NkIThn12202021

НАЧАЛО БОЛЬШОГО ПУТИ

ДВИГАТЕЛЬ

ПД-14 24

ПЕРВЕНЕЦ

НЕМЕЦКИХ ПАНЦЕРВАФФЕ

60

ОТ ТРОЛЛЕЙБУСА —

К ЭЛЕКТРОВОДОРОБУСУ

42

ЕСТЬ ЛИ БУДУЩЕЕ

У ДВИГАТЕЛЕЙ СО ВСТРЕЧНО ДВИЖУЩИМИСЯ ПОРШНЯМИ

36

НЕБЕСНЫЕ

АЭРОДРОМЫ

Художник А. Шепс

Немецкий легкий танк Pz.Kpfw.I Ausf.А

Немецкий легкий танк Pz.Kpfw.I Ausf.В

Командирский танк Kleiner Panzerbefehlswagen на базе танка Ausf.В

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций (Св-во ПИ № ФС77-57293 от 17.03.2014) УЧРЕДИТЕЛЬ — Кохан Б. В., ИЗДАТЕЛЬ — Сальников Ю. В.

ТИРАЖ: 10 000 экз. ЦЕНА свободная. ДАТА выхода в свет — 20.12.2021 г. ТЕЛЕФОНЫ: +7 960 620-02-14, +7 472-290-17-91

АДРЕС РЕДАКЦИИ, ИЗДАТЕЛЯ: 308510, Белгородская обл., Белгородский р-н, пгт Разумное, ул. 78-й Гвардейской дивизии, 16/60. ОТПЕЧАТАНО: Типография «Риммини», г. Нижний Новгород, ул. Краснозвездная, 7а

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ Главный редактор: САЛЬНИКОВА ИРИНА НИКОЛАЕВНА Зам. главного редактора: КЛАДОВ ИГОРЬ ИВАНОВИЧ ЗУБАРЕВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

Председатель Всеукраинской общественной организации «Украинский совет изобретателей и новаторов», руководитель лаборатории коммерциализации и трансфера технологий НИИИС ЧЕРНОГОР ЛЕОНИД ФЕОКТИСТОВИЧ

Заслуженный деятель науки и техники Украины, заслуженный профессор ХНУ имени В. Н. Каразина, доктор физ.-мат. наук, профессор, академик АН прикладной радиоэлектроники Беларуси, России, Украины, академик АН высшего образования Украины, лауреат премий СМ СССР, лауреат Государственной премии УССР МИТЮКОВ НИКОЛАЙ ВИТАЛЬЕВИЧ

Доктор технических наук, член-кор. Академии военных наук (Россия), член-кор. Королевской морской академии (Испания), заслуженный деятель науки Удмуртии ШПАКОВСКИЙ ВЯЧЕСЛАВ ОЛЕГОВИЧ

Кандидат исторических наук, доцент Пензенского госуниверситета, член Британской ассоциации моделистов МАFVA, член-корреспондент Бельгийского королевского общества «Ла Фигурин» МОРОЗ Сергей Георгиевич ШУМИЛИН Сергей Эдуардович

Верстка и дизайн: Хвостиченко Татьяна

Коммерческий отдел: Кладов Игорь, Искаримова Лариса

Художник: Шепс Арон В случае обнаружения типографского брака или некомплектности журнала, просьба обращаться в редакцию. Обратившись в редакцию, можно приобрести предыдущие номера журнала.

E-mail: market@naukatehnika.com

Мнение редакции может не совпадать с мнением автора. Ответственность за содержание материалов и авторские права несет автор статьи.

НАШИ ДОРОГИЕ ЧИТАТЕЛИ! Вы держите в руках последний номер журнала «Наука и техника» и, увы, не только в этом году. Ряд обстоятельств, прежде всего экономических, сделал невозможным дальнейший выпуск журнала. Мы благодарны Вам, что были с нами эти 15,5 лет. Спасибо, что поддерживали нас своим выбором и своим рублем. Я благодарен всем нашим авторам, которые публиковались у нас с интересными, оригинальными и познавательными материалами. Перечислить их всех нет возможности, да вы их и сами знаете. Несколько авторов, ведущих рубрики, сформировали узнаваемое лицо журнала «Наука и техника» — им особая благодарность. Они работали с первого до последнего номера не за гонорары, это их стихия, они этим живут. Это Сергей Мороз, Сергей Шумилин, Юрий Каторин, Леонид Кауфман, Наталья Беспалова и другие замечательные авторы. Большое спасибо моим коллегам, которые составляли, верстали, готовили к печати этот журнал и сопровождали его. Это Наталья Беспалова и Вера Кюппер — грамотные, вдумчивые редакторы журнала, Лариса Искаримова — бессменный менеджер, Татьяна Хвостиченко — высококлассный верстальщик и дизайнер, известный художник Арон Шепс, корректор Елена Новохацкая и надежные бухгалтеры — Сальникова Ирина и Тимурка Виктория. Безвыходных ситуаций не бывает, просто закрывается одна страница истории и открывается другая, и поэтому я приглашаю Вас, уважаемые читатели, продолжить общение с нашими авторами на сайте журнала «Наука и техника»: www.naukatehnika.com. С уважением и благодарностью учредитель журнала Игорь Кладов.

СОДЕРЖАНИЕ

36

ЭКОЛОГИЯ и ЭНЕРГЕТИКА

Леонид Кауфман Подземные структуры гидроаккумулирующих электростанций. Часть 2

4

РАКЕТОСТРОЕНИЕ

Николай Игнатьев Как ракетно-ядерный щит Советского Союза дал трещину

11

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

Сергей Мороз На честном слове, на одном крыле

16

60

БРОНЕКАТАЛОГ

Сергей Шумилин Первенец немецких Панцерваффе

24

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

Вадим Нерубасский ПД-14. Начало большого пути

30

ИСТОРИЯ ВОЗДУХОПЛАВАНИЯ Юрий Каторин Небесные аэродромы

36

30

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

Николай Макаренко Есть ли будущее у двигателей со встречно движущимися поршнями

42

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ Дмитрий Любченко Теплопаровозный тупик. Часть 4

44

ОРУЖИЕ

Алексей Ардашев Из кривого ствола. «Кривое» оружие «непрямой наводки». Часть 2

52

ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ

Павел Богодистый От троллейбуса ― к электроводоробусу

60

24

ЭКОЛОГИЯ

и

ЭНЕРГЕТИКА

Часть 2

Окончание. Начало см. в № 11 2021 г. «Науки и Техники»

ПОДЗЕМНЫЕ СТРУКТУРЫ ГИДРОАККУМУЛИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 3. НАКЛОННЫЕ НАПОРНЫЕ ТУННЕЛИ Два напорных туннеля, связывающие верхний резервуар с полостью машинного зала, бурились туннельной машиной открытого типа Herrenknecht Gripper через твердые породы под углом наклона примерно 400, длиной по 1054 м, диаметром в проходке 5,2 м. Туннели проходились снизу вверх из подземной полости турбонасосов к камере обслуживания на берегу озера Мутт (рис. 15). На машине (рис. 16) были установлены гидродомкраты, распирающие ее между стенками туннеля, с двойной блокировкой обратного хода (показаны желтым на рис. 17). Большой угол наклона туннелей потребовал удерживать машину от сползания во время бурения. С этой целью компания — изготовитель Herrenknecht на домкратах этой машины весом 800 т установила сдвоенные механические противореверсные замки. Такая система обеспечила безопасное и надежное прижимание домкрата к стене туннеля автоматическим механическим заклиниванием. Это означало, что даже в случаях сбоев в энергоснабжении или гидравлической системе сохранялся необходимый распор машины, создаваемый

при всех рабочих состояниях (движении вперед, остановке или втягивании домкратов). Машина была оборудована насосами для нанесения набрызг-бетонной крепи, а также двумя буровыми станками для установки анкерной крепи в неблагоприятных геологических условиях. Как уже говорилось, учитывая сложные геологические и технологические (наклон туннеля) условия строительства, к конструкции машины и безопасности персонала были предъявлены особые требования. Перед отправ-

Рис. 16. Буровая туннельная машина открытого типа с распорными домкратами (фото: cjme.springeropen.com)

Рис. 15. Схема расположения наклонных напорных туннелей (фото: herrenknecht.com):

lake Mutt — озеро Мутт, lake Limmern — озеро Лиммерн, valve chamber — камера задвижек, penstock — напорный туннель,

pover house cavern — полость машинного зала, underwater tunnel — отводящий туннель

Рис. 17. Начало проходки наклонного туннеля буровой туннельной машиной (фото: herrenknecht.com)

Автор — Леонид Кауфман 4

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ЭКОЛОГИЯ

кой в Швейцарию машина была полностью собрана и испытана. Еще одной проблемой была доставка машины от места прибытия в Швецарии на высоту 800 м над уровнем моря к пункту начала строительства на высоте 1700 м. Поэтому компоненты машины были разработаны заводом-изготовителем с весом до 37 т, имея в виду грузоподъемность доставочной подвесной канатной системы 40 т. Машина была собрана в горизонтальном положении и доставлялась к месту запуска по рампе с углом наклона примерно 250. Необходимый угол наклона туннеля 400 был достигнут вертикальным поворотом его трассы на участке длиной 150 м с радиусом 50 м. Буровая туннельная машина пересекала породы известняка Квинтнер с крепостью до 150 МПа. Угол наклона туннелей был особым вызовом для технологии машинной проходки, для профессиональной подготовки рабочих и команды проектировщиков. В обоих туннелях забой должен был пройти через нарушенную зону Mörtalbruch, в которой устанавливалась дополнительная крепь из стальных кассет и железобетонных сегментов. Усиленная крепь и стабилизация пород замедлили скорость проходческих работ. Во время проходки напряжения в массиве приводили к разрыву породных блоков, расширению трещиноватых систем, раскрытию карстовых пустот в степени, не предсказанной при разработке проекта. Преодоление этих проблем осложнялось тем, что туннели были наклонными, и в них возникали проблемы, уже решенные ранее для горизонтальных выработок. На половине длины наклонных туннелей были встречены так называемые карстовые проводники — пустоты растворения известняка, включая увеличенные трещины и трубчатые естественные туннели, заполненные водой. Они создают для проходческих работ опасности наплыва осадков, вывалы пород, ослабление распора гидравлических домкратов, закупорку режущей головки машины. По результатам разведочного бурения и последующего математического моделирования была разработана технология пересечения туннелями карстовых пустот под защитой «зонта» из скважин вокруг сечения туннеля, позволяющего предотвратить оседание его режущей головки и нарушения направления . Схема такого решения показана на рис. 18. Стабильность туннелей и безопасность рабочих были улучшены применением стальных колец крепи и плит в обратном своде сечения (рис. 19, 20). Тем не менее для этих тяжелых условий была подтверждена целесообразность применения буровой туннельной машины вместо буровзрывных работ.

Рис. 18. Схема создания «зонта» из опережающих скважин для забоя туннеля (фото: youtube.com) — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

и

ЭНЕРГЕТИКА

Рис. 19. Установка крепи при строительстве напорных туннелей

Рис. 20. Стальные плиты усиления крепи в наклонном туннеле (фото: gndec.ac.in)

4. ГЛАВНЫЙ НАКЛОННЫЙ ТУННЕЛЬ ДОСТУПА

С целью всепогодного доступа к полостям машинного и трансформаторного залов в состав гидроэлектрического комплекса включен туннель, оборудованный наземной канатной дорогой для транспортировки людей и тяжелого оборудования от Терфеда к полостям электростанции. Туннель доступа состоит из следующего: 33 портальной структуры, которая строится открытым способом, длиной 18 м, 33 прохода от портала к нижней станции длиной 219 м, сечением 50 м2, 33 полости нижней станции длиной 35 м со стандартным сечением 260 м2, в расширенной части — 360 м2, 33 наклонного туннеля с общей длиной 3,8 км, пройденного в основном буровой туннельной машиной (с промежуточной станцией на половине пути), с градиентом 24 % (13,5°) и диаметром туннеля в проходке 8,03 м, 33 в обеих стенах туннеля с интервалом 550 м устроены 17 ниш для укрытия людей, размещения противопожарного и электрического оборудования. Туннель полностью пройден по известняку формации Квинтнер (Quintner) (рис. 21), что определило в основnaukatehnika.com

5

ЭКОЛОГИЯ

и

ЭНЕРГЕТИКА

ном благоприятные условия строительства. Встречались, однако, пересекаемые туннелем участки множественных слоистых (так называемых кливажных) плоскостей, которые приводили к нестабильности периферии сечения и выпадению породных блоков. Как и в напорных туннелях, попадались карстовые явления, для предотвращения которых применялись опережающее бурение разведочных скважин и сейсмические методы. Первые несколько метров туннеля доступа проходились неполным сечением с поочередной отбойкой породы в пилотном (опережающем) туннеле, нижнем или боковых уступах забоя, обратном своде (рис. 22) и с применением опережающей крепи. Такое решение определилось малой мощностью и риском обрушения пород, перекрывающих туннель при его входе в склон горы. Затем стало возможным проводить буровзрывные работы на полное сечение забоя. Туннель крепился анкерными болтами длиной 3–4 м, металлической сеткой и набрызг-бетоном. Полость нижней станции туннеля также проходилась неполным сечением с применением буровзрывных работ.

новленная мощность электрооборудования — 3500 кВ. Сначала предполагалось, что отбитая порода от режущей головки через дозатор будет попадать в желоб в обратном своде туннеля, смешиваться с подаваемой водой и транспортироваться пульпой по желобу к промежуточной емкости в естественной полости (пещере). Здесь пульпа должна была дробиться, осаждаться и дренироваться, а затем вагоном наземного канатного пути выдаваться на поверхность. Позднее была предложена транспортировка отбитой породы после ее выхода из буровой туннельной машины ленточной конвейерной линией, состоящей из индивидуальных участков максимальной длиной по 275 м, устанавливаемых по мере подвигания забоя наклонного туннеля. При проходке туннеля было решено по соображениям безопасности отказаться от доставки в забой по наклонному пути материалов, оборудования и людей автомобилями на шинах. Туннель оборудован наземной канатной дорогой (cable railway) (рис. 23, 24), которая от привычного фуникулера отличается способом крепления вагонов к тяговым канатам: в фуникулере вагоны присоединены к канату постоянно, в системе, принятой в туннеле, вагоны могут прикрепляться к канатам и открепляться от них в начале и в конце пути. К буровой туннельной машине на время ее работы с помощью сцепных устройств были присоединены восемь резервных вагонов, удерживаемых устройствами, предотвращающими скольжение по наклонному туннелю в случае аварии с крепью или при подвигании машины. В двух передних вагонах располагалось оборудование для обслуживания буровой машины и пульт управления. В третьем вагоне находилось оборудование Рис. 21. Геологический разрез по породному массиву известняка установки крепи туннеля. В следующих вагонах размещатуннеля доступа (фрагмент) (фото: Access_Adit_I_for_Kraftwerke...) лось такое оборудование, как трансформаторы, вентиляционная система, насосы для набрызг-бетона и охлаждающей системы машины. Общая длина буровой туннельной машины и вспомогательного комплекса составила около 165 м. Подъемная установка включает канат длиной 3,8 км с диаметром 44 мм. Она имеет общую грузоподъемность 110 т, два двигателя мощностью по 870 кВ и установлена на массивной стальной конструкции. Скорость движения состава достигает 4 м/с, вагоны оборудованы аварийными тормозами, устройствами, ограничивающими скорость наматыРис. 22. Очередность проходки туннеля неполным сечением с опережающей вания каната и его провисание. крепью (фото: gndec.ac.in): shotcrete lining — набрызг-бетонная крепь, excavation of crown — экскавация Поезд вагонов постоянного обслуживания канатforepoling bars — опережающая крепь, свода пилотным туннелем, ной дороги состоит из четырех платформ, гибко lattice girder — решетчатая ферма крепи, bench — нижний уступ забоя, invert — обратный свод

Первоначально планируемое сечение портальной структуры 50 м2 позднее было увеличено до 70 м2. Буровая туннельная машина собиралась перед порталом до ее входа на стартовую позицию бурения. После рассмотрения геологических и технологических проблем, а также проведения тендера на производство работ было принято решение о применении для проходки туннеля доступа буровой туннельной машины так называемого открытого типа с двойными распорными домкратами. Опережающее разведочное бурение скважинами длиной 100 м, диаметром 100 мм, установка анкерных крепежных болтов, нанесение слоя набрызг-бетона выполняется станками, установленными на машине сразу позади режущей головки. Диаметр туннеля доступа в проходке — 8,03 м, общая уста6

naukatehnika.com

Рис. 23. Наклонный туннель доступа (фото: commons.wikimedia.org) — № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ЭКОЛОГИЯ

Рис. 24. Строение рельсового пути наклонного туннеля доступа (фрагмент) (фото: Access_Adit_I_for_Kraftwerke...)

приспосабливаемых к различным потребностям и оборудованных для выполнения специфических операций, например транспортировки 20 человек персонала; железобетонных сегментов обратного свода туннеля; крана для их установки или конструкций турбонасоса; других специализированных грузов (рис. 26).

5. ГЛАВНЫЕ ЗАЛЫ Особого внимания при проектировании и строительстве электростанции потребовали ее главные полости — машинного и трансформаторного залов. Форма их сечения определилась геологическими условиями и распределением напряжений в породном массиве. Возможные варианты показаны на рис. 27. В общем случае виды кровли и вертикальные стены, показанные на рис. 27 (a–с), предпочтительны по экономическим причинам (уменьшенный объем экскавации, меньший объем неиспользуемого подземного пространства, более простые стадии экскавации). В крепких породах параметры сечения аналогичны отношению высоты арки к длине арочного моста, которое также зависит от прочности и жесткости опор.

Рис. 25. Два двигателя подъемной системы наземной канатной дороги (фото: railweb.ch)

и

ЭНЕРГЕТИКА

Однако в слабых породах при таких формах сечения, особенно в случае высоких горизонтальных напряжений в породном массиве, прямые стены могут прогнуться внутрь сечения, вызвать в породах напряжения растяжения, которые приведут к обрушению полости. В таких случаях приходится усиливать крепь и прибегать к тампонажу скважин, в которах устанавливаются анкерные болты. Здесь целесообразно использовать подковообразную форму сечения, что потребует большей тщательности при ведении буровзрывных работ. В полости машинного зала Лиммерн изгибы ее стены слегка направлены вовнутрь именно для того, чтобы получить лучшее распределение нагрузок в породах и избежать появления в стенах напряжений растяжения. Для этой полости угрожающий уровень ‑максимальных деформаций стен был установлен равным 30–40 мм, свода — 20–30 мм. В трансформаторной полости стены расположены вертикально (рис. 28–30). Выбор параметров крепи машинного и трансформаторного залов производился с помощью компьютерной модели, показавшей напряженные зоны в породном массиве (рис. 31). Компьютерной моделью были также определены размеры и подвижность породных блоков (рис. 32), а также прогрессирующих зон деформации массива и в зависимости от них — стабильность породного целика между полостями. Анализ компьютерной модели показал, что при расстоянии между осями полостей 62 м их нарушенные зоны накладываются друг на друга в целике, разделяющем полости, шириной 39 м (рис. 33), даже при усилении крепи, когда длина анкерных болтов увеличивается до 16 м, а расстояния между ними уменьшаются. Установив, что смещение стен в трансформаторной полости составляет более 10 %, строители решили, что расстояние между полостями должно быть увеличено до 82 м. Как видно из рисунка, принятые окончательным выбором анкерные болты диаметром 30 мм, расположенные по сетке 1,7 х 1,7 м длиной 8 м, действуют в нарушенных зонах, как так называемые «плавающие усилители» стен главных полостей электростанции. В ходе строительства было обнаружено, что геологические условия оказались более сложными, чем ожидалось. Кроме карстовых явлений, о которых уже говорилось, это выразилось, например, в большей варьируемости смещений окружающих пород. В ходе экскавации было обнаружено, что рассланцованные зоны известняка неблагоприятной конфигурации пере-

Рис. 26. Транспортировка людей и грузов наземной канатной дорогой в туннеле доступа (фото: railweb.ch) — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

naukatehnika.com

7

ЭКОЛОГИЯ

и

ЭНЕРГЕТИКА

Рис. 27. Формы сечения полости главного зала электростанции с прямыми стенами и кровлей

трапезоидной (a), грибообразной (b), круглой (с),

пулеобразной (d) подковообразной (e) с выгнутыми стенами

Рис. 30. Сечение машинного зала гидроаккумулирующей электростанции:

Рис. 28. Схема главных полостей электростанции Linth-Limmern (Линт-Лиммерн) (фото: im-engineering.eu):

Machine cavern — Машинный зал, Transformer cavern — Трансформаторный зал, machine hall cranes — зал кранов, motor generator — двигатель– генератор, pump turbines — турбонасос, pressure shafts to Lake Mutt — напорные туннели от озера Мутт, spherical valve — шаровая задвижка,

1) вход напорной воды, 2) турбина, 3) генератор,

4) машинный зал, 5) отводящий туннель

cable and busbar tunnel — кабели и шины электропитания трансформаторов, underwater protection — подводная защита, machine transformers — трансформаторы, underwater tunnel to Limmernboden reservoir — отводящие туннели к озеру Лиммерн

Рис. 31. Вертикальные напряжения в горном массиве (прямые черные линии — анкерные болты временной крепи) (фото: ethz.ch)

Рис. 29. Основные полости и примыкающая к ним сеть туннелей электростанции Лимммерн (фото: ethz.ch):

machine cavern — полость наземной канатной дорогой от машинного зала, Терфеда, transformer cavern — полость tailwater tunnels — отводящие трансформаторного зала, туннели, detective karst — обнаруженный mucking gallery to Ochsenstaefeli — карст, туннель выдачи отбитой при pressure shafts — напорные туннели, проходке породы, cable car tunnel (access ZS I from exploration and drainage gallery — Tierfehd) — туннель доступа с разведочный и дренажный туннель

секали стены главных полостей (рис. 34). Когда в ходе работ было обнаружено, что смещение пород со временем не снижается, как ожидалось, а в слое временной крепи набрызг-бетона появились трещины, в компьютерную модель были внесены дополнения. Временная крепь была усилена уменьшением расстояния между анкерными болтами, увеличена толщина постоянной монолитной крепи стен полости (рис. 35).

8

naukatehnika.com

Рис. 32. Основные породные блоки в массиве пород, в котором размещен машинный зал (фото: ethz.ch) — № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ЭКОЛОГИЯ

и

ЭНЕРГЕТИКА

Рис. 33. Компьютерная модель развития пластических (необратимых) зон деформаций породного массива (расстояние между полостями 62 м и 82 м) (фото: ethz.ch)

Рис. 36. Взрывные работы при строительстве машинного зала гидроэлектростанции (фото: youtube.com) Рис. 34. Модель слабых зон породного массива, пересекающих машинные залы:

английский текст (красный шрифт): compact limestone massive/blocky — разделенный блоками или слоями плотный известняк сплошной/ на тонкие смещенные зоны, разделенный на блоки, platy limestone, thin shear zones — interbedded limestone, blocky известняк, расслоенный на тонкие to platy (locally) thin shear смещенные зоны; zones — расслоенный известняк, немецкий текст (черный шрифт) не переводится

Рис. 37. Строительство полости машинного зала (фото: youtube.com)

зала, на рис. 38 — очередность проходческих работ при строительстве главных полостей. Строительство начиналось с проходки центрального пилотного туннеля с сечением 6 х 6 м, за которым следовало его расширение в обе стороны до полной ширины. Завершенный вид машинного зала показан на рис. 39.

Рис. 35. Крепь, устанавливаемая при проходке полостей электростанции Линт-Лиммерн:

grouted rock bolts — тампонируемые анкерные болты, Npl — допустимое осевое усилие,

pre-ten. — предварительное напряжение

На рис. 36 показаны взрывные работы по расширению уступами полости машинного зала электростанции, на рис. 37 — бетонные работы в стенах этого — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Системы гидроаккумулирующих электростанций уже долгое время служат основным вариантом хранения больших объемов электроэнергии. В этих системах вода, хранящаяся в верхнем резервуаре, обрабатывается в турбине для преобразования ее потенциальной энергии в кинетическую. В отличие от плотинных гидроэлектростанций, обработанная вода гидроаккумулирующих элекnaukatehnika.com

9

ЭКОЛОГИЯ

и

ЭНЕРГЕТИКА

Рис. 38. Последовательность проходческих работ при строительстве главной полости (фото: researchgate.net)

до 1400 м. Ее единственной наземной частью служит верхний резервуар и относящиеся к нему природоохранные объекты (рис. 40, 41). Вторая по значимости технология накопления энергии предполагает сжатие газа (обычно воздуха) до высокого давления и его нагнетание в естественную полость, водоносный горизонт или закрытую шахту. С точки зрения хранения энергии, такая технология в значительной степени эквивалентна гидроаккумулирующим электростанциям. Но, вместо перекачки воды из нижнего резервуара в верхний в периоды минимального спроса на электроэнергию, в накопителе энергии сжатого воздуха окружающий воздух (или другой газ) сжимается и хранится под давлением в подземной полости (или наземной емкости). Когда требуется электричество, сжатый воздух нагревается и затем расширяется в турбоэкспандере (расширительной турбине), проходя через которую под высоким давлением, центробежный или осевой поток воздуха расширяется, приводя в действие генератор для производства энергии.

Рис. 39. Машинный зал электростанции (фото: axpo.com)

тростанций не просто сливается, но улавливается и хранится в нижнем резервуаре. Во время низкого спроса на электроэнергию или избыточного ее производства (низких цен на электроэнергию) вода снова поднимается насосами в верхний резервуар и хранится там до следующего запроса потребителей. Существуют различные виды гидроаккумулирующих станций (см. выше), в том числе, например, такие, как использующие морскую воду (Окинава, Япония), когда море становится нижним резервуаром энергетического комплекса или станции, в которых резервуарами становятся подземные полости. Ведутся также исследовательские и проектные работы по использованию для таких станций закрытых (заброшенных) шахт, в которых ранее добывались разные виды полезных ископаемых. Для того чтобы расширить область применения гидроаккумулирующих электростанций, проектная группа Делфтского технологического университета в Нидерландах разработала концептуальную схему расположения комплекса подземных полостей и туннелей на оптимальной глубине и в приемлемых гидрогеологических условиях. Эта схема по приведенной выше классификации гидроаккумулирующих комплексов относится к закрытым, т. е. обособленной от других водных систем района. Проект рассматривает варьируемую производительность станции от 400 МВт до 2000 МВт, располагаемую на глубине 10

naukatehnika.com

Рис. 40. Концептуальный проект подземной гидроаккумулирующей электростанции:

upper reservoir — верхний резервуар, transformer cavern — полость inlet — вход, трансформаторного зала, pressure shaft — напорный ствол, distribution cavern — transport and ventilation shafts — распределительный туннель, грузоподъемный и вентиляционный underground reservoir — подземный стволы, (нижний) резервуар machine cavern — полость машинного зала,

Рис. 41. Концептуальная схема нижнего резервуара:

1, 2 — вертикальные стволы, 3 — вентиляционный туннель, 4 — разведочный туннель,

5 — распределительный туннель, 6 — полость хранения воды

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

РАКЕТОСТРОЕНИЕ

КАК РАКЕТНОЯДЕРНЫЙ ЩИТ СОВЕТСКОГО СОЮЗА ДАЛ ТРЕЩИНУ В газете «Московские новости» за 22 сентября 1991 г. обозреватель «МН» Леонард Никишин изложил версию случившегося с ракетой SS-19 со слов «знающих людей». Но, видимо, не совсем точно. Гром, про который рассказал автор статьи, и вправду грянул, коснувшись судьбы страны и жизни ее граждан. В день, какой неведомо, ни в каком году Разговор в статье шел о двухступенчатой межконтинентальной баллистической ракете (МБР) легкого класса 15А30 (по классификации США и НАТО — SS-19 mod. 1, “Stilleto”, по договору ОСВ — РС-18А), оснащенной разделяющейся головной частью с шестью боевыми блоками индивидуального наведения (РГЧ ИН). Входила ракета в состав боевого ракетного комплекса (БРК) УР-100H. Разработка проекта этой ракеты начиналась в 1967 г. в Центральном конструкторском бюро машиностроения (ЦКБМ, п/я А-1233) под руководством генерального конструктора В. Н. Челомея совместно с Филиалом № 1 ЦКБМ в Филях. Реализация проекта стала осу-

Та самая дача Сталина

ществляться 2 сентября 1969 г. в Филиале №1 ЦКБМ под руководством В. Н. Бугайского после заседания Совета Обороны СССР, состоявшегося на бывшей даче Сталина, расположенной среди старых хвойных деревьев, поблизости от поселка Сосновка. Здесь и состоялось заседание Совета Обороны 28 августа 1969 г., на котором, по существу, шел спор двух главных конструкторов – В. Н. Челомея и М. К. Янгеля. Они тогда предложили на рассмотрение свое представление о развитии боевого ракетостроения, о создании новейших и надежных носителей ядерных зарядов. Всех участников совещания доставили комфортабельным автобусом специальной конструкции. Среди них — министр С. А. Афанасьев, главные конструкторы ракетных комплексов В. П. Макеев, А. Д. Надирадзе, главные конструкторы систем В. П. Бармин, В. П. Глушко, В. И. Кузнецов, Н. А. Пилюгин, М. С. Рязанский, главный конструктор КБЭ (п/я А-7160) В. Г. Сергеев, директор ЦНИИмаша Ю. А. Мозжорин, директор Южного машиностроительного завода А. М. Макаров. Академию наук СССР представляли ее президент М. В. Келдыш и академик А. П. Александров. Перед началом совещания на трех роскошных лимузинах прибыли: Председатель Совета Обороны Л. И. Брежнев, Председатель Президиума Верховного Совета СССР Н. В. Подгорный и Председатель Совета Министров СССР А. Н. Косыгин.

