полете и устойчивость процесса горения. В полете летчик мог неоднократно включать и выключать двигатель и регулировать его тягу. 25 января 1940 года после заводской отработки двигателей и проверки их безопасности во многих полетах состоялось официальное испытание — полет самолета с ПВРД. Стартовав с Центрального аэродрома имени Фрунзе в Москве, летчик Логинов включил на небольшой высоте реактивные двигатели и сделал несколько кругов над районом аэродрома.

Эти полеты летчика Логинова в 1939 и 1940 годах были первыми полетами на самолете со вспомогательными ПВРД. Вслед за ним в испытании этого двигателя приняли участие летчики-испытатели Н. А. Сопоцко, А. В. Давыдов и А. И. Жуков. Летом 1940 года эти двигатели были установлены и испытаны на истребителе И-153 «Чайка» конструкции Н. Н. Поликарпова. Они увеличивали скорость самолета на 40−50 км/час.

Однако при скоростях полета, которые могли развивать винтовые самолеты, дополнительные бескомпрессорные ВРД расходовали очень много горючего. Есть у ПВРД еще один важный недостаток: такой двигатель не дает тяги на месте и не может, следовательно, обеспечить самостоятельный взлет самолета. Это означает, что самолет с подобным двигателем должен быть обязательно снабжен какой-либо вспомогательной стартовой силовой установкой, например винтомоторной, иначе ему не подняться в воздух.

В конце 30-х — начале 40-х годов нашего столетия разрабатывались и испытывались первые самолеты с реактивными двигателями других типов.

Один из первых полетов человека на самолете с жидкостным реактивным двигателем (ЖРД) был также совершен в СССР. Советский летчик В. П. Федоров в феврале 1940 года испытал в воздухе ЖРД отечественной конструкции. Летным испытаниям предшествовала большая подготовительная работа. Спроектированный инженером Л. С. Душкиным ЖРД с регулируемой тягой прошел всесторонние заводские испытания на стенде. Затем его установили на планер конструкции С. П. Королева. После того, как двигатель успешно прошел наземные испытания на планере, приступили к летным испытаниям. Реактивный самолет отбуксировали обычным винтовым самолетом на высоту 2 км. На этой высоте летчик Федоров отцепил трос и, отлетев на некоторое расстояние от самолета-буксировщика, включил ЖРД. Двигатель устойчиво работал до полного израсходования топлива. По окончании моторного полета летчик благополучно спланировал и приземлился на аэродроме.

Эти летные испытания явились важной ступенью на пути создания скоростного реактивного самолета.

Вскоре советский конструктор В. Ф. Болховитинов спроектировал самолет, на котором в качестве силовой установки был использован ЖРД Л. С. Душкина. Несмотря на трудности военного времени, уже в декабре 1941 года двигатель был построен. Параллельно создавался и самолет. Проектирование и постройка этого первого в мире истребителя с ЖРД были завершены в рекордно короткий срок: всего за 40 дней. Одновременно шла подготовка и к летным испытаниям. Проведение первых испытаний в воздухе новой машины, получившей марку «БИ», было возложено на летчика-испытателя капитана Г. Я. Бахчиванджи.

15 мая 1942 года состоялся первый полет боевого самолета с ЖРД. Это был небольшой остроносый самолет-моноплан с убирающимся в полете шасси и хвостовым колесом. В носовом отсеке фюзеляжа помещались две пушки калибром 20 мм, боезапас к ним и радиоаппаратура. Далее были расположены кабина пилота, закрытая фонарем, и топливные баки. В хвостовой части находился двигатель. Полетные испытания прошли успешно.

В годы Великой Отечественной войны советские авиаконструкторы работали и над другими типами истребителей с ЖРД. Конструкторский коллектив, руководимый Н. Н. Поликарповым, создал боевой самолет «Малютка». Другой коллектив конструкторов во главе с М. К. Тихонравовым разработал реактивный истребитель марки «302».

Работы по созданию боевых реактивных самолетов широко проводились и за рубежом.

