Двигатель уиттла


История Френка Уиттла изобретателя авиационного газотурбинного двигателя

В 1926 г. девятнадцатилетний Френк Уиттл поступил в Королевский авиационный колледж в городке Кранвелл, который готовил пилотов для английских ВВС. В процессе обучения кадеты должны были готовить тезисы докладов по техническим темам. Впоследствии Уиттл вспоминал, что в качестве последней темы он выбрал "Пути совершенствования конструкции самолетов". Работая над рефератом, начинающий авиатор вывел собственную теоретическую формулу для определения максимальной дальности полета аэроплана, но вскоре выяснил, что она абсолютно совпадает с давно известной формулой Бреге. Разочарование его было велико, но и польза от "физико-математических" упражнений оказалась немалой. Уиттл понял, что для достижения большой скорости и дальности полета следует летать как можно выше. Однако мощность традиционной винтомоторной установки падает с высотой гораздо быстрее, чем уменьшается лобовое сопротивление. В этом состояло противоречие, и устранить его можно было только путем использования нового, поистине революционного технического решения.

Две важнейшие идеи, лежащие в основе любого авиационного газотурбинного двигателя (использование реактивной тяги и размещение газовой турбины на одном валу с компрессором), первоначально даже не были увязаны между собой. Но уже к 1929 г. Уиттл осознал, что "чистый" ракетный двигатель неприменим в качестве силовой установки для обычного самолета из-за чрезвычайной "прожорливости".

После окончания колледжа Уиттл получил звание пилота и был направлен в строевую эскадрилью для продолжения службы. Здесь он не оставил своих занятий наукой, и в конце 1929 г. пробил час турбореактивного двигателя: Уиттлу пришло в голову объединить на едином валу компрессор и газовую турбину. К этому времени молодой летчик проходил курс повышенной подготовки в Центральной летной школе. Один из инструкторов школы по фамилии Джонсон был в прошлом специалистом-патентоведом. Идея, высказанная Уиттлом, произвела на Джонсона столь сильное впечатление, что он с воодушевлением взялся за ее патентное оформление. Кроме того, он порекомендовал Уиттлу немедленно изложить ее в рапорте начальнику школы Д. Болдуину.

Последний быстро оценил перспективность предложения Уиттла и помог ему "выйти" на чиновников министерства авиации. Затем изобретателя отослали в Кенсингтонскую лабораторию к известному специалисту по авиационным двигателям доктору А. Гриффису. И здесь везение закончилось. Гриффис легко обнаружил ошибку в теоретических расчетах Уиттла, где он обосновывал к.п.д. установки. Более того, "высоколобый ученый" скептически отнесся к самой идее газотурбинного двигателя, совершенно справедливо указав, что при ее реализации неизбежно возникнут проблемы с конструкционными материалами, способными длительное время выдерживать высокие температуры, которые характерны для ГТД. Мнение Гриффиса стало известно министерству авиации и сильно подорвало доверие к идеям Уиттла.

Но молодой изобретатель упорствовал в своих "заблуждениях". Вскоре, в сотый раз перепроверяя теоретические выкладки, он нашел еще одну ошибку в расчетах, полностью компенсировавшую замечания Гриффиса. Кроме того, Уиттл надеялся, что на больших высотах, где температура воздуха низка, требования по жаропрочности конструкционных материалов окажутся выполнимыми. А пока он подал заявку на изобретение, датированную 30 января 1930 г., и спустя 18 месяцев получил патент на конструкцию ГТД. В связи с отсутствием интереса со стороны министерства авиации патент не был засекречен, и вскоре с ним смогли ознакомиться двигателисты всего мира. Английские "особисты" поступили опрометчиво. Рассматривая схемы первых германских ГТД, относящиеся к 1933-1935 гг., нетрудно заметить огромное влияние схемы Уиттла, хотя позднее немецкие конструкторы, несомненно, нашли свой путь.

В 1931 г. Уиттл стал инструктором Летной тренировочной школы в Дигби. Параллельно с основной работой он вместе с Джонсоном, ставшим ему верным помощником, продолжил "пробивание" идеи ГТД во всевозможных авиационных моторостроительных фирмах, но без особого успеха. В 1932 г. Уиттла перевели в Морской авиационный испытательный центр в качестве летчика-испытателя. Работа над теоретическими аспектами ГТД продолжилась и здесь. Способности молодого летчика создали ему определенный авторитет среди коллег, что, впрочем, не помешало им шутливо-иронически наречь его изобретение "уиттловской огненной трубой". Загруженный испытательной работой по уши, Уиттл, по его воспоминаниям, совсем пал духом и решил, что слишком опередил время. Разочарование оказалось столь велико, что Френк на время изменил своему увлечению и занялся усовершенствованием подвижных пулеметных турелей, устройств для загрузки бомб и катапультируемых кресел.

И тут на помощь пришел случай. В соответствии с установленным в английских ВВС порядком, в 1932 г. Уиттл должен был пройти обучение на курсах повышения квалификации. Предлагались на выбор следующие направления: вооружение, штурманское дело, радиотехника, физподготовка (!) и инженерная подготовка. Уиттл, "переключившийся" на турели, решил было углубленно заняться вооружением, но командование испытательного центра имело собственное мнение о перспективах незаурядного молодого человека и направило его для обучения в офицерскую инженерную школу в Ханлоу. На вступительных экзаменах Уиттл показал столь выдающиеся познания, что был сразу определен на второй курс, минуя первый, подготовительный. Однако и на втором курсе он не задержался, сдав выпускные экзамены через шесть месяцев! Командование школы сразу обратило внимание на способного летчика и в виде исключения направило его для продолжения образования в Кембриджский университет. Для этого потребовалось ходатайство со стороны министерства авиации. Все-таки пригодились, хоть и неудачные, попытки заинтересовать чиновников министерства идеей ГТД.

Получив звание "флайт-лейтенант" (капитан), Уиттл отправился в Кембридж. И там он не изменил себе: трехлетний курс обучения был пройден за два года. Кроме того, в университете он нашел новых сторонников, горячо увлекшихся идеей создания работоспособного ГТД. В Кембридже ему оказали поддержку умудренные опытом люди: его наставник Р. Люббок и профессор аэродинамики М. Джонс. Появились союзники и в среде руководства Королевских ВВС в лице офицеров Р.Д. Вильямса и Дж. Тинлинга. Общими усилиями в марте 1936 г. удалось организовать фирму "Пауэр Джетс Лимитед" (Power Jets Ltd.) с капиталом в 10 тыс. фунтов, а еще раньше, в конце 1935 г., Уиттл вместе с единомышленниками приступил к постройке первого экспериментального ГТД, получившего название W.U. (Whittle Unit - устройство Уиттла). Вскоре работами по этой тематике заинтересовалась компания BTH (British Thomson-Houston), инвестировавшая в проект "Пауэр Джетс" 28 тыс. фунтов на постройку опытного образца. Немалая по тем временам сумма сняла множество проблем и укрепила Уиттла в намерении строить сразу "полномасштабный" двигатель, минуя стадию экспериментов с отдельными его элементами.

Прослышав о развернувшихся работах, подключилось и министерство авиации, обеспечившее поддержку научно-исследовательских организаций. Кроме того, министерство сделало реверанс в сторону изобретателя, согласившись формально оставить его на год в качестве ассистента профессора Джонса. Впрочем, попытки заставить "раскошелиться" государственный орган не увенчались успехом. Чиновники из министерства по-прежнему считали, что Уиттл и его коллеги хотят "удовлетворить свое любопытство" за счет казны, не более того.

С целью дальнейшего повышения квалификации Уиттла и ознакомления с имеющимися в промышленности технологиями фирма BTH организовала ему стажировку на одном из заводов, производивших паровые турбины для военно-морского флота. Казалось бы, все складывалось великолепно. Спроектированный Уиттлом двигатель W.U. предназначался для оснащения небольшого почтового самолета с взлетной массой менее тонны, но зато способного развить скорость порядка 800 км/ч. Расчеты показывали, что для этого необходимо обеспечить тягу у земли на уровне 550 кгс при частоте вращения турбины 17 750 об/мин. По проекту двигатель имел одноступенчатый центробежный компрессор и одноступенчатую же осевую турбину. Сжимаемый компрессором воздух подавался в большую кольцевую камеру сгорания. В то время Уиттл считал, что самой сложной частью проекта является именно камера сгорания и надеялся без особых трудностей обеспечить расчетные параметры компрессора и турбины.

В марте 1937 г. опытный образец двигателя был подготовлен к первому "холодному" запуску. Испытания начались с обескураживающей поломки валика, соединявшего ротор с поршневым "пускачом". Пришлось заменить стартер на 20-киловаттный электромотор, весьма громоздкий и тяжелый. Это негативно сказалось на мобильности всей мотоустановки, смонтированной на двухосной тележке: ее колеса из-за перегрузки пришлось снять. В дальнейшем масса экспериментального агрегата дополнительно возросла из-за размещения 38-миллиметровых стальных листов по бокам и сверху двигателя, предназначенных для локализации повреждений в случае аварии двигателя.

Первый "горячий" запуск двигателя (с воспламенением топлива) состоялся 12 апреля 1937 г. Эксперимент вновь завершился неожиданно быстро. Как только частота вращения ротора достигла 2000 об/мин, Уиттл сам приоткрыл заслонку подачи пускового топлива (в качестве него использовался бензин) и принялся вращать ручное (!) магнето. В камере сгорания сквозь небольшое кварцевое окно стало видно пламя, Уиттл слегка приоткрыл заслонку подачи основного горючего (дизельного топлива). С нарастающим воем двигатель стал стремительно набирать обороты. Слишком быстро! Уиттл полностью закрыл топливную заслонку, но, к общему ужасу, ротор двигателя продолжил разгон. Все присутствовавшие в помещении, за исключением самого изобретателя, в ожидании неизбежной аварии бросились прочь от ревущего зверя. Уиттл, по его воспоминаниям, попросту остолбенел от неожиданности. Умом он понимал, что рано или поздно двигатель, в который не подается топливо, остановится сам собой, но мало ли что могло случиться до этого: К счастью, через минуту-другую нестерпимый визг стал стихать.

Объяснение произошедшему казусу оказалось очень простым: в топливопроводе при "холодных" прокрутках образовались воздушные пробки, поэтому после перекрытия подачи дизтоплива его остатки выталкивались сжатым воздухом в камеру сгорания, обеспечивая дальнейший разгон. Как только давление в магистрали упало, подача топлива прекратилась. "Лечение" установки произвели путем введения дренажа.

На следующий день была предпринята еще одна попытка запустить W.U., и снова неудачная. На этот раз причина экстренного прекращения эксперимента оказалась гораздо серьезнее: из-за перегрева топливных форсунок и разгерметизации камеры сгорания в наддвигательном пространстве возник пожар. И вновь после благополучного завершения опыта, когда огонь погас сам собой, изобретатель обнаружил, что в помещении он остался один-одинешенек.

При очередном эксперименте удалось довести частоту вращения ротора до 13 600 об/мин. И все же Уиттл вынужден был констатировать: эффективность компрессора и турбины оказались заметно ниже расчетных, что выражалось в чрезмерном росте температуры газов. Вскоре при попытке "разогнать" двигатель до более высокой частоты вращения произошла авария из-за разрушения элементов компрессора, в результате всего за полторы секунды обороты ротора упали с 12 000 до нуля. W.U. нуждался в серьезном ремонте, для его создателей снова начались трудные времена. Год, милостиво отпущенный Уиттлу министерством авиации, подходил к концу, деньги заканчивались, а главный инженер фирмы BTH, осознавший опасность экспериментов с ГТД, потребовал перенести все работы на другую территорию.

Ситуация была спасена благодаря вмешательству авторитетного председателя Аэронавтического исследовательского совета сэра Генри Тиззарда. Ознакомившись лично с работами Уиттла, он дал о них самый благоприятный отзыв и порекомендовал руководству фирмы BTH продолжить финансирование газотурбинной тематики. Кроме того, он нажал на невидимые пружины, и министерство авиации подписало договор с Уиттлом о частичном финансировании исследований из расчета 200 фунтов за час работы двигателя на стенде плюс дополнительная тысяча фунтов за детальный отчет о всех проведенных до этого экспериментах. Потирая руки, Френк не предполагал, что он угодил в своеобразную ловушку: все новые работы попадали под "секретный лист", попросту говоря - засекречивались, что исключало в дальнейшем использование частного капитала за исключением двух случаев: для компаний и лиц, которые внесены министерством авиации в список "допущенных", и тех, кто пожелает рискнуть "втемную" - последним существо исследований не раскрывалось. Чтобы "подсластить" пилюлю, Уиттлу присвоили очередное звание "сквадрон лидер" (майор).

По согласованию с руководством BTH все работы в дальнейшем проводились на заброшенной фабрике фирмы в Латтерворте. Конструкцию двигателя пришлось серьезнейшим образом пересмотреть. Взамен одной трубы, по которой прежде подавался в камеру сгорания воздух от компрессора, сделали десять профилированных воздухопроводов. Конструкторы применили воздушное охлаждение длинных жаровых труб и одновременно обеспечили некоторое повышение к.п.д. всей установки вследствие повышения температуры воздушного потока на входе в камеру сгорания. И все же двигатель "первой реконструкции" просуществовал недолго: в мае 1938 г. произошла очередная авария с разрушением лопатки турбины.

Но эта неприятность уже не могла остановить Уиттла: министерство авиации совместно с BTH, теперь уже уверенные в успехе, быстро изыскали необходимые 2400 фунтов для ремонта и проведения "второй реконструкции" двигателя W.U. Его главным отличием стало использование десяти небольших камер сгорания вместо единой кольцевой. Обечайки камер охлаждались потоком воздуха, который затем изменял направление на 180 0 и лишь потом использовался "по прямому назначению" - для сжигания топлива. Впоследствии Уиттла часто спрашивали, почему он принял такое необычное техническое решение. Конструктор объяснял его двумя причинами: отсутствием жаропрочных материалов и удобством внесения изменений во "внутренности" камеры сгорания без серьезных переделок.

Все работы по подготовке третьего варианта W.U. к испытаниям были закончены в октябре 1938 г. Вместо электростартера теперь использовался поршневой мотор мощностью 10 л.с. В период с мая по октябрь Уиттл провел множество экспериментов с разнообразными камерами сгорания, выбирая оптимальную. В качестве основного топлива стал использоваться керосин. Увы, отлаженные "по отдельности" камеры сгорания отказывались нормально работать в составе двигателя, что вело к новым авариям. Пришлось перепробовать более 30 вариантов топливных форсунок, прежде чем удалось добиться устойчивой работы W.U. в течение получаса при частоте вращения ротора 16 500 об/мин.

В июне 1939 г. ревущий двигатель, наконец, продемонстрировали руководству министерства авиации, и оно сочло, что пора заключать контракт на постройку летного образца. С карьерой военного летчика было покончено: Уиттла теперь считали "особо ценным кадром" и отправлять на войну не собирались. Вскоре "Пауэр Джетс" получила официальный заказ на постройку газотурбинного двигателя W.1, предназначенного для установки на экспериментальный самолет Глостер Е28/39.

