Валерий Августинович - Битва за скорость. Великая война авиамоторов

Итак, газотурбинный двигатель для данного типа самолета не является оптимальным хотя бы потому, что имеется другое решение. А именно, схема пульсирующе-детонирующего двигателя (ПДД или, в английской транскрипции, очевидно, PDE, где «Е» — «engine», т. е. двигатель). Если в поршневых двигателях от детонации топ-ливо-воздушной смеси пытались уйти всеми способами, замедляя процесс горения разного рода присадками к топливу, то в ПДД наоборот, именно детонация (быстрое сгорание и вызванная этим ударная волна) позволяет реализовать эффективное преобразование химической энергии топлива в тепло, а затем и в работу расширения без применения клапанов. Но для этого нужна труба, открытая с одного конца, чтобы было, куда расширяться. Закрытый же (передний) конец трубы воспринимает повышенное в результате детонационного горения давление и тем самым передает получающееся усилие (тягу) на самолет. Заметим, что в поршневом двигателе объем является замкнутым (с помощью клапанов), и поэтому детонационное горение приводит к недопустимым нагрузкам. Процесс в ПДД организован следующим образом: свежая топливо-воздушная смесь поступает в трубу и поджигается. Благодаря высокой скорости горения происходит локальное сильное повышение температуры и давления (как при взрыве) — формируется фронт ударной волны, которая со сверхзвуковой скоростью распространяется вдоль трубы в обе стороны: ко входу и к выходу. Этот фронт имеет за собой высокую температуру и, проходя вдоль трубы, поджигает смесь. Этот же фронт выполняет и функцию клапана, блокируя конвекцию смеси до окончания горения. Из-за большой скорости перемещения фронта ударной волны процесс горения происходит «мгновенно»; фактически реализуется горение при постоянном объеме подобно поршневому двигателю. Далее поступает новая порция смеси, и процесс повторяется.

Конечно, простота эта во многом кажущаяся: в реальности существуют проблемы реализации этого идеального цикла. Но эти проблемы решаемы, а выгода применения такого типа двигателя в сравнении с газотурбинным очевидна. Кроме простоты схемы и большего на 30 % кпд, ПДД обладает еще одним преимуществом: он может работать в большом диапазоне скоростей полета (от М=0 до гиперзвуковых скоростей М=4–5). Тактическое применение разведывательных БПЛА с двигателем такой схемы предполагает быстрый выход в район цели с гиперзвуковой скоростью с дальнейшим выключением двигателя и нахождением над целью (например, полем боя) в режиме планирования. Возвращение БПЛА происходит в обратном порядке.

Есть, однако, у ПДД и неприятные особенности его работы: сильные вибрации и шум, обусловленные пульсирующим режимом его работы (частота пульсаций — циклов прохождения ударной волны — составляет обычно 100–150 герц). Эти вибрации, в частности, оказывают неблагоприятное воздействие и на аппаратуру наблюдения, смонтированную на БПЛА. Для уменьшения этого неблагоприятного фактора предусматриваются постановка демпферов и применение многотрубной конструкции подобно многоцилиндровому мотору. В этом случае процесс в детонационных трубах организуется со сдвигом по фазе (времени).

