Ю.С.Воронков, Член Клуба авиастроителей, Председатель Координационного Совета Благотворительного общества научно-технического творчества и экологии «Ювенал» г. Таганрога
В наши дни достижения мирового научно-технического прогресса позволили в некоторых странах Запада развернуть производство турбореактивных микродвигателей (микро-ТРД), предназначенных для авиамоделей. В 2011 году на чемпионате мира по реактивным летающим моделям-копиям, проводившемся с 27 июля по 6 августа в городе Дейтоне, США, Чемпионом Мира среди пилотов радиоуправляемых моделей-копий с турбореактивной силовой установкой стал Московский авиамоделист, шеф-пилот RUSJET Виталий Робертус. В 2013 году, на 10-м, юбилейном, чемпионате мира, проводившемся в Швейцарии с 21 по 31 августа на авиабазе Майринген, Виталий Робертус второй раз подряд стал Чемпионом Мира.
Для участия в Международных соревнованиях такого ранга московскими авиамоделистами была подготовлена радиоуправляемая модель-копия учебно-боевого реактивного самолёта Як — 130 оригинальной конструкции, полностью собственной постройки с применением самостоятельно разработанных технологий и самых современных материалов.
Наконец свершилось то, к чему стремились мы, мечтали и фантазировали в 60-х – 70-х годах прошлого столетия!
Мой авиамодельный стаж начинался где-то в 1959 году под всесотрясающий грохот реактивной авиации и немыслимых ранее ее рекордов. Загадочные сверхзвуковые рекордсмены Е-33, Е-66, Е-166 и т.д. будоражили мозг и душу, заставляя по вырезкам фото из газет и журналов воссоздавать чертежи, по которым в дальнейшем проектировались и строились летающие модели-копии дозвуковых и сверхзвуковых реактивных самолетов с пороховыми ракетными двигателями.
Полеты таких моделей вызывали восхищение и восторг молодой части населения, но и многозначительное неодобрение более зрелых соседей и прохожих. И поделом: нередко реактивные полеты сопровождались возгораниями и даже взрывами.
Осваивать общепризнанные авиамодельные технологии в обеспеченных кружках под руководством взрослого наставника мне не довелось. Однако моя «самоподготовка» в коммунальной квартире обеспечивала самостоятельность и свободу воплощения потока замыслов в реальные конструкции, приучая с юных лет идти малоизведанными путями. Страстное увлечение тех лет авиацией порождало любознательность, трудолюбие, и интерес не только к изготовлению авиамоделей по выполненным собственными руками чертежам и разработанным технологиям, но и заставляло усердно рыться на полках библиотек и находить такие дорогие юному сердцу книги по авиационной и ракетно-космической тематике. «С затаенным дыханием» читалось все, начиная от журнала «Юный техник» и не всегда оканчиваясь изданиями Оборонгиза. Аэродинамика, конструкция летательных аппаратов, теория и конструкция воздушно-реактивных и ракетных двигателей, авиационное материаловедение и даже устройство авиационных приборов и основы электроники, не по возрасту увлекали, раскрывая юной душе не всегда понятный, но такой необычный и интересный мир техники, мир авиации.
Потоки усвоенной и переработанной школьником научно-технической информации, уже в 7-м классе, на уроках физики, при изучении 3-го закона Ньютона, позволили преподавателю полностью доверить проведение урока по изучению реактивного движения, принципов и устройства воздушно-реактивных и ракетных двигателей юному авиамоделисту, т.е. мне. Позднее, во время службы в Вооруженных Силах, основы знаний электроники, приобретенные в школьном возрасте, как и умения, собирать свои радиоприемники, позволили с отличием окончить Военную Авиационную Школу механиков, стать первоклассным специалистом-оператором наведения, командиром отделения РЛС и по завершении срочной службы, стать офицером.
Авиамодельные конструкторские разработки, кроме реактивных самолетов охватывали и модели-копии самолетов с поршневыми двигателями.
