Текст книги "Битва за скорость. Великая война авиамоторов"

Автор книги: Валерий Августинович

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 24 страниц)

Конечно, межремонтный ресурс этого первого в мире боевого турбореактивного двигателя был небольшой – всего 25 часов, но это был серийный двигатель, и будь у Германии еще немного исторического времени, то, конечно, этот двигатель был бы доведен до совершенства. Двигатель работал устойчиво до высоты 10 000 метров. Сопловые, а вскоре и рабочие (роторные) лопатки турбины двигателя 109–004 уже тогда были сконструированы охлаждаемыми (воздухом). Основная часть лопатки турбины (т. н. «перо») выполнялась полой и ножки не имела, а запрессовывалась и припаивалась к диску. R результате оказалось возможным получать перо лопатки вытяжкой. Для этого Вильямом Примом на фирме его имени в Штольберге был разработан специальный технологический процесс вытяжки тонкостенного пера лопаток турбины на прессах без механической обработки, оказавшийся простым и очень производительным. Начали было строить завод производительностью 300 тыс. (!) лопаток в месяц, но не успели до конца войны. Всего на четырех заводах было выпущено около 6000 двигателей «Юмо» 109–004 до конца войны. Ежемесячное производство этого двигателя начиная с 1945 г., составило около 1000 штук.

В эксплуатацию было принято три типа самолетов: истребитель Ме-262 А-1а Schwalbe («Ласточка»), бомбардировщик Ме-262 А-2а Sturmvogel («Буревестник») и разведчик и бомбардировщик «Арадо-234В». К сентябрю 1944 г. первое многоцелевое реактивно-истребительное подразделение Erprobungkommando 262 завершило этап войсковых испытаний Ме-262, и было создано спец-подразделение для проведения боевых испытаний Арадо-234 Sonderkommando Gotz. Первым чисто боевым подразделением Люфтваффе, вооруженным реактивными истребителями, стала, как известно, «Команда Новотны». Эта «команда» в составе 12 истребителей вступила в войну 3 октября 1944 г. Однако первые воздушные бои оказались малоудачными – много самолетов было потеряно в авариях, а некоторые были сбиты при сбросе скорости во время подготовки к атаке. Нужно было менять тактику – вместо маневренного боя с применением пушек использовать ракетное вооружение, применяемое с дальней дистанции на большой скорости. Для этого была сформирована специальная группа JG7. Кроме того, занялись и обучением пилотов на двухместных Ме-262, для чего были созданы учебно-тренировочные центры. Также в сентябре 1944 г. были сформированы и первые бомбардировочные подразделения Ме-262 А-2а: «Команда Шенка» и «Команда Эдельвейс». «Арадо-234» эффективно использовался в качестве разведчика, беспрепятственно летая над Британскими островами и Северной Италией. Во время Арденнского наступления немцев в декабре 1944 г. несколько «Арадо-234» из состава эскадры KG 76 впервые отбомбились по союзникам. Ме-262, будучи неуязвимым, оказался идеальным ближним разведчиком. Всего было построено 1433 Ме-262, из которых около 200 поступило в боевые части.

Между тем работы по модификациям 109–004 шли непрерывно: вслед за первой серией «А» появились «В», «С», «D», «Е», «F», «G», «Н». Особенно интересными модификациями были «Е» и «Н». Первая модификация была с форсажной камерой за турбиной. А вторая – по сути, новый двигатель с 11 – ступенчатым компрессором (степень сжатия 5) и двухступенчатой турбиной – тягой 1800 кг, т. е. в два раза большей, чем у прототипа.

Последней попыткой немцев переломить ход воздушной войны на Западе, где бомбардировки союзников нанесли катастрофический урон военной промышленности Германии, было создание массового, так называемого «народного» истребителя Хейнкеля «Саламандра», серийно производившегося с 1945 г. Особенностью этого самолета была компоновка двигателя «БМВ» 109–003 на самолете: он располагался на «спине» фюзеляжа подобно пульсирующему двигателю на крылатой ракете Фау-1.

