Карл Гильзин - В небе завтрашнего дня
Конечно, имеющийся опыт и теория — основа, на которой строит свою уверенность конструктор. Но одной этой основы явно недостаточно. Решающей должна быть проверка экспериментом. Все, что можно, проверить заранее — вот девиз авиации, залог успеха ее развития. Эта проверка, экспериментальная «доводка» не только сохранит жизни, она сэкономит уйму времени и средств, а часто и вообще предопределит судьбу всего дела. Именно в лабораториях научно-исследорательских институтов и опытно-конструкторских бюро, а потом на опытных аэродромах и полигонах прокладывается дорога в будущее авиации. Здесь куется та «сила разума», о которой говорил отец русской авиации Н. Е. Жуковский.
Но ошибется тот, кто представит себе эксперимент проходящим в тиши научной лаборатории, за столом неторопливого ученого, собирающего хрупкие конструкции из стекла и проводников. В авиации все обстоит совсем иначе, хотя есть и стеклянные трубки и электрические схемы.
Вот, например, конструкторское бюро, где создаются новые мощные реактивные двигатели — сердце современных самолетов. Сотни, тысячи людей заполняют заводские корпуса этого бюро. Мы входим в один из них. Здесь исследуются компрессоры турбореактивных двигателей. Из кабины инженера, ведущего испытание, виден компрессор, установленный на испытательном стенде. Только гул воздуха, протекающего через компрессор, слабо доносится через звукоизолированные стены бокса. Там, внутри бокса, шум этот оглушил бы нас. Но там людей нет, они здесь, у пульта управления с его бесчисленными ручками, кнопками, лампочками, циферблатами.
Неподвижен только корпус компрессора. Внутри него с огромной скоростью вращается ряд больших дисков с венцами тончайших, изящно изогнутых лопаток. Это — ротор. Исследователь изучает законы течения воздуха в компрессоре, десятки и сотни раз меняет профили лопаток, их закрутку, чтобы еще немного повысить коэффициент полезного действия компрессора. Ведь на его вращение расходуется мощность, уже сейчас превышающая 50 тысяч лошадиных сил! Один процент этой мощности равен 500 лошадиным силам, то есть мощности десяти автомобилей «Победа».
В двигателе компрессор вращается газовой турбиной. А здесь, на стенде? Здесь для этого удобнее использовать паровую турбину. Она занимает больше половины испытательного зала. В соседнем здании расположена котельная, откуда поступает пар, питающий турбину. Мощность турбины равна многим тысячам лошадиных сил — как на крупнейшей электростанции! И вся эта мощность вместо того, чтобы приводить в движение станки на заводах и электропоезда, освещать дома, театры, улицы, тратится на вращение компрессора. Вот почему такие уникальные испытательные установки исключительно дороги.
Но ведь мощность авиационных двигателей быстро растет. Это делает грозной проблему испытания компрессора. И наука настойчиво ищет пути решения этой проблемы. Можно испытывать компрессор на разреженном воздухе, тогда его мощность будет значительно меньше. Еще лучше заставить течь через компрессор не воздух, а особый газ, точнее — смесь газов, специально подобранных так, чтобы условия испытания имитировали истинные, но затрата мощности была бы значительно меньше.
Такая имитация — настоящая «изюминка» эксперимента с новой авиационной техникой. Действительно, ведь создать истинные условия полета со сверхзвуковой скоростью на огромной высоте можно только… в таком именно полете. Конечно, он и будет венчать дело, но начинать надо не с него. И вот тут-то изыскиваются условия, имитирующие истинные.
Зайдем в другое огромное здание конструкторского бюро. Это — святая святых. Уже позади тщательные, придирчивые, многочасовые испытания отдельных элементов двигателя, например того же компрессора. Счастье еще, что новые газотурбинные авиационные двигатели позволяют вести такие поэлементные испытания — отдельно компрессора, отдельно турбины, отдельно камеры сгорания и т. д. Со старыми поршневыми двигателями это было невозможно, там проверяется все сразу на двигателе или, в лучшем случае, на одноцилиндровой установке.
Теперь дело дошло наконец до всего двигателя целиком. Только эти испытания будут решающими. Но как испытать двигатель в условиях высотного скоростного полета? Испытательная установка, имитирующая эти условия, становится громоздкой, сложнейшей, колоссальной.
