В небе завтрашнего дня - Карл Гильзин

Не менее серьезные задачи возникают и перед аэродинамиками. Нужно научиться точно рассчитывать аэродинамический нагрев быстролетящего самолета, определять температуру поверхности в любой точке. Для этого надо детально исследовать процессы, происходящие в пограничном слое. В частности, теплопередача в условиях полета в разреженной атмосфере с большой скоростью подчиняется иным законам, чем при полете в обычном, плотном воздухе. Необходимо также уточнить роль излучения тепла нагретым крылом в окружающую атмосферу. Некоторые данные позволяют считать, что такое излучение при его умелом использовании сможет значительно снизить температуру поверхности крыла и этим существенно отодвинуть «тепловой барьер».

Нужно найти и наивыгоднейшие формы самолета, чтобы уменьшить аэродинамический нагрев. Так, оказывается, что эти формы вовсе не всегда соответствуют минимальному лобовому сопротивлению. В частности, острая передняя кромка крыла, напоминающая лезвие ножа и характерная для современных сверхзвуковых самолетов, должна будет, вероятно, снова уступить место закругленной, овальной кромке. Сопротивление при этом возрастет, но зато температура крыла будет ниже 4*.

Не менее важны задачи создания самолетного оборудования, работоспособного в условиях «теплового барьера». Ведь в современной авиации роль вспомогательного оборудования стала исключительно большой. Все эти многочисленные устройства навигационного оборудования, электро-, радио- и радарного оборудования и многие другие жизненно важны для самолета, без них невозможен полет. А между тем они очень чувствительны к своей рабочей температуре и выходят из строя при ее чрезмерном повышении. И здесь, очевидно, работа должна вестись в двух направлениях: во-первых, нужны исследования в области создания «жароупорного» оборудования, способного работать при повышенных температурах (эти трудные исследования настойчиво ведутся в ряде стран), и, во-вторых, разработка охлаждения оборудования в полете.

Но если для приборов и агрегатов возможны два варианта решения задачи, то, к сожалению, только один путь остается, когда речь заходит о летчике, экипаже самолета. Работоспособность экипажа самолета должна быть обеспечена созданием наиболее благоприятной для человека температуры. Так возникает проблема создания «искусственного климата» в кабине самолета.

Эта проблема не представляет чего-нибудь принципиально нового для техники. Довольно давно применяются, например, установки для создания «искусственного климата» в зданиях — театрах, гостиницах, магазинах, жилых домах. Применяются эти установки — они называются установками кондиционирования воздуха — ив железнодорожных пассажирских вагонах и даже в автомобилях. Но задача авиационных установок подобного рода оказывается неизмеримо сложнее.

Наиболее широкое распространение в авиации получили установки кондиционирования, в которых воздух охлаждается при расширении в специальной турбине. В кабину самолета, изолированную от окружающей атмосферы, он поступает обычно из компрессора двигателя. Практически на всех высотах давление воздуха за компрессором еще достаточно для этого велико — ведь компрессор сжимает воздух раз в десять, а то и больше. Но и температура за компрессором при таком сжатии тоже сильно повышается и достигает 350–500°. Для охлаждения воздух из компрессора сначала пропускают по трубкам теплообменника, снаружи которых течет атмосферный воздух. А затем охлажденный воздух поступает в крохотную воздушную турбинку, вращающуюся со скоростью 100 тысяч и даже более оборотов в минуту. При расширении в турбинке давление воздуха снижается, тем самым снижается и его температура, так как турбинка совершает полезную работу, — ее мощность чаще всего расходуется на вращение вентилятора, который гонит атмосферный воздух через упомянутый выше теплообменник, улучшая этим предварительное охлаждение кабинного воздуха.

Теперь остается подать охлажденный до нужной температуры воздух в кабину самолета, предварительно увлажнив или осушив его, чтобы и влажность воздуха в кабине была тоже «комфортной». Нечего говорить, что нормальным должно быть и давление воздуха в кабине вне зависимости от высоты полета. Конечно, все эти процессы осуществляются автоматически, ими управляют довольно сложные регуляторы.