Ниже представлена таблица разработок (это только по госконтрактам, не включая инициативные разработки фирм) воздушно-реактивных двигателей в Германии менее чем за 10 лет. Такое обилие самых различных вариантов схем двигателей, размерностей и областей их применения возможно только на первой стадии новой инновационной волны. Сегодня, когда инновационная волна авиационных газотурбинных двигателей прошла, появление нового двигателя является довольно редким, по сути, единичным явлением, воплощающим в себе все мировые технологические достижения.

Особо необходимо отметить инновационные работы германских ученых и инженеров в области прямоточных воздушно-реактивных двигателей, или двигателей Лорана – по имени французского изобретателя. Прямоточный двигатель заманчив своей простотой конструкции – в нем нет роторов, сложных трансмиссий, лопаток с их проблемами. Но этот двигатель имеет и существенный родовой недостаток: для его функционирования как теплового двигателя, т. е. преобразователя тепла в работу расширения рабочего тела и соответственно в движение, необходима начальная скорость. Преобразование скорости в давление (т. е. торможение набегающего потока воздуха) во входном устройстве «прямоточки» с последующим подводом тепла в камере сгорания и расширением газов в сопле позволяет организовать термодинамический цикл и, получив в нем работу, преобразовать ее в тяговую мощность. При этом чем выше скорость, тем эффективнее работает «прямоточка». При числе Маха полета выше 3,5 (область «гиперзвука») степень повышения давления набегающего потока во входном устройстве «прямоточки» настолько превосходит степень повышения давления в компрессоре обычного турбореактивного двигателя, что компрессор становится излишним. Именно поэтому область применения реактивных газотурбинных двигателей ограничена этим предельным числом Маха.

Выше (от М=3,5 до М=6) находится наиболее эффективная область работы прямоточного двигателя. Максимальное число Маха, равное 6, ограничено, в свою очередь, теплотворной способностью топлива (самой энергетической пары водород+воздух): ведь эффективность термодинамического цикла определяется отношением максимальной и минимальной температур в цикле. Поскольку максимальная температура ограничена теплотворной способностью топлива, а температура на входе в камеру сгорания повышается с ростом степени повышения давления, то при числе М6 воздушно-реактивный двигатель вырождается.

Неслучайно поэтому, что еще в 1937 г. прямоточными двигателями в Германии заинтересовались прежде всего Сухопутные силы. Возникла идея (Вольф Троммсдорф) разработки инновационного, так называемого активно-реактивного снаряда большой дальности: из артиллерийского ствола выстреливается снаряд, оснащенный «прямоточкой», после достижения определенной скорости включается подача топлива в прямоточную камеру сгорания, и снаряд летит дальше уже с помощью реактивной силы насколько хватит запаса топлива. Ввиду ограниченности массы снаряда, несущего в том числе и заряд взрывчатого вещества, воздушно-реактивный двигатель, использующий в качестве рабочего тела окружающий воздух, обеспечивает лучшие массовые характеристики снаряда по сравнению с ракетным. К 1938 г. идея Троммсдорфа оформилась в теорию применения снаряда. Ему же была поручена разработка такого снаряда.

Принципиальное различие процессов расширения и сжатия движущегося сверхзвукового потока воздуха заключается в том, что в случае геометрического воздействия на поток (изменением проходного сечения) при расширении (увеличении скорости) волны разрежения расходятся веером, не пересекаясь, а при сжатии (уменьшении скорости) волны сжатия пересекаются, образуя сильные ударные волны. Главной проблемой эффективного преобразования скорости набегающего сверхзвукового потока в давление становится уменьшение интенсивности ударных волн. Если произвести торможение потока в одной ударной волне, то потери давления сведут на нет все преимущества. Таким образом, проектирование оптимального сверхзвукового диффузора становится главной задачей при создании прямоточного реактивного двигателя.

