"Техника-молодежи" 1958 №11, вкл, с.5-7

САМОЛЕТЫ-АВТОМАТЫ

по материалам зарубежных технических журналов
И. МЕРКУЛОВ, инженер
Рис. С. НАУМОВА и Б. ДАШКОВА

Читатель знает о полетах замечательных советских реактивных самолетов и ракет. Сегодня мы рассказываем о реактивных самолетах-автоматах и ракетных ускорителях.

Для разных скоростей полета в мировой авиационной технике применяют различные типы двигателей. Об этом, например, говорит приведенный на цветной вкладке график из книги Дм. Хэмфриса „Ракетные двигатели и управляемые снаряды" (И* Л. М. 1958).

Величина мощности зависит от того, с каким коэффициентом полезного действия химическая энергия топлива преобразуется в механическую (термический кпд, и от того, как эта механическая энергия преобразуется в энергию движения самолета или ракеты (тяговый кпд). На графике показано значение тягового кпд для различных типов силовых установок. Рядом (слева) схема простейшей ракеты с ЖРД. Ракеты такого типа начали применяться еще в период второй мировой войны (например, немецкая ракета «Вассерфаль»),

Пои запуске ракеты открывается пусковой клапан, и сжатый газ, помещенный в баллоне, выходит через понижающий давление редуктор в баки, вытесняя из них горючее и окислитель.

Для управления ракетой в полете используются газовые рули Циолковского — небольшие пластинки из жаропрочного материала, помещенные в струю вылетающих из сопла газов. Управление ракетой в полете — вторая существенная проблема, которая решается средствами современной автоматики и электроники. Эти средства отрабатываются сейчас в самолетах-автоматах.

И

ркутск, Ташкент, Прага, Дели, Рангун, Пекин, Брюссель... Как близки к Москве стали эти города, когда на линии Гражданского воздушного флота вышли серийные советские самолеты «ТУ-104», вызвавшие восхищение, сенсацию во всем мире! По

Фирмы крупных капиталистических стран также создали свои реактивные самолеты: Франция — реактивный пассажирский самолет «Каравеллу», Англия — четырехмоторный реактивный самолет «Комету-IV», в США несколько фирм строят многоместные пассажирские реактивные самолеты.

Быстро развивается и военная реактивная авиация. В мировой авиационной технике уже известны реактивные истребители, которые развивают скорость 2 тыс км/час, и отдельные экспериментальные самолеты, достигающие скорости порядка 3 тыс км/час. Потолок самолетов превысил 20 км, а некоторые машины поднимались на высоту почти 40 км (см. сборник «Сверхзвуковые самолеты», И*Л, М., 1958).

ВМЕСТО СЕРДЦА -
ПЛАМЕННЫЙ МОТОР

Благодаря своей легкости, малым размерам и способности создавать большие тяговые усилия реактивные двигатели позволили построить малогабаритные беспилотные самолеты, развивающие сверхзвуковые скорости во время полета.

Турбореактивные двигатели — основные двигатели в современной военной авиации — успешно применяются и на самолетах-автоматах. Лучшие двигатели этого типа развивают тягу в 5-7 кг на 1 кг своего веса, расходуя менее 1 кг керосина на 1 кг тяги в час. Например, один из турбореактивных двигателей, предназначенный для скоростных истребителей («Джайрон») при весе 1 900 кг развивает тягу в 9 т, а при работе на форсированном режиме — свыше 11 т. Как сообщает журнал «Фляйт», его компрессор засасывает около 140 кг воздуха в секунду, повышая давление воздуха в 6 раз. Двигатель имеет сравнительно небольшие размеры: диаметр около 1,2 м и длину примерно 4 м. Строятся двигатели и весьма малых размеров. Один из них («Тор») при весе 125 кг развивает тягу в 800 кг. Его диаметр всего 0,4 м, а длина 1,9 м.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели более просты по устройству и еще более легки, чем турбореактивные.

Вот данные некоторых из них: прямоточный двигатель диаметром 0.7 м и длиною 5 м весит 225 кг. При полете со скоростью 3 тыс. км/час он развивает тягу 4,5 т, что соответствует мощности в 50 тыс л. с. Значит, на каждый килограмм веса двигателя приходится 220 л. с . — в сто раз больше, чем у лучших авиационных поршневых двигателей.

