О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Стремительный взлет многотонной крылатой машины, опирающейся на огненно-дымные столбы ракетных ускорителей способен у любого человека вызывать бурю эмоций, даже если самолеты стали для него уже чем-то привычным. Вот об этом сегодня и вспомним. Больше, конечно, не об эмоциях, а о некоторых технических особенностях агрегатов их вызывающих и о подробностях их истории.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Взлет Martin PBM Mariner с пороховыми ракетными ускорителями.

Что удерживает самолет в воздухе? По сути дела, это две силы: подъемная и сила тяги двигателя. Первая действует напрямую, а вторая работает опосредовано. Во-первых, тяга дает скорость , без которой как раз и нет подъемной силы, во-вторых, работает против лобового сопротивления, а в-третьих, прибавляется к подъемной силе через свою вертикальную составляющую, когда угол тангажа отличен от нуля.

Влияние этой составляющей может быть довольно ощутимым. В принципе, при достаточно большой тяге, она может удержать аппарат в воздухе даже без наличия аэродинамической подъемной силы. Двигатель, как известно, сердце самолета, и  без хорошего мощного сердца нормальной летной жизни у любого летательного аппарата не будет.

Очевидно, что, если мы хотим, чтобы самолет быстрее набрал взлетную скорость и поднялся в воздух, а потом  столь же быстро, имея хорошую скорость, набрал положенную высоту, то это значит, что тяга двигателей должна обеспечивать ему такую возможность.

Человек всегда хотел от самолета многого. Чтобы летал быстрее и выше и при этом не требовал больших специальных аэродромов, да к тому же без проблем брал на борт много груза.

Желания не всегда, как известно, совпадают с нашими возможностями, особенно с техническими. Конечно, наука и самолетостроение не стоит на месте, и сейчас у современных самолетов возможности уже достаточно большие. Например, говоря о тяге, можно вспомнить такой параметр как тяговооруженность (отношение суммарной тяги двигателей к весу самолета). Для современных истребителей она больше единицы (ПАК ФА Т-50 – 1.38), то есть такой самолет обладает высокими тяговыми возможностями и формально может подниматься вертикально, как ракета.

Однако, так дела обстояли не всегда. На различных этапах развития авиации, как поршневой, так и реактивной, когда двигателестроение еще не достигло необходимых высот и не могло обеспечить растущие запросы эксплуатантов авиационной техники, инженерам часто приходилось разрабатывать  нововведения для возможного решения различных задач, связанных со скоростными и высотными характеристиками ЛА и требующих большой тяги двигателя.

Задачи эти чаще всего были достаточно специфичными, даже экстремальными и поэтому касались практически только военной авиации, хоть и в различных областях ее применения. Например, если ВПП аэродрома уничтожена противником, то может встать задача обеспечения взлета с коротких участков сохранившегося полотна.

Или же обеспечение взлета тяжело-нагруженного транспортного самолета с достаточно короткой полосы, а также с грунта различной прочности. Сюда же можно отнести взлет с полосы расположенной в высокогорье или в области с высокой температурой окружающего воздуха (или и то и другое вместе), то есть в условиях, когда тяга двигателя  и аэродинамические характеристики не достигают своих максимальных значений.

Кроме того к специфическим задачам можно отнести задачи, решаемые истребительной авиацией ПВО. Здесь, например, может возникнуть необходимость защиты различных наземных объектов в местах отсутствия стационарных аэродромов, на которых могли бы базироваться истребители ПВО. Такие проблемы были актуальны для районов Дальнего Востока и Крайнего Севера в Советском Союзе  50-х г.г., начала 60-х г.г. И решались они путем экспериментальных исследований возможности безаэродромного старта самолетов.

Такого же типа задачи ставились и за рубежом (в частности в США) примерно в то же время. Правда, цели здесь преследовались несколько иные. По мнению экспериментаторов безаэродромный старт позволил бы в большой степени обеспечить вывод самолетов-носителей ядерного оружия из-под удара противника (то есть СССР), т.к. аэродромы – это один из первых объектов такого удара.

Кроме того истребители ПВО призваны были решать задачи уничтожения скоростных и высоколетящих целей (особенно актуально опять же для 50-х, начала 60-х г.г.). В этом случае достаточный запас тяги, используемый в нужный момент, обеспечивал бы возможность для истребителя «достать» и гарантированно уничтожить нарушителя границ воздушного пространства.

