Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 05

Пока скорость много меньше скорости звука, воздух расступается перед движущимся телом и сопротивление возникает сравнительно небольшое. По мере приближения к скорости звука воздух становится все плотнее, сжимается, сопротивление растет.

Не на всех частях винтовых самолетов это сказывалось в равной мере. При скоростях 700–800 км/ч крылья, например, еще работают неплохо. И сопротивление их невелико, и подъемная сила достаточна. С винтом же все иначе. Винт, по существу, то же крыло, только вращающееся. Собственная скорость его лопастей складывается (по правилу параллелограмма) со скоростью полета. В точках на концах лопастей скорость относительно воздуха оказывается значительно больше скорости звука. Здесь возникает область сжатия — и тяга винта падает.

Видя это, некоторые авиаконструкторы, например советский изобретатель П.Гроховский, хотели применить вместо винта центробежный вентилятор. Полагая при этом, что самолету с таким движителем крылья не нужны (рис. 1).

Другие изобретатели, анализируя положение, отмечали, что линейная скорость различных частей винта неодинакова. Она велика только на концах и мала в середине как неизбежное следствие вращательного движения. Из этого делался логичный вывод. Винт можно заменить крылом, движущимся параллельно самому себе с умеренной скоростью.

Так возродилась бытовавшая на заре воздухоплавания идея воздушного гребного колеса (рис. 2).

Рис. 2

Размышляя в этом направлении, некоторые додумались даже до крыльев параллельного взмаха.

Но идея, безупречная с точки зрения чистой логики, оказалась технически не осуществима. Несмотря на кажущуюся простоту, в этих механизмах возникали сложные процессы, ставившие инженеров в тупик…

Однако вернемся к теории.

Тяга винта создается за счет реактивной силы отбрасывания масс воздуха назад по ходу полета. Совершить это можно и без помощи механизмов. Например, работавший в США русский инженер А.Н.Прокофьев-Северский предлагал отбрасывать воздух электрическим полем, что привело бы к появлению экологически чистых бесшумных «ионокрафтов» (рис. 3).

Рис. 3

Другие изобретатели, начиная с К.Э.Циолковского, предлагали воздушно-реактивные двигатели (ВРД), создающие тягу за счет сжигания в камере сгорания топлива. Именно их и использует современная реактивная авиация.

В двигателе Циолковского при помощи компрессора, работающего от поршневого мотора, сжимался воздух. В него впрыскивалось и сжигалось топливо. Образующиеся продукты сгорания, с большой скоростью вытекая из сопла, создают реактивную тягу (рис. 4).

Поскольку современные ВРД используют газовые турбины, часто думают, что идея Циолковского оказалась не вполне работоспособна. Но это не так. Первый самолет с двигателем такого типа (их называют моторно-компрессорными) был построен в 1940 году в Италии (рис. 5).

Рис. 5

Скорость опытного образца была еще невелика — 330 км/ч. В 1943 году та же фирма построила моторно-компрессорный истребитель, но испытать его из-за поражения в войне не успела. Аналогичный самолет, построенный у нас в 1946 году, развил 800 км/ч.

Хотя поршневой двигатель экономичнее и дешевле турбины, от него отказались. И вот почему.

Выходящие из нее продукты лишь часть своей энергии отдают лопаткам турбины. Покидая их, они имеют высокую скорость и за счет этого создают реактивную тягу.

Первый самолет с газотурбинным ВРД был построен в Германии в 1939 году (рис. 6).

К 1950 году скорость самолетов, оснащенных такими двигателями, превысила скорость звука. Но военным требовались скоростные самолеты дальнего действия. Расход же топлива с газотурбинным ВРД был непомерно велик. С одной стороны, это было вызвано низким термическим КПД газовых турбин того времени. Но имелась и иная причина. Дело в том, что энергия реактивной струи только тогда полностью идет на создание тяги, когда скорость ее истечения равна скорости самолета. А она у этих двигателей была почти в два раза больше, чем скорости, реально освоенные в авиации. Поэтому полученная энергия использовалась лишь наполовину.