Воздушно-реактивные двигатели

Заслуга создания первых авиационных турбореактивных двигателей принадлежит известному советскому авиаконструктору лауреату Сталинской премии А. М. Люлька. Свою работу над этими двигателями он начал еще в 1934 г. и к 1937 г. разработал проекты турбореактивных двигателей двух типов.

Ученым нашей страны принадлежит приоритет в области теории воздушно-реактивных двигателей.

Основоположником теории реактивных двигателей является знаменитый русский ученый, отец русской авиации Николай Егорович Жуковский. В ряде своих классических работ, относящихся к 1882, 1886 и 1908 годам, Жуковский привел выведенную им формулу для определения силы тяги реактивного двигателя. Для получения этой формулы, которая в настоящее время широко используется во всем мире, Жуковскому пришлось теоретически исследовать те усилия, которые оказывает на сосуд, движущийся в жидкой среде (ведь воздух это тоже жидкость), втекающая и вытекающая из него жидкость.

Основываясь на работах Жуковского, его ученик, ныне лауреат Сталинской премии академик Б. С. Стечкин в 1929 г. опубликовал работу «Теория воздушно-реактивного двигателя», которая стала основным трудом в области реактивного двигателестроения.

Советский Союз благодаря теоретическим исследованиям и практической работе коллективов наших авиаконструкторов, мощных научно-исследовательских институтов и заводов авиационной промышленности обладает совершенными турбореактивными двигателями, занимая ведущее место в развитии реактивной авиации.

1946 год. Прошел всего один год после победоносного завершения Великой Отечественной войны с гитлеровской Германией. Страна праздновала свой первый послевоенный Первомай. В этот день над колоннами демонстрантов высоко в небе Москвы с огромной скоростью пронеслись невиданные до сих пор самолеты. Они и были похожи на обычные самолеты, и многим отличались от них. Вместо привычного рокота двигателей — мощный гул, переходящий иногда в свист; высоко расположенное необычное хвостовое оперение; узкие, отогнутые назад крылья, придававшие этим самолетам вид стремительно летящих стрел; как будто обрубленные спереди и сзади фюзеляжи. Но самое главное — трудно было понять, что заставляет эти самолеты лететь с такой огромной скоростью, что тянет их вперед. На самолетах не было видно ни на фюзеляже, ни на крыле того сверкающего диска, который образует вращающийся с большим числом оборотов воздушный винт; а ведь именно воздушный винт заставляет лететь обычный самолет.

Это были реактивные самолеты. На каждом из них внутри фюзеляжа был установлен турбореактивный двигатель — он-то и создавал необходимую для полета тягу, издавая при этом так поразивший москвичей мощный гул. Теперь этот звук работающего турбореактивного двигателя хорошо знаком не только москвичам, но и всем гражданам нашей Родины, являющимся свидетелями быстрого развития советской реактивной авиации.

Через год с небольшим после этого первого группового полета реактивных самолетов над Москвой, в день традиционного праздника советской авиации 3 августа 1947 года, сотни тысяч москвичей, собравшихся на Тушинском аэродроме, были свидетелями захватывающего по красоте зрелища: советский летчик полковник И. П. Полунин впервые в мире продемонстрировал выполнение фигур высшего пилотажа на реактивном самолете. А в следующем году авиационный праздник был ознаменован блестящим выполнением первого в мире группового высшего пилотажа на реактивных самолетах. Пятерка советских летчиков во главе с генералом Е. Я. Савицким демонстрировала свое замечательное мастерство — следовавшие одна за другой фигуры высшего пилотажа образовывали стремительный каскад, все пять самолетов, казалось, управлялись единой волей, так согласованы были их движения.

Вот летит скоростной реактивный бомбардировщик. На его крыле хорошо видны длинные сигарообразные тела с как будто срезанными концами (рис. 7). Это гондолы; в них установлены турбореактивные двигатели, которые создают тягу, необходимую для полета реактивного самолета.

Рис. 7. Реактивный бомбардировщик в полете

Как же создается эта тяга? Ответить на этот вопрос, наблюдая летящий самолет, нелегко: ведь воздух прозрачен и простым глазом не удается видеть происходящие в нем изменения.

Другое дело, если бы самолет совершал свой полет в описанном выше искусственном зеленом воздушном океане. Тогда мы увидели бы живописную картину, очень похожую на ту, при помощи которой мы познакомились с работой воздушного винта.

Попробуем проследить за происходящими в нашем зеленом океане явлениями, начиная с самого момента запуска двигателя. Вот турбореактивный двигатель начал работать, и безмятежный ранее зеленый океан заволновался. Как и к вращающемуся винту, к входному отверстию двигателя со всех сторон — сверху, снизу с боков — начали подтекать струйки воздуха, образуя темнозеленую воронку. Чем ближе к входному отверстию, тем темнее окраска воздуха; помните — это значит, что движение воздуха ускоряется. Следовательно, двигатель подсасывает воздух так же, как это делает воздушный винт. Образующаяся перед входным отверстием двигателя воронка, заметная в нашем зеленом океане по более темной окраске, и есть засасываемый в двигатель воздух. В стороне от этой воронки воздух неподвижен и окраска его там совсем светлозеленая. Все напоминает нам картину, виденную и при работе винта. Разница только в том, что воронка перед двигателем гораздо меньше по размерам, чем перед винтом. Это значит, что через двигатель в каждую секунду проходит воздуха значительно меньше, чем через винт.

Теперь посмотрим, что происходит у выходного отверстия двигателя, через которое засосанный в него воздух выходит в атмосферу.

Оказывается, и за двигателем картина также похожа на ту, которую мы наблюдали за вращающимся воздушным винтом. Из двигателя наружу вытекает мощная струя темнозеленого цвета. Ее окраска гораздо темнее, чем цвет воздуха за винтом. Следовательно, воздух, вытекающий из двигателя (точнее, не воздух, а газы, о чем будет сказано ниже), обладает значительно большей скоростью, чем воздух, отбрасываемый назад воздушным винтом.

Итак, мы убедились в том, что турбореактивный двигатель засасывает воздух из окружающей атмосферы и с большой скоростью отбрасывает его назад (рис. 8) точно так же, как это делает воздушный винт.

Мы пока смогли заметить только одно различие в работе винта и двигателя: воздушный винт отбрасывает ежесекундно значительно больше воздуха, чем турбореактивный двигатель (потому что диаметр воздушного винта больше), но зато турбореактивный двигатель отбрасывает газы со значительно большей скоростью.

Рис. 8. Турбореактивный двигатель создает тягу так же, как и воздушный винт, отбрасывая назад с большой скоростью засасываемый воздух (газы)

Правда, есть и еще одно весьма важное различие. Чтобы его заметить, нам нужно было бы воспользоваться другим искусственным воздушным океаном, таким, у которого цвет меняется при изменении не скорости, а температуры воздуха, — с ростом температуры окраска темнеет. Пусть это будет, например, красный воздушный океан. В этом случае мы установили бы, что цвет океана перед работающим винтом и за ним остается практически одинаковым — светлорозовым, так как температура воздуха, протекающего через прозрачный диск, образуемый воздушным винтом при его вращении, не изменяется. При работе турбореактивного двигателя дело будет обстоять иначе. В двигатель будет поступать светлорозовый поток воздуха, а из двигателя вытекать струя, окрашенная в темнокрасный цвет. Это значит, что температура струи гораздо выше, чем температура окружающей атмосферы. Это и понятно — вытекающие из двигателя газы, представляющие собой, как мы увидим ниже, перемешанные с воздухом продукты сгорания топлива, на котором работает двигатель, нагреты до температуры 600—700° С.