И здесь германская наука вновь оказалась на высоте. Проблемой проектирования сверхзвуковых диффузоров занимался Клаус Осватич под общим руководством Прандтля в Геттингенском авиационном НИИ (Kaiser-Wilhelm-Institut Stromungforschung). Хотя идея многоконусного диффузора с торможением потока в серии последовательных ударных волн слабой интенсивности была не нова, но выбор оптимальной конфигурации потребовал многочисленных экспериментов в аэродинамических трубах. Дело в том, что, как оказалось, оптимальное сочетание (минимальная сумма) внешнего сопротивления и внутренних потерь в ударных волнах реализуется в далеко не очевидной аэродинамической схеме сверхзвукового диффузора, а именно в так называемой «схеме внешнего сжатия с выбитой ударной волной». К 1943 г. Осватич накопил достаточно материалов испытаний, чтобы спроектировать хороший диффузор для «прямоточки», а к концу войны был накоплен задел для проектирования диффузора до гиперзвуковой скорости М=4,4.

В конце 1944 г. КБ Троммсдорфа разработало межконтинентальную крылатую ракету D6000 с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. По проекту ракета начинала свободное падение с высоты 14 км при скорости 720 км/час с самолета-носителя. Ракета падала с высоты своего пуска до тех пор, пока отстреливаемые ракетные ускорители, расположенные на концах крыльев, не придавали ей ускорение до числа М=2,8. На этой скорости включался прямоточный двигатель, ускоряя ракету до М=4 и выводя ее на высоту 24 км. Затем ракета продолжала полет на расстояние 5000 км и за 300 км до цели начинала снижение. Дефицит топлива даже для опытного самолета-носителя в конце войны не позволил провести пусковые испытания уже изготовленной крылатой ракеты большой дальности Троммсдорфа.

А что же Пауль Шмидт со своим проектом пульсирующего воздушно-реактивного двигателя? Как мы помним, он начинал самым первым. Долгое время Шмидт работал над проблемой зажигания свежей порции пламени в пульсирующем двигателе: прямоточная схема течения топливовоздушной смеси требовала скорости распространения пламени 100 м/с, чтобы вписаться в приемлемые габариты. Как известно, обычный фронт пламени распространяется с помощью теплопроводного (молекулярного и турбулентного) механизма переноса со скоростью не более 10 м/с, т. е. в десять раз меньше. Шмидт начал экспериментировать с переносом тепла с помощью ударной волны, имеющей существенно большую скорость. К1937 г. Шмидт установил, что отраженная от выхода первоначально инициированная вспышкой ударная волна способна периодически вызывать поджигание свежей смеси без источника зажигания. Так была решена основная проблема пульсирующего (горения с частотой 50 герц) реактивного двигателя.

Проект самолета-снаряда с ПуВРД, представленный в 1934 г. Шмидтом и Маделунгом Министерству авиации, поначалу не получил одобрения. Шмидту оказали поддержку фон Браун и доктор Дорнбергер, известные специалисты-ракетчики. В результате проект получил финансовую господдержку, с помощью которой в Мюнхене небольшая группа конструкторов разработала первый самолет-снаряд. Первый двигатель Шмидта с автоматическим зажиганием с помощью ударной волны прошел испытания в 1938 г. Несмотря на, казалось бы, простую схему пульсирующего реактивного двигателя, при его доводке пришлось решать много сложных задач, оригинальные решения которых нашли отражение в конструкции. Двигатель получил обозначение SR.500, что обозначало инициалы конструкторов (Шмидт и Pop) и диаметр трубы, в которой шло горение, равный 500 мм. В 1942 г. инновационный SR.500 показал на стенде тягу 750 кг, но до летных испытаний дело так и не дошло. Этот двигатель почему-то «не любили» – так бывает даже в таком рациональном мире, как авиационные моторы. Правда, к этому были некоторые основания: двигатель неприятно шумел, более того, своим акустическим воздействием он разрушил аэродинамическую трубу. После этого пульсирующие двигатели испытывали только на открытых (без стен) стендах.

