Текст книги "Я познаю мир. Авиация и воздухоплавание"

Автор книги: Станислав Зигуненко

сообщить о нарушении

Текущая страница: 11 (всего у книги 20 страниц)

«Аллигатор», брат «Акулы»

В ноябре 1996 года фирма «Камов» представила журналистам и специалистам свою новую разработку – боевой многоцелевой вертолет Ка-52 «Аллигатор». Новое радиолокационное оборудование превращает вертолет во всепогодный и круглосуточный. С. В. Михеев отметил среди прочего и такую особенность новой машины:

«Мы сделали новый прицел, который позволяет вести прицеливание с запоминанием образа цели. Такого оборудование нет ни на одном вертолете мира...»

Тут надо, видимо, сделать короткое пояснение. Новый прицел позволяет вести прицеливание в автоматическом режиме. Если, скажем, нацелить его на танки, то прицел будет вести селекцию цели с указанием только этого вида боевой техники...

Впрочем, Ка-52 может быть не только истребителем танков, но и воздушным командным пунктом. Причем обмен информацией с другими вертолетами и землей ведется по закрытым каналам, недоступным для быстрой расшифровки противником и весьма стойким к помехам.

Весьма ценно и то, что новый вертолет отличается от базовой модели Ка-50 лишь наличием двухместной кабины и новой электронной начинкой. А это означает, что 85 % деталей и узлов для новой машины могут быть изготовлены на уже существующем оборудовании.

Ночной охотник

Около 10 лет руководство российской армии пытается выбрать лучший вертолет из двух претендентов – Ка-50 и Ми-28. И похоже, отчаявшись это сделать, приняло соломоново решение – специализировать Ми-28 на ночной охоте, в связи с чем и появилась его новая модификация Ми-28Н.

Отличить дневной вертолет от ночного запросто может даже неопытный глаз. Для этого нужно посмотреть наверх – ночной охотник отличается шаровидным обтекателем над основным несущим винтом. Под ним и прячется антенна радиолокационной системы, позволяющей экипажу видеть даже В кромешной тьме цели столь же ясно, как и днем.

Антенну вовсе не случайно посадили на «макушку». Учитывая, что бортовой интегрированный комплекс позволяет с высокой точностью копировать рельеф местности не только в ручном, но и в автоматическом режиме,

появилась возможность незаметно подкрадываться к противнику, используя складки местности. И, подойдя почти вплотную, прячась за вершиной холма или деревьями, Ми-28Н достаточно выставить из-за них лишь шар антенны, и уже можно вести прицельный огонь.

«А учитывая, что на борту установлена новая сверзхзвуковая высокоточная управляемая ракета «Атака», способная пробивать даже динамическую броню на танках, можно не сомневаться, что огонь будет успешным, – сказал нам генеральный конструктор МВЗ им. М.Л. Миля Георгий Синельщиков. – Против воздушных целей весьма эффективна управляемая ракета «Игла», позволяющая использовать принцип «пустил и забыл». Самонаво-дящаяся головка ее, захватив цель, потом уж не упустит ее...»

Кроме того, на борту установлена подвижная пушечная установка калибра 30 мм – на земле такая используется на боевой машине пехоты БМП-2. Причем опыт боевого применения показал, что для отклонения ствола пушки на 220° в горизонтальной плоскости и на 53° в вертикальной требует в 3—4 раза меньше времени, чем разворот всей машины. Причем комплект боепитания пушки устроен таким образом, что уже во время боя экипаж волен выбирать, какими снарядами ему стрелять в зависимости от вида цели.

Исключительно высокая маневренность вертолета, позволяющая ему выполнять такие фигуры высшего пилотажа, как «мертвая петля» или «бочка», обеспечивает высокую живучесть машины – она способна увернуться даже от ракеты. Кроме того, лопасти несущего винта выдерживают еще 30 минут полета после попадания в нее снаряда калибром 30 мм.

Кабина экипажа полностью бронирована. Имеется даже бронеперегородка между кабиной пилота, сидящего впереди, и оператором, сидящего за ним. Причем, если летчик в случае ранения не в состоянии вести машину, это делает за него со своего места оператор.

Кабина также оборудована системой спасения экипажа, если на предельно малой высоте у него уже не остается времени ни на авторотацию, ни на катапультирование. Тогда силу удара о землю гасят энергоемкое шасси и специальные подушки кресел.

