Глава I. На дальних подступах

Глава I. На дальних подступах

В этой главе рассказывается о последних успехах поршневых авиационных двигателей и закате их славы, о том, почему они не смогли преодолеть «звуковой барьер» и навсегда потеряли свое былое значений в авиации.

Это было в 1934 году. Все страны облетела сенсация — установлен новый абсолютный мировой рекорд скорости полета. Летчик Аджелло на итальянском гоночном гидроплане «Макки Кастольди» пролетел три километра с огромной, невиданной для того времени скоростью — 709 километров в час.

Нельзя было не залюбоваться грациозным гидропланом. Его узкое, стремительно вытянутое тело было высоко приподнято над ножевидными поплавками и напоминало гигантскую стрекозу, опустившуюся на гладь моря. Даже неспециалист видел, сколько инженерного искусства понадобилось для создания этого самолета: в нем не было ни одного грамма лишнего веса, ни одного кубического сантиметра лишнего объема. В изящном фюзеляже с совершенными аэродинамическими очертаниями конструктор скупо отмерил место для летчика — все остальное было занято двумя мощнейшими для того времени поршневыми двигателями, по 1600 лошадиных сил каждый. Они стояли друг за другом, и их объединенная мощность использовалась для вращения общего винта. Все было подчинено только одному — поставить рекорд во что бы то ни стало. Пусть на этом самолете потом нельзя будет летать, пусть перенапряженные двигатели выйдут из строя, лишь бы поставить рекорд!

Мировые рекорды скорости самолетов (начиная с 1945 г., все рекорды установлены реактивными самолетами).

И вот цель достигнута. Старый рекорд, установленный год назад, превзойден на 27 километров. Это означало увеличение скорости на 4 процента — большой скачок за год.

Отчего же вслед за этим некоторые специалисты стали высказывать мрачные прогнозы, заговорили о тупике, о «кризисе» авиации? Почему десятки научных работ доказывали, что эта последняя победа авиации — пиррова победа, что у авиации нет будущего в борьбе за скорость? Ученые писали, что самые невероятные усилия смогут лишь ничтожно продвинуть авиацию на пути к недостижимой мечте — скорости звука.

Шли годы, и казалось, действительность подтверждает взгляды самых мрачных скептиков.

Ученые и инженеры выжали все, что можно, из аэродинамики, облагородив внешние формы самолета. Машина с двумя крыльями — биплан, — прочная, хорошо проверенная, маневренная, уступила свое место самолету с одним крылом — моноплану — главным образом потому, что моноплан обладает меньшим лобовым сопротивлением и позволяет летать быстрее. Была осуществлена давнишняя мечта авиаконструкторов — убирающееся шасси. Теперь ничто не выступало за контуры летящего самолета, ничто не мешало ему лететь со все большей скоростью.

Вместе с этим широкое применение получили так называемые высотные авиационные двигатели — двигатели с наддувом, сохраняющие постоянную мощность до высоты в несколько километров. Это позволило летать с максимальной скоростью на значительной высоте, где воздух разрежен и оказывает меньшее сопротивление. У двигателей без наддува мощность стремительно падает с высотой — почти так же, как и плотность атмосферного воздуха, — на высоте 5 километров она примерно вдвое меньше, чем у земли. Двигатель с наддувом снабжен нагнетателем, который сжимает воздух, так что в цилиндры все время поступает воздух постоянного давления независимо от высоты полета.

Можно было считать, что сделано все для максимального повышения скорости полета. Тем не менее рекорд итальянского гидроплана оставался непревзойденным. Только через пять лет, в 1939 году, немецкий летчик Ванд ель на самолете «Мессершмитт» побил наконец этот рекорд.

Снова, как и прежде, конструкторы сделали все, что могли, для достижения наибольшей скорости. Так, например, один из топливных баков самолета был наполнен не бензином, а водой. Почему же это привело к увеличению скорости на несколько десятков километров в час? Обычно на самолетах вода, охлаждающая двигатель, протекает через радиатор, который обдувается встречным потоком воздуха. Тепло, полученное в двигателе, вода отдает этому воздуху и снова поступает в двигатель, циркулируя в замкнутом контуре. Но сопротивление радиатора сильно уменьшает скорость полета. На рекордном самолете радиатор был отключен, и охлаждающая вода свободно испарялась в атмосферу. Вот для этого-то она и была запасена в баке.

Рекорд итальянца был побит на 46 километров в час. За пять лет бурного технического прогресса скорость возросла на 6,5 процента, то есть всего по 1,3 процента в год. Немногим более одного процента, — и это ценой колоссальных усилий ученых, конструкторов, рабочих, инженеров, высокого мастерства летчиков!

