Машина-двигатель От водяного колеса до атомного двигателя, стр. 36
Подготовка к старту стратосферной ракеты.
Взлететь в воздух самолету не так-то уж легко, как это кажется. Ему приходится делать большие разбеги по земле. Так, обычному истребителю требуется дорожка для разбега в полкилометра, среднему бомбардировщику — в километр, тяжелой «летающей крепости» и нескольких километров бывает мало. Представляете себе, какие огромные площади должен занимать аэродром, предназначенный для таких самолетов! А какие трудности возникают в боевой обстановке при подготовке этих огромных площадей! Порой их вообще немыслимо разыскать.
Вот для того, чтобы ускорить подъем самолета, приходит на помощь ракетный двигатель-ускоритель. К самолету прикрепляются пороховые или жидкостные ракеты. По сигналу старта они поджигаются и за несколько секунд развивают большую дополнительную тягу, помогающую самолету значительно быстрее набрать взлетную скорость. Как только самолет поднимется в воздух, отработавшие ракеты отцепляются и падают на парашютах вниз. Затем их можно зарядить и использовать для нового разбега.
А можно ли использовать реактивный двигатель для наземного транспорта, для автомобилей например?
Уже давно, в 1686 году, был предложен паровой автомобиль. Считают, что автором этого проекта был знаменитый английский ученый Исаак Ньютон.
Автомобиль этот должен был двигаться за счет силы реакции струи пара, которая непрерывно вылетала из парового котла.
Паровой автомобиль, предложенный Ньютоном.
В 1886 году русский изобретатель Гешвенд предлагал использовать реактивную силу пара для движения железнодорожных поездов.
В середине прошлого века по каналам Мариинской системы ходили реактивные суда. Вода накачивалась в цистерны носовой части и выливалась наружу через трубы кормовой части.
Сила реакции вытекающей струи толкала судно. Судам этим дали очень меткое прозвище — «водоплевы». Заметим, что и в наше время такие реактивные суда строят и они используются для плавания по мелким рекам. Дело в том, что для винтовых судов требуется глубокая осадка, чтобы весь винт был покрыт водой, а реактивные суда могут плавать и при малых погружениях. Правда, следует отметить, что здесь реактивный принцип используется лишь для создания силы тяги судна; необходимая же энергия получается от теплового двигателя, вращающего насос, нагнетающий воду.
В 1928 году немецкий автомобильный фабрикант Опель провел испытание своего автомобиля, к которому с помощью простых деревянных приспособлений были прикреплены две пороховые ракеты. После воспламенения ракет автомобиль рванулся с места, прошел со скоростью 5–6 километров в час 150 метров и остановился. Позднее Опель испытал автомобиль с 24 ракетами. При этом скорость достигала 120 километров в час, но при рывке водитель испытывал болезненные ощущения. Тот же Опель пытался применить пороховые ракеты и для железнодорожных дрезин и для мотолодок. Тут не обошлось дело без катастроф. Одна из дрезин сошла с рельсов и была разрушена, а лодка от взрыва затонула, и Опелю пришлось спасаться вплавь.
В том же 1928 году два латвийских студента приспособили ракеты к своим велосипедам и проехали около полукилометра.
Реактивный велосипед.
Из всех этих опытов выяснилось, что при скоростях до 200 километров в час полезно используется только 2–3 % энергии ракет, то есть для таких условий это был самый невыгодный двигатель.
С тех пор помыслы инженеров и изобретателей обратились к той области использования реактивного двигателя, где можно достигать больших скоростей, — к авиации.
И снова в небо
И, следуя далее по пути продвижения в жизнь реактивного двигателя, мы вынуждены вновь обратить свое внимание к небу…
Уж если говорить о больших скоростях, так вот там-то им и место. И вовсе не обязательно летать в космическую, безбрежную даль — к Луне, к звездам. Можно и даже нужно летать с большими скоростями по воздуху над землей, так сказать в ближнем небе.