По поручению ОКК «Харьков ракетно-космический» Николай Игнатьев, почетний работник космической сферы Украины — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

naukatehnika.com

11

РАКЕТОСТРОЕНИЕ

Лидеры государства заняли места за передним столом. Там уже расположились секретарь ЦК КПСС, ведавший оборонными вопросами страны, Д. Ф. Устинов, министр обороны А. А. Гречко и начальник Главного политического управления Советской Армии и ВМФ А. А. Епишев. Для рассмотрения были предложены две концепции развития стратегических ракет: одна — генеральным конструктором ЦКБМ В. Н. Челомеем, другая — главным конструктором КБЮ (п/я В-2289) М. К. Янгелем. Предложения В. Н. Челомея базировались на существовавших разработках его конструкторского бюро. Он предлагал включить

В. Н. Челомей

М. К. Янгель

12

naukatehnika.com

в состав РВСН большое количество (до 5000) относительно дешевых и простых в эксплуатации ракет с газодинамическим («горячим») стартом из относительно дешевых шахтных пусковых установок (ШПУ). Ракеты намечалось оснащать недорогими аналоговыми системами управления (СУ): В. Н. Челомей был против СУ на основе современных БЦВМ, основывая этот довод на экономических показателях. Был он противником и оснащения ракет разделяющимися головными частями. Готовность ракет к пуску в его концепции также не играла особой роли. Столь огромное количество ракет, стоящих на боевом дежурстве, затрудняло бы их уничтожение противником, а при ответном массированном ударе не в состоянии справиться никакая противоракетная оборона. В. Н. Челомей настаивал на проектировании только жидкостных ракет. И это несмотря на то, что в США твердотопливная тематика уже становилась одной из ведущих видов ракетной техники. Нужно сказать, что по тем временам какая-то определенная логика в доводах В. Н. Челомея была, и они не лишены были определенного смысла. Несмотря на то, что В. Н. Челомей мог рассказывать убедительно, увлекать слушателей, выступление его оставило неоднозначное впечатление. Трудно было представить, как можно изготовить армаду из пяти тысяч ракет и сколько нужно самого различного оборудования и персонала для их обслуживания! М. К. Янгель на Совете выступил с принципиально новой концепцией: он предлагал оснащать РВСН более мощными ракетами с РГЧ ИН и с ШПУ высокой защиты от поражающих факторов ядерного взрыва (ПФЯВ). Для систем управления предлагал применить ЦВМ. В результате, после жестких споров, были приняты для серийного производства оба варианта: 15А14 (ракета разработки КБЮ) и 15А30 — ЦКБМ. Начали готовить их в серию еще в процессе проведения ЛКИ. Постановление правительства № 682-218сс о создании МБР 15А30 в составе ракетного комплекса УР-100Н с размещением ее в ШПУ повышенной защищенности вышло 19 августа 1970 г. Вместе с параллельно разрабатываемой в КБ «Южное» МБР 15А15 комплекса МР-УР100 они предлагались для замены семейства МБР УР-100, к тому времени развернутых в массовом количестве. В Постановлении ставилась задача и о создании высокозащищенных командных пунктов и шахтных пусковых установок (ШПУ), способных обеспечить старт 15А30 в самых неблагоприятных условиях при внезапном ядерном нападении противника. МБР 15А30 — двухступенчатая с ЖРД на долгохранимом топливе (горючее — гептил, окислитель — азотный тетраоксид), выполненная по схеме «тандем» с последовательным разделением ступеней. Ракета отличалась простотой конструкции, очень плотной компоновкой и высокой надежностью ряда систем. Помещенная в транспортно-пусковой контейнер (ТПК), обеспечивающий температурный режим в течение всего периода эксплуатации, ракета находилась в заправленном состоянии. Заправка компонентами топлива производилась в шахте. ТПК с ракетой 15А30 подвешивался в ШПУ повышенной защищенности, разработанной Филиалом № 2 ЦКБМ, возглавляемым В. М. Барышевым, на специальных амортизаторах, что обеспечивало дополнительную защиту ракеты от сейсмического воздействия ПФЯВ. К головной части второй ступени ракеты под обтекателем крепился агрегатно-приборный блок, в котором размещалась РГЧ с шестью боевыми блоками, приборы автономной инерциальной СУ с бортовой цифровой вычислительной машиной (БЦВМ) 15Л579 и жидкостная двигательная установка разведения блоков боевого оснащения, которое способно было поражать высокозащищенные и прикрытые системой противоракетной обороны (ПРО) точечные цели. Ядерные заряды боевых блоков мощностью по 550 кт каж— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

РАКЕТОСТРОЕНИЕ

дый разработаны в НИИ-1011 (ныне — ВНИИ технической физики). Ракета оснащалась комплексом преодоления ПРО. Приняв схему РГЧ, Челомей тем не менее остался верен газодинамическому («горячему») старту из шахты с газоходами, но при этом ракета выходила все же из размещенного в ШПУ транспортно-пускового контейнера (ТПК) за счет действия силы тяги двигательной установки первой ступени. Конструкция ТПК позволяет производить техническое обслуживание систем ракеты, заправку и слив компонентов топлива после установки ракеты в шахту. Естественно, что существенно повысить защищенность такого старта не удавалось. Но М. К. Янгель в результате, по выражению острословов, «битвы века отстоял свою концепцию развития боевой ракетной техники, и КБ «Южное» (предприятие п/я В-2289) приступило к реализации проектов Р-36М и МР-УР100 с ракетой 15А15. Серийное производство ракет 1530 было развернуто в 1974 г. на Московском машиностроительном заводе имени М. В. Хруничева. Первый испытательный пуск ракеты по программе ЛКИ состоялся на полигоне Байконур 9 апреля 1973 г. ЛКИ были завершены в октябре 1975 г. после проведения 25 пусков. Позже все такие шахты были переоборудованы в шахты высокой защищенности, разработки того же предприятия под руководством Владимира Барышева. Первые боевые ракетные комплексы (БРК) УР-100H с МБР 15А30 были поставлены на боевое дежурство 26 апреля 1975 г. неподалеку от городов Первомайск и Хмельницкий на Украине (90 ШПУ одиночного старта).

18 декабря 1976 г. приступил к боевому дежурству ракетный полк с УР-100H в ШПУ повышенной защищенности (110 ШПУ ОС), где ранее несли дежурство МБР из семейства «соток» возле города Татищево Саратовской области и у города Козельска (70 ШПУ ОС). Всего было построено 360 ШПУ высокой защищенности, в которых разместили 360 МБР 15А30.

***

До начала проектирования ракеты 15А30 Челомей отказался от услуг «фирмы» Пилюгина (НИИАП) и в КБ «Электроприборостроения» (КБЭ, п/я А-7160) были открыты заказы 274 и 34. Такой шифр получили опытно-конструкторские работы (ОКР) по СУ для БРК Р-36М и УР-100Н соответственно. КБЭ оказалось разработчиком сразу двух СУ для двух важнейших советских МБР, поэтому пришлось максимально унифицировать эту работу, но по математическому обеспечению пришлось делать две разных системы, так как ракеты-то были разные. В результате выполнения заказа 34 под руководством главного конструктора В. Г. Сергеева была разработана и СУ УР-100Н, унифицированная с СУ БРК Р-36М. Работы по созданию унифицированной СУ оказались очень сложными — они были первыми для КБЭ по МБР с РГЧ.

Технические характеристики 15А30 Длина

24,3 м

Максимальный диаметр корпуса

2,5 м

Стартовая масса

105,6 т

Масса головной части

4350 кг

Боевые блоков, размещенные на специальной платформе разведения Максимальная дальность стрельбы МБР 15А14 и 15А30

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Точность попадания в цель

6 шт 10 000 км 0,35–0,55 км

naukatehnika.com

13

РАКЕТОСТРОЕНИЕ

Так, конструкция головной части ракеты 15А14 оказалась весьма сложной и плохо учитывающей возможности СУ, боевые блоки (их было 10), размещались в два яруса на так называемых «пантографах» и «перевертышах», их при отделении боевых блоков нужно было отвести за пределы платформы и отделить от ракеты без ухудшения точности стрельбы. Высокие характеристики СУ подтвердились при пусках в процессе проведения ЛКИ. Отклонение от точки прицеливания составило 380 м. Эти работы способствовали подъему КБЭ, который завершился созданием СУ на основе БЦВМ с процессором М6М для ракеты Р-36М2 БРК «Воевода» (SS-18 mod. 5, 6 “Satan”) и КАУ ракеты-носителя 11К25 «Энергия». Приборы разработки КБЭ изготавливали на заводе «Электроприбор» (п/я А-7881), Киевском радиозаводе (КРЗ, п/я А-7968) и на заводе имени Тараса Шевченко (ЗиШ, п/я А-3903). Блок разведения боеголовок и система управления производились на Оренбургском авиазаводе (п/я А-7885).

30 декабря 1975 г. ракетные комплексы Р-36М и УР-100Н были приняты на вооружение: в эксплуатацию принята аппаратура заказов 274 и 34.

***

Но, как оказалось, комплекс УР-100Н не был лишен недостатков, некоторые из них проявились в 1978 г. при проведении пуска ракеты 15А30, стоявшей на боевом дежурстве, на максимальную дальность с целью проверки состояния комплексов. Возник серьезный инцидент: отклонение точек падения боевых блоков от точек прицеливания намного превосходили расчётные. Пуск повторили, результаты оказались такими же: головная часть снова не попала в цель Стало ясно, что в конструкции ракеты скрывается какой-то недостаток. Но на боевом дежурстве стояли уже десятки ракет, ускоренными темпами готовилась поставка новых. Исследование причин недопустимых отклонений точек падения блоков позволило установить, что на последних секундах работы ЖРД 1-й ступени начинались интенсивные продольные колебания ракеты в резонансном режиме. В результате воздействия вибронагрузок, превышающих заданные в ТЗ, бортовые приборы, измерявшие дальность полета, давали ошибочную команду, что и вело к недопустимым отклонениям точек падения блоков. Заказчик объявил «табу» на запуск любой ракеты, стоявшей на боевом дежурстве — «ракета SS-19, стоящая на дежурстве, не годится для боевого применения». Ситуация становилась угрожающей. А на боевом дежурстве стояли уже десятки ракет.

14

naukatehnika.com

Для расследования причины в Москве была созвана Госкомиссия под председательством заместителя начальника ГУРВО Н.Н. Смирницкого. В состав комиссии входили: от Министерства общего машиностроения — заместитель министра М. А. Брежнев, от головного разработчика — заместитель генерального конструктора Ю. В. Дьяченко, от РВСН — генерал-майор В. М. Рюмкин, от КБЭ — главный конструктор системы управления В. А. Уралов. Генеральный конструктор В. Н. Челомей настаивал на переделке аппаратуры СУ и замене ее на всех ракетах. К выяснению причины возникновения резонансных колебаний конструкции ракеты и разработке мер по их устранению были привлечены специалисты КБ, представители Заказчика. Никто не считал случайностью возникновение продольных колебаний ракеты перед отделением первой ступени. При сбросе тяги двигателя первой ступени это происходит обязательно. Но в данном случае что-то было не так. Со сложным процессом «нерасчетных колебаний резонансного характера» конструкции ракеты — совпадали собственные частоты колебаний топливных трубопроводов, конструкции баков и ступеней — столкнулись еще в 1958 году при летных испытаниях «королевской семерки». После установки демпферов в топливных трубопроводах с резонансом справились. Об этой проблеме прекрасно знали и разработчики ракеты 15А30 и решили ее опять же с помощью аналогичных демпферов. Все, кто принимал участие в работах, хорошо понимали — решалась судьба одного из самых мощных новых образцов вооружения. В его создание были вложены колоссальные средства и труд десятков (а может быть, и сотен) тысяч специалистов, начиная с академиков и министров и кончая инженерами, техниками, офицерами и солдатами различных организаций и воинских частей. Экспресс анализ телеметрических данных показал, что на последних секундах работы ЖРД первой ступени возникшие интенсивные продольные колебания ракеты привели к сбою работы СУ: бортовой прибор, ответственный за дальность, давал ошибочную команду на выключение двигателей, что и вело к недопустимым отклонениям точек падения блоков по дальности. Представители конструкторского отделения КБЭ в присутствии представителя Заказчика с помощью испытателей (обойдемся без указания фамилий) три дня и три ночи подвергали подозреваемый бортовой прибор вибронагружению, не свойственному ТЗ на его разработку. Но прибор, как принято говорить, работал штатно. Вариант решения проблемы был найден совсем не там, где его искали. Было установлено, что наиболее вероятной причиной аварийных ситуаций явилась «несанкционированная расстыковка межступенного разъема». Эта версия была озвучена на заседании Госко— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

РАКЕТОСТРОЕНИЕ

миссии. «Виновником» оказался тот самый демпфер колебаний, «улучшенный» рационализаторами завода-изготовителя. После максимальной выработки компонентов топлива первой ступени при отказавшем демпфере начинались продольные колебания носителя в резонансном режиме. Возникшие вибронагрузки привели на какое-то мгновение к расстыковке межступенного разъема бортовой кабельной сети, что «обеспечило» сбой в работе СУ каждой «тридцатки». В итоге завод-изготовитель лишился всяких ожидаемых юбилейных наград. Главкому РВСН ЦК КПСС «влепил» служебное несоответствие, его зама по вооружению отправили в отставку. Подобная мера предлагалась в отношении Челомея. Но еще 16 августа 1976 г. в связи с увеличением точности американских МБР было принято Постановление ЦК КПСС и СМ СССР № 654-214 «Об улучшении тактико-технических характеристик (УТТХ) ракетных комплексов Р-36М и УР-100Н». В КБЭ были открыты заказы 506 и 507 на разработку и изготовление приборов СУ ракет Р-36МУ (15А18) и УР-100НУ (15А35). Модернизация ракетного комплекса УР-100Н шла в направлении повышения боевой эффективности комплекса и его устойчивости к воздействию ПФЯВ. Ракета 15А35 стала отличаться от своей предшественницы 15А30 новой ступенью разведения, позволившей увеличить дальность стрельбы и повысить площадь района поражения боевыми блоками, улучшенной системой управления (более устойчивой к ПФЯВ, обеспечившей повышенную точность стрельбы), позволившей выбирать одну из шести целей, заранее заложенных для ракеты в СУ, новым комплексом средств преодоления ПРО противника, новыми более мощными, точными и устойчивыми к ПФЯВ боевыми блоками, повышенной устойчивостью ШПУ к воздействию ПФЯВ (позже все имевшиеся ШПУ были доведены до способности противостоять давлению в ударной волне ЯВ до 100 атмосфер). Упростилась и эксплуатация ракетных комплексов. Все это было достигнуто без изменения величины массы МБР и забрасываемой общей массы ББ. При модернизации комплекса УР-100Н ракеты доводились до нового уровня посредством замены части блоков и узлов. Это позволило добиться улучшения характеристик при относительно небольших финансовых затратах, что для экономики Советского Союза в начале 1980-х гг. имело огромное значение.

26 октября 1977 г. на Байконуре начались ЛКИ ракеты 15А35. По 26 июля 1979 г. было выполнено 68 испытательных запусков. Все пуски в ходе ЛКИ проводились: по району «Кура», по району «Акватория» (на максимальную дальность), по району «Кзыл-Ту» (на минимальную дальность порядка 1000 км).

17 декабря 1980 г. на основании Постановления правительства № 1180-402 улучшенный БРК УР-100 УТТХ с МБР 15А35 был принят на вооружение: в эксплуатацию были приняты приборы заказа 507. К 1984 г. было развернуто 360 ракет семейства «тридцаток». К 1985 г. все ракеты 15А30 БРК УР-100H заменены ракетами 15А35 БРК УР-100H УТТХ. В этом же году производство «тридцаток» было прекращено. К концу 1993 г. на вооружении РВСН имелось 300 штук (1800 боеголовок) УР-100Н / УР-100Н УТТХ (15А30/15А35), SS-19 “Stiletto”. 130 из них без ядерных боевых блоков (все ядерные боеголовки, в соответствии с международными договорами, были вывезены на территорию Российской Федерации) находились на территории Украины, в ракетных дивизиях под Первомайском и Хмельницким, с грустным финалом: 26 февраля 1999 г. возле Днепропетровска на станции нейтрализации и демонтажа в присутствии посла США Стивена Пайфера были уничтожены последние МБР 15А35. Операция по уничтожению выполнялась в соответствии с Актом о сокращении советской ядерной угрозы, принятым Конгрессом США в декабре 1991 г. и переименованным в 1993 г.

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

в Программу коллективного сокращения угрозы. (См. газету «СЕГОДНЯ» от 27 февраля 1999 г.). Последний по времени испытательный пуск УР-100H произведен 10 июня 1997 г.: с полигона Байконур стартовала ракета, изготовленная в 1977 г. и находившаяся на боевом дежурстве на ракетной базе Козельск. Результаты испытаний подтвердили высокую надежность ракетного комплекса и возможность продления срока его эксплуатации на несколько лет. Чтобы не заканчивать на грустной ноте напомним, что 12 августа 1976 г. Указом Президиума Верховного Совета СССР за создание ракетных комплексов Р-36М (с ракетой 15А14) и МР-УР-100 (с ракетой 15А15) главный конструктор КБ «Южное» В. Ф. Уткин и Генеральный директор ЮМЗ А. М. Макаров, Главный конструктор КБЭ В. Г. Сергеев награждены орденом Ленина и второй золотой медалью «Серп и Молот». Звания Героя Социалистического Труда удостоены заместители главного конструктора КБЮ Б. И. Губанов, М. И. Галась и рабочий ЮМЗа К. С. Чистов. «Южный машиностроительный завод» (ЮМЗ) и КБЮ награждены орденами Октябрьской революции. Конструкторское Бюро «Электроприборостроения» за заслуги в создании и производстве новой техники награждено орденом Ленина. За создание унифицированной системы управления БРК Р-36М и УР-100Н главным конструкторам КБЭ по направлениям А. И. Передерию и В. А. Уралову, а также начальнику конструкторского отделения И. М. Брынцеву присуждена Ленинская премия. По состоянию на 1 января 1998 г. на боевом дежурстве российских РВСH находились БРК УР-100H всех модификаций, размещенные в 180 ШПУ под городами Татищево (120 ПУ) и Козельск (60 ПУ).

ЛИТЕРАТУРА И ИСТОЧНИКИ 1. Андреев Л. В., Конюхов С. Н. Янгель. Уроки и наследие. Днепропетровск : Арт-ПРЕСС, 2001.

2. Карпенко А. В., Уткин А. Ф., Попов А. Д. Отечественные стратегические ракетные комплексы / под редакцией В. Ф. Уткина, Ю. С. Соломонова, Г. А. Ефремова. СПб. : Невский бастион, 1999.

3. Однажды и навсегда... Документы и люди о создателе ракетных двигателей и космических систем академике Валентине Петровиче Глушко. М. : Машиностроение, 1998.

4. http://www.dogswar.ru/artilleriia/raketnoeoryjie/8352-mejkontinentalnaia-b.html © dogswar.ru naukatehnika.com

15

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

НА ЧЕСТНОМ СЛОВЕ, НА ОДНОМ КРЫЛЕ

Истребители Вибо Wib.72С1 из 32-го авиаполка Военной авиации Франции на аэродроме Дижон-Лонвик. Этот полк первым во французской авиации перевооружился на цельнометаллические монопланы в 1929 г. histavia21.net

Тринадцатого мая 1925 г. над центром города Шартр появился самолет. Жители привыкли к гулу моторов — раньше у них под боком была авиашкола, а теперь базировался строевой 22-й авиаполк Военной авиации Франции, и красавцы-пилоты вносили определенное оживление в их провинциальную скуку. Летчик выписал несколько размашистых мертвых петель, затем вошел в крутой штопор. Он остановил вращение, но из пике выходил как-то вяло, заняв горизонтальное положение только на уровне крыш улицы Буа-Меррен, резко пошел вверх, но тут послышался взрыв и аппарат с работающим мотором начал разрушаться. Обломки крыла упали на крыши Дворца ветеранов и муниципальной школы для девочек, а фюзеляж понесся вперед к Рыбному рынку, улице Пуасонри и главным красотам города — Дому Сомон и Кафедральному собору. В ста метрах от стен средневековой церкви он врезался в вал, отделяющий центр Шартра от Нижнего города, а находившийся в кабине лейтенант Симон скончался на месте. Упавший аэроплан оказался новейшим истребителем Девуатин D.1C1, только что принятым на вооружение…

С НОВЫМИ СИЛАМИ

В конце 1917 г. на фирму «Латекоер» в Тулузе на юго-западе Франции пришел инженер Эмиль Девуатин. В свои двадцать пять он имел дипломы авиамеханика и пилота, опыт полетов над африканской пустыней, на Западном и Восточном фронтах Великой войны и практику работы на авиазаводах «Анатра» в Одессе и Симферополе, где выпускались французские

аэропланы. В 1919-м он предложил проект истребителя революционной конструкции — цельнометаллического моноплана с установленным на пилоне и четырех подкосах над фюзеляжем с крылом и свободнонесущим оперением. Восьмицилиндровый V-образный мотор Испано-Сюиза H.S.8Fb закрывал обтекаемый капот, переходящий в фюзеляж с эллиптическими сечениями. Профиль крыла остался выпукло-вогнутый, но был уже сравнительно большой относительной толщины, а само оно состояло из узкого центроплана, прямоугольных средних и сужаю-

Автор — Сергей Мороз 16

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

щихся концевых частей, хорошо сочетая показатели подъемной силы и сопротивления. Два пулемета Виккерс Тип 2 калибра 7,69 мм были закрыты верхними крышками фюзеляжа, силовая ферма, обечайки шпангоутов и стрингеры которого клепались из дюраля — его производство осваивали во Франции. Такой материал опробовал немец Юнкерс, но клепка обшивки толщиной 0,38 мм давала «хлопуны», и тот нашел выход в применении гофрированных листов, которые не коробились, но имели почти вдвое больший вес и сопротивление трения. Девуатин предложил обшить фюзеляж не сплошными панелями, которые пришлось бы предварительно формовать, а узкими лентами, склепывая их внахлест на стрингерах, а чтобы поверхность оставалась гладкой, толщину их взял чуть больше — и экономия веса кое-какая осталась, и добавочного сопротивления почти не было. Весь остальной набор крыла и оперения тоже клепался из дюралевых труб и уголков, но обшить и эти агрегаты металлом он пока не рискнул, использовав традиционный перкаль. Руководство «Латекоера» само интересовалось дюралем, но собиралось строить многомоторные летающие лодки, которые можно было бы использовать и на флоте, и в коммерческих перевозках. Оно считало, что чисто военными самолетами заниматься не время и в финансировании проекта Девуатину отказало. Изобретатель уволился и в октябре 1920 г. там же в Тулузе основал собственную фирму «Авиационные конструкции Эмиля Девуатина». Между тем в 1921 г. Техническая служба аэронавтики Главного штаба Военной авиации Французской Республики выдала требования STAé 1921 C1 leger к новой конструкции легкого одноместного истребителя. Самолет, который победит в сравнительных испытаниях, должен был заменить только что принятый на вооружение биплан Ньюпор NiD.29C1 (НиТ № 12 2020 г.), заказанный огромной для мирного

времени серией в 600 экземпляров, и новых машин должно было быть не меньше. На обустройство предприятия в находящейся в послевоенном финансовом кризисе стране ушло почти два года, пока 18 ноября 1922 г. Марсель Доре выполнил первый полет на опытном истребителе Девуатин Dew.1.01. Мотор, который на стенде работал отлично, на самолете барахлил, планер и шасси вибрировали и ощутимо деформировались, в полете он был быстрым, но каким-то вялым в маневре, а главное — из-за пилона с крылом летчику вперед не было видно почти ничего. Тем не менее спустя три года с появления первых эскизов это был самый совершенный истребитель в Европе, а возможно, и в мире, и руководство STAé им заинтересовалось. Девуатину было сообщено, что Военное и Морское министерства готовы финансировать постройку 15 самолетов для отработки цельнометаллической конструкции планера, а затем купить 150 серийных истребителей для перевооружения строевых частей — и это только для начала! Справедливости ради надо заметить, что такая щедрость в отношении едва появившейся фирмы объяснялась не верой в перспективность ее разработки, а и тем, что на объявленный в 1921 г. конкурс пока никто другой никаких новых предложений не выставил.

ЦЕНА ДОВЕРИЯ

Истребитель Девуатин D.1C1 с серийным номером 01 — первый самолет установочной серии (второй летный) с цилиндрическими радиаторами «Ламблен». abebooks.fr

Истребитель Девуатин D.1C1 №07 (D.1ter) — 7-й самолет установочной серии с пластинчатыми радиаторами, новым капотом и без кока винта, ставший эталоном для серийных машин. kplanes.tumblr.com — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Самолет получался очень дорогой, Девуатин предпринимал слабые попытки как-то его удешевить, но пока все силы отбирало устранение недостатков, которые с началом полетов на машинах установочной серии летчиков Комиссии по испытаниям новых аппаратов для Военной авиации стали выползать как тараканы из всех углов. Первые два построенных в начале 1923 г. предсерийных самолета разбились, третий уже после облета пришлось переделывать, заменив сплошной пилон установки крыла четырьмя легкими стойками. Само крыло тоже стало новым из широкого центроплана и двух сужающихся концевых частей. Эффектный, но дорогой и неудобный капот заменили упрощенным по образцу Ньюпора 29, отказавшись от кока, закрывавшего ступицу двухлопастного винта, два цилиндрических радиатора «Ламблен» поменяли на дешевые пластинчатые, остальные изменения были многочисленными, но мелкими. На доработанном в августе 1923 г. образце Dew.1bis воздухозаборник карбюратора не запирался потоком, а обзор стал даже лучше, чем на бипланах, но перебои с подачей топлива, вибрации планера и инертность остались. Девуатин доложил, что эти дефекты устранены на 7-й машине, на которой ввели наддув баков от трубки Вентури, подкосы и «кабан» крыла усилили растяжками, размах naukatehnika.com

17

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

дают с частотами собственных колебаний агрегата самолета, возникает резонанс, и он разрушается «взрывом», что и услышали свидетели. Никаких следов посторонних веществ или горения на обломках крыла не нашли — баков в нем, слава богу, не было. Дефект был конструктивным, и после приемки 29 самолетов их дальнейший выпуск по госзаказу остановили в середине 1925 г., а к концу мая 1926 г. истребитель D.1C1 сняли с вооружения Военной авиации Франции, отдав часть парка морякам как тренировочные.

