Космонавтика: Космонавтика прошлого
Арвид Палло
1940 год. После успешного проведения весной летных испытаний ракетоплана РП-318-1 с ЖРД РДА-1-150 предполагалось продолжить работу с обеспечением самостоятельного взлета ракетоплана с Земли, не пребегая к самолету-буксировщику.
Для этой цели был подготовлен ЖРД РДА-1-300 с тягой у Земли 300 кгс.
Двигатель в отличии от РДА-1-150 был более усовершенствованный, имел механическое устройство на головке, обеспечивающее одновременное открытие и закрытие доступа компонентов топлива непосредственно перед вводом их в форсунки. Этим обеспечивалась одновременность поступления компонентов топлива в камеру сгорания, что значительно повышало безопасность запуска ЖРД и исключало догорание топлива в камере сгорания при выключении горизонтально расположенного двигателя.
Для компенсации теплового расширения рубашка сопла выполнялась с гофрами сильфонного типа.
Такой двигатель был изготовлен и успешно отрабатывался на стенде.
Однако вследствии большого объема работ по созданию ракет РДД и РАС с комбинированным двигателем (КРД) и разработки ЖРД РДА-1-1100 для ракетного самолета дальнейшая работа с ракетопланом РП-318-1 была прекращена.
Технически обе задачи коллектива КБ Л.С.Душкина были сложными. Опыт по созданию ЖРД с использованием в качестве топлива крепкой азотной кислоты и керосина ранее был сосредоточен в отделе, руководимом В.П.Глушко, но Глушко в РНИИ не работал, а опыта по созданию ЖРД с тягой в 1000 кгс - и больших вообще - не было.
На такую тяговооруженность у нас в Союзе ЖРД не было.
Комбинированный двигатель, в котором в одном и том же объеме камеры сгорания использовался сначала пороховой заряд с последующим переходом на жидкое топливо, создавался впервые. Помимо отработки самих двигателей КБ решало еще задачу подачи топлива, что являлось не менее сложным, чем создание ЖРД. Примером служит создание порохового аккумулятора давления на бронированных пороховых шашках.
Создание и отработка насосной системы подачи топлива для ЖРД явилась крупномасштабной задачей. Опыта в промышленности не было. Насосные агрегаты должны были быть малогабаритными, легкими и надежными, обладать относительно большим секундным расходом топлива и высоким давлением подачи.
Первые опытные агрегаты с насосами коловратного и поршневого типов не оправдали себя. Это было вполне закономерно, т.к. применение таких компонентов топлива, как крепкая азотная кислота, требовали подбор специальных материалов. В последующем остановились на центробежном типе насосов.
Арсенал используемых материалов был весьма ограничен, и поэтому при использовании ЖРД РДА-1-1100 в самолетных схемах проектов инженеров Дергалова и Исаева-Березняка принимается вытеснительная система подачи топлива газообразным азотом.
Это был неоптимальный вариант, но позволял существующими средствами создать двигательную установку с ЖРД.
Осенью 1940 г. представители КБ В.Ф.Болховитинова ознакомились с возможностями КБ Душкина и создаваемыми образцами ЖРД. Для представителей КБ Болховитинова казалось невероятным, что в таком относительно небольшом объеме происходило преобразование энергии в тягу, способную обеспечить взлет самолета. Но это было действительно так. Представители уехали, несколько ошеломленные, но довольные.
Начавшаяся в июне 1941 г. Великая Отечественная война нацистской Германии с Советским Союзом заставила пересмотреть выполняемые работы под углом зрения их использования в целях обороны страны. В июле 1941 г. КБ Болховиинова совместно с КБ Душкина представили в Комитет Обороны СССР проект самолета - истребителя-перехватчика с ЖРД. Получаемые им летные данные превосходили все имеющиеся на современных самолетах (включая и зарубежные) показатели по скорости и скороподъемности.
Это было не новым, так как еще в 1936 г. С.П.Королев получил от ВВА им.Н.Е.Жуковского заключение о целесообразности использования ЖРД на самолетах специального назначения.
