Чертежи турбореактивный двигатель своими руками

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД) — вариант воздушно-реактивного двигателя. В ПуВРД используется камера сгорания с входными клапанами и длинное цилиндрическое выходное сопло. Горючее и воздух подаются периодически.

Цикл работы ПуВРД состоит из следующих фаз:

• Клапаны открываются и в камеру сгорания поступает воздух и горючее, образуется воздушно-топливная смесь.
• Смесь поджигается с помощью искры свечи зажигания. Образовавшееся избыточное давление закрывает клапан.
• Горячие продукты сгорания выходят через сопло, создавая реактивную тягу и технический вакуум в камере сгорания.

ПуВРД обладает большим удельным импульсом по сравнению с ракетными двигателями, но уступает по этому показателю турбореактивным двигателям. Существенным ограничением является также то, что этот двигатель требует разгона до рабочей скорости 100 м/с и его использование ограничено скоростью порядка 250 м/с.

Содержание

• 1 История
• 2 Принцип действия и устройство ПуВРД
  • 2.1 Другие пульсирующие ВРД
  • 2.2 Область применения ПуВРД
• 3 Примечания
• 4 Литература
• 5 Видео

История [ править | править код ]

Первые патенты на пульсирующий воздушно-реактивный двигатель были получены (независимо друг от друга) в 1860-х годах Шарлем де Луврье (Франция) и Николаем Афанасьевичем Телешовым (Россия) [1] .

Немецкие конструкторы, ещё накануне Второй мировой войны проводившие широкий поиск альтернатив поршневым авиационным двигателям, не обошли вниманием и это изобретение, долгое время остававшееся невостребованным. Наиболее известным летательным аппаратом (и единственным серийным) c ПуВРД Argus As-014 производства фирмы Argus-Werken, явился немецкий самолёт-снаряд Фау-1. Главный конструктор Фау-1 Роберт Люссер выбрал для него ПуВРД не ради эффективности (поршневые авиационные двигатели той эпохи обладали лучшими характеристиками), а, главным образом, из-за простоты конструкции и, как следствие, малых трудозатрат на изготовление, что было оправдано при массовом производстве одноразовых снарядов, серийно выпущенных за неполный год (с июня 1944 по март 1945) в количестве свыше 10 тыс. единиц.

После войны исследования в области пульсирующих воздушно-реактивных двигателей продолжились во Франции (компания SNECMA) и в США (Pratt & Whitney, General Electric).
Результаты этих разработок заинтересовали военных США и СССР. Был разработан ряд опытных и экспериментальных образцов. Первоначально основная проблема ракет «воздух-поверхность» заключалась в несовершенстве инерциальной системы наведения, точность которой считалась хорошей, если ракета с дальности в 150 километров попадала в квадрат со сторонами 3 километра. Это привело к тому, что с боезарядом на основе обычного взрывчатого вещества данные ракеты имели низкую эффективность, а ядерные заряды в то же время имели ещё слишком большую массу (несколько тонн). Когда же появились компактные ядерные заряды — уже была отработана конструкция более эффективных турбореактивных двигателей, поэтому пульсирующие воздушно-реактивные двигатели не получили широкого распространения.

Представители ракет «воздух-поверхность» с пульсирующим воздушно-реактивным двигателем.

• Шаблон:Флаг Третьего рейхаFi-103
• 10Х · 14Х · 16Х — благодаря использованию двух двигателей был достигнут практический предел скорости полёта для ПуВРД — 980км/ч (270 м/с).
• JB-2

В начале 2010-х годов наблюдается возрождение интереса к ПуВРД: их разработку и испытания проводят General Electric, Pratt & Whitney, SNECMA, а также отечественное НПО «Сатурн» [2] .

Принцип действия и устройство ПуВРД [ править | править код ]

Пульсирующий воздушно-реактивный двигатель (ПуВРД, англоязычный термин Pulse jet), как следует из его названия, работает в режиме пульсации, его тяга развивается не непрерывно, как у ПВРД или ТРД, а в виде серии импульсов, следующих друг за другом с частотой от десятков герц, для крупных двигателей, до 250 Гц — для малых двигателей, предназначенных для авиамоделей. [3]

Конструктивно, ПуВРД представляет собой цилиндрическую камеру сгорания с длинным цилиндрическим соплом меньшего диаметра [4] . Передняя часть камеры соединена со входным диффузором, через который воздух поступает в камеру.

