Российские беспилотники с пульсирующим ракетным двигателем



«Ох, ничего себе! Да это ж «Фау-1», — воскликнули мы, увидев экспонат одного из стендов на выставке «Армия-2017». И нет, это была не экспозиция, посвященная истории ракетной техники. Изделие представляло собой продукцию российской компании, единственной в нашей стране серийно выпускающей летательные аппараты с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем (ПуВРД). Чтобы узнать, чем хороша эта, казалось бы, ушедшая в историю силовая установка и как далеко продвинулась ее конструкция со времен Второй мировой, мы отправились в Казань.

Сейчас тема беспилотной авиации не сходит со страниц научно-популярных и военно-технических изданий, что связано с революционным техническим прорывом в этой области, но тема ведь далеко не новая. И особенно для Казани. Здесь в конце 1950-х было создано ОКБ «Сокол», которое разрабатывало, в частности, летающие мишени для учебных стрельб ПВО. В обновленном виде предприятие продолжает трудиться и по сей день, выпуская мишени на турбореактивных двигателях. Однако в конце 1980-х, в тяжелую для оборонпрома пору, бывшие сотрудники ликвидированного отдела перспективных разработок «Сокола» создали свой производственный кооператив, который, как это ни удивительно для тех времен, продолжил работу по созданию беспилотных летательных аппаратов. В наши дни компания «Эникс» выпускает несколько моделей беспилотников-разведчиков, а также мишени для ПВО, но в отличие от бывших коллег с «Сокола» фишка «Эникса» — ПуВРД.

Мнимая простота

«ПуВРД я заинтересовался еще в 1961 году, — рассказывает генеральный директор и главный конструктор АО «Эникс» Валерий Побежимов, — и с тех пор занимаюсь преимущественно им. Проблема в том, что когда мировая ракетная и авиационная промышленность перешла на турбореактивные двигатели, интерес к пульсирующему воздушно-реактивному двигателю сошел практически на нет. За минувшие десятилетия ТРД доведен до выдающихся показателей КПД и топливной эффективности, а доводкой ПуВРД никто, за редким исключением, не занимался. Это произошло частично из-за того, что ТРД очень сложен с инженерной точки зрения, но прост с точки зрения изученность происходящих в нем газодинамических процессов. С ПуВРД все обстоит с точностью до наоборот».

Российские беспилотники с пульсирующим ракетным двигателем

ПуВРД — это двигатель без движущихся частей (бесклапанная версия) и почти без движущихся частей (версия с клапаном). Бесклапанный ПуВРД представляет собой U-образную конструкцию, состоящую из камеры сгорания и подсоединенных к ней входной (более короткой) и выходной (более длинной) труб. Обе трубы обращены в одну сторону. При запуске в камеру сгорания поступает топливо (газ, бензин, керосин, угольная пыль) и закачивается воздух. Смесь поджигается электроразрядом, происходит вспышка. Топливная смесь, сгорая, расширяется, выхлопные газы устремляются в обе трубы, создавая реактивную тягу. Топливо подается постоянно. Но когда часть выхлопа уже покидает короткую входную трубу, другая часть еще продолжает двигаться по длинной выходной трубе. В камере сгорания возникает разрежение, из входной трубы туда засасывает воздух. В камеру сгорания попадает и часть выхлопа, в котором еще остаются несгоревшие фрагменты топлива. Они воспламеняются и начинается следующий цикл. То есть для поджига смеси электроразряда уже не требуется. Пульсация циклов «расширение — разрежение» происходит достаточно медленно — с частотой до 160 Гц, и поэтому работа ПуВРД сопровождается невероятно громким низкочастотным жужжанием. (Подробно о конструкции и принципах работы двигателя мы рассказывали в августовском номере «ПМ» за 2013 год).

Родом из России

ПуВРД, простейший реактивный двигатель внутреннего сгорания, родился в середине 60-х годов XIX века. Одним из его отцов стал русский инженер Николай Телешов. В то же время аналогичные конструкции представили француз де Луврье и швед Виберг. В XX веке подлинным энтузиастом этой силовой установки стал знаменитый советский ракетный инженер Владимир Челомей, который еще до Великой Отечественной активно изучал газодинамические процессы в двигателе и создавал свои конструкции. В конце войны Челомей познакомился с трофейными образцами немецкой крылатой ракеты V-1 («Фау-1»), разработанной Робертом Луссером и Фритцем Госслау. На основе собственных разработок и немецкого опыта Челомей сконструировал первые советские крылатые ракеты 10Х, 14Х, 16Х. Последняя разгонялась до 900 км/ч, что для ПуВРД было огромной скоростью, но надежды Челомея на то, что его любимое детище сможет эффективно работать на сверхзвуке, не оправдались. Пришлось переходить на ТРД.

