Снаряды с прямоточными воздушно-реактивными двигателями конструкции Александра Липпиша
Снаряды с прямоточными воздушно-реативными двигателями конструкции Александра Липпиша
Статья Ганса Юстуса Мейера (Hans Justus Meier) «Geschosse mit Staustrahl-Antrieb. Vorschläge von Alexander Lippisch» из журнала «Luftfahrt International» 1981-04 была переведена уважаемым коллегой NF и немного доработана мной. Перевод был выполнен в августе 2016 года.
Предисловие редакции: В 1944 году Александр Липпиш предложил проекты снарядов с реактивными силовыми установками. Данный снаряд должен был выстреливаться из обычной пушки и после того как набиралась начальная скорость должен был запускаться реактивный двигатель. Проекты Липпиша значительно отличались от других проектов реактивных снарядов наличием кольцеобразного щелевидного сопла двигателя в передней части снаряда для того, чтобы получить необходимую начальную скорость. Основные особенности принципа действия данного предложения и прочих проектов Александра Липпиша мы опишем в данном материале.
Тот, кто сам не пережил все ужасы Второй Мировой войны, вряд ли сможет представить себе настоящую картину всего, что происходило в те годы. Так, например, сегодня трудно понять, почему немецкая индустрия еще за несколько недель до окончательного поражения в невероятно тяжелых условиях работала в интересах так называемой «окончательной победы». Частенько бывало, что работы велись до тех пор, пока противник не подходил к воротам предприятий.
Молодому поколению представляется невероятным, что еще весной 1945 года в Имперском министерстве авиации (Reichsluftfahrtministerium – RLM) бодро разрабатывались планы производства на 1946 год и следующие годы летательных аппаратов, которые находились лишь на стадии проектирования. В уже давно ставшей безвыходной ситуации разрабатывались планы на будущее, чертили и разрабатывали так, будто Великая Германская империя (Großdeutsche Reich) сможет вести войну еще несколько лет.
Тем не менее, эти надежды (или опасения), не всегда имели под собой реальную почву для продолжения войны. Но в действительности же ничего того, что могло бы решить исход войны в пользу Германии, создать уже было невозможно.
В то время, когда бои шли уже на территории страны, многие инженеры, стараясь избежать мобилизации в армию или фольксшурм (Volkssturm), изо всех сил держались за свои кульманы (и также помогали своим коллегам делать это), разрабатывали очередной вариант «оружия возмездия».
Руководимый Александром Липпишем «Авиационный исследовательский центр Вена» (Luftfahrtforschung Wien) придерживался подобного принципа. За несколько дней до Рождества была подготовлена докладная записка, которая содержала в себе примечательные
«предложения по созданию зенитных и дальнобойных снарядов с ракетными двигателями со скоростным напором (прямоточные воздушно-реативные двигатели [ПВРД])».
С технической точки зрения эти предложения были приемлемыми, однако они поступили слишком поздно для их реализации до конца войны даже при самом интенсивном ведении работ. Само собой разумеется, что в Вене прекрасно знали об этом.
В годы Второй Мировой войны ее различными участниками были разработаны реактивные снаряды и гранаты, но до ее окончания так и не были доведены (*Einsatzreife). Предложенные Липпишем зенитные и дальнобойные снаряды с прямоточными воздушно-реативными двигателями должны были отличаться от выстреливаемых из пушек обычных снарядов.
Александр Липпиш утверждал, что применение реактивного двигателя даст существенные преимущества перед обычными снарядами. На основе ранее проведённых испытаний Липпишу удалось установить, что топливом для данных двигателей мог быть применен приведенный в порошкообразное состояние уголь, который был не только значительно дешевле топлива остальных видов, но и имелся в неограниченном количестве. Согласно приведенному в докладной записке описанию снаряд мог выстреливаться из ствола с использованием обычного порохового заряда и после разгона до необходимой скорости в работу должен был включаться встроенный в него ПВРД. Таким образом, при запуске подобного снаряда можно было обойтись сравнительно малым количеством пороха, представлявшего собой ценный материал, и при этом не уменьшать дальность полёта снаряда. Также благодаря ракетному двигателю снаряду можно было придать желаемое направление полета.