Так или иначе, интерес к проблемам улучшения взлетно-посадочных и высотно-скоростных характеристик самолета именно в плане достаточного ускорения в необходимый момент времени существовал практически всегда. Но не всегда существующие на конкретных этапах развития авиации самолетные двигатели могли обеспечить решение такого рода проблем.

Если штатный двигатель самолета уже работает на пределе своих возможностей (взлетный, максимальный и форсажный режимы), то получить дополнительную тягу для большего ускорения можно только путем использования дополнительных двигателей. Однако при этом далеко не всегда можно установить еще один такой же движок, и тем более не всегда такой путь может решить имеющуюся проблему, да еще и без возникновения новых.

Зато иной раз можно поставить двигатель другого принципа действия, обладающий достаточно высокими тяговыми характеристиками. Здесь есть два варианта. Если это полноценный маршевый двигатель, то получаем комбинированную силовую установку. Подобных проектов в истории авиации существует достаточно много. И это тема для отдельной статьи :-) .

А во втором варианте это может быть значительно более простой, именно вспомогательный двигатель с определенной целью и спецификой его применения. Обычно это означает большую  тягу в необходимые (экстремальные) моменты полета и кратковременность работы. Он должен быть максимально к этому приспособлен, но к тому же не быть помехой для самолета ни в конструктивном, ни в эксплуатационном плане, ни в плане лишнего расхода топлива и т.п. на крейсерских режимах. То есть это должен быть именно и только ускоритель.

Таким условиям вполне может удовлетворить устройство, основу которого составляет ракетный двигатель. По сути дела, такого рода агрегаты и есть так называемые ракетные ускорители. Вот на их применение мы и обратим свое внимание.

Наиболее простым по устройству и возможностям эксплуатации является твердотопливный ракетный ускоритель (ТТРУ), так же как и его принципиальная основа – РДТТ (ракетный двигатель  на твердом топливе). Главный (и практически единственный) режим его применения – это старт или взлетный режим. Поэтому твердотопливные (или пороховые) ускорители в основе своей стартовые и предназначены для улучшения взлетных характеристик  самолета.

Однако, кроме РДТТ, как известно, есть еще и жидкостный ракетный двигатель (ЖРД). Он также применялся в качестве основного элемента авиационных ракетных ускорителей (хотя и значительно реже, чем РДТТ). Основная (хотя и не единственная) область его применения – разгон самолета в полете для улучшения его высотно-скоростных характеристик.

Применение авиационных ускорителей берет свое начало с конца 20-х г.г. и довольно богато интересными событиями.

СССР в предвоенный период и в ВОВ.

В СССР впервые применение пороховых стартовых ракетных ускорителей было освоено на учебном самолете У-1. В марте 1931 года проводились испытания под Ленинградом на Комендантском аэродроме, бывшем тогда учебной и испытательной базой советских ВВС.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Самолет У-1.

На нижнее крыло биплана У-1 были установлены два ускорителя (по одному с каждой стороны), созданных в ленинградской газодинамической лаборатории (ГДЛ) под руководством В.И.Дудакова (один из ведущих инженеров ГДЛ). Тогда было выполнено более ста взлетов с ускорителями и во многих из них время разбега составляло всего 1,5 сек.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Расположение порохового ускорителя на крыле У-1.

Эти работы продолжились в октябре того же, 1933-го, когда твердотопливные ускорители конструкции В.И. Дудакова были опробованы на тяжелом бомбардировщике ТБ-1 (АНТ-4). Они устанавливались на крыле по три штуки на каждой консоли. Варианта установки было два (как и используемых самолетов). В первом на верхней части консоли устанавливались два ускорителя и один на нижней. Во втором все три ускорителя стояли на верхней части консоли.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Бомбардировщик ТБ-1.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Один из вариантов расположения ускорителей на самолете ТБ-1.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Вариант расположения ускорителей на крыле ТБ-1.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Старт ТБ-1 с ракетными ускорителями.

Результаты были впечатляющими. Длина разбега тяжелого бомбардировщика сократилась практически на 80% с 280 м до 55 м. В связи с этим сразу возникли идеи о возможном использовании ускорителей не только для взлета с  малых площадок, но и для взлета с повышенной боевой нагрузкой, то есть в так называемом перегрузочном варианте. Кроме того предполагалось использование ракетных ускорителей для взлета на лыжах с раскисших аэродромов в межсезонье.