Обломки истребителя Девуатин D.1С1 из 22-го авиаполка ВВС Франции, разбитого 13 мая 1925 г. лейтенантом Симоном в первом же полете на этой машине. Архив газеты Matin

Истребитель Девуатин D.1C1 сер. № 111, который после снятия с вооружения в 1926 г. был передан заводскому пилоту Марселю Доре под гражданским бортовым обозначением F-AHAZ и выкуплен им в 1929 г. pinterest.fr

уменьшили, а хорды увеличили, сохранив несущую площадь в 20 «квадратов». Облетанный осенью 1923 г. Dew.1ter № 7 приняли в качестве эталона, остальные машины установочной серии строились как смесь старых и новых решений не для поиска их идеальных сочетаний, а используя уже готовые агрегаты. Хотя испытания продолжались до середины 1924 г., в ноябре 1923-го фирме подтвердили заказ на 150 истребителей Девуатин D.1C1 и разрешили экспорт. Для рекламы два предсерийных ушли Швейцарии и по одному Италии, Чехословакии и Японии, делегация Военной авиации Королевства Сербов, Хорватов и Словенов (Югославии) ознакомилась с машиной в Тулузе. Четыре мировых рекорда были лучшей ей рекламой. Головной D.1C1 облетали 18 января 1925 г., и в начале весны пошли поставки в части ВА Франции. Качество серийных машин упало, а центровка ушла назад, ухудшив устойчивость, но в апреле 1925 г. освоение новинки начал прикрывавший подступы к Парижу 22-й авиаполк на авиабазе Шартр, пока оно не было прервано катастрофой, с которой мы начали наш рассказ. Погибший лейтенант Симон слыл воздушным хулиганом и в своем последнем полете, в первый раз сев в кабину нового самолета, никакого высшего пилотажа крутить был не должен — да еще над городом. Но просто так летать по кругу Симон не мог, за что командиры его и любили. Опросив множество возмущенных свидетелей, они сделали вывод, что летчик сделал все что мог, и на его могиле появилась стандартная надпись «Погиб за Францию», просто крыло не выдержало перегрузок, хотя вероятнее всего причиной был флаттер, совершенно не изученный в то время. Когда вибрации от встречного потока совпа18

naukatehnika.com

СЛАДКИЙ ВКУС УСПЕХА Заказ на 150 машин ушел из-под носа, но переживать было некогда — в 1925 г. лицензии на выпуск самолетов D.1ter купили Италия и Югославия. Им надо было отправить документацию, производственную оснастку и специалистов для ее наладки, а югославы хотели еще и готовые машины. Все комплектующие закупались во Франции. Самолеты на экспорт делались в спешке, от чего качество пострадало — 44 поставленных на Балканы в 1926 г. новых истребителя вышли куда хуже переданного из 22-го полка эталона выпуска начала 1925 г., а 35 самолетов производства завода «Икарус» в белградском пригороде Земун оказались вообще опасны в пилотировании. Тем не менее ими вооружили 101-ю, 102-ю, 103-ю и 104-ю эскадрильи в Земуне, а также 107-ю и 108-ю в Загребе на севере Югославии. Но вскоре эксплуатацию D.1C1 пришлось оставить, пока военный инженер Душан Станков не разработал новый стабилизатор, усиление фюзеляжа и установку груза в носовой части, с которыми самолет стал нормально

Летчик-испытатель фирмы «Девуатин» Марсель Доре у истребителя Dew.1.11 — самолет установочной серии, использовавшийся фирмой для показательных полетов. forummarine.forumactif.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

ственный SPAD S.XIIIC1, но из стальных и алюминиевых уголков и труб. Завод «Нипс и Фэттер» закончил машину в начале ноября 1918 г., как раз когда Германия согласилась на перемирие, и Империалисттическая война закончилась. Перед новым Ньюпором 29 с традиционным деревянным каркасом Wib.1 преимуществ не показал и на вооружение новинку не приняли, но изобретатель был уверен, что будущее — за цельнометаллическими самолетами, причем — монопланами. Мало того, он считал необходимым заменить металлом и полотно обшивки, осваивая дюраль. В I квартале 1923 г. был облетан высотный истребитель Wib.3C1 с мотором H.S.8Fb, который с турбокомпрессором «Рато» должен был летать на высотах до 8000 м, а в перспекПредсерийный истребитель Девуатин D.1С1, на котором выполнялись рекордные полеты, сделавшие самолету незаслуженно хорошую рекламу. aerotheque.com тиве подниматься в стратосферу. Собственные цеха фирма все еще строила, и самолет сделал управляться, окончательно потеряв маневзавод «Левассер» в Париже. Хотя проект снова оказался неудачным, ренность и скороподъемность. Тем не менее Вибо не собирался сворачивать с выбранного пути. В новом высотном последние из 37 доработанных по рекоменистребителе и разведчике Wib.7C1 он оставил испытанную на «тройке» дациям Станкова D.1C1 дожили в югославской схему моноплана-парасоль с «толстым» профилем крыла, но полноавиации до 1937 г., когда их сменили чешские стью заменил сталь, алюминий и полотно на дюраль. бипланы Авиа BH-33E-SHS. Обтекаемые фюзеляжи Wib.1 и Wib.3 оказались слишком сложны В Италии прибывший из Франции самои дороги, и на новом самолете сделали простейшую ферму прямоулет Девуатин Dew.1bis обозначили АС.1, перегольного сечения с «граненым» верхним гаргротом из полушпангоутов дав заводу «Ансальдо» в Турине купленные и стрингеров, обшив все это гладкими листами дюраля. у разработчика права на выпуск 125 штук Так и не получив работоспособный турбокомпрессор, Вибо распопод индексом АС.2. Первые самолеты построрядился применить только что запущенный в производство на заводе или в 1926 г. по купленному образцу, и лишь «Гном-Рон» 9-цилиндровый звездообразный мотор воздушного охлапотом пошли машины в виде D.1ter. Они тоже ждения Бристоль «Юпитер». Выбранная модификация G.R.9Ad разчуть потеряли в скорости, но, будучи легче вивала мощность 480 л. с. на взлете и 420 — на границе высотности, благодаря уменьшению баков, превосходили «француза» в высотности. Фирма «Ансальдо» сдала 112 самолетов АС.2 с моторами HS.42 итальянского производства, которые пошли на вооружение 93-й, 94-й и 95-й эскадрилий 8-й группы 2-го полка истребителей сухопутного базирования, формируемых на базе Турин-Мирафьри, а 92-ю его эскадрилью вооружили бипланами Ньюпор 29. В Италии их эксплуатация тоже проходила не без проблем, и в 1929 г. «дюралевое чудо собственного производства» начали передавать 7-й эскадрилье в штурмовую авиацию. Но самолеты АС.2 не несли бомб и использовались там только как тренировочные до 1931 г. — к тому времени их разработОпытный истребитель Wib.1C1 на испытаниях в начале 1919 г. — первый самолет чик Эмиль Девуатин уже пережил первое банконструкции Мишеля Вибо, построенный заводом «Нипс и Фэттер». airwar.ru кротство.

НОВЫЙ КОНКУРЕНТ В 1919 г. в пригороде Парижа Булонь-Бийанкур инженер Мишель Анри Мари Жозеф Вибо основал собственную авиастроительную фирму. Время делать деньги на военных самолетах было не лучшее, но начал он именно с этого. Кое-какой опыт у Вибо уже был — в 1917-м он спроектировал истребитель-биплан Wib.1C1, по внешнему виду напоминавший немецкие Альбатросы D III, а по силовой схеме — отече— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Законченный заводом «Левассер» в Париже в I квартале 1923 г. высотный истребитель Вибо Wib.3C1 так и не получил турбокомпрессора «Рато» и не смог подтвердить расчетные летные данные. airwar.ru naukatehnika.com

19

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

Второй опытный истребитель Вибо Wib.7C1 с новым вооружением из двух английских синхронных пулеметов Виккерс F и двух французских крыльевых Дарн образца 1922 г. baesystems.com

повышение которой разработчик гарантировал избыточным рабочим объемом. Капот закрывал только картер и был очень прост, напоминая дольки апельсина. Полосы обшивки крыла и оперения стыковались по патенту Вибо отогнутыми вверх краями на уголках, наклепанных поверх нервюр.

Шасси имело уже не резиновую, а воздушномасляную амортизацию, пилота снабдили кислородной маской, за его спиной поставили аэрофотоаппарат, и только вооружение было старым — два пулемета Виккерс Тип 2 с простейшим прицелом. Первый Wib.7C1 построили уже на собственном производстве фирмы в пригороде Парижа Булонь-Бийанкур, и осенью 1924 г. он совершил первый полет. Испытания вскрыли серьезные дефекты, и «дублер» получил менее мощный, но надежный мотор G.R.9Ac взлетной мощностью 420 л. с. и поверхностные радиаторы для охлаждения масла. Киль заузили, и управление по курсу стало не таким «жестким». Наконец, заказчик решил, что с повсеместным переходом на цельнометаллические конструкции самолетов двух старых пулеметов будет мало, и на Wib.7-02 поставили новое оружие — по два синхронных Виккерс Тип F, только что полученных из Англии, и два крыльевых Дарн образца 1922 г. отечественной разработки. Они делали по 900–1200 выстрелов

ИСТРЕБИТЕЛИ-МОНОПЛАНЫ, СОЗДАННЫЕ ВО ФРАНЦИИ В НАЧАЛЕ 1920-х гг.

Весовая Отдача, %

Скорость у земли, км/ч

300

2000

820

1240 н. д. н. д.

420

33,9

225

310

300

2000

829

1144 н. д. н. д.

315

27,5

н. д.

242

Wib.3C1, 1923

Испано-Сюиза H.S.8Fb Гном-Рон G.R.9Ad

310

300

2000

994

1420

227

1363

426

30,0

241

н. д.

480

420

н. д.

827

1444

225

1388

617

42,7

н. д.

227

Бристоль «Юпитер» IV Испано-Сюиза H.S.12Jb

455

н. д. н. д.

871

1347 н. д. н. д.

476

35,4

248

400

н. д. н. д.

917

1481

189

1434

564

38,1

н. д.

232 на 4785 м 243

Гном-Рон G.R.9Ab

420

420

н. д. 1075 1440

234

1382

365

25,3

н. д.

222

Лорэн-Дитрих L.D.12Eb

450

н. д. н. д. 1033 1523

225

1467

490

32,2

н. д.

н. д.

Вибо Wib.7C1 опытный, 1924 Виккерс 121 «Вибо Скаут», 1927 Вибо Wib.9C1, 1926 Вибо / PZL Wib.70C1, 1929 Вибо Wib.73C1, 1929

255

7,5 м/с у земли 5000 м за 19,5 мин.

8000

н. д.

7000

Потолок, м

Скороподъемность, время набора высоты

Полная нагрузка, кг

310

Скорость на границе высотности, км/ч

Боевой, кг

Испано-Сюиза H.S.8Fb Испано-Сюиза H.S.42

Тип двигателя

Топлива, кг

Пустого, кг

Девуатин D.1C1 (Dew.1ter), 1923 Ансальдо АС.2, 1925

Тип и год выпуска

Взлетный, кг

Граница высотности, м

Летные данные

Мощность полетная, л. с.

Весовые данные

Мощность взлетная, л. с.

Силовая установка

8500

5,4 м/с у 8500 земли 3048 м за 7010 7,67 мин.

4000 м за 7100 12,55 мин.

1000 м за 2,38 мин. н. д.

6200 5000

Примечания: Самолет Ансальдо АС.2 — вариант французского истребителя Девуатин Dew.1ter итальянского производства. Самолет Виккерс 121 «Вибо Скаут» — вариант французского истребителя Вибо 7С1 английского производства. Самолет Вибо / PZL Wib.70C1 — вариант французского истребителя Вибо 72С1 польского производства.

20

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

в минуту и, стреляя вне диска винта без потерь на синхронизацию с его вращением, давали секундный залп в 3-4 раза выше старых Виккерс Тип 2 при меньшем на 17 % весе. В конце 1925 г. в конкурсе новых истребителей из 12 типов французской и иностранной конструкции Wib.7-02 занял 11-е место, зато оказался самым дорогим. Но крайне заинтересованное в новых цельнометаллических самолетах руководство STAé рекомендовало принять его на вооружение под обещание Вибо устранить все недостатки на 3-м опытном образце. Но к тому времени он был почти готов и никак не учитывал пожелания заказчика. Его вооружение было старым, поскольку новые английские пулеметы для истребителей не годились, а французские еще нуждались в доводке, остальные изменения были направлены на упрощение конструкции и снижение себестоимости, что летные качества отнюдь не повышало. Французские военные к самолету отнеслись своеобразно — и решение о принятии на воо-

В 1925 г. английская фирма «Виккерс», воспользовавшись своими связями с правительством Чили, которое называло свою армию сильнейшей на Южноамериканском континенте, смогло убедить его купить 25 новейших цельнометаллических высотных истребителей и развед-

10,880 20,000

5,9

7,500 57,2

3,7

15,5

н. д.

н. д.

15,0

11,582 26,477

5,1

8,103 53,6

4,6

11,7

51,5

4,5

11,3

10,950 22,000

5,5

7,550 65,6

3,0

21,8

63,1

3,3

19,1

10,950 22,000

5,5

7,060 61,2

3,0

20,7

н. д.

н. д.

н. д.

10,950 22,000

5,5

8,200 67,3

3,7

18,2

65,2

н. д.

н. д.

600 км, 10,950 22,000 крейсерский 3,0 ч, 10,950 22,000 экономический

5,5

7,550 65,5

3,4

19,1

62,8

3,3

19,1

5,5

8,072 69,2

3,4

20,5

66,7

н. д.

н. д.

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

2 Виккерс Тип 2, 7,69 мм 2 Виккерс Тип 2, 7,69 мм

синхронная

1

синхронная

112

136

1

1

2 Виккерс синхронная Тип 2, 7,69 мм 2 Виккерс синхронная Тип 2, 7,69 мм 2 Виккерс Mk.2, синхронная 7,69 мм 2 Виккерс F и 2 синхронная и Дарн обр. 1922, крыльевая 7,69 мм 2 Виккерс Mk.2, синхронная 7,69 мм 2 Виккерс Mk.2, синхронная 7,69 мм

Общий этого типа

Отношение мощности к площади крыла, л. с./ м2

15,0

Данной модификации

Нагрузка на мощность, кг/ л. с.

н. д.

Выпуск

Установка

Нагрузка на крыло, кг/м2

н. д.

Вооружение

Количество, тип и калибр пулеметов

Отношение мощности к площади крыла, л. с./ м2

15,5

Нагрузка на крыло, кг/м2

4,0

Длина полная, м

7,500 62,0

Удлинение крыла

6,6

Площадь крыла, м2

Нагрузка на мощность, кг/ л. с.

Удельные данные в полете с боевым весом — 75 % топлива

11,500 20,000

Размах крыла, м

Дальность и продолжительность полета

АМБИЦИИ ЧУЖИЕ И СВОИ

Удельные данные на взлете

Размеры самолета

400 км на макс. скорости 2,6 ч на экономич. скорости 850 км (3,0 ч) на 5000 м 600 км, крейсерский 483 км, крейсерский 600 км, крейсерский

ружение не отменили, и заказ не дали. Фирма переделала 2-й опытный образец под новейший V-образный 12-цилиндровый двигатель жидкостного охлаждения Испано-Сюиза H.S.12Jb мощностью 400 л. с. Это было меньше, чем у G.R.9, при большем весе, зато этот двигатель имел меньший мидель при большей длине. Однако надежда на улучшение аэродинамики полученного таким образом самолета Wib.9 не оправдалась. Третий опытный пустили в рекламное турне, в конце концов продав его в Испании частному лицу. Казалось, все надежды на новое поколение истребителей провалились. Мишель Вибо очутился на грани банкротства с недостроенным заводом и без заказов, а французская авиация все ждала новых самолетов, всячески выражая стремление их получить, но не желая возиться с войсковыми испытаниями и доводкой непонятных «цельнометаллических чудес». Было бы хорошо, если бы все это сделал кто-то другой и можно было просто воспользоваться его опытом…

1 26 1 195 25 12

naukatehnika.com

21

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

Почти готовый истребитель Виккерс Модель 121 «Вибо Скаут» из чилийского заказа в цехе окончательной сборки. baesystems.com

Механик позирует у очередного разбитого в аварии истребителя Вибо Wib.72С1 французской военной авиации. histavia21.net

чиков, которые могли бы надежно служить в условиях сурового климата высокогорья. Однако сама эта фирма такие самолеты только задумывала, и предложила строить французские Wib.7C1 под обозначением Виккерс Модель 121 «Вибо Скаут». Хотя головной самолет в первом же полете в конце июня 1926 г. из-за задней центровки попал в плоский штопор и капитан Шофилд был вынужден спасаться на парашюте, контракт был подтвержден. Фирма разбитый самолет заменила новым и в ноябре 1927 г. вся партия прибыла в Чили. Там самолеты раздали 1-й и 3-й авиагруппам и учебной эскадрилье Авиационной службы Армии Чили. На одном из них лейтенант Крефт 2 марта 1932 г. установил национальный рекорд, поднявшись на 10 618 м, но из-за уменьшения в сравнении с французским прототипом баков дальность сократилась примерно на четверть, что для условий страны с неразвитой аэродромной сетью и сложной гористой местностью стало крупным недостатком. Надежность также была не на высоте и к списанию в 1936 г. дожили только шесть машин, но, как бы то ни было, в 1926 г. авиация Чили в освоении цельнометаллических самолетов нового поколения оказалась впереди планеты всей, что тешило амбиции местных олигархов. Министерство авиации Франции выдало первый контракт на поставку 36 самолетов Wib.7C1 для ВА страны только 30 июня 1927 г. Их следовало поставлять с силовой установкой с мотором G.R.9Ad и вооружением из четырех пулеметов, но с упрощенным планером 3-го опытного образца с незначительными улучшениями. Поскольку собственные цехи Вибо все еще строил, дело передали фирме «ANF Мюро», которая вернула исходное двухпулеметное вооружение. Но поставки начались только через два года — в 1929-м, когда уже были готовы первые Wib.72C1 — в конце 1928 г. их заказали 68 с мотором G.R.9Ac, упрощенной топливной системой и усиленным планером.

22

naukatehnika.com

Вес пустого по сравнению с Wib.7C1 увеличился на 54 кг, а взлетный — на 62. Поскольку 72-й конструктивно был проще, чем Wib.7C1, а поставки задерживались, было принято решение об ускоренном запуске его серийного производства без строительства опытного образца – головной самолет считался уже серийным. Его сделал завод «ANF Мюро», который к концу 1930 г. поставил 51 машину, а собственное производство фирмы «Вибо» дало еще 17. Первые цельнометаллические истребители Wib.7C1 и Wib.72C1 получил 32-й истребительный авиаполк в Дижоне в 1929 г., за ним перевооружение начали 2-й истребительный в Страсбурге и 38-й смешанный в Тьонвиле — все они прикрывали по-прежнему считавшуюся важнейшей восточную границу. Но качества новой техники надежд не оправдали — она постоянно ломалась, а летные данные были куда хуже, чем у традиционных фанернополотняных самолетов. Тем не менее Вибо 7 и 72 пережили следующую реформу военной авиации Франции, когда полки заменили группами, сведенными в группировки или эскадры. К тому времени уцелевшие 45 самолетов свели в две эскадрильи сформированной на месте 32-го полка 7-й истребительной авиагруппы — I и II/GC7 на авиабазе Дижон-Лонвик, но несчастья продолжали преследовать их. Находясь на аэродроме морской авиации Йер у Тулона, они попали под удар урагана, который разбил пять машин и семь тяжело повредил. В 1935 г. оставшиеся самолеты сдали в учебные части, где на 1 января 1936 г. их было 12, и концу года их служба в ВВС Франции закончилась. На флоте Wib.7С1 летали еще год, но это — тема для отдельного разговора, а мы вернемся в середину 1920-х, когда фирма «Вибо» получила экспортные заказы.

В ДАЛЬНИХ КРАЯХ В 1927 г. машиной заинтересовалось правительство Польши, которое после долгих переговоров купило лицензию на выпуск на только что возведенном в Варшаве государственном авиазаводе PZL 25 штук с мотором G.R.9Ab, постройка которого тоже налаживалась. На запуск производства одновременно с истребителем собственной конструкции PZL P.1 ушел год, и головной Wib.70C1 польского производства облетали 26 апреля 1929 г. Летные данные его были низкими, и на трех машинах штатные моторы заменили американскими Райт «Циклон» с новыми капотами, но толку от этого оказалось мало. В 1930 г. «польских французов» по нескольку штук раздали в 111-ю и 112-ю истребительные эскадрильи 1-го авиаполка, 141-ю и 142-ю эскадрильи 4-го полка, а также в учебную авиагруппу при 2-м полку, но ни одна их них не была перевооружена полностью. Они отмети— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

АВИАЦИОННЫЙ КАТАЛОГ

лись разве что авариями — за первые три года нечастых полетов было разбито 9 самолетов, да скандалом из-за пары таких машин, заблудившихся в Германии. К середине осени 1935 г. исправных Wib.70C1 не осталось — большинство их было разбито в авариях и катастрофах, и в октябре Wib.70C1 сняли с вооружения авиации Войска Польского. Польше предлагался и истребитель Wib.73C1 с новым трехрядным 12-цилиндровым мотором водяного охлаждения Лорэн-Дитрих L.D.12Ec «Петрель» в 480 сил, лицензию на который эта страна также приобрела, но она отказалась, а заинтересовались этой машиной Бразилия и Парагвай. Обстановка в Южной Америке в то время была крайне сложной, и все старались вооружаться. Новый самолет с закрытым коническим коком винтом и обтекаемым капотом выглядел вполне современно даже в конце 1929 г., когда пять истребителей прибыли в Бразилию. Летные данные этих первых бразильских цельнометаллических самолетов оказались неожиданно низкими, и командование военной авиации Бразилии сдало покупку Школе военной авиации на аэродроме Кампо дос Афонсос в предместье Рио-де-Жанейро. Во влажном тропическом климате они быстро износились, и через три года последний оставшийся списали. Парагвай заказал семь Wib.73 уже 20 декабря 1927 г., но получил их лишь на полгода раньше бразильцев — в июле 1929 г. Их тоже сначала передали летной школе, но не для курсантов, а на переучивание 1-й истребительной эскадрильи Военной авиации страны. В ходе долгих тренировок один самолет они разбили, но остальные к 1932 г. все же отравились на аэродром Кампо Гранде на границе с Аргентиной, прикрывавший столицу Парагвая Асунсьон.

Пятнадцатого июня 1932 г. из-за пустыни Гран-Чако между Парагваем и Боливией началась война. Ее причинами считаются противоречия между помещиками этих стран, которые пасли там скот и рубили ценные породы деревьев в редких в тех местах лесах, а также желание контролировать реку Парагвай как выход к Атлантике. Для оправдания войны обе стороны использовали межэтнические противоречия, хотя населения там почти не было, но последней искрой стали слухи о том, что в Гран-Чако нашли нефть — их распускали американские добытчики. Хотя 1-ю эскадрилью сразу перевели в боевую готовность, ее пилоты долго скучали без дела, пока 24 августа 1932 г. прямо над аэродромом не пролетел неизвестный самолет. Поднятые вдогон два истребителя Wib.73 так и не смогли догнать его, но путь назад отрезали. Нарушитель пролетел более 200 км от границы аргентинской почти до границы бразильской, где сел в степи у города Белен. Захваченный биплан Кертисс D-12 «Фалкон» нес чилийские опознавательные знаки, а гражданский пилот-аргентинец внятно объяснить свои намерения не мог — и это оказалась единственная победа первых истребителей фирмы «Вибо». Тем временем после первых неудачных попыток отбить захваченный боливийцами форт Бокерон 15 сентября 1932 г. три истребителя Вибо Wib.73С1 отправили на фронт в Гран-Чако. Там они сопровождали ближние разведчики и легкие бомбардировщики Потез 25A2, попутно выполняя штурмовку полевых аэродромов противника, но больше воздушных боев с их участием отмечено не было. Зато в жару 30 сентября сразу два самолета этого типа разбились из-за перегрева мотора, поэтому оставшийся отправили в тыл. В марте 1933-го все парагвайские Wib.73 сдали в Школу военной авиации, поставив вспомогательную задачу ПВО тыловых районов, а в 1935-м списали. Новое поколение самолетов-истребителей, которое открыли цельнометаллические монопланы Девуатин D.1 и Вибо Wib.7, так и не смогло показать никаких преимуществ перед бипланами с деревянным каркасом, зато имело длинный список недостатков, а за ними тянулся печальный мартиролог погибших пилотов. И просто удивительно, что в такой ситуации военные не забраковали такие самолеты сразу и навсегда, а согласились финансировать их длительную доводку, хотя разработчики в то время не могли не только гарантировать высокие качества таких самолетов, но даже доказать саму их необходимость в будущем ровным счетом ничем, кроме собственного честного слова. И военные, несмотря на скепсис чиновников, им на слово поверили…

Самолеты Вибо Wib.73С1 из 1-й истребительной эскадрильи военной авиации Парагвая готовятся выполнить перелет на фронт в Гран-Чако. 15 сентября 1932 г. mobile.twitter.com — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

naukatehnika.com

23

БРОНЕКАТАЛОГ

Первенец немецких Панцерваффе

Легкий танк Pz.Kpfw.I Ausf.А, в музее в США

После проигрыша в Первой мировой войне разработка современных вооружений, в том числе и танков, в Германии оказалась под запретом. Тем не менее немцы успешно изыскивали различные способы, чтобы не только разрабатывать, но строить и испытывать новую бронетехнику. Для этого использовались развитые международные связи германских промышленных компаний и даже организовывались учебно-испытательные центры на территории других стран, например ТЕКО (Технические курсы Осоавиахима), построенный немцами на территории СССР под Казанью.

К

середине 1920-х гг. в обстановке повышенной секретности в Германии были запущены программы разработки среднего, легкого и малого танков, которые, чтобы запутать наблюдателей победившей стороны, получили наименования Großtraktor («большой трактор»), Leichttraktor («легкий трактор») и Kleintraktor (малый трактор) соответственно. Таким образом, если судить по названию, то это были никакие не танки, а обычные «мирные трактора». К 1924 г. в Рейхсвере подготовили требования к Großtraktor (о нем мы рассказывали в НиТ № 6 2020 г.), тогда же начались работы и над Leichttraktor. Согласно предварительному проект, боевая масса Leichttraktor должна была составлять примерно 6 т. По своей компоновке он очень напоминал немецкий легкий танк LK.II (НиТ № 7 2020 г.), периода Первой мировой войны. Моторное

отделение было расположено спереди, при этом механик-водитель находился слева по ходу движения. Боевое отделение с башней находилось в кормовой части корпуса. Экипаж — 4 человека, причем в него сразу был включен штатный радист. В качестве основного вооружения предусматривалась 37-мм пушка Tak во вращающейся башне. В 1930 г. два построенных экземпляра Leichttraktor были отправлены в СССР, на полигон ТЕКО. Однако испытания Leichttraktor показали несостоятельность идеи компоновки с кормовым расположением ведущих колес, которое часто становилось причиной сброса гусениц, и передним расположением мотора. К разработке Kleintraktor вплотную приступили в начале 1930 г. Согласно предварительному проекту, боевая масса машины составляла 3 т, а приводить ее в движение должен был 60-сильный бензиновый двигатель. В качестве воору-

Автор — Сергей Шумилин 24

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

БРОНЕКАТАЛОГ

жения предполагалось использовать 20-мм автоматическую пушку. Основным вариантом должен был стать танкразведчик, но в списке возможных модификаций присутствовали также подвозчик боеприпасов и тягач. Изначально Kleintraktor, разительно отличался от будущего первенца Panzerwaffe — легкого танка Pz.Kpfw.I. Двигатель и трансмиссия у Kleintraktor находились впереди, а ведущие колеса — сзади. Двигатель мощностью 60 л. с. должен был разгонять трехтонную машину до 45 км/ч. Поскольку для башни места просто не осталось, 20-мм пушку расположили в съемной броневой коробке. Однако неутешительные результаты испытаний Leichttraktor, имевшего аналогичную компоновку, заставили пересмотреть проект. В качестве ориентира при разработке новых танков был выбран британский тягач/танкетка Carden-Loyd (НиТ № 2 2021 г.). Это детище Джона Кардена и Вивиана Лойда позже также превратилось в легкий танк. Спецификация на новый Kleintraktor была утверждена в сентябре 1931 г. Согласно новым требованиям, ходовая часть включала пять опорных катков, причем задний одновременно выполнял и роль ленивца. Подвеска на половинчатых рессорах напоминала подвеску CardenLoyd, но при этом не являлась полной копией английской конструкции. В качестве вооружения рассматривался вариант установки 20-мм автоматической пушки в каземате или двух пулеметов во вращающейся башне. Первый опытный образец машины вышедшей на испытания был изготовлен из неброневой стали. А в июне 1933 г. прошел испытания обстрелом и первый корпус, выполненный из брони. По результатам обстрела корпус доработали, увеличив толщину листов с 8 до 13 мм. В 1933 г. был заключен контракт на постройку 150 танков, с началом поставок в апреле 1934 г. В производстве La.S. (Landwirtschaftliche Schlepper, т. е. «сельскохозяйственный трактор»), как назвали в целях конспирации будущий танк, должны были быть задействованы такие немецкие компании, как Krupp, Rheinmetall-Borsig, MAN, Henschel, DaimlerBenz и Grusonwerk. Первые пять машин установочной партии выпустили вообще без башен — от установки с 20-мм автоматической пушки в каземате отказались, но с выбором конструкции пулеметной башни определились не сразу. В 1932 г. свой вариант продемонстрировала фирма Krupp, основной разработчик Kleintraktor. Но в марте 1933 г. к разработке подключилась фирма Daimler-Benz, и в конце концов военные отдали предпочтение башне и подбашенной коробке именно этого производителя. Daimler-Benz выполнила подбашенную коробку в виде восьмиугольной конструкции с бортовыми листами, расположенными под наклоном. При этом в шести из восьми бортовых листов имелись смотровые приборы, обеспечивавшие хорошую обзорность. На коробку устанавливалась достаточно просторная башня, с дополнительными смотровыми приборами. Тем временем к власти в Германии пришли нацисты, что привело к радикальному пересмотру контракта в сторону его увеличения. Теперь немецкие военные хотели не 150, а ни много, ни мало целых 1000 новых La.S.! Надо сказать, что после всех изменений и доработок от исходной концепции Kleintraktor почти ничего не осталось. Вместо 3-тонной машины с двигателем и трансмиссий расположенными впереди, и ведущими колесами — сзади, с тремя членами экипажа и 20-мм автоматической пушкой получился танк боевой массой 5,4 т, с двигателем сзади, а трансмиссией и ведущими колесами впереди, экипаж сократился до 2 человек, а вооружение было заме— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

нено на два пулемета MG-13! Но в результате немецкие военные все же получили вполне современный легкий танк поддержки пехоты, имевший надежную защиту от пуль винтовочного калибра. К тому же все La.S. имели радиостанции, что в то время было редкостью.

Немецкий Großtraktor

Leichttraktor, разработанный компанией Rheinmetall

Один из первых Kleintraktor из установочной партии, они так и остались без башен

Сборочный цех танков Pz.Kpfw.I Ausf.А naukatehnika.com

25

БРОНЕКАТАЛОГ

La.S. строились несколькими сериями и на разных предприятиях, общий объем выпущенных танков 2-й — 4-й серий составлял 1075 штук. В апреле 1936 г. танки La.S. получили новое обозначение — Pz.Kpfw.I (M.G.) (M.G. — пулеметный). Машины 2-й — 4-й серий позже стали именоваться Pz.Kpfw.I Ausf.A (модификация А).

Легкий танк Pz.Kpfw.I Ausf.А, развивал максимальную скорость по шоссе до 57 км/ч

Легкий танк Pz.Kpfw.I Ausf.В, в музее в Мюнстере

Схемы танков Pz.Kpfw.I Ausf.Аи Pz.Kpfw.I Ausf.В. Хорошо видно, что на Pz.Kpfw.I Ausf.В моторное отделение пришлось увеличить.

26

naukatehnika.com

Еще осенью 1932 г., до завершения работ по первой версии танка, военные обратили внимание на его недостаточно мощный двигатель, распорядившись проработать возможность установки на новую боевую машину 80-сильного двигателя, которым оснащались трехосные бронеавтомобили. Однако более мощный двигатель имел и увеличенные габариты, из-за чего пришлось бы увеличить корпус, а масса танка возрастала на четверть тонны. Так что от такого решения отказались, но работа по подбору более мощного мотора продолжилась. В результате выбор пал на 6-цилиндровый мотор Maybach NL 38 мощностью 100 л. с., хорошо показавший себя на полугусеничном тягаче. Мотор был достаточно компактным, тем не менее переделывать корпус все же пришлось. Заодно, «чтобы два раза не вставать», усилили и ходовую часть — количество опорных катков увеличили до пяти на борт, был установлен и новый ленивец, немного приподнятый над землей. Что же касается боевого отделения, то оно осталось практически без изменений. Переделанная таким образом машина получила обозначение — La.S.-May. В 1935 г. фирма Krupp построила и испытала опытный образец, и после некоторой доводки был выдан заказ на серийное производство обновленной машины, позже получившей обозначение Pz.Kpfw.I Ausf.В. К тому времени уже выпускались танки Pz.Kpfw.I Ausf.А.