Заметим, что в 1938 г. в штате "Пауэр Джетс" состояло шестеро: Уиттл, его секретарша, инженер, два ночных сторожа и посыльный. Кроме того, определенными правами пользовался беспородный пес по кличке "Сэнди". В 1939 г. все изменилось, как по волшебству: начался ускоренный набор квалифицированных инженеров, конструкторов, чертежников и рабочих. Новички прибывали, но проблема обеспечения устойчивой работы топливной форсунки оставалась нерешенной, пока Уиттл не вышел на Исаака Люббока, брата своего бывшего наставника по Кембриджу. Тот возглавлял лабораторию компании "Шелл", активно исследовавшую процессы воспламенения топлива. Люббок, по словам Уиттла, вызволил его из непрекращающегося кошмара отказов, предложив новую конструкцию форсунки. Впрочем, очередной вариант двигателя все равно взорвался, теперь уже на глазах у Тиззарда и вице-маршала авиации А.Теддера.

Однако руководители английских ВВС оказались достаточно дальновидными и за руинами W.1 сумели разглядеть будущего мирового лидера. В 1940 г. Уиттл получил второй госзаказ -на этот раз на постройку двигателя W.2 тягой 720 кгс, предназначенного для боевого истребителя. Все это произошло задолго до начала летных испытаний W.1. В дело включались все новые и новые люди, начиналась битва амбиций и честолюбий. Так, известная своими автомобилями и авиационными поршневыми моторами компания "Ровер" сочла для себя обидной роль субподрядчика у никому не известной "Пауэр Джетс" и через министерство добилась для себя положения "головной организации" по двигателю W.2, хотя не имела ни малейшего опыта создания ГТД. Аналогичные требования выставила и компания "Де Хэвилленд Энджин". Обе фирмы хотели от "Пауэр Джетс" только одного: предоставления рабочих чертежей, а там уж: "мы сами с усами". В довершение всех этих коллизий и "дружественная" BTH сумела заполучить от министерства отдельный контракт на разработку реактивного двигателя.

К концу 1940 г. проектирование W.1, рассчитанного на тягу 563 кгс при частоте вращения ротора 17 750 об/мин, близилось к завершению. При создании опытного образца (ему присвоили обозначение W.1X) использовались некоторые уцелевшие после аварии агрегаты от W.U., в частности, диск центробежного компрессора. Несмотря на близость конструкций W.U. и W.1, многие детали и узлы пришлось переконструировать в интересах обеспечения технологичности массового производства. Параллельно велась работа по радикальному сокращению массы для летного образца двигателя. В итоге W.1 оказался почти вдвое легче предшественника.

Первый "горячий" запуск W.1X состоялся в декабре 1940 г. Важнейшим отличием рабочего колеса турбины у этого варианта двигателя являлось использование "елочного" замка, посредством которого лопатка закреплялась в теле диска (прежде применялся менее надежный замок типа "Де Лаваль"). Кроме того, сами лопатки изготовили из более жаростойкого материала, что позволило несколько увеличить температуру газов и к.п.д. турбины.

В марте 1941 г. компания "Глостер" выкатила на аэродром готовый Е28/39, но серийный двигатель для него еще не был готов. В связи с этим приняли решение временно оснастить экспериментальный самолет опытным W.1X и с ним произвести рулежки, пробежки и всю необходимую наземную "доводку". Двигатель доставили на аэродром Брокворт 5 апреля 1941 г., без проблем смонтировали его на сверкающем свежей краской Е28/39, а уже в сумерках машина, управляемая шеф-пилотом фирмы "Глостер" Сайером, совершила несколько пробежек по бетонированной полосе. Частоту вращения двигателя во избежание инцидентов ограничили 12 000 об/мин, при этом максимальная скорость составила чуть более 30 км/ч. Сайер был разочарован и не скрывал своих чувств, хотя Уиттл и пытался объяснить ему, что тяга двигателя сильно возрастает с увеличением оборотов. Но люди из "Глостер" все равно выглядели смущенными: не хватало им только самолета, который не сможет оторваться от ВПП.

На следующий день ограничитель частоты вращения ротора установили на 16 000 об/мин. Уиттл попросил у Сайера разрешения "покататься" на Е28/39 по полосе, тот без особого сопротивления уступил свое место. Медленно отрулив на край аэродрома, Уиттл развернул машину, остановился и постепенно увеличил обороты до предела. Самолет с набором скорости побежал по полосе. При достижении скорости порядка 100 км/ч толчки на стыках бетонки почти прекратились - машина явно попросилась в воздух. Стоило только взять ручку на себя: Но Уиттл опомнился: ведь двигатель был "нелетным", поэтому рисковать не стоило. Сбросив обороты, конструктор постепенно затормозил Е28/39 у дальней границы аэродрома и снова отрулил к группе сотрудников "Глостер" и "Пауэр Джетс". Сайер заинтересованно посмотрел на него и, не говоря ни слова, забрался в кабину. Он сделал две скоростные пробежки, в ходе которых выполнил "подскоки" протяженностью метров по двести и высотой не более метра. Кажется, только тогда он поверил, что этот маленький самолетик сможет летать.

В начале мая на Е28/39 смонтировали "летный" двигатель W.1. Предварительно он наработал на стенде 25 ч и получил от "Пауэр Джетс" гарантию на 10 ч работы в воздухе. Первый полет продолжительностью 17 минут состоялся 15 мая 1941 г. Манера, в которой Сайер пилотировал, свидетельствовала о полном доверии аппарату": летчик набрал большую высоту, скрывшись за облаками. В течение двух недель состоялись 17 испытательных полетов. "Пауэр Джетс" сумела еще раз изумить сотрудников "Глостера". В ходе испытаний двигателисты ни разу не заглянули "во внутренности" своего детища, ибо знали: если он "рычит" нормально, то все в порядке. Только в одном полете министерство авиации разрешило увеличить частоту вращения ротора до 17 000 об/мин, при этом Е28/39 легко обогнал сопровождавшего его "Спитфайра" и развил скорость 750 км/ч. Конечно, реальной боевой ценности самолет не имел, поскольку не был вооружен.

Летом Е28/39 показали американцам, которых особенно заинтересовал двигатель. По согласованию между Тиззардом и командующим американских ВВС генералом Арнольдом было принято решение о передаче технологий и чертежей ГТД Соединенным Штатам. В октябре 1941 г. разобранный W.1X и группа сотрудников "Пауэр Джетс" отправились за океан в бомбоотсеке "Либерейтора". Туда же переправили чертежи еще не законченного W.2. Спустя всего один год в США совершил первый полет экспериментальный реактивный самолет Белл XP-59A, оснащенный двумя двигателями "тип I", которые представляли собой несколько модифицированные W.2.

В Англии между тем развернулось соревнование между несколькими фирмами-изготовителями ГТД, "эксплуатировавшими" уиттловские идеи. Наиболее выгодные позиции имела компания "Роллс-Ройс", которая сама имела огромный опыт моторостроения и, кроме того, сумела организовать взаимодействие с "Ровер". Последняя являлась лидером в освоении турбокомпрессоров для автомобильных дизелей. В результате определенного давления, оказанного со стороны министерства авиации на Уиттла, "Пауэр Джетс" также присоединилась к "пулу" могучих левиафанов двигателестроения. Результатом совместной работы всех трех фирм стал двигатель W.2B, который в марте 1943 г. достиг проектной тяги 726 кгс и 100-часового ресурса.

Однако компания "Де Хевилленд Энджин" сумела временно вырваться вперед: в том же марте 1943 г. поднялся в воздух опытный образец истребителя Глостер F9/40 (в серии - "Метеор"), оснащенный двумя газотурбинными двигателями Н.1. Впрочем, радость конкурентов оказалась недолгой: "моторчик" потребовал длительной доводки и только после войны был запущен в производство под названием "Гоблин".

Реально боеспособным "Метеор" I стал все же с уиттловскими двигателями W.2B, которые в серии получили наименование "Уэлланд". С июля 1944 г. английские реактивные истребители приступили к уничтожению германских самолетов-снарядов V.1 ("Фау-1") и весьма преуспели в этой роли благодаря высокой, достигавшей 850 км/ч максимальной скорости. В дальнейшем фирма "Роллс-Ройс" на базе "Уэлланда" формально уже без участия Уиттла создала "Дервент" - двигатель, весьма близкий к прототипу, но отличавшийся камерами сгорания с "прямым" потоком воздуха: к концу войны английские металлурги смогли обеспечить двигателестроителей жаропрочными сплавами, позволившими значительно поднять температуру газов, к.п.д. и тягу ГТД.

В 1943 г. Уиттл в течение трех месяцев учился в штабном колледже Королевских ВВС. Там его сумели заинтересовать проблемой создания качественно нового двигателя для скоростного высотного дальнего бомбардировщика, пригодного для применения над обширными пространствами Тихого океана. Вернувшись в "Пауэр Джетс", Уиттл с порога заявил своим коллегам о новой идее. Вероятно, он первым в мире пришел к мысли о возможности создания "модульного" ГТД в вариантах обычного турбореактивного, турбовинтового и турбовентиляторного. Вскоре конструкторы приступили к разработке совершенно нового двигателя L.R.1 с осевым компрессором, который мог стать первым в мире двухконтурным ГТД. Но: в 1944 г. "Пауэр Джетс" была национализирована. Министерство авиации все в большей степени претендовало на "руководящую и направляющую" роль, а в 1946 г. преобразовало компанию в Национальный газотурбинный исследовательский центр. По мысли чиновников министерства, эта организация должна была стать своеобразной "прислужницей" у двигателестроительных фирм без права самостоятельного создания собственных образцов. Для Уиттла это оказалось неприемлемо, и он написал заявление об уходе. Так завершилась его конструкторская деятельность. Однако идея авиационного ГТД продолжила триумфальное шествие по миру.

http://engine.aviaport.ru/issues/05/page36.html

aviator.guru

Фрэнк Уиттл и экспериментальный самолет Gloster G.40 Pioneer. Великобритания (начало): alternathistory

«В воздушном винте нет необходимости», - такую фразу внес 15 мая 1941 г. в графу «Тип и номер воздушного винта» стандартного отчета о первом вылете неказистого на вид низкоплана шеф-пилот фирмы "Глостер Эркрафт» Г.Сэйер. Чем и констатировал начало новой, реактивной эры британской и американской авиации. «Виновниками» события стали двое - экспериментальный самолет Gloster G.40 Pioneer (т.е. первопроходец) и талантливый изобретатель, конструктор, скуадрон-лидер (майор) Королевских ВВС Фрэнк Уиттл (Frank Whittle). Отнюдь не простой дорогой шел этот человек к своей победе, но так всегда бывает на переломных этапах развития технической мысли. Первый британский реактивный самолет появился во многом благодаря его упорству и одержимости.

Фрэнк Уиттл родился в 1907 г. и с малых лет был очарован авиацией, которая переживала в те годы период бурного развития. Нет ничего удивительного в том, что он решил связать с нею свою судьбу. После окончания школы в 1923 г. он предпринял попытку поступить в Крэнуэллский колледж RAF для освоения летной профессии, однако не прошел медкомиссию по причине малого роста. И все же желание быть ближе к небу сделало свое дело: неудачливый абитуриент был принят помощником механика самолета в 4-е учебное крыло RAF. Три года службы не прошли для Фрэнка даром: он получил большой практический опыт авиатора и значительно подрос. Когда он предпринял новую попытку поступления, то оказался в числе пяти везунчиков, отобранных из более чем 600 кандидатов. В период обучения в Крэнуэлле Фрэнк показал себя как прилежный кадет, успешно осваивающий летные и инженерные дисциплины и обладающий незаурядными математическими способностями.

И вот мечта Уиттла осуществилась - он окончил колледж, причем с блестящей аттестацией. Его летная карьера стала складываться вполне пристойно, но именно в этот период начала раскрываться вторая ипостась его натуры - страсть к инженерному труду. Еще в 1928 г., будучи кадетом выпускного курса, он опубликовал статью «Будущее развитие самолета», в которой высказался за использование газовой турбины как основы перспективной авиационной силовой установки. В то время, когда самый быстрый истребитель едва разгонялся до 300 км/ч, Уиттл утверждал, что с помощью нового двигателя можно достичь скорости полета порядка 800 км/ч.

Надо сказать, что сама идея использования реактивной тяги а авиации не была новой, в Англии ее активно защищал доктор А.Гриффит (A.Griffith), начиная еще с 1926 г. В то же время, абсолютное большинство специалистов считало подобные предложения непригодными для практической реализации. Но Уиттл был полон решимости добиться воплощения своих идей. Он, как и положено молодому офицеру, в 1929 г. обратился в Министерство авиации, так сказать, по команде, однако чиновники не проявили к его идеям никакого интереса. Тогда с предложением финансировать создание опытного образца турбореактивного двигателя Фрэнк обратился к промышленникам, в частности, к фирмам British Thomas Houston и Armstrong Siddeley Motors. Однако экономика Англии на рубеже 1920-30-х гг. переживала депрессию, деньги на новые рискованные затеи тратить никто не спешил, в итоге промышленность тоже дала Уиттлу «от ворот поворот». Тем не менее, Фрэнк не отчаялся и решил работать самостоятельно. 16 января 1930 г. он зарегистрировал патент №347206 на газовую турбину своей конструкции.В 1932 г. наступил момент, когда он был вынужден определяться: либо продолжать летную карьеру, либо посвятить себя техническому творчеству. После недолгих колебаний флайт-лейтенант (соответствует капитану) Уиттл решил распрощаться с кабиной самолета и стал руководителем Центра испытаний авиадвигателей, одновременно продолжив свое образование в офицерской технической школе в Хэнлоу. Он досрочно окончил это учебное заведение, и в 1934 г. «родное» министерство направило его совершенствовать свои знания в престижный Кэмбридж. Там-то и свела его судьба с двумя бывшими офицерами RAF, сторонниками идеи реактивного движения: Р.Д.Уильямсом (R.D.Williams) и Дж.К.Б.Тинлингом (J.C.B.Tinling). Они решили совместными усилиями продвигать проект Уиттла и, как ни странно, смогли добиться финансирования постройки натурного образца двигателя в одном из частных банков под гарантии Министерства авиации. В марте 1936 г. еще один маленький успех - компаньоны основали в городе Латтенуорт фирму «Пауэр джетс» (Power Jets Ltd.) - своего рода центр исследования реактивного движения, в котором Уиттл стал ведущим инженером. Интересно, что он в чине скуадрон-лидера все еще находился на действительной военной службе, и, чтобы заняться бизнесом, ему потребовалось специальное разрешение командования.Подрядчиком по постройке опытного образца двигателя выступила, хотя и без особого энтузиазма, фирма «Бритиш-Томас-Хоустон», выпускавшая паровые турбины. Свои плоды этот «брак по принуждению» принес уже в апреле 1937 г., когда был готов первый образец двигателя, получивший обозначение U.1 (Unit No.1). Устройство его отличалось простотой, чтобы не сказать примитивностью: одноступенчатый двухкамерный центробежный компрессор (не правда ли, оригинально? См. схему двигателя W.1 - у него компрессор такой же) напрямую соединялся с турбиной диаметром 420 мм, а единственная камера сгорания представляла собой изогнутый цилиндр. Огневые испытания этого двигателя начались 12 апреля 1937 г. Сначала при помощи 20-киловаттного электродвигателя турбину с компрессором раскрутили до 2000 об/мин, затем Уиттл открыл кран подачи керосина, и... окрестности Латтенуорта были оглушены неслыханным доселе грохотом. Извергающееся из U.1 пламя производило устрашающее впечатление, тем не менее, двигатель работал! Фрэнк и его друзья искренне радовались своей победе. Однако, как и во всяком новом деле, за первым успехом вскоре последовали сплошные трудности: стали течь топливопроводы, прогорать камера сгорания и сопло, двигатель «шел в разнос», быстро превышая назначенные предельными 8000 об/мин, и т.д.