В процессе работ выяснилась важность правильного выбора места установки и способа крепления этих агрегатов. Оказалось, что большая тяга, развиваемая практически мгновенно, оказывает очень сильное, фактически ударное воздействие на узлы крепления, а большой объем пороховых газов негативно воздействует на хвостовое оперение, вплоть до возможности возникновения бафтинга (сильных автоколебаний конструкции).

В дальнейшем в Советском Союзе эксперименты с пороховыми ракетными ускорителями, применяемыми уже не для старта, а для кратковременного увеличения скорости полета проводились в 35-36 г.г. на самолетах И-4 (АНТ-5) и И-15, а в 1943 году на бомбардировщике Пе-2.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Истребитель И-4.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Истребитель И-15.

Использовались ускорители конструкции РНИИ (Реактивный Научно-Исследовательский Институт, созданный в 1933 году слиянием ГДЛ и ГИРД; был закрыт в 1944 г.). На самолет устанавливались комплектами по три штуки с каждой стороны (крыло), то есть всего шесть. Каждый ускоритель имел тягу 450-500 кгс и работал 2,5-3 с.

Однако,  широкого применения в советской авиации твердотопливные ускорители так и не нашли вплоть до начала 50-х годов. А вот применение ЖРД в этом качестве оказалось гораздо более энергичным, хотя и здесь сколько-нибудь широкого серийного производства все же осуществлено не было.

Существовало довольно много проектов самолетов с винто-моторной силовой установкой для которых в качестве дополнительного двигателя-ускорителя рассматривался именно ЖРД. Многие из них были воплощены «в железе».

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Жидкостный ракетный двигатель ОРМ-52.

В период с начала 30-х годов по 1946 год в СССР осуществлялось несколько такого рода разработок. ЖРД устанавливался в комплекте с поршневым двигателем и предназначался для кратковременной работы в течение нескольких минут (обычно не более 5-ти). В течение этого времени самолет должен был существенно повысить такие важные характеристики, как скорость и потолок.

Первым был проект истребителя И-4 с двумя ЖРД ОРМ-52 конструкции В.П.Глушко, размещаемыми под консолями нижнего крыла. В качестве топлива использовался керосин, окислитель – азотная кислота. Время работы двигателей до выработки топлива – одна минута, тяга – около 300 кгс. Зажигание было химическое (то есть самовоспламенение) с использованием пускового топлива.

Во второй половине 1943 года проводились испытания бомбардировщика Пе-2РД (РУ) с  ЖРД РД-1 конструкции В.П.Глушко с тягой 300 кгс, который устанавливался в хвостовой части фюзеляжа. Дополнительный двигатель запускался как в воздухе, так и на взлете. Топливом служил керосин, окислителем – азотная кислота, зажигание – электрическое от свечей.

В процессе полетов (выполнено около 100) было достигнуто увеличение максимальной скорости у земли более чем на 80 км/ч, возросла скороподъемность, значительно сократилась длина разбега. Тяга РД-1 могла регулироваться  из кабины при помощи дроссельных вентилей. Подача компонентов в камеру сгорания осуществлялась сжатым воздухом, а питание систем от аккумуляторов самолета.

Разработки велись с участием С.П.Королева и в их процессе рассматривались различные варианты ускорителя для Пе-2 (РУ – реактивная установка)) :  РУ-1у – бомбардировщик, разведчик с улучшенными летными характеристиками; РУ-1в – высотный одноместный истребитель (высоты 13-15 км, скорость 760 км/ч); РУ-1с – стартовый вариант со временем работы на старте до 30 сек и увеличенной тягой до 800 кгс.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Бомбардировщик Пе-2.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Жидкостный ракетный двигатель РД-1.

Опыт работы с Пе-2РД в дальнейшем был использован при установке ЖРД на истребители. Актуальность этого вопроса повысилась в 1944 году, когда на фронте появились немецкие самолеты с турбореактивными двигателями. В Советском Союзе своих реактивных самолетов тогда еще не было, так же, как не было достаточно легкого поршневого двигателя мощностью более 2000 л.с.

Но при этом существовали довольно серьезные наработки по ЖРД и в этот период времени их использование для хотя бы кратковременного повышения высотно-скоростных характеристик самолета (например во время воздушного боя) показалось вполне логичным.

