Сага о первых прямоточных двигателях.

Область современного широкого применения прямоточного двигателя является одной из тех направлений в авиации, где французские изобретатели и производители добились хороших результатов. Факт, который в настоящее время незаслуженно мало известен широкой общественности. Хотя всем известны, Concorde, "Мираж" III, "Эрбас" и "Рафаль", которые сегодня летают, но нужно и вспомнить что часть первых летавших реактивных самолетов использовали прямоточный двигатель. И одним из первых реактивных самолетов был Ледюк 010. 




Прямоточный воздушно-реактивный двигатель SE-4200 установленных на французских ракетах, как Stataltex из ONERA.



  В этой области французская авиационная отрасль может похвастаться тем, что подготовила большое число первых проектов и реальных конструкций в этой области и продолжает сегодня играть ведущую роль в таких достижений, как ракеты ASMP или класса воздух-воздух "Meteor rocket".

Устройство прямоточного воздушно-реактивного двигателя.
Прямоточный воздушно-реактивный мотор, приводящий в движение летательный аппарат с помощью скоростного потока воздуха, сжимаемого (компрессируемого) в приемном устройстве и используемого при сгорании углеводородного топлива. Единственная подвижная часть двигателя - это приемное устройство (или воздухозаборник) с изменяющимся диаметром, для изменения объема и, следовательно, давления поступающего воздуха. Кроме приемного устройства, двигатель состоит из камеры сгорания в виде удлиненной трубы. Двигатель работает максимально эффективно на сверхзвуковых скоростях; поэтому вначале его необходимо ускорить какими-либо иными способами (как, например, ракетные ускорители на твердом топливе) для создания необходимого давления входящего воздуха.
 



Этот сжатый воздух затем смешивается с топливом распыляется из инжектора, при настолько как возможно максимальным давлении входящего воздуха. 




В теории, прямоточный воздушно-реактивный двигатель не имеет ограничения скорости, это зависит только от достаточного количества нагнетаемого атмосферного кислорода. На практике, это очень сложные проблемы связанные с конструкцией, подбором материалов и нагрева от воздушного трения на скоростях начиная от 3 и до 5 Мах. 
Прямоточный воздушно-реактивный двигатель может работать с различными видами топлива в различных формах: твердым или жидким. Возможна и комбинация работы - вначале работа с твердым энергоносителем (с газогенератором) и подачей кислорода из бортовых запасов, а по достижении оптимальной скорости переход на жидкое топливо и атмосферный воздух.

Экспериментальный самолет Грифон (Griffon), 1955 год. Франция, разработанный компанией Норд Ависьен (Nord Aviation). При работающем прямоточном воздушно-реактивном двигателе этот самолет достиг рекордных скоростей 1638 км/ч по замкнутой 100-километровой траектории) и 2330 км/ч  на базе 15 км. 







Экспериментальный беспилотный самолет American X-43, достигших скорости 7 Мах.




Из-за всех этих характеристик, прямоточный воздушно-реактивный двигатель имеет ряд существенных преимуществ, но и существенные недостатки: 

- Легкое и недорогое производство. 
- Более высокая мощность по сравнению с ТРД. 
- Повышение давления с квадратом скорости. 
- Более  высокая рабочая температура камер сгорания. 
- Стабильная работа.

Самые главные недостатки: 
- Низкое давление и нестабильная работа на скоростях ниже 600-700 км / ч.
- Сложность регулирования тяги в широком диапазоне.

Происхождения прямоточного восходит почти к истокам авиации начиная со статей, который написал Рене Лорен в 1907 году, в частности, в журнале Aérophile, уже напечатал принцип реактивного двигателя без винта. Это предвидение прошло испытание временем до материлизациит. Другой французский пионер авиации, который принимал участие в изобретении прямоточного двигателя Робер Эсно-Пельтер (Rober Esnault-Pelterie) который описал работу системы двигателя в 1909 году. 

Изобретение, однако Лорин кануло в лету на несколько лет и был заново открыт во Франции Рене Ледюк в начале тридцатых годов. Он работал для производителя Луи Бреге над передовыми двигателями и внес большой вклад. 

Французы были не едины активными в области прямоточных воздушно-реактивных двигателей.
Борис Стечкин представил теорию ПВРД в СССР в 1929, а американцами были сделаны некоторые предварительные эксперименты в 1927 году. 

Борис Сергеевич Стечкин.