Неожиданно перед партнерами встала еще одна проблема: первые же пуски U.1 «съели» весь выделенный лимит керосина. Но на сей раз Министерство авиации не поскупилось и в августе 1937 г. выделило сумму, достаточную для закупки топлива аж на 20 часов работы! К апрелю следующего года опытный двигатель наработал уже 5 часов, что для абсолютно нового устройства было неплохим показателем. За это время обороты U.1 довели до 13-14 тысяч, а максимальная зафиксированная тяга составила 630 кгс. Было признано, что предварительные испытания детище Уиттла выдержало.

Уже при переходе к новому этапу испытаний произошла авария: на высоких оборотах турбина разрушилась, и разлетевшиеся лопатки сильно повредили остальные части двигателя. Правда, это ЧП не очень обескуражило Уиттла, ибо параллельно с испытаниями U.1 он проектировал более совершенный двигатель W.1 (Whittle No.1). От U.1 он отличался, прежде всего, наличием 10 раздельных камер сгорания, размещенных вокруг компрессора и турбины, но самое главное, он был не только стендовым образцом, а предназначался для установки на самолет! К апрелю 1938 г. W. 1 был собран и подготовлен к испытаниям. Лишь месяцем раньше Министерство, убедившись в успехах «Пауэр джетс», наконец-то подписало официальный контракт на его разработку. Правда, средства выделялись крайне нерегулярно, и работы велись с перерывами. Все изменилось в сентябре 1939 г., с началом второй мировой войны, которая заставила чиновников уделить достойное внимание передовым идеям и перевести изыскания Уиттла в разряд «важных инженерных разработок». Это позволило изобретателю построить ряд стендовых образцов W.1, которым Уиттл дал название Gyron (т.е. вертушка, карусель), фигурировавшее некоторое время в переписке и вскоре забытое.

Пришло время подумать о «примерке» новой силовой установки к самолету, и Уиттл решил познакомить со своими наработками авиастроительные фирмы. Первой в его поле зрения попала Gloster Aircraft Company, конструкторский отдел которой под управлением В.Картера (W.G.Carter) в соответствии со спецификацией Министерства F. 18/37 занимался двухбалочным истребителем под поршневой мотор с толкающим винтом. Этот самолет, как никакой другой, подходил для оснащения реактивным двигателем. К тому же, «Глостер» в тот момент не выпускала серийно ни одну из собственных конструкций, и Министерство надеялось, что освоение новейшей техники станет для фирмы своеобразным толчком. Один из служащих Министерства, бывший однокашник Фрэнка по Крэндуэллу скуадрон-лидер М.Ринолдс организовал встречу двух конструкторов, посещение Уиттлом фирмы «Глостер» и осмотр им макета F.18/37. Вскоре последовал ответный визит: Картер посетил Латтенуорт, да не один, а в компании Т.О.М.Сопвича (Sopwith) - генерального директора Hawker Siddeley Group, и С.Тризилиена (Tresilian) - главного инженера Armstrong Siddeley Motors. Уиттл показал гостям W.1 и в их присутствии «прогнал» двигатель на стенде. Хотя тягу ограничили какими-то 272 кгс, визитеры были буквально ошеломлены увиденным и тут же, на месте, стали горячими сторонниками идеи реактивного полета.

В итоге 3 февраля 1940 г. между заинтересованными сторонами был подписан официальный контракт SB/3229 на проектирование и постройку реактивного самолета согласно спецификации Министерства авиации Е.28/39. В соответствии с документом, требовалось создать опытный самолет для подтверждения возможности практического использования реактивной силовой установки. Двигатель должен был развивать тягу в 545 кгс, а самолету предстояло достичь скорости в 616 км/ч. Вооружение на экспериментальной машине не закладывалось, хотя от создателей требовалось предусмотреть возможность установки четырех 7,69-мм пулеметов «Браунинг» с общим боекомплектом в 2000 патронов.

Картер и Уиттл рассмотрели несколько вариантов компоновки опытного самолета. Первый предусматривал расположение двигателя почти в центре фюзеляжа и подвод к нему воздуха через лобовой воздухозаборник и раздвоенный канал, огибавший с двух сторон кабину летчика. Для истечения раскаленных газов служили жаровая труба и реактивное сопло, установленное за хвостовым оперением. Поначалу Картер не очень-то склонялся к такому решению, поскольку длинная труба грозила заметными потерями тяги, а далеко вынесенное назад сопло во время взлета и посадки могло задеть за поверхность ВПП. По этим причинам Картеру больше импонировала двухбалочная схема, представлявшая собой дальнейшее развитие концепции F.18/37. Здесь двигатель также устанавливался за кабиной пилота, но эта часть фюзеляжа получалась относительно короткой, и связанные с первым вариантом страхи исчезали сами собой. Более того, в связи с меньшими потерями тяги, ожидался прирост максимальной скорости примерно на 23 км/ч. Но с другой стороны, никто не знал, какое влияние будет оказывать реактивная струя на стабилизатор, как будет изменяться его подьемная сила, какие возникнут вибрации, температурные напряжения и т.п. Посему решено было не рисковать и остановиться на первом, классическом варианте. Можно сказать, что эта революционная машина, получившая обозначение «Глостер» G.40 и собственное имя «Пионер», создавалась с большой долей традиционного английского консерватизма.

схемы Gloster G.40 Pioneer

Сразу же было решено строить два опытных экземпляра самолета. Первый предназначался для изучения самой возможности полета на реактивной тяге и оснащался крылом с хорошо зарекомендовавшим себя профилем NACA 23012. Вторую машину предполагалось использовать для изучения высоких скоростей полета, на нее решили установить крыло с новым профилем ЕС 1240/090040, отличающимся малой относительной толщиной - от 12% до 9% ( т.н. крыло типа Е). Разумеется, все работы велись с соблюдением строгих мер секретности. Чтобы снизить риск, вызванный немецкими налетами, постройку первого прототипа перевели с экспериментального отделения «Глостера» в Брокуорте на один из т.н. «теневых заводов» в Челтнеме, строительство второго продолжили на старом месте.

В марте 1940 г. положение «Пауэр джетс» еще более упрочилось - вся ответственность за бесперебойное финансирование команды Уиттла была возложена на новообразованное Министерство авиапромышленности, руководимое лордом Бивербруком. Определился и генеральный подрядчик, ответственный за серийное производство двигателя нового типа - компания «Ровер» (Rover Motors Company). К тому времени Уиттл работал уже над двигателем W.2 - увеличенным и усовершенствованным вариантом W.1. К сожалению, «двойка» оказалась не совсем удачной, но на ее основе был создан мотор W.2B, конструкция которого вполне отвечала требованиям серийного производства. К ноябрю 1940 г. его опытный экземпляр постройки «Ровер» наработал уже 20 часов. На самой «Пауэр джетс» времени тоже не теряли. В декабре здесь «выдали на-гора» первый экземпляр W.1Х, который считался полностью готовым к установке на самолет, хотя и не предназначался для полета. Не за горами было и окончание сборки летного W.1.

К концу марта 1941 г. планер первого прототипа, получившего регистрационный номер W4041/G, был готов. Вскоре в Челтнем доставили и установили на G.40 первый W.1Х, затем самолет разобрали и поагрегатно доставили в Брокуорт, где собрали вновь. 7 апреля «Пионер» выкатили на аэродром. С утра шел дождь, поэтому лишь поздним вечером шеф-пилот фирмы «Глостер» флайт-лейтенант Сэйер (G.Sayer) вывел «Пионер» на мягкую траву летного поля. Он совершил первые рулежки при оборотах двигателя 10000-13000 об/мин. «Поддать газу» не позволял ограничитель, установленный на РУДе во избежание неожиданностей вроде несанкционированного взлета. Летчик отмечал, что самолет послушен, но на раскисшем аэродроме он не смог разогнать его более 32 км/ч. Следующим утром испытания продолжили. Обороты двигателя довели до 15000 об/мин, и Сэйер сразу же разогнался до 95 км/ч. Тут он впервые ощутил преимущества реактивного самолета перед поршневым: уменьшение шума и вибраций, отличный обзор, простоту управления. Затем ограничитель переставили на 16000 оборотов, и летчик отрулил на подветренный край полосы, тем самым вызвав подозрения: а не собирается ли он взлететь с нелетным двигателем? О дальнейшем вспоминает Уиттл:

«Сэйер развернул «Пионер» против ветра, увеличил обороты двигателя до предела, но удерживал самолет на тормозах. Затем он отпустил их и стал быстро набирать скорость. Мы увидели, как, пытаясь прижать хвост самолета к земле, летчик отклонил руль высоты вверх. Он сделал это слишком резко, и предохранительная пята ударилась о землю, а самолет вновь опустился на переднее колесо. Однако через 1-2 секунды «Пионер» оторвался от земли и, пролетев около 200 м, приземлился. Такую процедуру Сэйер повторял еще дважды. Третий раз получилось особенно хорошо. Каждый раз самолет пролетал метров по 200-300...».

В своем очередном отчете Сэйер отметил, что реакция двигателя при управлении им немного запаздывает. Привыкший к поршневым моторам летчик просто еще не знал, что относительно низкая приемистость является характерной чертой газотурбинных двигателей.

На этом этап наземных испытаний «Пионера» посчитали законченным. С самолета сняли двигатель и отправили для дальнейших стендовых испытаний в Латтенуорт, где с 11 апреля уже проходил приемку летный W. 1. В начале мая он был доставлен в Брокуорт и установлен на W4041/G. Ограничитель оборотов зафиксировали на 16500 об/мин, что соответствовало тяге 390 кгс. На самолет поставили удлиненную носовую стойку шасси. 8 мая Сэйер совершил на «Пионере» с новым двигателем несколько коротких пробежек, после чего самолет вновь разобрали и отправили в Крэнуэлл, аэродром которого отличался длинной ВПП с удобными подходами. 13 мая на новом месте машину подготовили к первому полету.

Однако почти весь следующий день стояла плохая погода, и только вечером Сэйер сумел сделать несколько пробежек, привыкая к новой передней стойке. Утром 15 мая вновь лил дождь, поэтому Уиттл вернулся в Латтенуорт, но к вечеру, как только небо очистилось, конструктор вновь заспешил в Крэнуэлл. Он вспоминает:

«Пока Е.28 рулил к восточному краю ВПП, мы [с Картером - авт.] подъехали на автомобиле и остановились примерно в 400 м от начала полосы. Сэйер вывел машину на старт в 19.40. Удерживая ее на тормозах, он довел обороты до 16000. Затем отпустил тормоза, и самолет, быстро набрав скорость, оторвался от ВПП после пробега не более 600 м. Пролетев несколько миль, «Пионер» скрылся в облаках. В течение нескольких минут мы слышали только ровный гул двигателя». В это время Сэйер убрал шасси и перешел в горизонтальный полет, достигнув скорости 386 км/ч. Затем сбросил обороты до 14000, однако заметного снижения скорости не произошло. Летчик выполнил серию виражей, постепенно снижая обороты двигателя, дошел до 145 км/ч, сделал еще несколько разворотов. «Затем мы вновь увидели самолет, заходивший на посадку по большому кругу, - продолжает Уиттл. - По характеру снижения можно было сделать вывод, что Сэйер питает полное доверие к самолету, как будто он летает на нем уже несколько часов... Произведя отличную посадку в самом начале ВПП, он остановил машину недалеко от того места, где стояли мы, и показал большой палец. Мы бросились к нему и начали горячо пожимать его руку».

Первый полет «Пионера» длился 17 минут. Докладывая о нем, Сэйер отмечал, что он напомнил ему полет на планере, и лишь свист высокой тональности говорил о наличии силовой установки, которая, кстати, работала без перебоев. Правда, пилотировать реактивную машину оказалось труднее, чем планер - Сэйер оценил самолет как «малоустойчивый». Трудности возникли и при выпуске шасси - передняя опора не встала на замок, поэтому летчик, чтобы «дожать» ее, воспользовался ручной помпой.

alternathistory.livejournal.com

История Френка Уиттла изобретателя авиационного газотурбинного двигателя

В 1926 г. девятнадцатилетний Френк Уиттл поступил в Королевский авиационный колледж в городке Кранвелл, который готовил пилотов для английских ВВС. В процессе обучения кадеты должны были готовить тезисы докладов по техническим темам. Впоследствии Уиттл вспоминал, что в качестве последней темы он выбрал "Пути совершенствования конструкции самолетов". Работая над рефератом, начинающий авиатор вывел собственную теоретическую формулу для определения максимальной дальности полета аэроплана, но вскоре выяснил, что она абсолютно совпадает с давно известной формулой Бреге. Разочарование его было велико, но и польза от "физико-математических" упражнений оказалась немалой. Уиттл понял, что для достижения большой скорости и дальности полета следует летать как можно выше. Однако мощность традиционной винтомоторной установки падает с высотой гораздо быстрее, чем уменьшается лобовое сопротивление. В этом состояло противоречие, и устранить его можно было только путем использования нового, поистине революционного технического решения.

Две важнейшие идеи, лежащие в основе любого авиационного газотурбинного двигателя (использование реактивной тяги и размещение газовой турбины на одном валу с компрессором), первоначально даже не были увязаны между собой. Но уже к 1929 г. Уиттл осознал, что "чистый" ракетный двигатель неприменим в качестве силовой установки для обычного самолета из-за чрезвычайной "прожорливости".

После окончания колледжа Уиттл получил звание пилота и был направлен в строевую эскадрилью для продолжения службы. Здесь он не оставил своих занятий наукой, и в конце 1929 г. пробил час турбореактивного двигателя: Уиттлу пришло в голову объединить на едином валу компрессор и газовую турбину. К этому времени молодой летчик проходил курс повышенной подготовки в Центральной летной школе. Один из инструкторов школы по фамилии Джонсон был в прошлом специалистом-патентоведом. Идея, высказанная Уиттлом, произвела на Джонсона столь сильное впечатление, что он с воодушевлением взялся за ее патентное оформление. Кроме того, он порекомендовал Уиттлу немедленно изложить ее в рапорте начальнику школы Д. Болдуину.

Последний быстро оценил перспективность предложения Уиттла и помог ему "выйти" на чиновников министерства авиации. Затем изобретателя отослали в Кенсингтонскую лабораторию к известному специалисту по авиационным двигателям доктору А. Гриффису. И здесь везение закончилось. Гриффис легко обнаружил ошибку в теоретических расчетах Уиттла, где он обосновывал к.п.д. установки. Более того, "высоколобый ученый" скептически отнесся к самой идее газотурбинного двигателя, совершенно справедливо указав, что при ее реализации неизбежно возникнут проблемы с конструкционными материалами, способными длительное время выдерживать высокие температуры, которые характерны для ГТД. Мнение Гриффиса стало известно министерству авиации и сильно подорвало доверие к идеям Уиттла.

Но молодой изобретатель упорствовал в своих "заблуждениях". Вскоре, в сотый раз перепроверяя теоретические выкладки, он нашел еще одну ошибку в расчетах, полностью компенсировавшую замечания Гриффиса. Кроме того, Уиттл надеялся, что на больших высотах, где температура воздуха низка, требования по жаропрочности конструкционных материалов окажутся выполнимыми. А пока он подал заявку на изобретение, датированную 30 января 1930 г., и спустя 18 месяцев получил патент на конструкцию ГТД. В связи с отсутствием интереса со стороны министерства авиации патент не был засекречен, и вскоре с ним смогли ознакомиться двигателисты всего мира. Английские "особисты" поступили опрометчиво. Рассматривая схемы первых германских ГТД, относящиеся к 1933-1935 гг., нетрудно заметить огромное влияние схемы Уиттла, хотя позднее немецкие конструкторы, несомненно, нашли свой путь.

