В самом конце 30-х годов появились первые опытные образцы принципиально нового типа авиационной силовой установки – воздушно-реактивного двигателя (ВРД). Преимущества такого двигателя заключались в простоте конструкции (нет пропеллера, отсутствует поршневая группа и т.д.) и в том, что развиваемая им сила тяги не уменьшается с ростом скорости и значительно меньше зависит от высоты полета.
Теория ВРД была разработана в 20-е гады. Тогда же появились первые проекты реактивного двигателя с газовой турбиной (В. Базаровидр.)[47]. Однако практическому воплощению идеи препятствовала недостаточная термостойкость конструкци- онных материалов: металлические лопатки турбины не могли выдержать температуру около тысячи градусов за камерой сгорания. К тому же, скорости самолетов были невелики, и применение ВРД не представляло особого смысла – его КПД был бы слишком мал(25*).
Технические возможности создания авиационного турбореактивного двигателя (ТРД) возникли в 30-е годы. Практика применения паровых и газовых турбин и турбокомпрессоров для высотных двигателей позволила отработать методы проектирования конструкции лопаток и создать для них термостойкие материалы. Тогда же начал формироваться и социальный заказ на такие двигатели. В обстановке стремительной гонки вооружений перед началом второй мировой войны требовалось быстрое развитие летных характеристик самолетов, но потенциальные возможности винтомоторного самолета во многом были уже исчерпаны и прирост скорости и высоты давался с большим трудом. Что касается опытов по применению твердотопливных ракетных установок на летательных аппаратах, то они не оправдали возлагаемых надежд из-за кратковременности реактивного действия. Только воздушно-реактивный двигатель мог обеспечить высокую тягу в течение продолжительного времени.
Сказанное отнюдь не означает, что повсюду была сделана ставка на развитие реактивной авиации. Напротив, многие специалисты скептически относились к новой идее, считая ее технически неосуществимой или не понимая потенциальных возможностей реактивных двигателей. Так, например, когда английский изобретатель Ф. Уиттл в первый раз обратился к министру авиации Великобритании с предложением о создании турбореактивного двигателя, то получил отказ на том основании, что ".„газовая турбина представляет стишком большие практические трудности" [47, с. 72].
Перед войной практические работы по реактивным двигателям пелись Германии, Англии и СССР, причем сравнительно широкий размах они получили только в Германии. Над созданием ТРД там с 1936 г. работали 4 моторостроительные фирмы: Хейнкель, Юнкере, БМВ и Даймлер-Бенц; проводились также работы по авиационным реактивным двигателям на жидком топливе (ЖРД). В Англии программу создания авиационного турбореактивного двигателя возглавил Ф. Уиттл, действовавший сначала как изобретатель-одиночка, поддерживаемый небольшой частной фирмой и только в 1939 г. получивший помощь со стороны государства. В Советском Союзе над проектами ТРД начали работать в 1937 г., а через три года в специальном конструкторском бюро, имевшем большой опыт в строительстве авиационных паровых турбин, приступили к созданию экспериментального двигателя РД-1 по схеме конструктора А. М. Люлька. Однако война прервала эти работы.
Заслуга в создании первых реактивных самолетов принадлежит Германии. Этим страна во многом обязана поддержке приверженцев нового типа двигателя известным авиаконструктором Э. Хейнкелем. По словам Хейнкеля [8, с. 169-170], все началось с его встречи в 1935 г. с Вернером фон Брауном, работавшим тогда под руководством профессора Г. Оберта над созданием ракет с ЖРД. Хейнкель решил предоставить в распоряжение фон Брауна одноместный самолет Не-112 для проверки потенциальных возможностей применения Ж РД в авиации. Двигатель установили в хвостовой части фюзеляжа, дополнив этим обычный поршневой бензиновый двигатель. Испытывал машину военный летчик Э. Варзиц. В 1937 г. самолет был опробован в полетах. Взлет происходил как обычно, с помощью поршневого двигателя, а ЖРД включали уже на высоте, на короткое время; прирост скорости при этом составлял около 100 км/ч. Но однажды Варзиц решился взлететь только на ракетном двигателе. Самолет круто набрал высоту, совершил полкруга над аэродромом и приземлился. Принципиальная возможность полета с ЖРД была доказана.