Со второй половины 1944 года разработки подобного рода велись сразу в нескольких КБ. Это были проекты самолетов Ла-7Р, Як-3РД, Ла-5ВИ, Су-7, Ла-120Р(130Р). Все эти самолеты проектировались и строились на базе серийных, за исключением Су-7 (на базе экспериментального Су-6) и  Ла-120Р (на базе опытного Ла-120).

На начальном этапе на всех самолетах использовался уже упомянутый двигатель РД-1 (электрозажигание при помощи свечей), в дальнейшем его модификация РД-1ХЗ с более надежным химическим зажиганием. Для этого использовалось самовоспламеняющееся пусковое топливо (смесь карбинола с бензином). Двигатель устанавливался в хвостовой части фюзеляжа.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Самолет Ла-7Р-2 с ракетным ускорителем РД-1ХЗ.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

ЖРД РД-1ХЗ. Самолет Ла-7Р-2.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Истребитель Як-3РД с ракетным ускорителем РД-1ХЗ.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Экспериментальный самолет Су-7.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Обслуживание двигателя РД-1ХЗ. Самолет Су-7.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Экспериментальный самолет Су-7. Опробование ЖРД.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Опытный истребитель 120Р.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Опробование двигателя РД-1 на самолете "120Р".

На самолете Ла-5ВИ (высотный истребитель, работы велись под руководством С.П.Королева) должно было быть установлено три двигателя РД-1: один в хвостовой части и два в гондолах под крылом. В этих же гондолах размещался окислитель. Планировалось также возможность использования одного, более мощного двигателя РД-3 вместо трех РД-1.  Ла-5ВИ остался проектом, наработки которого были использованы при создании Ла-7Р.

Несмотря на то, что в испытательных полетах был достигнут ощутимый прогресс в улучшении летных характеристик самолетов (например увеличение скорости до 100 км/ч и более), программа использования ЖРД в качестве ракетных ускорителей была свернута в 1946 году. Причины тому было несколько и все они существенные.

Существующие двигатели из-за своей специфики не годились для применения в авиации. Они были очень не надежны, часты были поломки, имели место взрывы с разрушением конструкции. В качестве окислителя использовался очень агрессивный компонент – азотная кислота, что делало аэродромную эксплуатацию немыслимо сложной и довольно опасной.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Ла-7Р после взрыва жидкостного ракетного двигателя РД-1.

Элементы конструкции двигателей имели очень малый ресурс (до 45 мин работы на режиме максимальной тяги). Расход топлива на этих двигателях тоже был достаточно большим. А ведь оно занимало место основного топлива для главного маршевого двигателя, что в общем случае снижало дальность полета самолета.

В дальнейшем, с середины 50-х годов, когда был уже набран достаточный опыт в строительстве ЖРД, как в СССР, так и на Западе создавались экспериментальные самолеты с ЖРД-ускорителями в качестве вспомогательных двигателей. Некоторые из них использовались для изучения проблем полета на сверхзвуке, некоторые в качестве тренировочных самолетов, другие планировались к серийному выпуску для использования в ВВС. Однако ни один из них серийным боевым самолетом так и не стал.

Германия, II Мировая Война. Некоторые факты.

Первое фактическое применение ракетных ускорителей, использованных для старта и дальнейшего полета, состоялось в марте 1928 года в Германии на планере немецкого конструктора-аэродинамика Александра Липпиша (Alexander Martin Lippisch), носившем название Ente. По-немецки это означает «Утка». Планер был построен именно по аэродинамической схеме «утка».

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Планер Ente. Вид спереди.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Планер Ente с пороховыми ускорителями.

На планере было установлено два твердотопливных ракетных двигателя, каждый из которых работал в течение 30 сек. Розжиг был электрический. Было совершено два полета. В первом из них ракетные ускорители работали поочередно. Планер успешно взлетел и, пролетев 1500 м за одну минуту, успешно приземлился. Второй полет с одновременным включением обоих агрегатов из-за взрыва одного из них закончился неудачей. Начало, однако, было положено.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Планер Gotha Go242 в полете.

В дальнейшем, с началом Второй мировой войны, и особенно в ее второй половине, когда многие немецкие  аэродромы выводились из строя в результате бомбардировок, ракетные ускорители довольно широко применялись в немецкой авиации, тем более что номенклатура их производства германской промышленностью была достаточно большой.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Транспортный планер Messerschmitt Me 321 Gigant. Под крылом видны стартовые ускорители (?).