В 1931 г. Уиттл стал инструктором Летной тренировочной школы в Дигби. Параллельно с основной работой он вместе с Джонсоном, ставшим ему верным помощником, продолжил "пробивание" идеи ГТД во всевозможных авиационных моторостроительных фирмах, но без особого успеха. В 1932 г. Уиттла перевели в Морской авиационный испытательный центр в качестве летчика-испытателя. Работа над теоретическими аспектами ГТД продолжилась и здесь. Способности молодого летчика создали ему определенный авторитет среди коллег, что, впрочем, не помешало им шутливо-иронически наречь его изобретение "уиттловской огненной трубой". Загруженный испытательной работой по уши, Уиттл, по его воспоминаниям, совсем пал духом и решил, что слишком опередил время. Разочарование оказалось столь велико, что Френк на время изменил своему увлечению и занялся усовершенствованием подвижных пулеметных турелей, устройств для загрузки бомб и катапультируемых кресел.

И тут на помощь пришел случай. В соответствии с установленным в английских ВВС порядком, в 1932 г. Уиттл должен был пройти обучение на курсах повышения квалификации. Предлагались на выбор следующие направления: вооружение, штурманское дело, радиотехника, физподготовка (!) и инженерная подготовка. Уиттл, "переключившийся" на турели, решил было углубленно заняться вооружением, но командование испытательного центра имело собственное мнение о перспективах незаурядного молодого человека и направило его для обучения в офицерскую инженерную школу в Ханлоу. На вступительных экзаменах Уиттл показал столь выдающиеся познания, что был сразу определен на второй курс, минуя первый, подготовительный. Однако и на втором курсе он не задержался, сдав выпускные экзамены через шесть месяцев! Командование школы сразу обратило внимание на способного летчика и в виде исключения направило его для продолжения образования в Кембриджский университет. Для этого потребовалось ходатайство со стороны министерства авиации. Все-таки пригодились, хоть и неудачные, попытки заинтересовать чиновников министерства идеей ГТД.

Получив звание "флайт-лейтенант" (капитан), Уиттл отправился в Кембридж. И там он не изменил себе: трехлетний курс обучения был пройден за два года. Кроме того, в университете он нашел новых сторонников, горячо увлекшихся идеей создания работоспособного ГТД. В Кембридже ему оказали поддержку умудренные опытом люди: его наставник Р. Люббок и профессор аэродинамики М. Джонс. Появились союзники и в среде руководства Королевских ВВС в лице офицеров Р.Д. Вильямса и Дж. Тинлинга. Общими усилиями в марте 1936 г. удалось организовать фирму "Пауэр Джетс Лимитед" (Power Jets Ltd.) с капиталом в 10 тыс. фунтов, а еще раньше, в конце 1935 г., Уиттл вместе с единомышленниками приступил к постройке первого экспериментального ГТД, получившего название W.U. (Whittle Unit - устройство Уиттла). Вскоре работами по этой тематике заинтересовалась компания BTH (British Thomson-Houston), инвестировавшая в проект "Пауэр Джетс" 28 тыс. фунтов на постройку опытного образца. Немалая по тем временам сумма сняла множество проблем и укрепила Уиттла в намерении строить сразу "полномасштабный" двигатель, минуя стадию экспериментов с отдельными его элементами.

Прослышав о развернувшихся работах, подключилось и министерство авиации, обеспечившее поддержку научно-исследовательских организаций. Кроме того, министерство сделало реверанс в сторону изобретателя, согласившись формально оставить его на год в качестве ассистента профессора Джонса. Впрочем, попытки заставить "раскошелиться" государственный орган не увенчались успехом. Чиновники из министерства по-прежнему считали, что Уиттл и его коллеги хотят "удовлетворить свое любопытство" за счет казны, не более того.

С целью дальнейшего повышения квалификации Уиттла и ознакомления с имеющимися в промышленности технологиями фирма BTH организовала ему стажировку на одном из заводов, производивших паровые турбины для военно-морского флота. Казалось бы, все складывалось великолепно. Спроектированный Уиттлом двигатель W.U. предназначался для оснащения небольшого почтового самолета с взлетной массой менее тонны, но зато способного развить скорость порядка 800 км/ч. Расчеты показывали, что для этого необходимо обеспечить тягу у земли на уровне 550 кгс при частоте вращения турбины 17 750 об/мин. По проекту двигатель имел одноступенчатый центробежный компрессор и одноступенчатую же осевую турбину. Сжимаемый компрессором воздух подавался в большую кольцевую камеру сгорания. В то время Уиттл считал, что самой сложной частью проекта является именно камера сгорания и надеялся без особых трудностей обеспечить расчетные параметры компрессора и турбины.

В марте 1937 г. опытный образец двигателя был подготовлен к первому "холодному" запуску. Испытания начались с обескураживающей поломки валика, соединявшего ротор с поршневым "пускачом". Пришлось заменить стартер на 20-киловаттный электромотор, весьма громоздкий и тяжелый. Это негативно сказалось на мобильности всей мотоустановки, смонтированной на двухосной тележке: ее колеса из-за перегрузки пришлось снять. В дальнейшем масса экспериментального агрегата дополнительно возросла из-за размещения 38-миллиметровых стальных листов по бокам и сверху двигателя, предназначенных для локализации повреждений в случае аварии двигателя.

Первый "горячий" запуск двигателя (с воспламенением топлива) состоялся 12 апреля 1937 г. Эксперимент вновь завершился неожиданно быстро. Как только частота вращения ротора достигла 2000 об/мин, Уиттл сам приоткрыл заслонку подачи пускового топлива (в качестве него использовался бензин) и принялся вращать ручное (!) магнето. В камере сгорания сквозь небольшое кварцевое окно стало видно пламя, Уиттл слегка приоткрыл заслонку подачи основного горючего (дизельного топлива). С нарастающим воем двигатель стал стремительно набирать обороты. Слишком быстро! Уиттл полностью закрыл топливную заслонку, но, к общему ужасу, ротор двигателя продолжил разгон. Все присутствовавшие в помещении, за исключением самого изобретателя, в ожидании неизбежной аварии бросились прочь от ревущего зверя. Уиттл, по его воспоминаниям, попросту остолбенел от неожиданности. Умом он понимал, что рано или поздно двигатель, в который не подается топливо, остановится сам собой, но мало ли что могло случиться до этого: К счастью, через минуту-другую нестерпимый визг стал стихать.

Объяснение произошедшему казусу оказалось очень простым: в топливопроводе при "холодных" прокрутках образовались воздушные пробки, поэтому после перекрытия подачи дизтоплива его остатки выталкивались сжатым воздухом в камеру сгорания, обеспечивая дальнейший разгон. Как только давление в магистрали упало, подача топлива прекратилась. "Лечение" установки произвели путем введения дренажа.

На следующий день была предпринята еще одна попытка запустить W.U., и снова неудачная. На этот раз причина экстренного прекращения эксперимента оказалась гораздо серьезнее: из-за перегрева топливных форсунок и разгерметизации камеры сгорания в наддвигательном пространстве возник пожар. И вновь после благополучного завершения опыта, когда огонь погас сам собой, изобретатель обнаружил, что в помещении он остался один-одинешенек.

При очередном эксперименте удалось довести частоту вращения ротора до 13 600 об/мин. И все же Уиттл вынужден был констатировать: эффективность компрессора и турбины оказались заметно ниже расчетных, что выражалось в чрезмерном росте температуры газов. Вскоре при попытке "разогнать" двигатель до более высокой частоты вращения произошла авария из-за разрушения элементов компрессора, в результате всего за полторы секунды обороты ротора упали с 12 000 до нуля. W.U. нуждался в серьезном ремонте, для его создателей снова начались трудные времена. Год, милостиво отпущенный Уиттлу министерством авиации, подходил к концу, деньги заканчивались, а главный инженер фирмы BTH, осознавший опасность экспериментов с ГТД, потребовал перенести все работы на другую территорию.

Ситуация была спасена благодаря вмешательству авторитетного председателя Аэронавтического исследовательского совета сэра Генри Тиззарда. Ознакомившись лично с работами Уиттла, он дал о них самый благоприятный отзыв и порекомендовал руководству фирмы BTH продолжить финансирование газотурбинной тематики. Кроме того, он нажал на невидимые пружины, и министерство авиации подписало договор с Уиттлом о частичном финансировании исследований из расчета 200 фунтов за час работы двигателя на стенде плюс дополнительная тысяча фунтов за детальный отчет о всех проведенных до этого экспериментах. Потирая руки, Френк не предполагал, что он угодил в своеобразную ловушку: все новые работы попадали под "секретный лист", попросту говоря - засекречивались, что исключало в дальнейшем использование частного капитала за исключением двух случаев: для компаний и лиц, которые внесены министерством авиации в список "допущенных", и тех, кто пожелает рискнуть "втемную" - последним существо исследований не раскрывалось. Чтобы "подсластить" пилюлю, Уиттлу присвоили очередное звание "сквадрон лидер" (майор).

По согласованию с руководством BTH все работы в дальнейшем проводились на заброшенной фабрике фирмы в Латтерворте. Конструкцию двигателя пришлось серьезнейшим образом пересмотреть. Взамен одной трубы, по которой прежде подавался в камеру сгорания воздух от компрессора, сделали десять профилированных воздухопроводов. Конструкторы применили воздушное охлаждение длинных жаровых труб и одновременно обеспечили некоторое повышение к.п.д. всей установки вследствие повышения температуры воздушного потока на входе в камеру сгорания. И все же двигатель "первой реконструкции" просуществовал недолго: в мае 1938 г. произошла очередная авария с разрушением лопатки турбины.

Но эта неприятность уже не могла остановить Уиттла: министерство авиации совместно с BTH, теперь уже уверенные в успехе, быстро изыскали необходимые 2400 фунтов для ремонта и проведения "второй реконструкции" двигателя W.U. Его главным отличием стало использование десяти небольших камер сгорания вместо единой кольцевой. Обечайки камер охлаждались потоком воздуха, который затем изменял направление на 180 0 и лишь потом использовался "по прямому назначению" - для сжигания топлива. Впоследствии Уиттла часто спрашивали, почему он принял такое необычное техническое решение. Конструктор объяснял его двумя причинами: отсутствием жаропрочных материалов и удобством внесения изменений во "внутренности" камеры сгорания без серьезных переделок.

Все работы по подготовке третьего варианта W.U. к испытаниям были закончены в октябре 1938 г. Вместо электростартера теперь использовался поршневой мотор мощностью 10 л.с. В период с мая по октябрь Уиттл провел множество экспериментов с разнообразными камерами сгорания, выбирая оптимальную. В качестве основного топлива стал использоваться керосин. Увы, отлаженные "по отдельности" камеры сгорания отказывались нормально работать в составе двигателя, что вело к новым авариям. Пришлось перепробовать более 30 вариантов топливных форсунок, прежде чем удалось добиться устойчивой работы W.U. в течение получаса при частоте вращения ротора 16 500 об/мин.

В июне 1939 г. ревущий двигатель, наконец, продемонстрировали руководству министерства авиации, и оно сочло, что пора заключать контракт на постройку летного образца. С карьерой военного летчика было покончено: Уиттла теперь считали "особо ценным кадром" и отправлять на войну не собирались. Вскоре "Пауэр Джетс" получила официальный заказ на постройку газотурбинного двигателя W.1, предназначенного для установки на экспериментальный самолет Глостер Е28/39.

Заметим, что в 1938 г. в штате "Пауэр Джетс" состояло шестеро: Уиттл, его секретарша, инженер, два ночных сторожа и посыльный. Кроме того, определенными правами пользовался беспородный пес по кличке "Сэнди". В 1939 г. все изменилось, как по волшебству: начался ускоренный набор квалифицированных инженеров, конструкторов, чертежников и рабочих. Новички прибывали, но проблема обеспечения устойчивой работы топливной форсунки оставалась нерешенной, пока Уиттл не вышел на Исаака Люббока, брата своего бывшего наставника по Кембриджу. Тот возглавлял лабораторию компании "Шелл", активно исследовавшую процессы воспламенения топлива. Люббок, по словам Уиттла, вызволил его из непрекращающегося кошмара отказов, предложив новую конструкцию форсунки. Впрочем, очередной вариант двигателя все равно взорвался, теперь уже на глазах у Тиззарда и вице-маршала авиации А.Теддера.

Однако руководители английских ВВС оказались достаточно дальновидными и за руинами W.1 сумели разглядеть будущего мирового лидера. В 1940 г. Уиттл получил второй госзаказ -на этот раз на постройку двигателя W.2 тягой 720 кгс, предназначенного для боевого истребителя. Все это произошло задолго до начала летных испытаний W.1. В дело включались все новые и новые люди, начиналась битва амбиций и честолюбий. Так, известная своими автомобилями и авиационными поршневыми моторами компания "Ровер" сочла для себя обидной роль субподрядчика у никому не известной "Пауэр Джетс" и через министерство добилась для себя положения "головной организации" по двигателю W.2, хотя не имела ни малейшего опыта создания ГТД. Аналогичные требования выставила и компания "Де Хэвилленд Энджин". Обе фирмы хотели от "Пауэр Джетс" только одного: предоставления рабочих чертежей, а там уж: "мы сами с усами". В довершение всех этих коллизий и "дружественная" BTH сумела заполучить от министерства отдельный контракт на разработку реактивного двигателя.

К концу 1940 г. проектирование W.1, рассчитанного на тягу 563 кгс при частоте вращения ротора 17 750 об/мин, близилось к завершению. При создании опытного образца (ему присвоили обозначение W.1X) использовались некоторые уцелевшие после аварии агрегаты от W.U., в частности, диск центробежного компрессора. Несмотря на близость конструкций W.U. и W.1, многие детали и узлы пришлось переконструировать в интересах обеспечения технологичности массового производства. Параллельно велась работа по радикальному сокращению массы для летного образца двигателя. В итоге W.1 оказался почти вдвое легче предшественника.

Первый "горячий" запуск W.1X состоялся в декабре 1940 г. Важнейшим отличием рабочего колеса турбины у этого варианта двигателя являлось использование "елочного" замка, посредством которого лопатка закреплялась в теле диска (прежде применялся менее надежный замок типа "Де Лаваль"). Кроме того, сами лопатки изготовили из более жаростойкого материала, что позволило несколько увеличить температуру газов и к.п.д. турбины.

В марте 1941 г. компания "Глостер" выкатила на аэродром готовый Е28/39, но серийный двигатель для него еще не был готов. В связи с этим приняли решение временно оснастить экспериментальный самолет опытным W.1X и с ним произвести рулежки, пробежки и всю необходимую наземную "доводку". Двигатель доставили на аэродром Брокворт 5 апреля 1941 г., без проблем смонтировали его на сверкающем свежей краской Е28/39, а уже в сумерках машина, управляемая шеф-пилотом фирмы "Глостер" Сайером, совершила несколько пробежек по бетонированной полосе. Частоту вращения двигателя во избежание инцидентов ограничили 12 000 об/мин, при этом максимальная скорость составила чуть более 30 км/ч. Сайер был разочарован и не скрывал своих чувств, хотя Уиттл и пытался объяснить ему, что тяга двигателя сильно возрастает с увеличением оборотов. Но люди из "Глостер" все равно выглядели смущенными: не хватало им только самолета, который не сможет оторваться от ВПП.

