Схема газотурбинного двигателя циолковского

Самая обыкновенная фейерверочная ракета представляет собой простейший реактивный двигатель. Принцип (основу) работы реактивного двигателя понять нетрудно.

Возьмем цилиндрической формы сосуд с достаточно прочными стенками, поставим на землю, поместим внутри порцию взрывчатого вещества, например пороха, закроем цилиндр наглухо и воспламеним порох. Цилиндр останется неподвижно стоять на своем месте, давление образовавшихся при взрыве газов распределится равномерно на все стенки цилиндра и взаимно уравновесится.

А теперь проделаем в дне нашего цилиндра отверстие и повторим взрыв — картина получится уже другая. Теперь давление на стенки не будет равномерным: в том месте, где мы сделали отверстие, газы вырвутся наружу, и оно будет меньше. Значит, давление газов на противоположную, торцовую стенку не будет уже уравновешено. Газы как бы толкнут цилиндр в направлении, противоположном их истечению из проделанного отверстия. Подобный же толчок газов производит откат пушки при выстреле или отдачу в плечо ружья. Эта-то отдача и есть реактивная сила (или сила реакции, то есть обратного действия).

В фейерверочной ракете пороховая смесь помещена в цилиндр из картона с отверстием в нижней части. Теперь понятно, почему при поджигании пороховой смеси ракета устремляется ввысь.

Как оружие ракета получила широкое распространение в начале XIX века.

Ведя упорную борьбу с англичанами, захватившими Индию и стремившимися поработить ее население, индусы пустили в ход боевые ракеты с зажигательным составом в головной части. Англичане переняли у индусов это оружие и в 17 году, во время осады Копенгагена, выпустили более сорока тысяч ракет и сожгли ими почти весь город и значительную часть датского флота.

Вскоре многие европейские государства ввели в своих армиях специальные воинские части, вооруженные боевыми ракетами.

Большое усовершенствование получили ракеты в русской армии благодаря работам русского ученого-артиллериста генерал-лейтенанта К. И. Константинова. Он первый выяснил точную картину мгновенного возникновения и затухания реактивной силы, движущей ракету.

Только с изобретением нарезного артиллерийского оружия, которое несравненно повысило меткость попадания, боевые ракеты сошли со сцены.

РОССИЯ — РОДИНА РЕАКТИВНЫХ АППАРАТОВ

Однако ракета и принцип ее движения продолжали привлекать внимание исследователей. На этот раз ракетой заинтересовались изобретатели, работающие в области воздухоплавания. Их привлекала мысль применить принцип реактивного движения для устройства легкого двигателя летательных аппаратов. Паровые машины — основной двигатель того времени — были слишком тяжелы, чтобы их можно было использовать для воздухоплавания.

В первую очередь предлагалось ставить реактивные двигатели па дирижаблях. Одно из первых предложений такого рода было сделано русским военным инженером Третесским (в 40-х годах прошлого столетия). С тех пор наша Родина стала основным центром научно-технической мысли в области реактивных летательных аппаратов. Помимо инженера Третесского, выступил с проектом управляемого аэростата (дирижабля) адмирал Н. С. Соковнин. Он спроектировал в 1865 году для своего дирижабля реактивный двигатель, работавший сжатым воздухом. Его интересный проект привлек большое внимание как в России, так к за рубежом.

В марте 1881 года русский революционер-народоволец студент Петербургского института инженеров путей сообщения Н. И. Кибальчич, находясь в тюремном заключении по делу об убийстве императора Александра II, написал властям о своем изобретении — реактивном двигателе для летательных аппаратов. Кибальчич требовал огласки проекта. Но после казни Кибальчича проект так и остался лежать в жандармских архивах и только после Великой Октябрьской социалистической революции был наконец извлечен на свет и опубликован.

Над реактивным двигателем работали также лейтенант П. Д. Спицин, один из пионеров русской авиации, инженер путей сообщения Ф. Гешвед, А. П. Федоров, напечатавший в 1896 году небольшую книгу «Новый способ воздухоплавания, — исключающий воздух как опорную среду», и другие исследователи.