В частности, их использовали для старта бомбардировщиков, в том числе вновь созданных, с реактивными двигателями, которые не могли пока еще обеспечить достаточную тягу, или для старта больших тяжелых военных планеров типа  Gotha Go 242 или Messerschmitt Me 321 Gigant.

Применялись как ускорители на основе РДТТ, так и ЖРД. Например, среди твердотопливных достаточное распространение получили стартовые ракетные ускорители фирмы Rheinmetall-Borsig с наименованием 109-502 (RI.502 – фирменное обозначение). Это были простые однокамерные устройства с дигликолевым порохом и электроподжигом. Время работы одного устройства составляло около шести секунд с тягой порядка 600 кгс. При более кратковременной работе максимальная тяга могла достигать 900 кгс.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Пороховые ракетные ускорители RI 502 фирмы Rheinmetall-Borsig.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Пороховые ускорители RI 502 фирмы Rheinmetall-Borsig на задней части фюзеляжа планера Gotha 242A-1.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Ускорители RI.502 под фюзеляжем Ме-262 V5. Ракетные ускорители перед установкой на Ме-262, органы управления ими в кабине Ме-262.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Пороховые ракетные ускорители на самолете Ме-262. Показано на модели.

Такие ускорители ставили на планера (в хвостовой части фюзеляжа) и некоторые самолеты, в частности на реактивный Ме-262 (под фюзеляж за нишами шасси), который на относительно коротких (менее 1400 м) и небетонированных полосах практически не мог без них обходиться. Позже появились стартовые ТТРУ других фирм: WASAG типы 109-522/532/543 и Schmidding типы 109-563/593.

В качестве жидкостного стартового ракетного ускорителя широкое распространение получило устройство разработанное фирмой Hellmuth Walter Kommanditgesellschaft (HWK) под наименованием HWK-109-500 (RII.201/202b). Семейство HWK-109-500 (в дальнейшем появился еще 501) получило название Starthilfe, что в переводе с немецкого по сути дела означает «помощь при старте», то есть как раз то, в чем и заключаются функции ускорителя.

Разработки по этой теме начались в Германии еще в 1937 году, а в 1939 году в США были дополнительно закуплены технологии, ускорившие процесс.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Ракетный ускоритель HWK 109-500 в музейной экспозиции (рядом с ним его камера разложения).

Главная особенность HWK-109-500 в том, что это был однокомпонентный ЖРД. Это так называемая «холодная система», в которой не происходит сгорания и камеры сгорания, как таковой, нет. Есть так называемая камера разложения. Сам процесс достаточно прост и эффективен. В двигателе использовалось топливо с обозначением T-Stoff.

Пара слов об этом не всем понятном обозначении и его происхождении….

При работе ракетных двигателей различных схем используются довольно много различных химических веществ, составов и компонентов. Это топлива, окислители, катализаторы, монотоплива, стабилизаторы и т.д. Однако список их, в общем-то, известен. Для удобства работы немецкие ученые и инженеры, занимавшиеся ракетной техникой еще до Второй мировой войны присвоили каждому элементу из имеющегося у них списка свое специальное наименование, состоявшее из одной буквы и слова «stoff».

Это слово означает в немецком «вещество». Например, водород в немецком Wasserstoff, кислород – Sauerstoff и т.д. Получилась довольно удобная кодировка, некоторыми элементами которой до сих пор пользуются специалисты-ракетчики.

При работе ракетного ускорителя HWK-109-500 использовались элементы T-Stoff и Z-Stoff. Первый элемент – это перекись водорода высокой концентрации (обычно 80%) – Н2О2. Второй – это катализатор. В качестве катализатора использовались перманганаты: калия (марганцовка) – KMnO4 или кальция – Ca(MnO4)2.

Сам процесс заключается в следующем. Перекись водорода в присутствии катализатора интенсивно разлагается на воду и кислород. При этом довольно ощутимо растет температура (вплоть до 600°С). Все это происходит в специальной камере (камера разложения), куда подается топливо ( сжатым воздухом).

Образующаяся в результате нагретая паро-газовая смесь выходит из камеры через сопло, генерируя реактивную тягу. Тягу из кабины мог регулировать пилот, открывая или закрывая электроклапан, регулирующий подачу сжатого воздуха.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Жидкостный ракетный ускоритель HWK-109-500 (RII.202b), внутреннее устройство.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Схема устройства ускорителя HWK 109-500. 1. - баллоны с воздухом. 2,3 - клапана различного назначения. 4. - емкость с Т-stoff. 5. - емкость с Z-stoff. 6. - камера разложения.-

Ускорители устанавливали на самолетах и планерах по одному (или несколько) под каждой консолью крыла. Время работы HWK 109-500 оставляло около 30 сек, тяга 500 кгс, собственный вес 125 кг.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Ускоритель HWK-109-500 (RII.202b) подкрылом планера Gotha 242A-1.

