На главную сайта   Все о Ружанах


С.П. Королев

Ракетный полет в стратосфере


Государственное военное издательство
Москва, 1934

Наш адрес: ruzhany@narod.ru

Глава V
Аппараты и ракетные двигатели на твердом топливе

Обыкновенная феерверочная ракета, пускаемая во время всевозможных празднеств, является простейшим типом летательного аппарата, двигающегося при помощи ракетного двигателя на твердом топливе. Обычно такая ракета представляет собой картонную гильзу, набитую порохом. Гильза закрыта со всех сторон, за исключением одной, где имеется отверстие, через которое после поджигания пороховой массы вытекают газы. Порох набивают в гильзу возможно плотнее, для того чтобы он горел с поверхности. Иногда для увеличения поверхности горения в массе заряда делают внутренний канал. Если по каким-либо причинам, например вследствие плохой прессовки пороха, он воспламенится весь сразу, то ракета будет разорвана. В качестве полезного груза к заряженной гильзе прикрепляется феерверочный состав, а для придания устойчивости ракете при ее полете устраиваются стабилизаторы или просто длинная палка, играющая роль хвоста.


Рис. 17. Разрез пороховой камеры.

Большое распространение пороховые ракетные двигатели получили в Германии, где был поставлен целый ряд разнообразнейших опытов.

Пороховые камеры в различных комбинациях и сочетаниях ставились на автомобили, сани, железнодорожные дрезины, планеры и т. п.


Рис. 18. Ракетный автомобиль.

На рис. 17 изображена схема порохового двигателя, применявшегося немецким инженером Опелем на своем ракетном автомобиле. На рис. 18 изображен автомобиль Опеля с установкой 12 штук таких двигателей в виде батареи. Воспламеняя их последовательно в желаемом порядке (рис. 19), автомобилю сообщалось усилие, вернее толчок, под влиянием которого ои катился. Скорость, достигнутая при испытании автомобиля в апреле 1928 г., равнялась 100 км!час. При дальнейших испытаниях была достигнута скорость свыше 200 км!час. Нарастание скорости происходило необычайно быстро, настолько, что водитель автомобиля после опытов ощущал болезненные явления, связанные действием ускорения. Само собой разумеется, что после израсходования заряда своей батареи двигателей автомобиль продолжал катиться по инерции с все уменьшающейся скоростью.


Рис. 19. Демонстрация ракетного автомобиля.

Главным препятствием при осуществлении ракетной установки на автомобиле явились высокая температура взрыва и получающиеся при этом колоссальные давления газов. Потребовалась длительная работа по изысканию медленно горящих сортов пороха, а также по камерам сгорания, способным выдержать эти давления.

Управление автомобилем осуществлялось посредством обычного рулевого колеса, а контакты, включающие зажигание, были соединены с ножной педалью.

При нажиме педали камеры включались поочередно, так что при резком нажиме до ограничителя возможно было почти мгновенно включить все двигатели сразу.

Конструктором пороховых двигателей, применявшихся на автомобиле Опеля, был немецкий инженер и пиротехник Зандер. После удачных опытов с автомобилями Опель и Зандер ставили опыты также с дрезиной, лодкой, мотоциклом и т. д.


Рис. 20. Ракетный планер.

При постановке этих опытов были и неудачи; так например дрезина, пущенная без водителя, взорвалась и потерпела крушение, а лодка, которой управлял Опель, после взрыва затонула и ему пришлось спасаться вплавь.

В Германии же были поставлены первые опыты и с летательными аппаратами, имевшими пороховые ракетные двигатели. Для первых опытов был взят бесхвостый планер типа «утка», т. е. с оперением, расположенным впереди крыла.


Рис, 21. Ракетный планер Опеля.

Машины такого типа отличаются большой продольной устойчивостью, и существуют предположения, что они не способны потерять скорость Для испытаний в полете пороховых двигателей эти качества «утки» имели немаловажное значение, так как не исключена была возможность неожиданного воспламенения всех камер сразу, а тогда под действием сильного толчка самолет мог бы задраться, потерять скорость и свалиться на крыло или, наоборот, с углом врезаться в землю.