Но все эти попытки не привели еще к созданию действующего реактивного двигателя.

Для того чтобы первые эскизы реактивного двигателя, набросанные на бумаге изобретателями-новаторами, превратились в нормально действующий мотор, потребовались десятки лет упорного труда и прежде всего детальное теоретическое обоснование самого принципа реактивного движения.

И первый полет человека на аппарате тяжелее воздуха, осуществленный братьями Райт в 1903 году, был произведен на самолете с мотором внутреннего сгорания. Эти моторы, превратившиеся постепенно в весьма совершенный и чрезвычайно сложный механизм, оставались монопольным двигателем в авиации до последних дней. И только сейчас на самолетах появился наконец реактивный двигатель.

Это стало возможным потому, что великим русским Константином Эдуардовичем Циолковским была создана теория реактивного движения.

К. Э. Циолковский родился 17 сентября 1857 года в селе Ижевском Рязанской губернии, в многодетной семье ученого-лесовода. В детстве, едва успев выучиться читать и писать, он захворал скарлатиной и в результате осложнении почти совсем оглох. Таким образом он был лишен возможности учиться в школе. Заниматься же с ним отдельно было некому. Но мальчик нашел в себе столько воли и стремления к знанию, что все предметы начальной и частью средней школы прошел самостоятельно по учебникам братьев и сестер.

Уже в детские годы у него обнаружилась замечательная способность к изготовлению различных самодельных приборов и механизмов. Он сам изготовил себе токарный станок и работал на нем. Одну за другой делал он маленькие паровые машины, воздушные насосы, электрические машины, смастерил самодвижущуюся коляску, которая действовала от остроумно устроенной ветрянки и могла двигаться против ветра.

Изготовление большинства этих самоделок являлось для Циолковского проверкой прочитанного в книгах. Он не скупился на опыты, стремясь лучше усвоить то, что узнавал из учебников. Соседи Циолковских часто собирались посмотреть на «фокусы» глухого мальчика Кости и на разные диковинные механизмы, которые он изобретал. Чтобы помочь сыну, одаренность которого так явно стала проявляться, отец направил его в Москву, обещав регулярно высылать небольшую сумму на жизнь.

В Москве Костя снял угол и тратил почти все получаемые от отца деньги на опыты, которые он с увлечением продолжал вести. Учебники он брал в библиотеках. Так, он сам создал себе своеобразный «университет», самостоятельно изучив курсы физики, химии, высшей математики, механики и других предметов университета

Проведя в Москве более трех лет, Циолковский вернулся домой с бесповоротным решением — посвятить свою жизнь научным исследованиям. Он задумал стать учителем — сочетать преподавательский труд с научной работой.

И вот, в 1880 году в одной из школ захолустного города Боровска появился новый учитель, которого ребята скоро полюбили, несмотря на его недостаток — глухоту Новый учитель не только превосходно рассказывал, но и сопровождал свои уроки множеством интересных опытов, а во время каникул вместе с учениками с увлечением мастерил воздушные змеи и аэростаты.

Но главная работа Циолковского начиналась, когда он розвращался домой. Здесь до глубокой ночи погружался он в научные занятия, производил разнообразные опыты в своей изобретательской мастерской. Направление его работ определилось давно. Это были научные вопросы летания. Циолковский мечтал о завоевании человеком воздушного океана, и не только воздушного океана — он мечтал о проникновении в межпланетное пространство.

И вот прошло всего несколько лет, и Константин Эдуардович получил широкую известность в научных кругах.

В 1886 году Циолковский закончил большой научный труд — «Теория и опыт управляемого аэростата». Выдающийся русский физик просрессор А. Г. Столетов, узнав об этой работе, пригласил Циолковского в Москву. И в 1887 году молодой школьный учитель прочел московским ученым строго обоснованный с научной стороны доклад о цельнометаллическом управляемом аэростате — дирижабле. Заключение по докладу было поручено составить профессору Н. Е. Жуковскому, сыгравшему впоследствии огромную роль в развитии русской авиационной науки 1 . Жуковский, творец теории самолета, летательного аппарата тяжелее воздуха, дал вполне положительную оценку работе Циолковского — творца теории дирижабля, управляемого летательного аппарата легче воздуха. Так установилась связь Циолковского с самыми передовыми русскими учеными.