Агрегат оказался очень надежным. Всего за время эксплуатации было произведено около 3000 стартов самолетов и планеров с такими ракетными ускорителями и при этом не зафиксировано ни одного серьезного отказа.

HWK 109-500 применялся на многих самолетах и планерах, наиболее часто на реактивном бомбардировщике-разведчике Arado Ar 234 „Blitz“, тяга двигателей которого (Jumo 004) была явно недостаточной. Ускорители стали практически постоянной принадлежностью этого самолета.

Первоначально ускорители после отработки оставались на самолете, однако несколько позже систему доработали и появилась возможность их сброса и спуска на парашютах. Парашют в уложенном виде располагался на фронтальной части (видно на фото). То есть ускорители имели возможность многократного использования. Всего за время войны было изготовлено более 6000 единиц таких агрегатов.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Самолет Arado 234B-1 с ускорителями HWK-109-500 в музейной экспозиции.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Старт самолета Arado Ar 234 с работающими ускорителями HWK 109-500 .

Ракетный ускоритель HWK 109-501, выпущенный небольшой серией, внешне мало отличался от своего предшественника, но при этом был уже двухкомпонентным ЖРД. В качестве топлива использовалась смесь керосина с гидразином (Br-Stoff + B-Stoff – около 20 кг), в качестве окислителя 80%-ная перекись водорода (T-Stoff – 220 кг), в качестве катализатора реакции перманганат кальция (Z-Stoff – около 12 кг).

Здесь уже существовала камера сгорания, в которую подавались топливо и окислитель (сжатым воздухом) и весь процесс был «горячим». Перекись водорода еще при этом охлаждала камеру сгорания.

В течение 30 с HWK 109-501 мог выдавать тягу в 1500 кгс, а в течение 42 с – 1000 кгс. Несмотря на большие тяговые возможности этот ракетный ускоритель оказался малопопулярен из-за усложненной конструкции и состава топливных компонентов. Гидразин ведь, как известно, очень токсичен. В основном он применялся на экспериментальном самолете с крылом обратной стреловидности Ju-287 из-за небольшой тяги его собственных движков.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

HWK 109-501

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Экспериментальный самолет Ju-287 с ускорителями HWK 109-501.

Стоит сказать, что «холодный» принцип с однокомпонентным топливом был применен еще на одном двигателе фирмы HWK времен войны, хотя и не в плане формирования основной тяги. Это классический «горячий»ЖРД (до 1750ºС), но его турбонасосный агрегат, подающий компоненты топлива в камеру сгорания приводил в действие все тот же T-Stoff, разлагаясь в присутствии катализатора.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Жидкостный ракетный двигатель HWK109-509.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Жидкостный ракетный ускоритель HWK 109-509.S-2 в раме для установки на самолет Me 262 C-3a.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Схема самолета 262 C-3a Heimatschützer IV с ускорителем HWK 109-509.S-2 под фюзеляжем.

Это двигатель HWK 109-509 (RII.211), который устанавливался на известный ракетный истребитель конца войны Messerschmitt Me 163В Komet в качестве маршевого. Его улучшенная и облегченная модификация HWK 109-509.S-2 планировалась к установке в качестве ракетного ускорителя на Me 262 C-3a Heimatschützer IV на специальной раме под фюзеляжем.

Двигатель должен был выдавать тягу до 2000 кгс. Были  также планы замены штатных ТРД  Jumo 004 двумя HWK 109-509 (RII.211) на экспериментальном Ме-262 С3 Heimatschützer III. Однако ни первое, ни второе окончательно так и не было сделано. Война закончилась.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Истребитель Messerschmitt Me 163В Komet.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Самолет Ме-262.

Однако, в качестве ракетного ускорителя двигатель HWK 109-509 (RII.211) все же успел побывать. 27 февраля 1945 года в небо поднялся Me 262 C-1a Heimatschützer I, у которого в хвостовой части была установлена версия 109-509.S-1.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Взлет Me 262 C-1a Heimatschützer I с работой HWK 109-509.S1 в его хвостовой части.