Установки для охлаждения с помощью воздушной турбинки — турбохолодильники — получаются очень компактными, легкими и вместе с тем способными поддерживать охлаждение воздуха в кабине огромного многоместного самолета, — так велика их «холодопроизводительность». Но, увы, они не пригодны для авиации завтрашнего дня. Ведь атмосферный воздух, которому передает свое тепло воздух, идущий из компрессора в кабину, при больших скоростях полета приобретает столь высокую температуру, что способен лишь нагреть кабинный воздух.

Вот почему сейчас интенсивно исследуются другие возможности кондиционирования воздуха. Так, например, бесспорные перспективы имеют установки с «теплоносителями» — хладоагентами, которые испаряются и при этом отводят тепло от кабинного воздуха. Именно такие системы нашли наиболее широкое применение для комнатных и различных других стационарных холодильников. В них испаряется аммиак, фреон или другой хладоагент — и при этом охлаждается воздух в камере холодильника. Правда, для авиации придется подобрать такой хладоагент, который был бы пригоден при высоких температурах «теплового барьера». Ученые создают и исследуют десятки, сотни различных веществ, стремясь найти наилучший хладоагент для авиации будущего.

Если полет кратковременный, то хорошие результаты можно получить, используя так называемую испарительную систему охлаждения. В этом случае кабинный воздух отдает свое тепло (до расширения в турбохолодильнике) какой-нибудь жидкости, свободно испаряющейся в атмосферу. Конечно, жидкость безвозвратно теряется, но если полет с большой скоростью не очень продолжителен, то это не так уж страшно.

Трудно даже перечислить все направления, по которым ведется в настоящее время штурм, точнее — подготовка к штурму «теплового барьера». Тут и теплоизоляция самолета слоями специального материала; и охлаждение обшивки самолета методом «выпотевания» (обшивка делается пористой, и через нее выдавливается охлаждающая жидкость, испаряющаяся на поверхности); и такая защита поверхности, когда на нее заранее в наиболее опасных местах наносятся слои вещества, которое «погибнет» само — расплавится или даже, может быть, испарится, — но зато спасет жизненно важные части самолета.

Проблемы охлаждения «сверхзвуковых самолетов» еще ждут своего решения. И это решение будет найдено.

«Тепловой барьер» под натиском науки и техники будет непрерывно отступать.

3* Правда, обычно топливные баки изолируют от атмосферы, создавая в них повышенное давление. При этом увеличение испаряемости топлива приводит к увеличению этого давления и, следовательно, веса баков.

4* Об этом сообщает, например, журнал «Эроплейн», 1959 г.

Глава VIII. Дорога в будущее

Из этой главы читатель узнает о том, как создается сегодня авиационная техника завтрашнего дня, как в лабораториях и на экспериментальных станциях испытываются самолеты и двигатели будущего, какие труднейшие задачи приходится при этом решать.

Летчик, испытывающий самолет, вручает свою жизнь людям, создавшим новую машину.

Но не одно это делает движение авиации вперед таким специфичным, особым, не похожим на развитие других отраслей науки и техники.

Вот произошла катастрофа экспериментального самолета. Погиб летчик, погиб самолет. Что случилось там, в небе? В чем порок, как его устранить?

Хорошо, если летчик спасся, выбросившись на парашюте. А если это беспилотный самолет, ракета или управляемый снаряд? Кто расскажет, в чем причина неудачи?

И даже это еще, пожалуй, не самое существенное. Разве может конструктор самолета или беспилотной ракеты передать их на испытания, не будучи твердо уверенным в успехе? Но на чем должна быть основана эта уверенность? На опыте прошлого? Но в авиации новое всегда так сильно отличается от старого. На предвидениях теории? Но в науке так много недомолвок, в особенности если это наука авиационная, стремительно развивающаяся.

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.