Между диффузором и камерой сгорания установлен воздушный клапан, работающий под воздействием разницы давлений в камере и на выходе диффузора: когда давление в диффузоре превышает давление в камере, клапан открывается и пропускает воздух в камеру; при обратном соотношении давлений он закрывается.

Клапан может иметь различную конструкцию: в двигателе Argus As-014 ракеты Фау-1 он имел форму и действовал наподобие оконных жалюзи и состоял из наклёпанных на раму гибких прямоугольных клапанных пластинкок из пружинной стали; в малых двигателях он выглядит как пластина в форме цветка с радиально расположенными клапанными пластинками в виде нескольких тонких, упругих металлических лепестков, прижатых к основанию клапана в закрытом положении и отгибающихся от основания под действием давления в диффузоре, превышающего давление в камере. Первая конструкция намного совершеннее — оказывает минимальное сопротивление потоку воздуха, но гораздо сложнее в производстве.

В передней части камеры имеются одна или несколько топливных форсунок, которые впрыскивают топливо в камеру, пока давление наддува в топливном баке превышает давление в камере; при превышении давлением в камере давления наддува, обратный клапан в топливном тракте перекрывает подачу топлива. Примитивные маломощные конструкции нередко работают без впрыска топлива, подобно поршневому карбюраторному двигателю. Для пуска двигателя в этом случае обычно используют внешний источник сжатого воздуха.

Для инициирования процесса горения в камере устанавливается свеча зажигания, которая создаёт высокочастотную серию электрических разрядов, и топливная смесь воспламеняется, как только концентрация горючего в ней достигает некоторого, достаточного для возгорания, уровня. Когда оболочка камеры сгорания достаточно прогревается (обычно, через несколько секунд после начала работы большого двигателя, или через доли секунды — малого; без охлаждения потоком воздуха, стальные стенки камеры сгорания быстро нагреваются докрасна), электрозажигание вовсе становится ненужным: топливная смесь воспламеняется от горячих стенок камеры.

При работе, ПуВРД издаёт очень характерный трещащий или жужжащий звук, обусловленный как раз пульсациями в его работе.

Цикл работы ПуВРД иллюстрируется рисунком справа:

• 1. Воздушный клапан открыт, воздух поступает в камеру сгорания, форсунка впрыскивает горючее, и в камере образуется топливная смесь.
• 2. Топливная смесь воспламеняется и сгорает, давление в камере сгорания резко возрастает и закрывает воздушный клапан и обратный клапан в топливном тракте. Продукты сгорания, расширяясь, истекают из сопла, создавая реактивную тягу.
• 3. Давление в камере уравнивается с атмосферным, под напором воздуха в диффузоре воздушный клапан открывается и воздух начинает поступать в камеру, топливный клапан тоже открывается, двигатель переходит к фазе 1.

Кажущееся сходство ПуВРД и ПВРД (возможно, возникающее из-за сходства аббревиатур названий) — ошибочно. В действительности ПуВРД имеет глубокие, принципиальные отличия от ПВРД или ТРД.

• Во-первых, наличие у ПуВРД воздушного клапана, очевидным назначением которого является предотвращение обратного движения рабочего тела вперёд по ходу движения аппарата (что свело бы на нет реактивную тягу). В ПВРД (как и в ТРД) этот клапан не нужен, поскольку обратному движению рабочего тела в тракте двигателя препятствует «барьер» давления на входе в камеру сгорания, созданный в ходе сжатия рабочего тела. В ПуВРД начальное сжатие слишком мало, а необходимое для совершения работы повышение давления в камере сгорания достигается благодаря нагреву рабочего тела (при сжигании горючего) в постоянном объёме, ограниченном стенками камеры, клапаном, и инерцией газового столба в длинном сопле двигателя. Поэтому ПуВРД с точки зрения термодинамики тепловых двигателей относится к иной категории, нежели ПВРД или ТРД — его работа описывается циклом Хамфри (Humphrey), в то время как работа ПВРД и ТРД описывается циклом Брайтона.