4-й серии, соответственно на долю танков с двигателями Maybach NL 38 оставалась квота всего в 325 штук из 1500 заказанных La.S. Реально же для линейных танков с новыми моторами в 5-й производственной серии оставалась квота всего на 253 машины, так как 72 шасси La.S.-May. планировалось использовать в качестве базы для командирских танков. Производство Pz.Kpfw.I Ausf.В. в рамках 5-й производственной серии началось летом 1936 г. а к октябрю первые 52 танка уже поступили в войска. Тем временем контракт на производство Pz.Kpfw.I расширили. Дополнительно 146 танков Pz.Kpfw.I Ausf.В. было построено в рамках 6-й производственной серии до конца 1937 г. На этом выпуск танков Pz.Kpfw.I официально прекратился. Но это был еще не конец. Дело в том, что Pz.Kpfw.I Ausf.А. установочной партии, которые были выпущены вообще без башен, активно использовались в качестве учебных танков и настолько понравились военным, что они заказали специальную серию Schulfahrzeuge, т. е. «учебных машин». Фактически это был тот же Pz.Kpfw.I Ausf.B, у которого на месте подбашенной коробки ставились ограждения. Потребность в них была немаленькая — Panzerwaffe расширялись, и для все новых танкистов требовалась учебная парта. Всего было построено 295 Schulfahrzeuge. Что касается упомянутых выше командирских танков, то первые из них на базе Pz.Kpfw.I были изготовлены еще

Легкий танк Pz.Kpfw.I Ausf.В, хорошо видна измененная кормовая часть (рисунок) — № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

БРОНЕКАТАЛОГ

в 1935 г. Для дополнительного оборудования и еще одного члена экипажа внутри машины требовалось больше места, поэтому башня заменялась на неподвижную рубку. Такие машины получали обозначение leichte (Funk) Panzerwagen. Однако такой командирский танк был полностью лишен вооружения, что не устраивало военных. Поэтому было принято решение о разработке доработанного командирского танка на шасси La.S.-May. Машина получила обозначение Kleiner Panzerbefehlswagen (малый командирский танк). От линейного танка Pz.Kpfw.I Ausf.B она отличалась тем, что вместо башни и подбашенной коробки на нее ставилась достаточно высокая рубка. В крыше рубки и в левом борту были оборудованы большие двухстворчатые люки, а в ее лобовом листе для самообороны смонтировали пулемет в шаровой установке. Радиооборудование включало в себя передатчик Fu 2 (EU), а также блок приема/передачи Fu 6, с дальностью связи до 4–6 км. Еще одной весьма оригинальной боевой машиной, созданной на базе Pz.Kpfw.I Ausf.B была подрывная машина для инженерных частей — Abwurfvorrichtungen auf Panzerkampfwagen I Ausf.B, на которой размещалось «устройство для сброса взрывчатого заряда». Последнее представляло собой установленную на корме танка трубчатую конструкцию, на конце которой размещался заряд взрывчатки весом до 50 кг, дистанционно сбрасываемый изнутри танка на укрепления противника. При этом танку приходилось приближаться к ним вплотную. Точное количество выпущенных Abwurfvorrichtungen неизвестно, однако выданный в конце 1939 г. заказ подразумевал изготовление 200 единиц. В 1940 г. была разработана улучшенная версия, получившая обозначение Ladungsleger auf Panzerkampfwagen I Ausf.B («укладчик взрывчатых зарядов»), отличавшаяся улучшенным устройством для укладки заряда и увеличенным до 75 кг весом последнего. Зимой 1939–1940 гг. в Ladungsleger было переоборудовано около 30 танков Pz.Kpfw.I Ausf.B. Предполагалось использовать эти подрывные машины при прорыве линии Мажино. Они поступали на вооружение саперных батальонов танковых дивизий (по 11 машин). Некоторое количество таких машин участвовало во Французской и Балканской кампаниях, а также на начальном этапе вторжения в СССР. Боевой дебют танков Pz.Kpfw.I, модификаций Ausf.А и Ausf.B, состоялся в Испании. Всего до 1939 г. в Испанию было поставлено 102 Pz.Kpfw.I, из которых 20 были модификации Ausf.B. Однако итоги их применения оказались неутешительными — несмотря на то, что за счет более мощного двигателя маневренность модификации Ausf.B несколько выросла, тем не менее боевая эффективность обеих машин оказалась низкой. Вооруженные спаркой пехотных пулеметов, танки был почти беззащитны перед пушечными Т-26. Чтобы как-то выправить ситуацию в Испании даже перевооружили несколько танков Pz.Kpfw.I Ausf.А. итальянской 20-мм автоматической пушкой Breda mod. 35. Для того чтобы засунуть эту громоздкую пушку в башню, местным умельцам даже пришлось наращивать высоту последней. Единственным качеством Pz.Kpfw.I, однозначно положительно оцененным в рапорте Генерального штаба сухопутных сил Вермахта, составленном по итогам применения танка в Испании, стала его надежность. Но все же она была не стопроцентной. В марте 1938 г., в ходе аншлюса Австрии, когда 2-я танковая дивизия, оснащенная Pz.Kpfw.I, совершила за двое суток 420-км маршбросок, около 32 % ее «единичек» вышли из строя и были брошены на обочинах дорог. Поэтому в дальнейшем танки Pz.Kpfw.I постарались доставлять к району боевых дейст— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Учебный танк Pz.Kpfw.I Ausf.В, не имел ни башни, ни подбашенной коробки

Командирский танк Kleiner Panzerbefehlswagen, на заднем плане видны обычные линейные танки

3d-модель командирского танка

Ladungsleger auf Panzerkampfwagen I Ausf.B — «укладчик взрывчатых зарядов», который предполагалось использовать для подрыва укреплений линии Мажино naukatehnika.com

27

БРОНЕКАТАЛОГ

Pz.Kpfw.I в Испании. На фото виден танк Pz.Kpfw.I Ausf.А, перевооруженный итальянской 20-мм автоматической пушкой Breda mod. 35

Башня такой перевооруженной машины крупным планом

Танки Pz.Kpfw.I Ausf.В в Польше, 1939 г.

Немецкие танки Pz.Kpfw.I Ausf.В (на переднем плане) и пара Pz.Kpfw.I Ausf.А (на заднем плане) во Франции, 1940 г. В ходе Французской кампании эти танки использовались на второстепенных направлениях

28

naukatehnika.com

вий на тяжелых грузовых автомобилях, благодаря чему уже в октябре 1938 г., при оккупации Судетской области, их небоевые потери удалось значительно сократить. К началу Второй мировой войны Pz.Kpfw.I все еще составляли значительную часть немецких Panzerwaffe. Так, из 2553 танков, которые были задействованы в войне против Польши, 973 штуки являлись Pz.Kpfw.I. Большое насыщение польской армии противотанковой артиллерией и противотанковыми ружьями резко снизило выживаемость этих легких танков на поле боя. Всего за месяц боев было подбито 320 танков Pz.Kpfw.I, из них 89 потеряно безвозвратно. Еще хуже ситуация сложилась во время Французской кампании. К 10 мая 1940 г. в немецких частях, которые участвовали в боевых действиях во Франции, насчитывалось 554 Pz.Kpfw.I. И хотя частям, вооруженным преимущественно Pz.Kpfw.I, с самого начала отводились второстепенные задачи, к концу скоротечной французской кампании были безвозвратно потеряны 182 танка этого типа. В бою против французских танков, большинство из которых имело броню толщиной порядка 40 мм, пулеметы «единичек» были бесполезны. Тем не менее в условиях недостатка средних танков Pz.Kpfw.III любой танк был для немцев не лишним. В операции «Барбаросса» участвовали только Pz.Kpfw.I Ausf.B. На 22 июня 1941 г. их имелось 337 штук. Но уже к 18 сентября в строю оставалось лишь 156 Pz.Kpfw.I Несколько танков оказалось захвачено частями Красной армии. В 1942 г. устаревший танк был окончательно снят с вооружения бронетанковых частей. К тому моменту он использовался в основном как командирские машины. Разработка Pz.Kpfw.I стала первой успешной попыткой Германии создать по-настоящему современный и массовый танк. Эта машина дала старт строительству Panzerwaffe — недавно созданные танковые войска Германии за считанные годы получили полторы тысячи легких танков и сотни вспомогательных машин на их базе.

Pz.Kpfw.I первым отправился и на войну — поддерживая войска генерала Франко в Испании в составе немецкого легиона «Кондор». Позже этим танкам пришлось повоевать на всех европейских театрах военных действий Второй мировой войны. Как и все новые машины, первый массовый немецкий танк оказался не лишенным недостатков. Один из них, связанный с перетяжеленностью машины, удалось преодолеть на модификации Ausf.B путем установки более мощного двигателя. Тем не менее концепция танка поддержки пехоты с пулеметным вооружением устаревала на глазах. Немецкие машины оказались бессильными против пушечных танков, а противотанковые пушки пехоты вообще оставляли им мало шансов на выживание.

Танки Pz.Kpfw.I Ausf.В (слева) и Pz.Kpfw.II (справа) использовались и в операции «Барбаросса» — № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ МС-21-310 с двигателями ПД-14 в первом полете

ПД-14.

НАЧАЛО БОЛЬШОГО ПУТИ

28 сентября 1988 г. с Центрального аэродрома имени Фрунзе на Ходынском поле в Москве впервые взлетел опытный пассажирский самолет Ил-96-300, оснащенный двигателями ПС-90А.

15 декабря 2020 г. с аэродрома Иркутского авиационного завода состоялся первый полет пассажирского самолета МС-21-310, оснащенного двигателями ПД-14. Между этими двумя историческими событиями, разделенными более чем 30 годами, очень много общего. Вопервых, и ПС-90А, и ПД-14 на момент своего появления были одними из самых современных авиационных двигателей в мире. А во-вторых, разработка, испытания и доводка этих двигателей стали делом жизни одного человека — молодого главного конструктора в те далекие годы и умудренного опытом руководителя и генерального конструктора в наше время…

70-летию лауреата Государственной премии РФ в области науки и техники, доктора технических наук, профессора, заведующего кафедрой «Авиационные двигатели» Пермского государственного технического университета, действительного члена РАН, генерального конструктора АО «ДК-Авиадвигатель» Александра Александровича Иноземцева посвящается.

НЕМНОГО ИСТОРИИ В середине 1980-х гг. в среде студентов (одним из которых был и я) и преподавателей факультета авиационных двигателей Харьковского авиационного института только и говорили, что о новейшем советском двигателе Д-90, который должен был «заткнуть за пояс» разрекламированные западные ТРДД Пратт-Уитни PW2000 и Роллс-Ройс RB211-535, информация о которых стала появляться в зарубежных технических журналах, практически без задержек (!) поступавших в библиотеку иностранной литературы вуза. Было от чего прийти в восторг: степень повышения давления в компрессоре > 30, температура газов перед турбиной > 1500 К — таких параметров наше авиадвигателестроение еще не знало! Позднее мне, уже молодому инженеру, довелось поучаствовать в разработке бортовой системы контроля БСКД-90, познакомиться со многими специалистами смежных предприятий, в том числе и Пермского МКБ. А дальше — «лихие» девяностые, инфляция, «дикая» приватизация, «свобода» и рынок, упадок бюджетного финансирования, крах и развал многих предприятий, в том числе и составлявших гордость советского авиа-

Автор — Вадим Нерубасский 30

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

прома. Но погибло не все. Стараниями, трудом, здоровьем действительно великих людей — Ф. М. Муравченко, В. А. Богуслаева, А. А. Саркисова, В. М. Чепкина, А. А. Иноземцева и др. — были сохранены ключевые авиадвигателестроительные предприятия и КБ, сохранены бесценные инженерные кадры…

Общий вид ТРДД LEAP-1

тель. ЦИАМ совместно с пермским АО «Авиадвигатель» был сформирован технический облик перспективного ТРДД с прямым приводом вентилятора, и с 2004 г. начала реализовываться программа создания научно-технического задела для обеспечения его разработки. Сам двигатель получил обозначение ПД-14 (Перспективный двигатель с тягой 14 тонн). Тем не менее в объявленном тендере на силовую установку для МС-21 в декабре 2009 г. победил американский PW1400G. Официально техническое задание на двигатель ПД-14 для МС-21 было сформировано в конце 2007 г., а с 2008 г. в Перми развернулись полномасштабные работы по проектированию узлов двигателя, разработке и освоению критических технологий, необходимых для создания нового ТРДД. К этому моменту российское правительство выделило 15 млрд руб.

(450 млн евро по курсу того времени) для ведения НИОКР по новому двигателю. Защита аванпроекта состоялась в марте 2010 г., а эскизного проекта — в июле 2011 г. В 2010–2013 гг. к работам по альтернативной камере сгорания привлекали украинское ГП «Ивченко-Прогресс», однако по известным причинам это сотрудничество было прекращено. Стендовые испытания демонстрационного газогенератора № 100ГГ-01 начались в Перми в ноябре 2010 г. Двигатель — демонстратор технологий (ДДТ) № 100-01 был собран и впервые запущен на стенде «ОДК-Авиадвигатель» в июне 2012 г. Второй ПД-14 (№ 100-03) был изготовлен в 2013 г. и поступил на стендовые испытания в январе 2014 г., а третий (№ 100-04) — в октябре того же года. В декабре 2014 г. на стенд установили ПД-14 № 100-05. В течение 2015 г. было изготовлено четыре следующих двигателя: ПД-14 № 100-06

РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЯ К концу 1990-х стало ясно, что ПС-90А не имеет перспектив развития в первую очередь из-за устаревшего компрессора, ведущего свою историю от первого пермского ТРДД Д-20П (1960 г). Поэтому в 1999–2000 гг. на АО «Авиадвигатель» был спроектирован новый газогенератор поколения 5+: пятиступенчатый компрессор со степенью повышения давления 11, кольцевая камера сгорания и одноступенчатая охлаждаемая турбина. Универсальный газогенератор должен был стать основой семейства ТРДД: ПС-7 с тягой 71,6 кН, ПС-9 с тягой 100 кН, ПС-14, ПС-18 и других более мощных двигателей. Однако работы дальше теоретических чертежей и плакатов не продвинулись. Денег едва хватало на продолжение эксплуатационной доводки серийного ПС-90А. В 2002 г. бы завершен эскизный проект нового российского среднемагистрального авиалайнера, получившего громкое обозначение МС-21 (Магистральный самолет XXI-го века). Новый самолет должен был дополнить находящийся на завершающей стадии проектирования региональный RRJ (ныне SSJ) и конкурировать с западными Эрбас A320 и Боинг 737. Полномасштабные работы смогли развернуть лишь в 2008 г., когда началось полноценное государственное финансирование. Указом Президента России головным исполнителем программы МС-21 была назначена корпорация «Иркут». Тогда же стало ясно, что для нового самолета МС-21 нужен новый российский двига— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

ПД-14 с деталями мотогондолы в сборочном цехе

Общий вид мотогондолы ТРДД ПД-14 naukatehnika.com

31

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

Распределение работ по производству узлов ТРДД ПД-14

был собран «Авиадвигателем», но газогенератор для него впервые изготавливался уже серийным заводом, а двигатели №№ 100-07, 100-08 и 100-09 полностью строились «Пермскими моторами». Одним из ключевых изменений конструкции двигателя стало изменение места расположения коробки приводных агрегатов вместо подкапотного пространства газогенератора в подкапотном пространстве мотогондолы. Кроме того, по всем узлам двигателя были разработаны и внедрены мероприятия, обеспечивающие повышение их эффективности, ресурса и снижение массы. ПД-14 № 100-06 к концу года прошел этап испытаний в термобарокамере ЦИАМ, а двигатель № 100-07 в октябре 2015 г. поступил на летные испытания на борту летающей лаборатории Ил-76ЛЛ в ЛИИ им. М. М. Громова в Жуковском. Первый этап летных испытаний ПД-14 на Ил-76ЛЛ был успешно выполнен к марту 2016 г., совершено 16 полетов с наработкой двигателя в полете более 22 ч, в ходе которых «подтверждены заявленные характеристики и работоспособность в ожидаемых условиях эксплуатации». Второй этап летных испытаний ПД-14 №100-07 под крылом Ил-76ЛЛ прошел в период с октября 2016 г. по март 2017 г. (восемь полетов, наработка в воздухе — более 26 ч).

Общий вид ТРДД PW1000G

32

naukatehnika.com

Двигатель № 100-08 в октябре-ноябре 2016 г. прошел отработку по боковому обдуву на открытом стенде АО «ОДК-Сатурн» в Полуево под Рыбинском. ПД-14 № 100-09 после демонстрации на Международном форуме двигателестроения МФД-2016 в Москве встал на длительные циклические испытания. В течение 2016 г. «Пермскими моторами» были собраны еще два двигателя опытной партии — №№ 100-10 и 100-11. Первый из них прошел испытания в термобарокамере ЦИАМ с имитацией работы на высоте 11 км (при М = 0,8) и 12 км (при М = 0,53), а также на открытом испытательном стенде под Рыбинском, а второй в конце декабря 2017 г. поступил на третий (заключительный) этап летных испытаний под крылом летающей лаборатории Ил-76ЛЛ в Жуковском. В 2017 г. пермским заводом были изготовлены два заключительных двигателя опытной партии — №№ 100-12 и 100-13. Таким образом,

Редуктор ТРДД PW1000G — № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Иноземцев А. А.

общее число опытных ПД-14 достигло 12, включая ДДТ, при этом большинство из них претерпело несколько плановых переборок после соответствующих этапов испытаний на стендах в Перми, Рыбинске и Тураево. В 2018 г. построили двигатели двигатели №№ 100-14, 100-15 и 100-16 для третьего летного экземпляра МС-21 (первого с ТРДД ПД-14). Формально их передали «Иркуту» в декабре, но оставили на ответственном хранении пока машина не достигнет определенного уровня готовности. В декабре 2020 г. состоялся первый полет МС-21-310 с двигателями ПД-14. В середине августа 2019 г. завершилась комплектация и началась финишная сборка ПД-14 с номерами 100-17 и 100-18. Они предназначались для второго летного МС-21-310. Передача их «Иркуту» перенесена на 2021 г. Следующий за ними мотор № 100-19 стал первым, предназначенным для серийного самолета, который поступит в коммерческую эксплуатацию. Необходимо отметить, что ПД-14 является программой всей ОДК, и в ее реализации, кроме «Авиадвигателя» и «Пермских моторов», активно задействуются и другие предприятия. Например, на долю ОДК-УМПО приходится до 30 % всех работ по двигателю, включая производство вентилятора и турбины низкого давления с задней опорой. АО «ОДК — Пермские моторы» отвечает за изготовление газогенератора (компрессор ВД, камера сгорания и турбина ВД) и окончательную сборку двигателя, в производстве компрессора НД и разделительного корпуса участвуют «ОДКСатурн» и ОДК-УМПО, реактивное сопло внутреннего контура и центральное тело поставляет «Металлист-Самара», центральный привод и коробку приводов — «Салют» и ОДК-УМПО, САУ FADEC и агрегаты топливной системы — пермское АО «ОДК-СТАР».

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

При проектировании и создании ПД-14 было разработано и применено большое количество инновационных и передовых технологий, позволивших достичь нужных характеристик. Например, все элементы и модули газовоздушного тракта разработаны с применением методов трехмерного аэродинамического проектирования, все конструкторские работы выполнены по безбумажной технологии. Вентилятор снабжен широкохордными титановыми рабочими лопатками. Технология расчета и проектирования таких лопаток была разработана ЦИАМ в 2000 г. и впервые применена в вентиляторах ТРДД SaM146 и Д-436-148ФМ. Лопатки выполнены полыми и изготовлены методом сверхплатичной формовки и диффузионной сварки. Справедливости ради стоит отметить, что такой способ изготовления лопаток был впервые применен фирмой «Роллс-Ройс» в ТРДД RB211-535E4 в 1983 г. Блиски компрессора ВД (степень повышения давления 17) на первой, второй и пятой ступенях изготовлены из титанового сплава, диски шестой–восьмой ступеней — из никелевого гранульного сплава нового поколения. Детали камеры сгорания выполнены из жаростойкого интерметаллидного сплава, а в ней самой реализовано малоэмиссионное горение, установлены форсунки с пневмораспылом, применено керамическое теплозащитное покрытие второго поколения. Рабочие и сопловые лопатки турбины высокого давления изготовлены из новейших монокристаллических сплавов ВЖМ4/5 и защищены керамическим теплозащитным покрытием, диски — из никелевого сплава нового поколения. Рабочие и сопловые лопатки первой–шестой ступеней турбины низкого давления — полые, сделаны из алюминида титана, применено активное управление радиальными зазорами. В конструкции мотогондолы композиционные материалы занимают примерно 65 % по массе. Мотогондола оснащена реверсивным устройством решетчатого типа с электромеханическим приводом. ПД-14 имеет конструкцию, предусматривающую возможность модульного ремонта двигателя во время эксплуатации без снятия его с самолета. Этот же фактор позволяет снизить продолжительность ремонта мотора в заводских условиях. Главная задача, которую предстоит решить, — это усовершенствовать систему послепродажного обслуживания. Как отметил Сергей Попов, управляющий директор АО «ОДК-Пермские моторы», ОДК в этой сфере неплохо себя зарекомендовала с двигателем SaM146. Теперь эту систему следует развить и применить принципы сервисного обслуживания SaM146 к двигателю ПД-14. Задача быстрого и эффективного сервисного обслуживания закладывалась и решалась изначально, при конструировании двигателя — перед конструкторами стояла задача максимально сократить время обслуживания двигателя на крыле.

КОНКУРЕНТЫ ПД-14 — не единственный в своем классе тяги двигатель, ему придется конкурировать как минимум с двумя соперниками: PW1000G и LEAP-1.

PW1000G — семейство ТРДД, разработанное фирмой «ПраттУитни» специально для ближне- и среднемагистральных авиалайнеров нового поколения вместо двигателя V2500. Ключевая особенность двигателя — редукторный привод вентилятора. Планетарный редуктор с передаточным отношением 3 : 1 позволяет вентилятору и деталям контура НД вращаться независимо друг от друга с наиболее эффективной для них скоростью, а также уменьшить количество ступеней турбины НД и облегчить конструкцию. «Пратт-Уитни» впервые предприняла попытку создать редукторный ТРДД в 1998 г. в рамках проекта двигателя PW8000 на основе серийного ТРДД PW6000. Затем появился проект ATFI (Advanced Technology Fan Integrator), прототип которого был впервые испытан в марте 2001 г. В итоге в сотрудничестве с немецкой фирмой MTU был разработан naukatehnika.com

33

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

новый газогенератор, вокруг которого был создан ТРДД GTF (Geared TurboFan), впервые запущенный на стенде в ноябре 2007 г. В июле 2008 г. GTF был переименован в PW1000G и получил «коммерческое» название PurePower («чистая энергия»). Конструктивно PW1000G — двухвальный ТРДД с восьмиступенчаным компрессором ВД со степенью повышения давления 16, все роторные ступени которого выполнены в виде конструкции блиск, двойной кольцевой камеры сгорания TALON-X, двухступенчатой охлаждаемой турбины ВД с лопатками с интерметаллидным покрытием. Секция НД включает в себя вентилятор с 20 широкохордными рабочими лопатками гибридно-металлической конструкции, редуктор, передающий мощность около 30 000 л. с., три подпорные ступени и трехступенчатую высокооборотную (частота вращения более 10 000 об/мин) турбину НД. Применяется активное управление радиальными зазорами в турбине. Механизм редуктора рассчитан на весь срок службы двигателя и должен обслуживаться в рамках стандартных сервисных интервалов. В производстве деталей и узлов двигателей PW1000G принимают участие фирмы MTU, «Фиат», «Вольво» и «Мицубиши», т. е. почти все партнеры по консорциуму IAE. Существует несколько вариантов ТРДД PW1000G : PW1100G для семейства Эрбас A319/320/321neo (эксплуатируются с января 2016 г.), PW1200G для японского регионального авиалайнера MRJ (программа приостановлена), PW1400G для МС-21-300, PW1500G для семейства Эрбас A220 (эксплуатируются с июля 2016 г.), PW1700G и PW1900G для EMBRAER E-Jet E2 175/190/195. К настоящему времени общая наработка двигателей семейства превысила 7,9 млн ч, а в эксплуатации находится более 940 самолетов. Двигатель PW1400G для МС-21 разработан на базе PW1100G и имеет степень общности с последним более 80 %. Пока именно на этот двигатель приходится более 75 % заказов на МС-21.

LEAP-1 — преемник одного из самых успешных гражданских ТРДД CFM56, создан совместным предприятием CFMI, в состав которого с соотношением долей 50 : 50 входят американская фирма «Дженерал Электрик» и французская Safran (SNECMA). Разработка нового двигателя под обозначением LEAP-X (Leading Edge Aviation Propulsion —

34

naukatehnika.com

передовая авиационная силовая установка) на основе результатов исследовательской программы TECH56 началась в июле 2008 г.

LEAP-1 — типичный двухвальный ТРДД. Вентилятор — с 18 композитными рабочими лопатками, изготовлеными методом RTM (Resin Transfer Molding), основанным на принципе инжекции смолы в закрытую форму, заполненную стеклонаполнителем. Передняя кромка лопаток усилена титаном. За вентилятором установлены три подпорные ступени. Газогенератор LEAP-1 получен масштабированием аналогичного узла ТРДД GE90 и GEnx, который отлично зарекомендовал себя в эксплуатации. Первые пять ступеней 10-ступенчатого компрессора ВД состоят из титановых блисков, вслед за которыми идут остальные ступени из блисков, выполненных из жаропрочного никелевого сплава. Степень повышения давления в компрессоре равна 22, что эквивалентно значениям в двигателях GE90 и немного меньше по сравнению со значениями, полученными в двигателях GEnx. Камера сгорания двигателей LEAP-1 представляет собой второе поколение двойной кольцевой камеры сгорания с предварительной закруткой TAPS II (Twin Annular, Pre-Swirl combustor), применяемой на силовых установках серии GEnx и отличающейся низким уровнем выброса вредных веществ. Топливные форсунки выполнены методом 3D-печати. Двухступенчатая турбина ВД двигателей LEAP-1 также вобрала в себя многие черты турбин, используемых на GE90 и GEnx, и при этом она отличается использованием схемы охлаждения нового поколения. Кроме того, первая ступень турбины ВД изготовлена из композитных материалов на основе керамической матрицы (Ceramic Matrix Composites — CMC) — данное решение впервые используется на двигателях консорциума CFMI. По словам инженеров, использование такого материала, как CMC, дает значительные преимущества, в первую очередь благодаря его жаропрочным свойствам, в результате чего снижаются требования к охлаждению турбины. Семиступенчатая (пятиступенчатая на LEAP-1B) турбина НД за время стендовых испытаний продемонстрировала высокую эффективность. Реверсивное устройство — О-образное, в отличие от четырехстворчатого на предшественнике — CFM56-5B, выполнено из КМ. Сопла наружного и внутреннего контуров — обычные, а для 737MAX — с шевронами.

LEAP-1 поставляется в трех вариантах: LEAP-1A для семейства Эрбас A319/320/321neo (эксплуатируются с августа 2016 г.), LEAP-1B для Боинг 737MAX (эксплуатируются с мая 2017 г.) и LEAP1C для китайского авиалайнера C919 (проходит испытания). Все варианты имеют по несколько уровней тяги. К настоящему времени произведено более 2500 двигателей.

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

Основные данные современных двигателей для среднемагистральных пассажирских самолетов Модель

LEAP-1A33

PW1431GA-JM

ПД-14

Фирма

CFMI

PW

ОДК

США/Франция

США/Германия/Япония

Россия

Страна-изготовитель

Взлетный режим, Н = 0, М = 0, МСА Тяга, кН (сохраняется до температуры окружающего воздуха)

143,05 (+30 °С)

140,44 (+30 °С)

137,0 (+30 °С)

Удельный расход топлива

–

–

–

Расход воздуха, кг/с

–

721

630

Степень двухконтурности

11

12

8.5

Общая степень повышения давления

43,6

45,0

41,0

Температура газов перед турбиной, К

1830

1820

1760

Крейсерский режим, Н = 11 000, М = 0,85, МСА Тяга, кН

26,05

25,49

23,82

Удельный расход топлива, кг/кН·ч

0,052

0,053

0,054

Общая степень повышения давления

50,0

–

–

Габаритные размеры, м Диаметр вентилятора

1,98

2,057

1,90

Максимальный диаметр

2,543

2,448

–

Максимальная длина

3,328

3,401

–

Сухая масса двигателя (масса силовой установки), кг

2990 (4030)

2858 (4080)

2870 (3970)

Дата сертификации

03.2016 (1)

05.2016 (2)

10.2018 (3)

E.110

E00087EN

–

Серийный

Серийный

Опытный

Airbus A321neo

МС-21-300

МС-21-310

Сертификат Состояние программы Применение (1) Cертификат EASA

(2) Cертификат FAA

Начало эксплуатации PW1000G и LEAP-1 не было безоблачным. Авиакомпании столкнулись с многочисленными проблемами (повышенная вибрация, затянутый запуск, помпаж, разрушение компрессора, отслаивание покрытий в турбинах, коррозия деталей компрессора, раннее загрязнение топливных форсунок и др.), которые оперативно решались инженерными службами разработчиков.

