Краткая история развития реактивной авиации. Самым известным и наиболее простым реактивным двигателем является пороховая ракета, много столетий назад изобретенная в древнем Китае. Естественно, что пороховая ракета оказалась первым реактивным двигателем, который попытались использовать в качестве авиационной силовой установки. 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 кмчас, а дрезина до 300 кмчас. 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 кмчас. 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 кмчас. 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-2839 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. Часть 4.