• Во-вторых, пульсирующий, прерывистый характер работы ПуВРД, также вносит существенные различия в механизм его функционирования, в сравнении с ВРД непрерывного действия. Для объяснения работы ПуВРД недостаточно рассматривать только газодинамические и термодинамические процессы, происходящие в нём. Двигатель работает в режиме автоколебаний, которые синхронизируют по времени работу всех его элементов. На частоту этих автоколебаний оказывают влияние инерционные характеристики всех частей ПуВРД, в том числе инерция газового столба в длинном сопле двигателя, и время распространения по нему акустической волны. Увеличение длины сопла приводит к снижению частоты пульсаций и наоборот. При определённой длине сопла достигается резонансная частота, при которой автоколебания становятся устойчивыми, а амплитуда колебаний каждого элемента — максимальной. При разработке двигателя эта длина подбирается экспериментально в ходе испытаний и доводки.

Иногда говорят, что функционирование ПуВРД при нулевой скорости движения аппарата невозможно — это ошибочное представление, во всяком случае, оно не может быть распространено на все двигатели этого типа. Большинство ПуВРД (в отличие от ПВРД) может работать, «стоя на месте» (без набегающего потока воздуха), хотя тяга, развиваемая им в этом режиме, минимальна (и обычно недостаточна для старта приводимого им в движение аппарата без посторонней помощи — поэтому, например, V-1 запускали с паровой катапульты, при этом ПуВРД начинал устойчиво работать ещё до пуска [5] ).

Функционирование двигателя в этом случае объясняется следующим образом. Когда давление в камере после очередного импульса снижается до атмосферного, движение газа в сопле по инерции продолжается, и это приводит к понижению давления в камере до уровня ниже атмосферного. Когда воздушный клапан открывается под воздействием атмосферного давления (на что тоже требуется некоторое время), в камере уже создано достаточное разрежение, чтобы двигатель мог «вдохнуть свежего воздуха» в количестве, необходимом для продолжения следующего цикла. [6] Ракетные двигатели помимо тяги характеризуются удельным импульсом, являющимся показателем степени совершенства или качества двигателя. Этот показатель является также мерой экономичности двигателя. В приведённой ниже диаграмме в графической форме представлены верхние значения этого показателя для разных типов реактивных двигателей, в зависимости от скорости полёта, выраженной в форме числа Маха, что позволяет видеть область применимости каждого типа двигателей.

Двигатели характеризуют рядом параметров:

• удельная тяга — отношение создаваемой двигателем тяги к массовому расходу топлива;
• удельная тяга по весу — отношение тяги двигателя к весу двигателя.

В отличие от ракетных двигателей, тяга которых не зависит от скорости движения ракеты, тяга воздушно-реактивных двигателей (ВРД) сильно зависит от параметров полёта — высоты и скорости. Пока не удалось создать универсальный ВРД, поэтому эти двигатели рассчитываются под определенный диапазон рабочих высот и скоростей. Как правило, разгон ВРД до рабочего диапазона скоростей осуществляется самим носителем либо стартовым ускорителем.

Реактивная тяга или как устроен ионный реактивный двигатель

Не секрет, что все реактивные двигатели работают за счёт закона сохранения импульса. Именно из него вытекает, что реактивная тяга — это произведение массового расхода на скорость выхода рабочего тела из сопла.

Эту скорость принято называть удельным импульсом реактивного двигателя. Давайте для примера найдём реактивную тягу при стрельбе из автомата Калашникова, которая является основной составляющей отдачи. Пусть масса пули будет 0,016 кг, начальная скорость пули 700 м/с, а скорострельность 10 выстр./с. Тогда отдача F=700∙0,016∙10=112 Н (или 11 кгс). Большая отдача, но тут приведена техническая скорострельность 600 выстр./мин. В реальности стрельба ведётся очередями или одиночными и составляет ≈50 выстр./мин.

Вернёмся к реальным реактивным двигателям, в которых вместо пуль обычно используются потоки выходящего с гиперзвуковой скоростью газа. Химические реактивные двигатели являются самыми распространёнными, но не единственными.

В этой статье, с большим предисловием, я хочу рассказать об ионных реактивных двигателях (далее ИРД). ИРД используют в качестве рабочего тела заряженные частицы — ионы. Ионы имеют массу, и если их разогнать электрическим полем, то можно создать реактивную тягу. Это всё в теории, а теперь подробнее. ИРД имеет некоторый запас газа, который ионизируют (т.е. нейтрально-заряженные атомы газа разбивают на отрицательные электроны и положительные ионы) с помощью газового разряда. Далее ионы разгоняются электрическим полем с помощью специальной системы сеток, и эта же система сеток блокирует движение электронов. После того, как положительные ионы вылетели из сопла, их нейтрализуют отрицательными электронами (в результате этого происходит рекомбинация и газ начинает светиться), чтобы ионы не притягивались обратно к двигателю, и тем самым не снижали его тяги.

