Интересная винтажная статья, которая, думаю, заинтересует коллег.
Скорости современных самолетов с турбореактивными двигателями приближаются к скорости звука. Максимальные дальности рекордных самолетов с поршневыми двигателями позволяют совершить полет вокруг света с одной посадкой.
Какие перспективы впереди? Есть ли предел для авиационного прогресса?
Вот серия острых вопросов, которые волнуют каждого человека, интересующегося будущим авиации.
Чтобы легче было разобраться в этом сложном вопросе, оглянемся назад и посмотрим, какие трудности стояли на пути развития авиации раньше.
На заре создания аппаратов тяжелее воздуха основным препятствием было отсутствие легкого, надежного и достаточно мощного двигателя.
Появление автомобиля с двигателем внутреннего сгорания создало базу для осуществления человеком своего первого исторического полета, который сорок три года тому назад продолжался вcero лишь три с половиной секунды.
Дальнейшему быстрому развитию авиации мешало в первую голову медленное развитие и совершенствование авиационного мотора. Первая мировая война дала толчок в этом отношении, позволив увеличить мощность авиационных моторов в 4–6 раз.
Максимальные скорости серийных самолетов с 60 км/час дошли до 150–200 км/час.
Дальнейшее развитие тормозило несоблюдение элементарных, на наш сегодняшний взгляд, принципов аэродинамики. Но стоило только спрятать мотор и экипаж в полотняный или фанерный фюзеляж, как сразу максимальные скорости начали возрастать.
После удовлетворения аэродинамических требований наступила опять очередь мотористов. Потребовалось еще увеличить мощность моторов приблизительно вдвое, однако скорость увеличилась менее значительно, дойдя до 250–270 км/час.
Авиация зашла в очередной тупик.
Некоторое время все попытки конструкторов перескочить эту заветную цифру не могли увенчаться успехом. Требовалось найти новое решение вопроса, которое могло бы двинуть авиационную технику вперед. И оно было найдено в новом коренном улучшении внешних аэродинамических форм самолетов.
Вместо обычных бипланов, переплетенных многочисленными лентами и расчалками, с малой нагрузкой на квадратный метр крыла, появился гладкий, удобообтекаемый моноплан с убирающимся шасси и повышенными удельными нагрузками на крыло. Скорость сразу прыгнула на 100 км вперед.
Почти одновременно появились и более мощные звездообразные моторы воздушного охлаждения. Это мероприятие также прибавило 50–70 км скорости.
Сторонники водяного охлаждения, в свою очередь, выпустили еще более мощные моторы, дав также небольшой прирост скорости. Так мощность моторов достигла порядка 1000 лошадиных сил и скорость соответственно 500 км/час.
Здесь конструкторам пришлось опять сделать некоторую паузу, за время которой мотористы подтянули, казалось, последние резервы. Мощность моторов выросла до 1500–2000 лошадиных сил.
Резко повысилась высотность двигателей за счет усовершенствования нагнетателей и широкого применения турбокомпрессоров.
Скорость лучших самолетов на высоте выросла до 600–700 км/час. На этом этапе, казалось, трудно будет добиться лучших результатов, так как исчерпались почти все возможности.
Дальнейшее увеличение скоростей при помощи значительного повышения мощностей моторов упиралось в падение коэффициента полезного действия винта и недопустимое утяжеление моторов. Положение с перспективами казалось для пессимистов безнадежным.
Но вот появился реактивный двигатель. Началась новая эра в авиации.
Простая замена винтового двигателя на реактивный прибавляла скорость на 160–200 км/час.
Дальнейшее улучшение аэродинамики, связанное со спецификой реактивных моторов, также дало солидный прирост скорости.
На самолете «Метеор» с турбореактивным двигателем установлен мировой рекорд скорости – 991 км/час у земли на отрезке в 3 километра.
Конструкторы воспрянули духом. Перспективы показались неограниченными. Но ближайшее соприкосновение с теоретическими и практическими достижениями потребовало очередной технической остановки.
Основным препятствием на данном отрезке времени, мешающим дальнейшему росту скоростей, явилась потеря управляемости и устойчивости самолетов на скоростях около 1000 км/час при старой привычной компоновке самолета и его оперения, а также сильное повышение сопротивления на скоростях, близких к скорости звука, для профилей нормальных толщин и крыльев, не имеющих стреловидной формы.
В августе и сентябре 1946 года в Англии и США было сделано несколько попыток к установлению нового рекорда скорости, который превысил бы или был бы равен 1000 км/час.
Попытки делались в Англии на самолетах «Глостер-Метеор», Де-Хевилянд-ДН-108 «Суолоу», «Супермарин-Е-10/44». В США использовались реактивные самолеты Локхид Р-80 «Шутинг Стар» и Рипаблик ХР-84 «Тандерджет».