В ходе более ранних попыток получить необходимую для прямоточных воздушно-реактивных двигателей начальную скорость при помощи выстрела были безуспешными, поскольку в этих разработках были серьезные ошибки. До сих пор ПВРД по форме были одинаковы с обычными снарядами и имели в своей конструкции сквозной канал, проходивший по всей его длине (см. рис.1, на котором порох выделен штриховкой). Это означало, что для выстрела из пушки было необходимо так называемое вышибное дно (Treibspiegel), что создавало новые проблемы.
Снаряд подобного типа должен был стабилизироваться во время полёта за счет вращения или при помощи хвостового оперения. Чтобы стабилизация была эффективной площадь хвостового оперения должна быть значительной, что вело к большому поперечному сечению стабилизирующих поверхностей и их выходу за размеры снаряда. Перед и во время выстрела из пушки данные поверхности должны находиться в сложенном состоянии и раскрываться сразу же после выхода снаряда из ствола. Слабым пунктом такой конструкции были шарнирные соединения этих поверхностей, которые должны быть прочными и тяжелыми поскольку выстрел будет произведён с помощью вышибного дна.
Слабые места и недостатки ранее предложенных конструкций Александр Липпиш хотел преодолеть с помощью расположенного по оси снаряда несквозного отверстия. У его проекта задняя часть снаряда должна была представлять закрытое тело вращения, которое при разгоне в стволе могло выдержать полную нагрузку от сгоревшего метательного вещества. Поток газов, возникающий в результате сгорания пороха, Липпиш хотел направить не вдоль продольной оси снаряда, а в виде кольцеподобной струи находящейся на внешней кромке снаряда (рис.2).
Всё должно было функционировать следующим образом: через отверстие в передней части снаряда входит необходимый для сгорания воздух поступал через кольцевой диффузор в расположенную против направления движения цилиндрическую камеру сгорания. Полусферическая нижняя часть этой камеры сгорания образовывала форму корпуса снаряда, запрессованную в метательное вещество, сгорающее с полусферическим фронтом спереди назад. При сгорании порохового заряда газы должны были поступать в кольцевой зазор, разворачиваться в зазоре на 180° и далее перемещаться по внешнему контуру в направлении задней части снаряда (рис. 2, вариант снаряда с распрямляющимися после выхода снаряда из ствола стабилизирующимися поверхностями).
Липпиш подчеркивал, что предложенный им вариант снаряда давал ряд существенных преимуществ. Воздух, выходящий из диффузора в камеру сгорания, должен был прямо попадать в струю пороховых газов, притормаживаться и превращать свою кинетическую энергию в давление, которое аналогично давлению скоростного напора в камере сгорания ПВРД. Ничего подобного в предложенных ранее конфигурациях не было. В ранних вариантах при большой скорости сгорания пороха в камере сгорания в процессе быстрого полёта снаряда пороховой заряд сгорал не полностью и, таким образом, соответственно уменьшалась эффективность снаряда.
Еще одним значительным преимуществом предложенной Александром Липпишем системы вооружения было то, что продувкой из кольцевого зазора ускорялся пограничный слой всей поверхности площади и длине снаряда, и силы, движущие снаряд и воздействующие на весь его внешний контур, еще могли быть увеличены.
Осевое смещение диффузора относительно находящегося сзади корпуса снаряда позволяло изменять площадь поперечного сечения щелевого зазора и тем самым позволяло очень просто регулировать тягу снаряда во время полёта. Эти регулировки можно было сделать автоматическими за счет давления в камере сгорания.
