6. Самолеты с воздушно-реактивными двигателями компрессорного типа

6. Самолеты с воздушно-реактивными двигателями компрессорного типа

Особенностью конструкции мотокомпрессорного воздушно-реактивного двигателя, или, как его часто называют, ВРДК (воздушно-реактивный двигатель компрессорного типа), является использование поршневого двигателя в качестве привода его компрессора. Из компрессора сжатый воздух подается в камеру сгорания, где и происходит сжигание подаваемого туда топлива, продукты же сгорания истекают через реактивное сопло, создавая тягу. Идея создания ВРДК возникла в первом десятилетии ХХ в. Практически одновременно и независимо друг от друга ее развивали Рене Лорен, Анри Коанда и Александр Горохов.

Француз Рене Лорен в 1908 г. опубликовал в авиационном журнале «Аэрофиль» несколько статей о проекте реактивного летательного аппарата, в качестве силовой установки которого использовался шестицилиндровый поршневой двигатель. Техническое решение заключалось в том, каждый цилиндр двигателя снабжался выхлопным реактивным соплом. Предполагалось, что тяга силовой установки будет создаваться серией последовательных выхлопов двигателя.

Русский инженер А. Горохов в своей статье «Механический полет будущего», опубликованной в 1911 г., изложил результаты своих исследований по созданию летательного аппарата с ВРДК. Корпус аппарата, в котором могли размещаться три человека, имел обтекаемую форму с хвостовым оперением, игравшим роль рулей высоты и направления, и оснащался двигателем. Двигатель состоял из двух симметрично расположенных камер сгорания, в которые двумя компрессорами нагнетался воздух, а специальным насосом – топливо (бензин, спирт или керосин). Скорость аппарата, по расчетам автора, должна была составить более 350 км/ч.

Существует весьма распространенное мнение о том, что одним из изобретателей ВРДК был румын Анри Коанда, который в 1910 г. в мастерской Джованни Капрони построил самолет Coanda-1910, а впоследствии демонстрировал его на Втором воздухоплавательном салоне в Париже. Самолет должен был приводиться в движение за счет всасывания воздуха на входе в компрессор и создания потока воздуха на выходе из двигателя. Коанда запатентовал эту технологию во Франции в 1910 г., а также в Великобритании и Швейцарии в 1911 г., однако самолет оказался неспособным к полету.

Внимательное изучение конструкции его самолета позволяет сделать вывод о том, что двигатель А. Коанды не являтся ВРДК в классическом виде. В нем радиальный компрессор приводился во вращение с помощью зубчатой передачи от обычного бензинового поршневого двигателя мощностью 50 л. с. На выходе из компрессора воздух слегка подогревался теплом отработанных газов поршневого двигателя, что позволяло компенсировать его охлаждение при расширении на выходе из сопла. Однако первоначально Коанда не предусматривал установку в двигатель камеры сгорания. На это указывает и расположение двигателя в носовой части деревянного фюзеляжа перед открытой кабиной летчика. Если бы на двигателе предусматривалась система дожигания в воздушном потоке за компрессором, то при включении двигателя самолет и летчик были бы моментально уничтожены мощным факелом горящего топлива.

Для сравнения: реактивные самолеты реданной схемы, у которых реактивная струя двигателя касалась обшивки, например МиГ-9 и Як-15, имели цельнометаллическую конструкцию и дополнительную тепловую защиту в виде листов из жаростойких сплавов, а воздействие горячих газов на пилота было полностью исключено взаимным расположением кабины и двигателей. Именно по этой причине не пошел далее стадии проектирования немецкий самолет Fw 190 TL, у которого реактивный двигатель был расположен в носовой части фюзеляжа перед кабиной летчика, а продукты горения истекали из двигателя по поверхности фюзеляжа, обтекая сбоку и снизу кабину пилота. Вопросы защиты кабины летчика и фюзеляжного топливного бака от реактивной струи двигателя не были решены, это предопределило судьбу проекта.

В 1917 г. француз Мориз представил проект двигательной установки для самолетов, в составе которой были воздушный компрессор, топливные форсунки и камера сгорания с выхлопным соплом. Однако осуществить свою идею на практике Мориз не сумел.