Госкомитет Обороны принял решение в максимально короткий срок создать такой самолет, который позволил бы значительно сократить зону тактической внезапности, что имело немаловажную роль в военных операциях, особенно для ПВО страны. В августе выходит подписанное Председателем Госкомитета Обороны Сталиным Постановление, в котором КБ В.Ф.Болховитинова поручается в кратчайший срок (1 мес.) создание истребителя-перехватчика с ЖРД. НИИ-3 во главе с А.Г.Костиковым поручается создание и обеспечение этого самолета ракетным двигателем.
При распределении работ создание топливных баков и всей системы питания ЖРД возлагалось на КБ Болховитинова по принципиальной гидравлической схеме, выдаваемой НИИ-3. Коллектив КБ и опытного завода В.Ф.Болховитинова дружно взялись за выполнение порученной ГКО задачи. Много труда и инициативы вложили конструкторы и инженеры А.М.Исаев, А.Я.Березняк, В.П.Мишин, К.Д.Бушуев, Б.Е.Черток, С.Г.Чижиков, Волков, Росляков, Пузыревский, Боровков, Флеров и механики.
Согласно ТЗ на ЖРД, КБ НИИ-3 Л.С.Душкина обеспечивает переменный режим работы двигателя от 400 до 1100 кг тяги при постоянном давлении подачи топлива и с многократным его запуском.
Встала дополнительная задача создания надежно действующего спаренного топливного (дроссельного и запорного) крана, обеспечивающего плавное изменение тяги двигателя без нарушения оптимального значения соотношения расхода компонентов топлива. За основу запуска двигателя была взята используемая на РДА-1-150 схема двухступенчатого запуска с переходным пусковым режимом.
В качестве воспламенителя в первом варианте использовалась калильная свеча (нихромовая нить накаливания).
Жидкостный ракетный двигатель РДА-1-1100 состоит из 3-х основных частей:
головки шатрового типа с форсунками, расположенными концентрическими кругами, пусковым блоком с пусковыми форсунками и свечей накаливания;
камеры сгорания с проточным охлаждением окислителем;
соплового блока с проточным охлаждением горючим.
Острый дефицит нержавеющей стали обусловил применение в конструкции двигателя углеродистой стали С-54 с хромированием внешней и внутренней поверхностей. Это было не лучшее решение, однако другого не было. Межблочные уплотнения применялись жесткие (медные и алюминиевые кольца). Тепловое расширение компенсировалось сальниковым уплотнением рубашки камеры сгорания у головки двигателя и рубашки сопла по венчику диффузора.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖРД РДА-1-1100
| Тяга у Земли | 1100 кгс |
| Тяга удельная | 204 с |
| Объем камеры сгорания | 19 л |
| Расход окислителя | 4.35 кг/с |
| Расход горючего | 1.05 кг/с |
| Соотношение компонентов топлива | 4.14 |
| Давление в камере сгорания | 16 кг/кв.см |
| Время непрерывной работы | |
| на переходном режиме | 200с |
| на максимальном режиме | 70 с |
| Ресурс двигателя | 18 мин. |
Для отработки двигателя на стендах КБ Душкина отведено очень мало времени. Приняли решение начинать стендовые испытания по самолетной схеме на стенде в КБ Болховитинова, сочетая испытания двигателя с доводочными по самолетной схеме. Прежде всего, необходимо было провести испытания по согласованию характеристик дроссельного крана с натурной гидравлической схемой питания.
Нашей бригаде в составе ведущего конструктора А.В.Палло, инженера В.А.Штоколова, начальника стенда А.С.Раецкого и механиков В.И.Манышкина и А.И.Волкова пришлось провести гидравлические проливы - весьма кропотливую и трудоемкую работу по выявлению очертаний окон дроссельного крана в завистмости от продольного перемещения штока клапана.
Гидравлические характеристики снимались сначала проливом на воде, затем проливом реальных компонентов от стендовых емкостей, и наконец - проливом на установке, имитирующей самолетную схему питания в КБ Болховитинова. Испытательный стенд в КБ Болховитинова оригинальной конструкции и выполнен в виде качающейся люльки, на которой набрана самолетная схема из натурных блоков.