В июне 1942 года состоялся первый полет немецкого реактивного истребителя-перехватчика «Ме-163» конструкции Мессершмитта (рис.6). Только девятый вариант этого самолета был запущен в серийное производство в 1944 году.

Впервые этот самолет с ЖРД был применен в боевой обстановке в середине 1944 года при вторжении союзни-ческих войск во Францию. Он предназначался для борьбы с бомбардировщиками и истре-бителями противника над немецкой территорией. Само-лет представлял собой моноплан без горизонталь-ного хвостового оперения, что оказалось возможным благодаря большой стрело-видности крыла.

Фюзеляжу была придана обтекаемая форма. Наружные поверхности самолета были очень гладкие. В носовом отсеке фюзеляжа размещалась ветрянка для привода генератора электросистемы самолета. В хвостовой части фюзеляжа устанавливался двигатель — ЖРД с тягой до 15 кН. Между корпусом двигателя и обшивкой машины имелась огнеупорная прокладка. Баки с горючим были размещены в крыльях, а с окислителями — внутри фюзеляжа. Обычного шасси на самолете не было. Взлет происходил с помощью специальной стартовой тележки и хвостового колеса. Сразу же после взлета эта тележка сбрасывалась, а хвостовое колесо убиралось внутрь фюзеляжа. Управление самолетом производилось посредством руля поворота, установленного, как обычно, за килем, и размещенных в плоскости крыла рулей высоты, которые одновременно являлись и элеронами. Посадка производилась на стальную посадочную лыжу длиной около 1,8 метра с полозом шириной 16 сантиметров. Обычно самолет взлетал, используя тягу установленного на нем двигателя. Однако по замыслу конструктора была предусмотрена возможность использования подвесных стартовых ракет, которые сбрасывались после взлета, а также возможность буксировки другим самолетом до нужной высоты. При работе ЖРД в режиме полной тяги самолет мог набирать высоту почти по вертикали. Размах крыльев самолета составлял 9,3 метра, его длина — около 6 метров. Полетный вес при взлете был равен 4,1 тонны, при посадке — 2,1 тонны; следовательно, за все время моторного полета самолет становился почти вдвое легче — расходовал примерно 2 тонны топлива. Длина разбега была более 900 метров, скороподъемность — до 150 метров в секунду. Высоту в 6 километров самолет достигал через 2,5 минуты после взлета. Потолок машины был 13,2 километра. При непрерывной работе ЖРД полет продолжался до 8 минут. Обычно по достижении боевой высоты двигатель работал не непрерывно, а периодически, причем самолет то планировал, то разгонялся. В результате общая продолжительность полета могла быть доведена до 25 минут и даже более. Для такого режима работы характерны значительные ускорения: при включении ЖРД на скорости 240 километров в час самолет достигал скорости 800 километров в час спустя 20 секунд (за это время он пролетал 5,6 километров со средним ускорением 8 метров в секунду квадрат). У земли этот самолет развивал максимальную скорость 825 километров в час, а в интервале высот 4−12 километров его максимальная скорость возрастала до 900 километров в час.

В тот же период в ряде стран велись интенсивные работы по созданию воздушно-реактивных двигателей (ВРД) различных типов и конструкций. В Советском Союзе, как уже говорилось, испытывался прямоточный ВРД, установленный на самолете-истребителе.

В Италии в августе 1940 года был совершен первый 10-минутный полет реактивного самолета-моноплана «Кампини-Капрони СС-2» (рис.7). На этом самолете был установлен так называемый мотокомпрессорный ВРД (этот тип ВРД не рассматривался в обзоре реактивных двигате-лей, так как он оказался невыгодным и распространения не получил). Воздух входил через специальное отверстие в передней части фюзеляжа в трубу переменного сечения, где поджимался компрессором, который получал вращение от расположенного позади звез-дообразного поршневого авиа-мотора мощностью 440 лошади-ных сил.

Затем поток сжатого воздуха омывал этот поршневой мотор воздушного охлаждения и несколько нагревался. Перед поступлением в камеру сгорания воздух смешивался с выхлопными газами от этого мотора. В камере сгорания, куда впрыскивалось топливо, в результате его сжигания температура воздуха повышалась еще больше.