Но реального рождения прямоточного можно было ожидать с 1933, во Франции, Рене Ледюк была подана заявка на патент для двигателя (thermopropulsive, название, данное для прямоточного двигателя), и то же время как и в СССР начались самостоятельные  практические испытания прямоточного двигателя на стенде МЕ-1 И. Меркулова.

Своей идеей Рене Ледюк заинтересовал военных достаточно быстро, и получил первые контракты на проведение исследовательских работ от французского министерства в 1934 году, а первая детальная теоретическая и обоснованна математически теория прямоточно воздушно-реактивного двигателя была опубликована Джонном Виле, коллегой Рене Ледюк в 1936 году.

Вскоре Рене Ледюк начинает работу над первыми чертежами опытного самолета использованием прямоточного двигателя. Затем 26 мая 1937 министерство авиации заключает контракт, на строительство первого самолета, имеющего индекс 010. На Парижском авиасалоне в 1938 году, модель самолета была представлена широкой общественности ее возможности: 1000 км / ч до 30 000 км! , как и футуристические линии вызвали необычайный интерес.

Несмотря на футуристический для своего времени облик, Ледюк 010 уже в стадии разработки при участии фирмы Villacoublay  под руководством Breguet работы по фюзеляжу и конструкции самолета были завершены быстро, в то время как прямоточный воздушно-реактивный двигатель был еще не готов к тестированию до 1940 года. К сожалению, к тому времени уже война разразилась вторая мировая война и войска Германии вторглись во Францию. 

Элементы конструкции и компоненты Ледюк 010 были отправлены в Тулузу. Немцы знали о работах Ледюк и  предполагали использовать Ледюк010 для продолжения этой программы. Для его подъема готовился носитель на базе Dornier Do-217 но работа велась весьма медленно из за бомбардировок союзников и пассивного сопротивления французских инженеров и рабочих.
Do-217




Хотя работы по ПВРД практически застопорились во Франции, немцы, американцы и особенно русские продолжали Этаисследование этого вида двигателей. 5 марта 1939, Советы запустили маленькую ракету RV-3 с ПВРД построенным Меркуловым. Он работал на смеси магния и алюминия, и давал тягу 40 кг.




Эта ракета не была единственная в изучении и реализации ПВРД и в 1939, Меркулов приступил к разработке различных новых моделей прямоточно воздушно-реактивного двигателя, как ДМ-1, 2 и 4 соответственно 240, 400 и 500 мм в диаметре Затем проводились испытания на различных самолетах.

Поликарпов И-153 с прямоточными ускорителями.




Первым из них был Поликарпов И-153 взлетевший в 1940 году с 2 двигателями Меркулова ДМ-2 диаметром 400 мм. Вслед за ним в 1941 году взлетел Фролов на И-207, а потом в 1944 году Як-7Б, с ПВРД Меркулова. 

Другим пионером русского прямоточного воздушно-реактивного двигателя, был М.М. Бондарюк, в 1942 году проводились исследования на ЛаГГ-3 и Ла-7 С. А. Лавочкина .

Ла-7 с прямоточными двигателями.


Надежды от испытаний с ЛаГГ-3, на самом деле не оправдались, было получено увеличение скорости только на 64 км/ч, с ПВРД.Очередная попытка опробована на Ла-9 с ПВРД -138, то есть с теми же двигателями, и вначале прогнозировался прирост скорости на 112 км/ч.
Но объективно,реальный прирост скорости был минимальным, поскольку сказалось воздушное сопротивление двух тяжелых прямоточных двигателей их вес и дополнительная топливная загрузка. В ходе испытаний Ла-9 получал в среднем 60 км/ч с начала работы прямоточно воздушно-реактивных двигателей. КПД от работы этих двигателей оказался низок. Полеты с двигателями 138 на Як-9 продолжались в период с марта по август 1947 года.

Як-7Р.



Ла-7РД.



Но кроме известных конструкторов в СССР были и малоизвестные, как например конструктор Костиков. И кто знает, как могла повернутся история той войны, если бы русские смогли бы выпустить этот самолет и принять его на вооружение!
Был такойт самолет Костикова И-302. Почти доведенный проект был остановлен перед серийным выпуском.



