Рождение турбореактивной авиации

Турбореактивная авиация зародилась в годы Второй мировой войны, когда в постоянной погоне за скоростью потребовалось принципиально новое техническое решение, поскольку винтомоторная авиация достигла предела своих возможностей — скорости около 850 км в час.

Первым серийным турбореактивным самолётом был немецкий истребитель «Мессершмитт». Дальнейшее развитие этого типа истребителей привело к появлению в Советском Союзе МиГов, а в США — «сейбров». С появлением МиГ-15 турбореактивные истребители приблизились к звуковому барьеру.

Одновременно реактивные двигатели пришли в гражданскую авиацию. Их массовое применение существенно сократило время перелёта между городами, странами и континентами. Мир стал ещё меньше, если судить о расстоянии по времени, затрачиваемом на дорогу. Сверхзвуковые лайнеры Ту-144 и «Конкорд» были способны (если бы могли нести требуемый запас топлива) облететь земной шар за 16 часов. Впрочем, судя по тому, что дорогие «конкорды» не прижились, человечество устраивают околозвуковые скорости.

В реактивных МиГах, Яках, «лавочкиных», «глостерах» и «локхидах» конца войны и первых послевоенных лет ещё сохранялись многие черты поршневых самолётов. Облик будущих сверхзвуковых машин в них можно было увидеть, только обладая достаточно богатым воображением и конструкторским чутёем.

Для английского истребителя-перехватчика Глостер G.41 «Метеор» его создатели выбрали классическую схему с двумя двигателями на крыле — тогда ещё не было турбореактивного двигателя (ТРД) достаточной мощности. Фактически по аэродинамической схеме он был идентичен созданному на год ранее немецкому перехватчику Ме-262. Создатели обеих машин не избежали традиционной инерции мышления и разместили ТРД на консолях крыла так, как будто это были обычные поршневые двигатели. Последние нельзя было расположить ближе к фюзеляжу — мешали их воздушные винты. Такая компоновка практически избавляет конструкторов от забот, связанных с разработкой нестандартного воздухозаборника и подводом большой воздушной массы к компрессору ТРД, но создаёт большие проблемы лётчикам в полете при отказе одного из двигателей. Им и так на первых порах хватало трудностей с управлением этими принципиально новыми и необычными машинами, а тут ещё надо было бороться с большим разворачивающим моментом, который создавался тягой одного двигателя и лобовым сопротивлением отказавшего. Надо добавить, что надёжностью первые ТРД явно не отличались. Пожары и отказы для них были довольно обычным явлением (ресурс немецкого двигателя ЮМО-004, стоявшего на Ме-262, не превышал 2 часов). К тому же два таких массивных «нароста» на крыле снижали его так называемое критическое число М.

Более прогрессивное решение выбрали американцы. На своём Р-59 «Эйркомет» они расположили двигатели под крылом, но вплотную к фюзеляжу.

24 апреля 1946 года в воздух поднялись два первых советских истребителя с турбореактивными двигателями — МиГ-9 и Як-15. Первый некоторое время состоял на вооружении советских ВВС, а второй использовался в основном в качестве учебно-тренировочного самолёта.

В отличие от своих зарубежных коллег Артём Иванович Микоян предложил совершенно оригинальную компоновку, которая впоследствии стала классической. Оба двигателя расположили в фюзеляже, вплотную друг к другу. Соответственно оба воздухозаборника устроили в носовой части фюзеляжа, а выхлопные сопла под его хвостовой балкой. При таком решении крыло получалось аэродинамически чистым и «работало» наиболее эффективно. К тому же на его задней кромке, помимо элеронов, установили щитки и закрылки. Это позволило добиться хороших взлётно-посадочных характеристик при высокой для того времени удельной нагрузке.

Первым испытателем реактивного МиГа (И-300) стал известный лётчик А. Н. Гринчик. Он погиб в одном из последующих полётов. Его истребитель неожиданно перевернулся на высоте несколько сот метров и устремился к земле. Причины катастрофы точно установить не удалось. Продолжил испытания М. Л. Галлай, позже к нему присоединился Г. М. Шиянов. Оценка, которую дал новому истребителю его испытатель М. Галлай, была более чем отличной для принципиально новой машины, какой и был МиГ-9: «...надёжный, хорошо управляемый, доступный для лётчика средней квалификации».