Рис. 22. Взлет планера Опеля.

Так как первые опыты производились у самой земли, на высоте 10–15 м, то эти соображения приобретали большое значение., Кроме того конструкция «утки» позволяла установить батарею ракет без всяких помех неподалеку от центра тяжести аппарата. Благодаря этому при работе двигателя и даже в случае взрыва всех камер сразу, не возникало больших моментов, которые стремились бы вывести самолет из положения равновесия. Подобное расположение двигателей у самолета обычного типа было бы невозможно, так как этому помешало бы наличие фюзеляжа и хвостового оперения.

11 июня 1928 г. пилот Штаммер совершил на этом аппарате первый удачный полет продолжительностью около 1 минуты при дальности до 2 км (рис. 20).

На рис. 21 и 22 изображен ракетный самолет Опеля (1929 г.) па старте перед полетом и в момент взлета.

Для своих опытов Опель выбрал одноместный планер-моноплан с высоко расположенным крылом, укрепленным подкосами. Хвостовое оперение было приподнято и связано с крылом и окончанием фюзеляжа посредством простой фермы из труб и проволочных расчалок. Фюзеляж заменен небольшой кабиной, в передней части которой расположено место пилота, а в задней установлена батарея пороховых камер. Благодаря тому что оперение приподнято, а крепящие его трубы разнесены в стороны, вытекавшие из двигателя газы не встречали на своем пути каких-либо препятствий. Двигатель, как и на самолете Штаммера, был расположен близко около центра тяжести аппарата. Управление зажиганием камер осуществлялось сектором, расположенным слева от места пилота. Пилот имел возможность воспламенить каждую ракету отдельно. Опелю удалось пролететь около 2 км, продержавшись в воздухе 45 секунд. Наибольшая высота полета не превышала 15 м. Из 12 ракет, установленных на его планере, Опель успел зажечь во время первого полета только 9 ракет.


Рис. 23. Вид одной из ракет Тиллинга.

Говоря о попытках немецких исследователей применить для полета пороховые ракетные двигатели, необходимо остановиться на работах летчика-инженера Тиллинга. Свои опыты он производил с небольшими моделями разных типов, на которых были установлены пороховые ракетные двигатели (рис. 23).


Рис. 23-а. Взлет ракеты Тиллинга.

Это в значительной степени упрощало всю работу и позволяло с наименьшей затратой средств широко поставить эксперименты и разрешить множество неясных вопросов, неизбежных в первой стадии любой научно-исследовательской работы и особенно в совершенно новой и неизученной области, какой в то время являлась проблема ракетного полета.

Несомненно, что модели пороховых ракет, так сказать чисто пиротехнический уклон в его раооте, не были для Тиллинга самоцелью. Его основной задачей было осуществление полета большой пассажирской или грузовой (боевой) ракеты на большие высоты и расстояния.

Не оставляя мысли о том, что в конце концов в его ракете сможет полететь человек, Тиллинг, стремясь в своих работах к достижению возможно большей высоты подъема моделей ракеты, одним из условий ставил постепенное, достаточно медленное нарастание ускорения при взлете. Это условие в случае если бы ракета имела живую нагрузку является решающим. Как известно, человеческий организм переносит ускорения с трудом и только незначительные (порядка 3–5 земного), да и то в течение весьма непродолжительного времени.

Ракеты, которые строил Тиллинг, мало походили на пиротехнические игрушки. Размеры их достигали довольно значительной величины. Размах крыльев в отклоненном положении достигал 3 м, почти столько же/ и длина ракеты. Несомненно, что в дальнейшем, по приобретении опыта конструктор рассчитывал перейти к значительно более крупным образцам. Модели Тиллинга представляли собой веретенообразное, сужающееся к концу, хорошо обтекаемое воздухом тело, к которому крепились стабилизирующие поверхности (хвосты). 2 из 4 хвостов после достижения ракетой максимальной высоты подъема могли автоматически отклоняться и таким образом превращаться как бы в крылья, при помощи которых аппарат мог бы достигнуть земли. Тиллинг придавал вопросам безопасности посадки своих аппаратов большое значение. Ракеты Тиллинга имели подъем на высоту до 2 км, откуда благодаря крыльям планировали и сохранялись при посадке в целости. В некоторых случаях отклонившиеся лопасти сообщали ракете вращение около продольной оси, благодаря чему падение ее было замедлено и она также благополучно возвращалась на землю.