После неудачных попыток побить уже существующий рекорд произошла катастрофа с развалившимся в воздухе самолетом «Суолоу», во время которой погиб главный летчик-испытатель Джефри Де-Хевилянд. В результате этого, а также вибрации во время одного из рекордных полетов самолета «Метеор», только случайно не закончившегося катастрофой, дальнейшее производство полетов на побитие рекорда было запрещено.
И вот – в который уже раз! – мировая авиация переживает очередной технический кризис.
Однако анализ развития авиации позволяет нам с уверенностью заявить, что и это препятствие будет преодолено.
Что ожидает нашу летающую молодежь в самом недалеком будущем?
Позволим себе приоткрыть угол занавеса, закрывающего перед нами окно в будущее. Постараемся различить, хотя бы в самых приблизительных чертах, что ждет нас в ближайшее время, хотя бы в течение первых 5–10 лет.
Первым делом нужно установить, какому из двух известных видов реактивных двигателей предстоит будущее: ВРД или ЖРД, то есть воздушно-реактивному или жидкостно-реактивному двигателю?
Подробное описание этих двигателей было дано в № 7 журнала «Техника – молодежи» за 1946 год.
ВРД требует для своей работы, кроме горючего, кислород из воздуха, который засасывается в двигатель компрессорами. Технический анализ показывает, что уделом этих двигателей будут скорости порядка 1000–3000 км/час вблизи нижней границы стратосферы. При этом турбореактивный двигатель будет постепенно вытесняться прямоточным, в котором поджатие воздуха осуществляется напором встречной струи.
Второй тип двигателя – ЖРД – должен иметь горючее и окислитель в баках на самолете, что может позволить самолету выйти за верхние слои стратосферы на любые высоты, достижение которых определяется запасом горючего. Но зато ЖРД отличается огромными расходами горючего и, следовательно, кратковременностью действия.
Скорости, которые можно получить на самолете с таким типом двигателя, намного превысят скорости, возможные для первых двух вариантов ВРД. Вопрос заключается в том, сколько потребуется горючего для самолета, снабженного мощным ЖРД, и каких результатов можно будет достигнуть, использовав это горючее.
Летающая бомба «ФАУ-2», применявшаяся немцами для разрушения Лондона, была снабжена жидкостным реактивным двигателем. Этот двигатель, развивавший тягу в 22,6 тысячи кг в течение приблизительно 68 секунд, доводил максимальную скорость бомбы до 5630 км на высоте 90–100 км. За такой короткий промежуток работы двигатель поглощал около 9 тысяч кг горючего. Дальность полета по прямой была в пределах 240 км в начале опыта и в конце доведена до 480 км.
Дальнейшим развитием летающей бомбы явился проект сдвоенного ракетного снаряда. Предполагалось создать комбинированную ракету с большой дальностью полета, которая должна была состоять из двух ракетных снарядов.
При запуске один снаряд должен был работать в качестве мощного ускорителя для второго основного снаряда.
Старт предполагался вертикальный. Ускорительный снаряд должен был развивать тягу в 180 тысяч кг. Такая огромная тяга обеспечила бы начальную скорость 2700 м/сек. (10 тысяч км/час). После сгорания горючего ускорительный снаряд автоматически отделяется и начинает работать ракетный двигатель основного снаряда. Последний в отличие от ускорительного снаряда имеет крылья с очень большой стреловидностью и может планировать при полетах в стратосфере.
Вследствие большой начальной скорости и малого сопротивления воздуха в стратосфере эта ракета должна была иметь дальность полета примерно 4800 км.
На этом принципе немцы предполагали создание транспортных самолетов или бомбардировщиков, которые смогли бы перелететь из Европы в Америку примерно за 40 минут. Завершение этих теоретических и отчасти практически обоснованных работ не было закончено вследствие начавшихся массовых налетов союзной авиации и переключения в связи с этим главных усилий немецких конструкторов на серийный выпуск реактивных истребителей.
Но со времени применения снаряда «Фау-2» в 1944 году, обладающего наиболее мощным двигателем из известных ЖРД, прошло два года. За это время техническая мысль шагнула далеко вперед. В данный момент имеется целый ряд более совершенных, научно обоснованных проектов. Эти работы позволяют ожидать появление в недалеком будущем ракетных самолетов, которые смогут произвести беспосадочный перелет вокруг света в течение двух-трех часов, то есть со средней скоростью порядка 10 тысяч км/час.
Как же будет выглядеть этот почти фантастический аппарат?
Какое количество потребует он горючего? Что заставит двигаться с такой потрясающей скоростью эту машину?
Только ракетный двигатель, скорее всего жидкостный, при очень легком весе и габарите сможет развить нужную тягу.
Такому двигателю и предстоит перспектива довести самолет до скорости, во много раз превышающей скорость звука, и забросить ракетоплан на верхнюю границу воздушной сферы земного шара. Внешне ракетный самолет будет представлять собой схему обычного самолета, с аэродинамической формой, приспособленной к полетам на больших скоростях.
Фюзеляж приобретает полуовальную форму, характерную для снарядов, но с обрезанной нижней половиной. Это необходимо для того, чтобы использовать нижнюю, плоскую часть фюзеляжа, как дополнительную несущую поверхность.