На высоте полета более 100 м спасение экипажа с парашютами обеспечивает система аварийного покидания. Она приводится в действие у летчика и оператора раздельно. При нажатии кнопки специальные резаки перерезают привязные ремни, срабатывают пиропатроны сброса дверей и консолей крыла с вооружением, о которые могут удариться люди, и с обоих бортов (у летчика – справа, у оператора – слева) надуваются специальные трапы, предохраняющие экипаж от задевания шасси при покидании машины.

Наконец, в хвостовой части Ми-28Н имеется специальный отсек, где могут разместиться 2—3 человека – например, члены экипажа подбитого вертолета.

На старте – винтокрылый «пехотинец»

Вертолетом XXI века окрестили специалисты Ка-60 – новую винтокрылую машину, только что показанную сотрудниками фирмы «Камов».

Новый вертолет должен стать воздушным «пехотинцем». Это означает, что он предназначен для ведения разведки, перевозки десанта, доставки оружия и боеприпасов в районы боевых действий, эвакуации раненых, охраны и патрулирования определенных районов, а также для проведения поисково-спасательных операций и обучения летного состава.

На вертолете предусмотрена установка оборудования для электронного противодействия, выполнения специальных операций, требующих повышенной скрытности, – например, перевозки высших чинов командования или заброски в тыл противника диверсионной группы. С этой же целью покрытие вертолета, возможность выбора частоты вращения несущего винта способствуют его малозаметности в лучах радара.

В отличие от большинства машин фирмы «Камов» новый вертолет выполнен по традиционной, милевской схеме – с 4-лопастным несущим ротором и 11-лопастным рулевым пропеллером, установленным в кольевом канале. Такая компоновка безопаснее и эффективнее.

Оснащен вертолет полностью отечественным оборудованием, в том числе двумя турбовинтовыми двигателями РД-600 производства Рыбинского машиностроительного завода мощностью по 1300 л. с. каждый.

Максимальный полетный вес Ка-60 – 6500 кг, крейсерская скорость – 245 км/ч, высота полета – 2 тыс. м. Внутри фюзеляжа он может перевозить до 2 т грузов; на внешней подвеске – 2750 кг.

Кроме военных новую машину смогут также использовать пожарные, лесники и другие специалисты.

Выше скорости звука

И в заключение этой главы давайте поговорим вот о чем.

14 октября 1947 года американский пилот-испытатель Чарлз Нигер стал первым человеком, преодолевшим звуковой барьер на самолете-истребителе «Белл-XI». С той поры заветная отметка 1000 км/ч не дает покоя вертолетчикам. Возможно, с этой задачей удастся справиться летательному аппарату новой модели – гибриду геликоптера и турбореактивного самолета, к испытаниям которого приступила фирма «Сикорский».

– Это уже вторая версия подобного аппарата, – сказал главный инженер проекта Артур Линден. – Несколько лет назад фирма «Белл» создала самолет XV-15 с поворотными роторами. Получив новое обозначение, Y-22 «Оспрей» был недавно поставлен на поток. Всего планируется построить 833 экземпляра этой машины. Мы же пошли своим путем...

Действительно, если сравнивать машины, то различия видны, что называется, невооруженным глазом. XV-15, по существу, представляет собой обычный самолет, с той лишь разницей, что два турбовинтовых двигателя, расположенных на концах плоскостей, могут поворачиваться. При взлете они устанавливаются вертикально, воздушные винты выполняют роль роторов. Когда же этот аппарат, его еще называют конвертоплан, наберет необходимую высоту, двигатели разворачиваются по-самолетному.

Конвертоплан «Белл» XV-15; он же – Y22 «Оспрей»

Специалисты фирмы «Сикорский» решают ту же задачу, идя «от вертолета». Их аппарат типа Х-крыло поднимается вертикально вверх за счет вращения... крыла. А для создания горизонтальной тяги используются два турбореактивных двигателя. До скорости 370 км/ч вращающееся крыло способно поддерживать аппарат в воздухе. Но при более высоких скоростях воздушный поток начинает срываться и подъемная сила падает. Потому крыло фиксируется, и ротор превращается в классическое крыло. В таком виде аппарат может теперь развивать скорость не менее 800 км/ч.

В сравнении с единственным на Западе самолетом вертикального взлета «хариер», развивающим скорость до 1000 км/ч, аппарат комбинированной тяги позволяет в принципе достичь той же скорости при более низком расходе горючего и большей маневренности. А ведь именно огромный расход топлива при взлете и посадке ограничивает широкое распространение «хариеров» и им подобных машин.