На следующий день ограничитель частоты вращения ротора установили на 16 000 об/мин. Уиттл попросил у Сайера разрешения "покататься" на Е28/39 по полосе, тот без особого сопротивления уступил свое место. Медленно отрулив на край аэродрома, Уиттл развернул машину, остановился и постепенно увеличил обороты до предела. Самолет с набором скорости побежал по полосе. При достижении скорости порядка 100 км/ч толчки на стыках бетонки почти прекратились - машина явно попросилась в воздух. Стоило только взять ручку на себя: Но Уиттл опомнился: ведь двигатель был "нелетным", поэтому рисковать не стоило. Сбросив обороты, конструктор постепенно затормозил Е28/39 у дальней границы аэродрома и снова отрулил к группе сотрудников "Глостер" и "Пауэр Джетс". Сайер заинтересованно посмотрел на него и, не говоря ни слова, забрался в кабину. Он сделал две скоростные пробежки, в ходе которых выполнил "подскоки" протяженностью метров по двести и высотой не более метра. Кажется, только тогда он поверил, что этот маленький самолетик сможет летать.

В начале мая на Е28/39 смонтировали "летный" двигатель W.1. Предварительно он наработал на стенде 25 ч и получил от "Пауэр Джетс" гарантию на 10 ч работы в воздухе. Первый полет продолжительностью 17 минут состоялся 15 мая 1941 г. Манера, в которой Сайер пилотировал, свидетельствовала о полном доверии аппарату": летчик набрал большую высоту, скрывшись за облаками. В течение двух недель состоялись 17 испытательных полетов. "Пауэр Джетс" сумела еще раз изумить сотрудников "Глостера". В ходе испытаний двигателисты ни разу не заглянули "во внутренности" своего детища, ибо знали: если он "рычит" нормально, то все в порядке. Только в одном полете министерство авиации разрешило увеличить частоту вращения ротора до 17 000 об/мин, при этом Е28/39 легко обогнал сопровождавшего его "Спитфайра" и развил скорость 750 км/ч. Конечно, реальной боевой ценности самолет не имел, поскольку не был вооружен.

Летом Е28/39 показали американцам, которых особенно заинтересовал двигатель. По согласованию между Тиззардом и командующим американских ВВС генералом Арнольдом было принято решение о передаче технологий и чертежей ГТД Соединенным Штатам. В октябре 1941 г. разобранный W.1X и группа сотрудников "Пауэр Джетс" отправились за океан в бомбоотсеке "Либерейтора". Туда же переправили чертежи еще не законченного W.2. Спустя всего один год в США совершил первый полет экспериментальный реактивный самолет Белл XP-59A, оснащенный двумя двигателями "тип I", которые представляли собой несколько модифицированные W.2.

В Англии между тем развернулось соревнование между несколькими фирмами-изготовителями ГТД, "эксплуатировавшими" уиттловские идеи. Наиболее выгодные позиции имела компания "Роллс-Ройс", которая сама имела огромный опыт моторостроения и, кроме того, сумела организовать взаимодействие с "Ровер". Последняя являлась лидером в освоении турбокомпрессоров для автомобильных дизелей. В результате определенного давления, оказанного со стороны министерства авиации на Уиттла, "Пауэр Джетс" также присоединилась к "пулу" могучих левиафанов двигателестроения. Результатом совместной работы всех трех фирм стал двигатель W.2B, который в марте 1943 г. достиг проектной тяги 726 кгс и 100-часового ресурса.

Однако компания "Де Хевилленд Энджин" сумела временно вырваться вперед: в том же марте 1943 г. поднялся в воздух опытный образец истребителя Глостер F9/40 (в серии - "Метеор"), оснащенный двумя газотурбинными двигателями Н.1. Впрочем, радость конкурентов оказалась недолгой: "моторчик" потребовал длительной доводки и только после войны был запущен в производство под названием "Гоблин".

Реально боеспособным "Метеор" I стал все же с уиттловскими двигателями W.2B, которые в серии получили наименование "Уэлланд". С июля 1944 г. английские реактивные истребители приступили к уничтожению германских самолетов-снарядов V.1 ("Фау-1") и весьма преуспели в этой роли благодаря высокой, достигавшей 850 км/ч максимальной скорости. В дальнейшем фирма "Роллс-Ройс" на базе "Уэлланда" формально уже без участия Уиттла создала "Дервент" - двигатель, весьма близкий к прототипу, но отличавшийся камерами сгорания с "прямым" потоком воздуха: к концу войны английские металлурги смогли обеспечить двигателестроителей жаропрочными сплавами, позволившими значительно поднять температуру газов, к.п.д. и тягу ГТД.

В 1943 г. Уиттл в течение трех месяцев учился в штабном колледже Королевских ВВС. Там его сумели заинтересовать проблемой создания качественно нового двигателя для скоростного высотного дальнего бомбардировщика, пригодного для применения над обширными пространствами Тихого океана. Вернувшись в "Пауэр Джетс", Уиттл с порога заявил своим коллегам о новой идее. Вероятно, он первым в мире пришел к мысли о возможности создания "модульного" ГТД в вариантах обычного турбореактивного, турбовинтового и турбовентиляторного. Вскоре конструкторы приступили к разработке совершенно нового двигателя L.R.1 с осевым компрессором, который мог стать первым в мире двухконтурным ГТД. Но: в 1944 г. "Пауэр Джетс" была национализирована. Министерство авиации все в большей степени претендовало на "руководящую и направляющую" роль, а в 1946 г. преобразовало компанию в Национальный газотурбинный исследовательский центр. По мысли чиновников министерства, эта организация должна была стать своеобразной "прислужницей" у двигателестроительных фирм без права самостоятельного создания собственных образцов. Для Уиттла это оказалось неприемлемо, и он написал заявление об уходе. Так завершилась его конструкторская деятельность. Однако идея авиационного ГТД продолжила триумфальное шествие по миру.

http://engine.aviaport.ru/issues/05/page36.html

is2006.livejournal.com

Фрэнк Уиттл и экспериментальный самолет Gloster G.40 Pioneer. Великобритания (окончание): alternathistory

Предыдущая часть

Не только Уиттл и Картер, но все, наблюдавшие за «Пионером» с земли, находились под большим впечатлением. Уж очень необычным и даже неправдоподобным казался тогда полет на реактивной тяге. В этом смысле интересна реакция одного из посетителей аэродромного офицерского бара, который, присмотревшись к Е.28/39, воскликнул: «Господи! Пора бросать пить, а то уже самолеты без пропеллера мерещатся!».

В последующие 13 дней «Пионер» выполнил еще 15 полетов, полностью исчерпав 10-часовой назначенный ресурс W.1. Удалось достичь высоты 7500 м и скорости 486 км/ч. При взлетной массе 1675 кг с полным баком керосина - 368 л - самолет продержался в воздухе 56 минут. Во время всех этих полетов Сэйер, ввиду опасности повреждения турбины, выполнял только те маневры, перегрузка при которых не превышала 2g. Но двигатель работал надежно, и первая серия испытаний завершилась благополучно.

Подготовка к новой серии полетов затянулась на долгих семь месяцев. Основные работы заключались в установке нового двигателя W.1А, давшего на стенде тягу 527 кгс, которую для полета ограничили величиной 454 кгс. Этот двигатель содержал некоторые конструктивные усовершенствования, идентичные с примененным и на W.2B, например, баростат для автоматического уменьшения подачи топлива при снижении атмосферного давления в ходе набора высоты. Самолет перевезли из Крэнуэлла в Эджхилл, графство Уорвикшир, где 4 февраля 1942 г. Сэйер вновь занял место в его кабине...

Итак, 4 февраля 1942 г. шеф-пилот «Глостера» Г.Сэйер приступил к опробыванию «Пионера» с двигателем W.1А. Как обычно, он начал с рулежек и проверки управляемости на полосе и сразу же отметил, что новый движок работает тише, чем W. 1. Спустя почти две недели, 16 числа он вновь поднял борт W4041/G в воздух. В отличие от первой серии испытательных полетов, вторая оказалась более проблемной. Осмотр двигателя после 2 ч 20 мин налета показал, что увеличение тяги сказалось на нем не в лучшую сторону. Так, из-за воздействия повышенных температур хвостовая часть сопла в отдельных местах деформировалась, а тепловое расширение лопаток турбины привело к задеванию за корпус двигателя. Специалисты «Пауэр джетс» немедленно забрали W.1А на фирму, где в течение 10 дней доводили его «до ума».

Однако в очередном полете, состоявшемся 24 марта, с двигателем впервые произошло ЧП. На высоте 9000 м летчик отметил внезапное изменение тона его работы и вибрацию. Он немедленно сбросил обороты и начал снижение, направив самолет к Эджхиллу, где и совершил удачную посадку. При осмотре обнаружилось, что разрушилась одна из лопаток турбины, а несколько других получили повреждения. Новый ремонт затянулся до лета.

2 июня во время следующей попытки покорения высоты вышел из строя баростат, что привело к потере тяги, однако на этот раз серьезной опасности не возникло. 6 июня Сэйер вновь пошел на штурм злополучных 9000 м и достиг их (точнее, 9150 м) за 28 минут. На этой высоте он приступил к выполнению скоростной «площадки», но тут двигатель выбросил пламя и заглох. Летчик вновь проявил свое мастерство и по-планерному посадил «Пионер» на своем аэродроме. Причину нашли быстро: на большой высоте от мороза разорвало маслопровод, и двигатель перестал получать смазку. W.1А вновь сняли с самолета и отправили в ремонт. Чтобы впредь подача масла не прерывалась, маслопровод буквально обвили вокруг двигателя, тепло которого стало гарантом от повторения инцидента.

Полеты возобновились только 27 сентября. В тот день вновь предстояла работа на большой высоте, и во время ее набора в очередной раз отказала маслосистема. Сэйер сразу развернулся на Эджхилл и совершил успешную посадку, лишь слегка задев поверхность ВПП левой законцовкой крыла. Этот полет для Сэйера на «Пионере» стал последним - вскоре он погиб при испытании истребителя Хоукер «Тайфун», который выпускался серийно в том числе и на фирме «Глостер». Для программы Е.28/39 это была большая потеря. Его напарник Майкл Донт (Michael Daunt) был знаком с ходом работ над новой машиной, поэтому ему поручили дальнейшие испытания. Между тем, ремонт «Пионера» завершился, и, начиная с 6 ноября, Донт выполнил на нем 3 полета.

Примерно тогда же руководство Министерства авиапромышленности высказалось за показ реактивной техники строевым пилотам RAF, для чего опытный G.40 перелетел в Фарнборо. Там несколько военных летчиков совершили на нем ознакомительные полеты. К концу года самолет с W.1A налетал 25 часов. Таким образом, ресурс и этого двигателя был исчерпан. Его демонтировали, а планер в ожидании нового изделия «Пауэр джетс» - двигателя W.2/500 тягой 545 кгс - вернули на «Глостер».

В это время в Брокуорте завершалась сборка второго прототипа «Пионера», получившего бортовой номер W4046. Ждали лишь, когда компания Уиттла поставит для него двигатель W.2B, считавшийся серийным изделием. Мотор поступил в феврале 1943 г., без промедления был установлен на самолет, который тут же отправили в Эджхилл. 1 марта его поднял в небо новый испытатель - Джон Грирсон (Grierson). Майкл Донт был переведен на другую работу - испытания изделия F.9/40 - прототипа знаменитого «Метеора». В последующие две недели Грирсон совершил 12 полетов без каких-либо происшествий, достигнув скорости 664 км/ч, что, кстати, значительно превосходило требования контракта SB/3229.

Вскоре к полетам на W4046 подключили и Донта. Связано это было с предстоящим показом новой авиатехники высшему руководству страны во главе с самим Черчиллем. Известно, что начальство обычно весьма скептически относится ко всякого рода новациям, поэтому, показывая ему новый самолет, нужно стремиться не просто убедить, а удивить его, а лучше - ошеломить. Если подобное случается, то перед счастливчиками сразу же открываются радужные перспективы, широкие горизонты и зеленые улицы. Естественно, для такого ответственного дела нужен был опытный Донт.

17 апреля Донт перегнал «Пионер» из Эджхилла в Хэтфилд, совершив первый трансбританский перелет на реактивном самолете. Лидировщиком для W4046 в этом рейсе выступил один из «Тайфунов». Навстречу им из Хэтфилда была поднята пара «Спитфайров», которые быстро нашли гостей и заняли место в общем строю. В этот момент Донт выполнил трюк, который заранее оговорил с коллегой-лидировщиком - дал двигателю полный газ. «Пионер» быстро скрылся из глаз изумленных летчиков «Спитфайров». Когда они подходили к Хэтфилду, механики уже закатывали «Пионер» в ангар. Черчилль был в восторге, развитие реактивной техники получило мощную поддержку в британских «верхах».

3 мая W4046 перелетел в Фарнборо, где на него установили новый экземпляр W.2B с увеличенной до 690 кгс тягой (первый выдавал только 545 кгс). С этим двигателем самолет, как говорится, без сучка и задоринки отлетал 50 часов в течение трех месяцев. В тот период, 24 июня, Грирсон достиг на нем максимальной высоты 12850 м. Причем Джон был облачен в высотный костюм, а перед стартом полчаса дышал чистым кислородом. После полета он, как и другие летавшие на «Пионере» пилоты, отмечал, что с подъемом на высоту эффективность поперечного управления самолетом ухудшается, а само отклонение элеронов затрудняется.

30 июня в очередной полет на W4046 отправился скуадрон-лидер Дэйви (Davie). Когда он набрал 11280 м, элероны практически перестали реагировать на усилия летчика, а вскоре ручку управления заклинило окончательно. Самолет перевернулся на спину и вошел в штопор. Дэйви изо всех сил пытался открыть фонарь и покинуть машину, но большая перегрузка не позволила этого сделать. Однако на высоте около 10000 м «Пионер» ускорил вращение, и центробежная сила выбросила пилота из кабины, фонарь которой Дэйви пробил головой. Раненый, но не потерявший сознания летчик сумел раскрыть парашют и воспользоваться имевшимся у него аварийным баллоном с кислородом. Причина происшедшего оказалась до обидного простой: перед полетом механики смазали узлы навески элеронов не специальной незамерзающей смазкой, как им предписывалось, а обычным техническим вазелином, который при низких температурах превращается в некое подобие цемента. Не даром говорится - в авиации мелочей нет!

Итак, в распоряжении конструкторов и испытателей остался единственный - первый - экземпляр «Пионера». Полеты на нем, оснащенном двигателем W.2/500, возобновились незадолго до потери W4046. К 29 июня состоялся уже 21 полет, которые выполнили как Донт, так и Грирсон. На следующий день в Барфорд, где проходила эта серия испытаний, доставили скоростное крыло типа Е, ранее предназначавшееся для второго прототипа самолета. После его установки, начиная с 7 июля, на машине W4041/G была выполнена серия летных экспериментов, выявившая увеличение скорости сваливания, правда, на относительно небольшую величину - 6,5 км/ч. 31 октября «Пионер» вновь оказался в Фарнборо. Там он снова подвергся доработкам: для улучшения продольной устойчивости на стабилизатор установили два небольших киля.