В 1926 г. немец Людгер Фольперт начал свои попытки разработать мотокомпрессорный двигатель для самолета, создающий реактивную тягу только за счет воздушной струи (без дополнительного сжигания топлива). Фактически, эти работы стали попытками совершенствовать двигатель Коанды. Работая в Гамбурге, Фольперт разработал и испытал 11 вариантов двигателя, после чего приступил к постройке самолета для проверки эффективности своего изобретения. Первые испытания самолета состоялись в июне 1931 г., однако при разбеге он смог развить скорость всего лишь 18 км/ч. В результате дальнейших многочисленных доработок самолет смог совершать подлеты высотой два-три десятка сантиметров. Вскоре Фольперт построил еще два самолета, но и эти конструкции оказались неудачными. Двигатели такой же концепции разрабатывались на фирме «Хейнкель» в 1939–1942 гг. (HeS 50 и HeS 60), но дальнейшего развития эти работы не получили.

Итальянец Л. Стипа во второй половине 1920-х гг., так же как и Л. Фольперт, работал над усовершенствованием двигателя Коанда, в 1932–1933 гг. в исследовательском центре итальянских ВВС успешно летал его самолет C.S. С 1931 г. проблемой создания ВРДК заинтересовался итальянский инженер Секондо Кампини. В начале февраля 1934 г. его фирма получила заказ от итальянских ВВС на разработку и постройку самолета с ВРДК. 27 августа 1940 г. первый в мире самолет с ВРДК конструкции С. Кампини под обозначением CC.2/N.1 совершил свой первый полет.

В Советском Союзе с 1931 г. профессор А.В. Квасников в Московском авиационном институте (МАИ) занимался разработкой теории сложных силовых установок различных схем. В частности, им были изучены процессы в прототипах ВРДК, имевших в своем составе поршневой двигатель, компрессор, газовую турбину и реактивный патрубок (сопло) постоянного давления. В одной из схем применялось дополнительное сжигание топлива перед реактивным соплом. А.В. Квасниковым была получена формула для определения эффективной мощности на валу воздушного винта ВРДК в зависимости от параметров режимов работы каждого из его агрегатов.

Кстати сказать, хотя заслуги А.В. Квасникова в области авиационной науки широко известны и общепризнанны, однако мало кто знает, что он во время Первой мировой войны одним из первых в России разработал конструкцию пусковой ракетной установки для самолета и применил ракетное оружие в боевых условиях. В середине августа 1917 г. прапорщик А.В. Квасников на своем оборудованном пусковой установкой самолете «Ньюпор-17» вылетел на боевое задание с целью уничтожения немецкого привязного аэростата, с которого корректировался огонь вражеской артиллерии и велось наблюдение за перемещениями частей русской армии. Линию фронта он перелетел на большой высоте, после обнаружения цели выключил двигатель и ввел самолет в пикирование. Когда до цели оставалось меньше ста метров, летчик произвел первый залп двумя ракетами, но ракеты прошли мимо цели. Подкорректировав траекторию самолета, он произвел второй залп: вторая пара ракет попала в аэростат. Оболочка аэростата сначала загорелась в местах попадания ракет, затем вспыхнула вся, после чего горящий аэростат упал на землю, где и продолжал догорать. Возвращаться на свой аэродром пришлось под сильным огнем зенитной артиллерии противника. Так состоялось первое в России боевое применение ракет класса «воздух – воздух».

В 1941–1943 гг. работы по ВРДК велись в Центральном институте авиационных моторов (ЦИАМ), а в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) под научным руководством профессора Г.Н. Абрамовича было разработано несколько проектов самолетов с ВРДК, в том числе однодвигательный самолет С-1ВРДК-1 и двухдвигательный самолет С-2ВРДК-1. Авиационные ОКБ разработали проекты Су-ВРДК, Як-9ВРДК и Ла-5ВРДК. Однако ни один из этих проектов не реализовывался. Параллельно разрабатывались проекты самолетов с винтомоторной силовой установкой и дополнительным ВРДК – истребители Су-5 (И-107) и МиГ-13 (И-250, в 1948–1950 гг. состоял на вооружении советских ВВС).

Японская авиапромышленность летом 1945 г. выпустила небольшую партию самолетов МХY7 «Ока», предназначенных для летчиков-камикадзе, однако окончание войны прекратило все работы в этом направлении.

В Англии во время войны проводились исследования модификации ВРДК с приводом компрессора от турбины, которая, в свою очередь, приводилась во вращение от ЖРД. Но эта модификация дальнейшего развития не получила.