1 О Н.Е.Жуковском читайте статью «Отец русской авиации» в журнале «Знание-сила» №8-9

Схема цельнометаллического дирижабля Циолковского с блочным стягиванием трубы для нагревания газа.

Однако молодому исследователю не удалось претворить в жизнь свои замечательные идеи. Несмотря на одобрение Н. Е. Жуковского, большинство руководителей Воздухоплавательного отдела Технического общества в Петербурге признали неосуществимой мечтой создание управляемых аэростатов. Эти «специалисты» считали, что корпус дирижабля представит непреодолимое сопротивление встречному потоку воздуха. После такого заключения Техническое общество отказало Циолковскому в поддержке.

Циолковский не сдался. Он ясно видел главную ошибку критиков его проекта: она основывалась на неразработанности учения о сопротивлении воздуха. Циолковский принялся за опыты и исследования в этом направлении — фактами лучше всего можно опровергнуть противников.

Реактивный снаряд-ракета.	Гвардейские минометы — «катюши».

К этому времени у Циолковского была уже семья, из глухого Боровска он перебрался в губернский город Калугу. В 1897 году в этом городе, в маленьком доме на Георгиевской улице, произошло важное историческое событие: сооружена первая в России аэродинамическая труба — устройство, в котором посредством вентилятора создается искусственный ветер, ровный воздушный поток. В трубе устанавливают модели различной формы и с помощью особых приборов измеряют сопротивление, которое они оказывают потоку воздуха. В этой аэродинамической трубе Циолковский изучил сопротивление воздуха около ста моделей самой различной формы. Все модели он изготовил собственноручно.

Первые результаты и выводы он опубликовал в следующем же году, а в 1899 году сообщил о своих исследованиях Российской Академии наук и просил оказать ему помощь для продолжения и расширения этих работ. Академия наук постановила отпустить ему для этой цели 470 рублей. Это была первая и единственная материальная поддержка, которую Циолковский получил от государства в дореволюционное время.

Отчитавшись в 1902 году перед Академией наук в произведенных на ее средства работах, Константин Эдуардович взялся за тему, которую откладывал уже несколько лет. Он написал в 1903 году первое в мире теоретическое исследование о реактивном двигателе.

ТЕОРИЯ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Научные вопросы дирижаблестроения никогда не поглощали целиком внимания Циолковского. Летательные аппараты легче воздуха, полет на которых возможен лишь в сравнительно узких границах воздушной оболочки земного шара, отнюдь не были главной научной мечтой ученого. Гениальный самоучка смотрел намного дальше всех своих современников.

В бумагах Циолковского сохранилась рукопись, из которой видно, что еще в 1883 году — на заре своей научной деятельности — он глубоко заинтересовался идеей реактивного движения. В этой своей ранней работе он разбирал явления, происходящие в межпланетном пространстве, и возможность передвижения в нем человека.

Полет за пределы атмосферы нашей Земли — на Луну, Марс и другие планеты — любимая научная мечта многих поколений ученых. Но все планы осуществления ее неизменно наталкивались на одно затруднение: на чем будет держаться летательный аппарат в межпланетном пространстве, где нет воздуха, где царит почти абсолютная пустота? И вот здесь-то у Циолковского и родилась гениальная идея — использовать для этой цели реактивный летательный аппарат — единственный механизм, который может передвигаться не только в атмосфере, но и в безвоздушном пространстве. Ведь его движение никак не связано с необходимостью держаться в какой-либо среде (воздухе, воде и т. п.) или отталкиваться от нее. Реактивный аппарат движется исключительно за счет реактивной силы — силы отдачи, а эта сила никак не зависит от окружающей среды: и в воздухе и в пустоте выстрел одинаково сопровождается отдачей. К рукописи Циолковского была приложена подробная схема, показывающая принципы действия реактивного аппарата.

