Введение
В данной статье описываются важные этапы в истории развития воздушно-реактивного двигателя (струйного двигателя с воздухозаборником). Хотя наиболее распространенный тип – газотурбинный реактивный двигатель – несомненно, является изобретением XX века, многие необходимые достижения в теории и технологиях, приведшие к этому изобретению, были сделаны задолго до этого. Идея реактивного двигателя явно назрела. Фрэнк Уиттл подал свою первую заявку на патент в 1930 году. К концу 1930-х годов шесть команд вели разработки: три в Германии, две в Великобритании и одна в Венгрии. К 1942 году к ним присоединились еще полдюжины британских компаний, три американских, основанных на британских технологиях, а также первые работы в Советском Союзе и Японии, основанные соответственно на британских и немецких конструкциях. В течение некоторого времени после Второй мировой войны британские разработки доминировали, но к 1950-м годам появилось множество конкурентов, особенно в США с их масштабной программой военных закупок.
This article outlines the important developments in the history of the development of the air breathing (duct) jet engine. Although the most common type, the gas turbine powered jet engine, was certainly a 20th century invention, many of the needed advances in theory and technology leading to this invention were made well before this time. The jet engine was clearly an idea whose time had come. Frank Whittle submitted his first patent in 1930. By the late 1930s there were six teams chasing development, three in Germany, two in the UK and one in Hungary. By 1942 they had been joined by another half dozen British companies, three more in the United States based on British technology, and early efforts in the Soviet Union and Japan based on British and German designs respectively. For some time after the World War II, British designs dominated, but by the 1950s there were many competitors, particularly in the US with its huge arms buying programme.
Доисторические времена
Ордовикский период: первые известные головоногие моллюски: они плавали, используя естественный встроенный реактивный двигатель, основанный на пульсации воды.
Второй этап (17911929)
1791: Джон Барбер получает британский патент № 1833 на «Метод подъема горючего воздуха для производства движения и облегчения металлургических операций». В нем он описывает турбину. 1884: Чарльз Алджернон Парсонс патентует паровую турбину. В патентной заявке он отмечает, что турбина может приводиться в движение «в обратном направлении» для работы в качестве компрессора. Он предлагает использовать компрессор для подачи воздуха в печь, а турбину – для получения энергии для привода компрессора. Хотя изначально предназначенная для использования на фабрике, она явно описывает газовую турбину. 1887: Густав де Лаваль внедряет конструкцию сопла для небольших паровых турбин. 1897: Гарольд Медуэй Мартин, патент № 6088, – камера сгорания, приводящая в действие турбину. 1900: Санфорд Александр Мосс публикует статью о турбокомпрессорах. Он строит и испытывает опытный образец в 1903 году. 1903: Эгидиус Эллинг создает газовую турбину с использованием центробежного компрессора, работающего на собственной энергии. По большинству определений, это первая рабочая газовая турбина. 1906: Газовая турбина Armengaud Lemale была испытана во Франции. Это была относительно большая машина, включавшая 25-ступенчатый центробежный компрессор, разработанный Огюстом Рато. Газовая турбина могла поддерживать собственное сжатие воздуха, но была слишком неэффективной для производства полезной работы. 1908: Ханс Холцварт начинает обширные исследования газовой турбины «взрывного цикла», основанной на цикле Отто. Эта конструкция сжигает топливо при постоянном объеме и несколько более эффективна. К 1927 году, когда работа была завершена, он достиг тепловой эффективности около 13%. 1908: Рене Лорин патентует конструкцию прямоточного воздушно-реактивного двигателя. 1909: Марконни предлагает модификацию конструкции Лорина с использованием резонансной компрессионной камеры, создавая пульсирующий реактивный двигатель. 1910: Румынский изобретатель Анри Коанда создает Coandă 1910, который он демонстрирует на Международном аэронавтическом салоне в Париже. Он использует воздуховодный вентилятор для движения вместо пропеллера. Спустя годы он утверждал, что самолет сжигал топливо в воздуховоде и, следовательно, был реактивным двигателем, но историки спорят об этом утверждении, а также о том, что самолет совершил полет в декабре 1910 года, прежде чем разбился и сгорел. 1916: Огюст Рато предлагает использовать компрессоры, приводимые в действие выхлопными газами, для повышения эффективности на больших высотах – первый пример турбонаддува. 1915: Альберт Фоно разработал решение для увеличения дальности артиллерии, состоящее из снаряда, запускаемого из пушки, который должен был объединиться с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Это должно было обеспечить большую дальность при низких начальных скоростях, позволяя стрелять тяжелыми снарядами из относительно легких орудий. 