Роль научно-технического задела в создании современных ВРД.

Создание космических ракет представляет собой весьма сложную комплексную научную проблему. Но среди всего многообразия задач, решение которых определяет успехи ракетостроения, на первом месте стоит проблема энергетики. Создание и совершенствование ракетных двигателей, выбор наиболее эффективного топлива для них еще на многие десятилетия будет одной из ведущих, определяющих задач космонавтики.

Проводя широкое исследование проблем ракетной энергетики, советские ученые с самого начала выдвинули и разработали идею использования в космической технике воздушно-реактивных двигателей (ВРД) в дополнение к другим типам ракетных двигателей.

В начале XX в. К. Э. Циолковский выдвинул идею о применении двигателей, использующих кислород воздуха для разгона космических аппаратов в период их движения в атмосфере². Много сил отдали изучению этой задачи Ф. А. Цандер ³ и другие исследователи.
В настоящее время идея использования ВРД для разгона космических ракет является общепризнанной. Многочисленные теоретические и экспериментальные исследования, опубликованные в мировой печати, показывают, что применение ВРД на первых ступенях ракет-носителей позволит в несколько раз увеличить массу выводимого на орбиту спутника при сохранении неизменным стартового веса ракеты или же существенно уменьшить его, сохранив вес полезного груза.

Идею прямоточного воздушно - реактиавного двигателя (ПВРД) выдвинул в 1907—1913 гг. французский инженер Рене-Лорен. Однако первое ее теоретическое обоснование, конструктивное оформление и опыты с ПВРД были осуществлены значительно позднее, силами советских специалистов.

Один из ближайших учеников и последователей Н. Е. Жуковского Б. С. Стечкин еще в 1928 г., читая курс лекций по гидродинамике на механическом факультете МВТУ им. Баумана, изложил новую, созданную им теорию воздушно - реактивного двигателя. Со всей строгостью классической газодинамики он вывел уравнения для тяги и к.п.д. ВРД, работающего в упругой среде, в самом общем случае.

Вопрос о силе реакции струи несжимаемой жидкости, протекающей через реактивный двигатель, подробно разработал ранее еще Н. Е. Жуковский (пренебрегая тепловыми процессами) и изложил в классических трудах «О реакции втекающей и вытекающей жидкости», «К теории судов, приводимых в движение силой реакции воды». Для случая же течения упругой среды аналогичное исследование было выполнено впервые Стечкиным. Кроме того, он показал, как определить к.п.д. для ВРД, если воздуху энергия сообщается извне частично или полностью, и рассмотрел случай сжатия струи воздуха за счет потери живой силы набегающего потока, как предложил в свое время Рене-Лорен; в этом случае воздух описывает цикл Брайтона, и термический к.п.д. его равен разности между единицей и отношением температуры воздуха в конце сжатия к начальной его температуре при входе в ВРД.

Так классическая теория ВРД впервые была создана в СССР московским проф. Б. С. Стечкиным. в 1929 г.

Теория Стечкина открыла возможности для практических работ по созданию воздушно-реактивных двигателей. Осенью 1931 г. в СССР начал формироваться на общественных началах коллектив горячих энтузиастов и поборников ракетной техники, получивший впоследствии наименование ГИРД — Группа изучения реактивного движения, возглавляемых С. П. Королевым.

По мере развития работ по испытанию моделей ПВРД постепенно совершенствовались и методы исследования. Начиная с 1933 г. при опытах на установке ИУ-1 проводилось измерение силы тяги, развиваемой испытываемым двигателем.

Краткое перечисление результатов первых опытов с прямоточными воздушно-реактивными двигателями показывает. Главным, решающим результатом этих опытов, было экспериментальное доказательство их работоспособности воздушно-реактивных двигателей. На основной вопрос, будет ли работать прямоточный воздушно-реактивный двигатель, был дан ясный ответ: прямоточный воздушно-реактивный двигатель, созданный на основе теории Стечкина, способен работать в полете и развивать силу тяги.

Прямоточные воздушно-реактивные двигатели конструкции ГИРДа были первыми реактивными двигателями, вторгшимися в область сверхзвуковых скоростей. Снаряды с ПВРД двигались со скоростью, в 2 раза превосходившей скорость звука. Такой скорости до тех пор не достигала ни одна ракета в мире.

Эксперимент подтвердил положение теории о работоспособности двигателей такого типа. Следовательно, теоретические выводы Б. С. Стечкина, а также других отечественных и зарубежных ученых, в первую очередь Ф. А. Цандера и итальянского исследователя Г. А. Крокко, оказались полностью обоснованными.

После окончания этих первых экспериментов перед учеными встала вторая задача — решить вопрос о возможности практического использования прямоточных ВРД на летательных аппаратах, имеющих научное или оборонное значение.