В новом своем труде, написанном в 1903 году, Циолковский дал детальное теоретическое обоснование работы реактивного двигателя.

Интересно, что эта работа Циолковского вышла в том самом году, когда братьями Райт был произведен первый в мире полет на аэроплане, дальностью в 260 метров. Таким образом, год, когда человек впервые сумел подняться в воздух на аппарате тяжелее воздуха, оказался годом рождения теории реактивных двигателей, которые, спустя четыре десятка лет, подняли авиацию на новую ступень.

В этом первом в мире научном труде, посвященном теории реактивных двигателей, русский ученый наметил и первые контуры будущего космического корабля, на котором человек совершит когда-нибудь полет в межпланетное пространство. По мысли Циолковского, это должна быть огромная ракета, внутри которой разместится экипаж и запас горючего для реактивного двигателя,

Но автор выдающихся научных трудов не получал никакой поддержки в дореволюционной России. Условия личной жизни великого новатора все более ухудшались. С каждым годом уменьшались возможности для научном работы.

ЗНАМЕНИТЫЙ ДЕЯТЕЛЬ НАУКИ

Схемы космических ракет Циолковского

В еликая Октябрьская социалистическая революция все изменила. Для творческой деятельности Циолковского открылись новые, широкие горизонты. Уже в 1919 году постановлением правительства ему была назначена персональная пенсия за научные заслуги. Советская Академия наук избрала его своим почетным членом. Теперь он мог отдаться исключительно научным занятиям.

С новыми силами, словно помолодевший К. Э. Циолковский принялся развивать свои идеи и в 1930 году в книжке «Реактивный аэроплан» дал научное обоснование реактивного самолета и предварительные технические расчеты. Он закончил книгу гениальным предсказанием, которое теперь сбывается на наших глазах.

«За эрой аэропланов винтовых, — писал он, — должна следовать эра реактивных аэропланов стратосферы».

Стратосферой, как известно, называют высший, наиболее разреженный слой земной атмосферы (начинающийся в наших широтах с высоты 10,5—11 километров), где температура более не снижается. Полеты в стратосфере представляют большой практический интерес, потому что здесь, в высоких слоях атмосферы, где воздух разрежен и представляет значительно меньшее сопротивление, самолет может развивать наибольшие скорости, совершенно недоступные вблизи от поверхности Земли.

Великий ученый немного не дожил до того времени, когда его идеи начали практически осуществляться.

В 1935 году, в возрасте 78 лет, заболев и чувствуя близость конца, Циолковский написал письмо товарищу Сталину: МУДРЕЙШИЙ ВОЖДЬ И ДРУГ ВСЕХ ТРУДЯЩИХСЯ, ТОВАРИЩ СТАЛИН!

ВСЮ СВОЮ ЖИЗНЬ Я МЕЧТАЛ СВОИМИ ТРУДАМИ ХОТЬ НЕМНОГО ПРОДВИНУТЬ ЧЕЛОВЕЧЕСТВО ВПЕРЕД. ДО РЕВОЛЮЦИИ МОЯ МЕЧТА НЕ МОГЛА ОСУЩЕСТВИТЬСЯ.

ЛИШЬ ОКТЯБРЬ ПРИНЕС ПРИЗНАНИЕ ТРУДАМ САМОУЧКИ; ЛИШЬ СОВЕТСКАЯ ВЛАСТЬ И ПАРТИЯ ЛЕНИНА-СТАЛИНА ОКАЗАЛИ МНЕ ДЕЙСТВЕННУЮ ПОМОЩЬ. Я ПОЧУВСТВОВАЛ ЛЮБОВЬ НАРОДНЫХ МАСС, И ЭТО ДАВАЛО МНЕ СИЛЫ ПРОДОЛЖАТЬ РАБОТУ, УЖЕ БУДУЧИ БОЛЬНЫМ. ОДНАКО СЕЙЧАС БОЛЕЗНЬ НЕ ДАЕТ ЗАКОНЧИТЬ НАЧАТОГО ДЕЛА.