В качестве материала, из которого изготовлялись ракеты, для камер сгорания и сопел применялась сталь, а для стабилизаторов и обтекателя корпуса – легкие сплавы цветных металлов по типу употребляющихся в авиации. У некоторых ракет, корпус представлял собой деревянную болванку, к которой были прикреплены камера с пороховым составом и стабилизаторы.

На рис. 24 изображена ракета американского профессора Р. Годдара. В качестве горючего для двигателя ракеты также был применен прессованный порох. Камера ракеты и сопло были изготовлены из хромоникелиевой стали. По конструкции своей ракета – составная из двух частей. Это сделано для того, чтобы в полете, после того как большой двигатель отработает, можно было его сбросить, оставшаяся же маленькая ракета при этом получала возможность развить большую скорость благодаря тому, что ко времени начала ее действия весь агрегат в целом должен был находиться уже в разреженной среде, поднятый на высоту силой тяги большого двигателя.


Рис. 24. Схема пороховой
ракеты Годдара.

Идея составной ракеты, как уже упоминалось, заключается в том, чтобы, используя ракеты по очереди и сбрасывая уже отработавшие части, пройти с наименьшей скоростью, а следовательно и с меньшими потерями нижние, плотные, слои воздуха, все время облегчая вес. Далее, уже в разреженной среде, это давало возможность развить большие скорости и достичь максимальной высоты подъема. Другой отличительной чертой ракеты Годдара было устройство в головной части ракеты специальных, косо расположенных каналов, также заряженных пороховым составом. Каждый из этих каналов являлся по существу небольшим ракетным двигателем. При их воспламенении верхняя часть ракеты под действием реактивной силы начинает быстро вращаться, играя роль как бы волчка, стремящегося сохранить неизменным положение оси своего вращения. Придание ракетам вращения наподобие вращения орудийных снарядов было значительным шагом в деле увеличения устойчивости полета ракет.

Параллельно с разработкой и испытанием бескрылых летательных аппаратов или ракет, приводимых в движение пороховыми ракетными двигателями в ряде стран ставятся опыты над применением подобных двигателей к самым разнообразным моделям «самолетов с целью их использования в военном деле.

Была поставлена серия опытов с летающими ракетными торпедами конструкции Унге на полигоне Круппа (Германия) и затем с морскими торпедами, так как как оказалось, пороховой ракетный двигатель, будучи воспламенен, хорошо работает и под водой.

На рис. 25 показаны схемы моделей, испытанных на Вассеркупе в 1928 г., к которым прикреплялись пороховые камеры с различной силой тяги1. Тяга была от 3 кг до 300 кг, а размеры моделей не превышали 3 м в размахе. Большое внимание было обращено на достижение плавного, устойчивого взлета модели, что было задачей весьма нелегкой. Под действием порохового двигателя, сообщавшего сразу значительную скорость, модель имела тенденцию перейти в мертвую петлю или, взлетев с большим углом, потерять скорость и свалиться на крыло. В случае удачного разгона и взлета модель набирала высоту под действием тяги ракетного двигателя, затем после окончания его работы продолжала подниматься вверх по инерции и наконец переходила на планирование, покрывая довольно значительные расстояния. Для успешности полетов большое значение имели правильная центровка всего аппарата и взаимная уравновешенность моментов, создаваемых С одной стороны реактивной силой двигателя, а с другой – составляющей сопротивления воздуха.

_________________

1 Более подробно см. Z.F.M. за 1928 г.

 


Рис. 25. Схемы моделей.