Замер фактической тяги ЖРД осуществлялся тарированными динамометрами, установленными по обеим сторонам люльки. Вертикальная составляющая измерялась третьим динамометром, установленным вертикально в носовой части люльки. Штатные самолетные баки еще не были изготовлены, поэтому испытания проводили от стационарных стандартных емкостей, расположенных вблизи.
Первой задачей было отладить герметичность всей системы и снять ее гидравлические характеристики. В целях сокращения времени работу по отладке системы совмещали с отладкой элементов двигателя, в частности зажигания пускового расхода топлива.
Отработка зажигания проводилась на открытой головке двигателя без сопла. На этих испытаниях первоначально не всегда четко происходило воспламенение пускового расхода, часто перегорала нить накаливания, а случалось и так, что внутри топливного жгута горел факел, не воспламеняя основную массу топлива. После ряда доработок добились надежного воспламенения пускового и основного расхода топлива, но однако в некоторых случаях происходило перегорание нити накаливания.
В сентябре 1941 г. начали проводить наземные огневые испытания с питанием топливом от стендовых емкостей.
16 октября принимается решение об эвакуации КБ и завода Болховитинова в глубь страны, на Урал. Спешно 17 октября стенд был демонтирован и вся материальная часть и документация отправлены в Свердловск. Туда же в 20-х числах октября были эвакуированы НИИ и КБ Душкина. Параллельно со стендовой отработкой двигательной установки производство КБ Болховитинова построило три самолета: один для продувок в аэродинамической трубе и два для летных испытаний как планера.
Летные испытания самолета как планера проводил пилот КБ Б.Н.Кудрин. В перерывах между полетами он заходил на стенд испытаний ЖРД, но всегда относился очень настороженно к азотной кислоте.
После перебазировки на Урал работы над созданием самолета БИ продолжились в декабре 1941 г. в небольшом поселке Билимбай в 60 км от Свердловска.
КБ и заводу Болховитинова была отведена территория разрушенного временем литейного завода. Помимо КБ Болховитинова в Билимбай были эвакуированы КБ Миля, Камова и Привалова - здесь собралась авиационная экзотика.
В чрезвычайно трудных условиях и в короткий срок были выполнены восстановительные работы на заводе, земляные полы застланы досками, установлены станки, времянки-печки, подведена электроэнергия, заложены пустые оконные проемы, оборудованы на 2-м этаже мастерская для сборки самолетов и помещение для конструкторов.
Люди, прибывшие из Москвы, расселены в домах поселка. Через поселок проходит большой Сибирский тракт. Невдалеке протекает река Чусовая с ее обрывистыми скалистыми берегами.
На берегу прилегающего к заводу водоема, на бывшей плотине, построили деревянную фанерную времянку, в которой разместили стенд-люльку для продолжения отработки самолетной установки ЖРД. Обслуживающий технический состав разместился рядом, в восстановленном кирпичном помещении смотрителя плотины.
В январе 1942 г. приступили к монтажу двигательной установки и ее испытаниям. Условия проведения испытаний были суровые, температура воздуха часто падала до -40 - -50 град. С. Ветер и метели усложняли выполнение испытательных работ, проводимых в фанерной пристройке.
При разливе азотной кислоты или случайном ее попадании на одежду, руки или лицо испытателей, нейтрализация проводилась содовым раствором, что в зимнее время причиняло большие неудобства.
Работу пришлось начать сначала, используя штатные топливные баки, штатную обвязку трубопроводами, штатную систему управления и регистрации работы двигателей.
Установка была снабжена дополнительными выносными самопишущими регистраторами давления для оценки гидравлических характеристик системы питания.
Вновь проливочные испытания на реальных компонентах топлива, отладка топливного дроссельного крана, отладка зажигания и проверка работы всей системы в комплексе, при огневых запусках. Внушающую недовение спираль накаливания заменили на селитовый пуговичный элемент.
Вместо заболевшего летчика-испытателя КБ Б.М.Кудрина командование ВВС направило летчика испытателя Григория Яковлевича Бахчиванджи.
После ознакомления в КБ с конструкцией самолета и его характеристиками Григорий Яковлевич неоднократно приходил на стенд испытаний ЖРД, внимательно присматриваясь к проводимым работам. Общительный по натуре, он быстро сошелся с коллективом испытателей тт. Росляковым, Палло, Пузыревским, Беляевым, Штином, Смирновым, Мареевым, Манышкиным, Волковым, Астаховым, Чубаровым.