Тем временем инженер Вальтер из Кельна создал новый, более совершенный тип ЖРД – HWK R-1. Он мог развивать тягу 500 кг в течение 60 секунд (ЖРД конструкции Брауна мог работать только 30 секунд и был значительно более сложен в эксплуатации). Для испытания этого двигателя был построен экспериментальный самолет Не-176. Размеры машины, спроектированной конструктором фирмы Хейнкель Г. Регнером, были предельно малыми: размах крыла и длина аппарата составляли всего по 5 м. На этот раз на самолете не предусматривалось ни пропеллера, ни поршневого двигателя. Пилот (Э. Варзиц) располагался в передней застекленной части фюзеляжа в полулежачем положении (рис. 3.59).
Первый полет Не-176 состоялся 20 июня 1939 г. и продолжался 50 секунд. В июле было выполнено еще несколько полетов. Необычную машину приезжал посмотреть сам Гитлер. Но интерес к самолету быстро прошел. Из-за неэкономичности ЖРД горючего хватало только на очень короткое время, и как боевая машина Не-176 не представлял большого значения.
Более важным событием в истории авиации явилось появление самолета Не-17› – первого в мире самолета с турбореактивным двигателем. Расходные характеристики ТРД значительно лучше по сравнению с ЖРД, и неудивительно, что именно этот тип двигателя стал основой для развития реактивной авиации.
Конструктором ТРД был молодой ученый из Геттингенского института Пабст фон Огайн. Он увлек Хейнкеля своими идеями, и тот финансировал создание ТРД. Окончательный вариант двигателя – Хейнкель-Хирт S-3B – был закончен в 1939 г. По аналогии с авиационными нагнетателями в двигателе был применен компрессор центробежного типа.
Самолет, на который установили ТРД, получил обозначение Не-178. Он не предназначался для использования в практических целях и был спроектирован как "летающая лаборатория" для испытания нового типа силовой установки. Воздухозаборник располагался в носовой части фюзеляжа, воздух огибал кабину и попадал в двигатель. Горячие газы истекали через сопло в хвостовой части фюзеляжа (рис. 3. 60). Тяга двигателя равнялась 500 кг, взлетный вес самолета – 2000 кг. размах крыла – 8,1 м.
Не-178, пилотируемый все тем же Варзицем, совершил первый полет 27 августа 1939 г., за несколько дней до начала второй мировой войны. Э. Хейнкель вспоминал: "Утро этого дня выдалось прекрасным. Стояла безветренная погода. Я и еще несколько моих конструкторов, участвовавших в создании машины и турбореактивного двигателя, прибыли на аэродром. Варзиц и техники поджидали нас. Все были в напряжении. Испытывался не только самолет, но и турбореактивный двигатель, которого еще не знало человечество. Мы стояли на пороге новой эпохи развития авиации.
25* Согласно теории, полный КПД воздушно-реактивного двигателя – 0.0082V/Cp, где Ср – удельный часовой расход топлива [48, с. 125].
Рис.3.59. He-176 – первый самолет с ЖРД
Рис.3.60. Первый турбореактивный самолет Не-178
…Машина оторвалась от взлетной полосы и быстро набрала высоту 300-400 метров. Что-то произошло с шасси, оно не убиралось. Мы видели, как на высоте 500 метров Варзиц сделал глубокий вираж, пытаясь его убрать. Так и хотелось ему закричать:
– Да черт с ним, с этим шасси. Можешь его не убирать. Главное – машина летит!
Непривычный вой турбореактивного двигателя был теперь для нас музыкой. Варзиц сделал круг над аэродромом с какой-то элегантностью. Вот уже целых три минуты он находился в воздухе! Техники кричали от радости и плясали, как дикие папуасы. На шестой минуте полета Варзиц, выключив двигатель, пошел на посадку. С неработающим мотором он оказался достаточно далеко от летного поля. До аэродрома Варзиц должен был дотянуть на бреющем полете. Планировать на первый раз поднятой в воздух машине было очень рискованно. Мы затаили дыхание. Но "Хе- 178" плавно приземлился и красиво закончил пробег на взлетно-посадочной полосе" [8, с. 182].