Мы знаем, что самым скорым видом сообщения стал самолет. До войны самолеты оборудовались мощными поршневыми двигателями внутреннего сгорания и могли уже развивать огромные скорости полета. В 1934 году рекорд скорости был равен 709 километрам в час. Такой самолет от Ленинграда до Москвы мог пролететь за 56 минут, в то время как курьерский поезд этот же путь проходит за 10–12 часов, а автомобиль, мчащийся на предельной скорости, за 6–7 часов.
В 1939 году рекорд авиационных скоростей еще немного повысился, он стал равен 755 километрам в час. Дальнейшее увеличение скорости самолета с поршневым двигателем, как показали расчеты, сопряжено с весьма значительным увеличением мощности такого двигателя. А вместе с ростом мощности, как известно, возрастают и размеры и вес двигателя, и установка его на самолете становится немыслимой.
Большие же мощности необходимы, чтобы преодолеть сопротивление воздуха, очень сильное на больших скоростях. Надо заметить, что и винт, которым самолет врезается в воздух и тем самым совершает движение, на очень больших скоростях работает плохо и иногда просто замедляет движение.
Вот почему авиаконструкторы решили попытаться достичь больших скоростей с помощью другого двигателя — реактивного, который, как нам уже известно, именно в этом случае может оказаться наиболее удачным, тем более, что для движения реактивного самолета не потребуется применения винта.
«Неужели конструкторы решили поставить на самолет пороховой ракетный двигатель?» — спросите вы.
Конечно, нет. Мы же знаем, что для длительных полетов пороховой двигатель не пригоден.
«Ну, тогда, значит, жидкостно-реактивный?»
Да, но не совсем такой, как для межпланетных ракет. Вы помните, Циолковский предложил сжигать жидкое топливо в атмосфере чистого кислорода. И топливо и кислород должны при этом храниться в баках на борту ракетоплана. Но какой же смысл хранить кислород в баках самолета, если самолет всё время летит по воздуху, а в воздухе содержится кислород? За атмосферой Земли, где-нибудь в межпланетном пространстве, там дело другое, там кислорода взять негде. А тут — пусть двигатель «дышит» воздухом, берет кислород из-за борта. Зато в баки можно запасти побольше топлива и пролетать большие расстояния без заправки горючим.
Так появилась идея применения воздушно-реактивного двигателя.
Простейший воздушно-реактивный двигатель может быть построен сравнительно легко.
Посмотрите его схему. Он похож на яйцо, у которого аккуратно срезали обе верхушки.
Схема воздушно-реактивного двигателя.
Вот если самолет с такой трубкой заставить лететь, то через переднее отверстие внутрь трубки начнет врываться воздух. Здесь в воздушный поток будет впрыскиваться через форсунки жидкое топливо и, подожженное электрической искрой, сгорать. От выделяемого тепла поднимется температура, а значит, — и давление газов. Газы будут стремиться вырваться через оба отверстия — переднее и заднее, но спереди они столкнутся с большим противодавлением набегающего воздушного потока, а сзади сопротивление окажется совсем малым.
Тогда всё содержимое камеры сгорания и устремится назад, толкая трубку-двигатель и весь самолет вперед. Описанный двигатель называется прямоточным воздушно-реактивным двигателем.
Но вы уже, очевидно, сами догадались, что такой двигатель обладает большим недостатком, — для того, чтобы он заработал, его надо как бы протащить сначала с большой скоростью по воздуху, то есть нужно на самолет ставить еще специальные разгоночные двигатели. Кроме того, этот двигатель для скоростей обычных полетов и неэкономичен. Вспомним недостаток первого двигателя внутреннего сгорания — двигателя Ленуара. Он обладал низким КПД потому, в частности, что работал без предварительного сжатия рабочего заряда. Подобное явление имеет место и в прямоточном воздушно-реактивном двигателе. Если скорость полета невелика, давление воздуха в камере сгорания оказывается тоже небольшим и тепло, выделяющееся при сгорании топлива, используется плохо.