Пришла пора тренировки летчика-испытателя к запускам и эксплуатации ЖРД. До этого все запуски в процессе отработки проводились А.В.Палло.
20 февраля 1942 г. прилетевший из НИИ ВВС Г.Я.Бахчиванджи решительно направился на испытательный стенд. В тот день было назначено начало тренировок по запуску ЖРД.
Я ему предложил на всякий случай заменить свое кожанное пальто на спецовочную тужурку. Он отказался.
Первые три запуска ЖРД с кратковременным переходом на рабочий режим были произведены мною. Григорий Яковлевич при запусках был рядом со мною, слева, вне сварной люльки, и внимательно присматривался к моим действиям, которые я пояснял в процессе запуска.
На четвертый запуск я предложил Григорию Яковлевичу занять место в кабине, а сам встал на его место, с тем, чтобы контролировать его действия.
Все подготовительные операции Григорий Яковлевич провел спокойно и уверенно (проверил напряжение в электросети, поднял давление в топливных баках, произвел дренирование топлива), затем включил накал селитового элемента (последовательно включенный селитовый элемент на доске приборов отследил его нагрев), сектором газа открыл пусковой расход, и двигатель вышел на пусковой режим. Послышался ровный шум от горения пускового расхода топлива. Затем, по сигналу контрольной лампочки, Бахчиванджи передвинул заблокированный до этого сектор газа на включение основного расхода топлива.
Двигатель перешел на рабочий режим, и через 3-4 сек. произошел взрыв.
При взрыве Григорий Яковлевич убрал сектор, чем прикрыл топливные краны, но трубопровод окислителя был перебит головкой двигателя, и струя крепкой азотной кислоты под давлением облила мне лицо и одежду. Все окуталось парами азотной кислоты.
При взрыве головка двигателя сорвалась с крепелений, пролетла между баками азотной кислоты и ударилась о бронеспинку сиденья пилота, сорвав болты крепления и толкнув Г.Я.Бахчиванджи на доску приборов. При этом он головой ударился об узел крепления динамометра замера вертикальной составляющей тяги. Сопловой блок был далеко отброшен на замерзшее озеро.
При работе в течении многих лет с азотной кислотой выработался автоматизм - не допускать попадания ее паров в легкие, т.к. это вызывает сильное раздражение. В таких случаях мы прекращали дыхание и пользуясь запасами воздуха в легких выходили из зоны испарения. Так и в этом случае, прекратив дыхание, первым стремлением было выйти из пристройки, воспользовавшись боковым выходом. Но тут-то возникла мысль, а что будет с Григорием Яковлевичем? И тогда, протянув руку в направлении кабины, наощупь обнаружил меховой воротник кожанки Григория Яковлевича. Сильно потянув за воротник, почувствовал, что Григорий Яковлевич поддается. Помогая ему выбраться из кабины, вытолкнул его в передние входные ворота пристройки. Здесь его подхватили руки механиков и стали обмывать содовым раствором.
Выйдя из пристройки и набрав в легкие порцию свежего воздуха, почувствовал сильное жжение лица и с головой окунулся в снежный сугроб. Стало легче. Механики стенда вытащили меня из сугроба, и, увидив вместо лица зеленовато-желтую маску, опустили голову в бачек с содовым раствором. Все это происходило в течении нескольких минут.
На происшедший взрыв прибежало руководство КБ, и нас срочно отправили в больницу. Только здесь я понял, какой величайшей опасности избежал, надев очки в последний момент перед запуском Григорием Яковлевичем двигателя. Если бы не очки, быть мне слепым.
Оказав нам необходимую медицинскую помощь, нас обоих поместили в одну избу. Придя в себя после происшедшей аварии, мы решили обсудить, что же произошло, и что будем делать.
По предварительному анализу уяснили, что никакой ошибки при запуске ЖРД не было, все сигнализаторы сработали нормально. Причина аварии оставалась неясной.
Предварительно степень разрушения стенда была нам ясна, но во избежании каких-либо кривотолков при разборе причины и принятия решения о дальнейшей работе мы пришли к выводу: утром обязательно присутствовать при разборе причин взрыва.