Вот несколько цифр для сравнения: вертолет на одну лошадиную силу мощности поднимает 5,5 кг груза, а вертикально стартующий самолет – лишь около 2 кг. До 40 % взлетного веса «хариера» составляет топливо, у геликоптера его масса достигает лишь 2 %.

Однако не надо думать, что все проблемы X-крыла уже решены. При наборе скорости у вращающегося крыла возникают, например, такие неприятности: с одной стороны происходит обдувание потока ведущей кромки, с другой – задней. В какой-то момент разница в подъемной силе становится настолько ощутима, что аппарат может потерять устойчивость. Словом, «свалится с неба, как рояль», – так образно оценил ситуацию один из его пилотов-испытателей.

Чтобы подобное не происходило, конструкторы решили использовать симметричные полые роторы с одинаковыми передними и задними кромками. Кроме того, внутрь лопастей подается под давлением воздух, который, выходя на поверхность через множество крошечных отверстий, предотвращает на начальном этапе срыв воздушного потока.

Еще один каверзный момент полета – переход от вертолетного режима к самолетному. В течение 20 секунд, пока лопасти закрепляются с помощью гидравлических тормозов, а двигатели выходят на новый режим, аппарат пребывает в неустойчивом положении. Чтобы стабилизировать его и сохранить управляемость, конструкторам пришлось прибегнуть к помощи компьютера.

– Но, как показывают расчеты, все трудности могут быть успешно преодолены, – полагает Артур Линден. – Мы уверены, мечта Сикорского наконец-таки исполнится.

На мирных трассах

Сердце самолета

Виды реактивных двигателей

Мы уже говорили о том, что надутый, но незавязанный воздушный шарик летает за счет реактивной тяги. На том же принципе работают и реактивные двигатели в авиации. Рассмотрение их конструкций давайте начнем с прямоточного воздушно-реактивного двигателя – ПВРД. Он имеет наиболее простую схему.

Представьте себе металлическую трубку, движущуюся в воздушном потоке. Передний край трубки вбирает в себя воздух – это воздухозаборник. Из сопла – задней части трубки – выходят отработанные газы. Средняя часть – камера сгорания.

Для разгона попадающего в трубку воздуха сделаем в ее средней части маленькое отверстие и вставим в него тонкую трубочку – форсунку. Через нее будем впрыскивать в камеру какое-нибудь топливо (лучше всего керосин) и подожжем его электрическим разрядом.

Современный турбореактивный двигатель

Теперь все части ПВРД стали оправдывать свои названия. Воздухозаборник всасывает воздушный поток. В камере сгорания горит воздушно-топливная смесь. Температура газа при этом повышается, возрастает скорость его движения. Раскаленные газы с силой выбрасываются через сопло, создавая реактивную тягу.

Схема турбореактивного двигателя: 1 – воздухозаборник; 2 – компрессор; 3 – камера сгорания; 4 – турбина; 5 – реактивное сопло

ПВРД может работать лишь тогда, когда на входе имеется скоростной напор воздуха. Значит, стартовать с таким двигателем летательный аппарат не может. Его нужно предварительно разогнать.

Обычный самолет разгоняется при помощи воздушного винта, который вращается двигателем внутреннего сгорания – ДВС. Однако, как показала практика, такой двигатель не может обеспечить ни большой скорости полета, ни большой мощности.

А что, если мы попробуем винтом-пропеллером просто разгонять поток воздуха на входе реактивного двигателя? Благодаря такой догадке появился ТРД – турбореактивный двигатель. Чтобы запустить его, к компрессору подсоединяют стартер. Он раскручивает вал с лопатками, те загребают воздух и направляют его внутрь. Реактивный двигатель начинает работать.

Теперь стартер можно и отключить, поскольку конструкторы предусмотрели такую хитрость. На пути раскаленных газов к соплу они поставили дополнительно газовую турбину и соединили ее единым валом с компрессором. Выходящие газы крутят турбину, соединенный с ней компрессор нагнетает воздушный поток в камеру сгорания, топливновоздушная смесь горит, горячие газы вырываются из сопла, и цикл повторяется снова.

Вроде бы все достаточно просто. Однако такой простоты инженеры добивались не одну сотню лет. Ведь первые газовые турбины были известны еще в Древней Греции. Герон, например, развлекался тем, что выпускал струи пара из сосуда, в котором кипела вода, на крыльчатку, наподобие той, что выставляют мальчишки на ветер. И крыльчатка

Герона исправно крутилась, даже когда никакого ветра не было.

Но должны были пройти многие века, даже тысячелетия, чтобы игрушка превратилась в действительно нужное, полезное изобретение.