1917: Санфорд Александр Мосс начинает работу над турбонаддувом в General Electric, которая впоследствии становится мировым лидером в этой технологии. 1917: Джеймс Стокер Харрис патентует конструкцию «мотореактивного самолета» от имени своего зятя Роберта Александра Раву Болтона. 1920: У. Дж. Стерн сообщает Королевским ВВС, что турбинному двигателю в авиации нет будущего. Он основывает свои аргументы на крайне низкой эффективности существующих конструкций компрессоров. Работа Стерна настолько убедительна, что официальный интерес к газотурбинным двигателям практически отсутствует, хотя это длится недолго. 1921: Максим Гийом патентует турбинный двигатель с осевым потоком. Он использует несколько ступеней как в компрессоре, так и в турбине, в сочетании с одной очень большой камерой сгорания. Хотя конструкция несколько отличается по форме, она значительно похожа на будущие реактивные двигатели в эксплуатации. 1923: Эдгар Баккингем из Национального бюро стандартов США публикует отчет о реактивных двигателях, приходя к тому же выводу, что и У. Дж. Стерн, – турбинный двигатель недостаточно эффективен. В частности, он отмечает, что реактивный двигатель будет потреблять в пять раз больше топлива, чем поршневой двигатель. 1925: Вильгельм Папе патентует конструкцию двигателя с постоянным объемом. 1926: Алан Арнольд Гриффит публикует свою новаторскую статью «Аэродинамическая теория проектирования турбин», изменив низкий уровень доверия к реактивным двигателям. В ней он демонстрирует, что существующие компрессоры «работают в сваливании», и что существенные улучшения могут быть достигнуты путем перепроектирования лопастей с плоского профиля в аэродинамический профиль, математически доказывая, что практичный двигатель вполне возможен и показывая, как построить турбовинтовой двигатель. 1927: Аурель Штодола публикует «Паровые и газовые турбины» – базовый справочник для инженеров-конструкторов реактивных двигателей в США. 1927: На Королевском авиационном заведении испытывается опытный турбокомпрессор с одним валом, основанный на конструкции лопастей Гриффита. Известный как «Энн», испытания прошли успешно, и были разработаны планы по созданию полноценного агрегата компрессора и турбины, известного как «Бетти». 1929: Публикуется диссертация Фрэнка Уиттла о будущем конструкции самолетов. В ней он говорит о необходимости высокоскоростного полета и об использовании турбореактивных двигателей как единственном разумном решении проблемы эффективности пропеллера. 1929: Борис Стечкин публикует первую теорию сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя, основанную на теории сжимаемой жидкости.
1940 год
Кампини Капрони CC.2 совершает первый полет. Эти полеты широко освещались в прессе, и на протяжении многих лет итальянцам приписывали создание первого реактивного самолета. NACA (Национальный консультативный комитет по аэронавтике) начинает работу над двигателем типа мотор-реактивного двигателя, аналогичным CC.2, для вспомогательных взлетов, а затем проектирует на его основе самолет. Эти работы были завершены в 1943 году, когда турбореактивные двигатели начали совершенствоваться, а ракеты взяли на себя роль JATO (реактивного ускорения при взлете). Проводится испытание более мощного двигателя Heinkel HeS 8 (001) конструкции фон Охайна. Испытания планера двухдвигательного реактивного истребителя Heinkel He 280 начинаются в сентябре, пока HeS 8 не будет доведен до ума. В сентябре Генри Тизард посещает Соединенные Штаты, чтобы продемонстрировать им многие передовые технологии, над которыми работают британцы, и найти возможности для американского производства (Миссия Тизарда). Среди прочего, Тизард впервые упоминает их работы над реактивными двигателями. В октябре компания Rover выбрана для производства летного образца Power Jets W.1. Они размещают производство на заброшенной мельнице в Барнольдсвике, а также организуют параллельную работу на другом заводе в Клитеро, укомплектованном исключительно их собственными инженерами. Фрэнк Уиттл крайне возмущен. В ноябре испытывается осевой двигатель Junkers Jumo 004. В ноябре предложение компании Gloster Aircraft Company о создании двухдвигательного реактивного истребителя принимается, и он становится Gloster Meteor. В декабре совершает первый запуск летный образец W.1X конструкции Уиттла. Корпорация Lockheed начинает работу над осевым двигателем L 1000 – первым реактивным двигателем, разработанным в США. Корпорация Northrop начинает работу над Т 37 Turbodyne – первым турбовинтовым проектом в США. После всего двух лет разработки испытывается турбовинтовой двигатель Jendrassik Cs 1. Предназначенный для выдачи , проблемы с камерой сгорания ограничивают его мощность до при первом запуске. Подобные проблемы преследовали ранние разработки Уиттла, но промышленность быстро оказала помощь. Похоже, что Дьёрдьу Йендрассику пришлось привлекать любые доступные квалифицированные кадры.
