Лев Гумилевский - Создатели двигателей
При всей кажущейся фантастичности этого предложения оно опять-таки настолько полно и обстоятельно разработано изобретателем, что является не только вполне осуществимым, но, как мы знаем, уже осуществляющимся сейчас.
В те годы, когда Циолковский начал выступать впервые со своими проектами, авиация и воздухоплавание казались человеческому уму менее осуществимыми, чем сейчас нам кажутся межпланетные ракетные поезда. Но несомненно уже родились те люди, которые будут первыми, кто полетит на Луну.
Однако практическое использование реактивного двигателя происходит пока что в пределах земной атмосферы. Такой двигатель не является в полном смысле слова ракетой и носит название воздушно-реактивного двигателя, то есть двигателя, работающего по реактивному принципу, но нуждающегося в воздухе для того, чтобы могло происходить сгорание топлива в нем самом.
Конечно, применяемые теперь в авиации воздушно-реактивные двигатели уже не представляют собой примитивную «свистульку», но принцип их действия тот же.
В чем же заключаются преимущества воздушно-реактивного двигателя перед обычным авиационным?
Самолет братьев Райт был снабжен двигателем внутреннего сгорания мощностью в 16 лошадиных сил. С тех пор поршневые двигатели непрерывно совершенствовались, повышая свою мощность. Есть авиационные двигатели мощностью в две тысячи лошадиных сил и выше.
Рост мощности сопровождается увеличением веса двигателя. Авиационный двигатель оброс множеством вспомогательных механизмов и представляет собой сейчас одну из самых сложных машин.
Для увеличения скорости полета необходимо повысить тягу двигателя, не допуская при этом роста его размеров и веса, ибо утяжеление самолета сведет на нет прирост мощности.
К. Э. Циолковский.
На пути к повышению скорости самолетов есть и другое препятствие. При небольших скоростях полета винт имеет высокий коэффициент полезного действия, но при скорости полета в 800 километров в час и более эффективность винта уменьшается. Когда лопасти винта начинают рассекать воздух со скоростями, превышающими скорость звука, возникает особое «волновое сопротивление», во много раз превышающее обычное сопротивление трения лопасти о воздух. На преодоление этого сопротивления затрачивается значительная доля мощности двигателя.
Для дальнейшего увеличения скорости полета поршневой двигатель и винт становятся все менее пригодными. Наоборот, воздушно-реактивные двигатели, мало пригодные для полета с небольшой скоростью, с увеличением скорости полета становятся очень удобными.
Простейший воздушно-реактивный двигатель может работать только во время полета, поэтому он не способен самостоятельно поднять самолет в воздух.
В настоящее время применяются гораздо более совершенные двигатели — турбореактивные.
Идея использовать газовую турбину для реактивного движения самолетов принадлежит английскому инженеру Франку Уиттлу. В 1930 году, когда ему было всего двадцать два года, он взял патент на свое изобретение: оно заключалось в разработке путей использования принципа реактивного движения, в усовершенствовании конструкций газовых турбин и воздушных компрессоров, применяемых в сочетании с реактивным движением.
Турбореактивный двигатель получил огромное распространение в авиации. В таком двигателе, для того чтобы обеспечить сгорание нужного количества топлива, перед камерой сгорания, во внутреннем потоке, ставится компрессор, повышающий давление воздуха до нескольких атмосфер. Компрессор же вращается турбиной, приводимой в действие газами, выходящими из камеры сгорания.
Турбина является самым компактным из известных сейчас двигателей. Мощность в несколько тысяч лошадиных сил может быть получена с одного диска турбины диаметром значительно меньше метра. Но проектирование турбины представляет большие трудности. Необходимо сконструировать прочную турбину при огромных окружных скоростях и высоких температурах воздуха.
Основное преимущество турбореактивного двигателя перед поршневым — небольшой вес и малые размеры.
Экономичность турбореактивного двигателя при скорости полета 900—1000 километров в час такая же, как у самолета с обычным двигателем, но при дальнейшем увеличении скорости экономичность реактивного двигателя будет расти, тогда как у винта она падает. Этот двигатель, в противоположность поршневому двигателю, не требует высокосортного бензина, он работает на керосине.
Турбореактивный двигатель прост в управлении и обеспечивает самостоятельный взлет самолета.
Появление турбореактивных двигателей сразу подняло авиацию на новую ступень. Самолеты с такими двигателями уже летают со скоростями, достигающими тысячи километров в час, имея при этом продолжительность полета, измеряемую не минутами, а часами.
Турбореактивный двигатель представляет собой весьма совершенную машину, и создание его опиралось на последние научные достижения газовой динамики, аэродинамики и других областей механики, па высокий уровень современного машиностроения и большой размах научно-исследовательской работы.
Не менее совершенными машинами являются и турбовинтовые двигатели.
От турбореактивного двигателя подобный двигатель отличается тем, что передает свою мощность тянущему винту. Ни один из пассажирских самолетов за рубежом в настоящее время не имеет столь мощных турбовинтовых двигателей, как советский самолет А. Н. Туполева «ТУ-114».
В настоящее время проводятся также и другие работы, посвященные применению газовой турбины для промышленных процессов, например для сжижения воздуха с целью получения кислорода и азота на основе простых, безопасных и высокопроизводительных схем, разработанных с такими поразительными результатами академиком П. JI. Капицей и его сотрудниками в Московском институте физических проблем.
Не только в истории энергетической техники создание газовой турбины является ясным и законченным примером общего труда ученых и инженеров, теоретиков и практиков, конструкторов и изобретателей. Нынешнее состояние науки и техники таково, что создание новых, все более совершенных и сложных машин вообще под силу только общему труду работников науки и техники, какую бы область техники мы ни взяли.
Сложная и вполне еще не разрешенная проблема турбины внутреннего сгорания на нынешнем этапе развития заключает историю создания машин-двигателей. Создание новых типов двигателей, очевидно, потребует еще большего количества участников из представителей самых отдаленных друг от друга областей науки и техники.
Потребности народного хозяйства таких высокоразвитых стран, как Советский Союз, уже постепенно выдвигают вперед проблему создания атомного двигателя. Ведь то, что сейчас иногда в просторечии называется атомным двигателем, атомной электростанцией, атомным ледоколом, в действительности не является ни тем, ни другим, ни третьим. И там и тут работают все те же турбины, турбогенераторы и электродвигатели, а распад атомов, сопровождающийся выделением тепла, используется лишь вместо горючего для парообразования в устройствах, заменяющих паровые котлы. Однако проблема использования атомной энергии для энергетических нужд нашего хозяйства требует совершенно новых решений. Проблема эта по своей сложности под силу только общему труду многих людей и, быть может, даже не одного поколения.
Рудольф Дизель, счастливо сочетавший в себе ученого и инженера, говорил:
— Инженер все может!
История науки и техники действительно учит нас, что ни одна проблема, выдвигаемая временем, не остается рано или поздно без разрешения и при осуществлении выдвигаемых народным хозяйством технических задач труднее всего, оказывается, преодолевать косность привычного мышления, идти к решениям новым путем, новыми средствами.
Примечания
1
Проф. А.А. Радциг, История теплотехники. Изд. АН СССР, 1936, стр. 284.
2
Копия этой модели хранится в настоящее время в Барнаульском горном музее.
