В небе завтрашнего дня - Гильзин Карл Александрович (книги бесплатно полные версии TXT) 📗
Но титан — не единственный перспективный материал для авиации будущего. Несомненный интерес представляют собой и сплавы бериллия, лития, молибдена и др. Можно думать, что будут найдены и другие жаропрочные и легкие металлические сплавы.
Большое внимание привлекают керамические материалы, известные своей жароупорностью. К сожалению, они не обладают нужной прочностью и особенно плохо противостоят ударам. Плохо также выдерживают они и резкие изменения температур, обычные для двигателей. Но существуют большие возможности различных сочетаний жароупорной керамики с жаропрочным металлом. Многие из этих сочетаний настойчиво изучаются в настоящее время и, несомненно, найдут применение в будущем как в двигателях, так и для изготовления частей самолетов.
Конечно, нужно искать не только новые жаропрочные материалы. В самолете и его двигателе применяется значительное количество различных материалов, не идущих на изготовление их основных частей, но тем не менее играющих важную роль. Таковы, например, резины, обеспечивающие уплотнение механизмов и нужную во многих случаях упругость, изоляция электрических проводников, шланги и многочисленные другие детали из резин и пластмасс, специальные жидкости для гидросистем и многое другое. Понятно, что и они должны сохранять надежность и все свои замечательные свойства в условиях «теплового барьера». Это требует настоящей революции в производстве таких материалов. Новые сорта жароупорных пластмасс, стеклоткань, металлизованный графит, замечательные кремниевые резины — силиконы и множество других новых веществ, рождающихся сейчас в лабораториях ученых, станут рядовыми в авиации будущего. Без них «теплового барьера» не преодолеть.
Изменится и топливо, на котором работает двигатель. Новые топлива не только не должны воспламеняться в баках из-за нагрева в полете, но и сильно испаряться в условиях скоростного полета 3*. Они должны быть очень калорийными, чтобы обеспечить дальний полет, должны устойчиво гореть при полете в разреженной атмосфере — на больших высотах.
Найти новые материалы, способные отодвинуть «тепловой барьер», — это еще пол дела. Перед авиацией стоят и другие не менее важные задачи.
Стоит упомянуть, например, о разработке новых методов конструирования самолета. До сих пор практически все части самолета имели примерно одинаковую температуру. Теперь, в условиях «теплового барьера», положение изменится. Как только самолет полетит с большой, «тепловой» скоростью, температура его обшивки быстро повысится. Какое-то время внутренние части конструкции будут оставаться по-прежнему холодными, но затем снаружи внутрь потечет тепло. До тех пор, пока не установится одинаковая температура во всех частях самолета, будет существовать этот тепловой поток. Но такой неравномерный нагрев очень вреден для конструкции. Отдельные ее части начнут коробиться, изгибаться, трескаться. Самолет может из-за этого рассыпаться в воздухе. Очевидно, наука о прочности самолетов, совершившая за последние годы чудеса и сумевшая значительно облегчить самолет, должна сделать еще один важнейший шаг вперед. Она должна указать конструктору, как построить самолет, способный выдержать большие разности температур, и как их уменьшить.
Не менее серьезные задачи возникают и перед аэродинамиками. Нужно научиться точно рассчитывать аэродинамический нагрев быстролетящего самолета, определять температуру поверхности в любой точке. Для этого надо детально исследовать процессы, происходящие в пограничном слое. В частности, теплопередача в условиях полета в разреженной атмосфере с большой скоростью подчиняется иным законам, чем при полете в обычном, плотном воздухе. Необходимо также уточнить роль излучения тепла нагретым крылом в окружающую атмосферу. Некоторые данные позволяют считать, что такое излучение при его умелом использовании сможет значительно снизить температуру поверхности крыла и этим существенно отодвинуть «тепловой барьер».
Нужно найти и наивыгоднейшие формы самолета, чтобы уменьшить аэродинамический нагрев. Так, оказывается, что эти формы вовсе не всегда соответствуют минимальному лобовому сопротивлению. В частности, острая передняя кромка крыла, напоминающая лезвие ножа и характерная для современных сверхзвуковых самолетов, должна будет, вероятно, снова уступить место закругленной, овальной кромке. Сопротивление при этом возрастет, но зато температура крыла будет ниже 4*.
Не менее важны задачи создания самолетного оборудования, работоспособного в условиях «теплового барьера». Ведь в современной авиации роль вспомогательного оборудования стала исключительно большой. Все эти многочисленные устройства навигационного оборудования, электро-, радио- и радарного оборудования и многие другие жизненно важны для самолета, без них невозможен полет. А между тем они очень чувствительны к своей рабочей температуре и выходят из строя при ее чрезмерном повышении. И здесь, очевидно, работа должна вестись в двух направлениях: во-первых, нужны исследования в области создания «жароупорного» оборудования, способного работать при повышенных температурах (эти трудные исследования настойчиво ведутся в ряде стран), и, во-вторых, разработка охлаждения оборудования в полете.
Но если для приборов и агрегатов возможны два варианта решения задачи, то, к сожалению, только один путь остается, когда речь заходит о летчике, экипаже самолета. Работоспособность экипажа самолета должна быть обеспечена созданием наиболее благоприятной для человека температуры. Так возникает проблема создания «искусственного климата» в кабине самолета.
Эта проблема не представляет чего-нибудь принципиально нового для техники. Довольно давно применяются, например, установки для создания «искусственного климата» в зданиях — театрах, гостиницах, магазинах, жилых домах. Применяются эти установки — они называются установками кондиционирования воздуха — ив железнодорожных пассажирских вагонах и даже в автомобилях. Но задача авиационных установок подобного рода оказывается неизмеримо сложнее.
Наиболее широкое распространение в авиации получили установки кондиционирования, в которых воздух охлаждается при расширении в специальной турбине. В кабину самолета, изолированную от окружающей атмосферы, он поступает обычно из компрессора двигателя. Практически на всех высотах давление воздуха за компрессором еще достаточно для этого велико — ведь компрессор сжимает воздух раз в десять, а то и больше. Но и температура за компрессором при таком сжатии тоже сильно повышается и достигает 350–500°. Для охлаждения воздух из компрессора сначала пропускают по трубкам теплообменника, снаружи которых течет атмосферный воздух. А затем охлажденный воздух поступает в крохотную воздушную турбинку, вращающуюся со скоростью 100 тысяч и даже более оборотов в минуту. При расширении в турбинке давление воздуха снижается, тем самым снижается и его температура, так как турбинка совершает полезную работу, — ее мощность чаще всего расходуется на вращение вентилятора, который гонит атмосферный воздух через упомянутый выше теплообменник, улучшая этим предварительное охлаждение кабинного воздуха.
Теперь остается подать охлажденный до нужной температуры воздух в кабину самолета, предварительно увлажнив или осушив его, чтобы и влажность воздуха в кабине была тоже «комфортной». Нечего говорить, что нормальным должно быть и давление воздуха в кабине вне зависимости от высоты полета. Конечно, все эти процессы осуществляются автоматически, ими управляют довольно сложные регуляторы.
Установки для охлаждения с помощью воздушной турбинки — турбохолодильники — получаются очень компактными, легкими и вместе с тем способными поддерживать охлаждение воздуха в кабине огромного многоместного самолета, — так велика их «холодопроизводительность». Но, увы, они не пригодны для авиации завтрашнего дня. Ведь атмосферный воздух, которому передает свое тепло воздух, идущий из компрессора в кабину, при больших скоростях полета приобретает столь высокую температуру, что способен лишь нагреть кабинный воздух.