Газовоздушная смесь, вытекавшая из сопла в хвост-овой части фюзеляжа, созда-вала реактивную тягу этой силовой установки. Площадь выходного сечения реактивно-го сопла регулировалась пос-редством конуса, могущего перемещаться вдоль оси сопла. Кабина пилота распо-лагалась вверху фюзеляжа над трубой для потока воздуха, проходящей через весь фюзе-ляж. В ноябре 1941 года на этом самолете был совершен перелет из Милана в Рим (с промежуточной посадкой в Пизе для заправки горючим), длившийся 2,5 часа, причем средняя скорость полета составила 210 километров в час.

Как видим, реактивный самолет с двигателем, выполненным по такой схеме, оказался неудачным: он был лишен главного качества реактивного самолета — способности развивать большие скорости. К тому же расход горючего у него был весьма велик.

В мае 1941 года в Англии состоялся первый испытательный полет экспериментального самолета Глостер «Е-28/39» с ТРД с центробежным компрессором конструкции Уиттла (рис.8).

При 17 тысячах оборо-тов в минуту этот двигатель развивал тягу около 3800 ньютонов. Экспериментальный самолет представлял собой одноместный истребитель с одним ТРД, расположенным в фюзеляже позади кабины пило-та. Самолет имел убирающееся в полете трехколесное шасси.

Полтора года спустя, в октябре 1942 года, было проведено первое летное испытание американского реактивного самолета-истребителя «Эркомет» Р-59А с двумя ТРД конструкции Уиттла (рис.9). Это был моноплан со среднерасположенным крылом и с высокоустановленным хвостовым оперением.

Носовая часть фюзеляжа была сильно вынесена вперед. Самолет был оснащен трехко-лесным шасси; полетный вес машины составлял почти 5 тонн, потолок — 12 километ-ров. При летных испытаниях была достигнута скорость 800 километров в час.

Среди других самолетов с ТРД этого периода следует отметить истребитель Глостер «Метеор», первый полет которого состоялся в 1943 году. Этот одноместный цельнометаллический моноплан оказался одним из наиболее удачных реактивных самолетов-истребителей того периода. Два ТРД были установлены на низкорасположенном свободнонесущем крыле. Серийный боевой самолет развивал скорость 810 километров в час. Продолжительность полета составляла около 1,5 часов, потолок — 12 километров. Самолет имел 4 автоматические пушки калибра 20 миллиметров. Машина обладала хорошей маневренностью и управляемостью на всех скоростях.

Этот самолет был первым реактивным истребителем, применявшемся в боевых воздушных операциях союзной авиации в борьбе против немецких самолетов-снарядов «V-1» в 1944 году. В ноябре 1941 года на специальном рекордном варианте этой машины был установлен мировой рекорд скорости полета — 975 километров в час.

Это был первый офици-ально зарегистрированный рекорд, установленный на реактивном самолете. Во время этого рекордного полета ТРД развивали тягу примерно по 16 килоньютонов каждый, а потребление горю-чего соответствовало расходу приблизительно 4,5 тысячи литров в час.

В годы второй мировой войны несволько типов боевых самолетов с ТРД было разработано и испытано в Германии. Укажем на двухмоторный истребитель «Ме-262» (рис.10), развивавший максимальную скорость 850−900 километров в час (в зависимости от высоты полета) и четырехмоторный бомбардировщик «Арадо-234» (рис.11).

Истребитель «Ме-262» был наиболее отработанной и доведенной конструкцией среди многочисленных типов немецких реактивных машин периода второй мировой вой-ны. Боевая машина была вооружена четырьмя автома-тическими пушками калибром 30 миллиметров.

На заключительном этапе Великой Отечественной войны в феврале 1945 года трижды Герой Советского Союза И. Кожедуб в одном из воздушных боев над территорией Германии впервые сбил реактивный самолет врага — «Ме-262». В этом воздушном поединке решающим оказалось преимущество в маневренности, а не в скорости (максимальная скорость винтового истребителя «Ла-5» на высоте 5 километров была равна 622 километра в час, а реактивного истребителя «Ме-262» на той же высоте — около 850 километров в час).