9 марта 1944 г. началась завершающая стадия летных испытаний «Пионера», в ходе которой самолет налетал 10 часов и достиг скорости 755 км/ч, наибольшей на то время в Великобритании. 26 апреля W.2/500 сняли с борта, а в июле установили новый W.2/700 тягой 772 кгс. Тогда же на самолет вернули старое крыло. Вновь в небо «Пионер» поднялся 25 августа, а 5 сентября с ним произошло очередное ЧП, последнее в его летной карьере. На высоте около 10000 м от перепада давлений разрушился фонарь кабины, осколки которого повредили хвостовое оперение. Тем не менее, самолет благополучно вернулся на аэродром. В сентябре и декабре вновь менялись двигатели, но цели программы Е.28/39 уже были достигнуты, и в самом конце 1944 г., после выполнения более 240 полетов, испытания самолета прекратили. «Пионер» из категории наиболее передовых образцов техники перешел в разряд музейных экспонатов. Летом 1945 г. он красовался на Оксфорд-стрит в Лондоне на выставке, посвященной победе в войне. А 26 апреля 1946 г. вместе с двигателем W.1 он занял достойное место а Научном музее британской столицы, где пребывает до сих пор.

Если говорить о совместном детище Уиттла и Картера в целом, то нет сомнений, что это был вполне удачный экспериментальный самолет. Проведенный на нем комплекс испытаний дал много ценного материала для дальнейшего развития реактивной авиации, в частности, для создания серийного реактивного истребителя Gloster Meteor. Работы Уиттла определили и развитие реактивных самолетов в США. В апреле 1941 г. берега туманного Альбиона посетила американская делегация во главе с командующим ВВС армии генерал-майором Арнольдом, которую англичане ознакомили с еще не летавшим на тот момент «Пионером». Пораженный увиденным генерал тут же предложил британцам рассмотреть вопрос о продаже лицензии на производство W.1 в США. В результате за океан ушла не только необходимая документация, но и один из «живых» двигателей Уиттла. На этой базе американцы построили свой образец ТРД - General Electric С Туре 1. Его дальнейшее развитие - Туре 1-А - установили на первый американский реактивный самолет Bell ХР-59 Aircomet, совершивший свой первый вылет 1 октября 1942 г.

А что же сам Фрэнк Уиттл? С одной стороны, он достаточно успешно продвигался по служебной лестнице и встретил окончание войны в звании эйр-коммандера (Air Commodore), т.е. бригадного генерала. Но, с другой стороны, у него хватало и неприятностей: его постепенно вытесняли из той сферы деятельности, у истоков которой он стоял. Причем это был процесс во многом объективный. Как только сомнения в перспективности новой силовой установки отпали, для развертывания широкомасштабных промышленных работ потребовалось привлечение солидных средств и производственных мощностей. Ничего подобного у «Пауэр джетс» не было. Тем более, что по распоряжению Кабинета министров доступ к технической документации на двигатели Уиттла, кроме «Ровера», получили «Роллс-Ройс» и «Де Хэвилленд». «Ровер», как мы уже знаем, выпустила два экземпляра двигателя W.2B, однако они были признаны не очень удачными, и вскоре эта компания «сошла со сцены». Более успешные двигатели W.2/500 и W.2/700 - это уже продукция «Роллс-Ройса». «Де Хэвилленд» поступила, может быть, умнее всех: дождалась, пока другие набьют себе достаточно шишек, а затем на основе их опыта создала известный двигатель «Гоблин».

Оба гиганта авиаиндустрии в подтверждение тезиса Маркса об «акулах капитализма» объединенными усилиями решили «съесть» несчастную «Пауэр джетс». Длительная подковерная борьба, в которой, кстати, Уиттл был совершенно неискушен, завершилась полной победой большого бизнеса. В 1944 г. Черчилль подписал указ о национализации «Пауэр джетс». У фирмы изъяли всю производственную базу, а ее саму преобразовали в Национальный газотурбинный исследовательский центр. Все это стало для Уиттла большим ударом, и в январе 1946 г. он был вынужден покинуть фирму, им основанную. Последовавший сильный нервный срыв уложил Фрэнка в госпиталь, и это послужило поводом для командования RAF принудительно уволить его со службы.

Правда, новое лейбористское правительство, понимая, что с заслуженным человеком обошлись нехорошо, решило «подсластить пилюлю», наградив Уиттла медалью Даниэля Гаггенгейма и денежной премией в 100000 фунтов стерлингов. Деньги изобретатель разделил среди сотрудников «Пауэр джетс», долгие годы трудившихся рядом с ним. В 1948 г. последовало новое «подслащение»: король Георг VI даровал Фрэнку рыцарское звание, и с тех пор его стали называть сэр Уиттл. Новоиспеченный сэр работал советником, консультантом, продолжал изобретать. Для нефтедобывающей компании Shell он создал буровую установку с принципом работы, основанном на его ранних разработках. В 1976 г., так и не погасив в себе чувства обиды, он переехал в США, где стал профессором Военно-морской академии в Аннаполисе. В этот период своей жизни он получил огромное количество всевозможных почестей и наград, но обрел ли душевный покой, не знает никто. Сэр Фрэнк Уиттл ушел в лучший мир 9 августа 1996 г., всей своей судьбой подтвердив библейскую мудрость: «Не бывает пророка без чести, разве только в отечестве своем и в доме своем».

Краткое техописание экспериментального самолета Gloster G.40 Pioneer

Самолет представлял собой цельнометаллический свободнонесущий низкоплан классической схемы с убирающимся шасси с носовой опорой. Экипаж - 1 человек.

Фюзеляж типа полумонокок круглого поперечного сечения. Силовой набор включал 27 шпангоутов.

Кабина летчика негерметична, кресло - некатапультируемое. За кабиной помещался топливный бак объемом 368 л, а за ним в четырех точках к силовому шпангоуту крепился сам двигатель. Воздух к нему поступал через носовой воздухозаборник по двум каналам, огибавшим с боков пилотскую кабину. Жаровая труба двигателя тянулась через всю хвостовую часть фюзеляжа. Для теплоизоляции она была покрыта несколькими слоями тонкой жести с воздушными прослойками между ними.

Крыло прямое однолонжеронное, каждая консоль содержала 14 нервюр. Угол установки - 1°, поперечное «V» - 3,75°. На самолете устанавливались два разных по аэродинамической компоновке крыла: одно с профилем NACA 23012, другое - с более скоростным профилем ЕС 1240/090040. Механизация включала зависающие щелевые закрылки с гидравлическим приводом. Элероны - металлические с полотняной обшивкой, которые имели весовую компенсацию.

Хвостовое оперение включало киль, стабилизатор и рули. Все рули по конструкции подобны элеронам, а руль направления, кроме того, имел аэродинамическую компенсацию.

Шасси - трехопорное, с управляемым носовым колесом. Основные опоры убирались в ниши крыла по направлению к фюзеляжу, носовая - в нишу под полом кабины пилота, привод уборки/выпуска - пневматический.

Силовая установка включала один ТРД. Применявшиеся на самолете типы двигателей и их характеристики даны в тексте. Охлаждение двигателя осуществлялось с помощью двух водяных радиаторов.

Система управления - механическая тросовая.

Вооружение, бронирование и протектирование бака отсутствовали.

ЛЕТНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЛТХ:
Модификация G-40
Размах крыла, м 8.84
Длина, м 7.72
Высота, м 2.82
Площадь крыла, м2 13.61
Масса, кг
пустого самолета 1309
максимальная взлетная 1700
Тип двигателя 1 ТРД Power Jets W.2/500
Тяга, кгс 1 х 798
Максимальная скорость , км/ч 750
Практическая дальность, км
Практический потолок, м 9755
Экипаж, чел 1

источник: http://alternathistory.org.ua/pionery-chelovek-i-samolet-frenk-uittl-i-eksperimentalnyi-samolet-gloster-g40-pioneer-velikobritaniy

alternathistory.livejournal.com

Frank Whittle - Union Jack crazy wheels

   Начиная рассказывать об истории Rover, я совершил ошибку. Решил, что можно все систематизировать, шаг за шагом, переходя из года в год. Но, добравшись до мировой войны, я наткнулся на большое количество разработок, вроде бы несвязанных с автомобилями, которые вдруг с стечении времени ноу-хау компании оказывается отголоском страшных катаклизм, когда-то сотрясавших мир.   Именно по этому историю о знаменитых газотурбинных Rover, необходимо рассказывать отдельно. Начну я ее, за 9 лет до начала второй мировой войны!

   В начале 1930 года, Сэр Фрэнк Уиттл (Frank Whittle) первым регистрирует патент на реактивный двигатель, спроектированный для самолета и сразу же, при поддержке королевских военно-воздушных сил приступает к работе над ним. Тендер на создание экспериментальной модели летательного аппарата достается компании Gloster Aircraft. Работу над турбореактивным двигателем Уиттл решил вести самостоятельно, в строжайшей секретности. Для этого он основал компанию Power Jets (Research and Development) Ltd, где правительство Британии в лице компании BTH (British Thomson-Houston) получили право решающего голоса, в счет инвестиций в предприятие.   Это открытие было настолько важным для правительства Британии, что нельзя его обвинить в аннексии предприятия Сэра Уиттла, ведь шла война и Британия находилась не в самом завидном положении. В последствии невразумительная политика министерства ВВС Великобритании привела к серии грубейших ошибок, в частности директор департамента машиностроения не дал добро на слияние компаний Rover Car Co. и Power Jets (правительство панически боялось потери контроля над проектом), как следствие произошло замедление процесса создания реактивных двигателей, что позволило немецким инженерам подтянуться.   Несмотря на то, что основателем и руководителем был Уитл, он с Ральфом Дадли-Уильямсом (Rolf Dudley-Williams) и Джеймсом Коллинвудом Тинлингом (James Collingwood Tinling) имели ровно 49%, а контрольный пакет (после передачи оного из рук BTH) принадлежал банку Falk & Partners, который сам был по уши в кредитах, это и привело к краху компании в 1945 году. Выбор банка, был провидением для истории мировой авиации! Основным кредитором Falk & Partners, как и следовало ожидать, было правительство Великобритании. Именно по этому, с такой легкостью избегая проблем с патентом на конструкцию реактивного двигателя, министерство Британских ВВС позволило в последствии, не только Rover Car Co. заняться независимыми разработками в этой области, но это произошло позже…

   В начале 40-х годов создание двигателя W.2 (проект носил кодовое имя “Supercharger”) определило решающие направление в дальнейших работах в этой области. После успешных испытаний проекта E.28, Gloster Aircraft оставила за собой право на разработку истребителя-перехватчика на турбореактивной тяге, а работы над двигателем Уиттлу пришлось на время остановить, Power Jets Ltd. столкнулась с финансовыми трудностями. Выход из положения был найден в январе 1940 года, когда истеблишмент Rover Car Co. заставил руководство Power Jets Ltd. пойти на сделку, посадив Уиттла за стол переговоров с Морисом Уилксом (Maurice Wilks). Историю переговоров, участие в них Спенсера, финансовые обязательства и предпосылки к объединения двух компаний, я опущу. Достаточно сказать, что с этого момента основная работа над турбореактивным двигателем ведется компанией Rover Car Co., которая полностью погружается в военные заказы, как и в первую мировую войну.   Интересный факт: ко времени январской встречи 1940 года, друг с другом знакомятся жены Мориса Уилкса и Тинлинга. Семьи начинают дружить, а в последствии к ним присоединяется чета Уитлов. Такая дружба скажется позитивно на работах пионеров реактивной тяги, они будут помогать друг другу в различных проектах на протяжении долгих лет.

   В феврале 1941 Gloster Aircraft получает заказ на 12 опытных самолетов Meteor спроектированных Джорджем Картером (George Carter) с двигателями Rover W.2B. Но вовремя построить все машины не удалось, самый первый Gloster Meteor начал испытания летом 1942 года, в Rover Car Co. к сроку успели подготовить только 8 двигателей W.2B, над которым работал Морис Уилкс. К этому времени компания Rover Car Co. уже получила право от министерства обороны Великобритании на разработку собственных (независимо от правительства) двигателей типа W.2. Разработку поручают Эдриану Ломбарду (Adrian Lombard) и двигателю присваивается индекс 26. Чтобы не срывать заказ, на машину для ленных испытаний установили двигатели h2, а документацию и двигатели W.2B передали (с грандиозным скандалом) в Rolls-Royce, где и занялись доводкой двигателей, в этих проектах участие Спенсер Кинг (Spencer King). Чуть позже модифицированные Спенсером Уилксом (Spencer Wilks) двигатели W.2B/23, нашли свое место в Gloster Meteor.

   Передача всех работ Rolls-Royce началась с подачи Министерства ВВС, которые после проведения экспертизы предприятий Rover Car Co. пришли к выводу, что в сложившийся ситуации (которую сами же и спровоцировали, отказав в объединении Rover Car Co. и Power Jets Ltd. и ограничив финансирование в дальнейшем), компания не справиться с оборонным заказом. В приказном порядке было велено Rolls-Royce принять все работы, причем все происходило без согласования с Фрэнком Уиттлом, которому сообщили о решении в декабре 1942 года. В министерстве резюмировали свои действия, опаской потерять контроль над проектом, в виду его стратегической важности. Уиттл пришел в неистовство, когда понял, что его открытие по сути уже ему не принадлежит и распоряжаться он им не может. Морис и Спенсер Уилкс понимая всю чрезвычайность происходящего, не так сильно расстроились министерским интригам, как ситуации с Фрэнком Уиттлом, который хотел построить большой бизнес, связанный с реактивными двигателями. Раздосадованные происходящим, Уилксы начали передачу работы по реактивным двигателям, а взамен получили от Rolls-Royce право на производство и модернизацию двигателей Meteor, это было на руку обоим компаниям. Таким образом, большой скандал перерос в трансферт инженеров обоих компаний, которые подарили миру самые мощные авиационные двигатели времен второй мировой войны, а совместная работа помогла успешно закончить проект над реактивным двигателем.

Gloster Meteor – единственный самолет с турбореактивным двигателем,который воевал на стороне союзных войск!    27 июля 1944 года, 616 эскадрон получил в свое распоряжение истребители-перехватчики Gloster Meteor. Истребители должны были заступить на дежурство через пару месяцев, но именно в этот день, поступил приказ из штаба перехватить ракеты Fi-103 (ФАУ-1). Так совершил свой первый боевой вылет Meteor, это на два дня позже, чем немецкий Me 262, но в отличие от противника, британские пилоты записали на свой счет первую победу в “реактивном бою”, перехватив и сбив две ракеты.

   Двигателям W.2B/26 предстояло лечь в основу первых серийно выпускаемых турбореактивных авиационных двигателей Rolls Royce Welland. В общей сложности, Rolls Royce получил от Rover Car Co., 27 турбореактивных двигателей

   В 1945 году Gloster Meteor установил первый официальный рекорд скорости для турбореактивных самолетов – 975 км/ч. 

