Российские беспилотники с пульсирующим ракетным двигателем
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».
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.
«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».
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!