Так выглядит современная станция для испытаний реактивных двигателей (из журнала «Америкен авиэйшн», 1957 г.).
Воздух входит в двигатель не просто из атмосферы. Его давление либо предварительно повышается, либо понижается; он либо охлаждается, либо нагревается. Еще сложнее дело обстоит с газами, вытекающими из двигателя. Ведь на высоте они вытекают в среду с очень малым давлением. Значит, и здесь на выходе из двигателя должен существовать вакуум. Для этого приходится устанавливать серии массивных вакуум-насосов, требующих мощных двигателей. Мало того, до подачи в эти насосы газы должны быть охлаждены, так как иначе их объем будет слишком большим. Значит, нужно поставить батареи огромных охладителей. Целые реки воды втекают ежесекундно в эти испытательные станции, в них устремляются ураганные воздушные потоки, а из них рвутся наружу газы. Чтобы заглушить страшный шум работающего двигателя, коридоры-каналы для воздуха и газов перегораживают глушителями, стены здания сооружают из специального звукоизолирующего материала, покрывают слоями стеклянной ваты и других материалов, в которых должны завязнуть остатки звука…
А вот еще одна установка для испытаний двигателя. Мы рассказываем о ней не потому, что такие установки получили особенно широкое применение или ведущиеся на них испытания имеют какое-то особо важное значение. Просто это наглядный пример того, насколько сложной является проблема всестороннего испытания современных авиационных турбореактивных двигателей.
… Мы снова в кабине наблюдения испытательной станции. Через толстое многослойное стекло виден рвущийся с опор двигатель — его грохот здесь, в кабине, у пульта управления и приборных щитов, совсем не слышен. Испытание как испытание, что в нем особенного? И вдруг… Что это? Может быть, нам почудилось? Да и ведущий испытание инженер, кажется, совершенно спокоен. Значит, явно почудилось. А ведь отчетливо было видно, как в потоке воздуха, с огромной скоростью врывающегося в чрево двигателя, промелькнула… птица. Откуда ей взяться здесь, в испытательном боксе, если по пути в двигатель атмосферный воздух проходит через ряд фильтров и глушителей?! Никакая птица проникнуть через них, конечно, не может. Почудилось…
Схема устройства одного из боксов для испытания турбореактивных двигателей (из журнала «Флайт», 1957 г.).
Но снова — в двигатель стремглав влетела, нелепо растопырив крылья, еще одна птица. Потом еще, еще… Мы теперь видим, что ведущий испытание инженер командует появлением этих птиц. Быстрое нажатие красной кнопки на пульте — птица, еще нажатие — еще птица, два нажатия подряд — две птицы. А вот длительное нажатие — и целая стайка ворон или каких-то еще птиц, и разглядеть-то их как следует не удается, скрылась в утробе бешено работающего двигателя.
Что это, испытания турбореактивного двигателя на. птицах?! Чертовщина какая-то.
Но дело объясняется очень просто. Действительно, здесь проверяется, как сказывается на работе двигателя попадание в него птицы. И ясно, что такое испытание производится не случайно. Уж очень много бед доставляют ныне птицы авиации — сколько раз реактивные лайнеры разбивались из-за того, что с ними неуважительно обошлись птицы. Обычно это случается на взлете, но иногда и на высоте 1200–1800 метров, в сезоны перелета птиц. В одних только США за два года, 1961–1962, произошло более 60 случаев попадания птиц в турбореактивные и турбовинтовые двигатели самолетов, причем часто это заканчивалось катастрофой.
Конечно, иногда птицы вызывают катастрофы самолетов и по другой причине. Например, в 1962 году американский самолет с 17 пассажирами и членами экипажа разбился в 20 километрах от Балтиморы потому, что столкнулся со стаей лебедей и один из них разбил рулевое управление самолета 5*. Но чаще всего дело именно в двигателе. Вот только один из многих случаев. Большой американский турбовинтовой самолет «Электра» разбился при взлете в аэропорту Бостона 4 октября 1960 года, погибло 62 человека, и 11 человек было ранено. Причина — в двигатели самолета попали… скворцы 6*. Оказывается, компрессоры двигателей этого самолета при работе создают шум, очень похожий на стрекотание большого числа кузнечиков. Ошибка скворцов обошлась дорого.
5* Газета «Московская правда», 30 ноября 1962 г.