Интересно отметить, что первые немецкие реактивные самолеты оснащались ТРД с осевым компрессором, причем максимальная тяга двигателя была менее 10 килоньютонов. В то же время английские реактивные истребители были оборудованы ТРД с центробежным компрессором, развивающим примерно вдвое большую тягу.

Уже в начальный пе-риод развития реактивных машин прежние знакомые формы самолетов претер-певали более или менее значительные изменения. Весьма необычно выглядел, например, английский ре-активный истребитель «Вампир» (рис.12) двухба-лочной конструкции.

Еще более непривычным для глаза был экспериментальный английский реактивный самолет «Летающее крыло» (рис.13). Этот бесфюзеляжный и бесхвостый самолет был выполнен в виде крыла, в котором размещались экипаж, горючее и т. д. Органы стабилизации и управления также были установлены на самом крыле. Достоинством этой схемы является минимальное лобовое сопротивление. Известные трудности представляет решение проблемы устойчивости и управляемости «Летающего крыла».

При разработке этого самолета ожидалось, что стреловидность крыла позволит добиться большой устойчивости в полете при одновременном существенном уменьшении сопротивления. Английская авиационная фирма «Де-Хевиленд», построившая самолет, предполагала использовать его для изучения явлений сжимаемости воздуха и устойчивости полета при больших скоростях. Стреловидность крыла этого цельнометаллического самолета составляла 40 градусов. Силовая установка состояла из одного ТРД. На концах крыльев в специальных обтекателях находились противоштопорные парашюты.

В мае 1946 года самолет «Летающее крыло» быс впервые испытан в пробном полете. А в сентябре того же года во время очередного испытательного полета он потерпел аварию и разбился. Пилотировавший его летчик трагически погиб.

В нашей стране в годы Великой Отечественной войны начались обширные исследовательские работы по созданию боевых самолетов с ТРД. Война ставила задачу — создать самолет-истребитель, обладающий не только большой скоростью, но и значительной продолжительностью полета: ведь разработанные реактивные истребители с ЖРД имели весьма малую продолжительность полета — всего 8−15 минут. Были разработаны боевые самолеты с комбинированной силовой установкой — винтомоторной и реактивной. Так, например, истребители «Ла-7» и «Ла-9» были снабжены реактивными ускорителями.

Работа над одним из первых советских реактивных самолетов началась еще в 1943;1944 годах. Эта боевая машина создавалась конструкторским коллективом, возглавляемым генералом инженерно-авиационной службы Артемом Ивановичем Микояном. То был истребитель «И-250» с комбинированной силовой установкой, которая состояла из поршневого авиадвигателя жидкостного охлаждения типа «ВК-107 А» с воздушным винтом и ВРД, компрессор которого получал вращение от поршневого мотора. Воздух поступал в воздухозаборник под валом винта, проходил по каналу под кабиной летчика и поступал в компрессор ВРД. За компрессором были установлены форсунки для подачи топлива и запальная аппаратура. Реактивная струя выходила через сопло в хвостовой части фюзеляжа. Свой первый полет «И-250» совершил еще в марте 1945 года. Во время летных испытаний была достигнута скорость, значительно превышающая 800 километров в час.

Вскоре этот же коллектив конструкторов создал реактивный истребитель «МИГ-9». На нем устанавливались два ТРД типа «РД-20». Каждый двигатель развивал тягу до 8800 ньютонов при 9,8 тысячах оборотов в минуту. Двигатель типа «РД-20» с осевым компрессором и регулируемым соплом имел кольцевую камеру сгорания с шестнадцатью горелками вокруг форсунок для впрыска топлива. 24 апреля 1946 года летчик-испытатель А. Н. Гринчик совершил на самолете «МИГ-9» первый полет. Как и самолет «БИ», эта машина мало отличалась по своей конструктивной схеме от поршневых самолетов. И все же замена поршневого мотора реактивным двигателем повысила скорость примерно на 250 километров в час. Максимальная скорость «МИГ-9» превышала 900 километров в час. В конце 1946 года эта машина была запущена в серийное производство.

