Шесть махов для одного самолета: есть ли будущее у детонационного двигателя

Виктор Кузовков

Давно ни для кого не секрет, что современная авиация приблизилась к порогу своих возможностей. Последней революции в авиастроении, причем, только в военном, стало появление технологий высокой скрытности в электромагнитном диапазоне, или стелс-технологий. Однако с тех пор прошло уже более трех десятилетий, и все это время авиация развивалась, буквально по крохе выскребая последний ресурс из старых технологий.

Но похоже, что в ближайшие годы ситуация может измениться. Как стало известно буквально на днях, российский разработчик авиадвигателей, ОДК-УМПО (структурное подразделение Ростеха), а конкретнее, входящее в его состав ОКБ им. А.М. Люльки провело успешные испытания демонстратора двигателя нового поколения. На стендах предприятия был испытан прототип прямоточного пульсирующего детонационного двигателя (ППДД), и в их ходе были подтверждены возможности достижения некоторых характеристик, которые значительно превосходят существующие аналоги.

На некоторых режимах ППДД показал рост удельной тяги порядка 50% в сравнении с обычными турбо-реактивными двигателями. А это, при условии превращения демонстратора технологий в столь же эффективный серийный двигатель, сулит настоящую революцию в авиации, как минимум, военной. Ведь не секрет, что именно авиадвигатель является самой сложной, технологичной и наукоемкой частью современного самолета. И самой важной - по меткому выражению двигателистов, «летает только двигатель, а все остальное ему мешает». Конечно, тут есть некоторое преувеличение, но не такое уж оно и большое…

Вообще, детонационные двигатели известны науке и инженерам довольно давно. Так, например, еще в годы Второй мировой войны немецкие авиаконструкторы оснастили такими двигателями знаменитый самолет-снаряд «Фау-1», с помощью которого Гитлер пытался «поставить на колени» Великобританию. Правда, тогда немецких конструкторов привлекли не выдающиеся характеристики двигателя, а, как ни странно, его дешевизна. Для воюющей на два фронта Германии вопрос цены одноразового самолета, не имеющего, к тому же, какой-то особой точности и применявшегося действительно массово, был принципиально важен.

Характеристики этой новинки были не очень хороши, но для тех условий достаточны – «Фау-1» разгонялся до 800 километров в час (скорость зависела от того, сколько топлива самолет-снаряд уже успел потратить), и его перехват обычными истребителями тех лет, даже отличными британскими «Спитфайрами» и более поздними «Темпестами», был весьма проблематичен. Правда, были и существенные недостатки, которые заставили авиаконструкторов почти забыть об этом типе двигателей после войны. И прежде всего, экспоненциально возрастающая сложность по мере совершенствования характеристик такого двигателя – практически непрерывно идущая детонация топливно-воздушной смеси не очень способствует надежной работе такого двигателя. То, что еще худо-бедно годилось для одноразового полета продолжительностью не больше двух часов, при том уровне технологий оказывалось совершенно несостоятельным для требований военно-воздушных сил, заинтересованных в создании не только мощных, но и надежных двигателей для пилотируемой авиации.

Основным, принципиальным отличием любого типа детонационных двигателей от реактивных, является способ получения удельного импульса – в одном случае он получается за счет детонации топливно-воздушной смеси, а в другом за счет классического её сгорания. Химическая реакция горения топливно-воздушной смеси, чисто технически не может распространяться со скоростью, превышающей скорость звука. Тогда как детонация (то есть, взрыв), перемещает фронт горения со сверхзвуковой скоростью, создавая ударную волну.

В настоящий момент реальным считается достижение в импульсных детонационных двигателях ударной волны, распространяющейся со скоростью до 3 километров секунду. Это, если очень грубо, примерно в девять раз быстрее скорости звука. То есть, потенциально создание детонационного двигателя может привести и к созданию гиперзвуковой авиации, скорость которой в теории может достигать гиперзвуковых величин, то есть, превышать 5-6 чисел Маха. Существующие варианты реактивных двигателей, увы, ничего подобного достичь не могут, и их скоростной максимум уже достигнут на некоторых перехватчиках (в частности, на МиГ-25) и самолетах-разведчиках, например, американском Lockheed SR-71. Скорость эта равняется трем числам Маха, или примерно 1 километр в секунду.

Вероятно, именно скорое появление детонационных двигателей заставило экспертов всего мира говорить об истребителях уже следующего, шестого, поколения. И действительно, только появление чего-то революционного позволит современной боевой авиации совершить качественный скачок. В противном случае, увы, никакие ухищрения в области вооружений, РЭБ или искусственного интеллекта не позволят нам говорить о новом поколении авиации.

