Реактивная авиация Второй мировой войны - Козырев Михаил Яковлевич (читать книги онлайн без .txt) 📗
8. Самолеты с турбовинтовыми двигателями
В турбовинтовом двигателе (ТВД) большая часть тяги создается воздушным винтом, приводимым во вращение газовой турбиной, но меньшая часть (до 10–12 %) тяги – за счет истечения газов из сопла двигателя. Основными элементами ТВД являются: входное устройство, компрессор, камера сгорания, газовая турбина, реактивное сопло, редуктор и воздушный винт.
Идея применить реактивный двигатель для вращения воздушного винта самолета появилась еще на заре развития авиации. Такое предложение выдвигал, например, в 1914 г. русский инженер М.Н. Никольский, спустя почти десять лет в этом направлении работал В.И. Безеров.
В Советском Союзе исследования по авиационным газотурбинным двигателям начались с 1930 г. во Всесоюзном теплотехническом институте под руководством В.В. Уварова. Как уже говорилось выше, в 1934 г. была создана и прошла длительные испытания первая отечественная высокотемпературная газотурбинная установка ГТУ-1, ставшая прообразом будущих турбовинтовых двигателей. Установка состояла из одноступенчатого центробежного компрессора, кольцевой камеры сгорания и одноступенчатой газовой турбины. В 1938–1939 гг. под руководством профессора В.В. Уварова для самолета ТБ-3 были впервые построены опытные газотурбинные установки ГТУ-3 мощностью по 1150 л. с., выполненные по схеме турбовинтового двигателя. Под его же руководством с 1943 г. в ЦИАМ разрабатывался летный образец экспериментального ТВД Э-3080, развивавшего мощность на валу 625 л. с. и создававшего дополнительную тягу 160 кгс.
В МАИ в 1936–1938 гг. под руководством профессора А.В. Квасникова спроектировали и построили паровую двигательную установку мощностью 180 л. с. для привода воздушного винта. У парового двигателя, в отличие от ТВД, отсутствуют камера сгорания и реактивное сопло, пар из парогенератора под большим давлением подводится к турбине, вращая ее, а та, в свою очередь, через редуктор вращает воздушный винт. Отработавший пар превращается в воду в конденсаторе, и вода снова подается в парогенератор. С этим экспериментальным двигателем успешно проходил летные испытания самолет У-2, в конструкции которого спустя полвека была реализована идея Ф.Р. Гешвенда о постройке «паролета».
В самом начале войны работы в этом направлении активизировались и в Германии. С 1940 г. на фирме «Юнкерс» под руководством фон Шлиппе разрабатывался авиационный паровой двигатель мощностью 3000 л. с., а в Высшей технической школе (Вена) под руководством профессора Лозеля – авиационный паровой двигатель мощностью 4000 л. с. К концу войны фирмы «Даймлер-Бенц» и BMW освоили выпуск опытных образцов ТВД (DB 021 и BMW 028).
В США также к концу войны были разработаны и изготовлены опытные образцы ТВД, они устанавливались в опытных самолетах F2R и XP-81 (см. выше).
Rochen
В 1939 г. Генрих Фокке, один из основателей фирмы «Фокке-Вульф», в рамках проекта Schnellflugzeug («Быстрый самолет»), разработал и запатентовал конструкцию летательного аппарата, представлявшего собой гибрид реактивного самолета и вертолета, который в качестве силовой установки использовал ТВД. Аппарат, получивший обозначение Rochen, представлял собой дископлан с треугольной в плане хвостовой частью корпуса, на задней кромке располагались элероны, закрылки и киль с рулем направления. Внутри корпуса были установлены два соосных двухлопастных винта противоположного вращения, приводившиеся во вращение газотурбинным двигателем разработки фирмы «Фокке-Вульф». Передача вращения к винтам осуществлялась через удлиненный вал и редуктор. Выходное сопло двигателя соединялось двумя каналами с двумя дополнительными камерами сгорания (прототипами форсажных камер), продукты сгорания через выхлопные сопла камер выбрасывались наружу. На нижней поверхности корпуса имелись открывающиеся створки, кабина летчика размещалась в носовой части, трехстоечное шасси после взлета убиралось в корпус.