Нос фюзеляжа остроконечный. Фюзеляж должен вместить в себя экипаж, горючее и двигатель, так как толщина крыльев будет ничтожна. В хвостовой части фюзеляжа расположится выхлопное сопло двигателя.
Крыло характерно своим тонким профилем с острыми кромками – передней и задней. Максимальной толщины профиль будет достигать у задней трети хорды, образующей крыло.
При огромных скоростях полета надобность в крыле как таковом уменьшается. Самолет при скорости порядка 10 тысяч км/час сможет уравновешиваться на две трети подъемной силой фюзеляжа и только на одну треть подъемной силой крыльев.
При старте вследствие большого запаса горючего средняя нагрузка на квадратный метр несущей поверхности будет в 10 раз превышать посадочную и составит около 800 кг.
Таким образом, если не учитывать подъемную силу, создаваемую фюзеляжем, нагрузка на квадратный метр крыльев была бы равной почти 1400 кг.
Совершенно очевидно, что самолет с такими колоссальными нагрузками не сможет произвести взлет с нормального аэродрома.
Для него потребуется создание специального стартового приспособления – ускорителя, независимого от работы двигателя ракеты.
Это даст экономию горючего на самолете, которое потратилось бы для взлета.
Для старта ракетного самолета потребуется рельсовая стартовая дорожка, строго прямолинейная, горизонтальная, укрепленная на железобетонной основе. Дорожка должна быть снабжена стартовыми салазками, жестко закрепленными как от вертикального, так и от боковых отклонений и снабженная автоматическим торможением стартового приспособления при отделении самолета. Салазки должны быть снабжены ракетной установкой, развивающей большую тягу в течение 10–15 секунд. Длина стартовой дорожки должна быть около 3 км. На этом пути самолет должен набрать скорость до 500 м/сек, через 10–11 сек отделиться от салазок и за счет инерции набрать высоту около 4 км.
В это время летчик ракеты должен включить свой двигатель и продолжать набирать скорость, удерживая самолет в пологом наборе высоты.
Поднимаясь под углом в 30 градусов к горизонту, летчик к концу подъема на высотах 50–150 км сможет развить скорость от 20 тысяч до 28 тысяч км в зависимости от эффективности двигателя и запаса топлива, после чего двигатель выключается. Дальнейший полет будет происходить благодаря запасенной кинетической и потенциальной энергии путем планирования.
Траектория полета будет напоминать траекторию сверхдальнобойного снаряда, нисходящая ветвь которой растянута по длине в результате планирования. При этом скорость полета по траектории, имеющей длину много тысяч километров, снижается от очень большой начальной скорости до нормальной посадочной скорости.
При полете со сверхзвуковыми скоростями на большие расстояния приходится учитывать скорость вращения Земли, которая окажет влияние на дальность полета от старта в восточном или западном направлениях. При полете в восточном направлений дальность увеличивается и, наоборот, становится меньше, когда полет производится в западном направлении.
Подсчитано, что при скорости полета в 7 тысяч м/сек при старте с экватора на запад дальность полета вокруг света будет 32340 км. При тех же условиях при полете на восток она увеличивается до 50440 км.
Таким образом, в настоящий момент имеются веские теоретические обоснования для беспосадочного полета вокруг света даже по экватору. Возникает вопрос, сможет ли человек выдержать подобный полет и какие могут быть при этом перегрузки человеческого организма?
Максимальная величина ускорения, которую может выдержать человек, зависит от продолжительности ускорения и положения тела. В сидячем положении предел наступает из-за расстройства кровообращения. В результате разницы в гидростатическом давлении в кровеносной системе мозга и в сердце возникает недостаток крови. Для лежачего положения эта опасность отодвигается, и предел наступает, вероятно, вследствие затруднения дыхания из-за сильного увеличения веса грудкой клетки. Лежачее положение, как наиболее благоприятное, и должно быть принято в ракетном самолете.
Проведенные исследования показали, что человек сможет перенести в лежачем состоянии 17-кратное ускорение в течение 180 секунд.
Подсчеты показывают, что при старте ракетного самолета ударное ускорение не должно превысить пяти крат.
В процессе подъема ускорение будет возрастать в связи с уменьшением массы самолета, очень быстро расходующего горючее, но не превысит к концу моторного полета максимально допустимой перегрузки около 10 крат.
Недалеко то время, когда человечество осуществит смелый замысел и сможет перемещаться на ракетных самолетах на высотах 50–200 км со скоростями 15–30 тысяч км/час на огромные расстояния.
Дальнейшим этапом будет преодоление земного притяжения и полет в мировом пространстве, что так давно предсказывал наш русский ученый Циолковский, трудами которого пользуются сейчас ученые всего мира.
источник: Генерал-майор авиации П. М. СТЕФАНОВСКИЙ; Рис. К. АРЦЕУЛОВА «Окно в будущее. Вокруг света за три часа» «Техника-молодежи» 05/1947