К этому времени получавшая большее финансирование фирма «Аргус» продвинулась значительно дальше Шмидта в разработках ПуВРД. Как ни странно, но когда в 1939 г. берлинской фирме «Аргус», занимавшейся производством небольших поршневых моторов и нагнетателей, была поручена разработка ПуВРД, то на этой фирме ничего не знали о работах Шмидта. Работы по созданию пульсирующего двигателя на фирме «Аргус» вел талантливый инженер Гюнтер Дидрих, занимавшийся опытно-конструкторскими работами по парогенераторам и применением паровых двигателей на самолетах и автомобилях. Сотрудничество с группой Шмидта начиная с 1940 г. позволило Дидриху решить ряд проблем, в частности использовать шмидтовскую конструкцию клапанов. Первые летные испытания ПуВРД Дидриха тягой 120 кг были проведены в апреле 1941 г., а вскоре в этом же году он ушел с фирмы, считая применение пульсирующих двигателей невозможным при скорости полета выше 600 км/час. Уйдя из КБ, Дидрих создал научно-исследовательский центр, продолжавший заниматься процессами в ПуВРД. В ходе конкурса на «народный», т. е. дешевый, истребитель были представлены и проекты самолетов (фирмы «Хейнкель», «Юнкерс», «Блом» и «Фосс»), оснащенные доведенными ктому времени (конец 1944 г.) ПуВРД 109–014. Победила, как известно, «Саламандра» Хейнкеля с турбореактивным «БМВ». Пульсирующий ВРД, кроме прочего, оказывал сильное акустическое воздействие на планер самолета, срывая тканевое покрытие планера и повреждая металлические конструкции.

В 1945 г. самолеты-снаряды Фау-1 летали уже со скоростью около 800 км/час.

Создание самолета-снаряда, или, как бы теперь назвали, крылатой ракеты с ПуВРД, было поручено самолетной фирме Герхарда Физелера в городе Касселе. В декабре 1942 г. сам Физелер пролетел на самолете «Фокке-Вульф-200» над Пенемюнде и сбросил первый планер Фау-1, проведя тем самым первое летное испытание без силовой установки. Однако вначале удалось довести и внедрить в серию только Фау-1, запускаемые с наземных установок – катапульт (т. е. крылатые ракеты «земля – земля»). Назначение этого нового оружия было – не допустить высадку союзников в Европе. Но союзники высадились раньше (6 июня 1944 г.), чем началось боевое применение этих ракет (первый удар по Лондону был нанесен 13 июня 1944 г.). К 29 июня было выпущено уже 2000 крылатых ракет Фау-1. Кульминацией был удар по Лондону 2 августа, когда 107 ракет из выпущенных 316 достигли города. После продвижения союзных войск во Франции, когда позиции для запуска ракет были утрачены, главной целью бомбардировок стал голландский порт Антверпен. Всего по Лондону было зафиксировано 2419 ударов, а по Антверпену – 2448 ударов. Из выпущенных по целям ракет достигло цели 25 %. Всего было изготовлено 30 000 крылатых ракет Фау-1. Вес взрывчатого вещества, транспортируемого этой ракетой, составлял внушительные 850 кг. Так что бомбардировки и Лондона, и Антверпена были серьезные.

Интересна история попыток американцев наладить серийный выпуск Фау-1 для боевого применения против Японии. В руки союзников попало много неразорвавшихся ракет, которые позволяли их воспроизвести. Был подписан контракт с фирмой «Форд» в Детройте на выпуск 3000 штук. Но в связи со скорой победой над Японией «американский» ПуВРД PJ-31-1, как он был обозначен, прекратил свое существование.

