Применение газотурбинных двигателей на военных и гражданских самолетах достигло в настоящее время такой стадии, когда почти все типы военных самолетов оснащаются турбореактивными двигателями; этот вид двигателей находит также все большее применение в гражданской авиации. Самолеты с ракетными и прямоточными воздушно-реактивными двигателями хотя и являются пока что новинками, однако эра их применения быстро приближается. В наш век бурного развития авиации мы часто забываем, что все достигнутое в последние годы в области создания авиационных силовых установок является в основном результатом воплощения очень старых идей – их практического применения на базе более высокого уровня развития техники.
Еще за 250 лет до н. э. Герон Александрийский производил опыты над реактивной турбиной. Эксперименты по использованию энергии движущихся газов не прекращаются до настоящего времени. Реактивные метательные снаряды применялись китайцами против монгольских полчищ хана Хубилая в XIII столетии; в 1780 г. Хайдер Али, магараджа Майсура, использовал ракеты против английских войск; реактивные снаряды с успехом применялись полковником Вильямом Конгривом при бомбардировке Булони и Копенгагена, они сыграли существенную роль при взятии Данцига в 1813 г. Около 70 лет тому назад в Англии были запатентованы различные типы реактивных двигателей. В 1834 г. Хайрем Максим, известный конструктор пулемета, построил самолет с паровой машиной, который впервые оторвался от земли. В 1910 г. на Парижской авиационной выставке демонстрировался биплан "Коанда" с двухконтурной газовой турбиной; а в 1913 г в журнале "Аэрофил" Лорин изложил принцип действия прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Однако только в 30-х годах настоящего столетия реактивные двигатели стали серьезно рассматриваться как основные силовые установки для самолетов. Реактивные двигатели нельзя приписать одному изобретателю, их создание является результатом исследований и экспериментов, начатых одновременно и независимо в ряде стран.
В Англии из первых исследователей, начавших работы по созданию реактивных двигателей для самолетов, наиболее известны Ф. Уиттл и д-р Гриффит, в Германии – г. Охайн и М.А. Мюллер и в Швеции – А. И. Лисхольм. В Германии П. Шмидт разработал пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, д-р Е. Зенгер и д-р Отто Пабст проводили исследовательские работы, направленные на создание прямоточных воздушно-реактивных двигателей, в то время как В. Браун разрабатывал жидкостно-реактивные двигатели. Во Франции Р. Ледюк работал над созданием прямоточных воздушно-реактивных двигателей. В Италии С. Кампини работал над созданием мотокомпрессорных двигателей. К концу 1939 г. как турбореактивные, так и ракетные двигатели были успешно применены на самолетах. С этого времени применение силовых установок нового типа вызвало существенные изменения в конструкции самолетов.
Термин "реактивный" может быть применен к любому типу авиационных реактивных двигателей: турбовинтовым, турбореактивным, двухконтурным турбореактивным, пульсирующим, прямоточным и ракетным. Разнообразие терминов часто приводит к путанице, особенно у лиц, не занимающихся специально авиационными силовыми установками. В первом разделе книги в популярном изложении объясняется различие между основными типами газотурбинных, пульсирующих, прямоточных и ракетных двигателей. В последующих разделах книги приведены сведения о современной истории развития авиационных реактивных двигателей, а также данные авиационных реактивных двигателей, созданных в каждой стране, с описанием самолетов, на которых эти двигатели устанавливались. Каких-либо попыток анализа реактивных силовых установок не делалось. В книгу включены, за небольшими исключениями, все реактивные самолеты, совершившие полет до настоящего времени. В частности, не включен одноместный истребитель-перехватчик Локхид XF-104, сведения о котором до настоящего времени не опубликованы, а также некоторые опытные и серийные самолеты, созданные в Советском Союзе, достоверные сведения о которых отсутствуют. 7
Материалы расположены в книге в хронологическом порядке по времени первого полета первого опытного образца самолета с газотурбинным, прямоточным, пульсирующим или ракетным двигателем. Самолеты некоторых типов, заслуживающих большего внимания, описаны подробнее; к ним относятся самолеты, нашедшие наиболее широкое применение, или самолеты, представляющие собой определенный этап в развитии реактивного самолетостроения. На рисунках проекций этих самолетов иногда приводятся для сравнения в том же масштабе виды сбоку отдельных вариантов основного типа самолета. В каждом случае вид самолета в плане разделен осью симметрии на две части, на одной из которых показан вид самолета снизу, а на другой – вид сверху.