«На решение проблемы газовой турбины уже затрачена громадная умственная работа, и не только изобретателями и учеными, но и производственными фирмами; для развития этого типа машин принесены также громадные финансовые жертвы, но пока не достигнуто никакого практического результата».

Так писала техническая энциклопедия еще в 1934 году.

Конечно, какие-то турбины в то время уже существовали. Но именно «какие-то». Скажем, в 1940 году словацкий инженер Аурель Стодола, всю свою жизнь посвятивший турбинам, сумел построить лучший по тому времени агрегат из жаропрочных сталей, выдерживающих нагрев внутри до 650 °С. Но коэффициент полезного действия (КПД) такой турбины составлял всего 18% . Чтобы добиться большего, нужны были еще более жаропрочные материалы.

Лишь когда появились сплавы, могущие сохранять рабочую форму, будучи даже раскаленными добела, когда конструкторы научились охлаждать лопатки во время работы (многие из них теперь умеют «потеть», то есть выделять через крошечные отверстия в теле лопатки охлаждающие газы), когда были разработаны десятки конструкций с более-менее высоким КПД, турбовинтовые двигатели завоевали себе прочное место в авиации.

Теперь даже пропеллеры винтовых самолетов и роторы вертолетов крутят не двигатели внутреннего сгорания, а все те же турбины. Конструкторы догадались продлить вал, соединяющий вентилятор и турбину, еще вперед и насадили на него пропеллер. Он и помогает нагнетать дополнительные порции воздуха внутрь двигателя и создает подъемную силу, обдувая крыло.

Хождение на звук

Однако не думайте, что, получив в свое распоряжение более-менее надежные реактивные двигатели, конструкторы раз и навсегда решили все свои проблемы. С разработкой каждого нового двигателя его создателям приходится как бы вкратце проходить всю историю газовой турбины снова. Заново просчитываются пути прохода газовых потоков внутри двигателя, снова и снова проверяются тепловые режимы, подбираются лучшие стали и сплавы.

Простейший стенд для испытания двигателей: 1 – входной диффузор; 2 – рабочая камера; 3 – выходная часть

Прежде чем поставить новый двигатель на самолет, его работоспособность вновь и вновь проверяют на специальных стендах. Скажем, в Центральном институте авиационного моторостроения – ЦИАМе им. П.И. Баранова– есть специальные комплексы, где можно испытывать двигатели не только в наземных условиях, но и создавая с помощью эксгаустеров (в отличие от компрессоров они не нагнетают воздух, а, напротив, разрежают его, понижая давление) атмосферные условия больших высот. Здесь же моделируются и условия полета в неких экстремальных условиях, например, проверяют, не захлебнется ли экспериментальный двигатель, если самолет попадает в тропический ливень, град и т.д.

И лишь после серии испытаний на земле, убедившись, что новый двигатель вполне работоспособен, его вывозят на аэродром и прикрепляют к самолету-лаборатории. У него кроме экспериментального есть свои надежные и проверенные двигатели. Они позволят самолету-лаборатории взлететь, выведут на нужный режим, и лишь после этого на определенный срок будет включен экспериментальный мотор. Все особенности его работы зафиксируют на лентах самописцев и в памяти бортовых компьютеров, а потом на земле специалисты дадут заключение, что нужно подправить, чтобы двигатель работал еще лучше. И так шаг за шагом его научат летать.

Есть и еще одна забота у подобных летающих лабораторий. Некоторые типы двигателей в принципе неспособны начать работу на стоянке. Таков, как мы уже говорили, ПВРД – прямоточный воздушный реактивный двигатель. Если в обычном ТРД – турбореактивном двигателе – воздух в камеру сгорания нагнетается специальным компрессором, вращаемым турбиной, то в ПВРД сжатие воздушного потока происходит из-за скорости движения двигателя. Но для этого его, естественно, надо предварительно разогнать. Используют для этого обычно те же ТРД. Они поднимают самолет с аэродрома, разгоняют его до скорости порядка 1 тыс. км/ч, а после этого включают «прямоточку», позволяющую повысить скорость еще в 6—7 раз.

Идею такого двигателя высказал еще в 1907 году французский инженер Рене Лоран, а построили его впервые советские специалисты. Сначала, в 1929 году, тогда еще будущий академик Б.С. Стечкин разработал теорию воздушно-реактивного двигателя, а четыре года спустя в ГИРДе (группе изучения реактивного движения) впервые испытали ПВРД на практике.