Достоинством таких конструктивно – силовых схем являлось то, что они повторяли схемы каркасов настоящих самолетов. Авиамоделист во время проектирования и строительства таких моделей на практике мог увидеть достоинства и недостатки выбранной схемы, виды деформаций, которым подвергаются те или иные детали или узлы, агрегаты и сама летающая модель.
В 1968-1969г.г. мои отдельные попытки и опыты по проектированию и постройке двигателей и моделей с реактивными и ракетными двигателями были сформулированы в виде программы «Рубикон», которая отражала этапы разработки, проектирования и строительства летающих моделей с реактивными силовыми установками, самих реактивных микродвигателей и их имитаторов.
Так в соответствии с программой «Рубикон» проектировались и строились экспериментальные модели с различными типами реактивных силовых установок:
Мотокомпрессорная СУ: в носовой части модели – импеллер, в хвостовой – камера сгорания с принудительным впрыском топлива (Экспериментальная летающая модель самолета В–208т); СУ с ракетно-прямоточным реактивным двигателем: взлет на пороховом ракетном двигателе (РДТТ), закрепленном по оси прямоточного воздушно-реактивного двигателя, который после разгона РДТТ должен был обеспечить тягу такому аппарату и т.д. Эти эксперименты не всегда оканчивались успешно, и юная конструкторская мысль продолжала искать все более эффективные и надежные пути внедрения реактивной тяги в авиационный моделизм.
В реализации программы «Рубикон» активное участие принимал мой друг и единомышленник Александр Селин – «АС», который, обладая неуемной энергией и богатой фантазией, всегда понимал меня и воодушевлял на все новые «реактивные подвиги». Не без влияния АСа, был использован, как нам тогда казалось, новый высокоэффективный состав топлива, для очередной многократно летавшей реактивной модели. Однако скорость горения этого топлива была столь высока и неконтролируема, что первый же полет окончился взрывом, а лицо бледнолицего АСа породнилось мгновенно с негроидной расой. Но и после таких неудач мы не унывали, а думали, анализировали и снова «летали». АС не только плодил идеи и создавал конструкции, но и великолепно пилотировал испытываемые нами аппараты. В 1970 году АС уехал к себе домой в Донецкую область, стал шахтером, и авиация перестала его волновать… Мои творческие порывы без друга поугасли.
Вскоре пришло время выполнять священный долг по защите Родины. По возвращении из Армии, в 1973 году, сфера моих интересов охватила экранопланы, которыми я «болел» до 1976 года, а также учебу в Таганрогском радиотехническом институте (ТРТИ), куда я был направлен после службы в ВС. Однако в 1976 году мой «реактивный синдром» снова начал прогрессировать с воплощением новых технических идей, так как творение американской авиамодельной фирмы, «Турбокрафт Инжиниринг корпорейшн» с 1966 г. не давало мне ни сна, ни покоя…
В чехословацком журнале «Моделярж» №1 за 1965 год появилось сообщение о том, что американская фирма «Турбокрафт Инжиниринг корпорейшн» в штате Северная Каролина создала миниатюрный турбореактивный двигатель «Turbokraft» U/22.
Длина двигателя составляет 300 мм, диаметр 70 мм. Сухая масса двигателя — 0,625 кг.
Статическая тяга — 3,6 дан. При включении форсажной камеры сгорания его тяга, на стенде, достигает 4,5 дан. Удельная масса двигателя 0,174 кг/дан, при форсаже — 0,139 кг/дан. Запуск двигателя осуществляется электростартером, который раскручивает ротор двигателя до 10 000 об/мин. Далее ротор вращается самостоятельно со скоростью до 32 000 об/мин. Минимальные обороты составляют 9750 об/мин. При 9 000 об/мин двигатель глохнет. Температура газов на выходе из сопла составляет 540ºC. Максимальные обороты на форсажном режиме 48 000 об/мин. Расход топлива-150 г/мин. Работает двигатель на спиртовой смеси. Сгорание рабочей смеси в двигателе происходит в восьми индивидуальных камерах сгорания, в каждой из которых установлена калильная свеча. Ротор имеет одноступенчатую осевую турбину и одну ступень центробежного компрессора. Смазка подшипников, работающих при высоких оборотах, временно осуществляется добавлением в топливо нескольких процентов масла. Топливо распыляется воздухом перед входом в компрессор. Для снижения температуры в камерах сгорания подается избыток спиртовой смеси, которая при испарении отбирает часть тепла и снижает температуру газов перед турбиной.