Самолет 302 - истребитель с необычной силовой установкой, состоявшей из одного разгонного ЖРД и двух ПВРД
Схема - свободнонесущий низкоплан. Под хвостовым оперением - ЖРД Л. С. Душкина РД-1400 тягой до 1400 кг; под крылом - два ПВРД конструкции В. С. Зуева. В носу фюзеляжа - две пушки ШВАК и две таких же - под кабиной летчика; под крылом - выдвижная подвеска для двух PC (РС-82 или РС-132) или двух ФАБ-125.
Работа над идеей самолета была начата в 1940 году, получив новое развитие в 1942 году. Но не была доведена до конца из за сложностей стабильной работы ПВРД и сложностей управления тремя разными двигателями..

В Германии многие производители изучали возможность оснащения своих самолетов с ПВРД которые достигли определенных успехов как в создании интересных проектов, так и в попытках их реализации. Так, в сентябре 1944 года фирма "Фокке-Вульф , спроектировала аппарат вертикального взлета оснащенный ротором приводящемся в в движение тремя прямоточными воздушно-реактивными двигателями смонтированными на концах лопастей. 



Перед взлетом основной ротор раскручивался стартовыми ракетными ускорителями, подвешенными под ПВРД, одновременно запускались и двигатели As 8А. При достижении числа оборотов ротора 220 об/мин запускались ПВРД, а ускорители сбрасывались. Летчик, увеличивая тягу ротора путем изменения шага его лопастей, осуществлял взлет.
  
Был в Германии и проект высотного самолета A6   на основе технологий, приобретенных с ракетой A4 (V-2 )  A6, должен был оборудован герметичной  кабиной, иметь шасси шасси и тормозной парашют. старт предполагался вертикальный, по ракетному.




  Интересно отметить, что X-15A-2 был испытан в полете, после пятнадцати лет различных исследований и испытаний прямоточно воздушно-реактивного и в конструкции практически был таким как и при предполагал Вернер фон Браун в его проекте A6.



Потом во время холодной войны американцы и советские ученые и конструкторы вели между собой интеллектуальный "бой". Как в США, так и в СССР создавалась авиа-ракетная техника с ПВРД.

США ракета "Горгона". Собственно это поздний клон V-1 Вернера фон Брауна.



Начало пятидесятых годов ознаменовало начало золотого века прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Именно в это время и до конца шестидесятых годов, что эти устройства были максимально совершенны и отработаны конструктивно. Естественно, что наиболее передовые страны в этой области достигнувших наиболее значительных результатов были  в виде самолетов и ракет с ПВРД, Франция, США и СССР.

P-80 США


Советский зенитный комплекс.



СССР в этой области даже шагнул вперед благодаря конструктору Лавочкину и его детищу с настоящим русским названием "Буря". Уникальнейшая разработка вышедшая из чертежей до металла намного опередила время, в котором она появилась. Может поэтому у нее была печальная судьба? Всего изготовлено 19 ракет и произведено 18 (по другим данным 17) пусков, из которых 3 были точно аварийными.
В 1955-1957 годах в ОКБ-301 С.А. Лавочкина велось предэскизное проектирование экспериментальной крылатой атомной ракеты (КАР) с ядерным ПВРД конструкции М.М.Бондарюка. Работы по ракете "375" не получили значительного развития - КАР получилась огромной.
На основе задела по «Буре» в ОКБ Лавочкина и Бондарюка велись работы по созданию воздушно-космического самолета и гиперзвукового ПВРД для него, но после смерти С.А.Лавочкина программа была прекращена.






В 1956-58 в США велись испытания аналогичной разработки - сверхзвуковых крылатых ракет NAVAHO G-26 и межконтинентальной G-38 (North American Aviation). После 11 неудачных пусков программа была закрыта.



Но в заключение вернемся к первенцу, то есть к Ледюк 010.
Этот  самолет необычной и прогрессивной конструкции был первый из всех значительных достижений конструктора Ледюк - самолет носящий его имя с индексом 010, Созданный в  начале сороковых годов, как мы видели ранее.




Ледюк 010 в 1949 году прошел все испытания и это был, фактически первый самолет в мире летавший с использованием прямоточновоздушно-реактивного двигателя,







Да, были крылья в свое время, о которых мы так мало знаем. Поклон вам - конструкторам, техникам, ученым и в России, Германии, Франции, США. Вы сделали все как могли лучше.

P.S. Перевод с французского.
P,P.S В данном посту умышленно не упоминается V-1. О этом проекте много известно. Я написал о малоизвестных страницах современной реактивной техники.