СМЕНА ЛИДЕРОВ

В 1945 г. закончилась Великая война, но не Великая борьба за мировую гегемонию. Одни глобальные игроки сошли со сцены истории (Германия, Япония и Великобритания), другие (США и СССР) – появились. Но если США стали лидером за счет собственного усиления, то СССР – за счет большего, чем он, ослабления конкурентов: физически разгромленных и оккупированных Германии и Японии и теряющей свои колонии Великобритании. Эта принципиальная разница в базисе силы США и СССР определила особенности траектории послевоенной истории: СССР должен был догонять экономически и инновационно далеко ушедшие вперед США, а для этого фактически не было ресурсов. Мало того, что необходимо было догонять США, надо было одновременно еще и восстанавливать почти полностью разрушенную страну и помогать новым союзникам в Восточной Европе. В сравнении с США СССР по экономическому и человеческому потенциалам был даже не на нуле, а в отрицательной, убыточной области. По данным ЦСУ Госплана СССР, прямой экономический ущерб (потеря имущества) из-за войны составил 679 млрд рублей (в ценах 1940 г.), что вдвое превосходило вложения в экономику страны за три предвоенные пятилетки. То есть вся «индустриализация», с такими жертвами проведенная в 1930-е гг., рухнула. Кроме того, был и косвенный ущерб:

• Расходы на войну (чистые потери национального дохода)……….. 1890 млрд руб.

• Потери доходов населения и предприятий при переходе от войны к миру и содержание избыточной армии (до 1947 г.)…..501 млрд руб.

• Потери национального дохода от убыли населения и потери трудоспособности инвалидов войны……………..1664 млрд руб.

Итого, прямой и косвенный ущерб от войны составил 4734 млрд рублей в ценах 1940 г., или более чем в 10 (!) раз превзошел вложения довоенных пятилеток. В долларовом выражении это составило 893 млрд тогдашних долларов США ( Симонов Н., с. 192).

Для решения этой исторической задачи («догнать и перегнать») необходимо было прежде всего историческое время, которое, в свою очередь, обеспечивается только гарантированной безопасностью государства. Ас безопасностью СССР были проблемы. США, получив фору в экономической и военной мощи, попытались преобразовать ее в глобальное (включая СССР) влияние. Доктрина «холодной» войны, которая в любой момент могла превратиться в «горячую», была сформулирована в знаменитой «длинной телеграмме» Кеннана-младшего, посла США в СССР, сразу по окончании войны, в феврале 1946 г. На основе сложившейся в то время монополии США на атомное оружие появилась и «атомная дипломатия». А в 1949 г. президентом США Гарри Трумэном был утвержден печально известный план «Dropshot» нападения на СССР. В соответствии с этим планом начало войны планировалось после 1 января 1957 г. В 1949 г. американские стратеги считали, что к этому времени США будет иметь 300 ядерных зарядов и 840 бомбардировщиков для их доставки на территорию СССР. Правда, судя по всему, первоначально в качестве бомбардировщиков предполагалось тогда использовать законсервированные В-29, которые вскоре потерпели фиаско в корейской войне. В свою очередь, прогнозировалось, что СССР к этому времени ядерным оружием обладать не будет, а количество стратегических бомбардировщиков (по-видимому, Ту-4) не превзойдет 200 штук. Война тем не менее была на пороге. Автор этих строк прекрасно помнит, как всего через десять лет после окончания страшной войны с Германией в городах Советского Союза – потенциальных целях американского нападения – стали вновь, как в войну, вводить затемнения и объявлять учебные тревоги с тотальным выключением освещения. Начали строиться бомбоубежища, шла подготовка и так называемых ОРВП (отрядов розыска и выноса пострадавших), в которые привлекались школьники. Страшное дело!