Удельный импульс ионных реактивных двигателей достигает 50 км/с, что в 150 раз превышает скорость звука! Увы, но тяга таких двигателей составляет около 0,2 Н. Почему же так? Ведь удельный импульс очень большой. Дело в том, что масса ионов очень маленькая и массовый расход получается небольшим. Для чего тогда такие двигатели нужны, если они ничего не смогут сдвинуть с места? На Земле может быть не смогут, а вот в космосе, где нет сил сопротивления, они достаточно эффективные. Существует такое понятие как полный импульс — произведение тяги на время или произведение удельного импульса на массу топлива, который у ИРД является достаточно большим.

Решим следующую задачу. Пусть жидкостный ракетный двигатель имеет удельный импульс 5 км/с, а у нашего ИРД он будет 50 км/с. И давайте масса рабочего тела (в ЖРД она равна массе топлива) у обоих двигателей будет 50 кг. Примем массу космического аппарата равной 100 кг.
Найдём по формуле Циолковского конечную скорость аппарата (т.е. когда в нём закончится рабочая масса).

И что получается, если ионный и химический реактивные двигатели будут иметь одинаковую массу топлива, то ИРД сможет разогнать космический аппарат до больших скоростей, нежели химический РД. Правда на ИРД космический аппарат будет разгонятся дольше до конечной скорости, чем на ЖРД. Но в путешествиях к далёким планетам, высокая конечная (разгонная) скорость будет компенсировать этот недостаток.

ИРД используются и в наше время. Например, аппарат Deep Space 1 сблизился с астероидом Брайль и кометой Борелли, передал на Землю значительный объём ценных научных данных и изображений.

Deep Space 1

Также космическая антенна LISA, которая сейчас находится на стадии проектирования, будет использовать ИРД для корректировки орбиты.

Laser Interferometer Space Antenna

И напоследок, давайте определим тягу ИРД, зная массу иона М=6,5∙10^-26 кг, ускоряющие напряжение U=50 кВ, ток нейтрализации I=0,5 А, элементарный заряд е=1,6∙10^-16 Кл.

Напряжение — это работа по переносу заряда, т.е. на выходе из сопла ион будет иметь кинетическую энергию равную произведению напряжения на заряд иона. Из кинетической энергии выражаем скорость (удельный импульс). Найдём массовый расход из определения тока, электрический ток — это проходящий заряд во времени. Получается, что массовый расход — это произведение массы иона и тока, делённое на заряд иона. Перемножая удельный импульс и массовый расход, получаем тягу равную 0,1 Н.

Подводя итог, хочу сказать, что существуют плазменные реактивные двигатели, у которых схожее устройство, но которые имеют намного больший массовый расход рабочего тела. Кто знает, может быть уже завтра на таких двигателях человечество будет летать на Марс и Луну.

Как сделать простейший электродвигатель своими руками?

Многие радиолюбители всегда не прочь смастерить какой-нибудь декоративный прибор исключительно в демонстративных целях. Для этого используются простейшие схемы и подручные средства, особенно большим спросом пользуются подвижные механизмы, способные наглядно показать воздействие электрического тока. В качестве примера мы рассмотрим, как сделать простой электродвигатель в домашних условиях.

Что понадобится для простейшего электродвигателя?

Учтите, что изготовить рабочую электрическую машину, предназначенную для совершения какой либо полезной работы от вращения вала в домашних условиях довольно сложно. Поэтому мы рассмотрим простую модель, демонстрирующую принцип работы электрического двигателя. С его помощью вы можете продемонстрировать взаимодействие магнитных полей в обмотке якоря и статоре. Такая модель будет полезной в качестве наглядного пособия для школы или приятного и познавательного времяпрепровождения с детьми.

Для изготовления простейшего самодельного электродвигателя вам понадобится обычная пальчиковая батарейка, кусочек медной проволоки с лаковой изоляцией, кусочек постоянного магнита, по размерам не больше батарейки, пара скрепок. Из инструмента хватит кусачек или пассатижей, кусочка наждачной бумаги или другой абразивный инструмент, скотч.