September: Glider testing of the Heinkel He 280 twin jet fighter begins, while it waits for the HeS 8 to mature. September: Henry Tizard visits the United States to show them many of the advanced technologies the British are working on and looking for US production (the Tizard Mission). Among many other details, Tizard first mentions their work on jet engines. October: Rover is selected to build the flight quality Power Jets W.1. They set up shop at a disused mill in Barnoldswick, but also set up a parallel effort at another factory in Clitheroe staffed entirely by their own engineers. Frank Whittle is incensed. November: The Junkers Jumo 004 axial flow engine is tested. November: Gloster Aircraft Company's proposal for a twin engine jet fighter is accepted, becoming the Gloster Meteor. December: Whittle's flight quality W.1X runs for the first time. The Lockheed Corporation starts work on the L 1000 axial flow engine, the United States's first jet design. The Northrop Corporation starts work on the T 37 Turbodyne, the United States's first turboprop design. After only two years of development, the Jendrassik Cs 1 turboprop engine is tested. Designed to produce , combustion problems limit it to only when it first runs. Similar problems plagued early Whittle designs, but the industry quickly provided assistance. It appears that György Jendrassik had to draw upon any similar talent pool.
1942 год
Февраль: Министерство авиации размещает заказ на 12 самолетов Gloster Meteor. Февраль: NACA начинает испытания своего "двигателя с реактивным соплом", рамджета, не подозревая о более ранних аналогичных разработках. Поскольку для работы рамджету необходимо движение, инженеры NACA предпринимают простой шаг – устанавливают его на конец длинного рычага и раскручивают. Апрель: He 280 совершает первый полет под собственной силой, оснащенный двумя двигателями Heinkel HeS 7 (001). Двигатели HeS 8 продолжают демонстрировать проблемы с надежностью. Май: Gloster E.28/39 совершает первый полет. В течение последующих недель максимальная скорость вскоре превышает показатели любого существующего винтового самолета. Двигатель аксиального потока Heinkel HeS 29 (006) Мюллера впервые запущен. General Electric получает контракт от ВВС США на разработку турбовинтового двигателя, что приводит к созданию серий TG 100 / TG 31 / XT 31 и впоследствии J35. Работа над Jendrassik Cs 1 завершена. Завод, изначально предназначенный для производства двухмоторного тяжелого истребителя, был переоборудован для лицензионного производства двигателей Daimler Benz DB 605 для Messerschmitt Me 210. Октябрь: Power Jets W.2B отправлен в General Electric для организации производства в США. Санфорд Александр Мосс был уговорен выйти на пенсию, чтобы помочь в реализации проекта. Швейцарский поезд с турбинной передачей начинает испытания.
1945 год
Накадзима Кикка совершает первый полет 7 августа 1945 года, оснащенный двумя турбореактивными двигателями Исикавадзима Не 20, что делает его первым японским реактивным самолетом. Стэнли Хукер уменьшает размеры Nene до размеров Gloster Meteor, создавая RB.37, который, запутанно, также называют Derwent V. Самолет Meteor с двигателем Derwent V устанавливает мировой рекорд скорости – 606 миль в час – в конце года. Значимость этого события отодвигает на второй план разработку более мощных двигателей. Турбовинтовой двигатель Junkers 022 проходит испытания. Испытывается Jumo 004 с форсажной камерой. Испытан осевой двигатель Lyul'ka VDR 3. Испытан осевой двигатель Lyul'ka TR 1. Турбовинтовой двигатель Rolls Royce Clyde RB.39 работает, сочетая осевые и центробежные ступени в компрессоре. Rolls Royce отказывается от дальнейшей разработки, предпочитая сосредоточиться на турбореактивных двигателях. На палубе авианосца находится палубный ударный самолет Westland Wyvern, который уже заменил свой первоначальный поршневой двигатель Rolls Royce Eagle на альтернативный турбовинтовой Armstrong Siddeley Python. Avia S 92, версия Me 262, построена в Чехословакии.