Судьба МиГ-9 и Як-15 довольно типична для боевых реактивных самолётов первого поколения. Созданные в чрезвычайно сжатые сроки, эти машины быстро пошли в серийное производство и поступили на вооружение. И хотя уже в 1947–1948 годах появились новые МиГ-15 и Ла-15 со стреловидными крыльями, «прямокрылые» МиГ-9 и Як-15 успели сказать своё слово в истории авиации.

Новая техника — новые проблемы. И у рядовых лётчиков, и у испытателей первые реактивные машины не вызвали сначала никакого доверия. Слишком уж непривычными казались эти стремительные безвинтовые самолёты. Положение усугубляли нередкие, без видимых причин, отказы двигателей и катастрофы, в которых гибли лётчики и машины. Особенно скверной репутацией у них пользовался немецкий истребитель-перехватчик Ме-262. Нашими войсками в конце войны были захвачены образцы секретной немецкой техники, документы, кино— и фотоматериалы.

Документальные кадры кинохроники зафиксировали не только испытания самолётов и ракет, но и многочисленные случаи аварий и катастроф. Ме-262, например, неожиданно переходили в пикирование и со страшным воем врезались в землю. Лётчики, имевшие в своём распоряжении радиосвязь, ни разу не смогли при этом передать, что случилось. Облёт трофейных реактивных самолётов советскими лётчиками лишь подтвердил это. А. Г. Кочеткову, например, испытание Ме-262 на высоте 11 000 м на предельную скорость также едва не стоило жизни.

Только недюжинная сила помогла ему, удерживая колоссальным напряжением ручку управления одной рукой, перенести левую на сектора управления двигателями и убрать обороты. Кстати, там же находилась и кнопка включения передатчика радиостанции. Возможно, немецким пилотам действительно просто не хватало силы и выдержки, чтобы укротить свои вышедшие из повиновения машины?

В самом конце государственных испытаний Кочеткову преподнёс один из «сюрпризов» и отечественный МиГ-9. Вылетев на отстрел пушек в воздухе, лётчик-испытатель вернулся на аэродром сразу с двумя остановившимися движками. Они заглохли после первых выстрелов пушек. Сначала конструкторы грешили на пороховые газы, которые могли вызвать недостаток кислорода для «воздухолюбивых» ТРД. Но потом выяснилось, что причина кроется не в химии, а в аэродинамике. Горячие струи пороховых газов, возникавшие перед воздухозаборниками осевых компрессоров, меняли картину обтекания их передних лопаток. В результате на них срывался воздушный поток, начиналась сильная вибрация, и двигатель «захлёбывался» из-за так называемого помпажа. Но и с ним вскоре удалось справиться. МиГ-9, несмотря на пока ещё подмоченную репутацию всех реактивных машин, поступил на вооружение советских военно-воздушных сил.

Непривычность первых реактивных истребителей, их «склонность» к сюрпризам заставили конструкторов ввести для них серьёзные ограничения. Запрещалось превышать скорость, составляющую более 75–85% от скорости звука, выполнять высший пилотаж. Поэтому истребители, став скоростными, как бы лишились одного из своих основных боевых качеств — маневренности. Лётчики выполняли лишь простые фигуры: виражи, восьмёрки, боевые развороты, горку, спирали. Не было надежды и на двигатели. На первых опытных машинах устанавливались трофейные ЮМО, которые в дальнейшем (на серийных истребителях) сменили более надёжные отечественные РД-10 и РД-20. Наши двигателисты сумели устранить часть недостатков, с которыми немецкие конструкторы просто не успели разобраться в условиях жёсткого лимита военного времени.

Но так долго продолжаться не могло, и 25 февраля 1947 года П. Стефановский впервые выполнил высший пилотаж на реактивном Як-15. Этот самолёт выбрал сам испытатель. По сути, это был хорошо знакомый всем и испытанный в боях истребитель Як-3, только вместо поршневого на нем установили турбореактивный двигатель. До 19 февраля П. Стефановский выполнил 16 полётов — никаких замечаний. Вслед за Як-15 по той же программе и с тем же успехом он «прогнал» МиГ-9. За эти полёты его наградили орденом Красного Знамени.