Процесс изготовления электродвигателя состоит из таких этапов:

• Намотайте на пальчиковую батарейку от 10 до 15 витков медной проволоки – это и будет ротор мотора. Можно использовать не только батарейку, но и любое круглое основание.
• Снимите намотку с батарейки, постарайтесь не сильно нарушать диаметр витков. Зафиксируйте всю катушку двумя диаметрально противоположными витками, как показано на рисунке ниже. Рис. 1: зафиксируйте обмотку витками
• При помощи мелкого наждака зачистите концы якоря электродвигателя. Ваша задача – удалить слой изоляции, так как через эти концы будет осуществляться токосъем.
• При помощи пассатижей согните две скрепки таким образом, чтобы получились круглые петли посредине скрепки. В качестве основания для перегиба петли можно использовать любой твердый предмет, к примеру, спичку. Рис. 2: согните скрепку
• Зафиксируйте скотчем обе скрепки на выводах пальчиковой батарейки, важно добиться плотного прилегания. Если нужно, намотайте несколько слоев скотча.
• Поместите в петли концы ротора, он же будет выступать и валом электродвигателя. Зачищенные концы провода должны располагаться на скрепках. Рис. 3: поместите ротор в петли
• Зафиксируйте под катушкой на поверхности пальчиковой батарейки постоянный магнит.

Простой электродвигатель готов – достаточно толкнуть пальцем катушку и она начнет вращательное движение, которое будет продолжаться до тех пор, пока вы не остановите вал мотора или не сядет батарейка.

Рис. 4: запустите катушку

Если вращение не происходит, проверьте качество токосъема и состояние контактов, насколько свободно ходит вал в направляющих и расстояние от катушки до магнита. Чем меньше расстояние от магнита до катушки, тем лучше магнитное взаимодействие, поэтому улучшить работу электродвигателя можно за счет уменьшения длины стоек.

Одноцилиндровый электродвигатель

Если предыдущий вариант никакой полезной работы не выполнял в силу его конструктивных особенностей, то эта модель будет немного сложнее, зато найдет практическое применение у вас дома. Для изготовления вам понадобится одноразовый шприц на 20мл, медная проволока для намотки катушки (в данном примере используется диаметром 0,45мм­), проволока из меди большего диаметра для коленвала и шатуна (2,5 мм), постоянные магниты, деревянные планки для каркаса и конструктивных элементов, источник питания постоянного тока.

Из дополнительных инструментов понадобится клеевой пистолет, ножовка, канцелярский нож, пассатижи.

Процесс изготовления электродвигателя заключается в следующем:

• При помощи ножовки или канцелярского ножа обрежьте шприц, чтобы получить пластиковую трубку.
• Намотайте на пластиковую трубку тонкую медную проволоку и зафиксируйте ее концы клеем, это будет обмотка статора. Рис. 5: намотайте проволоку на шприц
• С толстой проволоки удалите изоляцию при помощи канцелярского ножа. Отрежьте два куска проволоки.
• Согните из этих кусков проволоки коленчатый вал и шатун для электродвигателя, как показано на рисунке ниже. Рис. 6: согните коленвал и шатун
• Наденьте кольцо шатуна на коленчатый вал, чтобы обеспечить его плотную фиксацию, можно надеть кусок изоляции под кольцо. Рис. 7: наденьте шатун на коленвал
• Из деревянных плашек изготовьте две стойки для вала, деревянное основание и ушко для неодимовых магнитов.
• Склейте неодимовые магниты вместе и приклейте к ним ушко при помощи клеевого пистолета.
• Зафиксируйте второе кольцо шатуна в ушке при помощи шплинта из медной проволоки. Рис. 8: зафиксируйте второе кольцо шатуна
• Вставьте вал в деревянные стойки и наденьте втулки для ограничения перемещения, сделайте их из кусочков родной изоляции провода.
• Приклейте статор с обмоткой, стойки с шатуном на деревянное основание, кроме дерева можете использовать и другой диэлектрический материал. Рис. 9: приклейте стойки и статор
• При помощи саморезов с плоской шляпкой зафиксируйте выводы на деревянном основании. Два контакта должны иметь достаточную длину, чтобы касаться вала электродвигателя – один выгнутой части, другой прямой. Рис. 10: точки касания вала
• Наденьте на вал с одной стороны маховик для стабилизации вращения, а с другой крыльчатку для вентилятора.
• Припаяйте один вывод обмотки электродвигателя к контакту колена, а второй к отдельному выводу. Рис. 11: припаяйте выводы обмотки
• Подключите электродвигатель к батарейке при помощи крокодилов.