Поскольку соответствующих стендов тогда еще не было, конструкторы под руководством Ю.А. Победоносцова придумали такую хитрость. Двигатель разместили в корпусе снаряда 76-миллиметровой пушки и выстрелили им. Испытания показали, что снаряды с ПВРД оказались способны развить скорость более 2 М (М, напоминаем еще раз, – скорость звука в воздухе); быстрее в то время не летал ни один аппарат в мире. Тогда же гирдовцы построили и испытали модель пульсирующего ПВРД – он был экономичнее.

В 40-е годы работы по «прямоточке» велись специалистами ЦИАМа. Ими оснащались некоторые типы экспериментальных летательных аппаратов, в том числе и ракеты. Однако вскоре выяснилось, что на скоростях более 7 М такие двигатели малоэффективны: воздух, попадавший в воздухозаборник, сильно нагревался из-за трения. Кроме того, при таких температурах начинали диссоциировать, распадаться даже молекулы продуктов сгорания, поглощая энергию, и тяга двигателя падала.

Тогда в 1957 году участник первых испытаний Е.С. Щетинков изобрел ГПВРД – гиперзвуковой реактивный двигатель. Благодаря использованию расширяющегося сопла воздушный поток в нем не тормозится, а ускоряется даже на больших скоростях движения.

Несколько позднее за рубежом была предложена схема ГПВРД с внешним горением. У самолета с таким двигателем топливо горит прямо в воздухе, под фюзеляжем летательного аппарата. Тяга при этом, правда, несколько снижается, зато налицо выигрыш в весе и габаритах двигателя.

И вот совсем недавно, в начале 90-х годов, наши конструкторы разработали и испытали ГПВРД нового типа – двухрежимный. При скорости порядка 3 М он работал как обычная «прямоточка», а после 5—6 М как гиперзвуковая.

После стендовых испытаний, проводившихся в ЦИАМе, в качестве гиперзвуковой летающей лаборатории (ГЛЛ) было решено использовать снимаемую с вооружения зенитную ракету. Разгон ГЛЛ осуществлялся с помощью обычных пороховых ускорителей, а затем начинал работать ГПВРД.

Наши специалисты приложили немало выдумки и труда, чтобы испытания состоялись. И наградой за их упорный труд был заслуженный успех – ГПВРД развил скорость 6200 км/ч (чуть больше 5,2 М). Стало понятно, что уже в ближайшие десятилетия появятся первые гиперзвуковые летательные аппараты, использующие в качестве топлива не традиционный керосин, а куда более экологичный водород.

Полеты за облаками

Реактивные пассажирские

Как уже говорилось, первые реактивные самолеты были боевыми. Сначала во всем мире строили лишь истребители и бомбардировщики. Однако в середине 50-х годов А.Н. Туполев предложил переделать бомбардировщик Ту-16 в реактивный пассажирский самолет Ту-104. Это был революционный по тому времени шаг, тем не менее Андрей Николаевич добился своего. Под его руководством был заново спроектирован фюзеляж, вмещавший в зависимости от модификации самолета, дальности полета, на которую он рассчитывался, от 50 до 115 пассажиров. Впервые в отечественной практике и экипаж, и пассажиры могли свободно дышать на высотах 10 км и более в полностью герметизированной кабине.

Самолет Ту-104

Было предложено и немало других новшеств. Скажем, носок самолетного крыла обогревался горячим воздухом от компрессора двигателя – это позволяло не бояться обледенения при полетах на большой высоте, где, как известно, постоянно царит мороз.

Самолет Ту-114

В 1956 году Ту-104 был успешно испытан и стал первым в мире серийным пассажирским реактивным самолетом. Два года спустя на Всемирной выставке в Брюсселе самолету и его конструктору была присуждена золотая медаль. На нем было установлено 26 мировых рекордов.

После этого туполевцами было построено еще несколько пассажирских самолетов с турбореактивными и турбовинтовыми двигателями. Самые известные из них– Ту-110, Ту-124, Ту-134 и другие. Особняком в этом ряду стоит Ту-114– самолет-гигант с четырьмя турбовинтовыми двигателями, построенный на базе стратегического бомбардировщика Ту-95. Он мог без посадки преодолевать громадные расстояния, перевозя своих

220 пассажиров из Москвы в Дели, Токио, Га-ванну, Нью-Йорк... Самолету была уготована долгая славная жизнь – он был снят с линий лишь в 1976 году, прослужив верой и правдой около 20 лет, установив 32 мировых рекорда.