Нельзя сказать, что состояние Григория Яковлевича было удрученное. Авария оставила на его лице несколько пораженных брызгами азотной кислоты точек, а повязка, наложенная на шрам от удара головой об узел крепления динамометра, придавала ему особую мужественность. Мой внешний вид характеризовался работниками поселка, когда на следующий день мы пошли на завод, как "человек-невидимка" из Уэллсовского рассказа, т.к. вся голова была забинтована, и только оставлены две небольшие щели для глаз.
Внешне наш вид был нереспектабельный: оба в кожанках с сильными следами поражения азотной кислотой.
Как обычно, слух о происшедшем взрыве докатился до Свердловска искаженным, авария якобы повлекла человеческие жертвы, и там в тот же день была организована официальная комиссия, которая срочно выехала на завод в Билимбай.
С нас обоих были сняты показания глубокой ночью.
Решением комиссии было установлено, что взрыв произошел вследствии усталостного разрушения металла камеры сгорания под воздействием интеркристаллической коррозии. Это было вполне возможно, т.к. мы работали с двигателем, давно исчерпавшим свой ресурс. Всего было изготовлено два двигателя, один из них использовался на отладочных испытаниях, а второй предназначался к установке на самолет.
В те военные годы каждый кусок стали был очень дорог, поэтому металл использовался экономно, до предела.
На заводском совещании Григорий Яковлевич выступил с предложением скорейшего восстановления стенда, продолжения проведения наземных испытаний и подготовки самолета к полетам. Возможно, другой летчик-испытатель после происшедшей аварии сразу отказался бы от дальнейшего участия в работах, заявив, что не все доработано, не все надежно. Однако Григорий Яковлевич без всякого колебания решительно выступил за скорейшее продолжение работ, за скорейший полет.
В марте 1942 г. стенд восстановили с внесением некоторых корректив в системе питания.
В системе топливных баков (выполненных в виде цилиндрических сосудов) ввели сепараторы, исключающие возможность появления в трубопроводах питания крупных воздушных включений. Ввели пластинчатые фильтры как в магистрали питания основного, так и пускового расхода топлива.
В качестве контроля горения пускового расхода ввели микроманометр замера давления в камере сгорания двигателя.
Конструктивно сложный, спаренный топливно-дроссельный кран заменили на спаренные пневмокраны основного и пускового расхода топлива.
Двигатель установили новый (самолетный), на нем провели контрольные гидравлические и огневые испытания. Всего проведено 14 огневых испытаний, из которых три заключительных провел Г.Я.Бахчиванджи.
23 апреля 1942 г. принято решение установить ЖРД на самолет, и транспортировать его в НИИ ВВС в Кольцово.
В апреле 1942 г. КБ Болховитинова посетил приехавший из Казани В.П.Глушко. В КБ он подробно ознакомился с конструкцией самолета "БИ" и стендовой испытательной установкой.
25 апреля самолет был переправлен из Билимбая в Кольцово, где было проведено первое заседание комиссии летных испытаний.
Заседание происходило в присутстви начальника НИИ ВВС генерала ИТС П.И.Федорова.
| Пышнов В.С. | председатель комиссии |
| Фокин М.П. | зам. председателя |
| (ГОМТ НИИ ВВС) | |
| Волков Н.В. | Главный инженер завода |
| Сидоренко В.А. | начальник 5 отд. НИИ ВВС |
| Беpезняк А.Я. | ведущий констpуктоp завода |
| Исаев А.М. | ведущий констpуктоp завода |
| Душкин Л.С. | начальник отд. НИИ-3 |
| Палло А.В. | ведущий констpуктоp НИИ-3 |
| Штоколов В.А. | ведущий констpуктоp НИИ-3 |
| Pосляков А.В. | ведущий инженеp завода |
| Соpокин А.С. | ведущий инженеp НИИ ВВС |
| Колесников А.А. | ст.инж.ВВС, 5 отд. по спец. двиг. |
| Зуйков П.П. | вед. инженеp 3 отд. НИИ ВВС |
| Таpакановский М.И. | вед.инженеp НИИ ВВС |