Одноцилиндровый электродвигатель готов к эксплуатации – достаточно подключить питание к его выводам для работы и прокрутить маховик, если он находится в том положении, с которого сам стартовать не может.

Рис. 12: подключите питание

Чтобы прекратить вращение вентилятора, отключите электродвигатель посредством снятия крокодила хотя бы с одного из контактов.

Электродвигатель из пробки и спицы

Также представляет собой относительно простой вариант самоделки, для его изготовления вам понадобится пробка от шампанского, медная проволока в изоляции для намотки якоря, вязальная спица, медная проволока для изготовления контактов, изолента, деревянные заготовки, магниты, источник питания. Из инструментов вам пригодятся пассатижи, клеевой пистолет, мелкий натфиль, дрель, канцелярский нож.

Процесс изготовления электродвигателя будет состоять из таких этапов:

• Обрежьте края пробки, чтобы получить две плоских поверхности, на которых будет располагаться провод.
• Просверлите сквозное отверстие в пробке и проденьте в него спицу. С одной стороны намотайте изоленту. Рис. 13: вставьте спицу и намотайте изоленту
• В торце пробки вставьте два отрезка проволоки и приклейте их.
• Намотайте обмотку ротора из тонкой проволоки в одном направлении. Сделайте перемотку якоря изолентой, чтобы витки в электродвигателе не распустились во время работы.
• Зачистите надфилем концы обмотки электродвигателя и выводы на пробке и соедините их.

Рис. 14: соедините концы обмотки и выводы

Для лучшего контакта можно припаять. Выводы следует согнуть так, чтобы они буквально лежали на спице.

Рис. 15: согните выводы

• Сделайте деревянное основание, две опоры для вала и две стойки для магнитов. Высверлите в опорах отверстия под спицу.
• Приклейте опоры на основание и вставьте в них ротор электродвигателя. Зафиксируйте подвижный элемент ограничителями, наиболее просто сделать их из изоленты. Рис. 16: установите вал на стойки
• Из двух концов проволоки изготовьте щетки для электродвигателя и зафиксируйте их саморезами на основании. Рис. 17: щетки для электродвигателя
• На стойки приклейте два магнита и разместите их с двух сторон от ротора с минимальным зазором.

Рис. 18: установите магниты

Наденьте крыльчатку вентилятора на вал и подключите к источнику питания – при протекании электрического тока по катушке произойдет магнитное взаимодействие с полем постоянных магнитов, благодаря чему и возникнет вращательное движение. Простейший электродвигатель готов, запитать его можно и от переменного тока в сети, но вместо батарейки вам придется использовать блок питания.

Видео инструкции в помощь

Аварии, которые навсегда изменили конструкцию самолетов

Автор фото, thinkstock

На бумаге, в чертежах все выглядит безопасно.

Сегодня авиаперелеты безопасны. Но они стали такими не сами по себе, к этому привела длинная цепь трагических происшествий. За нынешнюю безопасность в воздухе человечество заплатило дорогую цену.

Когда вы это читаете, сотни тысяч людей одновременно мчатся в верхнем слое тропосферы в герметичных салонах самолетов. Это число вот-вот возрастет до миллиона. Вдумайтесь: миллион пассажиров будет находиться в воздухе, в безопасных, пусть не всегда комфортных условиях, перемещаясь из страны в страну и с континента на континент, и для нас в этом не будет ничего удивительного.

До тех пор пока не были изобретены двигатели, которые могли уверенно поднимать над землей механизмы тяжелее воздуха, абсолютно любая попытка полета была сопряжена с опасностью. И все же в течение сотен лет искатели приключений привязывали к рукам крылья и прыгали с обрывов и башен в тщетной надежде испытать радость полета.

Но даже после того как возможность полета была научно обоснована, попытки энтузиастов вроде пионера немецкой авиации Отто Лилиенталя, экспериментировавшего в XIX веке с планерами, были обречены. Для того чтобы бросить вызов птицам (или хотя бы приподняться над поверхностью земли), те устройства были слишком тяжелыми и плохо управляемыми.

Полеты на заре моторной авиации потребовали многочисленных жертв. Конструкторские промахи и недочеты в сборке часто усугублялись плохой погодой и ошибками пилотов. Но с течением времени эта длинная цепь трагических происшествий помогла сделать перелеты безопасными.