Эта информация, приводившая к обострению моего «реактивного синдрома», диплом техника-механика по «Самолетостроению», последующая учеба в филиале Московского авиационного института (МАИ) им. С. Орджоникидзе, а также, работа инженером производственно-диспетчерского отдела Таганрогского машиностроительного завода (ныне ОАО ТАНТК им. Г.М. Бериева) сделали свое дело: турбореактивный микродвигатель ТД-01 с центробежным компрессором, кольцевой камерой сгорания, центробежным впрыском топлива и осевой турбиной диаметром 68 мм, был самостоятельно разработан, построен и готов к испытаниям.
Необходимые для постройки двигателя жаростойкие, жаропрочные и т.д. материалы выбирались по справочникам и благо, их можно было найти в отходах производства, а дефицита по ним в то время завод не испытывал. Их умели тогда обрабатывать высококлассные специалисты, всегда готовые оказать содействие в моих творческих изысканиях, умевшие, при этом, «держать крепко язык за зубами».
Все слесарные и несложные токарные операции я выполнял своими руками. Фрезерные, сварочные, давильные операции заказывал, но в моем присутствии. Подгонку, сборку, балансировку и т.д. выполнял сам.
Между делом были разработаны и построены три варианта ПуВРД (пульсирующего воздушно-реактивного двигателя), о котором я много читал в детстве, и работу которого первый раз в жизни довелось увидеть при испытании своего ПуВРД.
Раскаленная до белого цвета камера сгорания и до вишнево-красного резонансная труба, на фоне режуще-оглушительного звука ПуВРД, быстро охладили мой запал по созданию реактивной модели-копии с ПуВРД, заставив отдавать все большее предпочтение ТРД.
Приступив к испытаниям моего микро-ТРД в заводской лаборатории отработки реальных авиационных двигателей, ввиду огромной разницы в размерностях объектов испытаний мне приходилось то попадать под перекрестный огонь утверждений высококвалифицированных авторитетных критиков о бесполезности и невозможности создания такого двигателя, то окунаться в волны океана рекомендаций коренной переделки агрегатов ТРД, чтобы они были похожими на агрегаты известных в то время на заводе двигателей: АЛ-7ПБ, РД-45Ф, Вк-1А, Аи-20,ТС-20 и т.п.
Советы старших товарищей, конечно, анализировались, и по результатам такого анализа готовился запасной вариант, в моем техническом понимании, который выразился в разработке проекта турбореактивного микродвигателя ТД-02 с центробежным компрессором, центростремительной турбиной и насосной подачей топлива через коллектор с форсунками. Но, как оказалось, этому микродвигателю уже не суждено было воплотиться в металле. Информация о проводимых полулегальных работах по микро-ТРД стала просачиваться в «коридоры власти».
Испытания микро-ТРД шли не так гладко, как хотелось. Не ясно было, какое топливо применять, какое масло, на каких оборотах раскрутки ротора производить розжиг в камере сгорания. А тут еще скептики с утверждениями бесполезности затеи и пожеланиями скорее завершить огнеопасные, на их взгляд, эксперименты.
Одному ведущему инженеру, сочувствующему моим творческим изысканиям, пришла в голову мысль производить раскрутку вала двигателя не подачей воздуха на крыльчатку компрессора, а тангенциальным подводом воздуха на осевую турбину. Такое решение было опасно тем, что в начальный момент раскрутки ротора, скоростной поток воздуха мог вывести турбину из строя по причине недостаточной ее прочности. Так и получилось. Без моего согласия в корпус турбины был впаян штуцер, через который по касательной к турбине подавался воздух под давлением около 10 атмосфер, при раскрутке турбины беспощадно «уложивший» все ее лопатки на ступицу. И таких примеров – множество.