Следовательно, приоритетом послевоенной внутренней политики СССР становится развитие оборонного комплекса, а с учетом недавнего военного опыта – развитие авиации как одного из (а в течение первых 20 лет после войны главного) факторов обеспечения обороноспособности (как в качестве носителя ядерного оружия, так и средства противовоздушной обороны). Единственным средством решения этой задачи является концентрация ограниченных ресурсов на стратегических направлениях. Если решение задачи создания ядерного оружия потребовало в первую очередь интеллектуальных ресурсов, то создание, по сути, нового авиапрома обошлось, кроме этого, и в огромные материальные затраты. Как мы видели из доклада Главкома ВВС маршала Новикова товарищу Сталину, к этому моменту мы сильно отстали от США в авиации.

Как же удалось решить три, казалось бы, неподъемные задачи: сохранить мир, восстановить страну и развить до передового технического уровня авиационную, ракетно-космическую и ядерную промышленность? Три источника: десять лет жесточайшей экономии потребления, действующие советская научная и инженерная школы и богатые немецкие трофеи. Вот уж поистине пришлось «затянуть пояса». Товаров народного потребления фактически не производилось, карточную систему распределения продуктов отменили с 1948 г., но это не значило, что в свободной продаже была, например, мука, которую продавали по нормам (по 3 кг в одни руки) только перед редкими праздниками. Очередь занимали с вечера. Люди в большинстве своем донашивали военное обмундирование и сохранившуюся с довоенных времен штатскую одежду, если она не была выменена на продовольствие во время войны. Жилищно-коммунальное хозяйство, что сейчас называется ЖКХ, находилось в плачевном состоянии – как тогда оно не развалилось, непонятно. Уже в 1980-е гг., когда это все лихолетье осталось позади, все еще доносились отголоски той жесточайшей экономии. Автор этих строк, будучи в командировке в Самаре в 1986 г., встретился там со старым другом, выпускником 1959 г. моторного факультета МАИ, который к этому времени уже стал секретарем горкома КПСС. Так он рассказывал, что на одной из ТЭЦ до сих пор работает старая корабельная турбина с немецкого крейсера, а в этой турбине уже порядочно недостает лопаток.

Оставляя в стороне ракетно-космическую и ядерную промышленность, мы рассмотрим, как развивалось в послевоенное время авиационное моторостроение. Прежде всего, эвакуированные во время войны моторные заводы остались на месте эвакуации: Воронежский № 16 – в Казани, Московский № 24 (им. Фрунзе) – в Самаре (Куйбышеве), Рыбинский № 26 – в Уфе, Запорожский № 29 (им. Баранова) – в Омске. Но на прежних площадках возникли «из ничего» новые «номерные» заводы: в Москве на площадке у метро «Семеновская» – № 45, в Тушино – № 500, в Рыбинске – № 36, в Запорожье – № 478. Откуда в разрушенной стране взялось оборудование для оснащения этих заводов? Из Германии, больше неоткуда. Всего из Германии в качестве репараций было демонтировано и вывезено в СССР 5,5 тысячи предприятий разного профиля [41]. Так, к примеру, возникло и знаменитое J10M0 (Ленинградское оптико-механическое объединение) на основе известной немецкой фирмы «Карл Цейсс – Йена». Перепало кое-что – и немало – и новым авиамоторным заводам.

Практическое удвоение промышленных мощностей авиамоторных заводов не было прихотью. В первой послевоенной пятилетке 1946–1950 гг. нужно было полностью перевооружить ВВС новой техникой. Планировалось за пятилетку построить около 25 тыс. самолетов, в том числе 5 тыс. реактивных [41]. И самолетов, и моторов, и моторов современных, нужно было много. Не нужно забывать, что ресурсы тогдашних авиамоторов были небольшие – 100 часов. Заводы работали непрерывно, шесть дней в неделю в три смены. Тогда суббота была еще рабочим днем. Днем и ночью шли приемо-сдаточные испытания моторов, работавших без всякого шумоглушения. Те, кто жил неподалеку, летом редко открывали окна – гул стоял страшенный. Особенно доставалось тем, кто жил в домах прямо напротив испытательных станций. Был и фольклор на эту тему: «гудит родной завод, как улей, анам-то х…ли».