Другой прямоточный двигатель предназначен для работы при еще большей скорости — около 4 тыс. км/час. И поэтому, несмотря на меньший размер — его диаметр всего 0,4 м, а длина 2,5 м, — он развивает тягу почти в 7 т. Это эквивалентно мощности в 90 тыс. л. с.

При скоростях полета от 3 до 6 тыс. км/час прямоточные воздушно-реактивные двигатели являются наиболее эффективными из всех известных сейчас двигателей. При еще больших скоростях надо будет применять жидкостные реактивные двигатели (ЖРД).

Эти двигатели по своей конструкции являются самыми компактными и легкими из всех типов тепловых двигателей. Но для их работы, как известно, требуются, помимо горючего, еще громадные запасы жидкого окислителя. И коэффициент их полезного действия при малой скорости полета не высок. Но при увеличении скорости полета, как это доказал еще К. Э. Циолковский, эффективность жидкостных реактивных двигателей непрерывно возрастает. Благодаря им ракеты-носители искусственных спутников почти достигли космических скоростей, а высотные ракеты поднимались на тысячи километров (см. реферативный журнал «Вопросы ракетной техники»).

При сравнительно небольших размерах и весе ЖРД способны за несколько секунд разогнать самолет до сверхзвуковой скорости.

Схема 1 поясняет, как действует командная система наведения. Два радиолокатора следят за целью и своим самолетом, сообщают данные о них счетно-решающему устройству, а оно вырабатывает и посылает команды своему перехватчику. При полуактивной командной системе наведения (схема 2) цель облучают с земли. Перехватчик улавливает отраженные от цели радиоволны и идет на цель. Если приемник и передатчик установить на ракету, она, словно магнитная торпеда, сможет самостоятельно прийти к цели. Это активная система наведения (схема 3).

В качестве стартовых двигателей чаще всего применяют наиболее простые и дешевые реактивные двигатели, работающие на твердом топливе

Д. Саттон. «Ракетные двигатели». И*Л. М., 1952).

САМОЛЕТ ПИЛОТИРУЮТ ПРИБОРЫ

Если реактивный двигатель можно назвать сердцем самолета-автомата, то его мозг — аппаратура управления полетом.

Чтобы самолет-автомат мог изменять курс во время полета, им надо управлять по радио.

Существует много систем радио-телеуправления самолетами-автоматами. О них довольно подробно рассказывается в книгах В. Ляпунова «Управляемые снаряды» и В. Петрова «Управляемые снаряды и ракеты». Наиболее проста система командного управления. Оператор, видя на экране наземного радиолокатора местоположение управляемого им самолета, посылает ему необходимые радиосигналы-команды. Такое управление осуществляется весьма просто. На пульте перед оператором несколько кнопок с надписями: «вверх», «вниз», «вправо», «влево», «прямо». Когда надо, оператор нажимает одну из них. Иногда вместо кнопок оператор действует ручкой управления, точно так же, как летчик в кабине самолета.

Для наведения самолетов по радио на воздушную цель в наше время используется автоматическая аппаратура. Два радиолокатора следят за движением самолета противника и самолета-автомата. Результаты наблюдения радиолокаторов передаются в специальное счетно-решающее устройство. Автоматически и моментально, без участия человека оно вычисляет, в каком направлении должен двигаться самолет-автомат, чтобы в кратчайшее время достичь цели, и само передает нужные команды по радио на самолет-автомат.

При командной системе управления на борту самолета-автомата размещаются только те механизмы, которые необходимы для приема и исполнения команд. Самолеты-автоматы подобного типа считаются наиболее простыми.

Более сложна, но зато и более эффективна система наведения по лучу. В этой системе от наземной станции управления посылается радиолуч, вдоль которого должен лететь самолет. Луч радиолокационной станции направляется на цель н непрерывно следует за нею. На самолете имеется аппаратура, следящая за своим положением относительно оси луча. Большая доля работы здесь, как мы видим, возлагается на бортовую аппаратуру самолета.

Наибольшей точностью обладает так называемая система самонаведения, или поисковая система. На самолете-автомате установлена аппаратура, позволяющая «видеть» цель и преследовать ее без помощи со стороны оператора. Такие системы можно подразделить на пассивные, активные и полуактивные.