Видно, не без основания заговорили в свое время о барьере на пути развития авиации. Сейчас это волновало ученых и специалистов во всех странах. Но почему «звуковой барьер» упоминался в те годы не иначе, как непреодолимая преграда? Почему так встревожились ученые и конструкторы еще на далеких подступах к нему? Ведь скорость звука в воздухе равна примерно 1225 километрам в час, а последний рекорд равнялся всего лишь 755 километрам в час.

Это объяснялось двумя причинами.

Одна из них связана с физическими явлениями, происходящими в воздухе при полете с большой скоростью, другая — с особенностями «сердца» самолета — поршневого двигателя.

Явления в воздушном потоке, обтекающем быстродвижущееся тело, изучались во многих странах еще задолго до того, как самолеты стали летать с такими скоростями. Исследования установили, что при больших скоростях движения воздух становится как бы иным по своим физическим свойствам. В потоке, набегающем на самолет с малой скоростью, развиваются столь ничтожные избыточные давления, что, несмотря на сжимаемость воздуха, его сжатие практически отсутствует. Иначе обстоит дело при полете со скоростью звука — в этом случае давления уже становятся значительными и, естественно, под их действием воздух сжимается, уплотняется; сопротивление, которое он оказывает самолету, резко возрастает.

Но известно, что сжимаемость начинает серьезно сказываться лишь при скорости воздушного потока, близкой к скорости звука. Почему же «звуковой барьер» стал ощущаться еще на дальних подступах к нему, при скоростях полета, составляющих лишь ²/з от скорости звука?

Здесь никакой загадки, конечно, нет. Скорость потока, обтекающего самолет, в особенности его крыло, на некоторых участках поверхности может быть значительно больше, чем скорость полета. Вот почему некоторые участки поверхности крыла как бы «летят» с гораздо большей скоростью, чем весь самолет. Понятно, что здесь-то и начинаются беды, связанные со сжимаемостью воздуха, хотя самолет летит еще со скоростью, далекой от звуковой. В этом «смешанном» обтекании, когда одни части самолета омываются дозвуковым, а другие — сверхзвуковым потоком, заключается причина главных неприятностей, причиняемых «звуковым барьером».

Так «звуковой барьер» напоминает о себе еще при скоростях полета, достаточно далеких от скорости звука. Чем ближе к этой скорости, тем сильнее добавочное сопротивление летящему самолету, связанное со сжимаемостью воздуха (это сопротивление часто называют волновым). Как будто какая-то могучая рука упирается в нос самолета и мешает лететь быстрее.

Но если сопротивление воздуха быстро растет по мере приближения к «звуковому барьеру», то очевидно, это предъявляет повышенные требования к силовой установке самолета. Ведь она и существует, чтобы преодолевать это сопротивление, точнее говоря — чтобы развивать тягу, необходимую для полета.

Неудивительно, что все взоры обратились к силовой установке, то есть к поршневому двигателю с винтом.

Как известно, тяга непосредственно создается воздушным винтом. Он отбрасывает огромные массы воздуха, как гребной винт теплохода — воду. Отдача отбрасываемого воздуха, или реакция, и есть та сила тяги, которая заставляет лететь самолет. Для вращения винта нужно, конечно, затрачивать работу — ее совершает двигатель. Но не вся мощность двигателя расходуется винтом полезно, то есть на создание тяги. Часть ее теряется на завихрение воздуха, закрутку отбрасываемой струи и т. д. — это вредные потери. Оказывается, с ростом скорости полета эти потери увеличиваются — все из-за той же сжимаемости воздуха. Значит, винт только осложняет задачу двигателя: с ростом скорости его мощность должна расти еще быстрее 1*.

Вот здесь-то и сказалась решающая слабость поршневого двигателя, заставившая специалистов говорить о кризисе и тупике авиации. Свойства поршневого двигателя тактов л, что его мощность вовсе не растет с увеличением скорости, она практически остается неизменной. Если нужна новая, увеличенная мощность, то нужен и новый, более мощный двигатель. Но такой двигатель обязательно будет и большим по размерам и более тяжелым, а это потребует увеличения размеров самолета — значит, снова возрастет потребная мощность двигателя. Так поршневой авиационный двигатель, несмотря на свое исключительное совершенство, оказался не в состоянии решить задачу дальнейшего роста скорости полета.

Нужен был двигатель нового типа, способный развивать гораздо большую мощность при тех же размерах и весе.

1* Это не значит, что винт не может применяться при больших, даже сверхзвуковых скоростях полета. Здесь, как и в случае с самолетом, сказывается смешанный режим обтекания, когда на одни части лопасти устремляется сверхзвуковой воздушный поток, а на другие — дозвуковой. Ведь каждому из этих режимов отвечает свой, наивыгоднейший профиль сечения лопасти.