   C наступлением мирной жизни в Rover Car Co. ожидали начала урегулирования огромных финансовых издержек, которые должны окупаться гонорарами правительства, в счет поставок комплектующих для вооружения армии Его Королевского Величества. Компания. Но это произойдет чуть позже и к концу 40-х годов превратит компанию в огромный денежный мешок. А пока что, Морис Уилкс решил, что лучший способ вернуться в мирную жизнь – начать предлагать мощную техническую базу инженерам с перспективными идеями и таким образом, привлекая талантливых людей под свое крыло.   Самым ярким примером послевоенного организационного и инженерного гения стал тандем братьев Мориса и Спенсера Уилкс. Они при дополнительной финансовой поддержке Сэра Генри Сперриера (Henry Spurrier), своего друга и наследника империи Leyland, решили, во что бы то не стало осуществить свою мечту, которую вынашивали с начала 40-х годов – заставить автомобиль двигаться на реактивной тяге. Интересно, что Сэр Генри, прекрасно понимая возможности своих заводов, соглашается использовать мощности Rover Car Co. для работы над созданием газотурбинных автомобилей, это было одним из условий его участия в проекте, при этом он собирался софинансировать проект. На этот момент, если быть точнее с 1930 года, Морис Уилкс состоял на должности главного инженера компании Rover Car Co., а его брат Спенсер, занимал пост управляющего директора в Rover Car Co. В 1945 году Морис Уилкс привлекает в компанию Френка Бэлла (Frank Bell) и молодого, талантливого инженера Спенсера Кинга, именно в нем больше всего нуждался Уилкс, причины для этого были очень весомые. Все дело в турбовинтовом двигателе, который стоял на 18 экземпляре истребителя перехватчика Gloster Meteor, над которым работал Кинг.

   Gloster Trent-Meteor был первым турбовинтовым самолетом, который поднялся в воздух, произошло это в сентябре 1945 года.   На нем стояли двигатели Rolls-Royce RB.50 Trent, поэтому в названии самолета появилась приставка с названием двигателя.

   Братья Уилкс понимали, что реактивный двигатель невозможно установить на гражданский автомобиль и причин для этого много… А вот турбовинтовой тип газотурбинного двигателя, очень даже подходит, ведь он экономичен, безопасен и более компактен, чем его реактивные собратья. Морис назначает Кинга руководителем одного из самых грандиозных автомобильных проектов того времени.

   И так, к концу 1945 года все действующие лица, пионеры реактивной авиации, собрались в месте, чтобы заставить сухопутный и морской транспорт под маркой Rover двигаться на реактивной тяге!

Продолжение следует…

www.rovermg.ru

Газотурбинный двигатель: вершина технологии

Вторую половину XX века можно смело назвать веком газотурбинных двигателей: именно они сделали возможным массовые путешествия на большие расстояния, обеспечили трансконтинентальную перекачку газа и выработали огромное количество электроэнергии. К тому же газотурбинный двигатель по праву считается самым технологически сложным механизмом ушедшего века. Намного сложнее ядерного реактора.

 

Труба с компрессором

 

Появлению турбореактивных двигателей человечество обязано двум странам: Великобритании и Германии, которые в течение всех 1930-х годов успешно работали над этой проблемой. Перед Второй мировой войной стало ясно, что традиционная поршнево-винтовая авиация подошла к своему технологическому пределу – как по мощности, так и по скорости. Одной из альтернатив был воздушно-реактивный двигатель. Принцип его довольно прост: представим себе трубу вдоль летящего самолета; с той стороны, откуда поступает набегающий воздух, труба постепенно сужается, воздух там замедляется и его давление увеличивается. В этой части в него впрыскивается горючее – обычно авиационный керосин. После сгорания топливовоздушной смеси раскаленные газы стремительно расширяются и через сопло с обратной стороны трубы выбрасываются в сторону, противоположную движению самолета. В принципе все просто, за исключением того, что для создания необходимого сжатия воздуха самолет должен лететь со скоростью, достигающей (или превышающей) скорость звука. С такими скоростями в начале века летали разве что снаряды.

 

Теоретическое решение тоже несложное: чтобы двигатель заработал на земле, в трубу следовало компрессором принудительно нагнетать воздух. В 1929 году молодому англичанину Фрэнку Уиттлу пришла идея, как все это реализовать на практике: объединить на общем валу компрессор и газовую турбину, которая и приводила бы в действие компрессор. За прошедшие 80 лет принципиальная схема газотурбинных двигателей не изменилась. 30 января 1930 года Уиттл подал заявку и спустя 18 месяцев получил патент на конструкцию газотурбинного двигателя (ГТД). Собственно, этот патент и дает Фрэнку Уиттлу право называться отцом ГТД.

 

Германский вопрос

 

Тем не менее родиной серийного турбореактивного двигателя суждено было стать совсем другой стране – Германии. В 1935 году немецкий физик Ханс-Иоахим Пабст фон Охайн получил патент на реактивную самолетную установку, состоящую из двухступенчатого компрессора (осевого вентилятора и расположенного за ним центробежного компрессора) и центростремительной турбины. Такая схема в общих чертах соответствовала изобретению Фрэнка Уиттла, но точно не известно, был ли в то время Пабст фон Охайн знаком с ним. Идея турбореактивного двигателя витала в воздухе.

 

Потратив на постройку прототипа все свои сбережения, фон Охайн вполне мог разделить судьбу ныне позабытых изобретателей, если бы его университетский профессор не представил его Эрнсту Хейнкелю, одному из самых прогрессивных авиапромышленников середины века. Достаточно упомянуть, что фирма Хейнкеля единственная в мире в конце 1930-х годов проектировала турбореактивные и ракетные самолеты. Через год Пабст фон Охайн изготовил для Хейнкеля первый двигатель HeS 1, а к середине 1939 года – уже готовую к установке на самолет модель HeS 3. 27 августа 1939 года взлетел He 178 – первый в мире самолет, использовавший для полета энергию только турбореактивного двигателя. Приступив к разработке собственного двигателя на пять лет позже Уиттла, фон Охайн поднял свой самолет в воздух почти на два года раньше англичанина – экспериментальный Gloster E.28/39 с двигателем Уиттла Power Jets W.1 (Whittle N1) взлетел только 15 мая 1941 года. Причина такого резкого рывка Германии кроется прежде всего в широкой финансовой и организационной поддержке авиадвигателестроения со стороны немецкого правительства.

 

Однако дальнейшая судьба обоих изобретателей сложилась довольно грустно. Несмотря на то, что турбореактивный самолет Хейнкеля взлетел первым в мире, а в начале 1940-х годов компания разработала практически все современные типы турбореактивных двигателей, в серию не пошел ни один двигатель Хейнкеля и, соответственно, фон Охайна – руководство рейха решило, что самолетостроительная компания должна заниматься самолетами, оставив двигатели двигателестроителям.

 

После того как турбореактивными двигателями всерьез заинтересовалось правительство Великобритании и запахло большими деньгами, дни компании Уиттла Power Jets были сочтены. По распоряжению кабинета министров документация на все разработки Уиттла была передана компаниям Rover, Rolls-Royсe и de Havilland, а его фирма личным указом Черчилля была национализирована и преобразована в Национальный газотурбинный исследовательский центр.

 

Интересно, что два легендарных изобретателя конец своей жизни провели в США, так и не погасив в себе чувства обиды, и даже стали там большими друзьями. В Америке их ждало всемирное признание и огромное количество разнообразных премий и наград, в том числе премия за технологию имени Чарльза Старка Дрейпера – американского специалиста в области аэронавтики и навигационного приборостроения, – которую они совместно получили в 1992 году.

 

Первый серийный

 

Создание турбореактивного двигателя в конце 1930-х было своеобразным хобби немецких компаний. В этой области отметились практически все известные ныне бренды: помимо уже упоминавшегося Heinkel, BMW, Daimler-Benz, Focke-Wulf, Walter и даже Porsche. Тем не менее основные лавры достались компании Junkers и ее первому в мире серийному турбореактивному двигателю 109-004 (такое вот незамысловатое название), устанавливаемому на первый же в мире турбореактивный самолет Me 262.

 

Основанная в 1913 году легендарным авиаконструктором и двигателистом Гуго Юнкерсом компания Junkers к началу 1940-х была единственной германской фирмой с одинаково сильными как самолетостроительными, так и двигателестроительными традициями и промышленными мощностями. Свои первые газотурбинные двигатели инженеры Юнкерса начали разрабатывать еще в 1935 году, однако по экзотической схеме со свободнопоршневым турбокомпрессором, которая оказалась тупиковой. К 1938 году над проектами турбореактивных двигателей в Junkers трудилось более 30 инженеров под руководством доктора Ансельма Франца. К 1939 году Франц отказался от всех разрабатывавшихся ранее схем двигателей и принялся с нуля конструировать двигатель, впоследствии получивший обозначение Jumo 109-004. Ансельм Франц остановился на осевом компрессоре, который по сравнению с более распространенными в то время центробежными компрессорами обеспечивал более прямое прохождение нагнетаемого воздуха сквозь двигатель и позволял создать двигатель с меньшей лобовой площадью. Было решено использовать шесть отдельных трубчатых камер сгорания вместо единой кольцевой, так как трубчатые камеры было проще разрабатывать и испытывать. Генеральным направлением Ансельма Франца был курс на максимальное упрощение конструкции даже в ущерб характеристикам, чтобы не возникли трудности с освоением и серийным производством двигателя.

 

И этот подход себя полностью оправдал. Дело в том, что первоначально планировалось устанавливать на Me 262 более совершенный двигатель BMW 109-003. Однако баварские инженеры не смогли довести двигатель к нужному сроку – вместо 1940 года он был готов к летным испытаниям только в октябре 1943-го. К этому времени опытные Me 262 (с 18 июля 1942 года) вовсю летали на двигателях Jumo 109-004A, которые изначально рассматривались как резервные. Мало того, в июне 1943 года с заводов Юнкерса стали выходить пусть еще и «сырые», но уже серийные двигатели Jumo 109-004 B-1. Впервые в мире.

 

Трофейные технологии

 

В качестве трофеев союзникам досталось огромное количество двигателей Jumo 109-004 – как установленных на Me 262, так и найденных на захваченных заводах. Мало того, рядом с немецкими предприятиями солдат союзных войск зачастую встречали целые свалки двигателей и их запчастей – компании Junkers так и не удалось до конца войны полностью довести двигатель, и значительная часть продукции уходила в брак.

 

К полученным трофеям у союзников было неоднозначное отношение. Заключение экспертов из фирмы British Power Jets было категоричным: «На этом двигателе едва ли можно научиться чему-либо полезному с точки зрения разработки газотурбинных двигателей в будущем». Такого же мнения придерживались и американцы. СССР и Франция, не имевшие на конец войны сколько-нибудь значительных собственных разработок в этой сфере, основной упор сделали на копирование германских силовых установок, пусть и в качестве временной, вынужденной меры. Первый французский реактивный самолет Sud-Ouest Triton, поднявшийся в небо 11 ноября 1946 года, был оборудован как раз трофейными Jumo 109-004.

 

СССР подошел к германскому наследию масштабнее: в 1946 году на Волгу в городок ГАЗ-19 вблизи Куйбышева были почти полностью вывезены заводы Юнкерса из Дессау и Бернберга вместе с немецкими и австрийскими инженерами, не успевшими удрать из советской зоны оккупации. Под руководством советского конструктора Н.Д. Кузнецова они организовали зимой 1946–1947 годов выпуск двигателя РД-10 – советского клона Jumo 109-004, которым и оснащались первые советские истребители Як-15, а впоследствии и Як-17, Як-19, Су-9 и т.д. В итоге получилось, что на двигателях Ансельма Франца взлетел не только первый немецкий, но и первый французский и первый советский самолеты.

 

Конец немецкой эпохи

 

Несмотря на невероятно удачный старт в реактивной авиации первого поколения, немецкие решения дальнейшего развития нигде в мире не получили, в том числе и в Советском Союзе. В конце Второй мировой войны советскому правительству чудом удалось купить у Великобритании новейшие совершенно секретные турбореактивные двигатели Rolls-Royce моделей Derwent и Nene, которые были испытаны и уже через год подготовлены к производству. Двигатель Derwent копировал Завод №500, а Nene – Завод №45. Соответственно, и двигатели получили незамысловатые названия РД-500 и РД-45. Усовершенствованная копия Nene носила и второе название – ВК-1, по имени советского конструктора, курировавшего проект, – Владимира Климова. В ВК-1 увеличили камеры сгорания, размеры лопаток турбины и установили выходные устройства трубного вида, что способствовало большему забору воздуха.

 

Судьба РД-500 сложилась не слишком удачно, а вот ВК-1, серийно выпускавшийся до 1958 года, стал бестселлером с тиражом около 20 тысяч экземпляров. Он устанавливался, например, на легендарных МиГ-15 и МиГ-17, ставших одними из самых лучших турбореактивных истребителей второго поколения в мире, что и показали бои в Юго-Восточной Азии. Больше в мире никто ничьих двигателей не копировал. Все мировые гиганты пошли собственным путем.

 

Приглашаем ознакомиться с большим разнообразием газотурбинных двигателей.

cabinair.ru

Реактивный истребитель Глостер "Метеор"

Идея оснастить самолет реактивной силовой установкой начала витать в воздухе после Первой Мировой воины. В течение 1920-х годов предпринимались попытки разработать новые типы двигателей для авиации - ракетные или газотурбинные, но последние все еще требовали использования обычных пропеллеров. В начале 1930-х годов английский инженер Френк Уиттл, служивший тогда в Королевских ВВС Великобритании (RAF), в частном порядке приступил к работам над новым двигателем. Отношение к идеям Уиттла у военных было неоднозначным. Большую поддержку оказала RAF, а Министерство авиации отвергло предложения изобретателя, позволив ему взять пасет на свое имя. Суть патента состояла в том, что газовая турбина вращала вместо обычного винта ряд импеллеров в закрытом канале.

В марте 1936 года Уиттл основал фирму "Пауэр джетс" (Power lets Ltd.), чтобы воплотить свой проект в металле. Параллельно с разработкой двигателя он пытался найти подходящий самолет для его установки. В 1939 году Уиттл познакомился с Джорджем Картером, главным конструктором фирмы Глостер Эйркрафт, и их последующие встречи показали, что появление реактивных боевых самолетов не за горами.

Полет сохранившегося до нашего времени реактивного истребителя периода Второй мировой войны Глостер "Метеор"

К этому времени Министерство авиации резко изменило свои взгляды и проявило крайнюю заинтересованность в работах Уиттла. В результате Глостер получила заказ на разработку новой машины, которая являлась летающим стендом для отработки реактивного двигателя и, кроме того, при незначительных доработках могла превратиться в полноценный боевой самолет для RAF.

Британский реактивный самолет Gloster Meteor фотография

В результате был создан опытный самолет Глостер Г.2839, который часто называют Глостер-Уиттл или Глостер "Пионер". Первый прототип новой машины с серийным номером W4041 поднялся в воздух 15 мая 1941 года с аэродрома Крэнуэлл. После приземления пилот Г. Сэйер восторженно отозвался о самолете, и в Англии началась эра реактивной авиации. Был построен второй Е.2839, впервые поднявшийся в воздух 1 марта 1943 года, но приблизительно через четыре месяца летчику пришлось покинуть этот самолет с парашютом при очередном вылете.

Фотография сохранившегося до наших дней британского реактивного самолета Глостер "Meтеор", изображение "кликабельно"

Министерство авиации уже заказало 500 двухдвигательных реактивных истребителей для RAF и выпустило соответствующую спецификацию F.9/40. Хотя контракт предусматривал постройку двенадцати опытных самолетов, реально построили только восемь, первым из которых поднялся в воздух DG 206. Он взлетел с аэродрома Крэнуэлл 5 марта 1943 года. Фирма Ровер в Ковентри не успела изготовить двигатель Уиттла W2B к сроку, и самолет оснастили ТРД Дехэвилленд HI "Хэлфорд" (Halford). Несмотря на ряд проблем, включая неприятную тенденцию к рысканию на скоростях около 370 км/ч., самолет признали годным для дальнейшего совершенствования.