ВСЕ СВОИ ТРУДЫ ПО АВИАЦИИ, РАКЕТОПЛАВАНИЮ И МЕЖПЛАНЕТНЫМ СООБЩЕНИЯМ ПЕРЕДАЮ ПАРТИИ БОЛЬШЕВИКОВ И СОВЕТСКОЙ ВЛАСТИ — ПОДЛИННЫМ РУКОВОДИТЕЛЯМ ПРОГРЕССА ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ. УВЕРЕН, ЧТО ОНИ УСПЕШНО ЗАКОНЧАТ ТРУДЫ.

ВСЕЙ ДУШОЙ И МЫСЛЯМИ ВАШ,

С ПОСЛЕДНИМ ИСКРЕННИМ ПРИВЕТОМ

ВСЕГДА ВАШ&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp
К. ЦИОЛКОВСКИЙ.

Необычайную радость испытал больной, читая полученный им 17 сентября ответ товарища Сталина: ЗНАМЕНИТОМУ ДЕЯТЕЛЮ НАУКИ К. Э. ЦИОЛКОВСКОМУ.

ПРИМИТЕ МОЮ БЛАГОДАРНОСТЬ ЗА ПИСЬМО, ПОЛНОЕ ДОВЕРИЯ К ПАРТИИ БОЛЬШЕВИКОВ И СОВЕТСКОЙ ВЛАСТИ

ЖЕЛАЮ ВАМ ЗДОРОВЬЯ И ДАЛЬНЕЙШЕЙ ПЛОДОТВОРНОЙ РАБОТЫ НА ПОЛЬЗУ ТРУДЯЩИХСЯ. ЖМУ ВАШУ РУКУ

И. СТАЛИН.

Схема полуреактивного стратоплана Циолковского.

И когда в 1941 году фашистская Германия в стремлении поработить советский народ и уничтожить его культуру двинула на нашу Родину полчища своих громил, их встретили в числе других родов оружия советские гвардейские минометы — знаменитые «катюши». Это оружие, наводившее ужас на немецких захватчиков, представляет собой реактивные снаряды, выпускаемые с легких установок, смонтированных на автомашинах. Так, после длительного перерыва снова выступили на сцену боевые ракеты, — но уже не кустарные ракеты прошлого, а значительно усовершенствованные и видоизмененные советскими конструкторами на основе новейших достижений созданной в нашей стране теории реактивных летательных аппаратов.

Спустя немного времени состоялись первые пробные полеты самолетов с реактивными двигателями, появление которых предсказал и научно обосновал Циолковский.

Реактивный авиационный двигатель действует по принципу все той же отдачи. Сейчас существуют уже реактивные двигатели нескольких типов, в частности ракетные, могущие работать в безвоздушном пространстве (пока время их действия составлявляет всего несколько минут), и турбореактивные, которые забирают воздух из атмосферы и сжимают его с помощью компрессора, приводимого в действие газовой турбиной. Последние получили пока наибольшее практическое применение.

Реактивная авиация делает только первые шаги. Ее ожидает большое будущее.

Сейчас, когда исследователи работают уже над проблемой практического использования атомной энергии, в новом свете представляется вопрос о будущем полете человека за пределы земной атмосферы.

Для ракеты, которую Циолковский мечтал послать в межпланетное пространство, не годны в качестве топлива ни порох, ни горючие смеси, применяемые в современных авиационных реактивных двигателях. Энергия этих видов топлива недостаточна, чтобы заставить рэкету преодолеть силу притяжения к Земле и покрыть колоссальные расстояния, отделяющие Землю от других планет. Атомная энергия, когда человек ею полностью овладеет, даст возможность выполнить эту задачу.

Таким образом, идея Циолковского о межпланетном путешествии человека в космической ракете, первую в мире схему которой великий ученый начертал еще полвека назад, начинает приобретать реальные черты. Недаром ученые всего мира называют Циолковского «патриархом звездоплавания».

Советские ученые и конструкторы, развивая дальше теорию реактивного движения, воплотят в жизнь все гениальные идеи знаменитого деятеля науки К. Э. Циолковского.