Карл Гильзин - Ракетные двигатели

Экономичность ракетного двигателя

Наряду с мощностью важнейшей характеристикой каждого двигателя является его экономичность. Если речь идет о тепловом двигателе, то экономичность его определяется расходом топлива на единицу мощности, т. е. на 1 л. с. Экономичный двигатель на 1 л. с. будет расходовать меньше топлива, чем неэкономичный, т. е. его работа будет обходиться дешевле. Этим и объясняется термин «экономичный».

Однако для авиации экономичность двигателя имеет гораздо большее значение, чем просто стоимость его эксплоатации. На самолете, как и на других летательных аппаратах (ракетах и др.), запас топлива, естественно, ограничен; он определяется объемом топливных баков или весом топлива. Очевидно, что более экономичный двигатель, расходующий меньше топлива при той же мощности, будет работать при том же запасе топлива большее время, чем менее экономичной. Вследствие этого самолет с более экономичным двигателем будет иметь большую дальность полета.

Таким образом в авиации экономичность двигателя — это дальность полета.

Нетрудно видеть, что экономичность ракетного, как и всякого реактивного двигателя, зависит от скорости полета, так как в зависимости от скорости меняется мощность двигателя. Это также отличает реактивные двигатели от обычных, поршневых авиационных двигателей, у которых экономичность, как и мощность, от скорости полета не зависит (при неизменном режиме работы двигателя).

Так как с ростом скорости полета мощность ракетного двигателя растет, то ракетный двигатель становится экономичным только при больших скоростях полета. При малых скоростях полета, когда мощность мала, расход топлива на 1 л. с. у ракетного двигателя становится очень большим, двигатель работает неэкономично[5].

В этом заключается одна из причин того, что реактивные двигатели получили распространение в авиации только тогда, когда скорость полета самолетов стала большой, достигнув 600–700 км/час. При меньших скоростях полета реактивные двигатели значительно уступают по экономичности поршневым авиационным двигателям и не могут с ними конкурировать.

Зависимость экономичности от скорости полета имеет место для всех двигателей прямой реакции, а не только ракетных. Правда, в случае воздушно-реактивных двигателей эта зависимость количественно несколько иная, чем для ракетных двигателей.

Однако ракетные двигатели по экономичности значительно уступают большинству воздушно-реактивных двигателей. С одной стороны, это объясняется тем, что при существующих в настоящее время скоростях полета самолетов потеря скоростной энергии с отходящими газами у ракетных двигателей гораздо больше, так как скорость истечения газов у них значительно выше. С другой стороны, увеличенный расход топлива ракетного двигателя неизбежно вытекает из самой сути его как двигателя, создающего реактивную тягу благодаря отбрасыванию «собственной» массы. Практически это означает, что горение топлива в ракетном двигателе происходит без участия атмосферного кислорода, т. е. в состав топлива ракетного двигателя должны входить как горючее, так и окислитель — кислород или кислородсодержащее вещество.

Обычные горючие — бензин, керосин, спирт и др. — требуют для своего сгорания в несколько раз больше окислителя, чем весит само горючее. Вследствие этого расход топлива (горючее плюс окислитель) на 1 кг тяги в ракетном двигателе значительно, обычно в 10–20 раз, больше, чем расход топлива в воздушно-реактивных двигателях, использующих (да еще с большим избытком) для сжигания горючего кислород атмосферы.

Пороховые ракетные двигатели исторически появились значительно раньше, чем какие бы то ни было другие реактивные двигатели.

Нельзя достоверно сказать, кто и когда изобрел первый пороховой ракетный двигатель.

Имеются указания о том, что уже много веков тому назад пороховые ракеты применялись в Китае в качестве увеселительных огней. Точно так же уже давно пороховые ракеты стали применять и в качестве боевого оружия, в виде своеобразных ракетных снарядов, в первое время зажигательных. По свидетельству англичан, при завоевании Индии (XVIII век) им много неприятностей причинили действия отрядов индусов, вооруженных ракетными стрелами — оружием, дотоле совершенно неизвестным в Европе. Эти стрелы представляли собой бамбуковые трубки, заполненные горючим составом и открытые с задней стороны. Индусы поджигали горючее и бросали ракеты во врагов, причем реактивный эффект струи выходящих из трубки газов значительно увеличивал дальность полета стрелы и силу удара. Один из руководителей англичан, Конгрев, называл действие этих примитивных снарядов потрясающим.