О ПРОШЛОМ, НАСТОЯЩЕМ И БУДУЩЕМ Сравнение двигателей — достаточно неблагодарное занятие. Сам читатель может заметить, что ПД-14, LEAP-1 и PW1000G очень близки по характеристикам и отличаются друг от друга по массе на 1,5–2,5 %, по тяге — на 2–5 %, а по удельному расходу топлива — не более чем на 2 %. Близок и уровень применяемых материалов и технологий. По словам самого А. А. Иноземцева, ПД-14 не хуже иностранных конкурентов. При этом преимуществом ПД-14 является сниженная температура газов на входе в турбину — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

(3) Cертификат «Росавиации»

(на 60–80°). При этом имеются потери в тяге, но получается экономия в ходе эксплуатации. По заявлению представителей Корпорации «Иркут», издержки двигателя на 2,5–3,0 % ниже по сравнению с конкурентами. Действительно, для российского авиадвигателестроения ПД-14 — это гигантский скачок, вплотную приблизивший к уровню западных технологий, но никак не обогнавший их. Единственное важное место, где наблюдается отставание от конкурентов на 3-5 лет — это объемы производства и эксплуатационная готовность. Но в условиях существенно сократившегося спроса на авиалайнеры, связанного с пандемией, это не такой уж большой срок. На данном этапе необходимо начать поставки и завоевать доверие авиакомпаний. Многие называют ПД-14 «локомотивом» прогресса, с чем нельзя не согласиться. Выполнена огромная работа: спроектирован, построен, испытан, подготовлен к серийному производству современный авиадвигатель, созданы рабочие места на десятках предприятий, разработаны и освоены самые передовые технологии и материалы. На основе базового газогенератора ПД-14 начаты работы над двигателями меньшей (ПД-7, ПД-10) и большей (ПД-35) размерности. Такие двигатели нужны России. В средствах массовой информации часто появляется много, на мой взгляд, необоснованной критики программы ПД-14. При внимательном рассмотрении оказывается, что это в основном разговоры о «нарушениях», «хищениях», «распиле бюджета» и т. д., но никак не о технике. Наверное, мнение бухгалтеров и экономистов важно, но куда важнее мнение специалистов-двигателистов… naukatehnika.com

35

ИСТОРИЯ ВОЗДУХОПЛАВАНИЯ

НЕБЕСНЫЕ АЭРОДРОМЫ

В

конце 1917 г. немцы начали искать способ в дальних рейдах защитить свои цеппелины от британских истребителей. Рост несущих возможностей больших дирижаблей позволил рассмотреть идею о том, что они смогут сами нести свое истребительное прикрытие. Для проведения эксперимента был выбран Zeppelin L-35 — дирижабль жесткого типа, объем 55 200 м³, грузоподъемность 32,5 т, длина 196 м, шесть двигателей Maybach мощностью по 177 кВт, максимальная скорость 103 км/ч. На авиабазе в Ютеборге на нижней поверхности L-35 были установлены специальные крючья, за которые цеплялся истребитель «Альбатрос» D.III (вес 661 кг, длина 7,33 м, размах крыльев 9,4 м, скорость 175 км/ч). «Тендем» поднялся в воздух 26 января 1918 г. На высоте 1380 м самолет отцепился, со снижением отлетел от дирижабля и благополучно приземлился. В феврале рассматривался вопрос о практическом использовании этого способа, но его отвергли, ибо командир Дивизиона воздушных кораблей Кapitän zur See (капитан 1-го ранга) Петер Штрассер (Peter Strasser; 1876–1918) довольно скептически отнесся к этой идее. Гораздо больше он верил в высотные возможности новых цеппелинов. В Англии первая реальная конструкция небесного авианосца появилась тоже в 1918 г., когда были осуществлены несколько полетов дирижабля R.23 с истребителем Sopwith Camel F.1 (вес 420 кг, длина 5,71 м, размах крыльев 8,73 м, скорость 199 км/ч). Во время испытаний самолет отстыковался от троса, и успешно спланировал на аэродром. Проект принят не был, ибо хотя истребитель мог отцепляться от своего носителя в воздухе, но был неспособен возвращаться на дирижабль,

Совместные маневры морских и воздушного авианосцев

что вынуждало бы последний действовать только вблизи аэродромов. R.23 дирижабль жесткого типа, имел четыре двигателя Rolls Royce мощностью по 250 л. с. (186,4 кВт), объем 26 600 м³, грузоподъемность 5897 кг, длину 163 м, максимальную скорость 83,2 км/ч. Не отставали от англичан и американцы — создание первого специального дирижабля-авианосца для экспериментов по старту с него самолета, пока еще без возвращения на носитель, было осуществлено 12 декабря 1918 г. в рамках проекта ВМС США. Дирижабль «C-1» поднял самолет Curtiss JN-4 на высоту 2500 футов (760 м) в районе Форт Тилден, Нью-Йорк, и выпустил его для свободного перелета обратно на базу. Дирижабль пилотировал лейтенант Джордж Кромптон, а самолет — лейтенант А. В. Редфилд, командир 52-й авиационной эскадрильи. Дирижабль «С-1» — головной из серии «Тип С», заложенный в сентябре 1918 г., стал первым мягким воздушным судном, на котором была испытана концепция авиаматки. Это был двухмоторный дирижабль мягкой конструкции с баллоном объемом 5125 м³, длиной 59,7 м и диаметром 12 м, экипаж четыре

Автор — Юрий Каторин 36

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ИСТОРИЯ ВОЗДУХОПЛ АВАНИЯ

человека, максимальная скорость 97 км/ч. Два двигателя по 150 л. с. могли работать как на бензине, так и на водороде из баллонетов. Третьего октября эта малютка успешно стартовала с нежесткого дирижабля ВВС «ТС-7» и села на аэродром, а 15 декабря были проведены испытания по старту и возвращению самолета на дирижабль. Лейтенант Клайд Финтер (Clyde Finter; 1895–1960) в Скотт-Филде, штат Иллинойс, после нескольких неудачных попыток зацепился за трапецию, прикрепленную к гондоле, некоторое время повисел на ней, пока дирижабль делал поворот, затем отцепился и благополучно посадил самолет на землю. Дирижабль «ТС-7» имел баллон объемом 6000 м³, длину 65 м, экипаж шесть человек, два мотора «Райт» по 220 л. с. обеспечивали максимальную скорость около 96 км/ч, а дальность полета на крейсерской скорости 75 км/ч достигала 2600 км. Хотя система запуска и стыковки (основным элементом которой являлся крюк, установленный над носовой частью самолета) продемонстрировала свою работоспособность, ВВС США приняли решение о прекращении работ. Однако идею подхватили ВМС и не только развили ее, но впоследствии реализовали с большим эффектом. Ибо они были особенно заинтересованы в принятии на вооружение авианесущих дирижаблей, основным назначением которых должна была стать дальняя морская разведка. По оценкам специалистов, один крупный дирижабль мог за 12 часов полета «осмотреть» 83 000 км² морской поверхности. Ну а с помощью нескольких легких бортовых самолетовразведчиков контролируемую площадь можно будет увеличить в несколько раз. Флот выделил ZR-3 «Лос-Анжелес» (USS Los Angeles) для испытания в роли воздушного авианосца. Это был дирижабль жесткой конструкции, построенный немецкой фирмой Zeppelin во Фридрихсхафене в 1923–1924 гг. В октябре 1924 г. он своим ходом через океан прибыл в США и был включен в состав ВМС. Объем 72 280 м³, длина 200,3 м, диаметр 27,2 м, скорость 120 км/ч, каждый из пять двигателей Maybach VL I V-12 мощностью 420 л. с. (308,9 кВт) располагался в отдельной мотогондоле.

Отстыковка «Альбатроса» от L-35 — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Цепеллин L-35

Британский дирижабль R.23 с подвешенным истребителем «Сопвич Кэмел»

Американский патрульный дирижабль «Тип С». Развивая этот проект, в 1923 г. ВВС приступили к проведению войсковых испытаний по вылету и уже возвращению на носитель небольшого одноместного самолета «Сперри Мессенджер» М-1. Это был биплан весом в 283 кг, с неподвижным хвостовым шасси и радиальным двигателем Lawrance L-4 мощностью 60 л. с. (45 кВт), длиной 5,41 м, с размахом крыльев 6,1 м. Максимальная скорость — 156 км/ч. Носителем стал дирижабль «ТС-3»

Британский дирижабль R.23 с подвешенным истребителем «Сопвич Кэмел» naukatehnika.com

37

ИСТОРИЯ ВОЗДУХОПЛАВАНИЯ

Самолет «Сперри Мессенджер» М-1, оснащенный стыковочным крюком

Самолет Vought UO-1, закрепленный на трапеции «Лос-Анджелеса»

Дирижабль «Лос-Анджелес»

На дирижабле была установлена трапеция (приспособление для взлета и посадки самолета на воздушный корабль). «Подопытным кроликом» стал одноместный самолет-разведчик Vought UO-1, оборудованный швартовочным гаком. Вес 943 кг, длина 8,5 м, размах крыльев 10,4 м, двигатель 220 л. с. (164 кВт), максимальная скорость 196 км/ч. Летом 1928 г. в Лейкхерсте была проведена серия успешных экспериментов с отцепкой и швартовкой самолета в воздухе. С самого начала переделка дирижабля в авиаматку не планировалась, а эксперименты были лишь подготовкой к вступлению в строй настоящих воздушных авианосцев с ангарами для самолетов. Командование флота посчитало, что такой аппарат крайне необходим для надежного контроля океанских просторов. В 30-е гг. XX в. самолеты по скорости уже в несколько раз превосходили дирижабли, но все еще имели гораздо меньшую продолжительность полета. Хотя самолетостроение и достигло таких успехов, что гидропланы с грузом в 10 т могли легко пересечь Атлантику, но до рекордов аппаратов легче воздуха им было далеко. Поэтому была острая нужда в средствах увеличения дальности морской авиации. Немцы даже построили специальные корабли — плавучие посадочные площадки типа «Вестфален», на которых имелся запас топлива и боеприпасов. На эти платформы могли садиться легкие самолеты, а около них на воду — гидропланы. Американцы с опаской смотрели на эти плавучие аэродромы, справедливо считая, что они могут представлять большую опасность для их территории, но ставку все-таки сделали на дирижабли. По их расчетам, большой дирижабль-авианосец вполне мог бы нести на своем борту пять–семь истребителей, стартующих с него и причаливающих к нему в полете для заправки топливом. В таком случае зона деятельности самолетов значительно расширялась. Находясь на большой высоте, дирижабль (незаметный с земли, а значит, и неуязвимый) c помощью своих крылатых машин смог бы патрулировать аква38

naukatehnika.com

торию в несколько тысяч квадратных километров и, взаимодействуя с боевыми кораблями, оказывать существенную помощь в обороне побережья. Кроме того, неся на борту истребители, дирижабль существенно увеличивал свою не слишком высокую в то время возможность выжить при встрече с достаточно скоростным и высотным истребителем противника. Для воплощения идеи командование ВМС в 1928 г. опубликовало условия конкурса на разработку военного дирижабля, на котором могли бы размещаться четыре самолета-истребителя. В конкурсе приняли участие множество фирм и конструкторов-одиночек, в том числе Иоганн Шютте (Johann Schütte; 1873–1940), который, как это ни парадоксально, был немецким инженером и возглавлял Западное прусское общество дирижаблестроения. Он разработал отличный проект дирижабля ШЛ-120. Длина этого сооружения составляла 283 м, диаметр 35,3 м, а объем — 170 000 м³. Оснащенный десятью двигателями по 400 л. с. каждый, великан смог бы развить скорость в 130 км/ч. Однако над аналогичным проектом работала и американская фирма, поэтому из соображений национального престижа Шютте среди победителей был только вторым. Первое место получил проект компании «Гудиер-Цеппелин» (Goodyear-Zeppelin Corporation), еще в 1920 г. купившей несколько цеппелиновских патентов и построившей в 1922 г. первый американский военный дирижабль жесткого типа ZR-1 «Шенандоа» (в переводе с индейского «Дочь звезд»). В 1926 г. Конгресс США утвердил 5-летний план развития Бюро Аэронавтики США. Согласно плану 6 октября 1926 г., компании «Гудиер-Цеппелин» был официально передан заказ, и фирма немедленно приступила к строительству двух крупнейших в мире дирижаблей ZRS-4 «Акрон» и ZRS-5 «Мэкон». Стоимость первого составляла $ 5 375 000. Второй должен был последовать за ним через 15 месяцев и стоить $ 2 450 000 с условием, что правительство оставляло за собой право отказаться от его строительства. Восьмого августа 1931 г. в городе Акрон штата Огайо состоялось кре— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ИСТОРИЯ ВОЗДУХОПЛ АВАНИЯ

щение этого огромного воздушного авианосца. «Крестной» выступала Лу Генри Гувер (Lou Henry Hoover; 1874–1944), жена президента США Герберта К. Гувера (Herbert Clark Hoover; 1874–1964). По тем временам дирижабль имел действительно колоссальные размеры: длину 239 м, диаметр 40 м, номинальный объем (95 % от максимального, ибо следует помнить, что объем газового отсека мог меняться в зависимости от высоты подъема дирижабля и атмосферных условий) 184 000 м³. Полезная нагрузка около 75 т. Силовая установка — восемь бензиновых двигателей Maybach VL-2 по 560 л. с. каждый, скорость максимальная 128 км/ч, крейсерская — 90 км/ч. Дальность полета 17 000 км (на скорости 90 км/ч). Штатный экипаж состоял из 16 офицеров и 75 матросов и старшин, но обычно летало не более 50 человек. В слу-

чае наличия на борту самолетов экипаж увеличивался на пять летчиков и 15 человек технического персонала, обслуживающих самолеты, и сопутствующее оборудование. Вооружение — четыре самолета (хотя на практике дело ограничивалось тремя машинами) и пять 12,7-мм пулеметов. И, что весьма немаловажно, стоимость такого боевого комплекса была во много раз меньше, чем стоимость кораблей, необходимых для выполнения аналогичного задания. Конструкция ZRS-4 содержала несколько интересных новинок. Металлический каркас корпуса состоял из 12 основных и 33 вспомогательных жестких переборок, 36 вертикальных профилей и 3 килей. Конструкция в целом была весьма прочной и могла выдерживать большие нагрузки (увы, прочность все же имела предел). Внутри жесткого корпуса размещались 12 газовых отсеков, заполненных гелием. Благодаря установке двигателей внутри каркаса удачно были решены вопросы аэродинамики, поэтому у американского дирижабля скорость была выше, чем у английских и немецких при равной с ними мощности двигателей. Каждый мотор вращал один двухлопастной винт диаметром 5 м. Винты были реверсивными, как тянущими, так и толкающим, они могли разворачиваться в горизонтальной плоскости, что давало возможность опускаться или подниматься, лететь вперед или назад. В корпусе размещалось 110 баков, способных сместить 57 т топлива и до 5 т масла. Главная гондола управления «Акрона» располагалась впереди нижней части фюзеляжа, но в случае необходимости можно было управлять дирижаблем из резервной кабины, расположенной в нижней части вертикального хвостового оперения. Каюты для размещения экипажа находились в боковых килях, а наблюдательные кабины с возможностью установки пулеметов — спереди (над причальным устройством), сверху оболочки и в оконечности хвостовой части корабля.

Постройка дирижабля «Акрон»

Дирижабль ZRS-4 «Акрон»

Тяговый винт дирижабля «Акрон» (лопасти повернуты в горизонтальное положение) — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Стыковка самолета с дирижаблем «Акрон» naukatehnika.com

39

ИСТОРИЯ ВОЗДУХОПЛАВАНИЯ

Прием на борт самолетов осуществлялся прямо в полете с помощью специальной выдвижной трапеции. Истребители цеплялись за нее, через специальный проем в днище втягивались внутрь и размещались в просторном отсеке-ангаре, где легко помещались четыре машины типа F9C-2 «Сперроухоук» фирмы «Кертисс», а также находилось оборудование для их обслуживания. При необходимости, пятый самолет мог оставаться на внешней подвеске. Выпуск крылатых машин осуществлялся в обратном порядке: аэроплан выдвигался из ангара, запускался двигатель, и летчик уходил в свободный полет. Как ни странно, «садиться» на дирижабль было не сложнее, чем на аэродром. Крюк и «трапеция» были небольшими, но и скорость бипланов 1920-х гг. была невелика и легко уравновешивалась скоростью дирижабля. А самое приятное — процедура была куда безопаснее, чем в случае с взлетно-посадочной полосой. Промахнись пилот или попади в сваливание, он просто уходил вниз и повторял попытку, а на обычном аэродроме была бы авария. Так как F9 были самолетами-истребителями, обычно считается, что их единственной задачей была защита дирижабля. Однако это не так: машины применялись и для ведения воздушной разведки, что позволяло значительно расширить зону патрулирования, и для передачи срочных депеш на базу (ведь их скорость была почти в три раза выше, чем у авиаматки). Поэтому «Сперроухоуки» сохранили шасси и были оснащены соответствующей аппаратурой для ведения разведки. Выбор именно этих истребителей, скорее всего, был обусловлен тем, что из-за жестких габаритных ограничений на борту дирижабля решили использовать самые маленькие боевые машины из производимых в Америке. За 1932 г. самолеты выполнили 401 стыковку с «Акроном» без каких-либо происшествий. Американцы сформировали специальную эскадрилью для этих двух исполинов, ее возглавил лейтенант Дэниел Уорд Харриган (Daniel Ward Harrigan; 1900–1980), опытный пилот-испытатель. Первая историческая «посадка» на «Акрон» была выполнены лейтенантами Дэниел У. Харриган и Ховард Л. Янг (Howard L. Young; 1906–1989) на учебном двухместном «Консолидэйтед» N2Y (Consolidated N2Y). В 1933 г. поднимается в воздух близнец «Акрона» — «Мекон». Дирижабли активно участвуют в маневрах, патрулируют побережье, бьют мировые рекорды: «Акрон» поднимает в воздух 207 человек, а «Мекон» перевозит груз весом в 133 т (мостовую балку длиной 57 м). Во время этих полетов «Акрон» успешно миновал снежную бурю, хотя при этом ледовая корка, образовавшаяся на его корпусе, весила 8 т. Большие запасы горючего и предметов снабжения, несравнимые с самолетом весьма комфортные условия обитаемости, позволяли без особого напряжения находиться в воздухе несколько суток и покрывать огромные расстояния. То, что дирижабли удивительно успешно выступали в роли разведчиков и обнаруживали морские цели много раньше, чем те обнаруживали

Пристыкованный самолет поднят в ангар дирижабля «Акрон»

40

naukatehnika.com

их, подтверждает тот факт, что в 1931 г. во время маневров с дирижабля «Лос-Анджелес» в течение двух часов вели наблюдение за авианосцем «Лексингтон» (USS Lexington), и он не был замечен ни с самого корабля, ни с взлетавших и совершающих посадку многочисленных самолетов. Только после того, как воздушный разведчик снизился и пошел в «атаку», его обнаружили, но приблизиться к нему на расстояние выстрела самолеты авианосца смогли лишь еще через 30 минут. В январе 1932-го «Акрон» удачно взаимодействовал с разведывательными кораблями восточнее Флориды, обнаружив «неприятеля» на 7 часов раньше, чем крейсера, посланные в тот же район. К сожалению, карьера небесных великанов была недолгой из-за слабого «скелета». В ночь на 4 апреля 1933 года у «Акрона», летящего на малой высоте над штормовым морем,

Кабина управления дирижабля «Акрон»

Летчики эскадрильи, базирующейся на дирижаблях, в центре Дэниел Уорд Харриган — № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ИСТОРИЯ ВОЗДУХОПЛ АВАНИЯ

Экипаж дирижабля «Мекон» с командованием Бюро Аэронавтики США, 1933 г.

Контр-адмирал Уильям Э. Моффетт

при резком повороте деформируется стабилизатор, который прорывает оболочку газового отсека. Повреждение оказывается смертельным и гигантская машина, переломившись пополам, падает в море, гибнет почти весь экипаж (из 76 человек удалось спасти лишь троих). Вахтенный немецкого танкера «Феб» (Phoebus), находившегося неподалеку, около 00:23 заметил огни, снижающиеся к поверхности океана. По команде капитана, полагавшего, что он наблюдает крушение самолета, корабль повернул к месту трагедии и подобрал из воды четырех человек. Однако, несмотря на проведение искусственного дыхания, один матрос умер, не приходя в сознание. Увы, экипаж «Макрона» не имел спасательных жилетов, а сбросить на воду надувные плоты у него не было времени. Среди погибших был контр-адмирал Уильям Э. Моффетт (William Adger Moffett; 1869–1933), бессменный руководитель Бюро Аэронавтики. В феврале 1935 г. в аналогичной ситуации терпит катастрофу и «Мекон». Правда, в этом случае дирижабль не развалился в воздухе, а очень медленно опустился на воду. Поэтому из 83 членов экипажа удалось спасти 81 человека, даже один из F9 сумел стартовать и успешно сел на сушу. Этот единственный дошедший до нас экземпляр находится сейчас в Музее авиации и космонавтики США. Экипаж уцелел благодаря спасательным жилетам и шлюпкам, отсутствовавшим на «Акроне». Двое погибли из-за собственной глупости — один запаниковал и спрыгнул в воду с еще падающего судна, а второй пожелал вернуться, чтобы забрать свои вещи. После этих трагических событий были предприняты попытки создания более прочных воздушных кораблей: на самолетостроительном заводе авиакомпании Ford Airways в Детройте под руководством самого Генри Форда (Henry Ford; 1863–1947) разрабатывается 10-летняя — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Американские спасатели поднимают из воды останки дирижабля «Акрон»

программа постройки гигантских цельнометаллических дирижаблей. Однако эти планы так и не были реализованы — пришло время упадка дирижаблестроения — их место прочно и надолго заняли самолеты. Такова краткая история некоторых попыток создания дирижаблейавианосцев, а если читатель захочет пофантазировать на эту тему, то отсылаем его к увлекательному роману Герберта Уэллса «Война в воздухе». В этом повествовании Германия собирается захватить мир, используя свои дирижабли, а также носимые ими летательные аппараты «драхенфлигер», способные разбомбить любой город.

Самолет F9C-2 «Сперроухоук» в Музее авиации и космонавтики США naukatehnika.com

41

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

ЕСТЬ ЛИ БУДУЩЕЕ

У ДВИГАТЕЛЕЙ СО ВСТРЕЧНО ДВИЖУЩИМИСЯ ПОРШНЯМИ В последние годы двигатели со встречно движущимися оппозитными поршнями (OP) привлекли интерес автомобильной промышленности из-за их потенциала для значительного повышения экономии топлива. Исследователи утверждают, что двухтактный двигатель со встречно движущимися поршнями (OP2S) усиливает это преимущество в топливной эффективности и предлагает более низкие затраты и вес за счет меньшего количества деталей. Смогут ли умные доработки превратить старую конструкцию двигателя со встречно движущимися оппозитными поршнями в многообещающую новую?

Д

ля оптимальной эффективности сгорания тепловые потери через стенки цилиндра должны быть минимальными. В идеале горение должно происходить в сферическом объеме с равномерно распределенным расширением по всей его поверхности, чего, очевидно, невозможно достичь на практике с помощью известных материалов и механизмов. Два поршня, движущихся навстречу друг другу в общем цилиндре несколько приближают конструкцию двигателей к этому идеалу. Они особенно хорошо подходят для двухтактного цикла, потому что один поршень может открывать выпускные отверстия, а другой — впускные («продувочные») отверстия на каждом конце длинного цилиндра. «Выпускной поршень» может быть немного выдвинут относительно «впускного» или «продувочного» поршня, чтобы обеспечить благоприятную временную диаграмму, на которой выпускные отверстия открываются и закрываются немного раньше впускных; кроме того, большой промежуток между этими противоположными портами обеспечивает отличную продувку без напуска. Размер двигателя, его вес и стоимость снижаются из-за отсутствия громоздкой и дорогой головки блока цилиндров.

По сравнению с обычным двигателем с таким же ходом, работающим при одинаковых оборотах в минуту (таким образом, с одинаковой средней скоростью поршня и таким же ускорением поршня), двойной ход двигателя со встречно движущимися оппозитными поршнями дает более компактную камеру сгорания, которая обеспечивает лучший термодинамический КПД и высокую удельную мощность. Отвод тепла через охлаждающий контур уменьшается из-за отсутствия головки блока цилиндров и компактности камеры сгорания, что позволяет использовать радиаторы меньшего размера. Кроме того, достигается отличный баланс даже с одним цилиндром. К этим преимуществам добавляются те, которые присущи двухтактному циклу, в том числе уменьшенное вдвое угловое расстояние между сгораниями, что позволяет использовать мень-

 Два поршня имеют общий цилиндр, каждый со своим

коленчатым валом и шатуном. Поршни движутся навстречу друг другу и почти встречаются в верхней мертвой точке. По мере приближения поршней дизеля друг к другу (или, может быть, непосредственно перед ним) в верхней части каждого хода дизельное топливо впрыскивается в цилиндр, и происходит сгорание. Затем происходит сгорание, которое раздвигает поршни. Два коленчатых вала, по одному на каждом конце двигателя, соединены набором шестерен, от которых мощность передается на колеса (или пропеллер, или что-то еще, что вы приводите в действие). Функцию клапанов выполняют отверстия в стенках цилиндра вниз ближе к нижней части хода. Один набор отверстий позволяет выходить выхлопным газам, а другой на другом конце цилиндра впускает всасываемый воздух. Это цикл Аткинсона. Каждый поршень срабатывает при каждом такте, что делает его двухтактным

Автор — Николай Макаренко 42

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ДВИГАТЕЛЕСТРОЕНИЕ

шее количество цилиндров, особенно с учетом того, что кубатура агрегата удваивается при идентичном диаметре и такте, а также что при эквивалентном среднем эффективном давлении 2-тактный двигатель вдвойне мощнее. Сила на шатуне при движении поршней около верхней мертвой точки (ВМТ), возникающей из-за силы инерции, компенсируется на каждом такте давлением в камере сгорания, что дает лучшее сопротивление при повышении оборотов. Стенки блока и цилиндра не подвергаются осевой нагрузке, и их деформация резко снижается за счет отказа от головки блока цилиндров и усилий, возникающих при ее затяжке. Кроме того, стоимость блока цилиндров и главных картеров снижается, поскольку их масса и размеры ниже, чем у обычного 4-тактного двигателя равной мощности. У таких двигателей при низкой нагрузке высокая доля сгоревших газов может удерживаться за счет уменьшения работы нагнетателя, повышения эффективности и обеспечения внутренней рециркуляции выхлопных газов (EGR) для сгорания с низким уровнем NOx и высоких температур выхлопных газов для систем доочистки выхлопных газов. Результаты моделирования перспективных моделей показали, что сочетание конструкции со встречно движущимися поршнями и двухтактным циклом увеличивает тепловую эффективность за счет комбинации трех эффектов, таких как снижение теплопередачи, поскольку конструкция с оппозитными поршнями создает более благоприятное соотношение площади камеры сгорания и объема, увеличенное соотношение удельных теплоемкостей из-за более обедненных рабочих условий, которые стали возможны благодаря двухтактному циклу, и уменьшенная продолжительность сгорания, достижимая при фиксированной максимальной скорости повышения давления из-за более низкой плотности выделяемой энергии двухтактного двигателя. При усреднении по типичному циклу двигателя двухтактный двигатель с оппозитными поршнями имеет на 10,4 % меньший удельный расход топлива, чем четырехтактный двигатель.

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Junkers Jumo 207 B3: 1,6-литровый дизель с турбонаддувом и промежуточным охлаждением мощностью 1000 л. с. Aircraftengine.cz

Почти все оппозитные поршневые двигатели были дизельными. Однако существуют и бензиновые. Но у таких двигателей имеются и недостатки. Для двигателя требуется либо сложный коленчатый вал, либо несколько коленчатых валов, которые должны быть соединены вместе. В течение последних десятилетий основным недостатком использования этого типа двигателя в дорожных транспортных средствах был относительно высокий расход масла, что приводило к чрезмерным выбросам сгоревших и несгоревших углеводородов. Эта проблема, присущая прохождению поршней перед впускным и выпускным отверстиями, сегодня считается решенной. Новые разработки исследователей помогают соответствовать самым строгим текущим и будущим стандартам расхода топлива и выбросов без дополнительных затрат и значительного усложнения конструкции. За последние годы были созданы и протестированы ряд конструктивных особенностей, которые сочетают в себе достаточную смазку, высокую долговечность и низкий расход масла. Эти особенности включают сегментацию и конструкцию цилиндра, оригинальное охлаждение и запатентованный процесс хонингования. При испытаниях с помощью системы измерения расхода масла в режиме реального времени установлено, что при типичном ездовом цикле расход находится в диапазоне современных 4-тактных двигателей. Кроме того, происходит малый выброс твердых частиц, а значит, можно упростить и выполнить более дешевую систему последующей обработки отработавших газов при соответствии со стандартами выбросов США и Евро 6. Но имеются и другие проблемы, которые пока не в полной мере решены конструкторами. Так, прохождение впускного и выпускного каналов поршневыми кольцами вызывает повышенный износ цилиндров в этой точке, где их опорная поверхность уменьшается. Юбки поршней должны быть достаточно длинными, чтобы в них могло поместиться хотя бы одно маслосъемное кольцо, которое никогда не проходит через эти отверстия. Поскольку тепловая нагрузка на поршнях со стороны выхлопных окон очень высока, то необходимо принять оригинальные конструктивные меры, в частности, применив стальные головки поршней или стальные поршни, а также их внутреннее охлаждение. Как и у каждого двухтактного двигателя, сам двигатель не имеет такта всасывания, и подача воздуха должна обеспечиваться вентилятором или нагнетателем. Но турбонагнетатель может выполнять эту функцию, как только двигатель работает с достаточной нагрузкой, а при запуске потребуется дополнительный наддув (механический, электрический или другой). Является ли двигатель с оппозитными поршнями следующим большим шагом? Или это просто еще один из миллиона двигателей, которые были придуманы еще 100 лет назад и которые никуда не делись и могут возродиться вновь? naukatehnika.com

43

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Часть 4

ТЕПЛОПАРОВОЗНЫЙ ТУПИК

Окончание. Начало см. в №№ 9, 10, 11 2021 г. «Науки и Техники»)

Габариты ОР23-01 требовали обеспечения возможности обслуживания блока цилиндров (лесенки к ним видны слева и справа от блока цилиндров)

С

начала, при расхождении поршней, объем между ними заполняется продувочным воздухом, который при последующем схождении поршней начинает сжиматься и нагреваться. При подходе к мертвой точке в среднюю камеру подается топливо, которое воспламеняется и создает давление в цилиндре. Повышенное давление заставляет поршни вновь расходиться, и когда в цилиндре внутренне давление выравнивается с давлением пара, происходит дозированный впуск последнего в эту же полость. Смешиваясь с газами, пар перегревается до 600–700 0С и, воздействуя совместно с газами на поршни, доводит их до крайних мертвых точек, после чего происходит выпуск такой смеси газов. По мере снижения нагрузки, например, при переходе локомотива на более легкий профиль пути, возможен полный переход на дизтопливо. Предполагалось, что мощность нового локомотива должна возрасти до 3 200 л. с., превысить мощность «Сталинца» и сравняться с самым мощным в СССР паровозом ИС. В результате всех этих нововведений «8001» стал заметно отличаться от своего предшественника (табл. 2).

