Юный техник, 2000 № 01

Недавно в печати промелькнуло сообщение: авиамодель перелетела через Атлантический океан. И никаких подробностей, кроме того, что размах ее крыльев два метра, нам найти не удалось.

Перелет через океан — это минимум 7–8 тысяч км. Неужели на это способна двухметровая игрушка? Впрочем, почему бы и нет? Живая природа показывает нам, что дальность полета от размеров зависит мало. Обычные мухи в эксперименте за шесть суток (!) беспрерывного полета преодолевают 330 км. Известны 800-километровые перелеты крохотных колибри над Мексиканским заливом, тысячекилометровые перелеты птиц.

Дальность всех летунов — и живых, и рукотворных — подчиняется выведенной еще в начале нашего столетия формуле Бреге. Был такой знаменитый французский авиаконструктор, создававший преимущественно бомбардировщики.

Так вот, Бреге разъяснял, что дальность полета пропорциональна аэродинамическому качеству (К). Эта величина показывает, какое расстояние объект может пролететь с отключенным мотором, потеряв при этом лишь один метр высоты.

У птиц К равно 10–12, а у шерстокрылов и летучих мышей 7 — 15. Из творений рук человеческих в этом отношении хуже всех вертолет — 3–4. Поэтому ни один из них не одолел океан. Самолет АНТ-25 имел качество 20, и это позволило в свое время перелететь через Северный полюс в Америку. Во время одного из таких полетов самолет заблудился и едва не попал в Мексику. Пришлось вернуться обратно в заранее договоренную точку посадки на территории США… А теперь отметим, что лучшие авиамодели имеют качество 15–20.

Формула Бреге утверждает также и еще одну очевидную вещь — дальность полета прямо пропорциональна мощности двигателя (N) и обратно пропорциональна расходу топлива (т).

Когда на АНТ-25 в 1937 году поставили дизель Чаромского с расходом топлива 145 г на лошадиную силу в час (что было в два раза меньше, чем у прежнего бензинового мотора), стало ясно: самолет может облететь земной шар по параллели Москвы. Старт назначили на 20 июля 1941 года.

И… началась война.

Межконтинентальная модель с паровым двигателем:

_{1 — парогенератор; 2 — конденсатор; 3 — паровая машина.}

Интуитивно кажется, что если самолет возьмет топлива в два раза больше, то вдвое больше и пролетит. Вот тут формула Бреге нас подправит. Самолет пролетит только на половину больше. Поднимать таким способом дальность полета конструктивно очень трудно.

Для создания межконтинентальной авиамодели формула Бреге важна тем, что она молчит о размерах летательного аппарата. Это означает, что моделям, даже самым маленьким, перелетать океаны не возбраняется. Поскольку аэродинамическое качество моделей достаточно высоко, остается решить вопрос с двигателем.

Авиамодельный двигатель внутреннего сгорания появился в 1908 году и развивался только в направлении снижения веса на единицу мощности. Сегодня мотор в одну лошадиную силу может весить 300 г, но имеет ресурс непрерывной работы не более четырех часов, а расход топлива 1500–2500 граммов в час. С такими данными нечего и думать о межконтинентальных перелетах.

Формула Бреге показывает, что пролететь с ним можно не более 3000 км. Но если учесть, что даже на это понадобится не менее 30 часов, мотор за это время попросту сотрется в порошок!

Значит, надо искать иной двигатель. КПД его где-то в пределах 2–4 %, как во времена Уатта… В то же время степень сжатия авиамодельного двигателя 7—12 (как у обычных моторов) и, казалось бы (согласно теории), позволяет получать КПД в десять раз большие. Загадка?

Попробуем раскрыть ее.

Зная рабочий объем и число оборотов в минуту, можно рассчитать, какое количество воздуха проходит через карбюратор двигателя за час. Далее немного химии, и делается ясно, что его хватает лишь на 10–20 % топлива. Остальное вылетает в выхлопную трубу. Но делается это не зря. Во-первых, оно испаряется и охлаждает стенки цилиндра изнутри. Видимо, охладить стенки двигателя, совершающего от 18 до 30 тысяч оборотов в минуту, обычным способом при помощи ребер или водяной рубашки не удается.

Во вторых, содержимое его цилиндра — это на 80–90 % перегретый пар топлива! Избыток его попросту заливается через карбюратор. Работа на его сжатие не требуется. В итоге работа парогазовой смеси на единицу объема цилиндра получается очень большой. Двигатель становится легче и меньше Но в сущности, он не двигатель внутреннего сгорания, а своеобразная… паровая машина!