Топливом в двигателе служила смесь C-stoff (57% – метиловый спирт (метанол),  30% – гидразин, 13% – вода, плюс катализатор 431 K3Cu(CH4)).

В качестве окислителя использовался T-stoff. Зажигание самопроизвольное.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Схема Me 262 C-1a Heimatschützer I с ускорителем HWK 109-509.S1.

Максимальная тяга двигателя составляла около 1700 кгс и могла регулироваться из кабины. Он включался как на земле, так и в воздухе. С его помощью на высоту 11700 м самолет поднимался за 4,5 минуты.

Еще один интересный проект с применением жидкостного ракетного ускорителя был выполнен фирмой Bayerische Motoren Werke AG (BMW AG). По сути дела это была комбинированная силовая установка, основой которой являлся турбореактивный двигатель BMW 003, над выходной частью которого был смонтирован  ускоритель с ограниченным временем работы.

Комбинированный двигатель имел название BMW 003 R (TLR 109-003) и предназначался для модификации самолета Ме-262 – Me 262 C-2b Heimatschützer II, а также для модификации истребителя  Heinkel He 162 Volksjäger – He 162Е. На Ме-262 ускоритель был опробован в полете только однажды 26 марта 1945 года, примерно тогда же состоялся полет Не-162Е. На большее времени уже не оставалось. Дата говорит сама за себя :-) .

Вспомогательный движок, хотя и был смонтирован с основным без предусмотренного съема в эксплуатации, но оставался самостоятельным «горячим» ЖРД (за исключением того, что топливный насос ускорителя приводился от ротора главного ТРД) с наименованием BMW 718 (109-718). На нем использовалось топливо R-Stoff, представляющее собой смесь технических триметиламина и ксилидина (50/50, высокотоксичная жидкость). Это топливо еще носило название TONKA-250 и в дальнейшем использовалось при эксплуатации ракетной техники в Советском Союзе под наименованием ТГ-02.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Двигатель BMW 003 R с ускорителем BMW 718.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Самолет Me 262 C-2b Heimatschützer II.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Самолет Heinkel He 162 Volksjäger.

В качестве окислителя использовался жидкий состав SV-Stoff. В русском языке он носит название «красная дымящая азотная кислота» (или буродымная кислота). В английском ему соответствует аббревиатура RFNA (Red fuming nitric acid). Это смесь азотной кислоты и тетраксида азота. Для  SV-Stoff состав RFNA в Германии во время войны был таков: HNO3 + N2O4 ( 94%+6%).

Двигатель BMW 003 R в комплексе с BMW 718 мог выдавать около двух тонн тяги в течение 3-х минут ( собственный весь ускорителя не превышал 80 кг, собственная тяга около 1259 кгс). По некоторым данным такая тяга обеспечила подъем Me 262 C-2b (с двумя двигателями BMW 718) на высоту 9000 м за три минуты.

Для справки: 109 – цифровой код из перечня двигателей для летательных аппаратов в Министерстве авиации Германии во времена Второй Мировой Войны: Reichsluftfahrtministerium  или RLM), соответствующий воздушно-реактивным и ракетным двигателям. 500 – номер в подразделении.

Что касается США,

… то там официальные разработки (с государственным финансированием) по стартовым ракетным ускорителям, проводившиеся, кстати, в рамках общих работ по ракетному вооружению для самолетов, начались в 1938 году в лаборатории аэронавтики Гуггенхайма в Калифорнийском технологическом университете  - Guggenheim Aeronautical Laboratory at the California Institute of Technology (GALCIT).

В начале августа 1941 года состоялись летные испытания стартовых пороховых ракетных ускорителей на легком самолете ERCO Ercoupe. Под крыло (центроплан) были подвешены шесть зарядов (в английском JATO(RATO) bottles) c тягой по 12,5 кгс. Самолет взлетел, сократив дистанцию разбега наполовину. Время горения ускорителей составило 12 с.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Самолет ERCO Ercoupe (военный вариант, декабрь 1941г.).

На фото, зафиксировавшем это событие, видно, что самолет, обладающий одинаковыми с Ercoupe взлетными параметрами и начавший разбег одновременно с ним, все еще на земле, а Ercoupe уже высоко в воздухе.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Взлет самолета ERCO Ercoupe с ускорителями.

Чуть позже, 23 августа 1941 года был совершен полет того же самолета со снятым воздушным винтом и установленными 12-ю ракетными ускорителями. То есть это был первый в Америке полет самолета на ракетной тяге.