Тендер новому теплопаровозу достался от предшественника тоже с изменениями (табл. 3). В сентябре 1948 г., когда на «Сталинце» прекратили всякие работы, теплопаровоз «8001» вышел из ворот сборочного цеха Луганского паровозостроительного завода. При взвешивании локомотива оказалось, что он еще более превысил предусмотренный разработчиками вес. Общий вес теплопаровоза составил 148 т, нагрузка на рельсы от оси составила 21,15 т. «Сталинец» давил каждой осью по 22 т. Разница «убийственная». Ну и за что боролись? Конечно, в таких случаях, как вариант, применяется добавление одной поддерживающей бегунковой оси, что снизило бы нагрузку на каждую ось до 18,5 т. Но, во-первых, под нее не оставалось свободного места, во-вторых, все равно требуемая нагрузка в 18 т была бы недостижимой, и в-третьих, подобное уже было с ФД — в годы войны Улан-Удэнский завод экспериментировал таким же образом с ФД, доустанавливая под паровоз еще одну дополнительную бегунковую ось, после чего ФД стал пробуксовывать. Поэтому луганчане решили оставить все как есть и обкатать «8001». Испытания и доводочные работы на заводе длились год. Но новый локомотив повторял болезни своего предшественника — до скорости 30 км/ч двигатель работал неустойчиво. Теплопаровоз выдавал сильные рывки и толчки, а скачкообразные нагрузки на движущий механизм оказывались недопустимо большими. Осуществить стабильный парогазовый цикл добавлением пара в дизельную полость цилиндра так и не удалось, а отказ от него снизил бы проектную мощность и сделал бы из «8001» опять пассажирский «Сталинец».

Автор — Дмитрий Любченко 44

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Таблица 2 Серия паровоза

Площадь колосниковой Давление пара Полная испаряющая решетки в топке, м2 в котле, кгс/см2 поверхность котла, м2

ФД ИС 8000 8001

7,04 7,04 4,73 6

15 15 20 17

250 295,16 199 221

Условная сила тяги, т

Колесная формула

Конструкционная скорость, км/ч

20,7 16,8 пар. 18,4 диз. 9,0 пар. 18,2 диз. 9,4

1-5-1 1-4-2 1-4-1 1-5-1

85 115 90 85

Таблица 3 Тендер

Полный вес тендера, т

Число осей

Нагрузка на ось, т

Запас воды, т

Для 8000 Для 8001

131 130

6 6

21,83 21,66

49 55

Запас Запас Вес воды и угля, т нефти, т топлива, т

22 15

3 6

В конце концов из этих всех испытаний «8000» и «8001» луганчане сделали общий вывод — из-за степени сжатия дизеля, превышающей более чем в два раза оптимальную степень сжатия паровой машины, создать серийный теплопаровоз невозможно. Паровоз выигрывал буквально во всем, ну, разве что кроме КПД. И второй вывод — дальнейшее увеличения мощности паровозов и теплопаровозов подошло к тому количественному пределу, за которым требуются гигантские размеры таких локомотивов.

«8001» так и не смог переступить через заводские испытания и остался в памяти луганских паровозостроителей как мощная стартовая площадка для других благих начинаний, например, для ОР23-01. А «8001» в конце концов списали и в 1960-е гг. сдали на металлолом. А мог бы стать эксклюзивным музейным экспонатом Луганска! В год завершения всех работ по теплопаровозам из ворот луганского завода вышла следующая диковина. Его назвали ОР-23-01, по имени завода имени Октябрьской Революции. Но далее следует вспомнить о коломенских мытарствах.

ПРОБЛЕМЫ ПО КРУГУ В июле 1939 г. коломенцы приступили к проектированию нового грузового локомотива, в котором увеличение мощности планировалось достичь за счет установленных друг с другом вдоль рамы двух цилиндров — всего четыре цилиндра вместо классически двух. Еще в 1872 г. английские паровозы с четырьмя цилиндрами были закуплены Россией, а в 1884 г. коломенский завод выпустил свой паровоз «заводской тип 29» такой же конструкции. Несколько позже паровозы с четырьмя цилиндрами строил и Брянский завод. Так что отечественный опыт постройки подобных локомотивов имелся. Ведущими конструкторами по разработке нового грузового теплопаровоза стали инженеры Л. С. Лебедянский, М. Н. Щукин и А И. Козякин. Как и луганчане, ускорить процесс создания теплопаровоза

Коломенский паровоз тип 29 — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

74 76

Главный конструктор Коломенского паровозостроительного завода Л. С. Лебедянский, фотография 1950-х гг.

они решили путем заимствования максимального количества деталей из серийных паровозов Су, ФД, ИС и СО. Свое детище коломенцы назвали более понятно — «ТП1-1». Естественно, в нем тоже планировалось реализовать идеи Майзеля, но при этом использовать только один вид топлива — уголь, что давало свое преимущество. В этом случае коломенский локомотив сохранял зависимость «только лишь» от воды, смазки, песка и угля. Луганские же теплопаровозы сверх того требовали еще и дизтопливо. Кстати, современные тепловозы заправляются не хуже — дизтопливом (двигатель), водой (система охлаждения двигателя), смазкой (системы двигателя, приводов и ходовой), песком (увеличение сцепления с рельсами при наборе скорости, торможении и на крутых спусках-подъемах). Вот и думай, что лучше. В ТП1-1 топливо (и в данном случае это газ) для дизельной машины планировалось получать из угля прямо в тендере. Идея на тот момент была сравнительно нова. Впрочем, не забыта она и сейчас. Однако рентабелен такой способ получения газа только при отсутствии поблизости газовых скважин или нефтегазопроводов. Итак, газификация угля — это облагораживание низкокалорийного угля с целью naukatehnika.com

45

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

получения высококалорийных газов различного назначения, и интерес к этому возник еще при В. И. Ленине. Для газификации пригодны все виды твердого топлива, в том числе бурые и каменные угли, запасы которых в СССР оценивались на то время в сотни миллиардов тонн. Только в середине прошлого века в Советском Союзе работало более 340 газогенераторных станций, дававших 15 млрд м3 различных типов газов в год. Принцип работы теплопаровозного газогенератора состоит в химической реакции водяных паров (из котла локомотива с температурой ≈ 400 ОС) и мелкоизмельченного угля: Н2О + С  Н2 + СО. В реальности из угля всегда освобождается достаточно большой набор смеси легко воспламеняющихся газов. Они как раз и служат вторым топливом для теплопаровоза ТП1-1. С подобным явлением газификации угля невольно может встретиться каждый пассажир поезда. Иногда проводник как заправит зимой свой вагон низкосортным углем, зажжет «титан», так невозможно долго находиться в тамбуре вагона, и это как раз тот едучий угольный газ. Такое бывает редко с пассажирскими вагонами, но автор статьи однажды попал в подобную ситуацию в поезде дальнего следования, в тамбуре находиться было невозможно, резь в горле, в глазах, дышать нечем. Коломенские паровозостроители первыми в мире предложили подобный способ обеспечения локомотива топливом, поэтому теплопаровоз ТП1-1 стал таким же опытным, как «Сталинец» и «8001». Конструктивно ТП1-1 разительно отличался от своих луганских собратьев. И прежде всего синей кабиной машиниста впереди локомотива подобно тепловозам или электровозам, еще большим скопищем огромных шатунов и невероятных размеров цилиндрами посреди локомотива. В действительности цилиндров было по два друг над другом с каждой стороны. Имелись и отбойные валы. Однако если у луганского теплопаровоза «8000» имелось четыре соединенных одним сцепным дышлом ведущих оси, непосредственно приводящих в движение локомотив (осевая формула 1-4-1), у «8001» было пять сцепленных ведущих осей (осевая формула 1-5-1), то у ТП1-1 с осевой формулой можно и ошибиться. Из пяти центральных осей сцеплены только три, так что осевая формула этого локомотива выглядела как 2-32, где цифры 2 слева и справа означают по два бегунка, причем еще и разных диаметров. Задача бегунков обычная — дополнительно принимать на себя нагрузку на рельсы от локомотива, разгружая ведущие оси. Каждый цилиндр ТП1-1, как и у «8000», имел по два независимых поршня диаметрами по 500 мм с ходом 700 мм, разделявших рабочее пространство цилиндра на три рабочие полости: переднюю, среднюю и заднюю. Принцип работы блока цилиндров — по Майзелю.

46

naukatehnika.com

Рисунок коломенского теплопаровоза ТП1-1. Яркий пример конкуренции между коломенским и луганским заводами ― коломенскому локомотиву пририсована надпись «Сталинец», в других источниках ему присвоен номер 8000 ― явные ошибки или преднамеренные искажения фактов?

В качестве дизеля работала опять-таки средняя полость, но в нее подавалось теперь уже не дизтопливо, а газ, и на скорости движения локомотива не 15, как у луганчан, а 25 км/ч. Газ приходилось принудительно охлаждать по сложной многоступенчатой схеме до температуры не выше 100 0С, чтобы его возгорание от электрической свечи (поэтому для ТП1-1 пришло время назвать средние полости не дизелем, а, скорее, карбюраторным двухтактным двигателем) проходило в заданных условиях и нужных временных пределах. Иными словами, заложенные преимущества должны были достигаться сложнейшей конструкцией. Для обеспечения всех четырех средних полостей достаточным количеством газа в тендере установили пять газогенераторов общей производительностью 4 750 м3 в час. Уголь туда подавался винтовыми конвейерами, которые приводились в действие от пара. С помощью другой паровой турбины мощностью 300 л. с. в газогенераторы подавалось до 12 тыс. кубометров сжатого пара в час. При этом математические расчеты показывали, что для обеспечения 4 750 м3 газа газогенераторам требовалось, с учетом технологических потерь, до 1,4 т угля и 2,5 т пара в час. Поэтому легко себе представить, с какими техническими трудностями столкнулись коломенцы для доведения всего этого до работоспособного состояния. Но и это еще не все. После работы в цилиндрах пар направлялся в конденсаторы, где получившаяся вода собиралась в тендерных баках и оттуда возвращалась в котел. Таким образом, теплопаровоз ТП1-1 представлял собой локомотив с конденсацией пара. С оглядкой на такую сложнейшую конструкцию теплопаровоз изначально должен иметь весь набор «детских болезней», устранение которых и доводка всех систем заведомо прогнозировались проблематичными и длительными. Теплопаровоз ТП1-1 изготовили за пять месяцев. После первых пробежек на территории завода 26 декабря 1939 г. на диковинный локомотив смогли посмотреть и посторонние — он проходил заводские испытания по 25-км маршруту Голутвин — Луховицы (близ Коломны). А вот некоторые характеристики теплопаровозов луганского и коломенского заводов — табл. 4. В июне 1940 г. ТП1-1 продемонстрировали высшему руководству государства и отправили на экспериментальное кольцо Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта на более детальные исследования. В этот момент как раз на доработку и устранение недостатков вернули в Луганск теплопаровоз «8000», так что у специалистов НИИЖТ уже вполне сложилось представление об этом типе локомотивов, и его испытание могло вестись уже по имевшимся наработкам. К советским ноябрьским праздникам ТП1-1 совершил 78 поездок и прошел 1 790 км. Кстати, такого же порядка пробег уже имел «Стали— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ Таблица 4 Серия Площадь колосниковой теплопаровоза решетки в топке, м2

8000 ТП1-1 8000 ТП1-1

4,73 4,67 132 158

Давление пара в котле, кгс/см2

Полная испаряющая поверхность котла, м2

Диаметр движущих колес, мм

Колесная формула

20 13 22 22,6

199 170,6 98 120

1850 1500 90 85

1-4-1 2-3-2 до 11,4 до 11

нец», когда впервые попал на экспериментальное кольцо НИИЖТ. Так что конкуренты по завершении испытаний на кольце НИИЖТ имели разные пробеги. А вот проблемы оказались у них одинаковыми. Обнаружилось, что на скоростях около 40–45 км/ч ТП1-1 имел те же толчки, что и «8000». Причиной тому оказалась горючая газовая смесь, возгоравшаяся преждевременно, даже несмотря на предварительное охлаждение по пути в цилиндры. Этот недостаток устранили путем снижения степени сжатия в средней полости цилиндров. Проблема исчезла, но понизилась мощность локомотива. «Руку дружбы» коломенцам показали и другие проблемы. Зная «слабости» луганских теплопаровозов, особое внимание уделили развитию износа экипажной части ТП1-1. Особо нагруженными, как и ожидалось, оказались отбойные валы, но из-за небольшого пробега локомотива полностью отследить появление люфтов во всех подвижных местах соединений не удалось. Несколько неудобным оказалось нахождение по разным сторонам локомотива теплопаровозной бригады — машиниста с помощником в передней кабине и бригады обслуживания сзади локомотива. Даже при наличии средств связи между ними проявлялся дискомфорт — подобно тому, когда говорят «правая рука не знает, что творит левая». Поэтому в экстремальных, нештатных ситуациях достижение единства и слаженности паровозной бригады вызывало вопросы. Проявилась и масса других проблем, не позволявших выпустить ТП11, в отличие от более-менее доведенного «8000», на магистрали. Начало Великой Отечественной войны ТП1-1 встретил на экспериментальном кольце НИИЖТ. Вскоре Коломенский паровозостроительный завод «перешел на военные рельсы», все проблемы с ТП1-1 отошли на второй план, а с размещением на своей производственной базе еще и эвакуированных луганских паровозостроителей доводка своего локомотива была и вовсе прекращена. Однако проблемы жесточайшей экономии драгоценного дизельного топлива в годы войны заставляли к идее Майзеля возвращаться вновь и вновь. Уже в 1942 г. инженеры А. А. Пойдо и П. В. Якобсон приступили к разработке технического проекта нового теплопаровоза, только уже с переоборудованием в обратную сторону — из тепловоза в теплопаровоз. За основу взяли удачный и зарекомендовавший себя в эксплуатации локомотив Э-ЭЛ (о нем говорилось ранее). Подобно ТП1-1 основным топливом для двигателя также являлся газ, получаемый из угля в газогенераторной установке на тендере. Для запала рабочей смеси служило жидкое топливо. Конструктивно новый локомотив оказался еще сложнее ТП1-1, и в 1944 г. от него отказались. Итак, совместный опыт создания теплопаровозов двумя мощными конструкторскими школами Советского Союза убедительно показал невозможность создания такого серийного локомотива. К тому же к 1945 г. уже имелись наработки по созданию опытных тепловозов ТЭ-1 и ТЭ-2, предшественников первого серийного советского легендарного тепловоза ТЭ-3. Эти два предвестника тепловозной тяги давали в три раза больший КПД и имели массу других преимуществ. Дням теплопаровозов включился обратный отсчет, а на горизонте четко проявился тупик паровозной тяге. А пока в те дни паровозы еще имели под собой твердое основание и колесили по всему миру как безальтернативное решение, луганские паровозостроители решили воспользоваться опытом своих друзей из Коломны и построили… ОР23-01.

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Принципиальная схема основных коммуникаций теплопаровоза ТП1-1

АПОФЕОЗ АПОФЕОЗУ ПАРОВОЗАМ Выпуская в начале послевоенного периода легкие паровозы серий СО и Л с нагрузкой на ось 18 т, в Министерстве путей сообщений и Министерстве транспортного машиностроения считали, что уже в ближайшие годы потребуются более мощные, а значит, и более тяжелые паровозы. Такая возможность представлялась в связи с возобновленной после окончания войны плановой реконструкцией железнодорожной сети страны и усилением рельсового полотна. В свете таких требований государственная комиссия по выбору новых типов магистральных паровозов во главе с академиком С. П. Сыромятниковым в 1946 г. указала на необходимость одновременно с серийной постройкой разработанных до войны грузовых паровозов со сцепной массой 90 т приступить к проектированию и выпуску паровозов со сцепной массой до 115 т с пятью сцепными осями и нагрузкой от колесной пары на рельсы до 23 т. Такие локомотивы должны были иметь мощность на 20–25 % больше мощности паровоза серии ФД и работать на наиболее нагруженных линиях, где предусматриnaukatehnika.com

47

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

валось уложить усиленные рельсы типа Р50 (нагрузка 50 кг/м). Технические условия на проектирование нового паровоза подготовили во Всесоюзном научно-исследовательским институте железнодорожного транспорта и Главном управлении паровозного хозяйства МПС. В связи с этим Луганскому, Ко­ломенскому и Улан-Удэнскому паровозостроительным заводам выдали задание разработать по заданным техническим условиям новый, более мощный паровоз. При этом Луганский паровозостроительный завод в инициативном порядке продолжал еще возиться с 8001. Развивая свой некогда первый в СССР трудовой призыв выполнить пятилетку за четыре года, луганчане не преминули воспользоваться представившейся ситуацией и вызвали трудовые коллективы двух родственных заводов на социалистическое соревнование за лучшее выполнение поставленного перед всеми ними задания. Министерство транспортного машиностроения поддержало эту инициативу, уточнило условия соревнования коллективов конструкторов заводов и установило три денежные премии на 1948 г. В результате в 1948 г. на Улан-Удэнском заводе под руководством главного конструктора П. М. Шаройко, временно откомандированного с Луганского паровозостроительного завода, спроектирован и построен паровоз 23-001 типа 1-5-2. В нем хотя и использовались лучшие достижения инженерной мысли, но внешне он соблюдал классическую конструкцию и походил на все другие паровозы. Более оригинальными конструкциями отличались новые паровозы коломенцев и луганчан. Луганский завод выполнил паровоз типа 1-5-2 с расходящимися поршнями, используя эскизные проработки, сделанные еще в период между первой и второй эвакуациями завода. У этого паровоза весьма оригинально решался вопрос с урав­ новешиванием движителя. Луганский паровоз увидел свет в ноябре того же 1948 г. и приурочивался к 31-й годовщине Великой Октябрьской Социалистической революции, как ее тогда именовали. Это имя носил завод, поэтому несколько типов паровозов луганчан в те годы получали аббревиатуру «ОР». Коломенский завод опять вернулся к своей излюбленной теме и выполнил паровоз П34001 с четырьмя цилиндрами, но теперь уже не друг над другом, как у ТП1-1, а вдоль рамы. Осевая формула 1-3+3-1 обеспечивала хождение по более слабому пути, чем у конкурентов. В связи с тем, что все три паровоза создавались приблизительно в один период на рубеже 1948–1949 гг., их испытания на кольце НИИ (в те годы уже ЦНИИ МПС) были проведены практически одновременно и по ускоренной программе с участием специалистов заводовизготовителей.

48

naukatehnika.com

Дальнейшие испытания проводились на рабочих участках. Все три паровоза направили на эксплуатационные линии Красный Лиман — Основа — Дебальцево — Купянск (Донецкая ж/д). Вот как описывала свои впечатления от ОР23-01 локомотивная бригада: «Паровоз легко, без лязга и рывков, сдвинул с места полукилометровый состав весом 2 800 т [это более ста груженых товарных вагонов тех времен. — Прим. авт.] и плавно повел его по рельсам». А вот впечатления работников Краснолиманского депо: «Да… С места, бестия, красиво берет». В одной из таких поездок луганский локомотив провел свыше двухсот вагонов общей длиной более одного километра. Но, как всегда у нас происходит, не обошлось без ЧП. В одну из таких поездок в январе 1949 г. на участке Красный Лиман — Основа с тяжеловесным составом с луганским ОР23-01 произошла нештатная ситуация. При выезде из Красного Лимана шел

Конструкторский эскиз луганского паровоза ОР23-01

Улан-Удэнский паровоз 23-001 на испытательном кольце НИИ ЖТ

Паровоз ОР-23 во время перегонки из цеха в цех Луганского паровозостроительного завода. Фотограф уличил момент ― и луганчане с удовольствием позируют у своего детища. На заднем плане ― возводимые новые корпуса производственных зданий — № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Коломенский паровоз П34-001 на испытательном кольце НИИ ЖТ

Данная фотография паровоза ОР23-01 попала в 1949 г. в статьи городской газеты «Ворошиловградская правда» и заводской «Октябрьский гудок»

родео вписался в злополучный зигзаг. Катастрофы, к счастью, не произошло. Интересно, как бы действовала в этих условиях раздвоенная паровозная бригада на ТП1-1? Думается, последствия были бы другими. За время испытаний каждый паровоз, в общей сложности, прошел около 7 000 км. Анализ эксплуатации всех трех паровозов показал, что разница в их воздействии на рельсы несильно отличалась от тяжеловеса ФД. При этом расход угля у ОР23-01 за время опытной эксплуатации снизился на 20 т по сравнению с тем же пробегом для ФД, скорость движения возросла и местами превышала скорость пассажирского Су. Вот некоторые технические характеристик, полученные во время испытаний паровозов, — табл. 5. Максимальную мощность в 4 200 л. с. показал Улан-Удинский паровоз 23-001. Прошли локомотивы и испытание на ремонтопригодность, где картина оказалась противоположной. Самым технологичным и простым в ремонте оказался Улан-Удэнский паровоз, самым трудоемким — луганский ОР-23-01. Здесь следует особо обратить внимание на ошибку, гуляющую по Интернету. При описании луганского паровоза можно встретить, что он — теплопаровоз что на нем впервые в мире применен принцип разбегания поршней. Конечно же, и то и другое ошибочно. Но вот что верно, так это Авторское свидетельство на парораспределительный механизм, заявленное луганскими конструкторами М. Н. Аникеевым, Ю. Г. Кирилловым и Н. А. Туриком в Гостехнику СССР от 13 октября 1948 г. за № 386004 и опубликованное в Бюллетене изобретений № 9 за 1950 г.

моросящий дождь, в пути ударил мороз. Закаченный в воздушную магистраль состава влажный воздух создал ледяную пробку в соединительном шланге между третьим и четвертым вагонами, и пневматическая тормозная система практически всего состава оказалась заглушена, а тормозная система — парализована. Паровозная бригада аварийную ситуацию обнаружила при движении вниз по затяжному уклону перед станцией Закамельская, где состав начал быстро набирать скорость. При допустимой на этом участке скорости в 75 км/ч она перевалила за 115 и продолжала расти. Неладное поняли и испытатели, находящиеся в динамометрическом вагоне. Весь ужас ситуации усугублялся ускоренно приближающимся изгибом железнодорожного полотна, на котором весь состав улетел бы под откос и разбил бы находящийся на соседнем пути другой поезд. В сложившейся ситуации машинист локомотива Александр Тищенко давал частые предупреждающие гудки паровоза и быстро производил периодические торможения тендером и оставшимися работоспособными вагонам Луганский паровоз ОР23-01 на испытательном кольце НИИ ЖТ в надежде на то, что воздушные скачки проТаблица 5 бьют пробку и запитают сжатым воздухом весть состав. И, прямо как в голливудских Тип Средняя Сцепной Нагрузка от Расход пара, Температура фильмах, в самый последний момент ледяпаровоза мощность, л. с. вес, тонн оси, тонн коэффиц. сухого пара, °С ную пробку пробило, и тормозная система, наполнившись сжатым воздухом, сработала.

23-001 2800 112,7 23 8,0 372 Состав вошел в поворот хоть и с уменьшенП34-0001 2200 118 19,5 9,1 411 ной, но все равно с запредельной скоростью ОР23-01 2500 112 23 8,4 394 и чуть ли не с опрокидыванием по типу авто— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

naukatehnika.com

49

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Описание изобретения гласит следующее: «Парораспределительный механизм по настоящему изобретению отличается тем, что наличие двух поршней, а следовательно, трех полостей, в цилиндре паровой машины вызвали необходимость применения двух золотников вместо одного, как обычно. Наличие двойных кривошипов на ведущих колесах и рычагов для передачи усилий от поршней через ведущие дышла на пальцы кривошипов потребовало изменения и самого кулисного механизма». Далее в Описании указываются следующие предметы изобретений (приводятся выдержки): «Ортогональный кулисный парораспределительный механизм для паровозной машины с расходящимися поршнями, отличающийся тем, что нижний конец кулисы механизма, например, правой стороны паровоза, связан с кривошипом ведущего колеса левой стороны паровоза через передаточный рычаг и ведущее дышло движущего механизма, причем сама кулиса помещена с левой стороны, передавая движение на верхний конец маятника правой стороны с помощью передаточного вала с рычагами… Ортогональный кулисный парораспределительный механизм, отличающийся тем, что он для одной стороны паровоза расположен сзади парового цилиндра, а для другой стороны — спереди». В результате внедрения такого изобретения амплитуды подергивания и виляния у ОР-2301 снизились до 15 раз по сравнению с тем же ФД. Однако проявились и недостатки, которые признавались самими разработчиками. Если в обычном паровозе имелось четыре тяжело нагруженных шарнира (шарниры шатунов), то у ОР-23-01 их было шестнадцать. Увеличилось в два раза количество золотников, поршней, кулаков, параллелей. Размещение двух поршней в одном цилиндре и ортогональный кулисный парораспределительный механизм потребовали удлинения цилиндра в два раза, расположение цилиндров посередине рамы увеличило длину паропроводов, количество их соединений и привело к некоторой потере энергии пара (согласно теории, пар, проходящий по многочисленным изгибам трубопроводов, теряет кинетическую энергию молекул воды из-за ударов о стенки изгибов, и такой пар называется ломаным, поэтому конструкторы на паровозах изгибы пытались делать более плавными, а сами трубопроводы — покороче). Впрочем, потери энергии пара роднят между собой конструктивно сложные ОР-23-01 и П34-001. Подведенные итоги социалистического соревнования конструкторов заводов Минтрансмаша отражены в приказе министра транспортного машиностроения СССР от 14 апреля 1949 г. № 224, где сказано следующее: «Социалистическое соревнование между конструкторами Министерства транспортного машиностроения, развернувшееся по почину конструкторов Луганского паровозострои50

naukatehnika.com

тельного завода, подняло работу коллективов конструкторов заводов Министерства на более высокий уровень и обеспечило досрочную разработку проектов и создание новых образцов машин и механизмов, а также снижение трудоемкости изготовления изделий за счет конструктивных мероприятий. В социалистическом соревновании приняли участие конструкторские коллективы 27 заводов с охватом около 2 000 конструкторов. За 1948 г., соревнуясь, конструкторы заводов выполнили 2 426 индивидуальных обязательств из 2 500, подлежащих выполнению…». «…Первое место по результатам соревнований за 1948 г. не присуждать ни одному из соревнующихся коллективов конструкторов, т. к. полученные результаты ниже требований, установленных условиями соревнований. Второе место присудить коллективу конструкторов Луганского паровозостроительного завода (главный конструктор завода т. Аникеев), этот коллектив наградить Почетной грамотой и выдать вторую премию в сумме 15 000 рублей за досрочную разработку чертежей и обеспечение постройки опытного образца товарного паровоза с уравновешенной паровой машиной, за улучшение конструкции водоочистителя, паросушителя [пар, испаряющийся непосредственно с воды в котле, называется влажным — в нем остается большое количество крупных капелек воды, в паросушителе эти капли окончательно переводятся в молекулярный пар, после этого пар считается сухим и имеет бóльшую энергию; именно сухой пар подается в блок цилиндров. — Прим. авт.] и других конструктивных мероприятий, а также

Габариты последних типов мощных паровозов подошли к разумному пределу, за которым должен быть качественный скачок к менее габаритным тепловозам и электровозам

Схема движителя паровоза ОР23-01 — № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ

Чертеж ОР-23

за обеспечение снижения трудоемкости изготовление паровоза серийной постройки. Третье место присудить двум коллективам: конструкторам завода № 75 (главный конструктор т. Щукин) и конструкторам-паровозостроителям Коломенского паровозостроительного завода (главный конструктор т. Лебедянский), эти коллективы наградить Почетными грамотами. Выдать премию в размере 10 000 рублей коллективу паровозостроителей Коломенского паровозостроительного завода». Наверное, трудовой коллектив Улан-Удинского завода гордо обиделся на своих начальников в Москве — могли бы и поощрить «длинным рублем» за сверхурочные и авральные. В конце концов что — этот трудовой коллектив не достоин финансовой премии, пусть даже в меньшем размере? Некрасиво как-то получилось. Вместе с заводами как юридическими лицами присвоены звания «Лучший конструктор Министерства транспортного машиностроения» и награждены значками «Отличник социалистического Минтрансмаша» главный конструктор завода М. Н. Аникеев, его заместитель Н. А. Турик и еще семь руководителей конструкторских коллективов пяти заводов Минтрансмаша. Получили награды и другие работники заводов. По завершении первого этапа испытаний паровозы отправили в эксплуатацию для дальнейших доводок и выявления скрытых слабых мест в конструкции. Коломенский П-34 с середины февраля 1949 г. работал на Московско-Курском направлении. К середине апреля этот паровоз уже пробежал 12 тыс. км и получил удовлетворительные отзывы. Его рекорд —

перевозка состава весом 3 500 т и экономия угля до 30 % в сравнении с ФД. Улан-Удинский 23-001 переведен на Днепропетровское направление, где в 1954 г. подвергся мелким доработкам, в том числе по увеличению сцепного веса до 122,8 т. С 1959 г. паровоз передан Воронежскому Совнархозу, разделан и далее использовался в качестве котельной, — кстати, распространенный удел многих паровозов после их списания. Луганский ОР23-01 работал на Донецкой железной дороге, переведен в отстойник паровозов под Красным Лиманом, списан и пущен на слом. Но каковы бы ни были радужные показатели отдельных опытных локомотивов, среднесуточный пробег всех паровозов страны составлял 325 км при среднестатистическом КПД до 5 % (!), и поступление единичных новых экономичных паровозов 1950-х гг. выпуска не могло решить всех проблем, а на их серийное изготовление и наполнение железнодорожных магистралей времени уже не отводилось. Теплопаровозы не смогли стать достойной альтернативой паровозам, а значит, наступало время тепловозов со среднесуточным пробегом до 1 000 км и КПД до 30 %. И все равно благодаря этим диковинным монстрам 8000, 8001, ТП1-1, ОР-23-01, П-34 и другим опытным экземплярам железнодорожная техника многое приобрела как в технологиях, опыте, так и в памяти уходящих из жизни их современников. Но потеряли, как ни странно, не они, а мы, сегодня живущие. Какой бы гордостью нынешних отечественных музеев стал бы хоть один из наших героев данного повествования. Как некогда говаривал руководитель СССР Л. И. Брежнев, экономика должна быть экономной… Сэкономили на своей гордости, на своей памяти. Все пустили под нож, на переплавку. Наверное, такой подход к своей истории — тоже один из видов тупика. А на примере теплопаровозов — достойное нравоучение современному поколению не повторять ошибок прошлого.