Взлет Rochen осуществлял с полностью открытыми створками за счет вращения винтов (наподобие вертолета), подачей топлива в дополнительные камеры сгорания достигалось увеличение горизонтальной скорости полета. При этом створки на нижней поверхности фюзеляжа прикрывались так, чтобы поток отбрасываемого винтами воздуха отклонялся к хвосту и увеличивал горизонтальную скорость. Путевое управление на малых скоростях осуществлялось дифференцированной подачей топлива в дополнительные камеры сгорания. Данных о том, что аппарат строился во время войны, нет, но в 1950-х гг. была построена модель в масштабе 1:10 для продувки в аэродинамической трубе.
Ме 321
В 1940 г. фирма «Мессершмитт» разработала гигантский планер Me 321 для перевозки бронетехники и подразделений десантников. Машина выполнялась целиком из древесины, загрузка фюзеляжа осуществлялась через откидывавшуюся вверх носовую часть. Взлет планера должен был осуществляться на сбрасываемой тележке, посадка производится на лыжи. В воздух планер поднимал самолет Не 111Z или тройка самолетов Bf 110. Для облегчения взлета планеры часто оснащались стартовыми ускорителями.
Первый полет состоялся в марте 1941 г., серийные планеры Me 321А и Me 321В, имевшие колесное шасси, поступили на вооружение в июне того же года в специально сформированные эскадрильи тяжелых планеров, которые действовали на советско-германском фронте – в Прибалтике, Белоруссии и на Украине. Me 321 осуществляли снабжение немецкой авиации и сухопутных войск, перевозя боеприпасы, топливо и личный состав. Опыт эксплуатации планеров показал, что для снабжения воинских частей передней линии требуется использование транспортных аппаратов, способных самостоятельно осуществить взлет. Поэтому было предложено рассмотреть возможность оснащения Ме 321 двигателями, при этом рассматривались два варианта оснащения – поршневыми двигателями и паровыми двигателями.
В первом варианте на основе планера Ме 321 создали тяжелый транспортный самолет Me 323 Gigant («Гигант»), оснащенный четырьмя поршневыми двигателями Gnome-Rhone 14N, первый полет которого состоялся в 1941 г., взлет осуществлялся с помощью тройки буксировщиков Bf 110.
Заказ на разработку самолета второго варианта, предназначенного для снабжения немецких подводных лодок в Северной Атлантике и выполнения разведки, поступил на фирму «Мессершмитт» 12 апреля 1941 г., работы должны были вестись под самым высоким приоритетом, присвоенным техническим отделом СС. Важными факторами в пользу применения паровых двигателей были: более высокая величина отношения мощности к весу силовой установки по сравнению с поршневыми двигателями, более высокий ресурс (4000–6000 часов) по сравнению с 500 часами для поршневых двигателей. Для сравнения – ресурс серийных ТРД Jumo 004 и BMW 003 не превышал 20–25 часов, а HeS 8, с которыми летал самолет Не 280, никак не мог достичь ресурса в 10 часов. Вопрос выбора топлива для парового двигателя остро не стоял, так как он мог работать на тяжело воспламеняющихся топливах, таких как мазут и угольная пыль, в противоположность высокооктановым топливам, необходимым для двигателей внутреннего сгорания. Однако работы по паровому двигателю были прекращены, так как 21 августа 1942 г. RLM отменило свой заказ.
Характеристики Ме 321В-1: экипаж – 1 человек, размах крыла – 55,0 м и его площадь – 300,0 м2, длина планера – 28,2 м, высота – 10,2 м, вес пустого – 12 400 кг, максимальный взлетный вес – 39 500 кг, максимальная скорость – 160 км/ч, скорость планирования – 140 км/ч, вооружение – 2 пулемета MG 15.
Ме 264
В августе 1944 г. RLM выдало задание фирме Osermaschinen GmbH, основанной профессором Лозелем, на проектирование и изготовление парового двигателя для одного из опытных образцов дальнего самолета Ме 264 (см. выше). В рамках этой работы был спроектирован двигатель мощностью 6000 л. с., который мог приводить во вращение воздушный винт, выполненный в двух вариантах: первый диаметром 5,3 м и скоростью вращения 400–500 об/мин, а второй диаметром 2,0 м и скоростью вращения 6000 об./мин. Двигатель должен был работать на смеси, состоящей на 65 % из угольной пыли и на 35 % из какого-либо жидкого топлива (бензин, керосин, мазут и т. д.). В конце войны многие компоненты двигателей были закончены и подготовлены к окончательной сборке, однако самолет Ме 264, предназначенный под эти двигатели, был разрушен во время воздушного налета на завод фирмы «Мессершмитт».