В апреле 1946 года был совершен первый полет на реактивном истребителе конструкции А. С. Яковлева. Для облегчения перехода к производству этих самолетов с ТРД был использован серийный винтовой истребитель «Як-3», у которого передняя часть фюзеляжа и средняя часть крыла были переделаны под установку реактивного двигателя. Этот истребитель применялся как реактивный тренировочный самолет наших ВВС.

В 1947;1948 годах прошел летные испытания советский реактивный истребитель конструкции А. С. Яковлева «Як-23» (рис.14), который обладал более высокой скоростью.

Это было достигнуто благодаря установке на нем турбореактивного двигателя типа «РД-500», который раз-вивал тягу до 16 кило-ньютонов при 14,6 тысячах оборотов в минуту. «Як-23» представлял собой одномест-ный цельнометаллический мо-ноплан со среднерасположен-ным крылом.

При создании и испытании первых реактивных самолетов наши конструкторы столкнулись с новыми проблемами. Оказалось, что одного увеличения тяги двигателя еще недостаточно для осуществления полета со скоростью, близкой к скорости распространения звука. Исследования сжимаемости воздуха и условий возникновения скачков уплотнения проводились советскими учеными начиная с 30-х годов. Особенно большой размах они приобрели в 1942;1946 годах после летных испытаний реактивного истребителя «БИ» и других наших реактивных машин. В результате этих исследований уже к 1946 году был поставлен вопрос о коренном изменении аэродинамической схемы высокоскоростных реактивных самолетов. Встала задача создания реактивных самолетов со стреловидным крылом и оперением. Наряду с этим возникли и смежные задачи — потребовалась новая механизация крыла, иная система управления и т. д.

Настойчивая творческая работа научно-исследова-тельских, конструкторских и производственных коллективов увенчалась успехом: новые отечественные реактивные самолеты ни в чем не уступали мировой авиационной технике того периода. Среди скоростных реактивных машин, созданных в СССР в 1946;1947 годах, выделяется своими высокими летно-тактическими и эксплуатационными характеристиками реактивный истребитель конструкции А. И. Микояна и М. И. Гуревича «МИГ-15» (рис.15), со стреловидным крылом и оперением. Применение стреловидного крыла и оперения повысило скорость горизонтального полета без существенных изменений его устойчивости и управляемости. Увеличению скорости самолета во многом способствовало также повышение его энерговооруженности: на нем был установлен новый ТРД с центробежным компрессором «РД-45» с тягой около 19,5 килоньютонов при 12 тысячах оборотов в минуту. Горизонтальная и вертикальная скорости этой машины превосходили все достигнутое ранее на реактивных самолетах.

В испытаниях и доводке самолета принимали участие летчики-испытатели Герои Советского Союза И.Т.Иващен-ко и С. Н. Анохин. Самолет имел хорошие летно-тактичес-кие данные и был прост в эксплуатации. За исключи-тельную выносливость, прос-тоту в техническом обслу-живании и легкость в управ-лении он получил прозвище «самолет-солдат».

Конструкторское бюро, работающее под руководством С. А. Лавочкина, одновременно с выпуском «МИГ-15» создало новый реактивный истребитель «Ла-15». Он имел стреловидное крыло, расположенное над фюзеляжем. На нем было мощное бортовое вооружение. Из всех существовавших тогда истребителей со стреловидным крылом «Ла-15» имел наименьший полетный вес. Благодаря этому самолет «Ла-15» с двигателем «РД-500», имевшим меньшую тягу, чем двигатель «РД-45», установленный на «МИГ-15», обладал примерно такими же летно-тактическими данными, как и «МИГ-15».

Стреловидность и специальный профиль крыльев и оперения реактивных самолетов резко уменьшили сопротивление воздуха при полетах со скоростью распространения звука. Теперь на волновом кризисе сопротивление возрастало уже не в 8−12 раз, а всего в 2−3 раза. Это подтвердили и первые сверхзвуковые полеты советских реактивных самолетов.