В США ситуация была такая же – моторы пекли, как пироги. Единственно, что третьей смены, вероятно, не было. Иллюстрацией этого интенсивного производства в США служит фотография одновременной подготовки к сдаточным испытаниям пяти реактивных двигателей J-35-GE на пяти рядом расположенных стендах – продукции завода за одну рабочую смену. Картина сильно напоминает брейгелевскую «Крестьянскую свадьбу» («Bauernhochzeit») с разноской кушаний.

_{Массовое производство первых реактивных двигателей в США. в 1940-е гг. Подготовка к сдаточным испытаниям}

Дислокация советских конструкторских бюро тоже изменилась после войны. Главные конструкторы, те, кто побойчее, попытались выйти из стесняющей их действия орбиты серийных заводов, создав собственную опытно-производственную базу и всеми силами перебраться в столицу. Все-таки функции серийного завода и ОКБ сильно отличались: загрузить серийный завод опытными разработками удавалось с большим трудом. Заслуженное КБ В. Я. Климова обратно из Уфы в Рыбинск не вернулось, оно получило обозначение ОКБ-117 и, переместившись в Ленинград, занялось турбореактивной тематикой. Известное КБ Микулина, получившее обозначение ОКБ-300, тоже переехало из самарской эвакуации, обосновавшись в Москве на новой площадке вблизи Лужников. Возникли и новые конструкторские бюро, которые в скором времени займут передовые позиции в турбореактивной технике. Это прежде всего А. М. Люлька (ОКБ-165) и выходец из климовского ОКБ Н. Д. Кузнецов (госзавод № 2). В Запорожье вернулся (уже как главный конструктор) в 1945 г. уехавший с заводом в эвакуацию (г. Омск) А. Г. Ивченко. Там он занимался сопровождением серийного производства запорожского мотора М-88 и швецовского АШ-62ФН. Последнее время он был заместителем Швецова на омском заводе.

Все эти КБ создадут новые турбореактивные двигатели, ставшие хорошо известными своими персональными «брендами»: ВК (Валерий Климов), AM (Александр Микулин), АЛ (Архип Люлька), ВД (Владимир Добрынин), НК (Николай Кузнецов), АИ (Александр Ивченко). В конце 1980-х к этим маркам двигателей «отцов-основателей» моторных КБ добавится последняя – ПС (Павел Соловьев). Это единственный случай, когда персональные инициалы преемника, а не основателя ОКБ-19 (Аркадия Швецова) войдут в марку двигателя. И обусловлено это будет признанием заслуг П. А. Соловьева в разработке турбореактивных двигателей.

И здесь нужно сказать несколько слов о том, в чем же заключается функция главного конструктора двигателей. Безусловно, двигатель является продуктом коллективного труда множества специалистов. Но есть вопросы и решения, прерогатива которых находится в компетенции главного конструктора и никого более. Главный конструктор определяет облик будущего двигателя: размерность, газодинамическую схему и уровень предельных параметров. Эти параметры главный конструктор выбирает исходя из своих представлений о двух взаимно противоречивых требованиях: перспективности будущего двигателя и степени риска его создания за ограниченное время. Очевидно, что чем перспективнее проектируемый двигатель, тем больше степень риска его создания к сроку. И наоборот, чем меньше риски создания двигателя, тем менее перспективным он будет. Никакая теория не может дать здесь решение – все полностью зависит от интуиции, опыта главного конструктора. Успехи и провалы, которыми усеян путь авиационного моторостроения, обусловлены как раз оказавшимися верными или неверными оценками соотношения перспективности и риска.