Полет сохранившегося до наших дней британского реактивного самолета Gloster Meteor, фотография "кликабельна"

Министерство авиации Британии намеревалось развернуть серийное производство F.940 в середине 1942 года и к весне следующею года уже изготовить 500 истребителей. Позднее заказ сократили до 300 машин, ныне известных как "Метеор", но программа производства сталкивалась с постоянными задержками из-за проблем с выпуском двигателей W2B. В ходе испытательных полетов в Ньюмаркете удалось решить проблему с рысканием самолета.

Британский реактивный истребитель Глостер "Meтеор", фотография "интерактивна"

Когда "Метеоры" поднимались в воздух, все окрестные дороги перекрывались полицией, полеты других самолетов запрещались, а о начале и окончании испытаний сигнализировали пуском ракет в верх. Большинство полетов проводили при низкой облачности, чтобы посторонние наблюдатели не могли увидеть того, что им не положено.

Британский реактивный истребитель Второй мировой войны Gloster Meteor нажмите на фотографию, для ее увеличения

Следующий летный прототип, DG 205/G, был оснащен "родными" двигателями W2B. Существовали различия в форме гондол между самолетами, оснащенными разными ТРД, но их можно было заметить только при пристальном рассмотрении. DG 205/G (и впервые поднялся в воздух 17 июня 1943 года и использовался для определения основных летных характеристик "Метеора". 27 апреля 1944 года, при поле с аэродрома Моретон Валенс, этот самолет потерпел аварию и был списан.

Английский военный самолет времен Второй мировой войны Глостер "Метеор" нажмите на фотографию, чтобы ее  увеличить

Следующим поднялся в полет DG202/G, воздушное крещение которого состоялось 24 июля 1943 года. Позднее этот самолет использовался для палубных испытаний, которые проводились на борту авианосца "Претория Касл". Этот самолет пережил все испытания и является единственным F.940, сохранившимся до наших дней. После завершения реконструкции полосы в Моретон Валенсе испытания перенесли туда, и 9 ноября 1943 года с этого аэродрома впервые взлетел DG203/G. После завершения летных испытаний эта машина использовалась в качестве учебного пособия. пока ее не пустили на слом. Через четыре дня после первого полета DG203/G в воздух поднялся DG204/G. Жизнь этого самолета была недолгой - он разбился 1 апреля 1944 года. Тем не менее, ни эта катастрофа, ни случившаяся в этом же месяце авария DG205/G. никак не повлияли на планы RAF принять "Метеор" на вооружение.

Фотография модели британского боевого самолета Gloster Meteor нажмите на изображение, для его увеличения

DG208/G поднялся в воздух 20 января 1944 года - к этому времени испытатели сосредоточились на устранении мелких недостатков проекта. Но полного успеха добиться не удалось, и окончательно проблему решили лишь на следующих модификациях истребителя. Позднее этот самолет передали фирме Дехэвилленд для испытаний.

Модель британского истребителя Глостер "Метеор" фотография

Задержки в разработке нового истребителя продолжались, и лишь 12 января 1944 года с аэродрома Моретон Валенс взлетел первый серийный "Метеор" F.1, получивший серийный номер HE210/G. Он имел мало отличий от F.940, наиболее заметным из которых была установка четырех 20-мм пушек в носовой части фюзеляжа. Машины модификации F.1 оснащались двигателями WIB, которые теперь строились фирмой "Роллс-Ройс", имевшей более мощную производственную базу, чем "Ровер". Прежде чем F.1 поступил в строевые эскадрильи, был проведен ряд испытаний в RAF. Пилотажные характеристики самолета не произвели впечатление на испытателей, вызывала нарекания и эффективность органов управления "Метеора". Но с другой стороны, Министерство авиации было очень заинтересовано в принятии самолета на вооружение, чтобы использовать психологический эффект наличия реактивных истребителей у обоих противоборствующих сторон. Это было вдвойне важно, так как люфтваффе уже вооружали боевые подразделения реактивными истребителями Второй мировой войны Me-262.

По решению RAF, первой должна была получить "Метеоры" F.1 616-я эскадрилья вспомогательных ВВС. Подразделение только что перебазировалось в Калмхед в Сомерсете и на "Спитфайрах" VII вело вооруженную разведку над Францией, в преддверии высадки в Нормандии. Пилоты тешили себя иллюзией, что скоро они пересядут на "Спитфайры" XIV, которые, как им было известно, имелись в достаточном количестве.

Новый командир 616-й эскадрильи Эндрю Макдауэл и еще пять пилотов получили распоряжение прибыть в Фарнборо для прохождения короткого курса переподготовки. Именно тогда они узнали, что должны первыми освоить "Метеоры". Пилоты нашли, что переход c поршневых на реактивные самолеты оказался довольно легким, основной проблемой, фактически, стало освоение шасси с носовой стойкой. Первый самолет с серийным номером ЕЕ219 был поставлен эскадрилье 12 июля, а вскоре подразделение перебазировалось в Мэнстон, который стал ею базой вплоть до достижения полной боеготовности. После первой недели полетов на "Метеорах" более 30 пилотов успешно выполнили программу переучивания. Хотя эскадрилья должна была получить только четырнадцать из двадцати построенных F.1. Остальные шесть машин использовались для различных экспериментов и испытаний.

Первоначально RAF решили использовать "Метеоры" для борьбы с германским "оружием возмездия" - самолетом-снарядом V-1 (англичане еще называли его - гудящая бомба). Эти снаряды, получившие в документах RAF кодовое имя "Ныряльщик" (Divers) несли существенную угрозу для морального состояния британской нации. особенно, с учетом только что начавшейся высадки в Европе. Предполагалось, что "Метеоры" будут подходить к V-1 сзади и расстреливать их из своих 20-мм пушек над безлюдными районами, очевидно, что такая задача была легче, чем атака пилотируемого самолета, который, в отличие от беспилотного V-1 мог начать резко маневрировать, попав под обстрел. Первая попытка перехвата была предпринята над Кентом сквадрон-лидером Уоттсом и офицерами Дином и Маккензи. Последним не удалось обнаружить ни одной летающей бомбы, но Уоттс перехватил V-1 над городом Эшфорд. Сблизившись с самолетом-снарядом на дистанцию стрельбы, он нажал гашетку на ручке управления, но ничего не случилось. Его пушки отказали в самый ответственный момент, и V-1 продолжала свой полет к цели.

Вид сбоку на истребитель Gloster Meteor

После этой неудачи было принято решение вести патрулирование парами истребителей, так чтобы один подстраховывал другого на случай отказа оружия. Первую победу эскадрилья одержала 4 августа, когда Дин обнаружил V-1, направлявшийся в сторону Танбридж Узле, впереди и ниже своего самолета. Он перевел свой "Метеор" в пологое пикирование, увеличив скорость до 725 км/ч, и успел дать короткую очередь, прежде чем его пушки отказали. Тогда Дин подвел свой "Метеор" к V-1 на безопасное, по его мнению, расстояние и резко ввел истребитель в вираж. Гироскопический автопилот V-1 не смог справиться с внезапными возмущениями, вызванными потоком воздуха от реактивного истребителя и, потеряв управление, самолет-снаряд рухнул на землю. Это был первый случай применения тактики "tip and run", в дальнейшем регулярно использовавшиеся пилотами "Метеоров" в борьбе с V-1. Вопреки распространенному мнению, "Метеоры" никогда не касались законцовкой крыла (tip) V-1, поскольку это было чревато повреждением самолета или даже его потерей вместе с пилотом. Они использовали возмещения от воздушной струи, эффективно действовавшей против V-1 в случае отказа бортового оружия.

Вид сверху и снизу на военный самолет Глостер "Метеор"

Буквально через минуту после успеха Дина, V-1 был сбит пушечным огнем. Флайт-офицер Роджер обнаружил самолет-снаряд над Тонбриджем и дал залп из всех четырех пушек. На этот раз оружие не подвело и V-1 рухнул в сельской местности. За последующую неделю было сбито еще два V-1. В общем итоге "Метеоры" тем или иным способом уничтожили тринадцать летающих бомб - небольшая цифра, которая помогла значительно поднять дух войскам и мирному населению. Эти победы привели к тому, что Министерству авиации уже не удавалось оставить в тайне существование нового самолета, слухи о котором пошли но Великобритании. Кроме того в заголовках новостей стали появляться сообщения об использовании люфтваффе реактивных истребителей Второй мировой войны "Мессершмит" Me-262, появление которого на несколько лет задержалось из-за недальновидности самого фюрера, начал поступать на вооружение строевых частей.

Вскоре люфтваффе применило еще одно секретное оружие - ракетный истребитель Второй мировой войны Me-163. По неожиданному запросу ВВС США (при тихой поддержке британского Бомбардировочного командования) 616-ю эскадрилью на короткое время перебросили в Дебден, чтобы позволить экипажам бомбардировщиков отработать тактику защиты от новой угрозы - реактивных истребителей. К тому времени RAF были уже почти готовы принять на вооружение новую модификацию истребителя и 18 декабря 1944 года первый "Метеор" F.3 был передан 616-й эскадрилье. К тому времени подразделение перебазировалось из Дебдена в Колерн в Уилтшире. "Метеор" F.3 во многом отличался от F.1. В качестве силовой установки на истребителе теперь использовались ТРД "Роллс-Ройс" "Дервент" в новых мотогондолах (хотя на первых пятнадцати самолетах сохранились прежние двигатели WIВ). Увеличенный запас топлива позволял F.3 находиться в воздухе на час больше, чем F.1. Вместо откидной части фонаря установили сдвижную. Сам фонарь сделали выпуклым и увеличили высоту ветрового стекла. Эти мероприятия позволили значительно улучшить обзор пилоту.

Принятие на вооружение F.3 резко изменило отношение к "Метеору" со стороны командования RAF, которое теперь считало, что самолет готов к боевым действиям в небе континентальной Европы. 20 января 1445 года четыре машины 616-й эскадрильи перебросили в Мельсбрук в Бельгии для обеспечения ПВО базы, а также в надежде повстречаться в бою с немецкими истребителями Второй мировой войны Me-262. Несмотря на ряд ознакомительных полетов для зенитчиков сил Союзников, пилоты "Метеоров" часто подвергались обстрелу над своей территорией. Чтобы отличить машины от немецких реактивных истребителей Me-262, верхние поверхности "Метеоров" покрыли двухцветным камуфляжем (Gray Green). Краска скоро выцвела и облезла, придав самолетам изношенный грязный вид.

В марте четыре "Метеора" перебросили в Гилзе-Рийен в Голландии, где к ним присоединилась остальная часть эскадрильи. имевшей смешанный парк из F.1 и F.3. Вскоре было принято решение бросить "Метеоры" в самую гущу боев. Возможно на его принятие повлияли хорошие результаты, полученные при жеплуатацпи самолетов в Европе, а также уверенность в скором завершении войны. 13 апреля подразделение перебазировалось в Неймеген, а спустя четыре дня состоялся первый боевой вылет в небо Европы, во время которою были атакованы наземные цели. "Метеоры" в основном использовались для вооруженной разведки, чем 616-я эскадрилья занималась еще раньше, когда летела на "Спитфайрах". Кроме того совершались нападения на наземные цели. Но не было ни одной схватки с немецкими реактивными истребителями.

Поскольку наступление Союзников в Европе продолжалось, 20 апреля 616-я эскадрилья снова сменила базу. В течение пяти дней она оставалась в Квакенбурге, юго-западнее Бремена, а затем перебралась в Фассберг. Столь быстрое перебазирование вызвало ряд проблем, одной из которых был поиск аэродромов, подходящих для эксплуатации реактивных самолетов. Обычно эскадрилья летала с ВПП с покрытием из перфорированных стальных полос (PSP, Pierced Steel Plank), но иногда приходилось действовать и на травяных покрытиях, несмотря на возражения инженеров Глостера. Вскоре после прибытия в Фассбер подразделение понесло первую потерю, когда истребители сквадрон-лидера Уоттса и флайт-сержанта Кертмела столкнулись в облаках. Оба пилота погибли.

2 мая 1945 года 616-я эскадрилья получила нового командира - уинг-командера Макдауэла сменил на этом посту уинг-командер Шредер. На следующий день новый командир возглавил первую атаку на базу Люфтваффе в Шенберге, где на земле было уничтожено шесть самолетов. Всего за тот день "Метеоры" в нескольких вылетах уничтожили на аэродромах 46 вражеских самолетов. 2 мая один британский пилот обнаружил в воздухе немецкий связной самолет Второй мировой войны Физлер "Шторьх" и атаковал его, но маневренный самолет легко избежал очередей "Метеора" и благополучно приземлился. Но оказавшись на земле "Шторьх" стал жертвой штурмового удара, 616-я эскадрилья перебазировалась еще раз, теперь в Люнеберг. Боевые действия в Европе подходили к концу и у "Метеоров" уменьшались шансы встретиться с противником в воздушном бою.  Группа из четырех "Метеоров" столкнулась с большим подразделением немецких истребителей Второй мировой войны Fw-190 и приготовилась атаковать их. Но пилоты находившихся поблизости "Темпестов" и "Спитфайров" приняли свои самолеты за немецкие реактивные истребители Второй мировой войны Me-262 и, в свою очередь, пошли в атаку. Из-за этой досадной ошибки "Метеорам" пришлось отказаться от нападения на немецкие военные самолеты. Вскоре война в Европе закончилась, так и не предоставив "Метеорам" возможности сразиться с самолетами Люфтваффе в воздухе.

Модель

Gloster Meteor F.Mk.IV.

Экипаж, человек

1

Длина, метров

12,5

Размах крыла, метров

11,33

Высота, метров

3,3

Площадь крыла,м2

32,5

Профиль крыла

E.C.1240 - корень крыла

Профиль крыла

E.C.1040 - законцовка крыла

Коэффициент удлинения крыла

3,9

База шасси

4,06

Колея шасси

3,23

Объем топливных баков, литров

1480 + 1728 в ПТБ

Масса пустого, кг

4562

Масса снаряженного, кг

6800

Максимальная взлетная масса, кг

8440

Силовая установка

2хТРД Rolls-Royce Derwent 5

Тяга

2х15,6 кН (1587 кгс)

Крейсерская скорость, км/ч, м

855 на 9150

Крейсерская скорость, км/ч

870 (у земли)

Максимальная скорость, км/ч, м

790 на 12190

Максимальная скорость, км/ч

940 (у земли)

Скорость сваливания, км/ч

165

Посадочная скорость, км/ч

200

Скороподьемность, м/с

38

Нагрузка на крыло, кг/м2

202

Тяговооруженность, Вт/кг

0,47

Практическая дальность, км

70 / 1610 (без ПТБ)

Практический потолок, м

13563

Абсолютный потолок, м

14900

Длина разбега, м

760

Длина пробега, м

910

Вооружение, пушки, мм

4х20 British Hispano

Подвесные топливные баки, л

2х455 (под крылом)

Подвесные топливные баки, л

1х818 (под фюзеляжем)

Источники:

  • "Война в воздухе" № 120.
  • Дэвид Дональд. Военные реактивные самолеты с 1939 года до наших дней.
  • Дениэл Дж.Марч "Английские военные самолёты Второй Мировой войны".
  • М. Шарп. Самолёты Второй Мировой. Свыше 300 боевых самолётов всех стран мира.
  • Владимир Котельников. Глостер "Метеор".
  • Ростислав Виноградов, Александр Пономарев. Развитие самолетов мира.
< Назад Вперед >
 

pro-samolet.ru


Смотрите также