В настоящий момент исследования в области детонационных двигателей ведутся буквально во всем авиационном мире. Параллельно разрабатываются два типа таких двигателей – импульсный и роторный. Принцип работы импульсного двигателя построен на череде импульсов, когда сначала в двигатель подается воздух и топливо, потом происходит детонация этой смеси, потом продувка, после чего весь цикл повторяется. Таких импульсов может быть от нескольких десятков до нескольких сотен в секунду, так что можно себе представить, в каких условиях работает двигатель.

Роторный вариант детонационного двигателя работает несколько иначе – детонация там идет постоянно, по кругу подрывая топливно-воздушную смесь и создавая постоянный импульс. Этот вариант считается более продвинутым, но и более сложным. Просто представьте, что в одной части камеры сгорания идет взрывная реакция, а в другой, одновременно с этим, происходит отвод отработанных газов и новое заполнение топливно-воздушной смесью.

По имеющимся данным, американцы сосредоточили свои исследования именно в области роторных детонационных двигателей. Российские же конструкторы за журавлем в небе пока не гонятся и создают прямоточный импульсный детонационный двигатель. Во всяком случае, именно такой демонстратор был представлен в ОКБ имени А. М. Люльки. Правда, сделаем поправку на секретность – сказанное выше не означает ни того, что в России не разрабатывают роторный вариант, ни того, что в США не интересуются импульсным. Скорее, речь можно вести о разных приоритетах, финансировании и достигнутых результатах.

Так или иначе, в настоящий момент мы уже точно можем говорить о том, что в РФ создан демонстратор технологий, который, пусть и с некоторой натяжкой, можно назвать прототипом прямоточного импульсного детонационного двигателя. Да, пока он весьма слаб – до 1600 кгс. Для сравнения, тяга так называемого «двигателя второго этапа» для Су-57 должна составить, на форсаже, порядка 18 000 кгс. Но тут важно то, что продемонстрированы сразу две вещи – высокая эффективность такого типа двигателей и, что немаловажно, достаточный научный и технологический уровень российской оборонной промышленности, позволяющий создавать и, в перспективе, серийно производить двигатели такого типа. Что же касается мощности, то это, как говорится, дело наживное…

Экспертами активно обсуждается важное следствие разработки детонационных двигателей, а именно вероятное повышение скоростей авиации. И это, безусловно, важно, хотя сразу можно сказать, что потенциал тут несколько ограничен – сама атмосфера препятствует безумному разгону летательных аппаратов, а выход в безвоздушное или сильно разреженное пространство лишает кислорода любой двигатель, в том числе и детонационный. То есть, сладкие грезы о том, как истребители и перехватчики будут выходить в космос и оттуда атаковать супостата мы все-таки оставим детям и фантастам. Хотя прогнозировать рост скорости истребительной авиации до примерно пяти Махов и увеличение практического потолка километров до тридцати мы, наверное, все-таки можем. А это уже очень серьезно, уже хотя бы потому, что появление подобных самолетов потребует гигантских затрат на тотальное перевооружение практически всей системы ПВО в мире – эффективно бороться с ними не сможет ни современная авиация, ни большинство существующих зенитно-ракетных комплексов.

При этом почти не обращается внимания на другой аспект – вероятную замену (там, где это возможно) существующих авиационных двигателей на детонационные. И не с целью повысить скорость или тяговооруженность, а банально с целью экономии. Дело в том, что топливная эффективность такого двигателя значительно выше, то есть, он расходует топливо гораздо эффективнее, чем существующие образцы. Грубо говоря, новый двигатель позволит пролететь на одной заправке на 30-50 процентов дальше, чем тот, что установлен на нем сейчас. А это очень важное качество, которое будет с восторгом встречено как в военной, так и в гражданской авиации. Да и разработчики беспилотников скажут двигателистам большое спасибо.

Разумеется, в этом вопросе не так все просто, как всем нам хотелось бы. Это и упоминавшаяся сложность эксплуатации детонационных двигателей, и некоторые ограничения, накладываемые самой природой процесса – например, для запуска прямоточного импульсного детонационного двигателя летательный аппарат нужно предварительно разогнать хотя бы до 100 м/с, а это предполагает наличие какой-то вспомогательной силовой установки. Есть и другие сложности, понятные, вероятно, только экспертам.

И все-таки это очень позитивное известие. Увы, так уж сложилось, что именно война зачастую становится основным двигателем прогресса. Или подготовка в войне… Вот и сейчас есть некоторая вероятность, что гонка сверхдержав в области детонационных авиационных двигателей со временем либо сделает дешевле перелеты из Москвы на Камчатку, либо и вовсе сделает доступным гражданский сверхзвук или гиперзвук. И мы, хоть и будем по-прежнему бояться тотального взаимного уничтожения, все-таки сможем смотаться на выходные в Петропавловск – родственников навестить или рыбку половить…