Англичане заимствовали у индусов эту идею и организовали у себя под руководством Конгрева производство реактивных снарядов.

Ведущую роль в применении и развитии пороховых ракет, начиная с конца XVII века, играла Россия. Особенно широкое развитие получило ракетное дело при Петре I. Иностранцы, посещавшие в то время Россию, писали в своих записках, что ни одно государство не может в этом отношении соревноваться с Россией. Петр I ввел пороховые ракеты на вооружение русской армии в качестве сигнальных. Через 100 лет после этого пороховые ракеты стали применяться в русской армии и в качестве боевого оружия. Впервые боевые гранаты-ракеты были применены русскими в 1825 г. на Кавказе и в войне с Турцией 1828–1829 гг. Создателем этих первых отечественных боевых ракет был суворовский генерал Александр Дмитриевич Засядко.

Но особенно много сделал для создания ракетного вооружения русской армии талантливый изобретатель, инженер, исследователь и организатор — генерал Константин Иванович Константинов, живший и работавший в середине прошлого века 1818–1872 гг.). Работы Константинова, в частности, его книга «О боевых ракетах», получили широкую известность в России и за рубежом, были переведены на многие языки и в течение долгого времени служили настольными книгами для всех артиллеристов.

Константинов организовал в России заводы для производства ракет, радикальным образом изменил технологию их изготовления (в частности, устранил ручную набивку ракет порохом), сконструировал ряд машин по производству ракет; эти машины так и назывались «машинами Константинова». Константинов создал ряд новых, усовершенствованных образцов боевых ракет со значительно увеличенной дальностью полета, а также ракет для различных вспомогательных целей — спасательных, сигнальных и других; разработал тактику применения ракетного оружия. В частности, по его предложению этот род оружия был выделен в качестве самостоятельного — были созданы отдельные части в дополнение к артиллерийским.

Ракетные снаряды применялись русской армией при обороне Севастополя в 1855–1856 гг. и в военных действиях в более позднее время — до русско-турецкой войны 1877-78 гг.

Применение ракетного вооружения в первое время имело особые преимущества, так как орудийная артиллерия, имевшая на вооружении гладкоствольные орудия, стрелявшие круглыми ядрами, была весьма несовершенна — дальность полета ядер была невелика, меткость стрельбы оставляла желать много лучшего. Легкое ракетное оружие было к тому же очень удобно для вооружения им кавалерии, использования в горных условиях и т. д.

Однако, начиная со второй половины прошлого века, когда были изобретены нарезные орудия, стреляющие цилиндрическими снарядами, что значительно увеличивало дальность и улучшало точность артиллерийского огня, ракетное оружие стало быстро вытесняться артиллерийским и к концу века было повсеместно снято с вооружения.

Тем не менее, несмотря на огромный прогресс, имевший место с тех пор в ствольной артиллерии, в последние годы ракетное оружие снова получает все более широкое распространение. Большой толчок в этом отношении дал опыт минувшей воины, где в ряде случаев ракетное оружие показало себя с наилучшей стороны благодаря присущим ему принципиальным преимуществам по сравнению со ствольным оружием.

И снова, как и ранее, Россия была пионером в деле развития и широкого разнообразного применения ракетного оружия. Впервые в этой войне именно Советская армия, по достоинству оценив возможности ракетной артиллерии, широко применила это грозное оружие на поле брани.

Основное преимущество ракетной артиллерии заключается в том, что для выстрела ракетным снарядом не требуется массивного, тяжелого орудия, вес которого в обычной ствольной артиллерии превышает вес снаряда в сотни раз[6]. Поэтому ракетную артиллерию называют иногда «артиллерией без пушек».