Социальный статус генеральных конструкторов двигателей был велик: они назначались и освобождались от работы по постановлению ЦК КПСС, а не простым приказом министра. Благодаря этому статусу генеральные конструкторы были относительно независимы, имели прямую телефонную связь с оборонным отделом ЦК, руководством Минобороны и ВВС. В бытность, когда министром обороны был влиятельный член Политбюро Д. Ф. Устинов (в просторечии «дядя Дима»), генеральный конструктор мог обращаться к нему напрямую. Формально подчиняясь министру, генеральные конструкторы находились на одном с ним уровне.

В чем же количественно выражается перспективность авиационного двигателя? Коэффициент полезного действия, т. е. степень преобразования хаотического движения молекул (тепло) в упорядоченное (работу), выражается в виде термического кпд

для идеального термодинамического цикла Карно. Здесь минимальная температура рабочего тела – это температура окружающей среды, а максимальная температура – это максимальная температура газа в начале расширения, т. е., перед турбиной. Таким образом, главный параметр, отражающий технический прогресс в газотурбостроении, – это уровень температуры газа перед турбиной. Здесь температура отсчитывается по термодинамической шкале, где за 0 принят уровень -273 градуса Цельсия. Смысл этой шкалы заключается в том, чтобы исключить отрицательные значения температур, неудобные для термодинамических вычислений. Из выражения кпд теплового двигателя видно, что даже в случае отсутствия потерь, например, на трение, идеальный кпд никогда не достигает 1, т. е. 100 %.

Так, при Т _маж=1800К и T _min=288K (что соответствует +15 град. Цельсия) кпд двигателя составит только 84 %. То есть 16 % располагаемой внутренней энергии в работу превратить не удается из-за остающегося непревращенным в работу хаотического движения молекул при Т=288К. Если же учесть все потери работы, превращающейся в тепло в процессе преобразования энергии, т. е. потери на трение газа о поверхность лопаток, недоиспользование тепла в пределах габаритов двигателя (выхлоп в атмосферу с повышенной температурой) и т. п., то уровень кпд реального газотурбинного двигателя составит 40 %. Это – если мы используем газотурбинный двигатель в качестве привода, например, электрогенератора. Если же газовая турбина применяется на самолете, то полученную в термодинамическом цикле преобразования тепла работу необходимо еще превратить в тяговую мощность.

Здесь мы тоже не можем осуществить процесс преобразования со 100 % кпд. Этот вид кпд носит название тягового, или полетного, и выражается в виде:

где W – скорость истечения газов из сопла двигателя, а V – скорость полета самолета. Как видно из выражения полетного кпд, он может быть равен 1, или 100 %, при условии равенства скорости истечения и скорости полета. Но это невозможно, так как тяга двигателя по закону Ньютона

равна разности выходного и входного импульса, т. е. пропорциональна секундной массе рабочего тела через двигатель, умноженной на приращение скорости рабочего тела в двигателе. Собственно, работа, полученная при преобразовании тепла в двигателе, как раз и идет на приращение скорости рабочего тела. Таким образом, стремясь к максимальному полетному кпд (т. е. W(V), мы должны компенсировать уменьшение тяги двигателя (из-за уменьшения прироста скорости) увеличением секундной массы рабочего тела. В реальном двигателе – это увеличение размеров (диаметра компрессора, а следовательно, и двигателя).

Двигаясь по шкале значений W/V в сторону уменьшения, начиная с некоторого значения, меньшего W/V, которое мы назовем оптимальным, прирост полетного кпд не компенсирует роста внешнего сопротивления мотогондолы за счет трения из-за увеличения поверхности обтекания. Таким образом, существует оптимальное значение W/V, не равное 1, и, следовательно, полетный кпд реального (с учетом внешнего сопротивления) тоже не равен 100 %. В зависимости от режима обтекания мотогондолы (ламинарный или турбулентный) оптимальное значение W/V составляет 1,5–2,0. Таким образом, реальный полетный кпд турбореактивного двигателя составляет 0,67—0,8. Соответственно полный кпд турбореактивного двигателя (степень преобразования тепла в тяговую мощность), равный произведению этих двух (термического и полетного) кпд, составляет около 30 %.