Уже тогда для военного командования США стала понятна простота и выгодность применения стартовых пороховых ракетных ускорителей для взлета тяжело-нагруженых самолетов с коротких полос, грунтовых аэродромов, с палуб авианосцев, а также гидросамолетов с водной акватории ограниченной площади, что и делалось, хоть и не массово, но с успехом в последующее время.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Взлет самолета Martin PBM Mariner с 4-мя пороховыми ускорителями (общая тяга 1800 кгс).

В первой половине 40-х годов проводились также эксперименты по применению жидкостных ракетных ускорителей. Основная область применения  – бомбардировщики и транспортные самолеты. Например, специально созданный для этих целей ускоритель взлета ЖРД  25ALD-1000 JATO устанавливался на легкий поршневой бомбардировщик Douglas A-20 Havoc ( поставлялся в СССР по Ленд-лизу).

На самолете использовались два таких двигателя, по одному в каждой мотогондоле (в задней части). Топливом  для этого ЖРД служил анилин, окислителем –  RFNA. Мощность одного двигателя составляла около 450 кгс в течение 25 с. Разрабатывались и изготавливались эти ускорители компанией Aerojet. В дальнейшем улучшенная версия 25ALD-1000 устанавливалась на поршневые самолеты В-24, В-25, С-40 и Р-38.


О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Взлет самолета North American B-25 Mitchell с работающими ускорителями 25ALD-1000 (4 штуки).

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Бомбардировщик Consolidated B-24 Liberator.

Актуальность применения ускорителей повысилась с появлением необходимости транспортировки ядерного оружия и введением в эксплуатацию самолетов с воздушно-реактивными двигателями, которые еще не обладали высокими тяговыми характеристиками. Проводилось немало экспериментов по использованию ускорителей на самолетах различного назначения.

Однако, об этом уже во второй части статьи. Она будет опубликована 08.10.14.

В заключение еще три небольших видеоролика, в которых показан самолет Arado Ar 234. Там есть кадры, где видны ракетные ускорители HWK-109-500 и взлет с ними…..

А также еще несколько фотографий, не вошедших в текст, но соответствующие теме…

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Жидкостный ракетный двигатель РД-1ХЗ на самолете Ла-7Р-2.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Двигатель HWK 109-509 (RII.211) для самолета Messerschmitt Me 163В Komet.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

ЖРД РД-1ХЗ на самолете Як-3РД.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Подготовка к подвеске ускорителя HWK 109-500 на самолет Arado Ar 234.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Повеска HWK 109-500 на самолет Arado Ar 234.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Сброс отработанных ускорителей HWK-109-500 с самолета Arado Ar 234.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Самолет Lockheed P-38J Lightning.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Изготовление ускорителя HWK 109-500

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Самолет Lockheed C-40.

О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

Ракетный ускоритель 25ALD-1000 JATO в музейной экспозиции.

{lang: 'ru'}
Вам было интересно? Расскажите об этом друзьям:
Приглашаю к общению:

No related posts.

This entry was posted in АВИАИНТЕРЕСНОСТИ, АВИАЦИОННАЯ ТЕХНИКА. ОБЗОРЫ., ИСТОРИЯ АВИАЦИИ and tagged . Bookmark the permalink.

6 Комментариев: О ракетных ускорителях в авиации, часть 1.

  1. DeFormator говорит:

    Про реплику P-38 разверните мысль. На фото не она.

  2. HZ66 говорит:

    Спасибо за обзор!
    Вот еще видео взлета С-130 с ускорителями в Антарктиде: http://www.youtube.com/watch?v=dFL1rk2Fzpg
    и на авиашоу: http://www.youtube.com/watch?v=VHOvoO-6nWQ

  3. HZ66 говорит:

    Вообще-то снизить разбег можно за счет более совершенной аэродинамики и сдува ПС. Поразительные кадры с японской летающей лодкой ShinMaywa: http://www.youtube.com/watch?v=vV6NnVTOBjo

    • Юрий говорит:

      Можно конечно. Только если движок слабый, то какой уж там СПС. Да и ускоритель – средство порадикальнее будет, чем улучшение аэродинамики :-) , да и не везде ее можно было улучшить. Сейчас, конечно, времена уже другие, и самолеты тоже. Японец впечатляет. Он, правда, изначально создавался как самолет STOL. По-моему у них классно получилось…

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

*

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>