Российские беспилотники с пульсирующим ракетным двигателем
Комплекс Е95 предназначен для обеспечения боевой подготовки войск и отработки (испытаний) средств ПВО. Мишень Е95М является имитатором маневренных целей типа ДПЛА, планирующих управляемых авиабомб, крылатых ракет и частично самолетов и вертолетов тактической и армейской авиации.

 

«В те времена проблема заключалась в том, что изу-чение сложных нелинейных процессов, происходивших внутри двигателя, находилось на ранней стадии, не было надежной математической модели для расчетов более эффективных ПуВРД, — говорит Валерий Побежимов. — Наша компания — единственная в стране, которая не только производит летающие мишени на этом типе двигателя, но и ведет исследовательскую работу для совершенствования технологий. Вот пример: французская компания Snecma производила свои ПуВРД с тягой 60 кг, у которых длина выходной трубы чуть меньше 3 м. Это очень много для летательного аппарата, который такой двигатель мог бы толкать вперед. Наши двигатели М135 с аналогичной тягой в три раза короче и прекрасно вписываются в размеры мишени E95. Сегодня уже есть надежная математическая модель, появились новые материалы, например жаропрочная керамика, — и все это могло бы серьезно улучшить характеристики ПуВРД, но мы небольшая компания, делаем все на свои средства и более широкие исследования проводить не можем».

Огонь по ушам!

ПуВРД не обязательно быть двигателем. Он может быть, например, эффективным генератором тепла — «Эниксу» приходилось строить по заказу нефтяников установку для подогрева воды, закачиваемой в нефтяную скважину. Могут найтись и более экзотические применения. «Например, двигатель, работающий на частоте 7 Гц, — рассуждает Валерий Побежимов, — при определенной мощности генерируемой звуковой волны мог бы выступать в роли своего рода акустического оружия: такой инфразвук гибелен для человека. С другой стороны, высказывались предложения построить ПуВРД со сверхвысокой частотой пульсации (с помощью электрического зажигания) — например, 20 000 Гц. Для человеческого слуха он работал бы бесшумно, но мог бы в теории развивать намного более мощную тягу. Однако для практического воплощения таких идей нужны серьезные дополнительные вложения».

Российские беспилотники с пульсирующим ракетным двигателем
Ресурс двигателя мишени рассчитан на 10 запусков; если ПВО стреляет метко, жизнь аппарата оказывается короче. В музее компании «Эникс» выставлена мишень, сбитая ракетным огнем ЗРПК «Панцирь». Осколки поразили не только корпус, но и сам двигатель.

 

Сейчас же применение ПуВРД представляется наиболее целесообразным именно для летающих мишеней. Главный фактор — невысокая стоимость силовой установки по сравнению с ТРД. Мишень рассчитана максимум на 10 пусков, но, разумеется, ее век может быть и короче, если она будет сбита. Для такого по сути расходного материала дорогой двигатель — большая роскошь. Мишени E95 и представленная недавно E08M (на сдвоенном ПуВРД) запускаются с катапульты, развивают скорость до 500 км/ч, действуют на высотах от 100 до 2000 м. В ходе полета (как в ручном режиме управления, так и в автономном) они способны осуществлять довороты и развороты, пикировать с углом наклона траектории до 30 градусов, выполнять фигуры «горка» и «змейка».

Сегодня на территории, занимаемой компанией «Эникс», сосредоточены как конструкторские, так и производственные подразделения. Тут делают двигатели и выполняют окончательную сборку мишеней. Здесь же в небольшом здании проходят испытания перспективных моделей и готовых серийных двигателей. Двигатель запускается в специальном помещении, отделенном от комнаты с управляющей аппаратурой стеной с окном из толстого стекла. И все равно приходится надеть наушники. Запущенный ПуВРД быстро раскаляется и издает свой фирменный низкий и очень громкий рокот. Звук легко проникает и в наушники, а без них этот рев можно слушать ну очень недолго!

Источник: www.popmech.ru





войдите VkontakteYandex

Комментарии