Кажущаяся необычайной на первый взгляд выгодность применения пороховых ракетных двигателей ко всякого рода аппаратам, как движущимся по земле, так и летающим по воздуху, не раз привлекала внимание изобретателей, и на протяжении последних лет были разработаны и построены самые разнообразные конструкции. В сущности ни один из работников ракетного дела в своей работе не прошел мимо пороховых ракетных двигателей, которые таким образом явились своего рода школой будущих исследователей.

Но необходимо отметить, что очень быстро стали ясными вся невыгода, трудность и опасность применения пороховых ракетных двигателей к различного рода земным экипажам или даже самолетам, но движущимся с ничтожными земными скоростями.

В этих условиях из затрачиваемой ракетным двигателем энергии расходуется производительно едва ли 3 – 5 %, т. е. коэфициент полезного действия практически равен ничтожной величине.

Тем самым применение пороховых ракетных двигателей потеряло смысл, и если и довольно обширные работы над автомобилями и иными конструкциями, движимыми пороховой ракетой, и продолжали производиться, то исключительно вследствие новизны проблемы вообще и необходимости на практике разрешить и изучить целый ряд сопутствующих вопросов. Помимо того лучшей агитацией за ракетную проблему, особенно первое время, был показ хотя бы того же ракетного автомобиля, несомненно двигавшегося при помощи двигателя, работавшего на совершенно новом принципе вопреки мнению скептиков.

Далее одной из отличительных черт ракетных двигателей на твердом топливе является чрезвычайная кратковременность их действия. В течение 2 секунд двигатель сообщает аппарату в виде сильнейшего толчка максимальную скорость, которая затем постепенно затухает до нуля или до вспышки следующей камеры. Понятно, что получающиеся при этом ускорения достигают огромных величин со всеми вытекающими отсюда последствиями для экипажа ракетного аппарата и прочности его. конструкции.

Вообще говоря, работа ракетного двигателя на твердом топливе представляет собой не что иное, как реактивный выстрел или серию таких выстрелов, если последовательно включается ряд камер.

Попытки устраивать такие двигатели в виде больших многозарядных батарей или устройство перезаряжающих приспособлений натолкнулись на конструктивную сложность, громоздкость и весьма значительный вес таких установок. Если же пойти по пути децентрализации ракет, т. е. их распределения по всей конструкции данного аппарата, то это неминуемо вызовет его утяжеление, так как потребуется солидное упрочение деталей, для того чтобы они могли выдержать действие ракет. Кроме того необходимо обеспечить полную безотказность и синхронность действия двигателей, так как в противном случае равновесие аппарата, например самолета, в случае укрепления ракет на его крыльях будет нарушено.

Работа с пороховыми ракетными двигателями помимо прочего отличается чрезвычайной опасностью. Известен целый ряд случаев взрыва пороховых ракетных установок, и как на пример можно указать на гибель немецкого инженера Тиллинга со своей лабораторией, происшедшую в результате взрыва 10 октября 1933 г.

Одним из основных недостатков систем, снабженных ракетными двигателями на порохе, кроме всего является сравнительно невысокая теплопроизводительность последнего. Так для пороха мы имеем около 900 калорий с 1 кг, между тем как например некоторые из существующих ж 'дких топлив имеют теплотворную способность до 2000 калорий с 1 кг.

Все эти обстоятельства достаточно убедительно говорят за то, что пороховые ракетные двигатели в качестве двигателей для различного рода земных или воздушных аппаратов непригодны.

И действительно, если обратиться к работам последних лет в области ракетных движений, то ракетный автомобиль с пороховыми камерами или иная аналогичная конструкция уже нигде не встретятся.

Необходимо еще раз подчеркнуть, что даже в случае удачного преодоления всех технических и эксплоатационных затруднений и достижения каким-либо образом безопасности экспериментов с пороховыми ракетными двигателями все же применение их к аппаратам, движущимся с земными (т. е. с точки зрения ракетчиков – ничтожными) скоростями, было бы очень невыгодным. Достаточный коэфициент полезного действия аппарата был бы достигнут только на огромных скоростях, измеряемых сотнями метров в секунду.