Сведения о большинстве самолетов, представляющих собой летающие лаборатории, предназначенные для летных испытаний реактивных двигателей, помещены в разделе книги, посвященном развитию реактивных двигателей. В этом же разделе приведены сведения о самолетах, основная силовая установка которых состоит из поршневых двигателей, а турбореактивные двигатели являются дополнительными и применяются для ускорения при взлете или в воздушном бою.
Необходимо подчеркнуть, что приведенные в книге данные некоторых английских боевых самолетов и реактивных двигателей, которые не были опубликованы, не могут считаться официальными. Они получены авторами путем приближенного вычисления по некоторым данным, опубликованным в прессе. Данные, полученные из иностранных источников, также не всегда имеют официальное подтверждение, и их следует рассматривать как ориентировочные.
Лондон, январь 1955 г. Авторы.
Общие сведения о реактивных двигателях
Термин "реактивные двигатели" применяется к четырем основным типам авиационных реактивных двигателей: газотурбинным, ракетным, пульсирующим воздушно-реактивным и прямоточным воздушно-реактивным. В данном разделе приведены общие сведения о принципе работы всех четырех типов двигателей и даны примеры их применения. История их развития в различных странах изложена ниже в разделе "Развитие авиационных реактивных двигателей".
Принцип действия реактивного двигателя можно понять, если рассмотреть работу пожарного брандспойта. Вода под давлением подается по шлангу к брандспойту и истекает из него. Внутреннее сечение наконечника брандспойта сужается к концу, в связи с чем струя вытекающей воды имеет большую скорость, чем в шланге. Сила реакции, или обратного давления, которую ощущает пожарник, направляющий брандспойт, является прямым следствием возрастания скорости движения струи воды. Эта сила давления, или тяга, настолько велика, что пожарник должен напрягать свои силы, чтобы удерживать брандспойт в требуемом направлении. Сила реакции, как мы отметили, действует в обратную сторону по отношению к направлению истечения воды и не зависит от того, что происходит со струей воды после ее истечения из наконечника. Сила реакции остается неизменной независимо от того, истекает ли струя в воздух, не встречая преград, или же направлена на стену, то есть струя воды после истечения не оказывает какого-либо давления на брандспойт.
Этот принцип можно применить теперь к авиационному реактивному двигателю. Рассмотрим трубу с открытыми концами, установленную на движущемся самолете. Допустим, передняя часть трубы, в которую поступает воздух вследствие движения самолета, имеет расширяющееся внутреннее поперечное сечение. Вследствие расширения трубы скорость поступившего в нее воздуха снижается, а давление соответственно увеличивается. Допустим далее, что в расширенной части трубы в поток воздуха впрыскивается и сжигается горючее. Эту часть трубы можно назвать камерой сгорания. Тепловая энергия, выделившаяся за счет сгорания топлива, повышает общую энергию воздушного потока или, точнее говоря, потока газов, представляющих собой смесь воздуха с продуктами сгорания топлива. Затем газы вытекают в атмосферу через сужающееся реактивное сопло с обратной стороны нашей трубы. Вследствие того что энергия газов значительно повысилась, скорость их истечения из заднего конца трубы существенно превышает скорость воздуха, входящего через передний конец трубы. Другими словами, скорость потока газов увеличивается, и он – подобно струе воды в наконечнике брандспойта – создает реактивную силу тяги. Эта сила тяги используется для толкания самолета вперед.
Двигатель, работающий по описанной выше схеме, называется прямоточным воздушно-реактивным двигателем (рис. 1). Нетрудно видеть, что такой двигатель может работать только в том случае, если он движется в воздухе со значительной скоростью, обеспечивающей поступление количества воздуха, достаточного для сжигания впрыскиваемого горючего и создания тем самым необходимой силы тяги. Прямоточный воздушно-реактивный двигатель не может быть приведен в действие, если он не находится в движении.