И такой красавец тоже исчез с лица Земли. Сегодня его модель можно увидеть лишь в музее Луганского тепловозостроительного завода, как, впрочем, и модели других исчезнувших локомотивов по местным краеведческим музеям или в музеях локомотивостроительных заводов страны — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

naukatehnika.com

51

ОРУЖИЕ Программа FELIN. На винтовку FAMAS установлен электронно-оптический прицел, соединенный с цифровым монитором на шлеме бойца

Часть 2

ИЗ КРИВОГО СТВОЛА. «Кривое» оружие «непрямой наводки» Продолжение. Начало см. в № 11 2021 г. «Науки и Техники»)

«ВЫНЕСЕННОЕ» ОРУЖИЕ С «КРИВЫМ» ПРИЦЕЛОМ

Н

е забыли конструкторы-оружейники и экипажи боевых машин. Немец К. Хорн, сотрудник известной германской оружейной фирмы «Хеклер унд Кох», запатентовал в 1981 г. пулемет, устанавливаемый над люком члена экипажа и дистанционно управляемый им снизу, из боевого отделения машины, при закрытом люке. Прицел — перископический. В этой конструкции уже удалось добиться высокой кучности стрельбы (так как оружие прочно установлено на корпусе бронемашины), удобства и безопасности стрелка. Эта установка применялась на западногерманской боевой машине пехоты «Мардер» для обороны заднего сектора БМП, а также устанавливалась на некоторых образцах БМП и БТР других стран, в частности на швейцарской боевой машине пехоты. Но уж совершенно изумительную конструкцию предложил в 1917 г. американский изобретатель Альберт Пратт. Он запатентовал шлемпистолет. Ствол пистолета располагался поверх головы бойца, а прицельный щиток перед лицом помогал точно прицелиться. Чтобы выстрелить, стрелок должен был дуть в специальную трубку, соединенную с надувной «грушей» позади курка. «Груша» расширялась и спускала курок. В перевернутом виде шлем, в соответствии с патентом, можно было использовать для приготовления пищи (!). Однако идея была благополучно забыта. Но идеи не умирают! Другой американец, А. Б. Де Саларди, позже, в 1953 г. — изобрел уже нашлемный пистолет-пулемет. Преемственность с предыдущей конструкцией очевидна. Оружие монтиру-

ется непосредственно на голове бойца, точнее, на его каске. Прицел — тот же перископ, стрельба же ведется без помощи рук — дистанционное спусковое устройство, опять же пневматического типа, работает от мундштука, который солдат держит во рту, соединенного со спусковым механизмом оружия длинной гибкой трубкой. Преимущества очевидны: у бойца свободны руки, которые не заняты оружием, а нашлемная установка гарантирует полную синхронность движений оружия в соответствии с поворотами и наклонами головы: куда смотрю — туда и стреляю! Что при этом происходит с шейными позвонками бойца, изобретатель не указывает… Но это все экзотика и свободный полет фантазии конструкторов. Пистолеты-пулеметы, а за ними и автоматы породили прием стрельбы, когда из-за укрытия высовывают только само оружие и наобум пускают очередь веером. Особенно популярен такой прием в разнообразных иррегулярных формированиях. Но и такой стрельбе в принципе можно придать определенную прицельность, используя прицел с оптоволокном. «Опре-

Автор — Алексей Ардашев 52

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ОРУЖИЕ

деленную» потому, что оружие, стреляющее с рук, без упора приклада, да еще и развернутое относительно корпуса стрелка, никогда не покажет той же меткости, что при правильной прикладке. И здесь наметилась новая тенденция развития оружия для стрельбы «из-за угла». До недавних пор стрельба требовала обязательной предварительной сонаправленности директрисы взгляда и оси канала ствола. Для освобождения стрелка от этого жесткого ограничения соединили гибким световодом объектив и окуляр. В качестве варианта — компьютеризованный нашлемный прицел, сопряженный с наствольной телекамерой. Это позволяет стрелку заглянуть за угол, просто высунув туда руку с оружием.

Шлем-пистолет американского изобретателя Альберта Пратта. 1917 г.

Нашлемный пистолет-пулемет А. Б. Де Саларди. США. 1953 г.

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Так, российский изобретатель Александр Голодяев в 1995 г. представил собранную им систему «объектив (укреплен на оружии) — кабельсветовод — окуляр (крепится к шлему стрелка)». Оружие в этом случае можно выставлять и из-за правого, и из-за левого угла, и из окопа. Проведенные в 1996 г. испытания на полигоне дало успешные результаты. Так, при стрельбе из длинноствольного оружия на дистанции 100 м из 15 выпущенных пуль в «яблочко» ложилось до семи. Испытания позволили также оптимизировать компоновку световодной системы. Выяснилось, что объектив предпочтительнее размещать под стволом — тогда линия прицеливания лучше совпадает с осью канала ствола. В 1997 г. НИИ Спецтехники МВД РФ демонстрировал на московском оружейном салоне «Привод для стрельбы из-за укрытий». В этой конструкции стандартный «Калашников» устанавливался на треноге, имея возможность дистанционно наводиться с помощью рычага. Прицеливание осуществляется с помощью гибкого световода, входное отверстие которого располагается на линии прицела — на том месте, где обычно располагается глаз стрелка, — а окуляр выводится в безопасное место в укрытии. В качестве футуристического варианта возможен компьютеризованный нашлемный прицел (как у летчика-истребителя), сопряженный с помощью радиоканала с на/подствольной телекамерой. Пока в России дело ограничивается опытными собранными системами, за рубежом оно перешло к официальным испытаниям. В частности, в США уже несколько лет подобные устройства испытывается в рамках программы «Лэнд Уоррирор И-Эм-Ди» (комплексная программа разработки вооружения, снаряжения и оснащения сухопутных войск) в качестве дополнения к двухканальному «прицельному блоку» для стрелкового оружия. При использовании электронно-оптических прицелов место световода занимает обычный сигнальный кабель, передающий сигнал на микромонитор, укрепленный на каске перед глазом стрелка. Насколько полезны такие устройства в условиях ближнего боя, покажет только опыт. Аналогичная схема испытывалась во Франции в рамках программы разработки нового комплекса экипировки FELIN. Эта система позволяет солдату заглянуть за угол, просто высунув туда руку с оружием. Конечно, это уже не кривоствольное оружие, а, скорее, кривоприцельное. Данная система усиленно разрабатывается в настоящее время США по программе «солдат будущего». Но и стоимость экипировки подобного солдата почти равна цене истребителя... Видеокамера вошла и в набор специальных приспособлений к пистолету ПМ, разработанный конструктором Бояркиным для ведения «малошумного прицельного огня «из-за угла» и представленный в 2005 г. ООО НПФ «Медиум». Набор включает крепящийся на рамку пистолета кронштейн, ПБС (глушитель) и видеоприцел. ПБС расширительного типа фиксируется на кронштейне. Видеоприцел представ-

Дистанционно управляемая изнутри машины пулеметная установка для танков и боевых машин пехоты К. Хорна. Германия naukatehnika.com

53

ОРУЖИЕ

Система Corner Shot с переламывающейся ложей. США ― Израиль. 2003 г.

ляет собой сочетание крепящейся сверху ПБС миниатюрной видеокамеры, ремня-кабеля и миниатюрного монитора, располагающегося перед глазом стрелка (он может крепиться на голове или шлеме, например с помощью упругого ремешка). Кроме прицеливания «из-за угла», видеоприцел должен обеспечивать и цифровую запись хода боя.

400 м и может использоваться с любым армейским пистолетом. В задней части Corner Shot смонтированы цветной дисплей, на который передается изображение с камеры, и спусковая система, связанная с пистолетом. Привычные достижения бытовой видеотехники оказались

«КРИВОЕ» ОРУЖИЕ С ПРЯМЫМ СТВОЛОМ. «МЫ ПОДОШЛИ ИЗ-ЗА УГЛА» Американо-израильская компания Corner Shot (т. е. буквально — «выстрел из-за угла») представила оригинальную разработку — оружие, с помощью которого можно стрелять из-за угла. На первый взгляд, систему Corner Shot можно перепутать с автоматом или пистолетом-пулеметом, однако устроена она совсем по-другому. По сути, Corner Shot состоит из двух половинок, причем передняя часть может поворачиваться на разные углы. Никакого криволинейного ствола здесь, вопреки утверждениям прессы, нет — речь идет, по сути, о переламывающейся ложе. В передней части оружия расположена видеокамера и гнездо для установки пистолета. Камера служит для прицеливания в пределах

Патент на оружие с переламывающейся ложей

54

naukatehnika.com

Приспособление «Корнер Шот» со смонтированным в нем 9-мм самозарядным пистолетом «Беретта» с глушителем. США — Израиль, 2003 г.

9-мм пистолет ПММ с ПБС и «видеоприцелом для стрельбы из-за угла» — комплекс, представленный ООО НТФ «Медиум». Россия, 2005 г.

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ОРУЖИЕ

Примеры боевого применения системы Corner Shot

Дистанционно управляемое стреляющее устройство конструкции Брэхэйма — средство борьбы с воздушными террористами

весьма кстати для оружия специального назначения. Используя видеокамеру, солдат изгибает устройство для прицеливания под любым углом, а сам при этом остается в укрытии. Вполне вероятно, что в будущем Corner Shot поступит на вооружение спецслужб многих стран. По словам представителей американоизраильской фирмы «Корнер Шот Холдингс» (с офисом во Флориде), устройство будет продаваться только государственным заказчикам. При этом утверждается, что устройство, разработанное и производящееся в Израиле, уже куплено 15 странами. Изобретатель Corner Shot — ветеран израильских антитеррористических частей Амос Голан. Конструктор говорит, что идея пришла ему в голову после армейской операции израильтян во время первого палестинского восстания в конце 1980-х, когда несколько израильских военных штурмовали здание и попали под огонь, ведущийся изнутри. По его словам, устройство идеально приспособлено для того, чтобы вести стрельбу в городских условиях и не ранить мирных жителей. «Я полагаю, устройство очень поможет при действиях в городских условиях», — говорит Голан. Устройство Corner Shot может быть использовано с любым ручным оружием и позволяет стрелять с высокой степенью точности, находясь вне пределов досягаемости. Используя видеокамеру, встроенную в ствол, солдат изгибает устройство для прицеливания под любым углом, а сам при этом остается в укрытии.

Программа FELIN: на винтовку FAMAS установлен электронно-оптический прицел, соединенный с цифровым монитором на шлеме бойца. Приемы боевого использования. Франция, 2006 г.

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

naukatehnika.com

55

ОРУЖИЕ

Рост интереса к такого рода устройствам обусловлен и необходимостью борьбы с хорошо вооруженной преступностью, когда преступники — часто вместе с заложниками — укрываются в транспортных средствах либо в помещениях. Зачастую проблема уничтожения преступника без риска для заложников могла бы быть решена с помощью

оружия, стреляющего «из-за угла». Для него не требуется свободной от посторонних предметов и людей и достаточно длинной линии огня, а его применение можно гарантировано считать внезапным для преступника.

КРИВОСТВОЛЬНЫЕ НАСАДКИ Сохранились уникальные документальные кадры кинохроники периода Второй мировой войны. Оружейный ствол появляется над бруствером окопа, и хотя стрелка не видно, он ведет прицельную стрельбу — все мишени поражены. Точно так же странный ствол появляется из-за угла, из люка боевой машины и других укрытий. Во всех случаях стрелок скрыт, вне линии огня, в безопасном месте, но он ловит в прицел противника. Вести такой огонь позволяет оружие с искривленным стволом. И это не фантастика, а реальность. Именно в то время очень активно велась разработка кривоствольного оружия. Используя эту идею, немецкие специалисты создали приспособление для стрельбы из винтовок из-за укрытия. В ходе ведения оборонительных боев в 1942–1943 гг. на Восточном фронте вермахт столкнулся с необходимостью создания оружия, предназначенного для поражения живой силы противника, причем сами стрелки должны были находиться вне зоны настильного огня, т. е. в окопах, за стенами сооружений и т. п. Строго секретный патент на изобретение подобного уже гораздо более совершенного стрелкового оружия с «кривыми» стволами

Конструктивная схема криволинейной ствольной насадки

Штурмовая винтовка МР.44 с криволинейной насадкой StG.44 и призменным прицелом. Германия, 1944/1945 г.

56

naukatehnika.com

Первый вариант криволинейной насадки ― насадка-желоб

выдали специалистам немецкого концерна «Рейнметалл» еще перед Второй мировой войной. Однако это были не винтовки или автоматы с искривленными стволами, а изогнутые под углом 320 насадки, надевавшиеся на дульную часть штатных карабинов «Маузер» 98-К, пистолетов-пулеметов МП-38 — МП-40, а также на «штурмгеверы» (автоматы системы Шмайсера МП-44). Для снижения нагрузки на автоматику оружия при стрельбе с насадкой в ее задней части было сделано специальное газоотводное окно для истечения газов наружу. Благодаря этому решению удалось получить нормальные скорости подвижных частей автомата при наличии на нем кривоствольной насадки. Насадка крепилась на ствол оружия с помощью наметки или втулки. Возможность и целесообразность создания кривоствольного стрелкового оружия предварительно проверялось конструкторами с помощью насадок-желобов и насадок в виде коротких стволов, изогнутых по дуге и крепящихся к дульной части ствола стандартных винтовок. Разработка кривоствольного оружия (Krummlauf ) достаточно интенсивно велась в Германии в годы Второй мировой войны. Возможность и целесообразность его создания предварительно проверяли именно с помощью насадок-желобов на ствол винтовки. Угол искривления в процессе исследований менялся вплоть до 900. Почему сначала рассматривались именно насадки-желоба? Преимущества исследований на насадках-желобах очевидны, поскольку пуля под действием центробежной силы прижимается к внутренней поверхности желоба, а незамкнутый желоб не разорвет давлением пороховых газов. Предварительные исследования показали, что в то время реально был достижим — № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ОРУЖИЕ

угол искривления линии стрельбы около 300. При больших углах происходит деформация специальных (трассирующих, зажигательных) пуль, поэтому из подобного оружия можно было стрелять только обычными пулями. Кучность боя при стрельбе из криволинейного оружия по сравнению с обычным прямоствольным на небольших дальностях оказывается несколько ниже, но терпимой. Кроме пехотинцев, в подобном оружии остро нуждались и германские танкисты, которые достаточно быстро почувствовали беззащитность своих машин в ближнем бою. Бронетанковая техника имела мощное вооружение, однако когда противник находился в непосредственной близости от танков или бронемашин, все это вооружение оказывалось бесполезным. Без поддержки пехоты танк можно было уничтожить с помощью бутылок с «коктейлем Молотова», противотанковых гранат или магнитных мин, причем в этих случаях экипаж танка оказывался буквально в ловушке. Невозможность борьбы с вражескими солдатами, находящимися вне зоны настильного огня (в т. н. мертвых зонах) стрелкового оружия, заставила немецких конструкторов-оружейников заняться и этой проблемой. Поэтому искривленный ствол явился очень интересным решением задачи, издревле стоявшей перед оружейниками: как стрелять по врагу из укрытия? Эту проблему удалось решить полковнику Хансу-Иоахиму Шаеде, начальнику производственного управления министерства вооружений и военной промышленности. В конце 1943 г. Шаеде предложил установить искривленный ствол на танковый пулемет МG.34, для более эффективной обороны танков. В конце 1943 г. фирма Rheinmetall получила заказ на создание особых приспособлений — искривленных стволов с целью их использования на всех образцах штатного оружия, рассчитанного под 7,92 x 57 винтовочно-пулеметный патрон. Эти приспособления предназначались для уменьшения мертвых зон с дистанций 150–200 м до 15–20 м. Первый опытный образец специальной насадки с искривленным каналом ствола (Krummerlauf, нем. — «изогнутый ствол») надевался на штатный карабин Маузер К98k. Изогнутый на 15 градусов опытный ствол имел внутренний диаметр гладкого канала 10 мм, а внешний — 36 мм. Но результаты стрельб из него оказались неудовлетворительными. Когда же начали испытывать стволы карабинов, изогнутые на 30 градусов с радиусом 250 мм, то обозначился первый успех. В конечном итоге выбор был сделан в пользу специальных изогнутых стволов калибра 7,92 мм с указанными выше параметрами, с внешним диаметром около 16 мм и толщиной стенки 4 мм. Эксперименты проводились со стволами с кривизной 15, 30, 40, 60, 75 и 90 градусов. Внутренняя баллистика в этих стволах была настолько тщательно рассчитана, что на дальностях стрельбы до 400–500 м — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

Насадка СтГ-44 для стрельбы из-за угла для немецкого автомата МП-44

Схема призменного прицела

она была аналогична баллистике движения пули в нормальном стволе, за исключением определенного снижения начальной скорости и увеличения рассеивания пуль. Причем, несмотря на нестабильность оружия при автоматической стрельбе, были получены удовлетворительные результаты меткости стрельбы. Несколько подобных приспособлений изготовили и для пулемета MG.34, но они все были разрушены во время стрельбы, причем менее чем через сто выстрелов. Немецкий 7,92-мм винтовочный патрон оказался чересчур мощным для любого искривленного ствола. Пистолетная пуля, как более короткая и движущаяся с меньшей скоростью, без проблем проходила насадку. Однако при высокой энергии и большом удлинении винтовочных пуль насадки быстро изнашивались, а результаты стрельбы оказывались неважными. Попытки установить насадки на стволы пулеметов были неудачны — они мешали работе автоматики (у германских MG.34 и MG.42 она работала на основе отдачи ствола). Насадки для пистолетов-пулеметов MP.38 и MP.40 признания также не нашли — в таком приспособлении просто еще не было особой нужды. Тогда германские конструкторы выдвинули новую идею: не будет ли искривленный ствол лучше работать с 7,92 x 33 «промежуточным» патроном, который имел более короткую пулю и значительно меньшую дульную энергию. Испытания выявили, что патрон МР.43 оказался более подходящим для этой конструкции, и автомат является единственным образцом оружия, в котором идея искривленного ствола может быть реализована на практике. Автомат работал за счет использования энергии пороховых газов, поступающих из газоотводного отверстия в газовую камеру. Естественно, что при наличии криволинейной насадки истечение газов из ствола затруднялось, поскольку количество газов, поступающих из ствола в газовую камеру автомата, возрастало, а их воздействие на подвижные части автомата увеличивалось и могло стать причиной их поломки. Во избежание этого в задней части насадки имелись газоотводные отверстия для истечеnaukatehnika.com

57

ОРУЖИЕ

Приспособление для стрельбы из укрытий Krummlauf («согнутый ствол»)

ния газов наружу. Благодаря этому решению удалось получить нормальные скорости подвижных частей автомата, укомплектованного искривленным стволом-насадкой. Использование подобной насадки в комплекте с автоматами (штурмовыми винтовками) МР.43 значительно расширило их потенциальные возможности, позволив им вести плотный заградительный огонь вместо одиночных выстрелов из винтовок. В июле 1944 г. автомат (штурмовая винтовка) МР.43 со стволом кривизной 90 градусов демонстрировался высшему руководству вермахта. В первом варианте нарезной ствол имел несколько газоотводных отверстий. Во время отстрела автомата с криволинейным стволом-насадкой точность стрельбы была вполне удовлетворительной. При стрельбе одиночными выстрелами на дальность 100 м рассеивание составило 35 см. Живучесть подобного ствола оценивалась в 2000 выстрелов. Испытания явились убедительнейшим доказательством способностей нового оружия. Восьмого августа руководство управления вооружения вермахта (HwaA) выдало заказ министерству вооружений Третьего рейха на производство 10 000 приспособлений для стрельбы из-за укрытий. Однако это являлось несколько преждевременным, поскольку проводившиеся испытания автоматов МР.43 выявили, что ствол с кривизной 90 градусов может удовлетворить потребности вооружения только танкистов, но никак не пехоты. 25 августа на заседании управления вооружения вермахта с представителями фирмыразработчика Rheinmetall-Borsig было принято решение о проектировании второй модели ствола, с искривлением от 30 до 45 градусов, массой не более 2 кг и живучестью до 5000 выстрелов.

Это приспособление, получившее название Vorsatz J («проект Йот»), предназначалось как для ведения уличных боев (стрельбы из-за угла), так и для ведения стрельбы из полевых оборонительных сооружений (стрельбы из траншей и т. п.) Оно имело узел крепления, аналогичный винтовочному гранатомету, т. е. в казенной части ствола монтировалось зажимное устройство, состоявшее из двух наметок с зажимным винтом. Регулировочное устройство обеспечивает возможность выверки перископического прицела и приведение винтовки, установленной в приспособление, к нормальному бою. Крепление криволинейной насадки на стволе оружия можно осуществлять не только с помощью наметки, но и с помощью втулки и другими способами. В советской пропаганде это оружие называлось «предательским» и «для трусливой стрельбы из-за угла». В отчете советского Научно-исследовательского полигона стрелкового и минометного вооружения Главного артиллерийского управления Вооруженных Сил (НИП СМВ ГАУ ВС), датированном 4 апреля 1947 г., была приведена следующая «краткая история вопроса»: «С 1943 года велись опыты с искривленными насадками (искривителями) к оружию. Из секретных немецких документов и из статьи Ф. Шери в «The American Rifleman» видно, что в период Второй мировой войны в Германии и США разрабатывались образцы стрелкового оружия с «искривителями» движения пуль (кривые насадки, кривые стволы) с целью эффективной стрельбы из-за укрытий, а также обеспечения обстрела «мёртвых» зон танков. Начало работы над образцами оружия с искривителями в Германии относится ко второй половине 1943 года. Идея искривителя была предложена полковником Гансом Шеде (Германия). Первый вариант искривителя представлял собой криволинейный направляющий желоб, отклонявший пулю на 370. При стрельбе из него на дальности до 50 м получались боковые пробоины. «Однако картина попадания была очень хорошей» (по немецким данным). Департамент вооружения США также разработал приспособление (см. журнал «The

Приемы стрельбы из «косоприцельного» оружия

58

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ОРУЖИЕ

7,62-мм ручной пулемет Дегтярева РПД с искривленным стволом-насадкой на 45°. Опытный образец.

Испытания автомата МР.44 Vorsatz J со стволомнасадкой с призматическим перископическим прицельным приспособлением фирмы Zeiss

Деформированные 7,92-мм пули после стрельбы из автомата (штурмовой винтовки) МР.44 с искривленным стволом-насадкой

American Rifleman», июль 1946 г., стр. 15), названное им «искривителем пуль». Оно было предназначено для установки в танках и применения совместно с пистолетом-пулеметом для простреливания «мертвых пространств» танка. Это устройство отличается от немецкого изогнутого ствола тем, что внутренняя сторона изогнутой части ствола срезана, а потому канал ствола открыт со стороны меньшего радиуса кривизны». В ходе войны подобного типа оружие применялось как немецкими, так и американскими солдатами. Немецкая армия чаще всего применяла его в боях за населенные пункты, американская — в качестве вспомогательного вооружения бронетанковой техники. С августа 1944 г. было изготовлено около 10 тыс. насадок — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

СтГ-44 для автоматов «Штурмгевер-44», предназначенных для уличных боев. Использовали такие автоматы — MP.44 (J) — в основном в городских боях, но для стрельбы не столько «из-за угла», как об этом любят говорить, сколько из подвальных этажей, бункеров и т. п. — при разработке кривоствольного оружия изначально учитывались требования прицельной стрельбы из окопов. Насадки типа «P» с отклонением пули на 900 (они-то и создавались для танкистов) и «V» с отклонением около 400 в серию не пошли. Не удались и попытки полковника Шеде поставить выпуск пушек с искривлением дульной части ствола на 300 и даже на 900 (германский полковник, видимо, знал о проекте русского артиллериста Н. В. Маиевского от 1868 г.). Но быстрый развал фашистской Германии не давал немецким инженерам времени для доводки новых образцов. В США пистолет-пулемет Рейзинга с криволинейной насадкой-желобом крепили вертикально в шаровой установке в крыше башни. Британцы в это же время экспериментировали с насадкой для пистолетапулемета «Стен». Для точной стрельбы из этого типа оружия были разработаны прицелы двух типов — зеркальные и призменные. Зеркальные, как ясно из названия, включали зеркало, укрепленное на оружии и позволяющее «выглянуть» из-за преграды одним только дулом оружия. Призматические прицелы представляли собой практически миниатюрный перископ, установленный между штатным прицелом на оружии и мушкой на кривоствольной насадке. Приемы стрельбы из кривоствольного оружия с такими прицелами практически не отличались от приемов стрельбы из обычных, «прямоствольных», типов оружия с оптическими прицелами. После появления специального перископического прицела для Krummerlauf резко выросли возможности автоматов (штурмовых винтовок) МР.43/Stg.44, оснащенных криволинейными стволами — насадками с искривлением ствола на 30 градусов. Но общий недостаток подобных систем — низкая кучность при стрельбе на средние и большие дистанции. Это связано с тем, что направление полета пули не совпадает с продольной осью оружия, а следовательно, и отдача при выстреле направлена под углом к оружию. В итоге оружие очень резко отклоняется в сторону. И если при одиночном выстреле этот недостаток еще не является решающим, то при автоматической стрельбе удержать оружие на линии прицеливания практически невозможно. Развал германской экономики в последние месяцы войны не дал возможности довести их до внедрения в серийное производство, однако после войны эти образцы послужили основой для разработанных в СССР и США как опытных, так и серийных образцов стрелкового оружия с криволинейным каналом ствола. naukatehnika.com

59

Окончание будет опубликовано на сайте naukatehnika.com

7,92-мм карабин Маузер К98к с искривленным стволом-насадкой Vorsatz J (пехотный вариант) на 30°

ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ

ОТ ТРОЛЛЕЙБУСА — Троллейбус Богдан-Т70117, оснащенный ААХ. Полтава, 2020 г. Фото: Сергей Сидер

К ЭЛЕКТРОВОДОРОБУСУ Обычный, или классический, троллейбус имеет две характерные черты — электрический тяговый привод (тяговый электрический двигатель и система управления им) и токоприемники. Именно этими двумя особенностями троллейбус отличается от автобуса. Общее у обоих — кузов и автомеханическое оборудование. Попытки оснащения троллейбуса сначала дополнительными аккумуляторами для автономного хода, а затем полноценными тяговыми аккумуляторными батареями (ТАБ) привели к появлению электрического автобуса (электробуса), у которого отсутствует один характерный троллейбусный признак – токоприемники. В остальном электробус соответствует троллейбусу, так как имеет автобусный кузов и электрический тяговый привод. В свою очередь, ограниченная дальность электробуса из-за несовершенных ТАБ и потребности организации на маршруте электрических зарядных станций (ЭЗС) привела к замене на нем источника питания на водородные топливные элементы (ВТЭ), которые могут обеспечить тяговый привод электроэнергией. Очевидно, что в качестве топлива для ВТЭ применяется водород. Так и появился электрический водородный автобус, или электроводоробус. Также в процессе эволюции увеличения автономного хода троллейбусов были созданы троллейбусы с дизель-генераторной установкой (ДГУ) и дуобусы (троллейбусы-автобусы). Об основных этапах эволюции троллейбуса в электроводоробус и поведем ниже речь.