Поэтому если и можно говорить о применении пороховых ракетных двигателей к самолетам, то только в качестве вспомогательного средства и в первую очередь как мощного кратковременно действующего источника силы для облегчения взлета.

Задачей ракетного разгона самолета1 является использование тяги ракетного двигателя для сообщения самолету дополнительных ускорений и тем самым сокращения длины и времени разбега. Ракетный разгон обычного самолета имеет значительные выгоды. Во-первых облегчается и следовательно становится возможным взлет перегруженных самолетов с большим полетным весом и недостаточной мощностью моторов (мощностью, хватающей для полета, но которой мало для взлета). Становится возможным взлет мощных и тяжелых самолетов с уменьшенных аэродромов или с аэродромов с частично испорченной площадкой. Ракетный ускоритель сделает взлет возможным например в гористой местности или с палубы корабля, и т. п. Наконец после отрыва самолета от земли можно использовать пороховые ракетные двигатели для более быстрого набора высоты. Установки, служащие для ракетного разгона, могут быть сделаны сбрасываемыми после их использования для облегчения веса и уменьшения вредного сопротивления самолета.

___________________

1 Более подробно см. «Технику воздушного флота», № 1 за 1934 г., стр. 64 – 75.

 

Надо однако особо отметить, что если для полетов или передвижения человека по земле, как установлено, пороховые ракетные двигатели могут сыграть роль исключительно вспомогательного средства (ракетный разгон), то будучи установлены на ракетах или крылатых .моделях, не несущих на себе живой нагрузки, они являются весьма удобным и грозным оружием.

Несомненно, что пороховые ракеты Тиллинга и многих других изобретателей, если отбросить их скромное, «почтовое» или «пассажирское», назначение, легко могут быть и конечно будут использованы в виде боевых средств, т. е. в качестве ракетных снарядов и торпед.

Роль ракеты в военном деле как средства сигнализации, и освещения не нова и общеизвестна. В дальнейшем, совершенствуясь, ракета стала применяться и как зажигательный снаряд. Такие ракеты имели широкое распространение и раньше (в английской армии в эпоху наполеоновских войн и даже русская армия при завоевании Туркестана располагала ракетной артиллерией), но со средины минувшего столетия благодаря значительным успехам артиллерии ракеты были почти вытеснены из употребления и лишь в последнее время одновременно с развитием всей ракетной проблемы опять обрели признание в качестве чисто боевого средства1.

_______________________________

1Боевое применение ракет как зажигательных снарядов до момента усовершенствования зажигательных пуль имело место в воздушных силах периода первой половины мировой войны в качестве средства уничтожения привязных аэростатов..

 

Говоря о боевых реактивных летательных аппаратах (без живой нагрузки), приводимых в движение пороховыми двигателями, мы фактически имеем дело опять с ракетным разгоном, с той только разницей, что объектом разгона является не самолет, а специальный снаряд или аппарат и величина сообщенных ему ускорений почти ничем не ограничена. Допустимый предел перегрузок задается соображениями только прочности и следовательно может быть практически очень большим. Вопросы безопасности также приобретают гораздо меньшее значение, коль скоро аппарат не несет жнвой нагрузки.

Несомненно, что именно в этом направлении использование пороховых ракетных двигателей может дать известные результаты.

Оценивая же в целом возможность и целесообразность применения пороховых ракетных двигателей для полета или передвижения по земле, приходится прямо сказать, что летать или передвигаться при и помощи на каком-либо аппарате по земле опасно и невыгодно. И не в силу принципиальных причин, а из-за частично описанных выше особенностей и недостатков, присущих пороху как горючему составу двигателя, а так же еще и потому, что человек пока еще никак не может быть приспособлен для передвижения в условиях, в которых быть может пороховые двигатели и оказались бы выгодными.

В обычных же условиях можно говорить об их использовании при ракетном разгоне самолетов (или иных аппаратов) и для целей ракетной артиллерии.


Яндекс.Метрика