1946 год
Январь: Разочарованный Фрэнк Уиттл уходит в отставку из того, что осталось от Power Jets. Компания постепенно ликвидируется, сохраняя лишь небольшое подразделение для управления патентами. Начинается разработка Rolls Royce Dart. Dart впоследствии стал одним из самых популярных турбовинтовых двигателей, было произведено более 7000 экземпляров до окончательной остановки производственной линии в 1990 году. Metrovick F2/4 Beryl выдает тягу 4000 фунтов (17,8 кН). Jet-турбины Metrovick проданы компании Armstrong Siddeley.
1949 год
21 апреля: Leduc 010, первый в мире самолет с прямоточным воздушно-реактивным двигателем, наконец совершает свой первый полет в Тулузе, Франция. Скорость набора высоты самолета превышает скорость набора высоты лучших современных истребителей с турбореактивными двигателями. 22 июня: Vickers VC.1 Viking совершил полет с турбореактивными двигателями Rolls Royce Nene, став первым в мире чисто реактивным транспортным самолетом.
1950 год
конец 1950-х годов: Rolls Royce Conway, первый в мире серийный турбовентиляторный двигатель, поступает в эксплуатацию, значительно повышая экономичность и открывая путь для дальнейших усовершенствований.
1952 год
2 января: состоялся первый в мире полет турбовентиляторного двигателя с редуктором Turbomeca Aspin, установленного на летающую лабораторию Fouga Gemeaux. 2 мая: первый в мире коммерческий реактивный авиалайнер, достигший серийного производства, de Havilland Comet, поступил в эксплуатацию в авиакомпанию BOAC.
1953 год
Де-Хэвиллэнд Гирон, последний реактивный проект Холфорда, совершает первый запуск. До отмены через 2 года он был доведен до тяги 25 000 фунтов силы (110 000 Н) с использованием форсажной камеры. В то же время разрабатываются другие сопоставимые турбореактивные двигатели, включая канадский Orenda Iroquois.
1956 год
15 сентября: среднемагистральный реактивный авиалайнер Ту-104 поступает в эксплуатацию в авиакомпании Аэрофлот, став первым в мире реактивным авиалайнером, обеспечившим регулярные и успешные коммерческие перевозки. С 1956 по 1958 год Ту-104 был единственным реактивным лайнером, эксплуатировавшимся в мире.
1958 год
Октябрь: Boeing 707 поступает в эксплуатацию в авиакомпании Pan American. Этот самолет во многом считается предвестником эры реактивной авиации, добившись огромного коммерческого успеха и продемонстрировав надежность в эксплуатации, в отличие от своих конкурентов. Этот самолет помог Boeing утвердиться в качестве одного из ведущих мировых производителей пассажирских самолетов.
1959 год
Ввод в эксплуатацию Sud Aviation Caravelle: считается первым реактивным авиалайнером ближне-среднемагистрального назначения, первый полет – 27 мая 1955 года.
1968 год
30 июня: турбовентиляторный двигатель TF39 с тягой 43 300 фунтов (193 кН) поступает на вооружение транспортного самолета C-5 Galaxy, знаменуя начало эры широкофюзеляжных транспортных самолетов.
1975 год
26 декабря 1975 года: первый в мире сверхзвуковой пассажирский самолет Ту-144С начал выполнять почтово-грузовые рейсы между Москвой и Алма-Атой в преддверии открытия пассажирских перевозок, которые начались в ноябре 1977 года.
1976 год
21 января: Concorde, сверхзвуковой пассажирский самолет, начинает выполнять коммерческие рейсы с British Airways и Air France.
1978 год
1 июня: Ту-144 снят с регулярных пассажирских перевозок после 55 рейсов с пассажирами из-за проблем с надежностью и безопасностью.
1983 год
4 октября 1983 года: автомобиль Thrust2 с турбореактивным двигателем достиг рекорда скорости на суше в 1149 км/ч.
1997 год
15 октября 1997 года: ThrustSSC, первый сверхзвуковой автомобиль с двумя турбовентиляторными двигателями, установил рекорд скорости на суше, достигнув 1228 км/ч.
2002 год
Скрамджет HyShot был зажжен и работал.