Вслед за испытателями высший пилотаж на реактивных истребителях начали осваивать и строевые лётчики. Реактивные машины были «реабилитированы», но лишь наполовину. Ограничения по скорости для них остались.

Преодолев 700-километровый скоростной рубеж, лётчики столкнулись с непонятным, а потому тем более опасным явлением. Истребители последних модификаций на больших скоростях вдруг выходили из-под контроля. Нос машины внезапно «тяжелел», и, вопреки усилиям пилотов, истребители переходили в неуправляемое пикирование, сопровождавшееся сильной вибрацией. Испытатели первых моделей «Лайтнингов» докладывали об аналогичных явлениях, возникавших при пикировании на высоте 7 500 метров и скорости, превышающей 560 км/ч. Так продолжалось, пока не уменьшалась высота полёта.

Всё это свидетельствовало, что авиация уже вплотную подошла к так называемому «звуковому барьеру», возникающему при отношении скорости полёта к скорости звука (число Маха — М), близкому к 1. Причём на высоте, где звук распространяется существенно медленнее (в стратосфере 295 м/с, а в более плотных слоях атмосферы 340 м/с), лётчики столкнулись с грозным явлением раньше. Но в любом случае, начиная с М = 0,7–0,75, в зависимости от профиля крыла и формы других частей машины, появляются местные потоки воздуха, скорость которых превышает скорость звука на данной высоте. Число М, при котором наблюдается это явление, называется критическим. В месте, где скорость потока начинает превышать звуковую, возникает скачок (волна) уплотнения воздуха, который приводит к появлению дополнительного сопротивления — волнового.

К 1947 году конструкторы уже знали о сжимаемости воздуха на околозвуковых скоростях, смещении «центра давления» к задней кромке и одном из способов борьбы с этими явлениями — использовании крыльев с более тонким относительным профилем. Однако таким образом можно было лишь оттянуть «волновой кризис», а не преодолеть его. Каким бы тонким ни делали крыло конструкторы, все равно наступал момент, когда самолёт начинала затягивать в пикирование неудержимая сила. Чтобы справиться с этим явлением, учёные и конструкторы вновь взялись за эксперименты в аэродинамических трубах и испытания новых летательных аппаратов с необычными крыльями.

Интересно, что ещё задолго до конца сороковых годов многие конструкторы разрабатывали проекты сверхзвуковых самолётов. В них они предвосхитили решения, которые ещё только предстояло найти создателям реальных реактивных машин.

Так, в 1934 году А. С. Москалёв предложил эскизный проект истребителя «Сигма» со скоростью полёта 1 000 км/ч. Самолёт имел схему чистого треугольного летающего крыла малого удлинения. Была даже построена его уменьшенная копия, которая успешно летала. Правда, двигатель был маломощным (140 л. с.), и наблюдалось необычное поведение машины при посадке и взлёте. Лётчикам приходилось переводить самолёт на непривычно большие углы атаки — 22°. Лишь спустя годы такая особенность скоростных машин стала привычной и уже не вызывала у лётчиков неприятных чувств...


МиГ-9
МиГ-9

Когда то казалось немыслимым, чтобы производитель картонных коробок мог оказать хоть малейшее влияние на культуру. Но факты показывают, что, если даже самый скромный продукт проектируется, производится и распространяется с учётом его значимости для человека и в стремлении к высокому качеству, люди чувствуют в нём творческую мощь.

Восхваляйте своих учителей... три человека увидели во мне талант и помогли мне прийти к тому, чем я сегодня занимаюсь. Я часто упоминаю о них в своих лекциях и книгах.

Перспектива изменений, приносимых стремительным информационным потоком, сейчас настолько велика, что нам попросту некогда передохнуть — у нас нет неподвижной картинки, которую можно было бы созерцать на досуге.

Блаженный Августин, около 430 года
Блаженный Августин определяет путь христианской церкви
Пожалуй, ни один мыслитель не оказал на средневековую Европу такого влияния, как ...
Хиллари и Тенцинг
Радиопередача Би-Би-Си, 29 мая 1 953 года Новозеландец Эдмунд Хиллари и шерпа Норгэй ...