Автор — Павел Богодистый 60

naukatehnika.com

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ

АВТОНОМНЫЙ ХОД ДЛЯ ТРОЛЛЕЙБУСОВ ОТ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Практически сразу после создания и распространения троллейбуса как принципиально нового вида транспорта стал очевидным его главный недостаток — ограниченные ход и маневренность в связи с питанием от контактной сети. Кроме того, сама инфраструктура питания троллейбуса является довольно сложной, громоздкой и дорогой: на маршрутах должна быть смонтирована двухполюсная контактная сеть с различными спецчастями, а также тяговые подстанции, которые преобразовывают высокое переменное напряжение (6 кВ или 10 кВ) в 600 В постоянного тока и через разветвленную сеть кабелей (подземных или воздушных) питают контактную сеть. Отметим, что датой создания троллейбуса считается 1882 г., когда в Германии была построена управляемая повозка с электрическим приводом, питающимся от воздушных проводов. Троллейбус как гибрид трамвая и автобуса от первого взял электрический тяговый привод, а от второго — кузов и автомеханическое оборудование. Электрический тяговый привод в автобусном кузове на практике доказал свое преимущество перед приводом от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) — это экологичность, долговечность, надежность, более динамические и комфортабельные ходовые качества. По сути, троллейбус проигрывал автобусу только в одном — в привязанности к контактной сети. Уже тогда конструкторы троллейбусных машин понимали, что для большей эффективности троллейбус должен работать как от контактной сети, так и без нее. Первым отечественным троллейбусом, который получил функцию автономного хода, стал двухэтажный троллейбус ЯТБ-3, который был построен на базе британской машины АЕС-ЕЕС664Т. Источником питания для работы вне контактной сети служил усиленный комплект аккумуляторных батарей, от которого запитывался тяговый привод троллейбуса. ЯТБ-3 оснащался четырьмя 12-вольтовыми аккумуляторными батареями типа 6СТ.Б.16/1 емкостью 144 ампер-часов (Ач) каждая. При питании троллейбуса от контактной сети секции аккумуляторной батареи соединялись параллельно, а при переводе переключателя «батарея — сеть» в положение «батарея» — последовательно, создавая при этом — 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

суммарное напряжение 48 В. При этом ЯТБ-3 с пассажирами мог передвигаться на расстояние до 2,5 км со скоростью до 2,5 км/ч. Использование такой функции очень расширяло возможности троллейбуса на маршруте путем исключения простоя при отсутствии питания в контактной сети, ее обрыва или при наличии на пути троллейбуса препятствий. В наше время такая функция троллейбуса называется аварийным автономным ходом (ААХ). При его наличии машина имеет возможность кратковременно двигаться без питания от контактной сети. Еще в 1980-х гг. экспортные троллейбусы ЗиУ-682В и ЗиУ-683В по желанию заказчика могли оснащаться функцией ААХ. Например, троллейбусы ЗиУ-682В-УА, которые поставлялись в Аргентину, могли двигаться без питания от сети на расстояние до 4 км со скоростью 5 км/ч с полной нагрузкой. При этом тяговый привод троллейбуса питался от дополнительного комплекта аккумуляторных батарей, который размещался под задней площадкой и общее напряжение которого равнялось 72 В. Некоторые современные троллейбусы и сейчас оснащаются такой функцией. Так, отечественный троллейбус Богдан-Т70117 имеет дополнительный комплект из четырех аккумуляторных батарей типа 6СТ190, которые установлены на крыше и заряжаются отдельным статическим преобразователем іРТ 830/58-69. При переходе в режим автономного хода питание тягового привода переключается специальным переключателем на батарею автономного хода, при этом автоматически снимаются с контактной сети токоприемники и прижимаются к крыше троллейбуса. В таком режиме загруженный троллейбус может проехать расстояние до 1 км со скоростью до 5 км/ч. Чешский сочлененный троллейбус Škoda 31Tr SOR имеет ААХ от штатных аккумуляторных батарей, однако дальность при этом составляет не более 100 м. Но этого вполне достаточно, чтобы переехать, к примеру, обесточенный перекресток. При включении ААХ ограничивается функциональность других систем троллейбуса. Кроме того, дальность ААХ не позволяет полноценно работать троллейбусу на маршруте с частичным отсутствием контактной сети. Но главным преимуществом троллейбуса с такой функцией является то, что он не будет

стоять при порыве контактной сети, ее обесточивании или при наличии препятствия для проезда под контактной сетью. Стоимость комплекта ААХ, в том числе дополнительных аккумуляторных батарей, преобразователя для их зарядки, а также коммутационных элементов (контакторов) по сегодняшним меркам составляет всего до 3 % от общей стоимости троллейбуса. Поэтому троллейбусы с ААХ становятся все более популярными.

ТРОЛЛЕЙБУСЫ С УВЕЛИЧЕННЫМ АВТОНОМНЫМ ХОДОМ Для кардинального увеличения автономного хода необходимо устанавливать принципиально иные аккумуляторные батареи — так называемые тяговые аккумуляторные батареи (ТАБ). При их использовании дальность работы троллейбуса без питания от контактной сети может доходить до 50 км. В качестве ТАБ используются литиевые аккумуляторы, которые в два раза легче свинцовых и при этом имеют срок эксплуатации в 25 раз больше. Литиевые аккумуляторы имеют более высокую токоотдачу, что позволяет им выдавать бóльшую мощность. Температурный режим таких аккумуляторов также более приемлемый для транспорта — от -30 до +45 °С. Дальность автономного хода троллейбуса зависит от количества ТАБ и их характеристик. На сегодняшний день практически каждый производитель троллейбусов предлагает модификацию своего базового троллейбуса, которая может комплектоваться ТАБ для работы на маршрутах без контактной сети. Так, в 2018 г. город Брно (Чехия) приобрел партию троллейбусов Škoda 26Tr Solaris с увеличенным автономным ходом (УАХ). Эти троллейбусы оснащены двумя литий-титанатными ТАБ типа TBS 4.1, которые соединены последовательно. ТАБ TBS 4.1 состоит из 28 элементов типа nLTO 24V/70 Ah, общее напряжение одной батареи — 336 В. Две батареи размещены в заднем свесе троллейбуса (одна над другой), имеют собственную систему охлаждения и весят около тонны. Общее напряжение 672 В, которое дают обе ТАБ, позволяет ехать троллейбусу с полной загрузкой на автономном ходу со скоростью до 40 км/ч и на дальность до 15 км. Зарядка ТАБ naukatehnika.com

61

ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ

Троллейбус Škoda 26Tr Solaris, имеющий УАХ с дальностью до 15 км. Брно, 2020 г. Фото: Павел Богодистый

Троллейбус PTS-12 демонстрирует режим автономного хода. Харьков, 2020 г. Фото: пресс-служба Харьковского городского совета

не требует специальной зарядной станции и осуществляется при работе троллейбуса от контактной сети. При этом данная модификация 26Tr имеет уменьшенную вместимость до 80 человек. Модификация троллейбуса Днипро-Т203 — Т20320, которая производится Южным машиностроительным заводом (г. Днепр) с 2017 г., оснащена четырьмя ТАБ типа Winston Battery WB-LYP100AHA, которые размещены в разных частях троллейбуса (по одной ТАБ размещено по левому и по правому бортам возле управляемой оси, оставшиеся две — в задней части троллейбуса). Все они соединены последовательно и имеют общее напряжение 512 В. Каждая ТАБ имеет 40 аккумуляторов, которые в отдельности имеют напряжение 3,2 В и емкость 100 Ач, а также систему охлаждения в виде низковольтного вентилятора. Такой комплект ТАБ обеспечивает троллейбусу с пассажирами дальность езды без контактной сети до 20 км. Троллейбусы 62

naukatehnika.com

Днипро-Т20320 работают на постоянных маршрутах с участками без контактной сети в Бахмуте, Днепре, Запорожье, Краматорске, Кропивницком, Ровно, Славянске, Черновцах. Интересно, что троллейбусы с УАХ имеют второе название — электробусы с динамической зарядкой, т. е. зарядка ТАБ происходит при движении с питанием от контактной сети. Но все же, по мнению автора, наличие токоприемников и возможность работы в режиме троллейбуса относит такие машины именно к троллейбусам. Троллейбусы с УАХ также набирают популярность. Ведь они позволяют эксплуатационным предприятиям открывать новые маршруты без продления контактной сети или продлевать троллейбусные маршруты далее границ контактной сети. Самым ярким примером может служить город Кременчуг, который закупил троллейбусы Богдан-Т70117 и АКСМ-321 с УАХ для организации целого ряда троллейбусно-автобусных маршрутов, в том числе на пра-

вый берег Днепра, где расположен Крюковский район города. Важным преимуществом таких машин является то, что они не требуют для зарядки ТАБ специальных электрических зарядных станций, а заряжаются от контактной сети (как в движении, так и в состоянии покоя). Троллейбус с УАХ имеет до 20 % большую стоимость, чем аналогичный троллейбус без этой функции. Новейшим отечественным типом такого троллейбуса является PTS-12, который собирается киевским предприятием «Политехносервис» на базе кузова МАЗ-203Т. Такие троллейбусы уже эксплуатируются в Виннице и Харькове. В Украине за последние пять лет троллейбусы с УАХ начали работать в более чем десяти городах страны, что, несомненно, свидетельствует об их успехе. Последним достижением в УАХ для троллейбусов является применение водородных топливных элементов для питания ТАБ. При этом резко уменьшается масса и объем дополнительного оборудования за счет уменьшения ТАБ, но появляется водородная установка, которая включает в себя блок ВТЭ и емкость с водородом. Главным преимуществом такого УАХ является резкое увеличение дальности работы троллейбуса в автономном режиме — до 100 км и даже больше. Данный концепт наиболее выгодно было применить на сочлененном троллейбусе, что и было сделано. В 2017 г. польская компания Solaris представила сочлененный троллейбус Solaris Trollino 18, который оснащался УАХ с водородной установкой. Эта установка позволяет автономно двигаться троллейбусу на расстояние до 150 км с одной заправкой водородом. Для безопасной эксплуатации применена концептуально новая система обеспечения безопасности, которая включает в себя датчики утечки водорода и датчики столкновения. Первые 10 таких троллейбусов приобрела Рига. Контракт был подписан в конце 2017 г., но эксплуатация началась лишь в марте 2020-го. Помимо собственно троллейбусов, необходимо было построить водородную заправочную станцию (ВЗС), а также подготовить юридическую базу и меры безопасности для эксплуатации водородного транспорта. Кроме троллейбусов, на ВЗС могут заправляться и другие транспортные средства, работающие на водороде.

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ

ТРОЛЛЕЙБУСЫ С ДГУ И ДУОБУСЫ

В период нефтяного кризиса 1970-х гг. в западных странах получили развитие троллейбусы с ДГУ и дуобусы. Эти машины были призваны заменить автобусы на городских и пригородных маршрутах и при этом потреблять для своей работы минимальное количество нефтепродуктов. Однако изначально оба этих вида общественного транспорта не были экологически чистыми, что является одним из главных преимуществ электротранспорта. Производителями троллейбусов с ДГУ стали такие известные западноевропейские фирмы, как MAN, Volvo, MercedesBenz, Van Hool, Gräf & Stift и др. Принцип работы ДГУ состоит в следующем. В качестве источника питания электрического тягового привода используется генератор, который выдает необходимое для автономного хода напряжение. Этот генератор вращает небольшой дизельный ДВС, который, в свою очередь, имеет несколько систем, в том числе: систему запуска и остановки, топливную систему и систему охлаждения. При этом автономный ход троллейбуса будет зависеть от времени работы ДВС, т. е. от количества дизельного топлива. ДГУ — довольно сложная и дорогая функция. ДГУ занимает много места и существенно тяжела, поэтому на сегодняшний день практически не используется. По-видимому, первыми троллейбусами в Украине, которые оснащались ДГУ, стали подержанные троллейбусы из Нидерландов под названием Den Oudsten B88/Volvo B10V-58E. Четыре таких троллейбуса приобрел город Черновцы в 2013 г. В 2017 г. туда же поступили четыре троллейбуса Škoda 21TrАСІ с аналогичной функцией из чешского Пльзеня. Эти троллейбусы оснащались ДГУ типа Škoda APU45, которая размещена в заднем свесе. Генератором служит трехфазный асинхронный двигатель мощностью 45 кВт. Для получения необходимого напряжения 600 В постоянного тока подключена выпрямительная диодная установка и блок конденсаторов. Появление троллейбусов с ДГУ позволило Черновцам продлить некоторые троллейбусные маршруты без постройки новых троллейбусных линий. Позже троллейбусы с ДГУ появились в Мариуполе, Запорожье и Ровно. Так, Мариуполь закупил партию немецких подержанных троллейбусов MAN SL 172 HO в количестве

— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

13 единиц. Данные троллейбусы оснащены ДГУ, которая состоит из дизельного ДВС Volkswagen 126 мощностью 31 кВт и генератора, который выдает 210 В и мощность 27,3 кВт. В Ровно поступил в единственном экземпляре сочлененный троллейбус АКСМ43303А, оснащённый ДГУ типа APU 100 Dipme мощностью 100 кВт. Для ее питания предусмотрен топливный бак емкостью 120 литров. В 2019 г. Запорожье приобрело ранее работавшие в Нидерландах троллейбусы Van Hool AG 300T, которые оснащались ДГУ типа Škoda APU45. Еще одним городом, где появились троллейбусы с ДГУ, стал Кривой Рог. Интересно, что были закуплены не готовые троллейбусы с ДГУ, а произошла установка ДГУ на некоторые троллейбусы типа ЮМЗ Т2 и ЮМЗ Е186. При такой модернизации троллейбус получал новый асинхронный тяговый привод, для питания которого в автономном режиме использовалась ДГУ производства Великобритании. Приводом для ДГУ служит

4-цилиндровый дизельный двигатель Perkins 1104C, который вращает генератор MJB 225VA4. Генератор выдает напряжение 400 В АС с частотой 50 Гц, и развивает мощность до 100 кВт. Запас топлива позволяет троллейбусу двигаться в автономном режиме с полной загрузкой более 60 км. Данные троллейбусы также используются на троллейбусно-автобусных маршрутах. Еще более интересными машинами являются троллейбусы-автобусы, или дуобусы. Их конструкция действительно двойственная — позволяет работать транспортному средству в режиме как троллейбуса, так и автобуса. Причем эти два режима между собой никак не связаны. При этом дуобус имеет все характерные черты и троллейбуса (токоприемники, электрический тяговый привод), и автобуса (двигатель внутреннего сгорания, топливную систему и систему охлаждения, коробку переключения передач, сцепление и т. п.). Абсолютное большинство известных миру моделей дуо-

Троллейбус Solaris Trollino III 18,75 H2 имеет УАХ от водородной установки. Рига, 2021 г. Фото: Гундарс Эглитис

Троллейбус Škoda 21TrАСІ для АХ использует ДГУ. Черновцы, 2018 г. Фото: Юрий Пилипчук naukatehnika.com

63

ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ

бусов представляло собой сочлененные машины, на которых одна ось приводилась в движение тяговым электрическим двигателем, а другая — двигателем внутреннего сгорания. На сегодняшний день такая конструкция абсолютно невыгодна с экономической точки зрения. Да, такое транспортное средство может быть очень гибким при работе на маршрутах. Но возить еще один тяговый привод, который не задействован и «съедает» полезную нагрузку, а следовательно, вместимость, просто невыгодно. С другой стороны, себестоимость дуобуса благодаря такой многокомпонентной конструкции, значительно выше, равно как и затраты на его ремонт и обслуживание. В нашей стране известен лишь один тип дуобуса, который работает в режиме троллейбуса, — это модель Mercedes-Benz O405GTZ. Два таких дуобуса было закуплено в Швейцарии для обслуживания новой троллейбусной линии в Краматорске. Однако сложность конструкции и отсутствие опыта эксплуатации таких машин сделали свое дело — на момент написания статьи данные троллейбусы не эксплуатировались. Подводя черту под всеми вышеописанными разновидностями троллейбусов, нужно отметить, что все эти машины могут работать в качестве классического троллейбуса, т. е. без автономного движения, если убрать ААХ, УАХ, ДГУ и ДВС. Это очень важно, так как при отсутствии такой возможности (даже при наличии токоприемников для подзарядки) это будет уже другой вид транспортного средства — электробус.

ЭЛЕКТРОБУСЫ Несмотря на относительно недавнее массовое распространение данного вида общественного транспорта, первые электробусы появились более 120 лет назад — в 1900 г. Тогда на всемирной выставке в Париже была продемонстрирована модель электробуса в движении. Первый отечественный электробус (тогда он назывался электрическим омнибусом) был построен в 1902 г. на заводе «Дукс» (Москва). Он предназначался для перевозки 20 человек и мог двигаться своим ходом до 70 км. Основным автором данного проекта стал русский изобретатель Ипполит Романов, который еще в 1899 г. построил первый отечественный электрический автомобиль, 64

naukatehnika.com

предназначенный для перевозки двух человек и получивший известность под названием «кукушка». Этот электромобиль мог двигаться на расстояние до 60 км со скоростью до 40 км/ч. Но в ХХ в. как электромобилям, так и электробусам не суждено было стать массовыми видами транспорта — это произошло лишь в начале ХХІ в. Конструкция современного электробуса представляет собой, по сути, тот же троллейбус, однако отсутствуют токоприемники, а питание тягового привода происходит исключительно от ТАБ, установленной на борту машины. По принципу зарядки ТАБ электробусы могут быть с зарядкой в движении (от троллейбусной сети), на маршруте (конечных станциях) и в депо (от ЭЗС). Классический электробус оснащается аккумуляторной батареей большой емкости и мощности, как правило, литиевого типа. Еще одним принципиальным новшеством, характерным для электробусов является применение мотор-колес, наиболее известное из которых — это специально разработанный для троллейбусов и электробусов электропортальный мост ZF AVE-130. В ступицах колес моста установлены асинхронные тяговые двигатели суммарной мощностью 240 кВт (2 х 120 кВт). Это довольно сложный агрегат, имеющий, к тому же, свою жидкостную систему охлаждения. Но его применение позволило отказаться от классических элементов трансмиссии троллейбуса: карданного вала, центрального редуктора, дифференциала, полуосей и т. п. А главное — избавиться от классического ТЭД и освободить значительное место в кузове для ТАБ. В Украине в регулярной эксплуатации находится лишь один экземпляр электробуса во Львове. Там на городских маршрутах курсирует электробус «Електрон-Е191» производства львов-

ской корпорации «Электрон». Началом работы нового вида общественного транспорта в Украине можно считать январь 2016 г., когда электробус впервые начал перевозить пассажиров сначала в тестовом режиме, а затем был переведен в регулярную эксплуатацию. По ее итогам в сентябре 2020 г. был подписан меморандум между городской властью и корпорацией «Электрон» на поставку во Львов 250 электробусов на протяжении следующих трех лет. «Електрон-Е19101» представляет собой классический электробус, оснащенный транзисторной системой управления Enika (Польша), электропортальным мостом ZF AVE-130 с интегрированными асинхронными тяговыми двигателями, а также ТАБ фирмы Winston Battery с напряжением 414 В и емкостью 700 Ач. Дальность хода электробуса составляет до 280 км, что позволяет ему работать целый день на маршруте без подзарядки. Бортовое зарядное устройство мощностью 40 кВт обеспечивает зарядку аккумуляторной батареи от промышленной сети 380 В на протяжении 6–8 часов. Такое ограниченное использование электробусов объясняется прежде всего их значительной стоимостью. В целом же идет постоянный рост количества электробусов. На сегодняшний день их общее количество во всем мире приближается к 450 тыс. экземпляров, причем более 420 тыс. находятся в Китае. В Европе эксплуатируется всего около 3000 электробусов. Так, в постсоветских городах электробусное сообщение наиболее развито в Москве и Минске. В Москве в связи с переходом на электробусы полностью отказались от троллейбусного сообщения, которое было закрыто 25 августа 2020 г. Вместо троллейбусов на маршрутах стали работать электробусы КАМАЗ-6282 и ЛиАЗ-

Электробус БКМ Е433 Vitovt Max Electro. Минск, 2021 г. Фото: Адриян Салаш — № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ

Электробус Електрон-Е191 во время презентации. Львов, 2020 г. Фото: пресс-служба Львовского городского совета

Электробус КАМАЗ-6282. Москва, 2018 г. Фото: Сергей Лапин

6274, суммарное число которых доходит до 800 единиц. Минск пока имеет более скромные достижения — на городских маршрутах эксплуатируется около сотни электробусов, основными моделями которых являются сочлененные БКМ Е433 и стандартные БКМ Е321. Но при этом в Минске сохранено троллейбусное сообщение, которое, к тому же, активно развивается. Кроме того, на белорусских электробусах применяются альтернативные источники энергии под названием ионисторы. В связи с развитием мировой электротехнической промышленности, в качестве источника энергии для электробусов начали применяться батареи из ионисторов (или так называемых суперконденсаторов), которые могут накапливать электроэнергию и представляют собой нечто среднее между конденсатором и химическим источником тока (аккумулятором). Первые ионисторы были запатентованы еще в 1950-х гг. ХХ в., а в наше время созданы ионисторы с мощностью, которая позволила их применить в каче— 2021 НАУКА и ТЕХНИКА № 12 —

стве источников питания для электромобилей и электробусов. Электробусы, оснащенные как ТАБ, так и суперконденсаторами, имеют ограниченный запас хода и требуют зарядки от внешнего источника питания. Сами же эти источники питания имеют значительные размеры и массу, что препятствует увеличению их количества на борту для увеличения дальности. Поэтому следующим шагом стало применение на электробусах водородных топливных элементов для питания электричеством тягового привода, что перевело их в новый тип — электроводоробусы.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВОДОРОБУСЫ Прежде всего необходимо отметить, что существуют и эксплуатируются водородные автобусы, которые оснащены двигателем внутреннего сгорания, работающем на водороде. Однако этот вид общественного транспорта выходит за рамки данной статьи, поэ-

тому рассмотрим водоробусы с электрическим тяговым приводом и водородными топливными элементами (или электроводоробусы) как прямое развитие электротранспорта. Главной изюминкой электроводоробуса является энергетическая водородная установка, состоящая из блока водородных топливных элементов (ВТЭ). Собственно, топливный элемент (ТЭ) представляет собой электрохимическое устройство для получения электричества (подобно гальваническому элементу), но при этом вещества для электрохимической реакции подаются в него извне. И превращение химической энергии в электрическую будет длиться столько, сколько осуществляется подача необходимого топливного вещества. Существует несколько типов ТЭ: щелочной, метанольный, с протонообменной мембраной, на основе ортофосфорной кислоты, на основе расплавленного карбоната, твердотельный оксидный. В существующих образцах электробусов нашли применение ТЭ с протонообменной мембраной. Их основные преимущества: малый вес, компактность, низкая температура процесса (около 80 °С), более высокий КПД по сравнению с тепловыми двигателями. Так, КПД двигателя внутреннего сгорания в среднем составляет 35 %, а КПД водородного топливного элемента — 50 % и более. Единственным продуктом реакции ВТЭ является вода в виде жидкости или пара. ВТЭ не могут хранить электрическую энергию, как аккумуляторные батареи, поэтому в водоробусах обязательно устанавливается небольшая ТАБ, которая напрямую питает электрический тяговый привод, а заряжается от ВТЭ. Устройство электроводоробуса рассмотрим на примере модели Solaris Urbino 12 Hydrogen, которая была создана польской компанией Solaris и презентована в сентябре 2019 г. Этот электроводоробус представляет собой стандартный 12-метровый трехдверный кузов низкопольной конструкции, на крыше которого размещено пять 312-литровых баллонов со сжатым под давлением 350 атмосфер водородом. Баллоны изготовлены из композитных материалов, что позволило их облегчить на 20 %. Водород является топливом для работы 70-киловаттной энергетической водородной установки (или электрохимического генератора), состоящего из ВТЭ. Этот генератор заряжает электричеством небольшую ТАБ мощностью 29,2 кВт, которая питает электропортальный мост ZF AVEnaukatehnika.com

65

ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТ

Электроводоробус Solaris Urbino 12 Hydrogen. Фото: Solaris Bus & Coach

Электроводоробус Van Hool A330 немецкого города Вупперталь, 2020 г. Фото: WSW Wuppertaler Stadtwerke GmbH

130 с двумя двигателями мощностью 120 кВт каждый. Водородная установка может питать тяговый привод и напрямую, при небольших токах потребления. ТАБ может заряжаться как от водородной установки, так и от внешнего зарядного устройства. Главным преимуществом Solaris Urbino 12 Hydrogen является дальность хода, которая составляет при одной водородной заправке до 350 км в обычном цикле работы на городском маршруте. При этом вместимость электроводоробуса составляет 87 человек, из которых 29 могут ехать сидя. Для повышения эффективности применена климатическая установка, которая работает от тепла, выделяемого водородной установкой. Стоимость польского электроводоробуса составляет порядка 625 тыс. евро, или около 20 млн гривен. Первым городом, оформившим заказ на партию Solaris Urbino 12 Hydrogen, стал итальянский Больцано. Помимо самих электроводоробу66

naukatehnika.com

сов, контрактом предполагается создание инфраструктуры для эксплуатации, а также заводское обслуживание на протяжении пяти лет. Еще одним европейским производителем, который предлагает электроводоробусы, является бельгийская автобусная компания Van Hool. Ее модель под обозначением Van Hool А330 имеет сходные с польским конкурентом технические данные. Вместимость А330 составляет 75 пассажиров. Источником питания является блок топливных элементов Ballard FCveloCity-HD85 мощностью 85 кВт, который дополнен литиевой ТАБ мощностью 36 кВт. Стоимость бельгийского водородного автобуса составляет 650 000 евро. Средний запас хода А330 составляет 350 км при расходе 9 кг водорода на 100 км. Для заправки полного объема баллонов, размещенных на крыше, требуется не более 10 минут. Полная заправка составляет 38,5 кг чистого водорода при давлении 35 МПа.

Немецкий город Вупперталь заказал партию из 10 электроводоробусов Van Hool А330, которые были поставлены на протяжении 2020 г. Примечательно, что особенностью этого проекта является производство водорода методом электролиза, для которого электричество получают путем переработки отходов в энергоблоке мощностью 1 МВт, размещенном на местном мусороперерабатывающем предприятии. Здесь же обустроена водородная заправочная станция и хранилище, которое вмещает 425 кг водорода, что более чем достаточно для ежедневной заправки 10 электроводоробусов. Общая сумма инвестиционных затрат составила 12 млн евро (правда, без учета постройки мусороперерабатывающего завода, производящего электричество). В 2020 г. португальская автобусная компания Caetano презентовала свой электроводоробус Caetano H2 City Gold. Вместимость данной модели — 87 человек, силовой установкой является синхронный тяговый двигатель Siemens мощностью 180 кВт с постоянными магнитами. В качестве источника энергии применен блок топливных элементов Toyota мощностью 60 кВт. Дополнительным источником энергии является ТАБ из титаната лития (LTO). Батареи, баки и вся система топливных элементов размещена на крыше, что позволило обустроить максимально просторный салон. Общий запас хода на одну заправку составляет до 400 км. В декабре 2020 г. данная модель поступила в пробную эксплуатацию в г. Дублин (Ирландия). Все вышеописанные модели электроводоробусов представляют собой не опытные образцы, а промышленные модели, которые в полной мере отработаны и доведены до серийного производства. Помимо концепта электроводоробуса, были разработаны правила и нормативы на их безопасную эксплуатацию, создана юридическая база для их законного использования. Параллельно с этим разрабатывались водородные заправочные станции, технология транспортировки и хранения водорода и прочие технические, организационные и юридические вопросы, связанные с этим. Поэтому начало эксплуатации электроводоробусов дает нам право считать, что комплекс задач по созданию этого нового вида электротранспорта и инфраструктуры к нему успешно решен (по крайней мере в большей своей части), что открывает возможности для его дальнейшего развития, совершенствования и распространения.

— № 12 НАУКА и ТЕХНИКА 2021 —

Истребитель АС.2 из 94-й эскадрильи 8-й группы 2-го полка (94а Squadriglia 8oGruppo 2 Stormo) Королевских ВВС Италии — аэродром Турин-Мирафьри в Пьемонте. Самолет АС.2 представлял собой французский Девуатин D.1ter производства итальянской фирмы «Ансальдо» с незначительными отличиями от прототипа o

Истребитель Девуатин D.1C1 выпуска югославского завода «Икарус» в Земуне — в такой окраске без номеров самолеты распределялись по эскадрильям Военной Авиации Королевства Сербов, Хорватов и Словенов, где они служили с 1925 по 1937 гг.

Художник А. Шепс

Самолет Вибо Wib.72C1 командира истребительной авиагруппы I/GC 7 военно-воздушных сил Франции — аэродром Дижон-Лонвик в Бургундии, конец 1932 — начало 1933 гг.

Самолет Вибо Wib.73C1 1-й истребительной эскадрильи Национальных ВВС Парагвая.

15 сентября 1932 г. после первых попыток отбить захваченный боливийцами форт Бокерон вместе с двумя однотипными он был спешно переброшен с тыловой авиабазы Илья Тагуато на полевой аэродром в пустыне Гран-Чако, откуда совершал боевые вылеты на сопровождение ближних разведчиков и легких бомбардировщиков Потез 25А2

«Белпошта» — 80974 (Беларусь)

Предсерийный образец истребителя Девуатин D.1С1 №10, выпущенный во 2-й половине 1923 г. При всей своей прогрессивной конструкции моноплана с цельнометаллическим каркасом и гладкой дюралевой обшивкой фюзеляжа, этот самолет не показал никаких преимуществ перед фанерно-полотняными бипланами и вышел в целом неудачным. avionslegendaires.net

«Почта России» — П7034