В то время как на ракетах с твёрдым топливом небольшие трещины, возникающие в результате неравномерного сгорания топлива, и выброс его несгоревших частиц могли привести к разрушительным последствиям, у варианта, предложенного Липпишем, такой опасности не существовало.
Возможность использования жидкого топлива так же принималась в расчет. Жидкое топливо должно было располагаться в дне камеры сгорания внутри полусферы в цилиндре и при помощи подпружиненного поршня подаваться через центральное сопло в камеру сгорания.
У вариантов на рис. 3 и 5 щелевой зазор смещен далеко вперёд и газообразные продукты сгорания должны были выходить тангенциально. При этом давление газов должно было оказывать воздействие и на головную часть снаряда и имелась возможность ощутимо увеличить тягу.
В проекте, показанном на рис. 3, разгон снаряда в стволе должен был осуществляться при помощи строенного стартового ускорителя и при этом порох в передней камере сгорания ракеты должен поджигаться при помощи запального шнура.
Показанный на рис.4 прототип имел встроенный запас ракетного топлива и неподвижно установленные стабилизирующие поверхности. Для запуска снаряда использовалась простая по конструкции пусковая установка и в полете применялось жидкое топливо.
На рис. 6-8 показаны снаряды с ракетными двигателями, работающими на твёрдом топливе, и с различными вариантами щелевых диффузоров. На рис. 6 использовался простейший диффузор, который должен был быть изготовлен из листа металла штампованный. На рис.7 диффузор смещен назад таким образом, что поток воздуха, имевший особенно большую кинетическую энергию, попадая в камеру сгорания, подтормаживался при помощи пружины. На рис. 8 кольцевой щелевой зазор смещен далеко назад для того, чтобы иметь возможность разместить в головной части снаряда мощный заряд взрывчатого вещества. Диффузор в любом случае присутствует и тут, но в данном случае было задумано вращение головной части снаряда, например, за счет установленных лопаток и таким образом можно было бы обеспечить стабилизацию снаряда в полёте без использования управляющих полётом снаряда поверхностей.
Таким образом, можно прийти к выводу: у Александра Липпиша в годы войны – также как и в течение всей его жизни – хватало идей. Использование в снарядах прямоточных воздушно-реактивных двигателей позволяло получить целый ряд перспективных возможностей. Так же Липпиш хотел использовать свои предложения не в виде вращающихся относительно продольной оси снарядов (что было обычным явлением), поскольку они имели свои довольно ограниченные пределы. Вместо этого он рассматривал фигуры, представленные на рис. 2-8 в качестве профилированных аэродинамических поверхностей. Липпиш хотел направить поток раскалённых газов назад вдоль поверхности снаряда к его задней части. Подобный привод, обеспечивавший снаряду стабилизацию в процессе полёта, имел определённые аэродинамические преимущества и, конечно, преследовал еще цель надёжного предотвращения обледенения данных управляющих поверхностей.
модель варианта, созданного У. Стампа (U. Stampa) в соответствии с рисунками 7 и 8
Но в то же время сложные аэродинамические/термодинамические соотношения в то время не были достаточно освоены и в экспериментальных целях имело смысл опробовать различные варианты форм. Это затратное и требующее много времени занятие, которое уже не могло дать необходимого результата в самый последний момент (дословно «без 5 минут 12»), и времени на все эти работы уже не имелось. Таким образом, ни один из предложенных вариантов снаряда с ПВРД не был изготовлен, не говоря уже об испытаниях и боевом применении.
Источники:
• Alexander Lippisch: Vorschläge zur Ausführung eines Flakgeschosses bzw. Ferngeschosses mit Staudruck-Raketenantrieb, Masch.-Mskr., dat. 18. Dezember 1944
• Alexander Lippisch und Fritz Trenkle: Ein Dreieck fliegt, Stuttgart 1976
• Zeichnungen nach Originalunterlagen der LF Wien, dat. 2. Januar 1945.