Сегодня логотип «Роллс-Ройс» на двигателе авиалайнера — гарантия надежности и качества. Однако стоит помнить, что один из двоих основателей этой всемирно известной компании Чарльз Роллс погиб в возрасте 32 лет, когда в июле 1910 года у его «Райт Флайера» в полете отвалился хвост. Роллс, таким образом, вошел в историю еще и как человек, ставший первой жертвой авиакатастроф на территории Британии.

Рой Чедвик, конструктор, подаривший миру легендарный бомбардировщик «Авро-Ланкастер» с двигателем «Роллс-Ройс Мерлин», а затем и «Авро-Вулкан» знаменитой V-серии, погиб в августе 1947 года при аварии созданного на базе бомбардировщика пассажирского самолета «Авро-Тюдор». Это случилось как раз на подъеме новой, послевоенной авиаиндустрии.

До Второй мировой войны гражданская авиация была уделом лишь богачей, авантюристов, правительственных чиновников и удачливых журналистов. Самолеты были маленькие, а их внутренняя отделка напоминала интерьеры кают первого класса или пульмановских вагонов. После войны отрасль начала быстро расти, и уже в недалеком будущем самолетам предстояло перевозить бесчисленное количество пассажиров и значительные объемы грузов.

Эта глава в истории писалась теми, кто конструировал и испытывал реактивные лайнеры, а также их пассажирами, которые платили за то, чтобы подняться в небо на новых и до конца не проверенных машинах.

Безопасность воздушных перевозок время от времени требовала жертв

Чем стремительнее развивалась реактивная авиация, тем быстрее росло количество жертв среди летчиков-испытателей (особенно много погибло в 50-е). Тем не менее, каждая такая смерть влекла за собой хоть небольшое, но улучшение – либо в конструкции самолета, либо в управлении полетами, либо в законодательстве, что в итоге подарило человечеству безопасный пассажирский авиатранспорт.

Одна из самых ужасных историй произошла с новыми «Кометами» производства фирмы «Де Хэвилленд». Три лайнера в течение 12 месяцев просто развалились в полете. Авиакомпания BOAC приняла их в эксплуатацию всего за два года до этого, в 1952-м.

«Комета» была первым в мире реактивным авиалайнером. Это был очень красивый самолет, способный совершать трансатлантические перелеты. Казалось, Британия вот-вот станет лидером «реактивного века». Но авиастроение было еще очень молодо, многие технологии (например, герметизация салона) только-только опробовались, такие явления, как усталость металла, были еще мало изучены, и первые «Кометы» гибли на глазах у застывшего в ужасе мира.

В 1953-м и 1954-м три «Кометы» развалились на куски вскоре после взлета. Все люди, бывшие на борту, погибли. Полеты были остановлены, а производство реактивных лайнеров в Великобритании свернуто.

Расследование тех катастроф привело к прорыву в сфере безопасности. Команда инженеров и ученых во главе с сэром Арнольдом Холлом, директором Королевского авиационного института в Фарнборо, используя найденные обломки, восстановила корпус одного из самолетов и подвергла его испытанию высоким давлением, погрузив в гигантский бак с водой. Так они выяснили причину аварии.

Трещины в фюзеляжах злополучных «Комет» возникли вокруг дверей и оконных проемов из-за повторяющихся циклов герметизации салона: понижения давления в начале полета (для комфорта пассажиров) и повышения — после отключения двигателей. Выбранная форма конструкции не смогла выдержать постоянно возникающего на корпусе напряжения. «Кометы» лопнули по швам.

Совершенствование конструкции, установка округлых, а не прямоугольных окон и другие улучшения позволили считать более поздние «Кометы» безопасными. И действительно, последняя машина серии, самолет-разведчик «Нимрод», оставалась на вооружении Королевских ВВС до июня 2011 года. К тому моменту со дня первого полета «Кометы-1» в 1949 году прошло более 60 лет.

Американские инженеры «Боинга» и «Дугласа» изучили выводы британской комиссии и смогли с учетом новых знаний сконструировать очень успешные реактивные лайнеры, которые оттеснили конкурентов не только на трансатлантических рейсах, но на дальних маршрутах в целом.

