Ох, нічого собі! Так це ж «Фау-1», - вигукнули ми, побачивши експонат одного зі стендів на виставці «Армія-2017». І немає, це була не експозиція, присвячена історії ракетної техніки. Виріб представляло собою продукцію російської компанії, єдиною в нашій країні серійно випускає літальні апарати з пульсуючим повітряно-реактивним двигуном (ПуВРД). Щоб дізнатися, чим хороша ця, здавалося б, пішла в історію силова установка і як далеко просунулася її конструкція з часів Другої світової, ми вирушили в Казань.
Зараз тема безпілотної авіації не сходить зі сторінок науково-популярних і військово-технічних видань, що пов'язано з революційним технічним проривом в цій області, але тема адже далеко не нова. І особливо для Казані. Тут в кінці 1950-х було створено ОКБ «Сокіл», яке розробляло, зокрема, літаючі мішені для навчальних стрільб ППО. В оновленому вигляді підприємство продовжує працювати і по сей день, випускаючи мішені на турбореактивних двигунах. Однак наприкінці 1980-х, в важку для оборонпрому пору, колишні співробітники ліквідованого відділу перспективних розробок «Сокола» створили свій виробничий кооператив, який, як це не дивно для тих часів, продовжив роботу по створенню безпілотних літальних апаратів. У наші дні компанія «Енікс» випускає кілька моделей безпілотників-розвідників, а також мішені для ППО, але на відміну від колишніх колег з «Сокола» фішка «ЕНІКС» - ПуВРД.
уявна простота
«ПуВРД я зацікавився ще в 1961 році, - розповідає генеральний директор і головний конструктор АТ« Енікс »Валерій Побежімов, - і з тих пір займаюся переважно їм. Проблема в тому, що коли світова ракетна та авіаційна промисловість перейшла на турбореактивні двигуни, інтерес до пульсуючому повітряно-реактивному двигуну зійшов практично нанівець. За минулі десятиліття ТРД доведений до видатних показників ККД і паливної ефективності, а доведенням ПуВРД ніхто, за рідкісним винятком, не займався. Це сталося частково через те, що ТРД дуже складний з інженерної точки зору, але простий з точки зору вивченість відбуваються в ньому газодинамічних процесів. З ПуВРД все йде з точністю до навпаки ».
ПуВРД - це двигун без рухомих частин (безклапанних версія) і майже без рухомих частин (версія з клапаном). Безклапанний ПуВРД є U-подібну конструкцію, що складається з камери згоряння і приєднаних до неї вхідний (коротшою) і вихідний (довшою) труб. Обидві труби звернені в одну сторону. При запуску в камеру згоряння надходить паливо (газ, бензин, гас, вугільний пил) і закачується повітря. Суміш підпалюється електророзряд, відбувається спалах. Паливна суміш, згораючи, розширюється, вихлопні гази спрямовуються в обидві труби, створюючи реактивну тягу. Паливо подається постійно. Але коли частина вихлопу вже покидає коротку вхідну трубу, інша частина ще продовжує рухатися по довгій вихідній трубі. У камері згоряння виникає розрідження, з вхідної труби туди засмоктує повітря. У камеру згоряння потрапляє і частина вихлопу, в якому ще залишаються незгорілі фрагменти палива. Вони спалахують і починається наступний цикл. Тобто для підпалу суміші електричного розряду вже не потрібно. Пульсація циклів «розширення - розрідження» відбувається досить повільно - з частотою до 160 Гц, і тому робота ПуВРД супроводжується неймовірно гучним низькочастотних дзижчанням. (Детально про конструкцію і принципи роботи двигуна ми розповідали в серпневому номері «ПМ» за 2013 рік).
Родом з Росії
ПуВРД, найпростіший реактивний двигун внутрішнього згоряння, народився в середині 60-х років XIX століття. Одним з його батьків став російський інженер Микола Телеш. У той же час аналогічні конструкції представили француз де Лувр і швед Віберг. У XX столітті справжнім ентузіастом цієї силової установки став знаменитий радянський ракетний інженер Володимир Челомей, який ще до Великої Вітчизняної активно вивчав газодинамічні процеси в двигуні і створював свої конструкції. В кінці війни Челомей познайомився з трофейними зразками німецької крилатої ракети V-1 ( «Фау-1»), розробленої Робертом Луссером і Фрітцем Госслау. На основі власних розробок і німецького досвіду Челомей сконструював перші радянські крилаті ракети 10Х, 14х, 16Х. Остання розганяла до 900 км / год, що для ПуВРД було величезною швидкістю, але надії Челомея на те, що його улюблене дітище зможе ефективно працювати на сверхзвуке, не виправдалися. Довелося переходити на ТРД.