Ударный самолет — БПЛА, являющийся, по сути, платформой для несения вооружения, имеет существенно большие размеры и массу в сравнении с разведывательным. В связи с этим к нему возрастают и требования по незаметности в радиолокационном и инфракрасном диапазоне излучения. Очевидно, что в этом случае используются технологии «стелс», уже отработанные на пилотируемых самолетах F-117 и В-2. Но благодаря отсутствию экипажа и связанных с ним систем жизнеобеспечения в ударном самолете — БПЛА его «заметность» становится настолько малой, что впору говорить о его практической незаметности. Вы можете просто не знать, что ударный БПЛА уже давно барражирует над целью, например, стартовой позицией баллистической ракеты или обнаруженной подводной лодкой. И в момент старта ракеты этот БПЛА может поразить ее либо электромагнитным импульсом, либо обычным «выстрелом». Главной проблемой применения ударных БПЛА как противоракетного оружия является создание надежной системы управления сетью из сотен или даже тысяч таких самолетов. Т. е., это проблема — информационная. И здесь опять США имеют фору перед Россией как по степени развитости таких систем и опыту их построения, так и по радиусу действия ударных БПЛА. Скорее всего, применение ударных БПЛА типа Х-47 разработки «Нортроп — Грумман» будет осуществляться с авианосцев. Этот тип носителей идеально подходит для БПЛА, этих подлинных самолетов XXI века. Так авианосцы приобретают новое качество. Если представить себе боевое применение БПЛА с авианосцев, то мы увидим картину один за другим взлетающих и бесследно растворяющихся в небе беспилотников и затем из ниоткуда прилетающих и садящихся на палубу самолетов. Учитывая наличие у БПЛА функции автоматической дозаправки в воздухе, следует считать ударные БПЛА грозным оружием.

Что же касается двигателя для ударного БПЛА, то здесь ожидать каких-либо инноваций не следует. Опыт применения АЕ3007 на «Глобал Хоуке» оказался удачным, и, скорее всего, он будет транслирован и на ударном БПЛА.

А вот для высотных беспилотных разведчиков, находящихся в небе свыше полутора суток с очевидной целью выявления и подсветки скрытых целей для последующих воздушных ударов ударными БПЛА на большой глубине территории противника, возможна, более того, необходима разработка новых двигателей. Прежде всего, вспомним, что дальность полета (а следовательно, и время нахождения в воздухе) самолета прямо пропорционально зависит в том числе и от энергетики топлива, т. е. его теплотворной способности. В этом смысле перспективным видом горючего, окисляемого в процессе горения кислородом окружающего воздуха, является водород. Его теплотворная способность (с единицы массы) в 2,5 раза превышает теплотворную способность керосина. Его давно бы стали применять в авиации в качестве горючего, если бы не его проблемные свойства: низкая температура кипения, малая плотность и взрывоопасность при смешении с воздухом. И то и другое создают большие проблемы в реальной эксплуатации двигателей и самолетов, использующих водород в качестве горючего. Водород тем не менее широко применяется в ракетных двигателях, а с недавнего времени стал применяться и в автомобилях.

В сентябре 2003 г. автор этих строк был в Кливленде, на очередной международной конференции по авиационным двигателям, посвященной на этот раз столетию первого полета братьев Уилбура и Орвилла Райтов. Погода стояла прекрасная — золотая осень. Одновременно здесь проходило авиашоу с демонстрацией полетов при участии пилотажных групп ВВС США. Летчики жили в том же отеле, что и участники конференции. Здесь же, в роскошном Ренессанс-Мариотт, проходила и конференция. Автор наблюдал, как над тихой водной гладью озера Эри, на берегу которого расположен Кливленд, совершал эффектные пролеты с пикированием американский штурмовик А-10 «Тандерболт» — «Удар грома» («Thunderbolt»). Самолеты с индексом «А» («Attack» — «штурмовик») составляют третью самостоятельную группу боевых самолетов (и моторов к ним) наряду с «F» («Fighter» — истребителями, или самолетами воздушного боя, и «Bomber» — бомбардировщиками). И если в этих последних типах самолетов в силу сходности требований советские и американские самолеты имели близкие конфигурации, то для штурмовиков ситуация различалась. Здесь сильно сказывалась предыстория, т. е. различный опыт боевого применения «фронтовых бомбардировщиков», как сейчас называются штурмовики. В США самолеты группы «А» (А-3 «Скайуоррер», А-4 «Скайхоук», А-6 Интрудер», А-7 «Корсар», AV-8 «Морской Харриер» вертикального взлета) — преимущественно палубного базирования. В СССР «сухопутные» фронтовые бомбардировщики еще с Великой Отечественной войны проектировало ОКБ П. О. Сухого (Су-2).