Получается, как ни ужасно это звучит, что пассажиры первых «Комет», купив билеты на самолет, сыграли роль подопытных кроликов. Печально и то, что ни «Кометы», ни другие британские реактивные лайнеры так и не смогли после этих первых аварий восстановить доверие в глазах авиакомпаний. Даже компания BOAC, британский международный авиаперевозчик, поначалу продвигавшая «Кометы», быстро перешла на «Боинг-707» для дальних рейсов. А ведь если бы в компании «Де Хэвилленд» в 1952 году все сделали правильно, мы, возможно, читали бы сегодня о строящейся «Комете-2000» на 800 посадочных мест.

Между тем, методы эвакуации потерпевшего аварию воздушного судна, реконструкции и расследования причин крушений, разработанные Королевским авиационным институтом в Фарнборо, по-прежнему широко используются, как и конкретные уроки, извлеченные из тех и последующих аварий.

Этим красивым машинам понадобилось время, чтобы стать безопасными

Например, столкновение лайнера «Супер констеллейшн», принадлежавшего авиакомпании TWA, с DC-7 United Airlines, над Большим Каньоном в июне 1956 года — первое столкновение пассажирских самолетов, унесшее более 100 жизней — привело к модернизации управления воздушным движением.

Многое изменилось с созданием в 1958 году Федерального управления гражданской авиации США (FAA). Этой новой организации были даны полномочия осуществлять контроль над всеми аспектами воздушного движения как гражданской, так и военной авиации. Все рейсы были учтены. В то же время достижения в области радиосвязи и радаров привели к тому, что вдоль регулярных маршрутов не осталось мертвых зон. Теперь можно было не бояться обычной для 50-х ситуации — потери связи с экипажем.

Вскоре появились транспондеры (устройства, устанавливаемые на борту самолёта для идентификации авиадиспетчером воздушного судна), затем — система предупреждения столкновения в воздухе и наконец, в 1970-х годах, начала работу система GPS — все это помогло сделать авиацию гораздо безопаснее.

Другие серьезные происшествия привели к таким полезным разработкам, как CRM (система управления возможностями экипажа, при которой все члены экипажа находятся в постоянном взаимодействии, проверяя и подстраховывая друг друга).

Появились детекторы дыма и автоматически включающиеся огнетушители в туалетах и грузовых отсеках, система оповещения о сдвиге ветра, радиомаяки и огнезащитные материалы.

При этом авиакомпании эксплуатировали вполне надежные самолеты слишком интенсивно. По их расчетам, такие крылатые рабочие лошадки, как «Боинг-737» (построено 8000 штук), должны были летать круглосуточно.

В апреле 1988 года у самолета «Боинг-737» авиакомпании Aloha Airlines, выполнявшего полет из Хило в Гонолулу, на высоте около 7000 метров внезапно сорвало часть обшивки фюзеляжа. Одна из бортпроводниц погибла — ее выбросило наружу, но оставшаяся часть экипажа и все пассажиры выжили, несмотря на то, что летели практически под открытым небом. Было установлено, что пострадавший самолет выдержал в общей сложности 89 тысяч циклов повышения и снижения давления (тогда как первые «Кометы» ломались уже после 900-3060 таких циклов).

В результате в Федеральном управлении гражданской авиации США запустили национальную программу изучения старения самолетов, включая их новую полномасштабную оценку. В Нью-Джерси был построен исследовательский центр. Все это позволило делать прогнозы об усталости материалов, коррозии и о других аспектах долговременной эксплуатации воздушных судов, повысив безопасность пассажирских полетов не только в Соединенных Штатах, но и во всем мире.

Насколько важно знать состояние материалов конкретного самолета, стало еще более понятно в августе 1985 года, когда в «Боинге-747» компании Japan Airlines, летевшем из Токио в Осаку, отказал вертикальный стабилизатор, гидравлическая система самолета лишилась жидкости, а давление в салоне упало. Экипаж отважно пытался посадить неисправный самолет, но безуспешно. Он разбился, унеся жизни 520 человек. Чудом выжили всего четверо.

«Боинг-747», часто именуемый «Джамбо Джет», всегда считался очень безопасным самолетом. Однако выяснилось, что при ремонте лайнера, вместо того чтобы соединить половинки заднего гермошпангоута (герметической перегородки, отделяющей пассажирский салон от хвостовой части) усиливающей накладкой и двумя рядами заклепок, решили обойтись всего одним рядом. В итоге перегородка разрушилась в полете (подобно корпусам ранних «Комет») и перебила трубопроводы гидравлических систем.