7. Самолеты с турбореактивными двигателями

   Турбореактивный двигатель (ТРД), хотя конструктивно и является наиболее сложным из рассмотренных выше типов реактивных двигателей (РДТТ, ЖРД, ПВРД, ПуВРД, ВРДК), но он имеет огромные преимущества по сравнению с ними в плане экономичности расхода топлива и управляемости режимами работы двигателя.

   ТРД состоит из следующих основных частей: входного устройства (диффузора), компрессора, камеры сгорания, газовой турбины и выходного устройства (реактивного сопла). По типу компрессора ТРД делятся на двигатели с центробежным компрессором и на двигатели с осевым компрессором. Осевой компрессор, в отличие от центробежного компрессора, позволяет получить большую степень повышения давления воздуха и обеспечивает получение больших секундных расходов воздуха, что в итоге увеличивает реактивную тягу двигателя. Кроме того, применение осевого компрессора позволяет минимизировать диаметр ТРД, что приводит к снижению аэродинамического сопротивления самолета как в случае размещения двигателя в фюзеляже, так и в мотогондолах под крылом. Но преимуществом центробежных компрессоров является то, что они более просты в конструктивном отношении и менее трудоемки в изготовлении, чем осевые.

   Как уже говорилось выше, в 1929 г. советский ученый Б.С. Стечкин опубликовал теорию ВРД, в которой впервые были даны уравнения для расчета тяги и кпд двигателя, а уже с 1930 г. под руководством В.В. Уварова начались практические работы по созданию таких двигателей. В результате в 1934 г. была построена и прошла длительные испытания первая высокотемпературная газотурбинная установка ГТУ-1, ставшая прообразом будущих турбореактивных и турбовинтовых двигателей. Установка состояла из одноступенчатого центробежного компрессора, кольцевой камеры сгорания и одноступенчатой газовой турбины. В 1936 г. в ХАИ разработали первый проект самолета с турбореактивным двигателем, спроектированным инженером А.М. Люлькой.

   К началу 1940 г. двигатель A.M. Люльки, получивший обозначение РТД-1, был готов на 70 %. Но начало войны заставило временно прекратить работу по РТД-1, а группу двигателистов, работавших над его созданием на территории Кировского завода в Ленинграде, отправить в эвакуацию. На основе исследований, проводившихся с 1937 г., А.М. Люлька подал в 1938 г. заявку на изобретение двухконтурного турбореактивного двигателя, авторское свидетельство на это изобретение ему вручили 22 апреля 1941 г. В 1944 г. A.M. Люлька получил возможность разрабатывать новый ТРД С-18 с тягой 1250 кгс. Несмотря на то что до окончания войны в Советском Союзе было разработано несколько проектов самолетов с ТРД (ХАИ-2, ЛаГГ-3РД-1, БИЧ с ТРД, Ла-ВРД и т. д.), на вооружении советских ВВС самолетов с турбореактивными двигателями (из-за отсутствия таковых) не было.

   В Англии пионером в области создания ТРД стал Ф. Уиттл. Вступив в ВВС Англии в шестнадцатилетнем возрасте в 1923 г., он через пять лет окончил авиационную школу в Корнуэлле, а в январе 1930 г. он начал процедуру патентования своего первого варианта двигателя с центробежным компрессором. Однако построить опытный образец своего двигателя он смог только в 1937 г., имея за плечами диплом Кембриджского университета и основанную им собственную фирму Power Jets Ltd.

   В апреле 1937 г. Ф. Уиттл провел успешные испытания двигателя, а в марте 1938 г. получил контракт от министерства авиации Англии на разработку и серийное производство ТРД. 15 мая 1941 г. совершил свой первый полет экспериментальный самолет Gloster E.28/39, оснащенный двигателем Уиттла W.1. На вооружение ВВС Англии в середине 1944 г. поступила первая партия истребителей Meteor F.Mk I с турбореактивными двигателями Rolls-Royce W.2B/23 Weiland I, которые до конца войны применялись в системе ПВО страны, в основном они занималась перехватом немецких крылатых ракет V1, которыми немцы обстреливали Южную Англию.

   В Германии разработка турбореактивных двигателей началась в 1936 г. на фирме «Хейнкель» в специально созданной для этой цели группе, которую возглавил недавний выпускник Геттингенского университета Х. фон Охайн, принятый на фирму по рекомендации своего научного руководителя профессора Р. Поля. В этой группе к сентябрю 1937 г. создали опытный образец ТРД HeS 1, а 27 августа 1939 г. экспериментальный самолет Не 178 с ТРД HeS 3B разработки фон Охайна впервые поднялся в воздух. Всего за годы войны группа фон Охайна разработала внушительный ряд двигателей – HeS 1, HeS 2, HeS 3, HeS 6, HeS 8, HeS 9, HeS 10, HeS 011, HeS 021, HeS 30 и др., но ни один из них так и не достиг стадии серийного производства.

   С 1938 г. к разработке ТРД подключились и другие немецкие фирмы. Так, например, в моторостроительном отделении фирмы «Юнкерс» под руководством А. Франца, получившего инженерное образование в Технологическом институте в Граце (Австрия), создавался один из первых немецких ТРД с осевым компрессором (Junkers LII 401, впоследствии получивший серийное обозначение Jumo 004).

   На заводе фирмы BMW в Мюнхене разрабатывались два типа ТРД с центробежным компрессором – BMW LII 757 P3304 (будущий BMW 002, руководитель разработки Х. Вайнрайх) и BMW L II 758 F9225 (руководитель разработки К. Лонер). Однако после передачи фирме BMW в 1939 г. завода фирмы Bramo (Brandenburgische Motorenwerke – филиал концерна «Сименс») в Шпандау, где проектировался ТРД с осевым компрессором (руководитель разработки Г. Острих), предпочтение было отдано последнему, получившему обозначение BMW LII 751 P3302, а позднее BMW 003 (серийное обозначение).

   Первым самолетом с ТРД, поступившим на вооружение люфтваффе летом 1944 г., стал истребитель Me 262, до окончания войны на вооружение поступили также самолеты Ar 234 и Не 162. Все они, оснащенные двигателями фирм BMW или «Юнкерс», принимали участие в боевых действиях.

   США позже, чем Англия, СССР и Германия, включились в процесс разработки самолетов, оснащенных ТРД. Поскольку такой тип двигателей американская промышленность не производила, то весной 1941 г. между США и Англией было достигнуто соглашение о помощи американской стороне в налаживании производства ТРД Ф. Уиттла. Это соглашение базировалось на законе о ленд-лизе, принятом конгрессом США 11 марта 1941 г. Ленд-лиз (англ. lend-lease, от lend – давать взаймы и lease – сдавать в аренду) изначально задумывался для оказания помощи в условиях войны Англии и странам Британского Содружества путем передачи военной техники, оружия, боеприпасов, снаряжения, стратегического сырья, продовольствия, различных товаров и услуг. В 1941 г. было принято решение создавать первые американские реактивные самолеты с использованием английских ТРД, которые затем стали выпускаться по лицензии американскими фирмами. В мае 1945 г. на вооружение ВВС США поступили первые самолеты Р-59 и Р-80, но в боевых действиях они не участвовали.

   В Японии к концу войны было разработано несколько проектов самолетов с ТРД («Ока» моделей 33, 43 и 53, Ки-162, J9Y, К-200 и др.). Многие из них разрабатывались с технической помощью Германии. Однако до окончания войны в состав японской авиации не поступил ни один серийный самолет с ТРД.