В небе завтрашнего дня, стр. 10
Еще один двигатель-гибрид, тоже уже нашедший широкое применение в авиации, представляет собой как бы сочетание турбореактивного и турбовинтового двигателей. Если в турбореактивном двигателе вся тяга создается реактивной струей газов, а в турбовинтовом почти вся тяга — винтом (на долю струи в нем приходится очень небольшая часть тяги), то в их гибриде тяга распределяется примерно поровну между винтом и струей. Неудивительно, что и по своим свойствам гибрид оказывается промежуточным между обоими исходными двигателями.
Чтобы получить такой гибрид, обычный турбореактивный двигатель как бы помещают внутрь канала, в котором вращается многолопастный воздушный винт небольшого диаметра или даже несколько таких винтов, установленных один за другим. Подобный винт правильнее назвать, пожалуй, высоконапорным вентилятором. Этот вентилятор приводится во вращение турбиной турбореактивного двигателя — обычно для этого за турбиной устанавливается еще одно специальное турбинное колесо. Холодный воздух, отбрасываемый назад вентилятором, создает реактивную тягу так же, как и горячая струя выхлопных газов двигателя.
Такие двигатели получили название турбовентиляторных, или двухконтурных. Легко видеть, о каких двух контурах тут идет речь, — это тракты, или каналы, по которым текут горячие газы и холодный воздух. Подобные гибридные двигатели обладают значительными преимуществами при больших дозвуковых скоростях полета, в этих случаях они расходуют меньше топлива, чем турбореактивные и турбовинтовые. А ведь эта область скоростей полета очень важна, с такими скоростями летают современные реактивные пассажирские самолеты. Поэтому турбовентиляторные двигатели и пользуются ныне большим успехом, в особенности в гражданской авиации. Они устанавливаются на ряде новых реактивных лайнеров, в частности, на отечественных самолетах «ТУ-124», летающих на трассах Аэрофлота.
Но уже созданные двигатели-гибриды далеко не исчерпывают всех имеющихся возможностей. Новые, более совершенные гибриды позволят шагнуть еще дальше по пути развития авиации.
Предложены различные конструкции двигателей-гибридов, которым, может быть, суждено стать двигателями авиации завтрашнего дня.
Первым таким двигателем может быть назван турбопрямоточный. Он представляет собой сочетание турбореактивного и прямоточного двигателей. Но ведь мы уже знаем такой гибрид — это турбореактивный двигатель с форсажной камерой. Правда, подобное сочетание, как было отмечено, носит несколько «кустарный» характер. А ведь можно органически слить оба двигателя! Так это и сделано в турбопрямоточном двигателе. В нем турбореактивный двигатель расположен в центральном теле сверхзвукового прямоточного двигателя, для которого такое тело необходимо. По существу, выходит, что турбопрямоточный двигатель представляет собой турбореактивный, помещенный в окружающий его воздушный канал…
Мы уже знаем, что в турбореактивном двигателе газы, поступающие на лопатки турбины, приходится сильно охлаждать с помощью свежего воздуха. Но от этого катастрофически снижается тяга, без которой невозможен сверхскоростной полет.
Двигатели-гибриды.
А нельзя ли сделать так, чтобы газы, выходящие из камеры сгорания, служили только для создания тяги и вытекали бы с большой скоростью из двигателя, минуя турбину? При этом не будет необходимости охлаждать их, скорость истечения намного повысится — следовательно, увеличится и драгоценная тяга двигателя. Но что же тогда будет с турбиной? Как заставить ее вращаться и развивать мощность, нужную для компрессора двигателя? Ведь эта мощность поистине огромна: в некоторых двигателях она превосходит 50 тысяч лошадиных сил!
Но, может быть, такие газы для вращения турбины можно получить с помощью ракетного двигателя, не нуждающегося, как известно, в атмосферном воздухе? Установить для этого простой и легкий жидкостный ракетный двигатель перед турбиной, подобрать топливо так, чтобы продукты сгорания имели как раз ту температуру, которая нужна для турбины, — и задача решена.
Такой двигатель, названный турборакетным, будет обладать рядом достоинств своих «родителей» — турбореактивного и ракетного. В частности, мощность его турбины не снижается с высотой, как у турбореактивного двигателя, то есть он становится высотным, как и ракетный. Турборакетный двигатель окажется очень эффективным для скоростных самолетов.
И, наконец, последний пример.
Хорошо известна основная слабость прямоточного двигателя. Несравненный по своим качествам при полете с большими сверхзвуковыми скоростями, он оказывается совершенно беспомощным при взлете и малых скоростях полета. Самолет с прямоточным двигателем должен иметь еще один двигатель — для взлета. Обычно для этой цели устанавливается либо турбореактивный, либо ракетный двигатель.
Но, может быть, создание нового двигателя, сочетающего в себе свойства прямоточного и ракетного, позволило бы достигнуть лучших результатов? Так родилась идея еще одного двигателя-гибрида — ракетно-прямоточного. В этом двигателе, похожем на обычный сверхзвуковой прямоточный, в центральном теле установлен жидкостный ракетный двигатель. Ракетный двигатель работает на взлете и на очень больших высотах, где тяга прямоточного двигателя из-за малой плотности атмосферного воздуха очень низка. Но на ряде режимов работают оба двигателя. При этом показатели у «гибрида» лучше, чем у исходных двигателей в отдельности. Ракетно-прямоточный двигатель может быть использован для самолетов с очень большой скоростью и высотой полета.
Конечно, кроме перечисленных, есть и другие двигатели-гибриды. Но еще больше существует возможностей для их создания. Кто знает, какой из них станет двигателем будущего…
Глава VI. «Экзотические» топлива и «экзотические» двигатели
Из этой главы читатель узнает о новых топливах для авиационных двигателей и о новых, необычных двигателях со столь же необычными свойствами.
Реактивная техника уже предоставила в распоряжение авиации двигатели различного типа. Некоторые из них способны развивать те огромные тяги, без которых невозможен сверхзвуковой полет со всевозрастающей скоростью.
Большая тяга — главное требование к современному авиационному двигателю. Главное, но не единственное. На самом деле, нужен ли, допустим, авиационный двигатель, развивающий колоссальную тягу и поэтому способный за короткое время разогнать самолет до большой скорости, но поглощающий за это же короткое время все топливо, запасенное на самолете? Расчеты и опыт показывают, правда, что и с помощью такого двигателя можно совершить дальний полет 17*. Поэтому не должна быть исключена вероятность использования и такого полета, при котором двигатель работает лишь короткое время, а затем самолет совершает на огромных высотах баллистический полет с возможным последующим планированием в нижних слоях атмосферы. Однако это потребовало бы полной перестройки авиационной техники, а в пассажирской авиации, например, где значительные инерционные перегрузки недопустимы, вызвало бы серьезные трудности.
Поэтому авиацию больше интересует двигатель, не просто позволяющий достигнуть огромных скоростей полета, но и обеспечивающий достаточную длительность такого сверхскоростного полета.
Но как уменьшить необычайную прожорливость реактивных двигателей?
Двигатели для сверхскоростного полета развивают колоссальную тягу, чтобы преодолеть сопротивление воздуха. Понятно, что увеличенная тяга означает и увеличенное потребление топлива. В самом деле, если допустить, что турбореактивный двигатель расходует килограмм топлива в час на каждый килограмм развиваемой им тяги, то при тяге 1000 килограммов он будет расходовать тонну топлива за час полета, а при тяге 50 тысяч килограммов, очевидно, 50 тонн в час.