И все-таки двигатель самостоятельно заработал, хоть и нестабильно. Некоторые частоты свиста турбины по мере роста оборотов уходили за порог слышимости. Иногда происходил срыв пламени в камере сгорания (КС), и тогда из сопла вырывалась струя воздуха с мелкодисперснораспыленным керосином. Система подачи топлива через центробежные форсунки работала безотказно. Вопросы организации горения керосина в КС малого объема решались установкой завихрителей и стабилизаторов пламени, эффективность которых наблюдалась в довольно узком диапазоне скоростей потока топливовоздушной смеси. Расширение диапазона скоростей стабильного горения, требовало более качественной предварительной подготовки топлива к сгоранию и увеличения объема КС. Такое увеличение объема КС тянуло, в свою очередь, за собой изготовление нового полого вала двигателя с центробежными форсунками, замену жарового кожуха камеры сгорания и корпуса двигателя. Детали, по тем временам, несложные, но у меня уже не было средств для продолжения работ и настроения для борьбы с «советологами». Стабильное горение в КС мог, вероятно, обеспечить автоматический регулятор подачи топлива по показаниям миниатюрных термодатчиков и датчиков давления воздуха на выходе из компрессора, но такого оснащения с подходящими параметрами на заводе, в то время, не могло быть и в принципе. Разработка и изготовление же такого устройства требовали финансовых средств, дополнительных исследований и экспериментов. К сожалению, заинтересованности и поддержки со стороны руководства авиационного КБ в доводке, этой опережающей время, разработки найти тогда так и не удалось.
Когда информация о моем микро-ТРД дошла до Главного конструктора, он сказал: «Мы (Машиностроительный завод. – Ю.В.) – не двигателестроительная фирма, и заниматься такой «ерундой» нам не к лицу…»
Опыт работ по созданию микро-ТРД, как и опыт работ по реализации более поздних проектов миниатюрных малозатратных летательных аппаратов с электронным оснащением и возможностями БЛА, рожденный трудом и инициативой инженеров и изобретателей города Таганрога, также не востребован и не поддержан. Эти наработки излагаются теперь, только в некоторых патентах на изобретения с правами и обязанностями авторов-патентообладателей, для их возможности входа в инновационную среду и участия в конкурсах инновационных проектов.
Сегодня, такая «ерунда» как микро-ТРД, у нас в России серийно так и не производится. Двигатель можно приобрести в специализированных магазинах модельной продукции некоторых западных стран по цене от 3000 до 6000 $, т.е. по цене новой импортной кухни или подержанной иномарки. Его сфера применения растет и не только для реактивных летающих моделей, но и для беспилотных летательных аппаратов, малогабаритных автономных энергетических установок и даже для новых видов пилотируемых летательных аппаратов с распределенной реактивной тягой.
Следует отметить, что общепризнанным на Западе создателем микро-ТРД является Курт Шреклинг из Германии, которому в 80-х годах прошлого столетия, якобы, первому удалось разработать и построить авиамодельный турбореактивный двигатель. Однако по информации журналов «Моделярж» №1 за 1965 год и «Моделист-Конструктор» №3 за 1966 год, первенство в разработке такого микродвигателя все же принадлежит американской авиамодельной фирме (двигатель «Турбокрафт-22», который не являлся прототипом при разработке моего ТД-01, а был «катализатором действий» и подтверждением принципиальной возможности создания микро-ТРД в далеких 60-х – 70-х годах прошлого столетия).
С 1976 г. по совместительству я руководил авиамодельными кружками и лабораториями, где еще долго лежало невостребованным мое «турбореактивное творение», ожидая поддержки и Российского внедрения…
Но этот опыт не стал препятствием развитию идей создания реактивных летающих моделей, проектирование которых начиналось еще в школьном возрасте.
Председатель Координационного Совета ОНТТЭ «Ювенал» города Таганрога, профессор Российской Академии Естествознания Ю.С.Воронков