Борьба за скорость

Развитие авиации настоятельно требовало нового двигателя для больших скоростей полета. Таким двигателем могла стать газовая турбина — мощная, быстроходная, легкая. Авиация и явилась первой областью техники, где начали широко применять газовые турбины.

Впервые они появились на самолете уже давно, но как вспомогательные двигатели.

Еще в конце первой мировой войны в военной авиации испытывались турбокомпрессоры, подающие воздух в авиационный двигатель.

Плотность воздуха с подъемом на высоту уменьшается. Поэтому в двигатель попадает все меньше кислорода, нужного для сгорания топлива. Двигатель «задыхается».

На помощь ему приходит турбокомпрессор. Он подает в двигатель столько воздуха, сколько необходимо для нормального сгорания.

Турбокомпрессор — это небольшая турбина, работающая на выхлопных газах авиадвигателя, с компрессором, сжимающим воздух.

На пути создания надежно работающих турбокомпрессоров стояли большие трудности. Выхлопные газы, вытекающие со сверхзвуковой скоростью, бывают нагреты до температуры около 1000°. Турбина турбокомпрессора делает до 30 тысяч оборотов в минуту, и на лопатку ее действует огромная центробежная нагрузка. Она в десятки тысяч раз превышает вес лопатки.

Нужны поэтому особо прочные материалы и, кроме того, охлаждение лопаток и колеса турбины.

Советские инженеры преодолели эти трудности и создали ряд конструкций турбокомпрессоров, вполне оправдавших себя в работе.

Теперь высотные моторы завоевали право гражданства в авиации. Наддув воздуха стал необходимым для работы таких авиационных двигателей.

Во время второй мировой войны газовая турбина применялась на самолете уже не как помощник поршневого мотора, а как основной двигатель.

Этот двигатель, мощный, быстроходный, легкий, компактный, быстро завоевал себе прочное место в авиации. Он помог авиации шагнуть далеко вперед, подойти вплотную к звуковому барьеру. Газовая турбина открыла новую эру в истории авиации — эру больших скоростей.

И ежегодно в День Воздушного Флота любуемся мы стремительным полетом реактивных самолетов, догоняющих звук.

Газовая турбина появилась на самолетах, появляется на судах и тепловозах, она начинает проникать на фабрики энергии — электростанции.

Не надо, конечно, думать, что рождение нового двигателя — газовой турбины — означает конец всех других «старых» двигателей. Каждому из них — свое место. Мы строим и паровые турбины, и поршневые двигатели внутреннего сгорания, и газовые турбины — и все они служат нам.

Газовую турбину считают двигателем будущего, но из будущего она уже перешла в настоящее, и на ее примере я хочу рассказать о сложном и трудном пути создания быстроходного двигателя. Здесь особенно отчетливо видно, как трудна борьба за новую машину.

Займемся сначала турбокомпрессорной частью нашей газотурбинной установки — турбинным колесом и компрессором. Она состоит из похожих по устройству, но работающих по-разному частей.

Это диски с лопатками. Лопатки компрессора имеют такую форму, что воздух, двигаясь вдоль оси компрессора и обтекая их, сжимается.

Есть и «центробежные» компрессоры, где воздух сжимается центробежной силой: лопатки отбрасывают его от центра диска к краям.

Компрессору приходится иметь дело с чистым воздухом, а турбине — с продуктами сгорания топлива, разбавленными воздухом. Поэтому для турбины нужны самые прочные, самые жаростойкие марки стали. Для компрессора же достаточно алюминиевого сплава или обычной стали, способных, однако, выдержать значительные центробежные нагрузки.

Авиационный турбокомпрессор.

С большими трудностями пришлось столкнуться создателям газотурбинного двигателя. Работы хватило всем: и металлургам, и конструкторам, и технологам.

Очень сложную форму, напоминающую раковину улитки, имеет лопатка центробежного компрессора. Это наивыгоднейшая форма, и отклониться от нее — значит, ухудшить работу компрессора.

А как сделать такую лопатку?

Каждую лопасть изгибали вручную молотком на болванке соответствующей формы. Сразу сделать лопатку так не удавалось. Приходилось изгибать ее три-четыре раза, а после каждого изгиба металл отжигать — нагревать, чтобы он сохранил необходимые механические качества.

Нетрудно себе представить, насколько это было сложно и длительно. Самый совершенный двигатель — и самый несовершенный способ его производства. «ЗИМ», изготовляемый в кустарной мастерской!

Руки рабочего заменил пресс, а чтобы не приходилось вытаскивать и отжигать детали, некоторые станки, обрабатывающие лопатки, приспособили для работы при высоких температурах.

Лопатки должны быть изготовлены нужной формы весьма точно. По весу и форме они могут отличаться одна от другой лишь на очень малую, строго определенную величину.

Когда ротор готов, проводят специальные испытания для того, чтобы проверить, как точно он сделан.