Простейшая из них — пассивная. Летящий самолет или идущий по морю корабль всегда создают шум, испускают инфракрасное излучение. От них идут электромагнитные волны, днем отражаются солнечные лучи. Приемник на реактивном аппарате может принять эти сигналы и нацелить по ним перехватчик. Но у такой системы малая дальность действия, поскольку энергию, излучаемую самим самолетом, можно обнаружить лишь на сравнительно небольшом расстоянии.

Чтобы повысить дальность действия системы наведения, применяют полуактивную систему. В этом случае цель облучается наземной радиолокационной станцией. Отраженные от цели радиоволны ловятся установленным на самолете-автомате радиолокационным приемником.

Поскольку излучающая станция, расходующая большое количество энергии, находится на земле, то на борту снаряда устанавливается относительно легкая и малогабаритная аппаратура.

Для самолетов-автоматов дальнего действия, которые должны поражать цель за пределами зоны своих радиолокационных станций, необходимо иметь систему наведения наиболее совершенную и самостоятельную — активную. На самолете-автомате устанавливают небольшую радиолокационную станцию. Она сама посылает импульсы в пространство и ловит отраженные от цели радиоволны.

Применение поисковых систем представляет наибольший интерес в тех случаях, когда летательный аппарат должен подойти к движущейся цели. Это потребуется при осуществлении, например, такой грандиозной задачи, как полет на Луну, когда автоматические ракеты будут пополнять запасы топлива в полете от искусственных спутников или других ракет.

Системы наведения обычно работают на коротких волнах, но не короче 1 см, поскольку миллиметровые волны быстро затухают в атмосфере. Создание таких систем — дело сложное хотя бы потому, что в радиоаппаратуре приходится применять сотни электронных ламп. Лампы, как н другие радиодетали, должны быть малогабаритными, легкими и достаточно прочными, чтобы выдерживать ускорения, в десятки раз превышающие ускорение силы тяжести. Полупроводниковые приборы значительно более надежны, чем громоздкие и хрупкие электронные лампы, и расходуют они во много раз меньше электроэнергии.

БЕСПИЛОТНЫЕ САМОЛЕТЫ НУЖНЫ И В МИРНОЙ ЖИЗНИ

Успехи реактивной техники и радиотелеуправления позволили создать весьма совершенные самолеты-автоматы. Применение их для перевозок срочных грузов даст большой экономический эффект. На беспилотных самолетах отпадает необходимость в герметических кабинах, «жизненной» аппаратуре, различных аварийных приспособлениях, которые практически почти никогда не применяются, но ставятся для дополнительной страховки, поскольку на самолете находятся люди. Вместо летчика управление полетом возьмут на себя более легкие автопилот и радиоаппаратура. Поэтому самолеты-автоматы будут иметь меньшие вес и размеры и лучшие аэродинамические формы, чем пилотируемые самолеты с такой же грузоподъемностью. В результате значительно сократится расход топлива на каждый тонно-километр перевозимого груза. И, что также важно, на перевозку грузов не надо будет затрачивать время летчика, его энергию и силы.

Самолеты-автоматы принесут неизмеримую пользу в решении такой сложной и ответственной задачи, как испытание новых самолетов. Перед запуском в серийное производство каждый новый опытный самолет проходит всесторонние летные испытания. Как бы тщательны и многогранны ни были наземные испытания новой конструкции, первые полеты всегда таят в себе большую опасность. Трудность летных испытаний увеличивается еще потому, что при проверке самолета его подвергают значительно большим перегрузкам, чем те, которым он будет подвергаться в обычной эксплуатации. Значительную часть испытаний новых самолетов, в том числе и больших пассажирских машин, можно проводить с помощью радиотелеуправления.

Самолеты-автоматы никогда полностью не заменят самолетов, управляемых человеком. Без летчика немыслимо развитие авиации. Пассажирские воздушные корабли и впредь будут водить пилоты. Но многие задачи могут решаться беспилотными машинами. Наступит время, когда тысячи реактивных самолетов-автоматов будут перевозить мирные грузы на линиях Гражданского воздушного флота, покрывая гигантские расстояния со скоростями, небывалыми в истории транспорта.



РАКЕТНЫЕ УСКОРИТЕЛИ