Комплекс Е95 призначений для забезпечення бойової підготовки військ і відпрацювання (випробувань) засобів ППО. Мішень Е95М є імітатором маневрених цілей типу ДПЛА, які планують керованих авіабомб, крилатих ракет і частково літаків і вертольотів тактичної і армійської авіації.
«У ті часи проблема полягала в тому, що изу-чення складних нелінійних процесів, що відбувалися всередині двигуна, знаходилося на ранній стадії, не було надійної математичної моделі для розрахунків більш ефективних ПуВРД, - каже Валерій Побежімов. - Наша компанія - єдина в країні, яка не тільки виробляє літаючі мішені на цьому типі двигуна, але і веде дослідницьку роботу для вдосконалення технологій. Ось приклад: французька компанія Snecma виробляла свої ПуВРД з тягою 60 кг, у яких довжина вихідної труби трохи менше 3 м. Це дуже багато для літального апарату, який такий двигун міг би штовхати вперед. Наші двигуни М135 з аналогічною тягою в три рази коротше і прекрасно вписуються в розміри мішені E95. Сьогодні вже є надійна математична модель, з'явилися нові матеріали, наприклад жароміцний кераміка, - і все це могло б серйозно поліпшити характеристики ПуВРД, але ми невелика компанія, робимо все на свої кошти і більш широкі дослідження проводити не можемо ».
Вогонь по вухах!
ПуВРД не обов'язково бути двигуном. Він може бути, наприклад, ефективним генератором тепла - «ЕНІКС» доводилося будувати на замовлення нафтовиків установку для підігріву води, закачиваемой в нафтову свердловину. Можуть знайтися і більш екзотичні застосування. «Наприклад, двигун, що працює на частоті 7 Гц, - міркує Валерій Побежімов, - при певній потужності генерується звукової хвилі міг би виступати в ролі свого роду акустичної зброї: такий інфразвук згубний для людини. З іншого боку, висловлювалися пропозиції побудувати ПуВРД з надвисокою частотою пульсації (за допомогою електричного запалювання) - наприклад, 20 000 Гц. Для людського слуху він працював би безшумно, але міг би в теорії розвивати набагато потужнішу тягу. Однак для практичного втілення таких ідей потрібні серйозні додаткові вкладення ».
Ресурс двигуна мішені розрахований на 10 запусків; якщо ППО стріляє влучно, життя апарату виявляється коротше. У музеї компанії «Енікс» виставлена мішень, збита ракетним вогнем ЗРПК «Панцир». Осколки вразили не тільки корпус, але і сам двигун.
Зараз же застосування ПуВРД представляється найбільш доцільним саме для літаючих мішеней. Головний фактор - невисока вартість силової установки в порівнянні з ТРД. Мішень розрахована максимум на 10 пусків, але, зрозуміло, її вік може бути і коротше, якщо вона буде збита. Для такого по суті витратного матеріалу дорогий двигун - велика розкіш. Мішені E95 і представлена недавно E08M (на здвоєному ПуВРД) запускаються з катапульти, розвивають швидкість до 500 км / год, діють на висотах від 100 до 2000 м. В ході польоту (як в ручному режимі управління, так і в автономному) вони здатні здійснювати доворотом і розвороти, пікірувати з кутом нахилу траєкторії до 30 градусів, виконувати фігури «гірка» і «змійка».
Сьогодні на території, яку займає компанією «Енікс», зосереджені як конструкторські, так і виробничі підрозділи. Тут роблять двигуни і виконують остаточну збірку мішеней. Тут же в невеликій будівлі проходять випробування перспективних моделей і готових серійних двигунів. Двигун запускається в спеціальному приміщенні, відділеному від кімнати з керуючої апаратурою стіною з вікном з товстого скла. І все одно доводиться надіти навушники. Запущений ПуВРД швидко розжарюється і видає свій фірмовий низький і дуже гучний гуркіт. Звук легко проникає і в навушники, а без них цей рев можна слухати ну дуже недовго!
Стаття «Вогненний пульс» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №11, Січень 2017 ).